Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng - Chương 1: Các khái niệm cơ bản - Nguyễn Quang Thuấn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng - Chương 1: Các khái niệm cơ bản - Nguyễn Quang Thuấn

1. KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG Nguyễn Quang Thuấn 6/9/2021 1
2. NỘI DUNG MÔN HỌC Phần 1. Những vấn đề chung Ch1. Các khái niệm cơ bản Ch2. Nguồn sáng Ch3. Bộ đèn Phần 2. Thiết kế chiếu sáng Ch4. Thiết kế chiếu sáng trong nhà Ch5. Thiết kế chiếu sáng ngoài trời Ch6. Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ TKCS Phần 3. HTCCĐ, Quản lý, VH-BD HTCS Ch7. HTCCĐ&ĐK chiếu sáng Ch8. Quản lý, vận hành và bảo dưỡng HTCS 6/9/2021 2
3. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS Lê Văn Doanh - GS Đặng Văn Đào (dịch) Kỹ thuật chiếu sáng - NXBKH&KT, 1996 2. PGS Lê Văn Doanh (chủ biên) Kỹ thuật chiếu sáng - NXBKH&KT, 2008 3. PGS Phạm Đức Nguyên CS TN và nhân tạo các công trình kiến trúc - NXBKH&KT, 2002 4. Dự án chiếu sáng hiệu suất cao tại Việt Nam Báo cáo tổng quan công nghệ chiếu sáng hiện đại 5. R.H.Simons and A.R. Bean Lighting Engineering Applied Calculation-Architectural Press Oxford 6. Advanced Lighting Guidelines, 2001 Edition, CEC, EPRI, DOE 7. Internet http//www.dialux.com; http//www.luxicon.com; 6/9/2021 3
4. Phần 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Ch1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÁC HÌNH THỨC CS 1.1. Ánh sáng 1.2. Mắt và sự cảm thụ ánh sáng của mắt người 1.3. Các đại lượng đo ánh sáng 1.4. Tiện nghi nhìn 1.5. Phân loại các hình thức chiếu sáng Ch2. NGUỒN SÁNG 2.1. Khái quát chung về nguồn sáng 2.2. Đèn nung sáng 2.3. Đèn phóng điện 2.4. Đèn thế hệ mới Ch3. BỘ ĐÈN 31. Khái niệm và công dụng của bộ đèn 3.2. Phân loại bộ đèn 3.3. Các thông số, đặc tính kỹ thuật của bộ đèn 6/9/2021 4
5. Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Ánh sáng 1.2. Mắt và sự cảm thụ ánh sáng của mắt người 1.3. Các đại lượng đo ánh sáng 1.4. Tiện nghi nhìn 6/9/2021 5
6. 1.1. ÁNH SÁNG ➢ Ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng) là một bức xạ sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải quang học (λ= 380÷780nm) mà mắt người cảm nhận được. 6/9/2021 6
7. 1.1. ÁNH SÁNG ➢ Có thể biểu diễn ánh sáng của nguồn sáng dưới dạng một phổ ánh sáng và có thể định nghĩa các ánh sáng khác nhau theo phổ của chúng: ✓ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một bước sóng (hay một màu thuần khiết). ✓ Ánh sáng trắng là ánh sáng pha trộn liên tục tất cả các màu sắc ở các bước sóng λ= 380÷780nm, gọi là phổ ánh sáng liên tục. ✓ Phổ của một ánh sáng không liên tục gọi là phổ vạch 6/9/2021 7
8. 1.2. SỰ CẢM THỤ ÁNH SÁNG CỦA MẮT NGƯỜI 1.2.1. Cấu tạo của mắt người 1. Giác mạc 2. Lòng đen 3. Thủy tinh thể 4. Con ngươi 5. Thủy tinh dịch 6. Trục mắt 7. Thủy tinh thể 8. Ðiểm vàng 9. Võng mạc 6/9/2021 8
9. 1.2.2. Cảm nhận màu và phân biệt chi tiết của tế bào cảm quang Đặc tính thị giác Thị giác ngày (photopic) Thị giác đêm (scotopic) Tế bào cảm quang Hình nón, đáy 0,005mm, cao Hình que, dài 0,07mm 0,07mm đường kính 0,002mm Số lượng tế bào 7 triệu 130 triệu Phân bố tế bào 150.000/mm2, giữa võng mạc ngoài tâm võng mạc Độ nhạy cảm nhận > 3,4 cd/m2 < 0.034 cd/m2 Thời gian thích ứng dưới 2 phút 30 - 40 phút Độ nhạy phổ Cực đại ở λ = 555 nm Cực đại ở λ = 510nm Cảm nhận màu Tốt Không Phân biệt chi tiết Tốt Kém Trên võng mạc có 2 loại tế bào thần kinh cảm quang: Hình nón và hình que 6/9/2021 9
10. 1.2.3. Độ nhạy cảm của mắt vλ 6/9/2021 10
11. 1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO LƯỜNG ÁNH SÁNG 1.3.1. Quang thông F (Φ) λ2 F = K Wλ vλ dλ λ1 K = 683 lm/W-Hệ số chuyển đổi đơn vị Wλ là năng lượng bức xạ Vλ là độ nhạy cảm tương đối của mắt ĐƠN VỊ ĐO: Lumen (lm) F là phần năng lượng của sóng điện từ được đánh giá bằng mắt người theo tác động của nó. 6/9/2021 11
12. 1.3.1. Quang thông F (Φ) 6/9/2021 12
13. 1.3.1. Quang thông F (Φ) Các hệ số che khuất 6/9/2021 13
14. 1.3.2. Cường độ ánh sáng I 6/9/2021 14
15. Khái niệm về góc khối Ω S  = , Steradian (Sr) R2 Góc khối có giá trị lớn nhất lớn nhất là: S 4 .R2  = = = 4 , Sr R2 R2 6/9/2021 15
16. 6/9/2021 16
17. 1.3.3. Độ rọi E Dùng để xác định một khu vực sáng như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng. 6/9/2021 17
18. Cách xác định độ rọi: Độ rọi trên mặt phẳng CS Độ rọi tại 1 điểm trên mặt vuông góc với quang thông phẳng CS bất kỳ F S dS cos dF F d = = E = r 2 I S dF I cos E = = 2 6/9/2021 dS r 18
19. 1.3.3. Độ rọi E 6/9/2021 19
20. 1.3.3. Độ rọi E 6/9/2021 20
21. 1.3.3. Độ rọi E 6/9/2021 21
22. 1.3.4. Độ chói L Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng, ta cảm thấy bị chói mắt. Đặc trưng cho điều này người ta đưa ra khái niệm độ chói. 6/9/2021 22
23. 1.3.4. Độ chói L 6/9/2021 23
24. 1.3.4. Độ chói L Độ chói nhỏ nhất để mắt người nhìn thấy 10-5 cd/m2 Bắt đầu gây lóa mắt ở 5000 cd/m2 Khi β = 0, thì: I I L = = dS R2 6/9/2021 24
25. 1.3.4. Độ chói L 6/9/2021 25
26. 1.3.4. Độ chói L 6/9/2021 26
27. 6/9/2021 27
28. SO SÁNH ĐỘ RỌI – ĐỘ CHÓI 6/9/2021 28
29. 1.3. TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU Nếu có một lượng quang thông F tới đập vào bề mặt vật liệu thì có thể xảy ra các trường hợp sau: F ρ = ρ - Hệ số phản xạ F F  =  F - Hệ số truyền sáng F = F - Hệ số hấp thụ ρ + α + τ = 1 Các trị số của ρ, α, τ thay đổi tùy thuộc đặc tính quang học của vật liệu (tra trong sổ tay thiết kế chiếu sáng) 6/9/2021 29
30. 1.3.1. Phản xạ ánh sáng 6/9/2021 30
31. 1.3.1. Phản xạ ánh sáng 6/9/2021 31
32. 1.3.2. Truyền ánh sáng 6/9/2021 32
33. 1.3.2. Truyền ánh sáng 6/9/2021 33
34. 1.3.3. Hấp thụ ánh sáng 6/9/2021 34
35. 1.3.3. Hấp thụ ánh sáng 6/9/2021 35
36. 6/9/2021 36
37. 1.4. TIỆN NGHI NHÌN Chất lượng ánh sáng của nguồn sáng liên quan chặt chẽ với sự phân biệt, thích ứng, cảm thụ, của mắt người. Vì thế, trong thiết kế chiếu sáng đòi hỏi nhất thiết các yếu tố này phải được quan tâm có thể gọi đây là tiên nghi nhìn. Sau đây giới thiệu một số khái niệm về tiện nghi nhìn cần quan tâm trong thiết kế chiếu sáng. 1.4.1. Khả năng phân biệt của mắt người Khả năng phân biệt (thị lực) được xác định bằng góc mà người quan sát có thể phân biệt được hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau. HV bên trái, mắt chỉ phân biệt được một điểm sáng do ảnh của hai điểm sáng rơi vào cùng 1 tế bào cảm quang; còn hình phải mắt có thể phân biệt được 2 điểm. 6/9/2021 37
38. 1.4. TIỆN NGHI NHÌN Sự nhìn là bình thường nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách cần góc phân biệt 3-5 phút. Khả năng phân biệt được xem xét khi định tiêu chuẩn độ rọi cho các công việc khác nhau. 1.4.2. Sự thích ứng thị giác Khi điều kiện chiếu sáng có sự thay đổi lớn (ví dụ: người đi từ nơi độ sáng rất lớn vào nơi độ sáng rất nhỏ hoặc ngược lại), mắt không thích nghi được một cách tức thời mà phải mất một thời gian thích nghi tương đối dài. Hiện tượng này gọi là sự thích nghi thị giác. Đặc điểm này cần được chú ý khi thiết kế chiếu sáng để tránh đột ngột trong cảm nhận ánh sáng có thể gây nguy hiểm cho người lao động và tham gia giao thông. 6/9/2021 38
39. 1.4.3. Độ tương phản C Sự chênh lệch của hai độ chói của các vật đặt cạnh nhau mà mắt người có thể phân biệt được gọi là độ tương phản C Độ tương phản có ý nghĩa quan trọng trong chiếu sáng trang trí, biển hiệu và nhà kho nơi có độ rọi thấp cần tăng khả năng nhìn. 6/9/2021 39
40. 1.4. TIỆN NGHI NHÌN 1.4.4. Hiện tượng chói lóa ➢ Khi có sự chênh lệch quá mức về độ chói, nhất là trong tầm nhìn thì không tránh khỏi nguy cơ bị lóa mắt gây khó chịu, ảnh hưởng đến sự nhìn của mắt. ➢ Chói lóa xuất hiện khi các đèn, cửa sổ hoặc các nguồn sáng khác nhìn thấy trực tiếp hoặc phản xạ với độ chói quá lớn so với độ chói xung quanh. ➢ Có 2 loại chói lóa cơ bản: Chói lóa bất lực và chói lóa mất tiên nghi. ▪ Chói lóa bất lực (disability glare) là chói lóa làm giảm khả năng nhận biết của người quan sát gây ra bởi các nguồn sáng có độ chói lớn nằm trong môi trường quan sát. ▪ Chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare) là chói lóa không làm giảm khả năng quan sát nhưng tạo ra cảm giác không thoải mái, thiếu tiện nghi. 6/9/2021 40
41. 1.4.4. Hiện tượng chói lóa Chiếu sáng trong nhà để hạn chế chói lóa, người ta quy định góc bảo vệ của bộ đèn γ. Khi góc γ nhỏ hơn Góc bảo vệ ngang 450, chói lóa mất tiện nghi không còn đáng kể. Thường trong các nhà máy công nghiệp, chiếu sáng thường đòi hỏi góc bảo vệ nhỏ hơn 0 60 . Góc bảo vệ dọc Chiếu sáng ngoài trời, đặc biệt là chiếu sáng đường người ta quan tâm đến độ tăng ngưỡng TI (Threshold Increment) với chói lóa bất lực và chỉ số kiểm soát chói lóa G (Glare Control Mark) với chói lóa mất tiện nghi. Vấn đề này sẽ đề cập kỹ hơn phần chiếu sáng đường (chương 5). 6/9/2021 41
42. BÀI TẬP VÍ DỤ 1. Hãy tính cường độ ánh sáng của một bóng đèn sợi đốt theo mọi hướng. Biết công suất P = 40W và quang thông F = 430lm. Đ/S: I = 34cd 2. Trong một góc khối dΩ = 5,55.10-9sr, mặt trời phát ra quang thông xuống trái đất dF = 1,45.1019lm. Biết bán kính của mặt trời R = 695.000 km. Hãy tính cường độ ánh sáng của mặt trời chiếu xuống đất và độ chói của mặt trời đối với người quan sát đứng trên trái đất? Đ/S: I = 2,61.1027cd; L = 1,72.109cd/m2 3. Một đèn có quang thông F=1380lm bức xạ theo mọi hướng treo cách mặt bàn h=1,3 m. a. Để độ rọi trên quyển sách đặt tại điểm B là 50lux thì khoảng cách a chỗ đặt quyển sách đến nguồn sáng trên mặt bàn là bao nhiêu? 6/9/2021 42
43. BÀI TẬP VÍ DỤ b. Tính độ chói của trang sách khi biết hệ số phản xạ ρ = 0,7? c. Nếu bóng đèn đặt ở tâm quả cầu nhựa mờ đường kính 0,3m có hệ số xuyên sáng τ =0,8 thì độ chói của mặt cầu này là bao nhiêu? 2 2 Đ/S: a) a = 0,57m; b) L = 11,1cd/m ; Lcầu = 1245cd/m . 4. Một đèn sợi đốt có cường độ ánh sáng 100cd theo mọi hướng tạo ra một độ rọi 40lx trên bề mặt bàn được đặt ở tư thế thẳng đứng dưới ngọn đèn. Hãy cho biết: a. Khoảng cách từ đèn đến bàn là bao nhiêu? Đ/s: 1,58m b. Độ rọi sẽ là bao nhiêu nếu đèn được hạ thấp xuống 0,58m? Đ/s 100lx 6/9/2021 43
44. BÀI TẬP VÍ DỤ 5. Một đèn sợi đốt treo cách nền nhà I 3m dùng hệ thống phản quang hắt h = 3m xuống dưới với cường độ 400cd. a. Hãy tính độ rọi tại điểm A và điểm B (cách điểm A là 4m)? A a = 4m B b. Giả thiết dùng một bóng đèn nữa (giống bóng đèn trên) treo cùng độ cao so với mặt sàn ngay trên điểm B thì độ rọi tải điểm A và B là bao nhiêu? (Gợi ý: Chính là độ rọi tổng của 2 đèn). 6/9/2021 44