Đồ án Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho sân bóng đá

Theo đà phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các đô thị, khu công nghiệp, các công trình văn hoá thể thao đang phát triển nhanh chóng cả về số lượng và quy mô trên cả nước. Đi cùng với nó thì việc thiết kế chiếu sáng cho các công trình này là một yêu cầu cấp thiết, không chỉ là mối quan tâm của các công ty chiếu sáng, các nhà thiết kế chiếu sáng mà còn là mối quan tâm chung của toàn xã hội. Chiếu sáng các công trình thể thao trong đó có sân bóng đá là một bộ phận của kỹ thuật chiếu sáng. Để đảm bảo khả năng quan sát, di chuyển thì việc nghiên cứu và thiết kế chiếu sáng cho các sân bóng đá là yêu cầu rất cần thiết và quan trọng.

LỜI NÓI ĐẦU

Theo đà phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đấtnước, các đô thị, khu công nghiệp, các công trình văn hoá thể thao đang pháttriển nhanh chóng cả về số lượng và quy mô trên cả nước Đi cùng với nó thìviệc thiết kế chiếu sáng cho các công trình này là một yêu cầu cấp thiết,không chỉ là mối quan tâm của các công ty chiếu sáng, các nhà thiết kế chiếusáng mà còn là mối quan tâm chung của toàn xã hội

Chiếu sáng các công trình thể thao trong đó có sân bóng đá là một bộphận của kỹ thuật chiếu sáng Để đảm bảo khả năng quan sát, di chuyển thìviệc nghiên cứu và thiết kế chiếu sáng cho các sân bóng đá là yêu cầu rất cầnthiết và quan trọng

Xuất phát từ yêu cầu trên cùng với sự quan tâm của bản thân về lĩnhvực chiếu sáng và được sự đồng ý của bộ môn TBĐ-ĐT, em được nhận bản

đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ: “Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện chosân bóng đá ĐHBK Hà Nội”

Với sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của thầy giáo Ngô Xuân Thànhcùng với các thầy cô trong bộ môn TBĐ-ĐT, sau 3 tháng em đã hoàn thànhbản đồ án của mình theo đúng tiến độ đề ra của bộ môn và thầy hướng dẫn

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Ngô Xuân Thành cùng các thầy

cô trong bộ môn TBĐ-ĐT đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoànthành bản đồ án này Nhưng do còn hạn chế về kiến thức cũng như thực tếcủa bản thân Bản đồ án không thể không tránh khỏi những sai sót, em rấtmong nhận được sự đóng góp của thầy cô cũng như các bạn để em rút rađược kinh nghiệm trong quá trình công tác sau này

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, Ngày 25 tháng 5 năm 2009

Sinh viênPhạm Minh Tú

CHƯƠNG I

CƠ SỞ KĨ THUẬT CHIẾU SÁNG VÀ LÍ THUYẾT TÍNH TOÁN

CHIẾU SÁNG BẰNG ĐÈN PHA I/ ÁNH SÁNG VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG:

 Trong chân không ánh sáng lan truyền

với tốc độ C     3 10 8(m/s) được thể

hiện bằng hai véctơ cường độ điện trường

E và véctơ cảm ứng từB luôn vuông góc

với nhau và vuông góc với phương truyền

sóng

 Ta có thể nhìn thấy thành phần cấu tạo của tất cả các nguồn sáng bằngcách cho chùm tia sáng qua cạnh của một lăng kính thuỷ tinh, khi chiếuánh sáng trắng trên màn ảnh ta thu được một phổ liên tục chuyển từ màunày sang màu khác

Hồng ngoại

Tia cực tím

ĐỏTímQuang phổ ánh sáng

 Con mắt người là bộ cảm biến quang sinh học vô cùng tinh tế và linhhoạt cảm nhận được ánh sáng trong dải bước sóng từ 380 đến 780 nm Sựcảm nhận ánh sáng của mỗi người cũng khác nhau và được ủy ban Chiếusáng quốc tế CIE đưa ra các giới hạn phổ màu của ánh sáng nhìn thấy vàđược cho như sau:

1.2/ Cơ chế nhìn của mắt:

 Mắt và cấu tạo của mắt:

Mắt là cơ quan cảm cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vô cùng tinh vi

Mắt người có dạng hình cầu đường kính khoảng 2,4 cm, nặng khoảng 7g

- Thuỷ tinh thể giống thấu kính hội tụ, nó rất mềm có thể điều tiết độ dàymỏng để thay đổi tiêu cự vì vậy có thể hướng tia sáng bên ngoài rơi vàovõng mạc ở đáy mắt Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho các hìnhảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta nhìn rõ cácvật

- Võng mạc: võng mạc ở đáy hốc mắt chia làm hai vùng khác nhau:

Vùng ngoài: Chứa 120 triệu nơron thần kinh thị giác có chức năngcảm thụ ánh sáng ở mức thấp ( thị giác ban đêm) , phân biệt được mức độtrắng, đen, sáng, tối

Vùng giữa: gồm khoảng 7 triệu tế bào hình nón, dùng để cảm thụ ánhsáng ở mức cao ( thị giác ban ngày) , dùng để phân biệt được màu sắc và sự

rõ nét của sự vật Các tế bào hình nón đảm bảo chức năng nhận biết màu

Thuỷ tinh thể

Vùng giữaVùng ngoài

Võng mạc

nhiều hay ít còn phụ thuộc vào mức chiếu sáng, nhất là trong miền trunggian giữa thị giác ngày và thị giác đêm.

 Cơ chế nhìn:

Sở dĩ ta nhìn thấy sự vật vì khi tiếp nhận ánh sáng trong không gianthì sự vật đó biến thành nguồn sáng thứ cấp và chính mắt cảm thụ các tiasáng phát ra từ nguồn đó Chúng được hội tụ trên võng mạc nhờ sự điều tiếttrên thuỷ tinh thể Các tế bào hình nón, hình que đóng vai trò là các cảm biếnthu nhận và thông qua hệ thống thần kinh thị giác để chuyển tín hiệu đó lên

vỏ não Chính thần kinh thị giác là một bộ phận của võ não tri giác ánh sángnhìn được

1.3/ Các tính năng của mắt và đường cong hiệu quả:

 Các tế bào hình nón tập trung ở giữa võng mạc vì vậy mắt người chỉnhìn rõ nét màu sắc của sự vật, nếu hình ảnh của sự vật đó tiêu tụ vàogiữa võng mạc, nói chung khi mắt người đang quan sát một mục tiêu cụthể thì nó không nhìn rõ mục tiêu khác thâm nhập vào thị trường của nó

 Khả năng quan sát của mắt người: mắt người chỉ phân biệt được haiđiểm lân cận khi hình ảnh của nó tạo nên cảm giác của hai tế bào khácnhau, ứng với sai lệch góc là 17 10  3độ

A B



 Mắt người phân biệt ứng sử có độ nhạy khác nhau với các ánh sáng cóbước sóng khác nhau

Với các bước sóng đơn sắc

khác nhau thì tiêu cự của thuỷ

 Với mắt người bỡnh thường là mắt người tinh nhất, nhỡn rừ nhất vớiỏnh sỏng đơn sắc   555 ( nm )ban ngày và   500 ( nm ) ban đờm Vỡ vậyngười ta định nghĩa hàm tớnh năng nhỡn V: đặc trưng cho khả năng nhỡn

rừ của mắt V= V()

V(: Ban ngày V'(Ban đêm

ra cỏc hiệu ứng về nhiệt, hoỏ, điện từ tổng năng lượng bức xạ của nguồntrong một giõy:

d ).

( W W

Trong đú phần năng lượng trong phổ nhỡn thấy là:



780 380

d ).

( W W

Trong kỹ thuật chiếu sỏng, cựng một năng lượng bức xạ nhưng lại gõy rahiệu quả cảm nhận ỏnh sỏng khỏc nhau đối với mắt tuỳ theo bước súng của

nú Xột đến khả năng cảm thụ ỏnh sỏng của con người:





780 380

d ).

( V ).

( W

Quang thông của một nguồn sáng chính là thông lượng năng lượng gây hiệuquả ánh sáng cho mắt người.

 Ý nghĩa:

- Quang thông là đại lượng đặc trưng cho khả năng của nguồn bức xạ ánhsáng trong không gian

- Quang thông là năng lượng gây ra ánh sáng với mắt người

 Hiệu suất phát quang:

Là tỉ số giữa quang thông phát ra của nguồn với công suất của nguồntiêu thụ

R 2

S



 [ Sr] Góc khối steradian

Giá trị cực đại của  khi từ O ta chắn cả không

gian tức là toàn bộ hình cầu:

Vì Scầu =4п R2  max = cầu = 4п (Sr)

2 Cường độ sáng I:

Các nguồn sáng bức xạ không đều trong không gian Để đặc trưng chothông lượng ánh sáng phát đi theo một hướng người ta đưa ra khái niệmcường độ ánh sáng I

=> Cường độ ánh sáng là thông lượng ánh sáng phát đi theo một phương.

CIE đưa ra định nghĩa của candela: candela là cường độ ánh sáng theomột phương của nguồn bức xạ đơn sắc có bước sóng =555 nm và cường

độ năng lượng theo phương này bằng 1/683(W/Sr)

 Nếu nguồn sáng nằm trong bộ đèn cần phải có đường cong trắc quang

là đặc tính quan trọng nhất được cho trong lý lịch của bộ đèn

Đường cong trắc quang là đường cong biểu diễn cường độ phân bốánh sáng của bộ đèn trên mặt phẳng, trong trường hợp bộ đèn đối xứng trongkhông gian, trong bộ đèn đặt một nguồn sáng tiêu chuẩn có đ  1000 ( lm )

Thực tế các bộ đèn giao thông, ngoài trời, đèn pha thường có phân bốánh sáng không đối xứng trong trường hợp đó phải cho một bảng phân bốánh sáng theo các góc lệch cách 50 hoặc 100 của các mặt phẳng đi qua trụcquang của đèn

4 Tính quang thông của một nguồn sáng:

E 

Độ rọi là đại lượng dùng đo mức độ chiếu sáng của đối tượng, là đạilượng quan trọng, chỉ tiêu số một quyết định mức độ chiếu sáng của khônggian thiết kế

Xét một nguồn sáng đặt tại O chiếu tới dS ở cách O một khoảng r.phương I và pháp tuyến dS hợp với nhau góc  Khi đó diện tích biểu kiếncủa dS là dS.cos

Theo định nghĩa góc khối: 2

r

cos dS

Mặt khác ta có: d   I d  2

r

cos I dS

ra định nghĩa độ chói

1 Độ chói khi trực tiếp nhìn đèn:

Khi nhìn vào nguồn sáng, độ chói không chỉ phụ thuộc vào cường độ I

mà tia sáng hướng tới mắt mà còn phụ thuộc vào cách nhìn, liên quan đếnhướng nhìn mà diện tích nhìn thấy nguồn sáng

Định nghĩa: độ chói L trong một phương cho trước, của một diện tíchmặt phát dS là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này trêndiện tích biểu kiến của dS:



 cos dS

dI

L [cd/m2]Với:  là góc hợp bởi (n, phương nhìn)

r

2 2

sin ac cos ab S

doc ngang

Độ chói phản ánh chất lượng chiếu sáng còn độ rọi chỉ phản ánh số lượng chiếu sáng

Độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy là 10-5 cd/m2 và bắt đầu gây nên loámắt ở 5000 cd/m2

2 Độ chói khi quan sát một nguồn sáng thứ cấp Định luật Lambert:

Khi một bề mặt vật chất được chiếu sáng sẽ phản xạ lại một phầnquang thông nhận được và được coi là một nguồn phát sáng thứ cấp

Xét một bề mặt được chiếu sáng, nó có nhiều cách ứng sử khác nhauphụ thuộc vào cấu tạo vật chất và hình dạng bề mặt của mặt phản xạ Khi bềmặt cấu tạo từ các hạt mịn, đồng chất, phẳng thì nó phản xạ khuếch tán hoàntoàn Đặc điểm của bề mặt phản xạ khuếch tán hoàn toàn:

+ Độ chói L của bề mặt gây ra không đổi và như nhau ở mọi phươngnhìn

+ Vectơ cường độ sáng I do bề mặt gây ra có độ lớn phân bố theo quyluật cosin trong toạ độ cực với gốc là điểm tới của chùm tia tới trong khônggian

Tập hợp các Vectơ này tạo thành một mặt cầu có đường kính D=L.S

Do đó I = I.cos = L.S.Cos

Định luật Lambert: Trong trường hợp có phản xạ khuếch tán hoàntoàn trên một mặt phẳng có hệ số phản xạ , độ rọi là E thì độ chói do bềmặt gây ra là:

E = LCác hệ số phản xạ:

Độ tương phản C được định nghĩa:

f f

f 0

L

L L

L L

C   

Trong đó: L0 là độ chói của đối tượng quan sát

Lf là độ chói của nềnThực tế để nhìn rõ sự vật cần có C > 0,01 vì vậy C < 0,01 ứng với trườnghợp quan sát ban đêm

Ý nghĩa: độ tương phản C là đại lượng đặc trưng cho chất lượng quan sát.Trong thực tế nhờ có sự tương phản khác nhau ở các mặt không gian khácnhau mà chúng ta nhìn thấy sự vật với hình khối không gian

2 Tính năng nhìn:

Trong thực tế người ta thấy rằng khả năng quan sát rõ sự vật của mắtkhông tỷ lệ với C mà tỷ lệ với loogarit của độ tương phản C Vì vậy lgCđược định nghĩa là tính năng nhìn của mắt

3 Độ nhìn rõ:

Blackwell đã đưa ra quan niệm độ nhìn rõ là tỷ số C/Cs cho phép đánh

giá tính năng nhìn

S C

C

V 

Với Cs là ngưỡng tương phản nhỏ nhất mà mắt người còn quan sát được

1.9/ Các đặc tính của một nguồn sáng:

1 Nhiệt độ màu: T 0 (K)

Nhiệt độ màu là một thông số đặc trưng cho màu sắc của nguồn Để

so sánh chất lượng màu sắc của một nguồn sáng với ánh sáng tự nhiên banngày người ta đưa ra khái niệm về nhiệt độ màu, đó là mô tả màu của mộtnguồn sáng bằng cách so sánh ánh sáng của nó với ánh sáng bức xạ của mộtvật đen tuyệt đối được nung sáng từ 2000 đến 10.0000 K

 Khi đốt màu đen lý tưởng có:

40005500 Trắng ban ngày, đẹp trời

700010000 Trắng ban ngày, trời u ám, giàu màu tím

Đây là tài liệu quan trọng nhất dùng để chọn nguồn sáng phù hợp với

độ rọi yêu cầu trong không gian thiết kế chiếu sáng

Môi trường tiện nghi trong vùng gạch chéo

Chỉ số hoàn màu là một đặc trưng và cũng là chỉ tiêu rất quan trọngđối với mọi nguồn sáng, nó phản ánh chất lượng của nguồn sáng thông qua

sự cảm nhận đúng hay không đúng màu của các đối tượng được chiếu sáng.Cùng một sự vật được chiếu sáng bằng các nguồn sáng khác nhau thì sẽ thểhiện các màu sắc khác nhau Chỉ số hoàn màu Ra đặc trưng cho nguồn về sựthể hiện màu sắc của sự vật so với một nguồn sáng chuẩn là ánh sáng tựnhiên ban ngày Nó là thông số nói lên chất lượng thể hiện màu sắc củanguồn sáng và là thông số rất quan trọng khi lựa chọn loại đèn dùng chochiếu sáng và nó được trình bày trong lý lịch của mỗi loại đèn

Chỉ số Ra = 0÷100

- Ra = 0: màu sắc sự vật dưới ánh sáng này bị “méo” hoàn toàn

- Ra = 100: ánh sáng trung thực về thể hiện màu sắc

- Ra < 50: màu sắc của sự vật được coi là biến đổi hoàn toàn

- 50 < Ra < 70: màu bị biến đổi

- 70 < Ra < 85: màu ít bị biến đổi, sử dụng chiếu sáng thông dụng

- Ra > 85: màu được coi là trung thực

II/ CÁC NGUỒN SÁNG ĐIỆN:

2.1/ Các nguyên lý tạo ra nguồn sáng và các chỉ tiêu đánh giá chúng:

1 Các nguyên lý tạo ra nguồn sáng: có 3 nguyên lý chính

a Nguyên lý sợi đốt:

Bằng cách đốt sợi dây kim loại đến nhiệt độ cao, khi đạt đến 1000

20000 K thì bắt đầu xuất hiện bức xạ có bước sóng lớn nằm trong vùng hồngngoại và xuất hiện màu đầu tiên là màu đỏ Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thìphổ bức xạ càng dịch dần về vùng có bước sóng ngắn và sẽ xuất hiện cácmầu cam, vàng, xanh, tím Nối chung theo nguyên lý này sẽ tạo ra ánh sángthiên về các bước sóng nằm trong vùng màu đỏ nên nhiệt độ màu thấp

Khi nhiệt độ đốt nóng càng cao thì hiệu suất và chất lượng của ánhsáng phát ra tốt hơn Tuy nhiên nhiệt độ này bị giới hạn bởi nhiệt độ nóngchảy của kim loại Vật liệu thường dùng làm sợi đốt là vonfram có nhiệt độnóng chảy cao 36500 K và giá thành phải chăng.

Để có thể nâng cao nhiệt độ thì sợi đốt được chế tạo theo nối “ xoắnkép” tập trung năng lượng vào một không gian hẹp

Nguyên lý này tạo ra nguồn sáng có hiệu suất phát quang   5 %

w / lm ) 15 10

(

hay   

b Nguyên lý phóng điện trực tiếp tạo ra ánh sáng:

Nguyên lý: Nếu cho phóng điện hồ quang trong 1 ống phóng có chứa

Na hoặc Hg ở áp suất và nhiệt độ thích hợp sẽ có các bức xạ đơn sắc hoặccác bức xạ phổ hẹp và tạo ra ánh sáng nhìn thấy

Hiệu suất: đây là loại nguyên lý tạo ra nguồn sáng có hiệu suất caonhất Nhược điểm của nó là chất lượng ánh sáng không cao nên thường sửdụng trong không gian lớn ngoài trời

Nguyên lý này tạo ra các loại đèn: NA thấp áp, NA cao áp và Halogenkim loại ( Metal halide)

c Nguyên lý phóng điện kết hợp với huỳnh quang:

Cũng cho phóng điện trong ống phóng mà thành ống được phủ mộtlớp huỳnh quang, trong điều kiện thích hợp để tạo ra bức xạ nằm trong vùng

tử ngoại không nhìn thấy gọi là bức xạ sơ cấp Sau đó chúng kích hoạt lênlớp huỳnh quang phủ trong thành ống tạo ra bức xạ thứ cấp phát sáng, cóbước sóng trong vùng nhìn thấy nên phát sáng

Nguyên lý này tạo ra các loại đèn có hiệu suất khá cao = 20%÷22%Các loại đèn: đèn ống huỳnh quang, compact, thủy ngân cao áp.

2 Các chỉ tiêu đánh giá một nguồn sáng:

 Hiệu suất phát quang: η = (10÷200) lm/w

Đây là chỉ tiêu kinh tế rất quan trọng và tiết kiệm năng lượng

giảm sự bay hơi tăng tuổi thọ của sợi đốt, tuy nhiên nó làm tăng hệ sốdẫn nhiệt của môi trường bên trong bóng đèn làm giảm hiệu suất.

 Đuôi đèn: làm giá đỡ cho bóng đèn, là điện cực nối điện giữa bóngđèn và nguồn.Có 2 loại phổ biến:

Đuôi cài : ứng dụng cho công suất nhỏ

Đuôi xoáy : vòng tiếp xúc tốt thường dùng cho bóng từ nhỏ đến lớn

 sợi đốt: làm bằng sợi vonfram với sợi dây xoắn kép t0

nc = 36500K

2 Đèn halogen sợi đốt:

Là đèn sợi đốt cải tiến bằng cách cho thêm một tỉ lệ thích hợp khíhalogen trong bóng đèn sợi đốt như I2, Br2 Các khí này đóng vai trò là mầmngưng tụ khí bốc ra từ sợi đốt, sau đó khi đèn ngừng làm việc thì các thànhphần ngưng tụ này quay trở về sợi đốt làm tăng tuổi thọ, tăng hiệu suất phátquang của đèn, η=(20÷25) lm/w

Ứng dụng ở những nơi chiếu sáng rộng, quang thông lớn, chất lượngchiếu sáng cao như đèn pha chụp ảnh, nhà thi đấu, sân thể thao…

3 Các chỉ tiêu đánh giá:

 Hiệu suất phát quang: hiệu suất phát quang thấp với η=(20÷25) lm/W

 Tuổi thọ: đây là đèn có tuổi thọ thấp nhất, D = 1000h

 Cấu tạo và nguyên lý phát sáng:

Cho phóng điện trong một ống phóng có chứa hơi thuỷ ngân ở áp suấtthấp P=0,01mmHg thì sẽ xuất hiện các bức xạ sơ cấp có bước sóng ngắnnằm trong vùng tử ngoại, sau đó chúng kích hoạt lên lớp huỳnh quang phủtrong thành ống và phát ra ánh sáng Phổ sáng của loại đèn này phụ thuộcvào chất huỳnh quang Vì vậy loại này cho nhiều màu sắc có dạng nhiệt độ

 Nguyên lý làm việc:

Nếu đóng công tắc thì Ung đặt

vào khe hở không khí giữa 2 cực

động và tĩnh của stacte và xảy ra

phóng điện hồ quang Trong mạch

có dòng điện và chính dòng điện này

đốt nóng hai sợi đốt tạo điều kiện

thuận lợi cho việc thoát hồ quang

của các điện tử Thuận lợi cho quá

trình phóng điện Đồng thời dòng điện cũng nung nóng tiếp điểm độngstacte có cấu tạo bimetan→ khe hở không khí tăng → ngắt hồ quang Lúcnày xuất hiện suất điện động tự cảm trên chấn lưu kết hợp điện áp nguồn tạo

Ufđ đặt lên đèn cỡ 400V→phóng điện trong đèn Lúc làm việc bình thường

Ulv ≈ 110 V

2 Đèn thuỷ ngân cao áp:

 Nguyên lý làm việc: khi cho phóng điện trong ống phóng có chứa hơi

Hg ở áp suất cao (1÷10atm), thì sẽ xuất hiện 4 phổ vạch gần nhau cóbước sóng 400-430-540-560 nm cùng nhiều bức xạ tử ngoại được dùng

để kích hoạt lên lớp huỳnh quang quét trong lõi ống Như vậy nguyênnhân gây ra ánh sáng trong trường hợp này là vừa phát sáng trực tiếp, vừaphát sáng huỳnh quang

3 Đèn compact ( đèn hợp bộ):

CT CL

U phóng

220V

 Nhờ cải tiến công nghệ cho phép làm mịn lớp bột huỳnh quang, thunhỏ ống phóng và ứng dụng chấn lưu điện tử, người ta đã cải tiến đènhuỳnh quang thành đèn compact Các chi tiết bóng đèn, chấn lưu được tổhợp thành một thiết bị trọn bộ.

 Các chỉ tiêu:

+ Hiệu suất phát quang tương đèn huỳnh quang

+ Tuổi thọ: D = 5000÷8000h

+ Chỉ số hoàn màu: Ra = 85

+ Nhiệt độ màu rải rộng: T = 2700÷6000 0K

4 Các loại đèn phóng điện trực tiếp:

a Đèn Natri thấp áp:

 Nguyên lý: cho phóng điện trong một ống phóng có chứa hơi Natri ở ápsuất thấp cỡ 1mmHg Nhiệt độ t0=50÷1000C thì sẽ xuất hiện bộ đôi hai phổvạch có bước sóng rất gần nhau  1 = 589 nm và  2= 589,6 nm tạo ra ánhsáng màu vàng cam nhạt rất gần với vùng nhạy cảm của mắt

b Đèn Natri cao áp:

 Nguyên lý: cho phóng điện trong ống phóng có chứa hơi Natri ở áp suấtcao p = 1÷10atm và nhiệt độ t0=10000C thì sẽ phát sáng trực tiếp ánh sáng códải tần khá rộng và màu trắng

 Các chỉ tiêu đánh giá:

c Đèn Halogen kim loại (Metal Halide):

 Nguyên lý: cho phóng điện trong ống phóng chứa hỗn hợp gồm khí thuỷngân và một loại khí halogen sẽ thu được ánh sáng trắng có dải tần rộng,chất lượng cao Có công suất (100÷2000)W

 Ứng dụng: đây là loại đèn có chỉ số thể hiện màu cao, màu sắc trung thực

vì vậy được ứng dụng tại những nơi đòi hỏi chất lượng ánh sáng và có quangthông lớn, trong không gian rộng như sân vân động

III/ TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG BẰNG ĐÈN PHA:

3.1/ Đèn pha và các hệ trục toạ độ:

1 Đèn pha:

Đèn pha là loại bộ đèn có ánh sáng tập trung trong một không giantương đối hẹp, ứng dụng chiếu sáng cho diện tích tương đối rộng ở khoảngcách xa so với nguồn sáng

 Biểu diễn phân bố quang thông của đèn pha:

Nói chung các kiểu đèn pha có phân bố quang thông khá phức tạptrong không gian Vì vậy người ta kết hợp hai đường trắc quang chính ở mặtcát dọc và ngang của bộ đèn và kết hợp với một bảng I(B,) với B, là cácgóc được định nghĩa để xác định hướng phát ra tia sáng từ bộ đèn

y z

Imax 2

: góc dư vĩ y 2 z 2

x arctg

cos I

Trong đó I xác định theo bảng I(B,)

2 Các hệ trục toạ độ:

Các hệ trục toạ độ sử dụng trong tính toán chiếu sáng bằng đèn pha:

a Trường hợp cột đèn nằm tại góc sân và trục quang thuộc mặt phẳng yoz.

+ Mỗi điểm nằm trên mặt sân (P)

được xác định thong qua toạ độ không





Đường cong trắc quang

0

Trô

c q ua ng

 B V

P

B>0 B=0

z'

Ta có hệ toạ độ x’y’z’ Toạ độ gốc O’( -x1, -y1)

x

0 0

3.2/ Thiết kế chiếu sáng sân bóng đá:

- Mục đích sử dụng: cần phân biệt sân dành cho thi đấu hay luyện tậprèn luyện, các sân thi đấu thông thường và các sân tổ chức thi đấu có quaytruyền hình màu

- Đặc điểm không gian quanh công trình: công trình nằm trong khudân cư, cạnh đường giao thông, đường sắt, sân bay…

- Đặc điểm khí hậu: vận tốc gió tối đa, độ ẩm, sương mù…

- Nguồn điện cung cấp cho chiếu sáng : sử dụng trạm biến áp hiện cóhay phải xây mới

Yêu cầu, tiêu chuẩn về độ rọi:

TCXDVN 333:2005 Chiếu sáng nhân tạo bên ngoài công trình côngcộng - Tiêu chuẩn thiết kế phần yêu cầu về hệ thống chiếu sáng nhân tạocho các sân thể thao để tập luyện và thi đấu bam đêm, Độ rọi ngang trungbình trên mặt sân và hệ số đồng đều của độ rọi tính toán cho sân bóng đá vàđường chạy không được nhỏ hơn các giá trị được quy định trong bảng sau:

cách đường dọc tâm và dọc sân

đến đèn xa nhất

(2): L1, L2 thứ tự là khoảng cách

từ tâm và góc sân đến cột đèn

 Đặt đèn trên mái che khan đài:

Chỉ áp dụng cho các sân liên hợp có mái che có chiều cao  26 (m)

gồm Eđx : độ rọi tính cho mặt phẳng vuông góc với trục ox (Q)

Eđy: độ rọi tính cho mặt phẳng vuông góc với trục oy (P)

- Độ đồng đều ngang:

ntb

min n n

min đ đ

K

S

P

n y

n n

n x

bố trục quang đến các điểm trên sân sẽ ảnh hưởng đến độ đồng đều Un, Ud.

Vì vậy việc phân bố này coi là lời giải quan trọng trong thiết kế chiếu sángsân bóng

 Chia lưới tính toán:

Thường sử dụng công thức tham khảo:

Kích thước mắt lưới: a  0 2  5 lg d

Với d là chiều dài tính toán của sân

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO SÂN BÓNG

Sân bóng đá đại học Bách Khoa Hà Nội là nơi học tập và thi đấu cácmôn thể thao của trường đại học Bách Khoa Hà Nội, thường xuyên diễn racác hoạt động văn hoá thể thao đặc biệt là môn thể thao vua

Sân bóng đá đại học Bách Khoa Hà Nội có quy mô 4418 chỗ ngồi gồm có:

- Sân bóng đá 68m x100m

- 4 đường chạy 400m, 6 đường chạy 130m

- Khu vực nhảy xa, nhảy cao, đẩy tạ, ném lao…

- Bãi tập xà

- Sân bóng chuyền

- Sân bóng rổ

I/ CƠ SỞ THIẾT KẾ:

 Các yêu cầu chung:

Hệ thống chiếu sáng sân vận động đại học Bách Khoa Hà Nội phảiđảm bảo các yêu cầu sau:

- Độ rọi trung bình và độ đồng đều phải đạt yêu cầu của tiêu chuẩn,trong đó độ rọi thẳng đứng cũng rất quan trọng vì các cầu thủ phải quan sát

rõ quả bóng trên cao

- Hạn chế tối đa sự chói lóa của nguồn sáng làm ảnh hưởng tới khảnăng quan sát của các vận động viên và khán giả trên sân

- Cần có giải pháp điều khiển chiếu sáng thích hợp cho các chế độ tậpluyện và chế độ thi đấu Cũng cần phải quan tâm đến chiếu sáng dự phòngkhi sự cố mất điện

- Kết cấu trụ đèn hiện đại, thanh mảnh không chiếm nhiều không gian,đảm bảo an toàn và có tuổi thọ cao

- Bóng đèn và các thiết bị điện sử dụng được chế tạo theo công nghệmới nhất đảm bảo tiết kiệm tối đa năng lượng điện tiêu thụ và độ bền lâudài

- Các trụ đèn được bố trí đảm bảo lưu thông hợp lý, đảm bảo an toànPCCC, kiến trúc công trình kết hợp với những công trình xung quanh đã cóphải phù hợp với cảnh quan chung

Phạm vi chiếu sáng:

Phạm vi chiếu sáng sân bóng đá ĐHBK bao gồm toàn bộ phần mặtsân giới hạn bởi các đường biên dọc và biên ngang

Độ rọi thiết kế:

Nhiệm vụ thiết kế: thiết kế chiếu sáng hai mức: thi đấu 500lux vàluyện tập 200 lux cho sân bóng đá.

Sau khi xem xét cân nhắc các tiêu chuẩn nhằm đảm bảo các tiêuchuẩn cho hệ thống chiếu sáng sân bóng đá trường đại học bách khoa vànhiệm vụ thiết kế, em thiết kế hệ thống chiếu sáng trên sân đạt trung bình

500 lux, đảm bảo hoạt động cho cả hai chế độ

Bố trí đèn chiếu sáng:

Với đặc điểm kết cấu công trình sân vận động trường đại học báchkhoa gồm có hai khán đài A và B với khán đài B không có mái che nên ta bốtrí đèn chiếu sáng theo phương pháp lắp đền trên cột đèn

Các phương án bố trí đèn cho sân vận động:

Để đưa ra được một phương án tối ưu nhất cho thiết kế chiếu sáng sânvận động ta đưa ra 4 phương án để so sánh, đánh giá:

 Phương án 1: Đặt 4 cột dọc 2 bên sân với góc quay R = 0

Ưu điểm: Số cột ít, cột không cần cao lắm, hiệu suất chiếu sáng cao.Nhược điểm: Độ đồng đều thấp

 Phương án 2: Đặt 4 cột ở 4 góc sân với góc quay R  0

Ưu điểm: Số cột ít, hiệu suất chiếu sáng cao, độ đồng đều tốt

Nhược điểm: Độ đồng đều thấp hơn đặt 6 cột

 Phương án 3: Đặt 6 cột đèn dọc sân với góc quay R = 0

Ưu điểm: Làm tăng hệ số đồng đều và hệ số sử dụng

Nhược điểm: Không kinh tế do số cột nhiều

 Phương án 4: Đặt đèn trên mái che khán đài

Dùng cho sân vận động liên hợp và có mái che Nếu mái che cao 26m thì có thể lợi dụng chiều cao của mái để đặt đèn Với các sân chỉ cómái che ở hai khán đài chính thì có thể dùng thêm các bộ đèn chiếu sángtăng cường, bổ sung ánh sáng cho khu vực cầu môn

Ưu điểm: Tiết kiệm kinh tế vì không phải đặt cột, vẫn đảm bảo độđồng đều chiếu sáng tốt

Nhược điểm: Chỉ áp dụng cho những sân vận động có mái che tươngđối cao, thường  26m

Nhận xét :

Qua phân tích ưu nhược điểm của các phương án bố trí đèn cũng nhưcác điều kiện thực tế ta đi đến chọn phương án 2 làm phương án thiết kế: sửdụng 4 cột đèn đặt ở 4 góc sân với R 0

II/ THIẾT KẾ CHI TIẾT CHIẾU SÁNG CHO SÂN VẬN ĐỘNG:

 Sơ đồ mặt bằng và kích thước sân:

Chiều dài sân bóng: 100 m

Lượng quang thông cần thiết phát ra từ các bộ đèn được phân bố trên

bề mặt sân để đảm bảo sau một năm sử dụng vẫn đạt Ey/c tính như sau:

sd

yc

tt K

S

Khu vực cần chiếu sáng bao gồm toàn bộ phần mặt sân giới hạn bởi

các đường biên dọc và biên ngang: S = 100 x 68 m2

Eyc : Độ rọi yêu cầu trung bình (lx)

Ksd : Hệ số sử dụng phụ thuộc chiều cao cột đèn Ksd = (0,17 0,4)

ta chọn Ksd = 0,2

: hệ số bù quang thông:   1 , 05  1 , 1 => chọn  = 1,1

 Trường hợp thi đấu Eyc = 500 [lx]:

] lm [ 18700000 2

, 0

1 , 1 68 100 500 1



 Trường hợp luyện tập Eyc = 200 [lx]:

] lm [ 7480000 2

, 0

1 , 1 68 100 200 2

18700000 N

đ

1 tt

Để tạo ra sự đồng đều về độ rọi trên mặt sân thì trên mỗi cột ta lại chia

ra các nhóm đèn khác nhau quay về các hướng khác nhau trên sân Trongtrường hợp này ta chia một cột đèn thành 5 nhóm đèn khác nhau quay theocác hướng:

D20

D7

D19 D13 D6

D18 D12 D5

D17 D11 D4

D16 D10 D3

D15 D9 D2

D14

D8

D1

N5 N4

N2 N3

N1

D21 D22 D23 D24 D25 D26

 Khi luyện tập:

56 , 41 180000

7480000 N

Như vậy, mỗi cột ta cần dùng 44/4 = 11 (bộ đèn) Khi luyện tập tađiều khiển bật 11 đèn trong 26 đèn trên Cũng như trên, trong trường hợpnày ta chia một cột đèn thành 5 nhóm đèn khác nhau quay theo các hướng:

D25 D24 D23 D22

đã có phải phù hợp với cảnh quan chung ta đặt các cột đèn như hình vẽ.Chọn x1 = -22 (m)

68 22 ( ) 2

100 14 (

) m ( 26 22 14

26 3

85 6 , 0 H 85 35 , 0 H

L

3

l 6 , 0 H

Khán Đài A

y

x 0

22 49 arctg

39 arctg

22 39 arctg

29 arctg

22 29 arctg

19 arctg

22 19 arctg

9 arctg

22 9 arctg







Cét B

Cét C Cét D

Cét A

NA1

NA2 NA3

NA5

NA5

NA3 NA2

NB2 NB3

NB5 NA4

ND4 NC5

NC3

NC2 NC1 ND1

ND2

ND3

ND5 NC4

Cét B Cét A

Cét C Cét D

Tương tự, các nhóm đèn trên các cột B, C, D cũng được bố trí như các nhómđèn trên cột A

Theo tính chất đối xứng ta có:

Góc V và R của các nhóm đèn NA1, NB1, NC1, ND1 bằng nhau

Góc V và R của các nhóm đèn NA2, NB2, NC2, ND2 bằng nhau

Góc V và R của các nhóm đèn NA3, NB3, NC3, ND3 bằng nhau

Góc V và R của các nhóm đèn NA4, NB4, NC4, ND4 bằng nhau

Góc V và R của các nhóm đèn NA5, NB5, NC5, ND5 bằng nhau

Chia lưới tính toán:

Kích thước mắt lưới:

d lg

5 2 , 0

a 

Với d: chiều dài tính toán của sân d = 100 (m)

) m ( 5 5

2 , 0 5 2 , 0

Chiều ngang sân ta chia thành 15 điểm đánh số từ 1 đến 15

Chiều dọc sân ta chia làm 21 điểm điểm đánh số từ 1 đến 21

 lưới tính toán gồm có 15x21 = 315 điểm

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Tính toán độ rọi lưới điểm:

Ta tính độ rọi ngang trên mặt sân và độ rọi đứng ở cao độ 1,5m so vớimặt sân cho toàn bộ 315 điểm của lưới tính toán

Tính toán độ rọi ngang: ta tính độ rọi của bốn cột đèn A, B, C, D gây ra tạiđiểm xét rồi áp dụng nguyên tắc xếp chồng tính được độ rọi ngang tại điểmđó

Tính toán độ rọi đứng: tính toán hướng về phía khán đài A, do vậy ta chỉ xếpchồng độ rọi đứng của các cột đèn C và D gây ra tại điểm xét

a Tính độ rọi tại điểm 6-9 do các nhóm đèn của cột A tác dụng:

Điểm 6-9 sẽ chịu tác dụng của các nhóm đèn NA1, NA2, NA3, NA4,NA5 áp dụng nguyên tắc xếp chồng để tính độ rọi ta có:

5 NA 4 NA 3 NA 2 NA 1 NA )

) m ( 46 22 24 x x ' x (m) 40 y (m) 24

x

1 1

R sin R cos y

) m ( 42 , 36 x

0 0

38

87 , 60 arctg V

' z

y arctg

Độ dư vĩ : 2 2 2 2 0

0

38 87 , 60

42 , 36 arctg

' z y

=300 => I = 362 (cd)Nội suy cho cấp :

Từ (1) ( 26 , 91 20 ) 369 , 41 ( cd )

20 30

424 345 424

460 362 460

41 , 369 28 , 392 41 , 369

1 NA n

h

cos ).

, B ( d

cos ).

, B (

0 2

2 2

2

82 , 61 ) 38

54 46 ( arctg )

h

' y ' x (





) lx ( 722 , 25 38

) 82 , 61 ( cos 352683

2

đ 2

đ 1

NA đ

) 5 , 1 h ( ' y ' x

cos ).

, B ( d

cos ).

, B ( E

2 đ

79 , 54

) 46

54 ) 5 , 1 38 ( ( arctg )

' x

' y ) 5 , 1 h ( ( arctg

) 79 , 54 cos(

352683

0 1

(3)

) m ( 46 22 24 x x ' x (m) 40 y (m) 24

x

1 1

) m ( 72 , 20 x

0 0

38

84 , 67 arctg V

' z

y arctg

72 , 20 arctg

h y

=200 => I = 509 (cd)Nội suy cho cấp :

Từ (1) ( 14 , 92 10 ) 488 , 45 ( cd )

10 20

516 460 516

590 509 590

45 , 488 15 , 550 45 , 488

2 NA

h

cos ).

, B ( d

cos ).

, B (

0 2

2 2

2

82 , 61 ) 38

54 46 ( arctg )

h

' y ' x (





) lx ( 84 , 34 38

) 82 , 61 ( cos 477697

2

đ 2

đ 2

NA đ

) 5 , 1 h ( ' y ' x

cos ).

, B ( d

cos ).

, B ( E

(3)

2 2 2

2 đ

79 , 54

) 46

54 ) 5 , 1 38 ( ( arctg )

' x

' y ) 5 , 1 h ( ( arctg

46

) 79 , 54 cos(

477697

) m ( 46 22 24 x x ' x (m) 40 y (m) 24

x

1 1

) m ( 08 , 7 x

0 0

38

58 , 70 arctg V

' z

y arctg

08 , 7 arctg

h y

=100 => I = 590 (cd)Nội suy cho cấp :

Từ (1) ( 5 , 05 0 ) 524 , 91 ( cd )

0 10

534 516 534

674 590 674

91 , 524 58 , 631 91 , 524

3 NA n

h

cos ).

, B ( d

cos ).

, B (

0 2

2 2

2

82 , 61 ) 38

54 46 ( arctg )

h

' y ' x (





(1)(2)

(3)

) lx ( 664 , 49 38

) 82 , 61 ( cos 680954

2

đ 2

đ 3

NA đ

) 5 , 1 h ( ' y ' x

cos ).

, B ( d

cos ).

, B ( E

2 đ

79 , 54

) 46

54 ) 5 , 1 38 ( ( arctg )

' x

' y ) 5 , 1 h ( ( arctg

46

) 79 , 54 cos(

680954

0 3

) m ( 46 22 24 x x ' x (m) 40 y (m) 24

x

1 1

) m ( 95 , 6 x

0 0

38

59 , 70 arctg V

' z

y arctg

95 , 6 arctg h

=100 => I = 590 (cd)Nội suy cho cấp :

Từ (1) ( 4 , 95 0 ) 525 , 09 ( cd )

0 10

534 516 534

674 590 674

09 , 525 42 , 632 09 , 525

(3)

Độ rọi ngang tại điểm 6-9 trên mặt sân do nhóm NA4 tạo ra là:

2

3 2

4 NA n

h

cos ).

, B ( d

cos ).

, B (

0 2

2 2

2

82 , 61 ) 38

54 46 ( arctg )

h

' y ' x (





) lx ( 92 , 40 38

) 82 , 61 ( cos 561064

0 3

4 NA

2

đ 2

đ 4

NA đ

) 5 , 1 h ( ' y ' x

cos ).

, B ( d

cos ).

, B ( E

2 đ

79 , 54

) 46

54 ) 5 , 1 38 ( ( arctg )

' x

' y ) 5 , 1 h ( ( arctg

46

) 79 , 54 cos(

561064

0 4

) m ( 46 22 24 x x ' x (m) 40 y (m) 24

x

1 1

) m ( 83 , 19 x

0 0

38

11 , 68 arctg V

' z

y arctg

83 , 19 arctg

h y

=200 => I = 509 (cd)Nội suy cho cấp :

Từ (1) ( 14 , 27 10 ) 492 , 09 ( cd )

10 20

516 460 516

(3)

Từ (2) ( 14 , 27 10 ) 555 , 41 ( cd )

10 20

590 509 590

09 , 492 41 , 555 09 , 492

5 NA n

h

cos ).

, B ( d

cos ).

, B (

0 2

2 2

2

82 , 61 ) 38

54 46 ( arctg )

h

' y ' x (





) lx ( 387 , 34 38

) 82 , 61 ( cos 471489

0 3

5 NA

2

đ 2

đ 5

NA đ

) 5 , 1 h ( ' y ' x

cos ).

, B ( d

cos ).

, B ( E

2 đ

79 , 54

) 46

54 ) 5 , 1 38 ( ( arctg )

' x

' y ) 5 , 1 h ( ( arctg

46

) 79 , 54 cos(

471489

0 5

488 , 77 92 , 40 664 , 49 84 , 34 722 , 25

E E

E E

b Tính độ rọi tại điểm 6-9 do các nhóm đèn của cột B tác dụng:

Do có tính chất đối xứng nên độ rọi của cột B gây ra tại điểm 6-9bằng độ rọi của cột A gây ra tại điểm 6-13 Ta đi tính độ rọi của cột A tạiđiểm 6-13 Tính toán tương tự như trên ta tính được độ rọi của các nhómđèn NA1, NA2, NA3, NA4, NA5 gây ra rại điểm 6-13

Độ rọi ngang của nhóm NA1 gây ra: EnNA110,467 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA2 gây ra: E 18,22 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA3 gây ra: EnNA3 25,142 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA4 gây ra: EnNA4 22,754 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA5 gây ra: EnNA5 22,906 [lx]

Độ rọi ngang trên mặt sân do cột B gây ra tại điểm 6-9:

] lx [ 489 , 99 906 , 22 754 , 22 142 , 25 22 , 18 467 , 10

E E

E E

E E

c Tính độ rọi tại điểm 6-9 do các nhóm đèn của cột C tác dụng:

Do có tính chất đối xứng nên độ rọi của cột C gây ra tại điểm 6-9bằng độ rọi của cột A gây ra tại điểm 10-13 Tính toán tương tự ta có:

 Tính độ rọi ngang:

Độ rọi ngang của nhóm NA1 gây ra: EnNA111,532 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA2 gây ra: EnNA2 14,044 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA3 gây ra: EnNA3 18,264 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA4 gây ra: EnNA4 15,084 [lx]

Độ rọi ngang của nhóm NA5 gây ra: EnNA5 14,129 [lx]

Độ rọi ngang trên mặt sân do cột B gây ra tại điểm 6-9:

] lx [ 053 , 73 129 , 14 084 , 15 264 , 18 044 , 14 532 , 11

E E

E E

E E

Độ rọi đứng của nhóm NA1 gây ra: EđNA1 33,044 [lx]

Độ rọi đứng của nhóm NA2 gây ra: EđNA2 40,243 [lx]

Độ rọi đứng của nhóm NA3 gây ra: EđNA352,334 [lx]

Độ rọi đứng của nhóm NA4 gây ra: EđNA4 43,221 [lx]

Độ rọi đứng của nhóm NA5 gây ra: EđNA5 40,485 [lx]

Độ rọi đứng trên mặt sân do cột C gây ra tại điểm 6-9 ở cao độ 1,5m sovới mặt sân:

] lx [ 33 , 209 485 , 40 221 , 43 334 , 52 243 , 40 044 , 33

E E

E E

E E

d Tính độ rọi tại điểm 6-9 do các nhóm đèn của cột D tác dụng:

Do có tính chất đối xứng nên độ rọi của cột D gây ra tại điểm 6-9bằng độ rọi của cột A gây ra tại điểm 10-9 Tính toán tương tự ta có: