Tải bản đầy đủ

giáo trình kỹ thuật chiếu sáng

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ðIỆN

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

Biên soạn:
ThS. ðINH MẠNH TIẾN

-------------------------------------------------Cần Thơ 2008 ------------------------------------------Trang 0


MÔ TẢ TÓM TẮT NỘI DUNG MÔN HỌC
1. CN273 (2TC) KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG.
Kỹ Thuật Chiếu Sáng là một môn học cần thiết cho các sinh viên chuyên ngành Kỹ
Thuật ðiện nói riêng và sinh viên các ngành khác như là Kỹ Thuật Cơ Khí, Kỹ Thuật Xây
Dựng nói chung. Khi hoàn thành môn học này, sinh viên tự mình tính toán thiết kế hoàn chỉnh,
hoặc giám sát thi công các công trình chiếu sáng, ñạt tiêu chuẩn về ñộ rọi, thẩm mỹ, an toàn
ñiện, cho các công trình dân dụng như là: Chiếu sáng trường học, chiếu sáng nhà xưởng, chiếu

sáng Trung tâm thương mại, chiếu sáng siêu thị, Chiếu sáng ñường phố, tượng ñài…

Trang 1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ
---------------------Học phần:

ðỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG
LIGHTING TECHNOLOGY

- Mã số: CK 394
- Số Tín chỉ: 2
+ Giờ lý thuyết: 30
1. Thông tin giảng viên
Tên giảng viên: Ths. ðinh Mạnh Tiến
Tên người cùng tham gia giảng dạy: Ks. Lê Vĩnh Trường
ðơn vị: Khoa Công Nghệ
ðiện thoại: 071 832598 – 0913 180 976
E-mail: dmtien@ctu.edu.vn
2. Học phần tiên quyết: Mạch ðiện 1 (CK 519)
3. Nội dung:
3.1. Mục tiêu
- Tìm hiểu các ñại lượng cơ bản về ánh sáng như quang thông, ñộ rọi, cường ñộ ánh
sáng,... Tìm hiểu các nguồn sáng và các thiết bị chiếu sáng.
- Tiêu chuẩn hoá chiếu sáng nhân tạo,
- Tính toán thiết kế các công trình chiếu sáng trong nhà
- Tính toán thiết kế các công trình chiếu sáng ngoài trời
- Tính toán cung cấp ñiện cho hệ thống chiếu sáng.
3.2. Phương pháp giảng dạy:
- Lý thuết : 10 tiết
- Tình Huống 20 tiết
3.3. ðánh giá môn học:
- Kiểm tra giữa kỳ:
50%
- ðồ án 50%
4. ðề cương chi tiết:


Nội dung
Tiết
9 tiết
CHƯƠNG I: CÁC ðẠI LƯỢNG ðO ÁNH SÁNG
I. KHÁI NIỆM CHUNG
1: Ánh sáng:
2: Nguồn sáng:
3:Sự cần thiết phải có ñơn vị mới ño ánh sáng
4:Góc khối , (Ω) , steradian ký hiệu là sr
5: Cường ñộ sáng (I),
6: Công thức liên hệ giữa quang thông và cường ñộ sáng
7: ðộ rọi (E), ñơn vị lux (lx)
8: Tri giác nhìn thấy và sự tương phản
9: ðịnh luật Lamber
II. Bài Tập chương I
CHƯƠNG II: THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG (sinh viên tự ñọc)
1. Cửa lấy sáng
2. ðèn sợi ñốt
3. ðèn Huỳnh quang
4. ðèn cao áp thủy ngân
5. ðèn cao áp Natri
6. ðèn Sodium
Trang 2


CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ
I. Phương pháp hệ số sửa dụng
I.1: Mục ñích:
I.2: Cơ sở:
I.3: Các bước tiến hành:
1: Nhận xét ñịa ñiểm chiếu sáng:
2: Chọn loại ñèn:
3: Chọn kiểu chiếu sáng và bộ ñèn
4: Chọn chiều cao ñèn:
5: Bố trí các ñèn:
6: Xác ñịnh quang thông tổng
7: Kiểm tra thiết kế
II. Phương phát tính toán theo ñơn vị công suất
III. Phương pháp ðiểm.
IV. Bài Tập Chương II
CHƯƠNG IV: LÝ THUYẾT CHIẾU NGOÀI TRỜI
I. Nguyên lý cơ bản
7. Cơ sở
8. Các cấp chiếu sáng
9. Phương pháp tỷ số R
10. Bố trí ñèn theo từng loại ñường
11. Khoảng cách giữa các ñèn
12. Xác ñịnh ñộ rọi, ñộ chói trung bình
13. Tính toán hệ số sử dụng
14. Bố trí vị trí các bộ ñèn
15. Kiểm tra mức ñộ tiện nghi G (Glare index)
II. Bài Tập Chương IV

9 tiết

3 tiết

CHƯƠNG V: LÝ THUYẾT CHIẾU NGOÀI TRỜI
I. Nguyên lý cơ bản
1. Xác ñịnh phụ tải chiếu sáng
2. Chọn dây dẫn
3. Chọn khí cụ ðiện
4. Các ký hiệu và sơ ñồ hệ thống chiếu sáng
II. Bài tập chương V
5. Tài liệu của học phần:
1) Kỹ thuật chiếu sáng : Lê Văn Doanh - ðặng Văn ðào. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật
2) Kỹ thuật chiếu sáng : Th.S Dương Lan Hương - NXB Ðại Học Quốc Gia TPHCM
3) Kỹ thuật chiếu sáng : Catalog Lighting Design
4) Kỹ thuật chiếu sáng : Nguyễn Viễn Sum - Nhà xuất bản Trẻ
5) www.siemens.com.vn
6) www.duhal.com.vn
7) www.lugiacolighting.com
Duyệt của ñơn vị

Ngày 28. tháng 09 năm 2007
Người biên soạn

Ts. Trần Trung Tính

Ths. ðinh Mạnh Tiến
Trang 3


CHƯƠNG I
CÁC ðẠI LƯỢNG ðO ÁNH SÁNG
I. KHÁI NIỆM CHUNG
I. 1: Ánh sáng:
- Ánh sáng là sóng ñiện từ ñặc trưng bởi: bước sóng ( λ ), tần số (f), chu kỳ (T)

- Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng 380nm (màu ñỏ) ñến 780nm
(tím) (1nm = 10 −9 m ; 1µm = 10 −6 m )

- (Hình 2) là quang phổ củ a ánh sáng nhìn thấ y có màu biến ñổi liên tục từ màu tím
ñến màu ñỏ, có nghĩa là giữa các màu liền kế nhau còn có các màu trung gian, ví dụ giữa màu

tím và màu chàm thì còn có các màu trung gian giữa hai màu này.
- Mỗ i ánh sáng ñơn sắc ñều có mộ t màu và ñặc trưng bởi mộ t bước sóng nhất ñịnh.
Màu

Tím

Xanh da trời Xanh lá cây

Vàng

Da cam

ðỏ

λ Max (nm)

412

470

577

600

673

515

- Trộn màu: Từ ba màu cơ bản người ta còn có thể trộ n theo tỷ lệ ñể có ñược những
màu như mong muốn (Hình 3).
- Trong công nghiệp màu người ta còn thành lập ma trận ñể trộ n những màu cơ bản
thành những màu như mong muốn
I. 2: Nguồn sáng:

Trong kỹ thuật chiếu sáng chúng ta chỉ quan tâm ñến hai loại nguồ n sáng cơ bản:
Trang 4


Nguồn sáng tự nhiên như mặt trời chiếu
trực tiếp, sự phản xạ ánh sáng từ những ñ ám
mây, thông qua các cửa lấy sáng..
- Nguồn sáng nhân tạo, thường là loại
ñèn ñ iện.

- Nguồ n sáng biến ñổ i năng lượng mà
nó tiêu thụ thành mộ t hoặc nhiều trong ba ba
hiệu ứng sau ñ ây: Hóa năng; nhiệt năng; ðiện
từ.
- Khi quan sát nguồn sáng là mắt ñ ang
cảm nhận nhữ ng sóng ñiện từ có bước sóng
trong khoảng nhìn thấy (380nm – 780nm)

I. 3:Sự cần thiết phải có ñơn vị mới ño ánh sáng

- Các nhà vậy lý ñịnh nghĩa, năng lượ ng bức xạ trong một giây theo mọ i hướng là
thông lượng năng lượng ñược tính bằng oát và ñược tính bằng công thức.
P:

Thông lượng năng lượ ng (w)

W (λ ) : Hàm năng lượng của nguồn phát

λ:

Bước sóng củ a búc xạ do nguồn phát ra

Thông lượng năng lượng trong phổ nhìn thấ y là:

- Trong kỹ thuật chiếu sáng, mục ñính chính của chúng ta là bố trí các nguồn sáng sao
cho hiệu quả, tiện nghi ñố i với mắt, nói chung là phục vụ việc quan sát củ a mắt. Khi mắt nhận
cùng mộ t thông lượng năng lượng (P) của nguồn như ng ở những bước sóng khác nhau thì
hiệu qua ñối với mắt cũng khác nhau, do vậy khi tính toán lượng ánh sáng mà mắt cảm nhận
cần thiết phải ñưa thêm hàm biểu diễn ñộ lợi của mắt theo bước sóng.

Φ

: Quang thông của nguồ n sáng

W (λ ) : Hàm năng lượng của nguồn phát
V (λ ) : Hàm ñộ lợi củ a mắt phụ thuộ c vào bước sóng

λ

: Bước sóng củ a búc xạ do nguồn phát ra
Trang 5


- Như vậ y ta có công thức mới và ñơn vị mớ i không phải là Oát ñể tính toán lượng ánh
sáng do mắt cảm nhận. ðơn vị mới ñó gọ i là Quang thông có ñơn vị tính là lumen.

- Các nhà kỹ thuật ñã tính toán thấy sự khác nhau giữ Watt và lumen như sau:
Nếu mộ t nguồn biến ñổ i toàn bộ năng lượng ñầu vào thành ánh sáng thì một oát cung
cấp 683 lm trong mộ t tia ñơn sắc có bước sóng 555nm, như ng chỉ cung cấp 200lm trong phổ
liên tụ c có năng lượ ng phân bố ñều trong phổ nhìn thấy.
I. 4:Góc khối ,

(Ω ) , steradian ký hiệu là sr

ðịnh nghĩa góc khối: Ta giả thuyết rằng

mộ t nguồn ñặt tại tâm O củ a
mộ t hình cầu rỗ ng bán kính R và S là diện tích
nguôn tố của
mặt cầu này. Hình nón có ñỉnh tại O cắt S
trên hình cầu
biểu diễn góc khối

(Ω ) .

Góc khối ñược ñịnh nghĩa là tỷ số diện
tích mặt chắn S và bình phương bán kính.
Mộ t steradian là góc khối triển khai trong mộ t hình nón mà một người ñứng ở tâm mộ t
qủa cầu có bán kính là một mét nhìn thấy diện tích là một mét vuông.
I. 5: Cường ñộ sáng (I), Candela (ngọn nến) , ký hiệu là Cd

Trang 6


ðể so sánh ñược giữa các nguồ n sáng khác nhau, các nhà kỹ thuật ñ ã ñưa ra khái niệm

cường ñộ sáng (I)
Nhận xét: Quang thông củ a nguồn phân bố trong một góc khối càng lớn thì cường ñộ
sáng càng mạnh, và cường ñộ sáng luôn liên quan ñến một phương cho trước.
ðịnh nghĩa ñơn vị candela: Candela là cường ñộ sáng theo một phương ñã cho của nguồn

phát một bức xạ ñơn sắc có tần số f = 540.1012 Hz ( λ = 555nm ) và cường ñộ năng lượng
theo phương này là 1/683 oát trên một Steradian.
Bảng cường ñộ sáng củ a các nguồ n thông dụ ng:
Nguồ n sáng

Cường ñộ sáng

Vị trí

Hình minh họa

Ngọn nến

0,8 cd

Theo mọ i hướng

ðèn sợi ñốt 40w/220v

35 cd

Theo mọ i hướng

ðèn sợi ñốt 300w/220v

400 cd

Theo mọ i hướng

ðèn sợi ñốt 300w/220v
có thêm bộ phản xạ
ðèn Iôt kim loại

1.500 cd

ở giữa chùm tia

1.4800 cd

Theo mọ i hướng

250.000 cd

ở giữa chùm tia

2000w/220v
ðèn Iôt kim lo ại 2Kw/220v có

thêm bộ phản xạ
I. 6: Công thức liên hệ giữa quang thông và cường ñộ sáng
ðơn vị cường ñộ sáng Candela do nguồn phát ra theo mọ i hướng tương ứng với ñơn vị

quang thông tính b ằng lumen. Φ =

∫ I dΦ

I. 7: ðộ rọi (E), ñơn vị lux (lx)
ðộ rọ i là mật ñộ quang thông rơi trên một bề mặt thẳng góc có ñơn vị là Lux (lx)

E=

Φ
S

1 lx =

1 lm
1m2

Khi chiếu sáng trên mộ t b ề mặt không ñồng ñều nên tính trung bình số học tại nhữ ng diện

tích nguên tố khác nhau ñể tính ñộ rọ i trung bình.

ETB =

E1 + E2 + ... + E N
N

Bảng ñộ rọi chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo
Ngoài trời, buổi trưa trời nắng

100.000 lx

Phòng làm việc

400 - 600 lx

Trời có mây

2000 - 10.000 Lx

Nhà ở

150 - 300 Lx

Trăng tròn

0.25 Lx

Phố ñược chiếu sáng

20 - 50 Lx

Trang 7


Khi pháp tuyến củ a bề mặt ñược chiếu sáng hợp với cường ñộ sáng I mộ t góc

Khi ñó góc khố i ñược tính b ằng công thức:

Mặt khác

I=



→ dΩ =
dΩ
I

Từ (1) và (2) ta có:

dS cos α
r2

(1)

(2)

dΦ dS cos α
I dS cos α
=

d
Φ
=
I
r2
r2

E=

Ta có

dΩ =

α.

(3)

dΦ I dS
= 2
dS
r

I. 7: ðộ chói (L), ñơn vị cd/m2
ðộ chói theo mộ t phương cho trước của một diện tích mặt phát dS là tỷ số củ a cường
ñộ sáng dI phát ra bởi dS theo phương này trên diện tích biểu kiến dS

ðộ chói nhỏ nhất mà mắt bắt ñầu cảm nhân là 10 −5 cd / m 2 và b ắt ñầu gây lóa mắt
5000 cd / m 2

Trang 8


I. 8: Tri giác nhìn thấy và sự tương phản
ðố i với mắt khi quan sát một vật có ñộ chói L0 trên mộ t nền có ñộ chói Lf , mắt chỉ có

thể phân biệt ñược ở mức chiếu sáng vừa ñủ nếu:

C=

L0 − L f
Lf

≥ 0,01

I. 9: ðịnh luật Lamber

Khi áng sáng chiếu ñến mộ t b ền mặt, thì tùy theo tính chất của b ề mặt mà cho ta hiện
tượng sau: Một phần hay toàn bộ ánh sáng chiếu tới phát lại theo những cách sau:
- Tuân theo ñịnh lu ật phản xạ hoặc khúc xạ (hình 5A, 5B)
- Phản xạ trưyền khuyếch tán theo ñịnh luật Lamber (hình 5C)

Khi ánh sáng khuyếch tán theo ñịnh lu ật Lamber thì b ền mặt nhận một quang thông có
giá trị là Φ toi = E S thì phát lại mộ t quang thông

Φ phat = ρES có cường ñộ sáng I theo

mọ i hướng. Như vậ y ñộ chói L củ a bề mặt S phải là một giá trị không ñổi.
Nội dung ñịnh luật:


Với E: ðộ rọ i trên bền mặt S



L: ðộ chói củ a bề mặt S



ρ : Hệ số phản xạ của bề mặt S

I. 10: Bài Tập
Bài 1: Một người ngồ i vào bàn ñọ c sách dưới ánh sáng của một bóng ñèn ñ iện có quang thông
Φ = 1380lm tỏa tia như nhau theo mọ i hướng và ñược treo ở ñộ cao 1,3 mét từ gữa bàn.

A, Kho ảng cách từ giữa bàn ñến chỗ ñặt sách là bao nhiêu ñể ñộ rọi củ a nó bằng 50lx,
ñộ chói trên trang sách bằng bao nhiêu khi biết hệ số phản xạ củ a trang sách là ρ = 0,7

B, Bóng ñ èn ñược ñặt tại tâm củ a mộ t qủ a cầu mờ có ñường kính 30cm khuyếch tán
theo ñịnh luật Lambert 80% quang thông củ a nguồn. ðộ chói của dụng cụ ñó b ằng bao nhiêu?
Bài 2: Một ñ èn ố ng hu ỳnh quang có chiều dài l=1,2m như mộ t ngu ồn sáng ñường, khuyếch tán

theo ñinh luật Lamber. Cường ñộ sáng I ñược quan sát ở xa trên ñường vuông góc với trục của
ống là 300cd. Hãy xác ñịnh:

Trang 9


1. ðường kính ñ èn ố ng là 38mm, ñộ chói b ằng bao nhiêu?
2. Tìm công thức tính ñộ rọi ngang tại một ñiểm O(x,y) do mộ t nguyên tố diện tích ố ng
gây ra.
3. Tính giá trị b ằng số khi cho y=2,4m ; x=0.8m
Bài 3: Mộ t lỗ lấy sáng tương tự như một mặt phẳng hình tròn bán kính R và khuyếch tán áng

sáng thẳng với ñộ chói L (ñộ chói của b ầu trời). Tính toán ñộ rọ i ngang ở ñiểm P trên sàn,
thẳng ñứng từ tâm O của lỗ lấy sáng có OP=h.
1. Xác ñịnh ñộ rọ i dE do nguyên tố diện tích củ a lỗ
dS nhìn từ P với góc khố i d Ω
2. Tính ñộ rọi ngang E ở P do lỗ lấy ánh sáng gây ra
lấy R= 1m; h=5m; L=1000cd/m2 (trời có mây)
So sánh với kết quả coi lỗ sáng là mộ t ngu ồn sáng ñiểm.

Bài 4: Một bóng ñèn màu sữa hình cầu 100W-1100Lm có ñường kính 8,5cm. Cường ñộ tỏ a tia

theo mộ t phương nào ñó b ằng bao nhiêu, tìm ñộ chói của ñ èn.
1. ðèn này ñược ñặt d ưới mộ chao ñèn hình nón có mặt biểu kiến là một vòng tròn có bán
kính R=40cm và chắn quang thông bán cầu trên , mặt trong của chao ñ èn ñược sơn màu trắng
có hệ số phản xạ khuyếch tán ρ d = 0,7 . ðộ chói của chao ñ èn bằng bao nhiêu? (bỏ qua kích
thước của ñèn)
2. Gọi I1 (γ ) là cường ñộ tỏa tia do chao ñ èn chỉ theo ñộ dư vĩ (Coi chụp ñèn là mộ t nguồn

sáng ñ iểm) . Lập công thức tính cường ñộ sáng của bộ ñèn.
3. Tính hiệu suất của bộ ñ èn?
Bài 4: Xác ñịnh hiệu suất và cấp của nhữ ng bộ ñ èn DF 340; DF 240 ; BLR 2036 có trong phần

phụ lụ c.

Trang 10


CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ
I. Phương pháp hệ số sửa dụng
I.1: Mục ñích:

Phương pháp HỆ SỐ SỬA DỤNG dùng ñể xác ñịnh quang thông của các ñèn trong
chiếu sáng chung ñồng ñều theo yêu cầu ñộ rọ i cho trước trên mặt phẳng nằm ngang củ a ñịa
ñiểm cần chiếu sáng, trong ñ ó có kế ñến yếu tố ảnh hưởng ñó là sự phản xạ của trần, tường và

bề mặt hữu ích. Phương pháp này còn cho phép ta tính ñược ñộ rọi khi biết ñược quang thông
củ a các ñèn.
I.2: Cơ sở:

- Theo tiêu chuẩn NF C–71–121 của U.T.E và quy chuẩn của S 40-001 củ a AFNOR
- Thiết kế theo từng bước, ñược giải pháp thiết kế về hình họ c (sơ ñồ bố trí ñèn), kiểm
tra thiết kế, sửa thiết kế, kiểm tra. Chọn ra ñược giải pháp tối ưu.
I.3: Các bước tiến hành:
I.3.1: Nhận xét ñịa ñiểm chiếu sáng:

- Tên công trình cần thiết kế chiếu sáng, ñịa chỉ, hiện trạng công trình
- Màu sơn trần, tường và mặt hữu ích từ ñó xác ñịnh các hệ số phản xạ
- Căn cứ theo tiêu chuẩn chọn ñộ rọ i theo yêu cầu của công trình cần chiếu sáng.
BẢNG TIÊU CHUẨN ðỘ RỌI ( Trích một phần trong TCXD chiếu sáng Việt nam)
ðịa ñiểm chiếu sáng



Cửa hàng, kho tàng



Phòng ăn, xưởng cơ khí nói chung



Phòng học, phòng thí nghiệm



Phòng vẽ, siêu thị



Công việc với chi tiết rất nhỏ

ðộ rọi tiêu chuẩn

100 lux
200, 300 lux
300 ñến 500 lux
750 lux
>1000 lux

I.3.2: Chọn loại ñèn:

Tùy theo ñịa ñ iểm chiếu sáng mà ta lựa chọ n ñèn cho phù hợp, ñối với phòng họ c, hộ i
trường, thư viện nên chọ n ñ èn huỳnh quang (Neon), phòng khách, phòng ngủ cần cảm giác ấm
cúng chọn ñ èn sợi ñốt. ðôi khi cần phố i hợp tinh tế giữa các loại ñèn. Tuy nhiên khi chọ n ñ èn
cần tuân theo tiêu chuẩn sau:
-

Nhiệt ñộ màu chọ n theo biểu ñồ Kruithof, môi trường tiện nghi ñối với mắt trong
vùng gạch chéo.

Trang 11


- Chỉ số màu Ra (0-100), Ra=0 ứng với nguồ n phát ra ánh sáng ñơn sắc, Ra=100 nguồn là vật
ñen.

- Chấp nhận sự phân loại sau ñây:
Ra<50 Chỉ số không có ý nghĩa thực tế, các màu hoàn toàn bị biến ñổi
Ra<70 Nguồn sửa dụng cho công nghiệp khi sử a dụng màu thứ yếu
70Ra>85 Các sử dụ ng trong nhà hay các ứng dụ ng công nghiệp ñặc biệt
-

Liệt kê các ñ èn cùng loại ñể lựa chọ n khi sửa thiết kế

I.3.3: Chọn kiểu chiếu sáng và bộ ñèn

Phân lọai chiếu sáng:


Chiếu sáng trực tiếp, hơn 90% quang thông ñược chiếu xuố ng dưới



Chiếu sáng bán trực tiếp, từ 60% ñến 90% quang thông hướng xuống dưới



Chiếu sáng hỗn hợp, 40% ñến 60% quang thông hướng xuố ng dưới



Chiếu sáng bán gián tiếp, 10% ñến 40% quang thông hướng xuống dưới



Chiếu sáng gián tiếp, hơn 90% quang thông hướng lên trên

Trực tiếp
Tăng cường

Cấp
A ñến E

Trực tiếp
mở rộ ng

Bán
trực tiếp

Hỗn hợp

Cấp
F ñến J

Cấp
Cấp
K ñến N
O ñến S
(Hình 2)

Bán gián tiếp

Gián tiếp

Cấp
T

Trang 12


Bộ ñ èn là một trong những thiết bị quan trọng nhằm hướ ng ánh sáng theo phương yêu
cầu ñồng thời là ñế gắn bóng ñèn, balat, thiết bị mồ i…Bộ ñ èn có nhiều dạng khác nhau. Nhà
sản xuất cung cấp ñường cong trắc quang (ðường phân bố cường ñộ sáng), ñây chính là chứ ng
minh thư của bộ ñ èn.
Từ ñường cong trắc quang ñố i với nguồ n 1000 lm, dùng phương pháp tích phân số
Tchebycheff xác ñịnh quang thông phát ra trong vùng khác nhau của không gian, từ ñó xác
ñịnh tổng quang thông phát xạ và hiệu suất của bộ ñ èn.

Xuất phát từ tâm vùng không gian ñược chia thành năm hình nón triển khai xung quanh
π

trục bộ ñ èn dưới góc khối khối
, và π ,
, 2π
2
2
ðường cong trắc quang
Vùng không
Góc
cường
Quang
gian
dư vĩ
ñộ
thông
vùng
16,6
I1
Hình nón góc
π 3

F
=
∑ Ii
1
29
I2
π
6 1
khố i
37,6
I3
2
0
120

Giữ hình nón
π
và π
2

900
50
100

60

150
0

0

Giữ hình nón π


2

300

0

Góc dư vĩ

Giữa hình nón

và 2 π
2

F5′



2

F4′

F3′

π

Bán cầu trên

F′2

π
2

44,9
51,3
57,2

I4
I5
I6

F2′ =

6

π

∑I
6
4

62,7
68
73

I7
I8
I9

78
82.8
87.6

I10
I11
I12

93.2
99.6
106.1
112.9
120
127.7
136.2
146.4
160.8

I13
I14
I15
I16
I17
I18
I19
I20
I21

F3′ =

9

π

∑I
6
7

F4′ =

F5′ =

π
6

12

∑I


9

10

21


13

F′1

Khi ñ ó hiệu suất của bộ ñèn ñược tính:

η=

F1′ + F2′ + F ′ 3+ F4′ + F5′
, ñôi khi
1000

nhà sản xuất cho luôn giá trị quang thông phân bố trong năm vùng, khi ñ ó hiệu suất của bộ ñ èn
tính theo công thứ c:
Hiệu suất trực tiếp

ηd =

F1′ + F2′ + F ′3+ F4′
F′
, hiệu suất gián tiếp η i = 5
1000
1000
Trang 13


Hiệu suất của bộ ñèn

η = ηd + ηi

Ví dụ 1: Nhà sản xuất cho biết quang thông phân bố trong các vùng:

Hiệu suất trực tiếp η d =

F1′ F2′ F3′ F4′ F5′
210 143 123 54 160

210 + 143 + 123 + 54
160
= 0.53 , hiệu suất gián tiếp η i =
= 0.16
1000
1000

Hiệu suất của bộ ñèn η = 0.53 + 0.16 = 0.69
Chọ n cấp của bộ ñèn: Tra bảng 1
F1′′ =

210
= 396
0.53

F1′′+ F2′′ =

→ Cấp EFGH

210 + 143
= 666
0.53

F1′′+ F2′′ + F3′′ =

→ Cấp GH

210 + 143 + 123
= 898
0.53

→ Cấp GH

Ta chọn cấp G vì gần với giá trị trung bình nhất, bộ ñèn ñược ñặc trưng bằng 0.53G +0.16T
Ý nghĩa:



Hiệu suất trực tiếp η = 0,53 , cấp G



Hiệu suất gián tiếp η = 0,16 , cấp T

I.3.4: Chọn chiều cao ñèn:

Gọ i H là chiều cao từ sàn nhà tới trần
Gọ i h′ là chiều cao từ tâm ñèn tới trần
Gọ i h là chiều cao từ ñèn tới mặt hữu ích

h = H − h′ − 0.85
Chiều cao treo ñ èn ñược ñặc trưng bởi tỉ số
treo j =
treo

h′
h + h′

chỉ

0≤ j≤

ñiều kiện h ≥ 2h ′ nên chỉ số



giá

trị

trong

khoảng

1
3

I.3.5: Bố trí bộ ñèn:
a, ðảm bảo sự chiếu sáng ñồng ñều trên mặt hữu ích, phải bố trí ñ èn sao cho khoảng

cách giữa các ñèn và chiều cao phải phù hợp theo tiêu chuẩn sau:
Cấp

A

B

C

D

EFGH

IJ

A…JT

T

n
max
h

0.6

0.8

1

1.2

1.5

1.7

1.5

n
≤6
h′

Trang 14


n: Khoảng cách giữa hai bộ ñèn liên tiếp
h: Chiều cao ñèn - mặt hữu ích

Nhận xét:

- Vùng phân bố áng sáng củ a ñèn này
phải giao với vùng phân bố ánh sáng củ a ñèn kế cận
- Cùng kích thước phòng, nếu ñèn treo càng cao
thì số lượng ñèn giảm, như ng vẫn ñảm bảo sự chiếu sáng ñồ ng ñều lúc ñó ñộ rọi trên mặt hữu
ích sẽ giảm xuố ng.
b, Tiêu chuẩn hoá U.T.E

ab
h( a + b)

Chỉ số ñịa ñiểm:

K=

Chỉ số gần:

KP =

ap + bq
h(a + b)

Chỉ số lưới:

Km =

2mn
h (m + n )

Chỉ số treo:

j=

h′
h + h′

Các bảng hệ số quy chuẩn ñ ã ñược thiết lập ñối với:
10 giá trị của K

0.60

0.80

1.00

1.25

4 giá trị củ a K m

0.5

1.0

1.5

2

3 giá trị củ a K p

0

Km
2

Km

2 giá trị củ a j

0

1
3

1.50

2.00

2.5

3.00

4.00 5.00

Trang 15


Chú ý: Nếu không bố trí bàn làm việc sát tường thì cần tôn trọng ñ iều kiện sau:

hoặc

n
n
≤q≤
3
2

m
m
≤ p≤
tùy theo mức ñộ ưu tiên cho vách tường b hoặc vách tường a, nếu thỏ a cả
3
2

hai ñ iều kiện thì càng tố t.
I.3.6: Xác ñịnh quang thông tổng
a, Khái niệm hệ số có ích U

Φ huu ich


U
=

Φ bo den


Gọ i Φ boden : Là quang thông do bộ ñ èn phát ra
Gọ i Φ huuicha : Quang thông rơi trên bề mặt hữu ích

Giá trị hệ số có ích U ñược tra trong bảng tiêu chuẩn U.T.E phụ lục B
b, Khái niệm hệ số suy giảm quang thông: Hai nguyên nhân chính làm cho bộ ñèn sau mộ t

năm sử dụng suy giảm quang thông là: Bóng ñ èn bị gìa hóa, bộ ñèn bị bán bụ i.

ν 1 : Hệ số suy giảm quang thông do bóng ñ èn bị già hóa

δ=

ν 2 : Hệ số suy giảm quang thông do bộ ñèn bị bám bụi

1 1

ν1 ν 2

δ : Hệ số suy giảm quang thông của bộ ñèn sau một năm sửa dụ ng
c, Công thức xác ñịnh quang thông tổng

E: ðộ rọi tiêu chuẩn ñ ã chọn cho bề mặt hữu ích
S: Diện tích phòng chiếu sáng

δ : Hệ số suy giảm quang thông sau một năm
η d : Hiệu suất chiếu sáng trực tiếp
η i : Hiệu suất chiếu sáng gián tiếp
U d : Hệ số sử dụng trực tiếp, tra bảng chuẩn (bảng

2)

U i : Hệ số sử dụ ng gián tiếp, tra bảng chuẩn (bảng
2)

η = η d + η i : Hiệu suất bộ ñèn
U = U d + U i : Hệ số sử dụ ng bộ ñ èn

Chú ý: Thông thường các nhà sản xuất ñ èn cho giá trị u = η d U d + η iU i trong bảng tra
kèm thep bộ ñ èn. Quang thông của một bộ ñ èn là :

Φ 1 boden =

Φ tong
N

; N: Là tổng số bộ

ñèn ñ ã xác ñịnh ñược ở trên, biết ñược quang thông củ a ñèn ta tiến hành ñi chọn loại ñèn mà ñã

Trang 16


liệt kê ở trên. Có hai xu hướng: Mộ t là tăng hay giảm số bóng ñ èn trong mộ t bộ, xung hướ ng
thứ hai giữ nguyên số bóng ñèn trong một bộ ñèn, tăng hay giảm số bộ ñèn. Như vậ y ta ñã sửa
thiết kế và có sự thay ñổi về kích thước hình họ c với mụ c tiêu sao cho ñộ rọ i thực tế tiến gần
ñến ñộ rọi chuẩn.
I.3.7: Kiểm tra thiết kế
a, Kiểm tra ñộ rọi trung bình ban ñầu thiết kế

N : Tổ ng số bộ ñèn
F: Quang thông của một bộ ñèn

Ri ; S i : Các hệ số cho trong quy chuẩn UTE
theo K, j, nhóm phản xạ: trần, tường, mặt hữu

Ei =

N Fη
(Ri FU′′ + S i )
1000 a b

với (i= 1, 2, 3 hoặc 4)

ích và cấp củ a bộ ñèn. Tra bảng 3 và 4
b, ðộ chói vách bên:

E3
≤ 0.8
E4

0.5 ≤

là ñạt yêu cầu, E3: ðộ rọi trên tường, E4: ñộ rọ i

trên mặt hữu ích.
c, ðộ tương phản ñèn và trần (r)

L1: ðộ chói trung bình củ a trần, tính ñược nhờ ñịnh luật

Lamber :
E1: ðộ rọ i trung bình trên trần lúc ban ñầu

ρ1 : Hệ số phản xạ của trần

L1 =

E1 ρ1

δ π

δ : Hệ số suy giảm quang thông
L75: ðộ chói củ a ñèn khi quan sát ñèn dưới góc dư vĩ γ = 750 :

L75 =

I γ =750
Sbieu kien

Bộ ñèn có chụp tròn bán kính R thì
S bieu kien = π R 2 . Bộ ñèn chiều dài b;

chiều rộ ng a, chiều cao c thì diện tích
biểu kiến quan sát theo trụ c dọ c
củ a bộ ñ èn là
S bieu kien = a b cos 75 0 + a c sin 75 0

ðộ tương phản

r =

L1
L 75
Mức lao ñộng

r

Mức I: Lao ñộ ng thông thường như: cửa hàng; nơi ñón tiếp; giao thông.

r<20

Mức II: Lao ñộng tinh xảo: Văn phòng, phòng học, phòng vẽ…

r<50

Trang 17


d, ðộ chói khi quan sát ñèn:

Các nghiên cứu sinh lý và thố ng kê ñã chỉ ra rằng ñố i với một người lao ñộng nhìn
ngang, mộ t ñèn gây cảm giác khó chịu hơn khi ñèn nằm trong thị trường vuông góc với ngườ i
quan sát.



Trong thực tế với góc γ ≤ 450 thì sự khó chịu ñối mắt là không ñ áng kể



Trong hình 5 chỉ số L/H=2 gây khó chịu cho mắt.



Như vậ y ñố i với các loại ñ èn có chụp loe tròn, thì chúng ta không nên ñể góc xuất hiện của
ñèn lớn hơn 600 (hình 5)



ðối với ñèn huỳnh quang ta kiểm tra ñiều kiện không bị lóa mắt bằng cách vẽ các ñường

cong ñộ chói dọc trên biểu ñồ 1 của Sollner. ðiều kiện lóa mắt ñược thỏ a mãn khi ñường
ñồ thị vừa vẽ nằm rất gần bên phải củ a ñường ñồ thị chuẩn ứng với ñộ rọi tiêu chuẩn.

γ 0 (ñơn vị ñộ)
L=

45

50

60

70

75

80

I doc
(cd/m2)
a b cos γ + a c sin γ

Biểu ñồ Sollner tiêu chuẩn, cho ñộ chói dọc và ñộ chói ngang:

Trang 18


I.4 CHIẾU SÁNG LỚP HỌC
Em hãy thiết kế một hệ thống chiếu sáng trong lớp học có chiều dài 12 mét, chiều
rộng 6 mét, chiều cao 3,25 mét, trần sơn màu trắng có hệ số phản xạ ρ =0,7, tường sơn màu
trắng nhạt có hệ số phản xạ ρ =0,7, mặt bàn làm bằng gỗ nâu có hệ số phản xạ ρ =0,3. Độ
rọi yêu cầu sau một năm duy trì 400 lux. Ngoài thò trường có ba bộ đèn là thông dụng sau
đây để lựa chọn: Prismavition 240; DF 340; DF 240.
Bài làm
1. Nhận xét đòa điểm chiếu sáng:



Vì đòa điểm là lớp học: Chọn kiểu chiếu sáng bán trực tiếp (Cấp chiếu sáng K đến
N), Độ rọi yêu cầu 400 lux, khi chọn đèn nhiệt độ màu phải nằêm trong tiện nghi của
mắt Tm=3000 – 4500 K. mục đích chiếu sáng để học tập nên chỉ số màu Ra=70 Chiếu
sáng đảm bảo độ đồng đều nên chỉ số



n
n
≤ 1,6 hoặc ≤ 1,5
h
h

Màu sơn:
-

Trần nhà

: ρ =0,7

Tường nhà : ρ =0,7.

Mặt hữu ích : ρ =0,3

2. Xác đònh kích thước đòa điểm chiếu sáng:
-

Chiều dài :

a=12 mét

-

Chiều rộng

b=6 mét

-

Chiều cao tình từ sàn tới trần

-

Cổ trần

-

Chiều cao bề mặt làm việc 0.85

-

Chiều cao hữu ích

h′ =0.1

3. Chỉ số đòa điểm K =

4. Chỉ số treo j =

H=3,25 mét

h = H − h ′ − 0.85 =2.3 mét

a.b
= 1,74
htt (a + b )

htt
= 0,04 lấy j=0
h + htt

5. Chọn hệ số bù:



Hệ số suy giảm quang thông δ 1 = 0.8

Vậy hệ số bù sẽ là:



Hệ số suy giảm do bám bụi δ 1 = 0.9

δ=

1

δ 1δ 2

=

1
= 1.38
0.8 * 0.9

6. Chọn bóng đèn:
Loại huỳnh quang màu trắng Z :

Tm=3500 ;

Ra=70;

Pđ=40 w;

φ d = 2450 lm
Trang 19


7. Thiết kế sơ bộ:
Từ điều kiện đảm bảo độ đồng đều

n
≤ 1,6 suy ra n ≤ 3,7 mét
h

n

n/3

q

n/2

n/3 < q < n/2

3.7

1.23

0.45

1.85

Không đúng

3.6

1.20

0.60

1.80

Không đúng

3.5

1.17

0.75

1.75

Không đúng

3.4

1.13

0.90

1.70

Không đúng

3.3

1.10

1.05

1.65

Đúng

3.0

1.0

1.5

1.5

ðúng, chẵn

Chiều dài: Ta bố trí được 4 bộ đèn, mỗi bộ cách nhau 3,0m , q=1,5 m
Chiều rộng :Bố trí hai bộ cách nhau 3,0m, p=1,5m
Toàn bộ diện tích chiếu sáng bố trí tối thiểu 8 bộ đèn thì đã đảm bảo chiếu sáng đồng đều.
Chọn bộ đèn Parivision -240

U = η d U d + η iU i : cho trong bảng hệ

φtong =

ESδ 400 * 72 * 1.4
=
= 110.466 lm
U
0.365

Số bóng:

N=

số sử dụng kèm theo bộ đèn
K=1.5 thì hệ số sử dụng u=0.349
K=2 thì hệ số sử dụng u=0.380

φtong 110466
=
≈ 22,5 bo
φbo
2 * 2450

Có 22 bộ đèn mỗi bộ hai bóng.

K=1.74 thì hệ số sử dụng u=0.365
Chọn bộ đèn DF -240

φtong =

ESδ 400 * 72 * 1.4
=
= 87.652 lm
U
0.460
Trang 20


U = η d U d + η iU i : cho trong bảng hệ
số sử dụng kèm theo bộ đèn
K=1.5 thì hệ số sử dụng u=0.442

Số bóng: N =

φtong
87652
=
≈ 17,8 bo
2 * 2450
φbo

Có khoảng 18 bộ đèn mỗi bộ hai bóng.

K=2 thì hệ số sử dụng u=0.480
K=1.74 thì hệ số sử dụng u=0.460
Chọn bộ đèn DF-340
U = η d U d + η iU i : cho trong bảng hệ

φtong =

ESδ 400 * 72 * 1.4
=
= 99.700 lm
U
0.39

Số bóng:

N=

số sử dụng kèm theo bộ đèn
K=1.5 thì hệ số sử dụng u=0.374
K=2 thì hệ số sử dụng u=0.406

φtong
99700
=
≈ 13,5 bo
3 * 2450
φbo

Có khoảng 13 hoặc 14 bộ đèn mỗi bộ ba bóng.

K=1.74 thì hệ số sử dụng u=0.39

Kết luận:

Ta chon bộ đ èn DF – 340



Số lượng: 14



Số bóng đèn trong một bộ: 3



Kích thước bộ đèn: a=266mm, b=1280mm, c=106mm

Phân bố các bộ đèn:



A = 12 ; n =1,8 ; p = 0,6

Chỉ số lưới:

Trang 21


Thoả điều kiện:


n
n
≤ p≤
3
2

km =

B = 7 ; m = 3 ; q = 1,5

2mn
2 . 3 . 1,8
=
≈1
h(n + m) 2,3(3 + 1,8)

Chỉ số gần:

m
m
Thoả điều kiện:
≤ p≤
3
2

kp =

a p + b q 12 .0,6 + 6 .1,5
=
= 0,4
h( a + b)
2,3(12 + 6)

8. Kiểm tra thiết kế:
- Xác đònh quang thông tương đối riêng phần trên mặt hữu ích:

Fu′′ thường ta phải tra

bang sau đó dùng phương pháp nội suy.
Tra bảng UTE -Tr116
K=1.5

km=1

kp=0.5

Fu′′ = 643

K=2

km=1

kp=0.5

Fu′′ = 715

km=1

kp=0.5

Fu′′ = 679

Do vậy:
K=1.74
- Tính độ rọi:

Công thức chung:

Ei =

N *F
(Ri Fu′′ + S i ) i = 1, 2, 3, 4
1000 ab

Tra bảng tìmcác giá trò của Ri và S i
Từ bảng 5

R1

S1

R3

S3

R4

S4

K=1.5

-0.197

465

-0.946

1183

0.625

554

K=2

-0.197

489

-1.207

1462

0.602

593

K=1.74

-0.197

477

-1.07

1322

0.613

573

Độ rọi tại thời điểm đầu năm.
- Độ rọi trên trần do phần chiếu sáng trực tiếp:

E1− tt =

N * F *η tt
(R1 Fu′′ + S 1 ) = 42 * 2450 * 0.366 (− 0.197 * 679 + 477 ) = 180 lux
1000 ab
1000 * 12 * 6

- Độ rọi trên trường

E 3 −tt =

N * F *η tt
(R3 Fu′′ + S 3 ) = 42 * 2450 * 0.366 (− 1 .07 * 679 + 1322 ) = 312 lux
1000 ab
1000 * 12 * 6

- Độ rọi trên mặt hữu ích:

Trang 22


E 4 −tt =

N * F *η tt
(R4 Fu′′ + S 4 ) = 42 * 2450 * 0.366 (0.613 * 679 + 573 ) = 518 lux - Độ
1000 ab
1000 *12 * 6

rọi trên trần do phần chiếu sáng gián tiếp cấp T:

K=1.5
K=2
K=1.74

S1

S3

S4

1252

477

654

- Độ rọi trên trường

E1− gt =

N * F *η gt
1000 ab

(S1 ) = 42 * 2450 * 0 .088 (1252 ) = 158
1000 * 12 * 6

lux

Độ rọi trên tường

E 3− gt =

N * F *η gt
1000 ab

(S 3 ) = 42 * 2450 * 0 .088 (477 ) = 60 lux
1000 *12 * 6

- Độ rọi trên mặt hữu ích:

N * F *η gt

E 4 − gt =

1000 ab

(S 4 ) = 42 * 2450 * 0 .088 (654 ) = 82

lux

1000 * 12 * 6

Vậy độ rọi trên trần là:

E1 = E1−tt + E1− gt = 180 + 158 = 388 lux

Vậy độ rọi trên tường là:

E 3 = E 3−tt + E 3− gt = 312 + 80 = 392 lux

Vậy

độ

rọi

trên

mặt

hữu

ích

là:

E 4 = E 4 − tt + E 4 − gt = 518 + 82 = 600 lux
Độ rọi tại thời điểm sau một năm
Độ rọi trên trần

E1′ =

-

Độ rọi trên trường

E3′ =

-

Độ rọi trên mặt hữu ích

E 4′ =

-

E1

δ
E3

δ
E4

δ

=

388
= 245 lux
1.38

=

392
= 284 lux
1.38

=

600
= 435 lux
1.38

- Kiểm tra độ tương phản của Bộ đèn – Trần nhà
Căn cứ vào chỉ số

r=

Ld −75
L1
Trang 23


Trong đó độ chói của trần tính bằng đònh luật Lambert

L1 =

E1 ρ1

δπ

=

162 * 0.7
= 26 cd / m 2
1.38 * 3.14

Độ chói dọc của đèn dưới độ dư vó 750 là: I doc = 10 cd tra trên đường cong trắc
quang, đường nét đứt tính với quang thơng 1000 lm.

Vậ y: Bộ đèn có ba bóng đèn, tổng quang thơng là 7350 lm
Idoc=10cd

I γ =750 =

7.350
10 = 73,5cd
1.000

1000 lm

7350 lm

a=0,266m ; b=1,280m ; c=0,106m là chiều dài, chiều rộng, chiều cao của bộ đèn.

Sbieukien = ab cos750 + ac sin 750 = 0,266.1,280.0,259 + 0,266.0,106.0,966 = 0,115m 2
I
73,5
Lbo−den = doc =
= 640 cd / m 2
S bk 0.115
Vậy chỉ số r =

L1 640
=
= 24,6 p 25 Chấp nhận được với mức làm việc II
L75
26

- Kiểm tra độ chói của tường :
Kiểm tra điều kiện

0.5 p

E3
p 0.8
E4

Ta có E3/E4 = 284/435 = 0.65 Chấp nhận được

Như vậy hệ thống chiếu sáng đã thiết thiết kế đạt tiêu chuẩn về độ rọi theo u cầu, độ chiếu
sáng đồng đều, độ chói trên trần và trên tường.

Trang 24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×