Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng: Chương 1 - Vũ Việt Hưng

Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng: Chương 1 Những kiến thức chung về kỹ thuật chiếu sáng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về ánh sáng; Độ nhìn và các nhân tố ảnh hưởng. Mời các bạn cùng tham khảo!

CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

CHIẾU SÁNG

TỰ NHIÊN

CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO

CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ CHIẾU SÁNG NGOÀI NHÀ

Tòa nhà Landmark 81

A Brief History of Lighting Design

MỤC ĐÍCH & LỢI ÍCH CỦA CHIẾU SÁNG

8

C1: Những kiến thức chung về KTCS

1.1 Khái niệm về ánh sáng

1.1.1 Bản chất 1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

1.2 Độ nhìn và các nhân tố ảnh hưởng

1.2.1 Mắt người và sự cảm thụ as 1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhìn 1.2.3 As màu

As truyền theo các đường thẳng và phản

xạ Mắt người phát ra các tia cho cảm giác sáng

Ibn Al

• -Haytham (1020 A.D., Ả Rập):

Tách riêng biệt As và sự nhìn; as là một vật liệu tạo ra bởi 1 nguồn sáng (lửa, mặt trời) As phản xạ từ vật thể đến mắt người tạo ra sự nhìn thấy

Ánh sáng chỉ là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ bay

trong không gian

(Source: anhsangmau.pdf-Ho Thi Than)

AS LÀ MỘT DẠNG CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ VÙNG NHÌN THẤY

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

GÓC KHỐI NHÌN ĐƯỜNG CONG (L)

TỪ ĐỈNH O

1) Góc khối

Ω = ω

Ω = w

mặt cầu:

TỔNG QUÁT:

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

✓ 1 năng lượng → Bước sĩng ≠ → Hiệu ứng ≠ (cảm nhận mắt người ≠)

✓ Năng lượng này không đặc trưng cho cảm giác về cường độ sáng mà chùm bức xạ gây ra trên mắt người

W

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

2) Quang thông

QT là lượng as do nguồn sáng phát ra

1 lumen là QT của 1 nguồn sáng điểm có cường độ

as 1 Candela phát ra trong 1 đơn vị góc khối (1Sr)

1 lumen là QT của 1 nguồn sáng phát ra trên một

đơn vị vuông của bề mặt hình cầu

QT là đại lượng trắc quang cho biết công suất bức xạ của chùm AS phát ra từ 1 nguồn sáng điểm → thể hiện khả năng phát sáng của 1 bóng đèn

555nm là bước sóng có khả năng

gây cảm giác thị giác tốt nhất

QT là lượng as do nguồn sáng phát ra

Nguồn: 2009-ref-manual-lighting.pdf

Một lumen bằng 1/683 của 1 Watt năng lượng bức xạ tại 555 nm

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

3) Cường độ sáng

Cường độ as theo hướng x = tỷ số QT phát ra trong 1 đơn vị gĩc

khối theo hướng x (hướng xác định)

→ Cường độ sáng I là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của

nguồn điểm trên từng phương.

trong toàn góc khối:

Candela là cường độ sáng theo 1 phương đã cho của nguồn phát

năng lượng theo phương này là 1/683 W/Sr

1 cd = 1 lm/ 1steradian

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

1 ĐV diện tích)

A lux meter for measuring illuminances

• tính toán thiết kế CS trong nhà cần yêu cầu về độ rọi theo Tiêu chuẩn nhà nước.

(Nguồn: Artificial lighting.pdf)

ϴ = α

Độ rọi E (lx hoặc lux)

Mật độ phân bố quang thông trên bề mặt

•

chiếu sang:

→ Độ rọi tỷ lệ với cường độ sáng

( I ) và tỷ lệ nghịch với khoảng cách

đến bề mặt chiếu sáng ( R )

Định luật tỷ lệ nghịch với bình phương

cường độ ánh sáng trên mỗi đơn vị diện tích tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách tính từ nguồn (về bản chất là bán kính).

Kiểm tra độ rọi

Nguồn sáng đường

•

Tại điểm Q trên bề mặt làm việc cách điểm P một khoảng l:

•

Điểm P tại một số vị trí đặc biệt

•

51

Quang thông ( Φ ) và cường độ sáng ( I ):

Đơn

1m khi 1 nguồn ánh sáng đẳng hướng 1 Candela (nguồn phát ra bức xạ đều nhau tại mọi hướng) có vị trí tại tâm của hình cầu.

Do diện tích của hình cầu có bán kính r là 4πr2, một hình cầu có bán kính là 1m có diện tích là 4π (m2 ) → tổng quang thông do nguồn 1cd phát ra là 4π (lm).

Vì vậy QT do 1 nguồn ánh sáng đẳng hướng có cường độ I sẽ được tính theo công thức:

Quang thông (lm) = 4π × cường độ sáng(Cd)

Sự khác nhau giữa lux và lumen là lux phụ thuộc vào diện tích mà quang thông trải ra.

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

5) Độ chói

Đơn vị: cd/m2

Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ 1 đơn vị diện tích của bề mặt đó theo 1 hướng xác định đến 1 người quan sát

Đặc trưng cho khả năng bức xạ ÂS của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sang với mắt

+ Hướng quan sát (VD nhìn đèn pha xe

máy: trực tiếp và các góc nghiêng khác

nhau)

- Vai trò độ chói trong thiết kế chiếu sáng:

+ Cơ sở khái niệm về tri giác và tiện nghi nhìn

+ Tiêu chuẩn đầu tiên (độ chói trung bình của

mặt đường) đánh giá chất lượng của CS

đường phố

Trong thiết kế CS đường phố, mặt tiền nhà,…căn cứ vào yêu cầu ĐỘ CHÓI

Nếu nguồn sáng có độ chói L không phụ thuộc theo phương (L= const) thì được gọi là nguồn Lămber.

(J Lambert là nhà toán hoc người Đức 1728-1777).

Chỉ có

❑ vật đen tuyệt đối và những vật khuếch tán AS đều theo mọi phương mới là những nguồn

Lămber

Nhưng trong thực tế, các bóng đèn

❑ phủ magié oxyt hay chụp thủy tinh màu trắng sữa có thể coi

gần đúng là những nguồn Lămber.

L = .E /  L = .E / 

Luminous Flux

•

• “The outward flow of luminous energy from a light source

in all directions per unit of time.”

Gross total quantity of light given off by a source

regardless of the direction.

It is measured in lumens.

Symbol: Φ

•

Luminous Intensity

•

The directional force causing

• “luminous flux to be emitted from a source” in a given direction.

It is measured in candelas.

Symbol: I

•

The intensity of light that is received by the eye of an

•

observer This is dependent upon the direction.

It is measured in candelas per square feet or candelas per square meters.

Symbol: L

References

1 Joseph B Murdoch, Lighting Metrics

TM-1-99, (New York: Illuminating

Engineering Society of North America,

2001)

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

tuyệt đối của một vật bức xạ đen có phổ bức xạ giống như phổ của nguồn sáng

Color Temperature (basics of light.pdf)

Một chất bắt đầu phát ra ánh sáng đỏ ở

K, trở nên trắng ở 5000°K và chuyển sang xanh

ở nhiệt độ cao hơn.

Bảng tác động tâm lý của màu sắc lên con người

1.1.2 Các đại lượng đo cơ bản

7) Chỉ số truyền đạt màu (độ hoàn màu) (1965)

CRI của 1 nguồn sáng (bóng đèn) là chỉ số thể hiện

được chiếu sáng bằng nguồn sáng chuẩn và nguồn sáng thử trong những điều kiện quan sát nhất định.

CRI (%) → AS ban ngày: CRI = 100%

Màu sắc của các vật thể bị biến đổi dưới các as khác nhau.

• Là đại lượng đánh giá mức độ trung thực

về màu sắc của không gian và vật thể được cs dưới as của bóng đèn so với as tự nhiên của mặt trời.

Việc cho rằng nhiệt độ màu và độ hoàn màu đều cùng mô tả những đặc tính giống nhau của đèn là một quan niệm sai lầm.

Cần nhắc lại rằng nhiệt độ màu mô tả sự biểu hiện màu sắc của nguồn ánh sáng và ánh sáng được phát ra từ đó Độ hoàn màu

mô tả mức độ chính xác mà ánh sáng biểu hiện màu trên các vật thể.

(Source: anhsangmau.pdf-Ho Thi Than)

1.2.1 Mắt người và sự cảm thụ as

2) Thị giác ban ngày & thị giác hoàng hôn

- Cảm giác sáng

- 2 loại tế bào trên võng mạc

+ Tế bào hữu sắc (tế bào nón): liên quan

khả năng cảm nhận màu sắc ( L ≥ 3-5 Cd/m2)

+ Tế bào vô sắc (tế bào gậy hay que): liên

quan đến khả năng phân biệt độ sáng tối (L ≤ 0.005-0.01 Cd/m2)

- Thị giác ban ngày (E≥10lx)

- Thị giác hoàng hôn (E≤0.01lx)

- Quá trình thích nghi khi E thay đổi

+ Cực viễn: vô cùng

1.2.2 Các nhân tố ah đến độ nhìn

1) Góc nhìn và năng suất phân ly

- Góc nhìn: góc tạo bởi 2 đt nối điểm đầu và điểm chân của vật quan sát đến quang tâm của mắt

vật quan sát = năng suất phân ly = góc

nhìn cực tiểu giới hạn

C≥0.1: mắt có thể phân biệt được vật đặt trên nền

1.2.2 Các nhân tố ah đến độ nhìn

3) Khoảng cách vật quan sát đến mắt

Khoảng cách đến mắt khác nhau → khả năng phân biệt màu sắt, chi tiết khác

của không khí.

1.2.2 Các nhân tố ah đến độ nhìn

4) Thời gian quan sát

- Đủ thời gian cho mắt thích nghi với ánh

sáng trên vật và bối cảnh

- Quá trình thích nghi phụ thuộc vào cường

độ as của 2 môi trường chuyển tiếp

+ Quá trình thích nghi tối + Quá trình thích nghi sáng

Age Effects ???

Age Effects

Độ tuổi:

• 20-30 (hầu hết các các Tiêu chuẩn)

Age Effects (cont)

1.2.2 Các nhân tố ah đến độ nhìn

5) Hiện tượng chói loá

- Sự suy giảm khả năng nhìn (do nhiễu) hay làm mất hoàn toàn khả năng nhìn (do mất tiện nghi nhìn)

1.2.2 Các nhân tố ah đến độ nhìn

5) Hiện tượng chói loá (tt)

+ Độ chói min mắt nhìn thấy: L=0.01 Cd/m2

+ Phân biệt được màu sắc: L≥3Cd/m2

+ Độ chói bắt đầu gây lóa: L=5.000 Cd/m2

1.2 Độ nhìn và các nhân tố ảnh hưởng

1.2.3 As màu

1) Tính 3 biến của thị giác

+ Độ chói của as + Độ hiện màu + Độ thuần khiết của as trắng

Chất lượng as có thể đặc trưng bằng 3 thông số:

Chất lượng as = sự thụ cảm tâm sinh lý của mắt người quan sát đối với màu sắc của as

Đặc trưng đặc điểm sinh lý của mắt khi cảm nhận as

(Source: anhsangmau.pdf-Ho Thi Than)

2) Tính 3 màu của as trong cảm nhận thị giác

Trong mắt người có 4 loại tế bào cảm

thụ màu của ánh sáng:

+ Loại trội với màu đỏ

+ Loại trội với màu xanh lá

+ Loại trội với màu xanh da trời

+ Loại nhạy cảm với cả 3 màu → cho cảm giác về độ chói của màu

→ Khi 3 loại tế bào cảm quang trên phản ứng không đều sẽ cho ta cảm giác màu có sắc , còn khi phản ứng của chúng đều nhau sẽ cho ta cảm giác màu vô sắc

(Source: anhsangmau.pdf-Ho Thi Than)

2) Tính 3 màu của as trong cảm nhận thị giác

Nếu

❖ chọn được 3 màu cơ bản (sao cho 2 trong 3 màu đó có bước sóng ở 2 đầu của phổ nhìn thấy) thì khi hỗn hợp 3 màu vớiliều lượng hợp lý sẽ cho mắt cảm nhận đượctất cả các màu sắc

Vd: AS màu xanh da trời ( = 436 nm)

AS màu vàng ( = 580 nm)

AS màu xanh lá ( = 546 nm)

Năm 1931, Ủy hội chiếu sáng quốc tế (C.I.E) xác định 3 màu cơ bản:

Màu đỏ (Red) – R ( = 700 nm)

Ø Màu xanh lá (Green) – G ( = 546 nm)

Ø Màu xanh da trời (Blue) – B ( = 436 nm)

(Source: anhsangmau.pdf-Ho Thi Than)