BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

Thành Nguyễn Tiến

Nấm vân chi (Trametes versicolor) là loại nấm dược liệu được trồng phổ biến ở châu Á, nhất là ở các nước Nhật Bản và Trung Quốc để sử dụng như thực phẩm hoặc dược phẩm. Mục tiêu của nghiên cứu này là chế biến ra sản phẩm trà túi lọc nấm vân chi vừa tốt cho sức khỏe vừa tiện lợi khi sử dụng. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến sự giảm ẩm của quả thể nấm vân chi. Nghiên cứu ảnh hưởng của công thức phối trộn, lượng nước pha và thời gian hãm trà đến chất lượng cảm quan của trà thành phẩm. Một số thành phần hóa học cơ bản của nấm nguyên liệu và trà thành phẩm đã được phân tích với hàm lượng tính theo khối lượng khô lần lượt gồm protein 11,60% và 13,34%, lipid chiếm 0,56% và 1,24%, đường khử khoảng 7,16% và 7,29%. Trong nguyên liệu, sản phẩm và nước pha trà có hàm lượng polysaccharide - peptide tương ứng khoảng 2,65%, 2,84% và 2%, hàm lượng polysaccharide – Krestin tương ứng là 2,01%, 2,13% và 0,41%.

Đợt dịch COVID-19 thứ tư đang diễn ra tại Việt Nam với cường độ mạnh, nhiều ổ dịch xuất hiện, và tốc độ lây lan nhanh với các biến chủng nguy hiểm. Điều này đặt ra một vấn đề cấp bách là phải có một chiến lược hữu hiệu để bảo vệ an toàn bệnh viện (BV), nơi vừa được coi là tuyến đầu, nhưng lại là nơi COVID-19 dễ tấn công nhất trong tình hình dịch bệnh lan rộng như hiện nay cũng như trong tương lai khi các đợt dịch tiếp theo xảy ra. Ngày 28 tháng 4 năm 2021, Bộ Y tế đã có Quyết định số 2022/QĐ-BYT về việc Ban hành Hướng dẫn sử dụng sinh phẩm xét nghiệm nhanh kháng nguyên vi rút SARS-CoV-2. Mô hình triển khai các điểm sàng lọc cùng với xét nghiệm nhanh kháng nguyên đã được BV Hữu nghị áp dụng hiệu quả và có những thành công bước đầu. Mô hình này được ghi lại trong bài báo để các BV có thể tham khảo, chia sẻ, và áp dụng vào từng điều kiện cụ thể của mình.

Trùn quế (Perionyx excavatus) là loài sinh vật phổ biến và có ích trong việc tham gia cải tạo và cung cấp dưỡng chất cho đất nông nghiệp. Bên cạnh đó, hàm lượng đạm cao trong thịt trùn quế cũng là nguồn dưỡng chất dồi dào cho ngành chăn nuôi. Chúng tôi đã tiến hành thuỷ phân thịt trùn quế bằng hệ thống lên men bán tự động trong 18 giờ ở nhiệt độ 40℃, tốc độ khuấy 130 vòng/phút, pH 6,5. Hỗn hợp lên men được bổ sung 5% rỉ đường, 1% enzyme protease SEB-Neutral PL, 5mM Ca2+ và 40% thịt trùn quế. Dịch thuỷ phân được sấy phun với 20% maltodextrin M100 để tạo bột đạm hoà tan nhằm dể dàng bảo quản, vận chuyển và bổ sung cho chăn nuôi. Đàn heo sử dụng 2% bột đạm từ thịt trùn quế trong khẩu phần ăn có tốc độ tăng trưởng tốt nhất. Các đàn heo sử dụng bột đạm từ thịt trùn quế đều có sức khoẻ và hoạt động sinh lý ổn định. Nghiên cứu này sẽ tiếp tục được thực hiện trên nhiều đối tượng khác để nhằm thương mại hoá sản phẩm bột đạm từ thịt trùn quế.

TR NG Đ I H C KI N TRÚC ĐÀ N NG Khoa Kỹ thu t h t ng đô th và Qu n lý xây d ng Nguy n M nh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ Đà Nẵng tháng 02-2009 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị L IC M N Bài gi ng Kỹ thu t chi u sáng đô th đ c biên so n làm tài li u gi ng d y chính th c cho ngành Kỹ thu t h t ng đô th , Tr ng Đ i h c ki n trúc Đà N ng. Trong quá trình biên so n, tác gi đã nh n đ c s ng h , đ ng viên cũng nh ý ki n đóng góp và s giúp đ c a các t ch c, cá nhân sau đây: - Các th y giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thu t h t ng đô th và Qu n lý xây d ng. - Phòng Qu n lý đi n, S Công Th ng thành ph Đà N ng. - Công ty Qu n lý v n hành đi n chi u sáng công c ng Đà N ng - Công ty Schréder Vi t Nam. - Gia đình và b n bè đ ng nghi p. Tác gi xin chân thành c m n s giúp đ quý báu đó. Do biên so n l n đ u v i th i gian, kinh nghi m có h n, ch c ch n t p bài gi ng này còn có nhi u thi u sót, tác gi r t mong nh n đ c các ý ki n đóng góp c a các đ ng nghi p, sinh viên và b n đ c quan tâm đ n lĩnh v c chi u sáng đ ti n t i biên so n thành giáo trình hoàn ch nh ph c v công tác gi ng d y, h c t p cũng nh công tác c a sinh viên sau khi ra tr ng. Các ý ki n dóng góp xin g i v đ a ch : Văn phòng Khoa Kỹ thu t h t ng đô th và Qu n lý xây d ng T ng 4, Tr ng Đ i h c Ki n trúc Đà N ng S 566 Núi Thành, qu n H i Châu, thành ph Đà N ng. Email : nmhbg@yahoo.com Tác gi Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 1 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị M CL C PH N M Đ U.................................................................................................................................... 5 L CH S CHI U SÁNG NHÂN T O VÀ VAI TRÒ C A NÓ ......................................................... 5 CH NG 1............................................................................................................................................ 7 KHÁI NI M C B N VÀ CÁC Đ I L NG ĐO ÁNH SÁNG ....................................................... 7 1.1. B n ch t c a ánh sáng ................................................................................................................. 7 1. B n ch t sóng - h t c a ánh sáng: .............................................................................................. 7 2. Ngu n sáng t nhiên và quang ph liên t c ............................................................................... 7 3. Ngu n sáng nhân t o và quang ph v ch:.................................................................................. 8 1.2. M t s hi n t ng phát sáng và ph m vi ng d ng trong chi u sáng nhân t o: ......................... 9 1. Hi n tu ng phát sáng do nung nóng:.......................................................................................... 9 2. Hi n tu ng phát sáng do phóng đi n:......................................................................................... 9 3. Hi n t ng phát sáng huỳnh quang.......................................................................................... 11 4. Hi n t ng phát sáng lân quang............................................................................................... 11 5. Hi n t ng phát sáng th c p:.................................................................................................. 12 1.3. Các đ i l ng c b n đo ánh sáng............................................................................................. 12 1. Góc kh i (còn g i là góc đặc, góc nhìn) .................................................................................. 12 2. Thông l ng năng l ng c a b c x ánh sáng nhìn th y......................................................... 14 3. Quang thông ............................................................................................................................. 15 4. Quang hi u ............................................................................................................................... 16 5. C ng đ sáng.......................................................................................................................... 16 6. Đ r i........................................................................................................................................ 17 7. Đ sáng (còn g i là đ tr ng): ................................................................................................. 18 8. Đ chói ..................................................................................................................................... 19 9. Nhi t đ màu: ........................................................................................................................... 19 10. Đ hoàn màu (còn g i là ch s th hi n màu):...................................................................... 20 1.4. Các đ nh lu t quang h c và ng d ng trong kỹ thu t chi u sáng :............................................ 21 1. S ph n x :............................................................................................................................... 21 2. S truy n x : ........................................................................................................................... 22 3. S khúc x :............................................................................................................................... 23 4. S che ch n: ............................................................................................................................. 24 5. S h p th : ............................................................................................................................... 24 6. Đ nh lu t Lambert v s khuy ch tán đ u :.............................................................................. 25 CH NG 2.......................................................................................................................................... 27 M T NG I VÀ S C M TH ÁNH SÁNG................................................................................. 27 2.1 C u t o m t ng i ...................................................................................................................... 27 1. Hi n t ng th giác:.................................................................................................................. 27 2. Hi n t ng đi u ti t c a m t: ................................................................................................... 27 3. Võng m c: ................................................................................................................................ 27 4. Khái ni m “con m t qu c t ”: .................................................................................................. 27 2.2 S gi i mã hình nh:................................................................................................................... 28 2.3 Quá trình thích nghi : ................................................................................................................. 28 2.4 C m giác chi u sâu c a v t c n nhìn: ........................................................................................ 28 2.5 C c c n và c c vi n c a m t :.................................................................................................... 29 2.6. Tr ng nhìn (th tr ng) c a m t : ........................................................................................... 29 2.7 Đ t ng ph n :.......................................................................................................................... 29 2.8 Hi n t ng chói lóa:................................................................................................................... 30 1. Khái ni m: ................................................................................................................................ 30 2. Gi i thích hi n t ng chói lóa :................................................................................................ 30 3. Ch s h n ch chói lóa G (còn g i là ch s ti n nghi) : ......................................................... 31 CH NG 3.......................................................................................................................................... 33 CÁC LO I NGU N SÁNG NHÂN T O THÔNG D NG .............................................................. 33 3.1 Bóng đèn nung sáng: .................................................................................................................. 33 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 2 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 1. C u t o c a bóng đèn nung sáng (hình 3.1): ............................................................................ 33 2. M t s lo i bóng đèn nung sáng thông d ng: .......................................................................... 34 3.2 Bóng đèn huỳnh quang............................................................................................................... 35 1. Đặc đi m c u t o:..................................................................................................................... 35 2. M t s bóng đèn huỳnh quang thông d ng .............................................................................. 37 3.3 Bóng đèn phóng đi n cu ng đ cao (HID) ................................................................................ 38 1. C u t o c a bóng đèn phóng đi n: ........................................................................................... 38 2. M t s lo i bóng đèn phóng đi n HID thông d ng:................................................................. 39 3.4 Đèn phát sáng quang đi n (LED: Lighting Emitting Diode) ..................................................... 42 3.5 Đèn c m ng (đèn không đi n c c) ........................................................................................... 43 3.6 Đèn Sulfua :................................................................................................................................ 43 CH NG 4.......................................................................................................................................... 45 C U T O C A B ĐÈN CHI U SÁNG CÔNG C NG ................................................................. 45 4.1. C u t o chung c a m t b đèn chi u sáng công c ng:.............................................................. 45 4.2. Các b ph n chính c a b đèn chi u sáng công c ng ............................................................... 46 1. T m ph n quang:...................................................................................................................... 46 2. Thi t b m i đèn (t c te) và ch n l u: ...................................................................................... 46 3. Kính b o v : ............................................................................................................................ 47 4. L đui đèn : .............................................................................................................................. 48 4.3. Các thông s c h c ch y u c a b đèn chi u sáng công c ng:.............................................. 48 1. Đ kín (IP):............................................................................................................................... 49 2. C p b o v c h c ch ng n (còn g i là đ ch u va đ p c a kính đèn): ................................. 49 3. Di n tích c n gió ...................................................................................................................... 50 4. Ch tiêu lão hóa kính b o v :.................................................................................................... 50 5. Tr ng l ng:............................................................................................................................. 50 4.4. Các thông s đi n ch y u c a b đèn chi u sáng công c ng:.................................................. 50 1. C p cách đi n : ......................................................................................................................... 51 2. Đ dao đ ng đi n áp: ............................................................................................................... 51 4.5. Các thông s v quang h c c a b đèn chi u sáng công c ng:................................................. 51 1. H s suy gi m quang thông: ................................................................................................... 51 2. H s ph n quang : ................................................................................................................... 52 3. Đ ng cong tr c quang : .......................................................................................................... 52 4. Hi u su t c a b đèn : .............................................................................................................. 54 5. C p b đèn :.............................................................................................................................. 55 6. H s s d ng c a b đèn: ....................................................................................................... 56 7. Góc b o v ................................................................................................................................ 57 4.6. Phân lo i các b đèn chi u sáng công c ng: ............................................................................. 58 CH NG 5.......................................................................................................................................... 59 THI T K H TH NG CHI U SÁNG CÔNG C NG..................................................................... 59 5.1. S l c v l ch s các ph ng pháp, trình t thi t k :.............................................................. 59 5.2. Các tiêu chuẩn chi u sáng đ ng giao thông và yêu c u c b n : ............................................ 59 5.3. Các nguyên t c c b n: ............................................................................................................. 59 1. Ph ng và v trí quan sát c a ng i lái xe:.............................................................................. 60 2. Đ chói mặt đ ng :................................................................................................................. 60 3. Đ đ ng đ u c a đ chói mặt đ ng: ...................................................................................... 61 4. Ch s chói lóa G c a b đèn: .................................................................................................. 62 5. Hi u qu d n h ng t i các v trí đặc bi t................................................................................ 63 5.4. Ph ng pháp t s R trong thi t k chi u sáng :........................................................................ 63 1. Các thông s hình h c b trí đèn :............................................................................................ 63 2. Các ph ng án b trí đèn ......................................................................................................... 65 3. Ch n công su t và lo i b đèn : ............................................................................................... 67 5.5. Ph ng pháp đ chói đi m trong thi t k chi u sáng : ............................................................. 68 1. Đ chói c a m t đi m trên mặt đ ng :................................................................................... 68 2. Phân lo i các l p ph mặt đ ng : ........................................................................................... 69 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 3 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 3. Tính toán đ chói và đ r i đi m ............................................................................................. 70 5.6. Thi t k chi u sáng t i các đi m đặc bi t trên đ ng giao thông: ............................................ 72 1. Chi u sáng t i đi m giao nhau đ ng m c: ............................................................................... 72 2. Chi u sáng nút giao v i đ ng s t : ......................................................................................... 74 3. Chi u sáng đ ng cong ............................................................................................................ 74 4. Chi u sáng bùng binh............................................................................................................... 75 5. Chi u sáng đ ng h m............................................................................................................. 76 5.7. Thi t k chi u sáng v i s tr giúp c a máy tính: .................................................................... 78 5.8. S d ng ph n m m thi t k chi u sáng công c ng Ulysse 2.2 ................................................. 79 1. Kh i đ ng................................................................................................................................. 79 2. Ch n ph ng án b trí đèn....................................................................................................... 81 3. Ch n đèn và các thông s v đèn ............................................................................................. 82 4. Xem k t qu và l p báo cáo ..................................................................................................... 84 5.9. M t s n i dung thi t k khác c a h th ng chi u sáng đ ng giao thông .............................. 87 1 Thi t k đi n :............................................................................................................................ 87 2 Thi t k xây d ng :.................................................................................................................... 89 3 Thi t k k t c u ......................................................................................................................... 89 CH NG 6.......................................................................................................................................... 90 QU N LÝ, V N HÀNH H TH NG CHI U SÁNG CÔNG C NG.............................................. 90 6.1. N i dung qu n lý, v n hành : .................................................................................................... 90 6.2. C c u t ch c và trang thi t b v n hành ................................................................................. 91 6.3. V n đ ti t ki m đi n : .............................................................................................................. 91 6.4. Th c tr ng qu n lý v n hành..................................................................................................... 92 6.5. T đ ng hoá công tác qu n lý, v n hành h th ng đi n chi u sáng :........................................ 92 CH NG 7.......................................................................................................................................... 93 THI T K CHI U SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG C NG TRONG ĐÔ TH ................................... 93 7.1. Chi u sáng công viên, v n hoa ............................................................................................... 93 1. Các nguyên t c chung .............................................................................................................. 93 2. Ch tiêu kỹ thu t v chi u sáng : .............................................................................................. 93 7.2. Chi u sáng công trình th thao ngoài tr i - nh ng nguyên t c chung : .................................... 95 CH NG 8.......................................................................................................................................... 98 M T S V N Đ C N NGHIÊN C U C A CHI U SÁNG ĐÔ TH .......................................... 98 8.1. Ô nhi m ánh sáng...................................................................................................................... 98 8.2. Quy ho ch chi u sáng ............................................................................................................... 99 PH L C........................................................................................................................................... 101 1. B ng giá tr và bi u th c hàm V(λ):........................................................................................... 101 2. Công su t và quang thông các lo i đèn phóng đi n thông d ng ................................................ 101 3. B ng phân lo i các l p ph mặt đ ng :.................................................................................... 102 TÀI LI U THAM KH O.................................................................................................................. 106 PH N BÀI T P................................................................................................................................. 107 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 4 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị L CH S PH N M Đ U CHI U SÁNG NHÂN T O VÀ VAI TRÒ C A NÓ T th i kỳ s khai con ng i đã bi t t o ra ánh sáng t l a, tuy nhiên lúc đó con ng i dùng l a v i t cách là ngu n nhi t ch không ph i là ngu n sáng. Tr i qua m t th i kỳ dài c a l ch s , con ng i m i phát minh ra lo i đèn th p sáng bằng ch t khí. Sau khi nhà hoá h c ng i Áo K.Auer phát minh ra đèn măng sông ch t o bằng ch t ch u đ c nhi t đ c c cao đã cho ánh sáng tr ng khi đ t cháy trong ng n l a ch t khí thì đèn măng sông tr nên ph bi n kh p các thành ph l n trên th gi i, đ n n i t ng nh không th còn lo i đèn nào có th thay th đ c. Tuy nhiên cu i th kỷ 19 ng i ta b t đ u nh n th y u đi m khi th p sáng bằng đi n. Cho đ n nay ng i ta v n ch a bi t chính xác ai là ng i đ u tiên ch t o ra chi c đèn đi n đ u tiên. Tuy nhiên đ đi đ n chi c bóng đèn hoàn thi n nh ngày nay ch c ch n ph i có s c ng hi n c a nhi u nhà khoa h c, trong đó ng i có công l n nh t và là ng i đã đăng ký b n quy n phát minh đ u tiên v bóng đèn dây tóc vào năm 1878 là Thomas Edison - m t nhà phát minh n i ti ng c a Mỹ. Đ ghi nh n công lao và s n l c c a ông trong vi c đem ánh sáng đ n cho nhân lo i mà ngày nay ng i ta đã t ng nh ông nh là cha đẻ c a m i lo i bóng đèn đi n dùng s i đ t. Đêm 24/12/1879 Edison m i hàng trăm ng i thu c đ m i thành ph n trong xã h i thành ph New York t i d b a ti c t i nhà ông nhằm qu ng cáo s n phẩm đèn đi n do ông ch t o l n đ u tiên. T i b a ti c này ông cho th p sáng hàng lo t bóng đèn t t c khu nhà , x ng máy, phòng thí nghi m và sân v n. K t qu b a ti c đã giúp ông nh n đ c s tài tr c a chính quy n cho đ án th p sáng thành ph . Cu i cùng, đ n 5 h sáng ngày 04/9/1882 hàng trăm ng n đèn trên các ph đ ng lo t b t sáng làm c m t góc thành ph NewYork tràn ng p ánh sáng đi n, đánh d u th i kh c l ch s ánh sáng đi n chinh ph c bóng đêm. Đây cũng đ c xem là th i đi m ra đ i c a ngành chi u sáng đô th . T i Vi t Nam tr c đây, chi u sáng đô th đ c xây d ng trên c s l i đèn chi u sáng công c ng đ c xây d ng t th i Pháp thu c, ch y u dùng bóng đèn s i tóc. Đ n năm 1975, nh ng ng n đèn cao áp đ u tiên đ c l p đặt t i khu v c qu ng tr ng Ba Đình và lăng Ch t ch H Chí Minh. Ngoài chi u sáng đ ng ph , các lo i chi u sáng khác c a đô th nh chi u sáng công viên, v n hoa, chi u sáng c nh quan các công trình ki n trúc văn hoá, l ch s , th thao, chi u sáng t ng đài... h u nh ch a có gì. H i ngh chi u sáng đô th l n th nh t (4/1992) là m t m c kh i đ u cho s phát tri n c a ngành chi u sáng đô th Vi t Nam. Th c tr ng chi u sáng đô th lúc b y gi v n còn r t kém, l c h u so v i các đô th trong khu v c. Sau H i ngh chi u sáng đô th toàn qu c l n th hai (12/1995) t ch c t i Đà N ng, cùng v i s phát tri n v t b c c a n n kinh t , lĩnh v c chi u sáng đô th n c ta đã th c s hình thành và phát tri n. Hi n nay chúng ta đã có H i chi u sáng đô th Vi t nam. Vai trò c a chi u sáng đô th : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 5 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị T i các n c phát tri n, đi n năng dùng cho chi u sáng chi m t 8 đ n 13% t ng đi n năng tiêu th . H th ng chi u sáng đô th bao g m nhi u thành ph n khác nhau, trong đó có th k đ n chi u sáng ph c v giao thông, chi u sáng các c quan ch c năng c a đô th ... Chi u sáng đ ng ph t o ra s s ng đ ng, h p d n và tráng l cho các đô th v đêm, góp ph n nâng cao ch t l ng cu c s ng cho ng i dân đô th , thúc đẩy s phát tri n th ng m i và du l ch. Đặc bi t, h th ng chi u sáng trang trí còn t o ra không khí l h i, s khác bi t v c nh quan c a các đô th trong các d p l t t và các ngày kỷ ni m l n hoặc trong th i đi m di n ra các ho t đ ng chính tr , văn hóa xã h i cũng nh s ki n qu c t . Trong đi u ki n thi u h t v đi n năng c a n c ta, đã có nh ng lúc, nh ng n i chi u sáng qu ng cáo b coi là phù phi m, lãng phí và không hi u qu . Đi u này xu t phát t góc đ tiêu th năng l ng mà ch a nh n th c t ng quát vai trò c a chi u sáng đô th . Do đó c n có s đánh giá chính xác và khách quan v hi u qu mà chi u sáng đem l i không ch v mặt kinh t , mà còn c trên các bình di n văn hóa - xã h i. Không ch nhìn nh n nh ng hi u qu tr c ti p tr c m t, có th tính đ c bằng ti n mà còn c hi u qu gián ti p và lâu dài mà chi u sáng đem l i trong vi c qu ng bá, thúc đ y s phát tri n c a th ng m i, du l ch và d ch v . Ch có nh v y, h th ng chi u sáng đô th m i có th phát tri n và duy trì m t cách b n v ng, đóng m t vai trò ngày m t x ng đáng trong các công trình h t ng kỹ thu t đô th . Đ làm đ c vi c đó chúng ta ph i đẩy m nh vi c nghiên c u, ng d ng, phát tri n lý thuy t v chi u sáng đô th ngày càng hoàn thi n nhằm xây d ng đô th Vi t Nam v a mang phong cách hi n đ i v a gi gìn đ c nét truy n th ng. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 6 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị KHÁI NI M C CH NG 1 B N VÀ CÁC Đ I L NG ĐO ÁNH SÁNG 1.1. B n ch t c a ánh sáng 1. B n ch t sóng - h t c a ánh sáng: + Ánh sáng nhìn th y, tia c c tím, tia X, sóng radio, sóng truy n hình,…t t c đ u là nh ng d ng năng l ng đi n t đ c truy n trong không gian d i d ng sóng, cũng gi ng nh các b c x đi n t khác đ c đặc tr ng b i b c sóng λ, t n s ν, hoặc chu kỳ T v i ν = 1/T hoặc c = ν.λ. + Có th chia b c sóng thành các ph m vi sau, ta nh n th y ánh sáng nhìn th y ch là d i hẹp t 380nm-780nm: • T 3000 m đ n 1000 m Sóng dài (LW = long wave) • T 1000 m đ n 100 m Sóng trung (MW = medium wave) • T 100 m đ n 10 m Sóng ng n (SW = Short wave) • T 10 m đ n 0,5 m Sóng vô tuy n (FM) • T 0,5 m đ n 1,0 mm Sóng rađa • T 1000 µm đ n 0,78 µm Sóng h ng ngo i • T 780 nm đ n 380 nm Ánh sáng nhìn thấy • T 380 nm đ n 10 nm Tia c c tím (tia t ngo i, UV) 0 0 Tia X • T 100 A đ n 0,01 A 0 0 Tia γ, tia vũ tr • T 0,01 A đ n 0,001 A -6 -9 0 ( 1 µm = 10 m; 1 nm = 10 m; 1 A = 10-10 m) + Theo thuy t l ng t , ánh sáng còn mang b n ch t h t (photon), có năng l ng E = hν= hc / λ ; trong đó h là hằng s Plank = 6,626176 × 10-34Js T i sao các v t th phát ra ánh sáng ? Ta ph i dùng thuy t l ng t đ gi i thích nh sau: + M t photon b bi n m t khi nó va vào và đẩy m t đi n t vòng ngoài lên tr ng thái kích thích các quỹ đ o xa nhân h n Î s h p thu năng l ng ánh sáng c a v t ch t. + M t photon đ c sinh ra khi đi n t t tr ng thái kích thích chuy n sang m t quỹ đ o khác g n nhân h n và t i đi m t năng l ng mà nguyên t b m t d i d ng tia sáng mà b c sóng tỷ l ngh ch v i năng l ng đ c truy n đi Î s phát ra năng l ng ánh sáng c a v t ch t. + Nh v y căn c vào b c sóng ta có th phân bi t đ c sóng ánh sáng và các d ng năng l ng khác trên quang ph đi n t . 2. Ngu n sáng t nhiên và quang phổ liên t c + Ánh sáng nhìn th y khác v i các d ng b c x đi n t khác kh năng làm kích ho t võng m c c a m t ng i. + Vùng ánh sáng nhìn th y có b c sóng dao đ ng t 380nm-780nm + Thí nghi m đã ch ng minh: d i ph c a ánh sáng mặt tr i là d i quang ph liên t c có b c sóng thay đ i t 380nm –780nm nh hình sau: + Ánh sáng mặt tr i đ c coi là ngu n sáng chuẩn đ đánh giá ch t l ng c a ngu n sáng nhân t o. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 7 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Lăng kính Ánh sáng mặt tr i Tia sáng đ n s c đ u ra lăng kính Ph ánh sáng Hình 1.1_ Thí nghi m quang ph liên t c + Ánh sáng mặt tr i có r t nhi u công d ng khác ngoài chi u sáng : sinh ra vitamin D khi t m n ng bu i sáng, di t vi khuẩn (do có m t l ng r t bé tia c c tím), phát đi n, thu nhi t, s y khô,… + Hi n nay ng i ta đang nghiên c u thi t b d n ánh sáng t nhiên vào trong các toà nhà nhằm gi m ti n đi n cũng nh có l i cho s c khoẻ. 3. Ngu n sáng nhân t o và quang phổ v ch: Khe hẹp V t đen Lăng kính Ngu n sáng nhân t o (đèn chi u sáng) Hình 1.2_Thí nghi m quang ph v ch Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 8 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + Ánh sáng nhân t o có quang ph đ t quãng (quang ph v ch). Hình 1.2 là k t qu thí nghi m xác đ nh quang ph c a m t s ngu n sáng nhân t o sau khi đi qua lăng kính: + Nói chung ánh sáng nhân t o không t t bằng ánh sáng mặt tr i (xét d i góc đ chi u sáng). V mặt tâm - sinh lý, tr i qua hàng tri u năm ti n hóa, h th n kinh c a con ng i đã thích nghi hoàn toàn v i ánh sáng ban ngày nên v i b t kỳ ngu n sáng nào không ph i là ánh sáng mặt tr i đ u không t t đ i v i m t. c m c a con ng i luôn luôn h ng đ n vi c t o ra các ngu n sáng gi ng nh ban ngày, do đó đ đánh giá ch t l ng c a các ngu n sáng nhân t o ng i ta th ng l y ánh sáng ban ngày làm chuẩn đ so sánh. Ánh sáng đèn tuyp ta th ng th y cũng ch có màu xanh, t c là có quang ph v ch mặc dù ban đêm ta c m th y nó khá d ch u. V i s ti n b c a kỹ thu t, hi n nay ng i ta có th ch t o các ngu n sáng có kh năng phát ra các b c x có quang ph liên t c g n v i ánh sáng tr ng nh đèn xenon, song giá thành r t đ t nên ch y u dùng cho các lo i xe h i đ t ti n. 1.2. M t s hi n t ng phát sáng và ph m vi ng d ng trong chi u sáng nhân t o: 1. Hi n tu ng phát sáng do nung nóng: B t kỳ v t th nào có nhi t đ > 00K đ u b c x năng l ng d i d ng sóng đi n t , khi đ c nung nóng đ n nhi t đ kho ng 10000K s phát ra b c x ánh sáng (cũng là lo i sóng đi n t ). Nhi t đ càng cao thì c ng đ ánh sáng tăng lên và màu s c b ngoài cũng tr nên sáng h n. Các lo i đèn đi n chi u sáng th ng dùng dòng đi n đ đ t nóng s i đ t (dây tóc) bằng kim lo i. Hi n t ng phát sáng khi nung nóng bằng dòng đi n đ c nhà khoa h c Anh Humphrey DaVy phát hi n năm 1802. Sau đó nhà phát minh ng i Mỹ Edison m i ch t o ra đèn s i đ t đ u tiên. Hi n t ng phát x ánh sáng do nung nóng đ c gi i thích nh sau: Khi có đi n áp đặt vào hai đ u dây tóc, các đi n t các l p ngoài c a nguyên t đ c gi i phóng kh i nguyên t và d ch chuy n trong m ng tinh th kim lo i. Trong quá trình di chuy n, đi n t luôn luôn có va ch m v i các nguyên t , do đó đ ng năng c a đi n t đã truy n m t ph n cho nguyên t . K t qu là các nguyên t b kích thích và m t s đi n t l p trong nh y ra l p ngoài (n u l p đó ch a đ y). Đi n t này có xu h ng tr v v trí tr ng g n h t nhân h n (v trí n đ nh) và n u đi u đó x y ra thì đi n t s m t m t l ng năng l ng E (th năng) đ ng th i gi i phóng m t photon có b c sóng λ = c.h/E (có th là ánh sáng nhìn th y hoặc không nhìn th y). Năng l ng b c x có th bao g m quang năng, nhi t năng và b c x h ng ngo i,... ng d ng hi n t ng này đ ch t o các lo i đèn s i đ t nh đèn s i đ t chân không (trong dân d ng 50W-75W), đèn s i đ t halogen (còn g i là đèn halogen-Vonfram). 2. Hi n tu ng phát sáng do phóng đi n: Hi n t ng này do nhà khoa h c Anh Edward Townsend phát hi n đ u tiên. Hi n t ng phóng đi n trong ch t khí là quá trình di n ra r t ph c t p, ph thu c vào áp su t khí, công su t ngu n đi n và d ng đi n tr ng. Tuy nhiên có th mô t tóm t t thông qua thí nghi m sau đây: cho ng phóng đi n th y tinh ch a h i kim lo i hoặc m t khí tr nào đó áp su t th p, bên trong có đặt 2 đi n c c và đ c n i v i ngu n 1 chi u thông qua bi n tr đi u ch nh đ c: + Khi đi n áp tăng lên thì dòng đi n tăng theo (đo n AB). Nguyên nhân có dòng đi n là Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 9 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị do các ion t do t n t i trong ch t khí. + Đ n đi m B (đi m x y ra phóng đi n) thì dòng đi n tăng r t nhanh còn đi n áp gi m xu ng đ n đi m M (đi m duy trì phóng đi n). Nguyên nhân dòng đi n tăng là do hi n t ng ion hóa ch t khí làm cho s đi n t tăng lên nhanh. + Đ n đi m D (bằng cách gi m R) s x y ra hi n t ng phóng đi n h quang. Nguyên nhân là do đi n c c b đ t nóng quá m c làm phát x đi n t bằng hi u ng nhi t-ion. C n l u ý là n u áp su t cao s x y ra hi n t ng phóng đi n tia l a ch không ph i phóng đi n t a sáng vì áp su t cao, hi n t ng phóng đi n không t duy trì đ c. Khi ng d ng hi n t ng này vào đèn đi n chi u sáng, ng i ta ch cho đèn làm vi c trong kho ng B-D v i đi m làm vi c M đ c xác l p nh đi n tr R g i là “ch n l u”. Đi n áp t i đi m B đ c g i là đi n áp phóng đi n hay đi n áp m i. Khi phóng đi n, các nguyên t khí b kích thích lên m c năng l ng cao h n, sau đó tr v tr ng thái ban đ u thì phát ra phôton gây nên hi n t ng phát sáng h ng t c c âm sang c c d ng. Ánh sáng phát ra th ng đ n s c và mang màu đặc tr ng c a khí trong ng th y tinh. Ngoài ánh sáng nhìn th y, tùy vào ch t khí mà còn có các tia h ng ngo i hay t ngo i. N u có phát tia t ngo i thì ng phóng đi n ph i làm bằng th y tinh có đặc tính c n tia t ngo i (th y tinh natri cacbonat), tránh h y di t sinh v t s ng, tia h ng ngo i không nguy hi m vì nó ch có tác d ng nhi t. u(V) i Katot E R H i kim lo i u R=30kΩ 300 E R=300Ω D B 200 Anot C 100 M’ M A E 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 logi Hình 1.3_ Thí nghi m phóng đi n trong ch t khí Đ i v i ngu n đi n xoay chi u hình sin thì chi u dòng đi n duy trì trong ng th y tinh liên t c thay đ i theo t n s ngu n đi n. C dòng đi n và đi n áp trong ng phóng đi n không còn là hình sin n a nên nó đ c xem là m t ph n t phi tuy n. Mặc dù m t ng i không c m nh n đ c nh ng ánh sáng do đèn t o ra là ánh sáng nh p nháy liên t c. B M M Hình 1.4_ Phóng đi n trong ch t khí v i ngu n đi n hình sin B Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 10 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Năng l ng b c x g m quang năng, nhi t năng, b c x h ng ngo i, b c x t ngo i có tỷ l thay đ i theo áp su t và lo i khí s d ng. ng d ng hi n t ng này đ ch t o các lo i đèn h i phóng đi n Natri áp su t th p, Natri áp su t cao, đèn halogen kim lo i (h i th y ngân cao áp),… 3. Hi n t ng phát sáng huỳnh quang Hi n t ng huỳnh quang đ c bi t đ n vào gi a th k 19 b i nhà khoa h c ng i Anh George G. Stoke. Khi cho ánh sáng t ngo i (không nhìn th y) chi u vào ch t phát huỳnh quang thì m t ph n năng l ng c a nó bi n đ i thành nhi t, ph n còn l i bi n đ i thành ánh sáng có b c sóng dài h n nằm trong d i quang ph nhìn th y đ c. (Đinh luật Stoke) Gi i thích theo thuy t l ng t nh trong hình 1.5: m t photon b c x t ngo i (hình bên trái) va ch m v i m t electron c a m t nguyên t ch t huỳnh quang, kích thích và đ a electron này lên m c năng l ng cao h n. Sau đó, electron này r i xu ng m c năng l ng th p h n và phát ra ánh sáng d i d ng m t photon (hình bên ph i) trong vùng ánh sáng nhìn th y đ c. Đi n t tr ng thái c b n Đi n t b kích thích Tia t ngo i M c năng l ng th p M c năng l ng cao H t nhân Photon phát x (ánh sáng nhìn th y) Hình 1.5_ Gi i thích hi n t ng phát sáng huỳnh quang ng d ng hi n t ng này ng i ta ch t o ra đèn huỳnh quang g m bóng thuỷ tinh không cho tia t ngo i xuyên qua, trong đó ch a ch t thuỷ ngân áp su t th p. Khi phóng đi n, các đi n t phát x t đi n c c kích thích nguyên t thuỷ ngân và t o ra tia t ngo i (b c sóng 253,7nm), các tia t ngo i đ p vào thành ng (có quét b t huỳnh quang) làm đèn phát sáng. Nhìn chung hi u su t phát sáng c a đèn huỳnh quang khá cao. Ch t huỳnh quang có r t nhi u lo i nh ng th ng dùng ch t halophosphat canxi 3Ca(PO4)2.CaF2 đ quét vào bên trong thành ng phóng đi n m t l p m ng. Năng l ng b c x t hi n t ng phóng đi n ngoài tia t ngo i có th còn có tia h ng ngo i, nh ng theo đ nh lu t Stokes ta không th bi n đ i tia h ng ngo i v mi n ánh sáng nhìn th y (b c sóng ng n h n). Các lo i đèn huỳnh quang hi n nay g m T12-T10-T8-T5, compact,… Ý nghĩa c a các ký hi u này đ c đ c p các ch ng sau. 4. Hi n t ng phát sáng lân quang Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 11 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Lân quang là m t d ng phát quang, trong đó các phân t c a ch t lân quang h p th ánh sáng, chuy n hóa năng l ng c a các photon thành năng l ng c a các electron sang tr ng thái l ng t có m c năng l ng cao nh ng khá b n v ng. Sau đó electron ch m ch p r i v tr ng thái l ng t m c năng l ng th p h n và gi i phóng m t ph n năng l ng tr l i d i d ng các photon. Lân quang khác v i huỳnh quang ch vi c electron tr v tr ng thái cũ kèm theo nh ra photon r t ch m ch p. Trong huỳnh quang, s r i v tr ng thái cũ c a electron g n nh t c th i khi n photon đ c gi i phóng ngay. Do v y các ch t lân quang ho t đ ng nh nh ng b l u tr ánh sáng: thu nh n ánh sáng và ch m ch p nh ra ánh sáng sau đó. S dĩ có s tr v tr ng thái cũ ch m ch p c a các electron là do m t trong s các tr ng thái kích thích khá b n nên vi c chuy n hóa t tr ng thái này v tr ng thái c b n b c m b i m t s quy t c l ng t . Vi c x y ra s tr v tr ng thái c b n ch có th đ c th c hi n khi dao đ ng nhi t đẩy electron sang tr ng thái không b n g n đó, đ t đó nó r i v tr ng thái c b n. Đi u này khi n hi n t ng lân quang ph thu c vào nhi t đ : nhi t đ càng l nh thì tr ng thái kích thích càng đ c b o t n lâu h n. Đa s các ch t lân quang có th i gian t n t i c a tr ng thái kích thích ch vào c miligiây, có m t s ch t có th lên t i vài phút hoặc th m chí vài gi . Trong th c t ta th y con đom đóm phát sáng đ c là nh ch t lân quang. Ch t d quang là ch t có ch a các nguyên t phát sáng lân quang. Hi n t ng lân quang không đ c ng d ng trong kỹ thu t chi u sáng vì hi u qu th p và tr ng thái phát sáng không b n. Nó ch dùng trong ch t o các đ ch i cho trẻ em,… 5. Hi n t ng phát sáng th c p: Nói cách khác đây không ph i là ngu n sáng th c s nh các hi n t ng đã nêu trên. Khi m t v t đ c chi u sáng thì b n thân nó cũng có th ph n x m t ph n ánh sáng g i là phát sáng th c p. Ch có v t đen tuy t đ i m i h p th toàn b ánh sáng. D a vào hi n t ng này ta có th gi i thích màu s c c a các v t trong t nhiên: S th hi n màu c a v t là do ánh sáng ph n x t o thành (ví d v t màu đ ph n x tia màu đ , các màu khác thì nó h p th ). Tr c đây có r t nhi u lý thuy t màu s c khác nhau xu t hi n ch y u s d ng trong ngành d t nhu m. V i s ra đ i c a thuy t l ng t , hi n nay ng i ta đã xây d ng hoàn ch nh thuy t màu hi n đ i d a vào b n ch t sóng h t c a ánh sáng M t v t th b t kỳ ti p nh n ánh sáng chi u vào s xẩy ra các hi n t ng : ph n x , xuyên qua, h p th . M i hi n t ng này l i có nh ng tính ch t riêng, ví d ph n x l i có các lo i ph n x đ u, ph n x khuy ch tán,…. Các hi n t ng này đ c nghiên c u đ ch t o các b ph n c a đèn (đặc bi t là t m ph n quang) nhằm đi u khi n s phân b ánh sáng c a ngu n sáng hi u qu nh t. V n đê này s xét trong các ph n sau. 1.3. Các đ i l ng c b n đo ánh sáng 1. Góc kh i (còn gọi là góc đặc, góc nhìn) - Khái ni m: Xét m t đ ng cong kín b t kỳ (L). T m t đi m O trong không gian ta v các đ ng th ng t i m i đi m trên đ ng cong (L) g i là các đ ờng sinh. Khi đó ph n không gian gi i h n b i các đ ng sinh này đ c g i là góc khối nhìn đ ờng cong (L) từ đỉnh O. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 12 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Đ đo c a góc kh i là di n tích ph n mặt c u có bán kính r = 1, tâm t i đi m O b c t b i góc kh i trên. - Ký hi u góc kh i : Ω (Ch cái Hy L p, đ c là Ômega). - Đ n v : Sr (steradian) O r =1 Steradian là góc kh i mà d i góc đó ng i quan sát đ ng tâm O c a m t qu c u R=1m thì nhìn th y di n tích S=1m2 trên mặt c u. - Ý nghĩa: Góc kh i là góc trong không gian, đặc tr ng cho góc nhìn (t c là t m t đi m nào đó nhìn v t Ω=S th d i m t góc kh i). Trong kỹ thu t chi u sáng, góc kh i bi u th cho không gian mà ngu n sáng b c x năng (L) l ng c a nó. - Ví d tính toán m t s góc kh i: Hình 1.6_ Đ nh nghĩa góc kh i + Cho qu c u tâm O bán kính R, m t hình nón có đ nh t i O c t mặt c u v i m t di n tích S thì đ l n c a góc kh i là : Ω = S . R2 + Cho 2 hình c u bán kính R và kR đ ng tâm O. Gi s m t góc kh i Ω ch n hình c u R v i di n tích S1=2πR2(1-cosα) và hình c u kR v i di n tích S2= 2πk2R2(1-cosα). Khi đó góc kh i là: S S1 k 2R2 2π (1 − cos α ) = 2 2 Ω = 2 = 2π (1 − cos α ) = 2 R (kR ) (kR ) O Ω S1 S2=k2S R R O S = Di n tích trên mặt c u Hình 1.7a kR Hình 1.7b + Cho mặt c u tâm O, bán kính R. Góc kh i ch n b i hình nón đ nh t i O, góc đ nh 2α, di n tích mặt c u b ch n là S. Ta có góc kh i: 2πRh 2πR( R − R cos α ) S Ω= 2 = = = 2π (1 − cos α ) 2 2 R R R Ta th y góc kh i là đ i l ng không ph thu c bán kính R. Tr ng h p t i đ nh O nhìn toàn b mặt c u (α=1800) ta có góc kh i l n nh t Ω = 4π (Sr) + Tính góc kh i ch n di n tích dS bé tuỳ ý t đi m O: khi đó ta coi dS là mặt ph ng. Trên dS ta l y đi m M là tr ng tâm c a dS, sau đó v mặt c u tâm O bán kính R=OM thì góc kh i Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 13 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị nhìn di n tích dS t O là : dS.cosα dΩ = R2 Trong đó α là góc h p b i vect pháp tuy n c a mặt dS và OM, còn dS.cosα là hình chi u c a dS lên ph ng OM. Do dS bé tuỳ ý nên dS.cosα đ c xem là di n tích mà góc kh i ch n mặt c u. a R h a Ω α O dΩ Hình 1.7c R α n M Hình 1.7d 2. Thông l dS’ ng c a b c x ánh sáng nhìn th y ng năng l Năng l ng đi n cung c p cho ngu n sáng không ph i bi n đ i hoàn toàn thành ánh sáng mà bi n đ i thành nhi u d ng năng l ng khác nhau nh hóa năng, b c x nhi t, b c x đi n t . Các b c x ánh sáng ch là m t ph n c a b c x đi n t do ngu n phát ra. D i góc đ kỹ thu t chi u sáng ta ch quan tâm đ n năng l ng b c x ánh sáng nhìn th y mà thôi, do đó ng i ta đ a ra khái ni m thông l ợng năng l ợng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy, đó là ph n năng l ng b c x thành ánh sáng c a ngu n sáng trong m t giây theo m i h ng đ c xác đ nh theo các công th c: ∫ W (λ ).dλ λ2 Ph ánh sáng liên t c : λ1 v i 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm ∫ W (λ ).dλ 780 nm Ph ánh sáng ban ngày (lo i ph liên t c): ∑ P (λ ) 380 nm n Ph ánh sáng r i r c (quang ph v ch): i =1 i Trong đó : W(λ) là phân b ph năng l ng c a ngu n sáng (W/nm). P(λi) là m c năng l ng c a tia đ n s c th i phát ra t ngu n sáng (W). λi là b c sóng c a tia đ n s c th i tho mãn 380nm ≤ λi ≤ 780nm Đ n v đo c a thông l ng là (W). Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 14 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 3. Quang thông - Khái ni m: Thông l ng năng l ng c a ánh sáng nhìn th y là m t khái ni m có ý nghĩa quan tr ng v mặt v t lý. Tuy nhiên trong kỹ thu t chi u sáng thì khái ni m này ít đ c quan tâm. 1 2 1,0 Th t v y, gi s có hai tia sáng đ n s c màu 0,9 đ (λ=700nm) và màu vàng (λ=577nm) có cùng 0,8 m c năng l ng tác đ ng đ n m t ng i thì k t 0,7 0,6 qu nh n đ c là m t ng i c m nh n tia màu đ 0,5 t t h n màu vàng. Đi u này có th gi i thích là do 0,4 s khúc x qua m t (vai trò là th u kính h i t ) 0,3 khác nhau: các tia sáng có λ bé b l ch nhi u và 0,2 0,1 h i t tr c võng m c, các tia có λ l n thì l i h i 0,0 400 450 500 550 600 650 700 nm t sau võng m c, ch có tia λ=555nm (vàng) là h i t ngay trên võng m c. Trên c s này ng i ta xây d ng đường cong hiệu quả ánh sáng V(λ) Hình 1.8 c a m t ng i (hình 1.8). Đ ng cong 1 ng v i th giác ban ngày và đ ng cong 2 ng v i th giác ban đêm. Bi u th c g n đúng c a đ ng cong V(λ) đ c cho trong ph l c cu i sách, đ ng th i trong ph l c cũng có b ng giá tr c a hàm V(λ). Nh v y rõ ràng thông l ng năng l ng không th dùng trong kỹ thu t chi u sáng ph c v con ng i, do đó ng i ta ph i đ a vào m t đ i l ng m i trong đó ngoài W(λ) còn ph i k đ n đ ng cong V(λ), đ i l ng này g i là quang thông và đ c xác đ nh nh sau: Ngu n sáng phát quang ph v ch (đèn chi u sáng): Φ = 683.∑ P(λi ).V (λi ) n Ngu n sáng đ n s c : Φ = 683.P(λ).V(λ) v i λ=const i =1 Ngu n sáng có quang ph liên t c Φ = 683 ∫ W (λ ).V (λ ).dλ λ2 Ánh sáng ban ngày Φ = 683 ∫ 780 nm λ1 W (λ ).V (λ ).d λ 380 nm Trong các công th c trên : n là t ng s tia sáng đ n s c do ngu n phát ra P(λi) là m c năng l ng c a tia đ n s c th i (W). W(λ) là phân b ph năng l ng c a các tia sáng liên t c (W/nm) λi là b c sóng c a tia đ n s c th i (nm). 683 lm/W là hằng s v t lý xu t phát t đ nh nghĩa đ n v c ng đ sáng (Cadela), bi u th s chuy n đ i đ n v năng l ng sang đ n v c m nh n th giác. Giá tr 683 đ c đ a vào đ t o ra giá tr t ng đ ng v i đ nh nghĩa cũ c a cadela. λ1 và λ2 là gi i h n b c sóng (c n d i và trên) c a quang ph liên t c. - Ý nghĩa: V b n ch t, quang thông cũng chính là năng l ng nh ng đây đ n v tính không ph i bằng Oát mà bằng Lumen. Đây là đ i l ng r t quan tr ng dùng cho tính toán chi u sáng, th hi n ph n năng l ng mà ngu n sáng b c x thành ánh sáng ra toàn b không gian xung quanh. Đ th y rõ s khác nhau gi a Oát và Lumen ta có s so sánh sau: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 15 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Gi s có m t ngu n sáng công su t 1W bi n đ i toàn b công su t này thành ánh sáng nhìn th y. N u ánh sáng nó phát ra là m t tia đ n s c λ=555nm (màu vàng) s cho quang thông 683 lm nh ng n u ánh sáng phát ra là quang ph liên t c v i năng l ng phân b đ u thì quang thông kho ng 179 lm (xem ph l c 1). - Ký hi u: Φ (ký hi u ch cái Hy L p, đ c là phi) - Đ n v : Lm (Lumen). Lumen là quang thông do ngu n sáng phát ra trong m t góc kh i bằng 1 Sr. - Ví dụ giá trị quang thông một số nguồn sáng thông dụng: + Xét m t ngu n sáng đi m có c ng đ sáng I không đ i theo m i ph ng thì quang thông là : Φ = ∫ IdΩ = 4πI 4π 0 + Thi t b dùng đ đo quang thông g i là Lumen kế. + Quang thông do mặt tr i g i xu ng trái đ t là 145.1017lm. 4. Quang hi u - Đ nh nghĩa: Quang hi u là tỷ s gi a quang thông do ngu n sáng phát ra và công su t đi n mà ngu n sáng tiêu th . - Ý nghĩa: Trong kỹ thu t chi u sáng ng i ta không dùng khái ni m hi u su t theo nghĩa thông th ng (tính theo tỷ l %) mà s d ng khái ni m quang hi u. Quang hi u th hi n đ y đ kh năng bi n đ i năng l ng mà ngu n sáng tiêu th thành quang năng. M t s tài li u g i khái ni m này là hiệu suất c a ngu n sáng. Tuy nhiên, n u ta s d ng khái ni m hiệu suất thì s liên t ng đ n t l % (giá tr ≤ 1) gi a các đ i l ng cùng đ n v đo. Trái ng c hoàn toàn v i quan ni m v hi u su t, quang hi u l i có giá tr l n h n 1 r t nhi u và là t s c a 2 đ n v đo khác nhau (lm/W) do đó vi c dùng khái ni m hi u su t là không h p lý. - Ký hi u: η (Ch cái Hy L p, đ c là êta) - Đ n v : lm/W (lumen/Oát) - Ví d : Quang hi u m t s ngu n sáng thông d ng (theo tài li u Schréder năm 2006) Ngu n sáng Công su t (W) Quang thông (Lm) Quang hi u (Lm/W) Bóng đèn dây tóc 100 1500 15 Bóng huỳnh quang 36 2600 80 Bóng compact 20 1200 60 Bóng cao áp th y ngân 250 13000 52 Bóng cao áp MetalHalide 250 20000 80 Bóng cao áp Sodium 250 27000 108 5. C ng đ sáng - Khái ni m: + Xét tr ng h p m t ngu n sáng đi m đặt t i O và ta quan sát theo ph Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ng Ox. G i dΦ 16 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị dΦ c đ nh nghĩa là : I = dΩ là quang thông phát ra trong góc kh i dΩ lân c n ph ph ng Ox đ ng Ox. C ng đ sáng c a ngu n theo + C ng đ sáng I c a ngu n ph thu c vào ph ng quan sát. Trong tr ng h p đặc bi t, n u I x không thay đ i theo ph ng (ngu n đ ng h ng), ta có quang thông phát ra trong toàn không gian là: dΩ dΦ I Φ = 4π I . - Ý nghĩa : C ng đ sáng là đ i l ng quang h c O Hình 1.9 c b n, các đ i l ng quang h c khác đ u là đ i l ng d n su t xác đ nh qua c ng đ sáng. - Ký hi u : I (Vi t t t c a ti ng Anh là Intensity : c ng đ ) -Đ nv : + Cd (cadela). Cadela có nghĩa là “ng n n n”, đây là m t trong 7 đ n v đo l ng c b n (m, kg, s, A, K, mol, cd) + Đ nh nghĩa Cd (t tháng 10-1979): “Cadenla là c ng đ sáng theo m t ph ng đã cho c a ngu n phát b c x đ n s c có t n s 540.1012Hz (λ=555mm) và c ng đ năng l ng theo ph ng này là 1/683 W/Sr” - Ví d : + Đèn s i đ t 40W/220V có I= 35 Cd (theo m i h ng) + Ng n n n có I=0,8 Cd (theo m i h ng). + Theo đ nh nghĩa v i ngu n sáng đ n s c λ=555nm thì 1W=683lm. N u ngu n sáng đ n s c có λ≠555nm thì 1W=683.V(λ). Ví d : ngu n sáng đ n s c có λ=650nm thì 1W=683.0,2=136,6 lm. 6. Đ rọi - Khái ni m: Gi thi t mặt S đ đó trên mặt S là t s E = c r i sáng b i m t ngu n sáng. Đ r i t i m t đi m nào dΦ , trong đó dΦ là quang thông toàn ph n do ngu n g i đ n di n dS tích vi phân dS lân c n đi m đã cho. N u mặt S đ c chi u sáng đ u v i t ng quang thông g i đ n S là Φ thì đ r i t i m i đi m trên mặt S là E = Φ S - Ký hi u : E O dΦ I dΩ α dScosα dS S dS n M Hình 1.10_Đ nh nghĩa đ r i Hình 1.11 - Đ n v : Lux hay Lx (đ c là luych) Lux là đ n v đo đ chi u sáng c a m t b mặt. Đ chi u sáng duy trì trung bình là các m c lux trung bình đo đ c t i các đi m khác nhau c a m t khu v c xác đ nh. M t lux bằng Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 17 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị m t lumen trên m i mét vuông. - Ý nghĩa: Th hi n l ng quang thông chi u đ n 1 đ n v di n tích c a m t b mặt đ c chi u sáng, nói cách khác nó chính là m t đ phân b quang thông trên b mặt chi u sáng. - Đ nh lu t tỷ l ngh ch bình ph ng : Xét m t ngu n sáng đi m O, b c x t i mặt nguyên t hình tròn dS có tâm M cách O m t kho ng r. C ng đ sáng c a ngu n theo ph ng OM là I (hình 1.11). Do dS khá nh nên xem là mặt ph ng, do đó ta g i n là pháp tuy n c a dS và α là góc gi a ( n , OM). Ta có công th c đ r i: dΦ I .dΩ I .dS . cos α I E= = = ⇒ E . cos α = 2 2 dS dS r .dS → → r Công th c này cho th y đ r i trên b mặt nào đó ph thu c vào kho ng cách r và đ nghiêng c a mặt so v i ph ng quan sát và nó đ c s d ng ch y u trong các tính toán chi u sáng. Đây chính là công th c c a định luật tỷ lệ nghịch bình ph ơng. - M t s giá tr đ r i th ng gặp: * Tr a n ng không mây 100.000 lux * Đêm trăng tròn không mây 0,25 lux * Ban đêm v i h th ng chi u sáng công c ng 10-30 lux * Nhà bình th ng ban đêm: 159-300lux * Phòng làm vi c: 400-600lux. 7. Đ sáng (còn gọi là đ tr ng): dΦ - Khái ni m: Cho m t mặt phát sáng S có kích th c gi i h n (có th là b mặt c a ngu n sáng hoặc b mặt v t ph n x ánh sáng,…). Đ sáng t i m t đi m nào đó dΦ trên mặt S là t s R = , trong đó dΦ là quang thông dS dS S do ph n t dS (lân c n đi m đã cho) phát ra theo m i Hình 1.12_Đ nh nghĩa đ sáng h ng. Mặt phát sáng đ u là mặt có đ tr ng nh nhau m i đi m c a mặt - Đặc đi m và ý nghĩa: + Đ tr ng đặc tr ng cho s phát sáng theo m i ph ng c a v t phát sáng (bao g m ngu n sáng và ánh sáng ph n x c a v t đ c chi u sáng). + Xét v công th c tính và th nguyên thì đ tr ng gi ng đ r i nh ng đ r i xét b mặt v t đ c chi u sáng b i ngu n sáng khác còn đ tr ng xét b mặt c a v t mà b n thân nó phát sáng. Đ n v c a đ r i là Lux cũng khác đ n v đ tr ng là Lm/m2. + Ngu n sáng đây c n hi u theo nghĩa r ng h n là "mặt phát sáng" bao g m ngu n phát ra ánh sáng và ngu n ánh sáng ph n x c a v t đ c chi u sáng. + Đ r i E trên b mặt đ c chi u sáng không ph thu c vào h s ph n x b mặt nh ng đ tr ng c a b mặt đ c chi u sáng thì ph thu c vào h s ph n x b mặt. - Ký hi u: R - Đ n v : Lm/m2 là đ tr ng c a m t ngu n sáng hình c u có di n tích mặt ngoài 1m2 phát ra quang thông 1 Lumen phân b đ u theo m i ph ng. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 18 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 8. Đ chói - Khái ni m: + Hai bóng đèn s i đ t hình tròn công su t 40W thì có cùng quang thông. M t bóng th y tinh trong, O m t bóng th y tinh m thì bóng th y tinh trong s gây dScosα chói m t h n. Đi u này đ c gi i thích là: v i bóng thuỷ tinh m , tia sáng b c x t ngu n khi đ p vào b mặt thuỷ tinh m (v bóng đèn), nó b tán x theo n nhi u h ng và c ng đ sáng theo m t h ng nh t đ nh gi m đi so v i c ng đ c a tia t i do đó ít chói h n --> đ chói ph thu c vào c ng đ sáng. α dI Mặt khác v i đèn pha xe máy n u nhìn tr c di n ta th y chói m t nh ng n u nhìn nghiêng m t góc nào dS M đó thì s b t chói m t h n --> đ chói ph thu c vào ph ng quan sát, đ c đặc tr ng bằng di n tích bi u Hình 1.13_Đ nh nghĩa đ chói ki n c a mặt phát sáng theo ph ng quan sát. T nh ng nh n xét trên ta th y c n thi t ph i đ a ra khái ni m đ chói ph thu c vào c ng đ sáng c a ngu n và di n tích bi u ki n c a mặt phát sáng. + M t ng i đặt t i đi m O quan sát b mặt phát sáng dS theo ph ng OM. B mặt dS nghiêng m t góc α so v i ph ng OM. G i dI là c ng đ sáng phát ra b i dS theo ph ng OM thì ta có đ nh nghĩa đ chói là L = dI . dS . cos α - Ý nghĩa: + Th hi n m t đ phân b c ng đ sáng phát ra t m t đ n v di n tích c a b mặt đó theo m t h ng xác đ nh đ n m t ng i quan sát. + Đ chói ph thu c vào tính ch t ph n quang c a b mặt và h ng quan sát (không ph thu c vào kho ng cách t mặt đó đ n đi m quan sát). + Nhìn chung m i v t th đ c chi u sáng ít nhi u đ u ph n x ánh sáng (đóng vai trò nh ngu n sáng th c p) nên cũng có th gây ra chói m t ng i. Ví d ban đêm ánh sáng h t lên t mặt đ ng nh a đ c chi u sáng cũng có th làm chói m t ng i lái xe. + Đ chói đóng vai trò r t quan tr ng khi thi t k chi u sáng, là c s khái ni m v tri giác và ti n nghi nhìn. + Đ chói trung bình c a mặt đ ng là tiêu chuẩn đầu tiên đ đánh giá ch t l ng c a chi u sáng đ ng ph . - Ký hi u: L - Đ n v : Cd/m2. 1 Cd/m2 là đ chói c a m t mặt ph ng phát sáng đ u có di n tích 1 m2 và có c ng đ sáng 1 Cd theo ph ng vuông góc v i ngu n đó. - Ví d v đ chói m t s b mặt: + B mặt đèn huỳnh quang: 5.000-15.000cd/m2 + B mặt đ ng nh a chi u sáng v i đ r i 30lux có đ chói kho ng 2cd/m2 + Mặt tr i m i m c : kho ng 5.106 Cd/m2 + Mặt tr i gi a tr a : kho ng 1,5 – 2.109 Cd/m2 9. Nhi t đ màu: Nhi t đ màu c a m t ngu n sáng đ s c c a ánh sáng do nó phát ra. T ng t c th hi n theo thang Kelvin (K) là bi u hi n màu ng m t thanh s t khi ngu i có màu đen, khi nung Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 19 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị đ u đ n khi nó r c lên ánh sáng da cam, ti p t c nung nó s có màu vàng, và ti p t c nung cho đ n khi nó tr nên “nóng tr ng”. T i b t kỳ th i đi m nào trong quá trình nung, chúng ta có th đo đ c nhi t đ c a thanh thép theo đ Kelvin (0C + 273) và gán giá tr đó v i màu đ c t o ra. Nhi t đ màu (0K) 7000 6000 Vùng môi tr ng ti n nghi 5000 4000 3000 Đ r i (Lux) 2000 50 100 200 300 400 500 1000 1500 2000 Hình 1.14_ Bi u đ Kruithof Đ i v i đèn s i đ t, nhi t đ màu chính là nhi t đ b n thân nó. Đ i v i đèn huỳnh quang, đèn phóng đi n (nói chung là các lo i đèn không dùng s i đ t) thì nhi t đ màu ch là t ng tr ng bằng cách so sánh v i nhi t đ t ng ng c a v t đen tuy t đ i b nung nóng. Khi nói đ n nhi t đ màu c a đèn là ng i ta có ngay c m giác đó là ngu n sáng “ m”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhi t đ càng th p thì ngu n càng m, và ng c l i. Đ d hình dung đi u này ta xét m t s giá tr nhi t đ màu sau đây: 25000K - 30000K Lúc mặt tr i lặn, đèn s i đ t 0 0 Ánh sáng ban ngày quang mây 4500 K - 5000 K 0 0 Ánh sáng khi tr i nhi u mây (ánh sáng l nh) 6000 K - 10.000 K Khi thi t k chi u sáng c n ph i ch n nhi t đ màu c a ngu n sáng phù h p v i đặc đi m tâm-sinh lý ng i, đó là v i đ r i th p thì ch n ngu n sáng có nhi t đ màu th p và ng c l i v i yêu c u đ r i cao thì ch n các ngu n sáng "l nh" có nhi t đ màu cao. Đặc đi m sinh lý này đã đ c Kruithof ch ng minh. Qua các công trình nghiên c u c a mình, ông đã xây d ng đ c bi u đ Kruithof làm tiêu chuẩn đầu tiên lựa chọn nguồn sáng c a b t kỳ đ án thi t k chi u sáng nào (t t nhiên sau đó còn có các tiêu chuẩn khác). Trong bi u đ Kruithof, vùng g ch chéo g i là vùng môi tr ng ánh sáng ti n nghi. V i m t đ r i E (lux) cho tr c, ng i thi t k chi u sáng ph i ch n ngu n sáng có nhi t đ màu nằm trong mi n g ch chéo đ đ m b o không nh h ng đ n tâm-sinh lý c a con ng i, n u không đ m b o đi u ki n này s gây ra hi n t ng "ô nhi m ánh sáng", có th gây t n h i đ n s c kh e. 10. Đ hoàn màu (còn gọi là ch s thể hi n màu): Cùng m t v t nh ng n u đ c chi u sáng bằng các ngu n sáng đ n s c khác nhau thì m t s c m nh n màu c a v t khác nhau, tuy nhiên b n ch t màu s c c a v t thì không h thay đ i. Ví d m t t gi y bình th ng màu đ , n u đặt trong bóng t i nó có th có màu xám, tuy nhiên ta v n nói đó là t gi y màu đ . Nh v y ch t l ng ánh sáng phát ra c a ngu n sáng còn ph i đ c đánh giá qua ch t l ng nhìn màu, t c là kh năng phân bi t màu s c c a v t đặt trong ánh sáng đó. Đ đánh giá Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 20 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị s nh h ng ánh sáng (do ngu n phát ra) đ n màu s c c a v t, ng i ta dùng ch s độ hoàn màu hay còn g i là chỉ số thể hiện màu c a ngu n sáng, ký hi u CRI (Color Rendering Index). Nguyên nhân s th hi n màu c a v t b bi n đ i là do s phát x ph ánh sáng khác nhau gi a ngu n sáng và v t đ c chi u sáng. Ch s CRI c a ngu n sáng thay đ i theo thang chia t 0 đ n 100. Giá tr CRI=0 ng v i ngu n ánh sáng đ n s c khi làm bi n đ i màu c a v t m nh nh t, CRI=100 ng v i ánh sáng mặt tr i khi màu c a v t đ c th hi n th c ch t nh t. Nói chung ch s CRI càng cao thì ch t l ng ngu n sáng đ c ch n càng t t. Đ d áp d ng trong kỹ thu t chi u sáng, ng i ta chia CRI thành 4 thang c p đ sau: B ng ph m vi ng d ng c a các nhóm hoàn màu Nhóm hoàn màu Ch s hoàn màu CRI 1A CRI > 90 1B 80 < CRI < 90 2 60 < CRI < 80 3 40 < CRI < 60 4 20 < CRI < 40 Ch t l ng Ch t l ng nhìn màu và ph m vi ng d ng nhìn màu Công vi c c n s hoàn màu chính xác, ví d Cao vi c ki m tra in màu, nhu m màu, x ng v Công vi c c n đánh giá màu chính xác hoặc Cao c n có s hoàn màu t t vì lý do th hi n, ví d chi u sáng tr ng bày Trung bình Công vi c c n s phân bi t màu t ng đ i Công vi c c n phân bi t màu s c nh ng ch Th p ch p nh n bi u hi n s sai l ch màu s c ít Th p Công vi c không c n phân bi t màu s c Đ i v i chi u sáng nhà dân th ng ít quan tâm đ n CRI, nh ng gia đình có m c s ng cao m i chú ý đ n tiêu chuẩn này và t t nhiên khi đó môi tr ng s ng s ti n nghi h n kèm theo chi phí đ u t tăng lên. Đ i v i chi u sáng đ ng ph ch có m c đích đ m b o an toàn giao thông là chính h n n a chi phí đ u t ban đ u khá l n nên g n nh không quan tâm đ n ch s CRI. Cu i cùng c n l u ý: chúng ta r t d b nh m l n gi a nhi t đ màu và đ hoàn màu, do đó đây c n nh c l i: nhi t đ màu bi u th màu s c c a ngu n sáng - là n i ánh sáng phát ra, còn đ hoàn màu bi u th đ chính xác màu c a ngu n khi chi u lên v t th . 1.4. Các đ nh lu t quang học và ng d ng trong kỹ thu t chi u sáng : 1. S ph n x : a) Sự phản xạ đều: c - Hi n t ng này tuân theo đ nh lu t quang hình đã nghiên c u trong giáo trình V t lý đ i ng: Góc t i c a tia sáng chi u lên b mặt ph n x bằng góc ph n x . S ph n x đ u đ c đặc tr ng bằng hệ số phản xạ đều ρpxđ = Φ pxd Φi < 1, trong đó Φpxđ, Φi l n l t là quang thông ph n x đ u và quang thông r i t i di n tích b mặt đang xét. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 21 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị - ng d ng : S ph n x đ u là tr ng h p ph n x lý t ng, x y ra trên các v t li u r t m n, nh n tuy t đ i. Hi n t ng này đ c dùng trong nghiên c u ch t o t m ph n quang (đ đi u khi n phân b ánh sáng theo ý mu n) hoặc tính toán đ chói b mặt các v t li u m n, ph ng có ph n x đ u. n n i n In α r Iα Khuy ch tán đ u Iα = In.cosα Đ u i=r i In I α α Ir r Khuy ch tán h n h p Iα = In.cosα và i = r Hình 1.15_ Các hi n t n Phân tán ng ph n x b) Sự phản xạ khuyếch tán - Hi n t ng này không tuân theo đ nh lu t quang hình. Đặc đi m là khi có tia sáng chi u đ n b mặt ph n x khuy ch tán, các tia sáng phân b ph n x đi theo nhi u h ng khác nhau. Đ u mút các vect c ng đ sáng ph n x nằm trên m t mặt cong nào đó. S ph n x khuy ch tán đ c đặc tr ng bằng hệ số phản xạ khuyếch tán ρpxkt= Φ pxkt Φi < 1, trong đó Φpxkt, Φi l n l t là quang thông khuy ch tán và quang thông r i t i di n tích b mặt đang xét. Trong th c t , trên b mặt các v t li u luôn x y ra đ ng th i hai hi n t ng ph n x đ u và ph n x khuy ch tán do đó ng i ta đ nh nghĩa hệ số phản xạ hỗn hợp ρpx = ρpxđ + ρpxkt = Φ pxd + Φ pxkt Φi <1. - Phân lo i : + Ph n x khuy ch tán đ u: Đ u mút các vect c ng đ sáng ph n x nằm trên m t mặt c u ti p xúc v i mặt ph n x và có tâm nằm trên đ ng vuông góc v i mặt ph n x . Hi n t ng này tuân theo đ nh lu t Lambert và đ c nghiên c u ng d ng trong kỹ thu t chi u sáng (s trình bày ph n d i). + Ph n x khuy ch tán ki u h n h p: các vect c ng đ sáng ph n x là h n h p c a hi n t ng ph n x đ u và ph n x khuy ch tán đ u. + Ph n x khuy ch tán ki u phân tán: Đ u mút các vect c ng đ sáng ph n x nằm trên m t mặt cong có hình d ng b t kỳ. - ng d ng : Tr ng h p ph n x khuy ch tán là lo i ph n x hay gặp trong th c t , đ c nghiên c u đ tính toán đ chói mặt đ ng, mặt sàn (đ ng nh a, đ ng bêtông, t ng xây, b mặt v t li u xây d ng, sàn nhà,…). 2. S truy n x : c a) Sự truyền xạ đều: - Hi n t ng này tuân theo đ nh lu t quang hình đã nghiên c u trong giáo trình V t lý đ i ng. Ch l u ý tia sáng ra kh i v t li u d ng t m đ ng nh t thì song song v i tia t i. S Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 22 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị truy n x đ u đ c đặc tr ng bằng hệ số truyền xạ đều ρtxđ = Φ txd < 1, trong đó Φtxđ, Φi l n Φi t là quang thông truy n x đ u và quang thông r i t i di n tích b mặt đang xét. - ng d ng : Nghiên c u ch t o kính b o v ph ng cho b đèn, ch t o bóng đèn bằng thuỷ tinh trong su t (bóng đèn s i đ t, ng phóng đi n,…). l b) Sự truyền xạ khuyếch tán: - Hi n t ng này không tuân theo đ nh lu t quang hình. Đặc đi m là khi có tia sáng chi u đ n b mặt truy n x khuy ch tán, các tia sáng phân b truy n đi theo nhi u h ng khác nhau. Đ u mút các vect c ng đ sáng truy n x nằm trên m t mặt cong nào đó. S truy n x khuy ch tán đ c đặc tr ng bằng hệ số truyền xạ khuyếch tán ρtxkt = Φ txkt < 1, trong đó Φi Φtxkt, Φi l n l t là quang thông truy n x khuy ch tán và quang thông r i t i di n tích b mặt đang xét. Trong th c t , trên b mặt các v t li u luôn x y ra đ ng th i hai hi n t ng truy n x đ u và truy n x khuy ch tán do đó ng i ta đ nh nghĩa hệ số truyền xạ hỗn hợp ρtx = ρtxđ + ρtxkt <1 - Phân lo i : + Truy n x khuy ch tán đ u: Đ u mút các vect c ng đ sáng truy n x nằm trên m t mặt c u ti p xúc v i mặt truy n x và có tâm nằm trên đ ng vuông góc v i mặt truy n x . Hi n t ng này tuân theo đ nh lu t Lambert và s đ c nghiên c u ng d ng trong kỹ thu t chi u sáng (s trình bày ph n d i). + Truy n x khuy ch tán ki u h n h p: các vect c ng đ sáng truy n x là h n h p c a hi n t ng truy n x đ u và truy n x khuy ch tán đ u. + Truy n x khuy ch tán ki u phân tán: Đ u mút các vect c ng đ sáng truy n x nằm trên m t mặt cong có hình d ng b t kỳ. i n r Đ u i=r n i i α Iα n In Khuy ch tán đ u Iα = In.cosα Hình 1.16_Các hi n t α r n In Iα Ir Phân tán Khuy ch tán h n h p Iα = In.cosα và i = r ng truy n x - ng d ng : Hiên t ng truy n x khuy ch tán đ c nghiên c u đ ch t o kính b o v đèn truy n ánh sáng ki u khuy ch tán (kính m , kính có các h t tr ng nh ,…) nhằm gi m đ chói cho ng i quan sát, nghiên c u ch t o bóng đèn m (đèn tuyp, đèn s n m ,…) 3. S khúc x : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 23 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Khúc x là hi n t ng thay đ i h ng c a các tia sáng liên ti p qua các ti t di n lăng kính. Trong kỹ thu t chi u sáng, đa s kính b o v các b đèn có d ng ph ng, tuy nhiên kính b o v c a m t s b đèn l i đ c ch t o d ng răng c a ( mặt trong) nhằm m c đích phân tán ánh sáng đ gi m đ chói. Thông th ng góc đ nh c a răng c a đ c nghiên c u r t kỹ đ khúc x ánh sáng theo m c đích cho tr c. N u góc đ nh bằng 900 thì ta g i đó là b đèn “hình t ong”. G i i1 là góc gi a pháp tuy n mặt trong và tia t i (gi s tia t i vuông góc v i mặt ngoài) i4 là góc gi a pháp tuy n mặt ngoài v i tia ra kh i kính đèn. n là chi t su t v t li u làm kính. Tia t i α là góc đ nh. α Mặt trong i1 Kính đèn Mặt ngoài i4 Tia ló ⎛ α ⎛ ⎜α ⎜ cos 2 Ta có quan h gi a góc t i và góc c a tia ra là sin i4 = n.cos ⎜ + arcsin ⎜ ⎜⎜ 2 ⎜ n ⎝ ⎝ Hình 1.17_ Hi n t v i n=1,6 (thuỷ tinh), khi : α=300 thì i4=800 α=900 thì i4=300 α=1500 thì i4=090 Nh v y góc đ nh s cho phép đi u ch nh h ng khúc x ⎞⎞ ⎟⎟ ⎟⎟ ⎟ ⎟⎟ ⎠⎠ ng c a tia sáng 4. S che ch n: B ph n che ch p c a m t b đèn chi u sáng th ng ch t o bằng các v t li u màu đen hoặc v t li u m nhằm ngăn c n m t ng i nhìn tr c ti p gây ra lóa m t, nó còn có tác d ng ch ng h i ẩm và các v t l bên ngoài xâm nh p vào bên trong đèn. Ph m vi che ch n đ c đặc tr ng bằng góc gi a đ ng th ng đ ng đi qua tâm ngu n sáng và ph ng mà m t ng i b t đ u nhìn không b lóa m t (hoặc không nhìn th y ngu n sáng). 5. S h p th : Khi ánh sáng chi u vào b t kỳ v t li u nào cũng b h p th m t ph n năng l ng. M c đ h p th ít hay nhi u ph thu c vào m t s y u t nh : lo i v t li u, b c sóng c a tia sáng (màu) và góc chi u c a tia sáng vào v t li u. Đ đặc tr ng cho s h p th ánh sáng c a v t li u ng i ta đ a ra khái ni m h s h p th Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 24 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị α, đó là t s gi a quang thông mà v t th h p th Φh và quang thông r i t i v t li u Φs. α= Φh Φs Đ i v i m t lo i v t li u c th thì h s h p th cũng không ph i là hằng s mà còn ph thu c vào b c sóng chi u vào v t li u. H s h p th c a m t s v t li u khi tia t i là ánh sáng tr ng đ c cho trong b ng sau: V t li u Bóng pha lê trong Bóng thuỷ tinh sáng Bóng thuỷ tinh vàng nh t Bóng h t m n xanh nh t Bóng thuỷ tinh nhám Bóng nh a sáng Bóng thuỷ tinh màu s a Bóng thuỷ tinh m Bóng thuỷ tinh vàng Bóng thuỷ tinh vàng đ m H s h p th (%) 5-12 10-20 15-20 15-25 15-30 20-40 15-40 20-30 40-60 30-60 - ng d ng: hi n t ng h p th đ c nghiên c u đ ch t o các lo i v t li u có h s h p th ít nh t trong đèn chi u sáng, đặc bi t là các v t li u che ch n (v đèn), v t li u truy n x (kính b o v đèn),… 6. Đ nh lu t Lambert v s khuy ch tán đ u : C ng đ ph n x Tia t i Tia t i S: Mặt truy n x C ng đ truy n x S: Mặt ph n x Hình 1.18_ Hi n t ng ph n x và truy n x khuy ch tán đ u Đ nh lu t Lambert là đ nh lu t v s ph n x khuy ch tán đ u và s truy n khuy ch tán đ u. Đây là tr ng h p đặc bi t c a hi n t ng khuy ch tán nh ng l i th ng gặp trong kỹ thu t chi u sáng (ví d b mặt các bóng đèn s n m , b mặt đèn tuyp, mặt n n bằng g ch men,…). Gi thi t ánh sáng tia t i đ p vào b mặt S có x y ra đ ng th i hi n t ng ph n x khuy ch tán đ u và s truy n khuy ch tán đ u (gi s b qua hi n t ng h p th , ph n x đ u, s truy n đ u dù chúng luôn luôn t n t i). Hai hi n t ng này đ u tuân theo đ nh lu t Lambert. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 25 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị a) Trường hợp phản xạ khuyếch tán đều : X y ra khi mặt S làm t v t li u m n nh t gi y, s n m , v t li u xây d ng d ng b t,… Gi thi t mặt S có h s ph n x ρ <1 nh n đ c đ r i E t ngu n sáng. Các vect c ng đ sáng ph n x đ u nằm trong m t mặt c u phía trên và ti p xúc v i mặt S. Do ph n x đ u nên đ chói L c a S không ph thu c vào ph ng quan sát. Quan sát theo ph ng α b t kỳ thì c ng đ sáng là I = LS.cosα và khi cho α thay đ i toàn không gian thì đ u mút vect I nằm trên mặt c u đ ng kính Imax = LS. Mặt S nh n đ c quang thông ES t ngu n sáng và nó ph n x khuy ch tán l ng quang thông ρES chính là ngu n sáng th c p t o ra đ chói L=const. Ta c n l p quan h gi a đ r i ρE v i đ chói L c a mặt S. Hình đ ic u Rsinα R.dα LS α LScosα dα S: Mặt ph n x Hình 1.19_ Đ nh lu t Lambert v ph n x khuy ch tán đ u Xét n a bán c u b t kỳ có bán kính R. Xét các góc kh i ch n b i hình nón có góc đ nh l n l t là 2α và 2(α+dα) (xem hình v ). Ta d dàng xác đ nh các tham s hình h c trên hình v là R.sinα và R.dα. Di n tích xung quanh c a hình đ i c u là 2π.R.sinα.R.dα (gi thi t dα vô cùng bé thì ta xem g n đúng là hình ch nh t có đ cao Rdα và chi u dài 2πRsinα). T đây ta tính góc kh i ch n b i không gian gi a 2 hình nón ( ng v i góc đ nh dα) là : 2π .R. sin α .Rdα = 2π sin α .dα dΩ = 2 R Quang thông dΦ do mặt S phát ra trong góc kh i dΩ là : dΦ = I α .dΩ = LS . cos α .dΩ trong đó Iα là c ng đ sáng theo ph ng α. ∫ dΦ = LSπ ∫ sin 2α .dα π /2 V y ρES = Ban cau ρE = Lπ ⇒ (Công th c đ nh lu t Lambert) 0 b) Trường hợp truyền khuyếch tán đều : X y ra khi mặt S làm t v t li u trong m nh gi y nilon m , th y tinh m ,… Bằng cách t ng t ta có bi u th c τ .E = Lπ Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Trong đó τ là h s truy n 26 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị M T NG 2.1 C u t o m t ng CH NG 2 I VÀ S C M TH ÁNH SÁNG i M t ng i là m t đ i t ng đặc bi t trên c th ng i. D i góc nhìn c a th ca thì nó là "c a s tâm h n", d i góc đ c a sinh h c thì nó là m t b ph n c a c th có c u trúc ph c t p, d i góc đ v t lý nó là m t th u kính h i t ,.... Nói chung, tùy vào m c đích nghiên c u mà m t có m t vai trò riêng. Trong bài gi ng này m t ng i đ c nghiên c u d i góc đ c a c a kỹ thu t chi u sáng, t c là xét đ n s c m th ánh sáng và thu nh n hình nh v i vai trò nh m t th u kính h i t . Hình 2.1_ C u t o m t ng 1. Hi n t i ng th giác: M t ng i th c ra không nhìn. M t ng i đóng vài trò là công c thu các n t ng quang h c thành các tín hi u có ngu n g c đi n đ cho phép b não tái t o l i hình nh và g i là hi n t ng th giác. Có hai lo i hi n t ng th giác là thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn. Th giác ban ngày liên quan đ n s kích thích các t bào h u s c (t bào hình nón) còn th giác hoàng hôn liên quan đ n s kích thích các t bào vô s c (t bào hình que). 2. Hi n t ng đi u ti t c a m t: Giác m c và nh t là th y tinh th có th đi u ti t đ t p trung hình nh lên võng m c cho dù v t đ c quan sát xa hay g n. 3. Võng m c: Là n i t p trung hàng tri u t bào hình que và hình nón r t nh y v i ánh sáng. Khi b ánh sáng kích thích nó g i nh ng xung đi n theo t bào th n kinh th giác lên não đ gi i mã hình nh, giúp chung ta nhìn th y v t. 4. Khái ni m “con m t qu c t ”: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 27 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Vi c thu các n t ng th giác c a con m t luôn bi n đ i theo quy lu t không tuy n tính và bi n thiên theo th i gian. Đi u này liên quan đ n tu i tác, s c kh e c a m i ng i và khuy t t t c a m t. Do đó CIE đã đ nh nghĩa “con m t qu c t ” là con m t đ i v i ng i quan sát quy chi u trung bình d i 30 tu i. 2.2 S gi i mã hình nh: - Khái niệm: Đ t tiêu ánh sáng đi t v t mu n nhìn, m t s co hoặc giãn c m t đ thay đ i tiêu c và hình d ng c a h th u kính : thuỷ tinh th + giác m c. Hình nh qua th u kính hai mặt l i s b đ o chi u và t p trung trên võng m c. Thông qua t bào th n kinh th giác, ánh sáng kích thích trên võng m c đ c truy n lên não (trung khu th n kinh th giác nằm sau gáy) và t i đây hình nh đ c chuy n đ i và đ o chi u tr l i đ ghi nh n hình nh th t c a v t mu n nhìn. Hi n t ng này g i là sự giải mã hình ảnh. S gi i mã hình nh th c hi n đ c là nh võng m c có các t bào th n kinh th giác r t nh y v i ánh sáng là t bào hình nón và t bào hình que. - Tế bào hình nón: Có kho ng 7 tri u t bào, chi m T bào vùng gi a võng m c (vùng h ) và đ c kích thích bằng T bào hình nón các m c chi u sáng cao (còn g i là th giác ban ngày). hình que Chúng giúp não phân bi t và làm n i lên các chi ti t tinh t trong hình nh, ngoài ra chúng con truy n các tri giác Nhân màu. T bào hình nón g m ba lo i t bào c m nh n khác t bào nhau v màu s c g i là ba s c t quang hình nón. Ba lo i t bào này nh y c m c c đ i v i các b c sóng đ (R), xanh l c (G), xanh lam (B). Khi m t màu b t kỳ nào đó truy n đ n võng m c s kích thích 3 lo i t bào này v i m c đ khác nhau, sau đó truy n thông tin v não đ tái t o màu s c c a v t. - Tế bào hình que: Có kho ng 120 tri u t bào, bao ph ph n còn l i c a võng m c, có l n l n m t ít t bào hình nón và đ c kích thích bằng m c chi u sáng th p Hình 2.2 (g i là th giác ban đêm). Chúng ch u trách nhi m v m t hình nh t ng th trên di n r ng nh ng không đi vào chi ti t, ngoài ra chúng còn truy n các tri giác đen tr ng nên h u ích cho vi c nhìn vào ban đêm. S v n đ ng c a hai lo i t bào này không có ranh gi i rõ r t, chúng làm vi c nhi u hay ít tùy vào m c chi u sáng, nh t là trong mi n trung gian gi a th giác ban ngày và th giác ban đêm. 2.3 Quá trình thích nghi : Là quá trình đ th giác ban đêm ho t đ ng. Vào ban đêm, khi đang trong phòng có ánh sáng b c ra ngoài tr i t i, t bào hình que (th giác ban đêm) không th đ t ngay m c đ ho t đ ng t i đa c a nó mà c n có th i gian quen d n g i là quá trình thích nghi. Ng c l i n u ta chuy n t n i t i sang n i sáng thì t bào hình nón (th giác ngày) cũng c n có th i gian thích nghi nh ng th i gian này nhanh h n nhi u so v i quá trình thích nghi c a th giác ban đêm. N u m c đ chuy n th giác quá đ t ng t cũng có th làm t n h i đ n võng m c. 2.4 C m giác chi u sâu c a v t c n nhìn: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 28 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Con ng i có hai m t khác nhau nên não thu đ c hai hình nh h i khác nhau và ti n hành gi i mã khi n cho ta c m nh n đ c chi u sâu c a v t c n nhìn. N u ta nhìn bằng m t m t thì c m giác chi u sâu v n còn nh ng gi m h n. Trung bình hai con m t cách nhau 6 cm nên v i kho ng cách nhìn > 450 m thì nh hi n trên võng m c c a hai m t trùng nhau nên ta không c m nh n đ c chi u sâu v t c n nhìn. 2.5 C c c n và c c vi n c a m t : Khi quan sát v t thì thuỷ tinh th t đ ng đi u ch nh đ cong c a nó, gi ng nh thay đ i tiêu c th u kính h i t , do đó nh thu đ c r i ngay trên võng m c giúp m t nhìn rõ v t cho dù nó xa hay g n. Càng nhìn xa thuỷ tinh th càng dẹt và trái l i, càng nhìn g n thì thuỷ tinh th càng tròn. Tuy nhiên cũng c n nh n th y kh năng đi u ch nh c a m t có gi i h n. C c c n là kho ng cách nh nh t mà nh c a v t c n nhìn nằm ngay trên võng m c. N u nhìn g n h n đi m c c c n thì nh không rõ, m t ph i đi u ti t nên gây m i m t và lâu ngày có th gây ra t t khúc x . C c c n c a m t chuẩn c kho ng 20-25cm do đó khi đ c sách nên đ xa h n đi m c c c n đ tránh m i m t. C c vi n c a m t ng i bằng vô cùng. 2.6. Tr ng nhìn (th tr ng) c a m t : Tr ng nhìn c a m t ng i bình th ng đ c CIE th a nh n nh sau : m t ng i nhìn th ng thì ph m vi nhìn đ c gi i h n nh sau: - Nhìn ngang : 1800 - Nhìn đ ng: 1300 - Nhìn trung tâm: 20 Hình 2.3_ Tr 2.7 Đ t ng nhìn ng ph n : - M t t gi y tr ng đặt trên m t mặt bàn màu tr ng thì r t khó nh n di n t gi y. Trái l i n u đặt t gi y này trên mặt bàn màu đen thì nh n di n đ c m t cách rõ ràng. đây cùng m t t gi y màu tr ng nên cùng đ chói nh ng đ c nh n di n m t cách khác nhau là do đ nh y c a m t v i s t ng ph n khác nhau, do đó ng i ta đ a ra đ nh nghĩa đ t ng ph n C nh sau: C= L0 − Lb Lb Trong đó : L0 là đ chói c a v t c n nhìn Lb là đ chói c a n n đặt v t c n nhìn (ch b vi t t t c a background : mặt n n). C trong Ti ng Anh là Constrast (nghĩa là đ t ng ph n). Giá tr C ngoài ph thu c đ Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 29 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị chói c a n n còn ph thu c vào kích th c c a v t: v t càng l n thì đ t ng ph n càng cao. Theo th ng kê v i đa s m i ng i thì m t ch có th phân bi t đ c v t có đ chói L0 đặt trên n n có đ chói Lb khi C ≥ 0,1. Tuy nhiên th c t thì màu săc và kích th c v t cũng nh h ng đ n kh năng phân bi t c a m t nên khi thi t k chi u sáng ph i căn c vào đi u ki n môi tr ng đ tính toán m c đ chi u sáng v a đ . - Ng ỡng t ơng phản Cth : Là giá tr sao cho khi C≥Cth thì v t đ c nhìn th y còn C<Cth thì v t không đ c nhìn th y. Cth đ c xây d ng bằng cách cho L0 = const và cho tr c kích th c c a v t (góc nhìn) ta s xây d ng đ c m t h đặc tính C th = ∂C ( Lb ) . Ký hi u th là ch vi t t t c a t threshold ∂Lb trong Ti ng Anh có nghĩa là ng ng hay gi i h n. + Blackwel đ a ra khái ni m độ nhìn rõ là t s C/Cth . 2.8 Hi n t ng chói lóa: 1. Khái ni m: - Hi n t ng chói lóa là s suy gi m kh năng nhìn hay làm m t hoàn toàn kh năng nhìn, do đó ng i ta chia thành hai lo i chói lóa: + S suy gi m kh năng nhìn (g i là chói lóa do nhi u). Đây là tr ng h p th ng x y ra trong các h th ng chi u sáng công c ng, ví d : * Vào ban đêm khi ta đi ng c chi u ôtô đang b t đèn chi u sáng ta r t khó quan sát ng i đi phía tr c do suy gi m kh năng nhìn * Đi trong đ ng ph thi t k chi u sáng không đúng quy cách, khi ta nhìn mặt đ ng thì ánh sáng đèn cũng có th gây chói lóa. Hi n tu ng này nh h ng r t l n đ n ng i và ph ng ti n giao thông, có th d n đ n m t an toàn. + M t h n c m giác nhìn (g i là chói lóa do m t ti n nghi nhìn) Tr ng h p này ch x y ra khi có m t v t nào đó có đ chói quá cao nằm trong tr ờng nhìn c a m t làm cho m t b m t c m giác nhìn hoàn toàn. Ví d trong m t nhà máy thép m k m (sau khi m có màu tr ng), r t nhi u s n phẩm thép m k m đ ngoài tr i n ng bu i tr a, khi đó ng i công nhân không th nào ch n l a đ c m t thanh thép xác đ nh trong bãi s n phẩm. N u ng i công nhân đó c nhìn đ tìm ki m trong bãi s n phẩm thép m k m thì m t có th b đau nh c. - Đ chói nh nh t đ m t nhìn th y là L=10-3Cd/m2 và đ chói b t đ u gây lóa m t là 5000Cd/m2. 2. Gi i thích hi n t + Tr ng chói lóa : ng h p chói lóa do nhi u : Gi s m t v t trong đi u ki n ánh sáng bình th ng có đ chói lóa C1 = L0 − Lb . Khi xu t Lb hi n m t ngu n sáng gây chói (do nhi u) thì v t c n nhìn có đ chói tăng lên là L0+LV, đ chói c a n n tăng lên Lb+Lv do đó đ t ng ph n là : C2 = ( L0 + Lv ) − ( Lb + Lv ) L0 − Lb L0 − Lb = < Lb + Lv Lb + Lv Lb Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 30 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Ta th y C2 < C1 nên đ t ng pph n gi m và do đó đ nhìn rõ cũng gi m xu ng theo. + Tr ng h p chói lóa m t ti n nghi : T ng ng v i Lv r t l n do đó C2 ≈ 0 nên c m giác nhìn m t h n. + Có th gi i thích hi n t ng chói loá do nhi u bằng hình nh nh sau (hình 2.4) : Khi ta nhìn vào v t thì nh c a nó hi n lên võng m c. Ánh sáng t ngu n gây chói lóa (ta không nhìn nên nó không đi qua võng m c và đ c khu ch tán ra xung quanh, m t ph n tác đ ng vào võng m c gây ra chói lóa). N u ngu n sáng gây chói lóa sát v t c n nhìn thì ánh sáng gây chói lóa tác đ ng tr c ti p lên võng m c gây chói lóa m nh h n. Ánh sáng gây chói lóa nh v t Ngu n sáng gây chói lóa Ánh sáng h u ích (t v t c n nhìn) V t c n nhìn M t ng Hình 2.4_ Hi n t i ng chói loá do nhi u 3. Ch s h n ch chói lóa G (còn gọi là ch s ti n nghi) : S chói lóa do đèn chi u sáng gây ra là m t trong các nguyên nhân nguy hi m cho ng i lái xe nên đ c coi là tiêu chuẩn thứ 3 đ đánh giá ch t l ng c a h th ng chi u sáng đ ng ph . Đ đánh giá nh h ng c a s chói lóa ng i ta đ a ra khái ni m “ch s h n ch chói loá” G (vi t t t c a t Ti ng Anh: Glare Index) xác đ nh theo công th c th c nghi m sau: G = ISL + 0,97.lg (L tb ) + 4, 41.lg(h) − 1, 46.lg(P) Trong đó: ISL (Index of Specific Luminance) là ch s riêng c a chóa đèn do nhà ch t o cung c p. Cũng có th tính g n đúng theo công th c sau: ISL=13,84-3,31.lg(I80)+1,3.lg(I80/I88)0,5-0,08.lg(I80/I88)+1,29.lg(F) Giá tr ISL th ng nằm trong kho ng 3÷6 F: Di n tích phát sáng c a b đèn nhìn t góc quan sát 760. Ltb: Đ chói trung bình c a mặt đ ng. h: Đ cao treo đèn P: S đèn có trên 1 km chi u dài đ ng Đ có th hình dung nh h ng c a h s G đ n m t ng i ta xem xét m t s giá tr c a G: theo b ng sau: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 31 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị G=1 Chói lóa quá m c ch u đ ng G=4 Chói lóa G=9 Không c m th y chói lóa m c ch u đ ng đ c Tiêu chuẩn xây d ng Vi t Nam TCXDVN259:2001 quy đ nh: đ h n ch chói lóa, khi thi t k chi u sáng đ ng ph i ph i ch n b đèn có ch s h n ch chói lóa G ≥ 4. Tuy nhiên h s này ch có ý nghĩa khi đ cao treo đèn >5m và s đèn đ l n nên trong tiêu chuẩn cũng quy đ nh ch xét đ n h s chói lóa khi 5m<h<20m và 20<p<100. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 32 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị CH NG 3 CÁC LO I NGU N SÁNG NHÂN T O THÔNG D NG Trong ph n này ta l n l t nghiên c u c u t o c a các lo i ngu n sáng nhân t o thông d ng - trái tim c a b đèn chi u sáng. đây ta ch nêu s b c u t o, nguyên lý ho t đ ng, các đặc đi m chính d i góc đ ng d ng mà không đi sâu gi i thích phân tích các hi n t ng quang h c nh : phân tích quá trình già hóa, s bi n đ i quang thông theo đi n áp, hi n t ng m , hi n t ng đen 2 đ u ng phóng điên,… Các v n đ này c n ph i tìm đ c các tài li u chuyên sâu hoặc tham kh o tài li u c a các nhà ch t o. 3.1 Bóng đèn nung sáng: Khí tr V bóng đèn Gi n đ năng l ng Ánh sáng (10%) Dây tóc Đ u dây đi n Giá đ Th t thoát nhi t và đ i l u (20%) ng x Đui đèn Hình 3.1_C u t o và gi n đ năng l B c x h ng ngo i (70%) ng c a bóng đèn s i đ t 1. C u t o c a bóng đèn nung sáng (hình 3.1): a) Dây tóc (sợi đ t): Hình 3.2_Các lo i dây tóc + Ch t o t v t li u ch u nhi t (th ng là vonfram, tungsten,… ch u đ c nhi t đ r t cao, có khi đ n 36500K). + Khi b nung nóng, s i đ t ch y u phát x các tia trong vùng h ng ngo i (1000 µm đ n 0,78 µm ) không nhìn th y đ c. Dòng đi n ch y qua dây tóc làm nóng nó, quá trình này làm cho đi n tr dây tóc tăng lên và nó l i càng b đ t nóng cho đ n khi nhi t to ra cân bằng v i nhi t t n ra không khí. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 33 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + Nhi t đ càng cao thì ph ánh sáng càng chuy n v vùng nhìn th y và màu s c ánh sáng cũng tr ng h n. Tuy nhiên nhi t đ cao s làm bay h i kim lo i làm dây tóc nên ng i ta th ng b m khí tr (Nit , Argon, Kripton) vào bóng đèn đ làm ch m quá trình bay h i nh ng đ ng th i cũng làm tăng t n th t do các ch t khí này d n nhi t. + Khi kim lo i bay h i s ng ng đ ng trên b mặt bóng làm nó b m đi. + V c u t o, dây tóc có nhi u lo i nh b) V bóng đèn: + Ch t o bằng th y tinh có pha chì. + Áp su t khí tr b m vào bóng r t th p đ tránh t n nhi t ra ngoài môi tr + Đ gi m đ chói, mặt trong bóng đèn đ c ph l p b t m . ng. c) Đui đèn: Nhi m v đui đèn là n i ti p xúc ngu n đi n cung c p cho s i đ t. + Đui gài B15 hoặc B22 + Đui xoáy E14, E27, E40 d) Đặc điểm: - u điểm: + N i tr c ti p vào l i đi n mà không c n thi t b ph nào. + Kích th c nh + S d ng đ n gi n, b t sáng ngay + Ch s hoàn màu t t, x p x bằng 100 + Giá thành rẻ + T o màu s c m áp, không nh p nháy. - Nh ợc điểm: + Hi u qu phát sáng r t th p do năng l ng nhi t t n ra môi tr ng l n. + Quang thông, tu i th c a đèn ph thu c m nh vào đi n áp ngu n. + Hi n nay không khuy n khích s d ng trong dân d ng và công nghi p nh ng v n dùng trong chi u sáng s c , chi u sán an toàn vì nó làm vi c đ c v i đi n áp th p. 2. M t s lo i bóng đèn nung sáng thông d ng: a) Bóng đèn nung sáng kiểu chân không hoặc áp suất khí trơ: Bóng đèn nung sáng ho t đ ng nh m t “v t đen”, phát ra các b c x có l a ch n vùng ánh sáng nhìn th y. Bóng đèn có th là chân không hoặc n p khí tr . Sau m t th i gian s d ng, bóng đèn th ng b t i đi là do dây tóc kim lo i (vonfam) b bay h i ng ng l i trên b mặt bóng. N u bóng hút chân không thì nhi t t a ra không khí gi m xu ng, do đó hi u su t ngu n Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 34 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị sáng cao h n. Tuy nhiên ch đ chân không, khi b nung nóng lên nhi t đ r t cao kim lo i làm dây tóc s b bay h i nhanh, do đó lo i bóng này ch ch t o công su t ≤ 75W. Đ làm ch m quá trình bay h i kim lo i ng i ta th ng cho thêm khí tr (nit , argon, kripton) vào trong bóng nên công su t có th tăng trên 75W nh ng đ i l i nhi t t a ra môi tr ng s l n h n. Đ i v i nh ng lo i đèn thông d ng, h n h p khí Agon-Nit v i tỷ l 9/1 đ c s d ng nhi u do giá thành th p. Kripton hoặc Xenon khá đ t (do công ngh tinh ch chúng r t ph c t p) nên ch đ c s d ng trong nh ng ng d ng đặc bi t nh đèn chu kỳ hoặc khi có yêu c u hi u su t r t cao. b) Bóng đèn nung sáng dùng khí halogen: Đèn nung sáng dùng khí halogen là m t lo i đèn nung sáng có dây tóc bằng vonfam gi ng nh đèn s i đ t bình th ng, tuy nhiên bóng đèn đ c b m đ y bằng khí halogen (Iod hoặc Brom). Nguyên t vonfam bay h i t dây tóc nóng và di chuy n v phía thành c a bóng đèn. Các nguyên t vonfam, oxy và halogen k t h p v i nhau t i thành bóng đ t o nên phân t vonfam oxyhalogen. Nhi t đ thành bóng gi cho các phân t vonfam oxyhalogen d ng h i. Các phân t này di chuy n v phía dây tóc nóng n i nhi t đ cao h n tách chúng ra kh i nhau. Nguyên t vonfam l i đông l i trên vùng mát h n c a dây tóc nên bóng đèn không b m . Nh có h i halogen nên nhi t đ đ t nóng đèn cho phép cao h n, do đó ánh sáng phát ra tr ng h n (nhi t đ màu có th đ t 29000K), hi u su t c a đèn cũng cao h n so v i đèn b m khí tr hoặc chân không. Hình 3.3_ Bóng đèn s i đ t dùng khí halogen Đặc đi m: G n h n, tu i th dài h n, sáng tr ng h n, giá cao h n, nhi u tia h ng ngo i h n, nhi u tia c c tím h n. 3.2 Bóng đèn huỳnh quang 1. Đặc điểm c u t o: Đèn huỳnh quang cũng là m t lo i đèn phóng đi n, tuy nhiên b n ch t và nguyên lý phát sáng hoàn toàn khác v i đèn phóng đi n nên d i góc đ chi u sáng nó đ c xem xét v i t cách là m t ch ng lo i đèn riêng. Đèn huỳnh quang có hi u su t l n h n đèn s i đ t t 3 đ n 5 l n và có tu i th l n h n t 10 đ n 20 l n. Tr c khi phát minh ra bóng đèn huỳnh quang ng i ta nh n th y : dòng đi n ch y qua ch t khí hoặc kim lo i bay h i có th gây ra b c x đi n t t i nh ng b c sóng nh t đ nh tuỳ theo thành ph n c u t o hoá h c và áp su t ch t khí. Ngoài ra theo đ nh lu t Stoke, khi cho ánh sáng t ngo i chi u vào ch t phát huỳnh quang thì m t ph n năng l ng c a nó bi n đ i thành nhi t, ph n còn l i bi n đ i thành ánh sáng có b c sóng dài h n nằm trong d i ánh sáng nhìn th y đ c. ng d ng hai hi n t ng này ng i ta ch t o đèn huỳnh quang. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 35 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Catot tráng bari cacbonat Khí argon và h i thuỷ ngân Đ uc c đi n ng x khí khi ch t o L pb t huỳnh quang Gi t thuỷ ngân ng ng đ ng Hình 3.4_ C u t o bóng đèn huỳnh quang Phía bên trong thành th y tinh c a bóng đèn ng i ta tráng m t l p ch t b t huỳnh quang, ngoài ra ng i ta còn nh vài gi t thuỷ ngân (kho ng 12mg) và b m khí tr (th ng là khí argon) vào trong ng v i tỷ l thích h p sao cho hi n t ng ion hoá d x y ra. Khi b t đèn, thuỷ ngân hoá h i tr c do có đi n áp hai đ u c c, ti p sau là hi n t ng ion hoá ch t khí đ sinh ra tia t ngo i. Tia t ngo i đ p vào b t huỳnh quang và phát ra ánh sáng nhìn th y. Do đèn huỳnh quang phát ra tia t ngo i, nêu l t ra ngoài s gây nguy hi m cho s s ng nên v bóng đèn đ c ch t o t th y tinh natri cacbonat có tác d ng ngăn c n tia t ngo i không cho nó phát x ra ngoài. 21% ánh sáng nhìn th y Gi n đ năng l ng 54,2% nhi t năng và đ i l u 24,8% b c x h ng ngo i Hình 3.5_ S đ n i đi n và gi n đ năng l ng bóng đèn huỳnh quang Bóng đèn huỳnh quang khi n i v i ngu n đi n thì b n thân nó không th t phát sáng mà ph i có b ph n kh i đ ng bao g m ch n l u (còn g i là ballast) và tăc-te (b ng t m ch). D a vào bi n pháp kh i đ ng ng i ta chia thành hai lo i : đèn huỳnh quang catot nóng và catot ngu i. Lo i cat t nóng thì tr c khi phát x electron nó ph i đ c nung nóng còn lo i Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 36 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị catot ngu i thì không c n nung nóng nh ng đi n áp đặt vào nó ph i đ l n. Cat t là nh ng dây tóc Vonfam có m bari cacbonat đ d dàng phát x đi n t . Khi nung nóng l p phát x này không đ c nóng quá, n u không tu i th c a đèn s gi m xu ng. Ch n l u là m t cu n dây đi n c m bằng s t t , khi đèn kh i đ ng nó làm nhi m v cung c p năng l ng và t o ra đi n áp m i r t l n nh ng khi đèn làm vi c bình th ng thì nó có vai trò xác l p đi m làm vi c c a đèn. T c-te th c ch t là m t công t c ki u r le nhi t, khi kh i đ ng nó đóng m ch đ cho dòng đi n ch y qua đ t nóng catot đ ng th i tích luỹ năng l ng t tr ng cho ch n l u. Khi m i đèn, nó m ra làm dòng đi n b gián đo n và năng l ng trong ch n l u gi i phóng d i d ng xung đi n áp u=Ldi/dt khá l n làm catot phát x electron. V nguyên lý thì t c đ m c a tăcte càng bé thì đi n áp xung t o ra càng l n và càng giúp đèn d kh i đ ng. Ch n l u s t t b n thân nó cũng tiêu hao năng l ng làm cho hi u su t t ng c a c b đèn huỳnh quang gi m xu ng. Ngoài ra t c-te ki u r le nhi t có đặc tính kh i đ ng không t t (vì có quán tính nhi t) nên ch t l ng c a đèn cũng gi m và nh t là khi đi n áp th p có th không m i đu c đèn. Ch n l u s t t còn gây ra ti ng n do có đ rung l n nên không thích h p cho môi tr ng văn phòng làm vi c. Đ kh c ph c nh ng h n ch này hi n nay ng i ta ch t o ra b ph n kh i đ ng bằng đi n t (còn g i là ch n l u đi n t ). Nguyên lý c a ch n l u đi n t là t o ra xung đi n áp có t n s r t cao (kho ng 20 kHz hoặc l n h n) nh đó mà đi n áp m i đ c t o ra r t l n, th i gian ng t m ch r t bé nên có th kh i đ ng ngay c khi đi n áp l i đi n th p. Cũng c n l u ý thêm là lo i bóng đèn huỳnh quang còn có m t s tên g i khác nh đèn tuyp, đèn neon,.. tuy nhiên tên g i “đèn neon” là tên g i sai vì thông th ng nó không ch a khí neon. 2. M t s bóng đèn huỳnh quang thông d ng a) Bóng đèn huỳnh quang thường (T12) Đây là lo i bóng đèn huỳnh quang đ c dùng ph bi n trong dân d ng và công nghi p và đ n nay nó v n chi m s l ng l n. Tuy nhiên trong t ng lai ng i ta s thay th bằng các lo i đèn ti t ki m đi n h n. Ký hi u T12 đ c xác đ nh theo đ ng kính ng là 12/8 inch ≈ 38mm Chi u dài và công su t ch t o đ c tiêu chuẩn hóa nh sau: 2,4 m - 110W 1,5 m – 65 W 1,2 m – 40 W 0,6 m – 20 W b) Bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm điện T10-T8-T5: Ba lo i đèn này khác nhau v đ ng kính : t 10/8 inch v i đèn T10 đ n 5/8 inch v i đèn T5 (cũng chính là ký hi u c a đèn). Ngày nay ng i ta đã ch đ c bóng T2 nh ng ch a đ c s d ng ph bi n l m. Hi u su t c a các lo i đèn này cũng khác nhau. Đèn T5 & T8 cho hi u su t cao h n 5% so v i đèn T12 và hai lo i này đ c a chu ng l p đặt nhi u h n trong các h th ng chi u sáng dân d ng và công nghi p. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 37 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Trên th tr ng hi n nay xu t hi n lo i T10, T8 ch y u và giá thành cũng cao h n so v i bóng T12. c) Bóng đèn huỳnh quang compact: Lo i đèn huỳnh quang compact xu t hi n g n đây đã m ra m t th tr ng hoàn toàn m i c a ngu n sáng huỳnh quang. Đây th c ch t là đèn huỳnh quang T3 (3/8 inch). Nh ng chi c đèn này cho phép thi t k b đèn nh h n nhi u, có th c nh tranh v i lo i đèn nung nóng và đèn huỳnh quang th ng. V i m t s lo i bóng đèn compact t t có th chuy n đ c 90% năng l ng thành ánh sáng và ch 10% t n hao nhi t và phát tia h ng ngo i. Nhi u ng i cho rằng ánh sáng t đèn compact y u h n so v i huỳnh quang th ng, lý do là đèn compact phát x ánh sáng có đ phân tán l n h n do có nhi u t ng xo n. V c u t o nó có r t nhi u hình dáng khác nhau, th ng là hình tròn hoặc vuông và l i đ c xo n thành nhi u t ng. S n phẩm bán trên th tr ng có b đi u khi n g n li n (CFG) hoặc đi u khi n tách r i (CFN). T ng lai các lo i đèn này s đ c s d ng r ng rãi và nhà n c cũng có chính sách tr giá v i đèn này. Nh ch n l u đi n t nên hi n t ng nh p nháy không còn. Hình 3.6_ Các lo i bóng đèn huỳnh quang compact 3.3 Bóng đèn phóng đi n cu ng đ cao (HID) Lo i đèn này làm vi c d a trên hi n t ng phóng đi n h quang nên đ đèn phóng đi n c ng đ cao (hay đèn HID = Hingh Intentsity Discharge). c g i chung là 1. C u t o c a bóng đèn phóng đi n: a) ng phóng điện: Ông phóng đi n là n i x y ra hi n t ng h quang đi n, đ c ch t o bằng ch t trong su t hoặc trong m và có d ng hình tr . Ng i ta b m vào ng phóng đi n h i thuỷ ngân, mu i kim lo i, hay các lo i khí khác đ t o ra hi n t ng phóng đi n h quang trong ch t khí. Phóng đi n h quang bao gi cũng to ra nhi t l ng l n nên ng phóng đi n ph i đ c làm bằng v t li u ch u nhi t r t cao. ng phóng đi n và m t s chi ti t khác đ c đặt trong m t v thuỷ tinh g i là vỏ bóng đèn. Khi đèn đang làm vi c, hi n t ng phóng đi n h quang đang di n ra n u có m t s s c (h ng ch n l u, đi n áp thay đ i đ t ng t,…) đ u có th gây n ng phóng đi n và t o ra các m nh v nh có nhi t đ kho ng 10000C phá huỷ v bóng đèn và gây nguy hi m cho ng i đi Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 38 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị đ ng, huỷ ho i tài s n hay ho ho n. Do đó khi ch t o b đèn này ng i ta ph i bao b c nó bằng v t li u ch u đ c va đ p và có không gian đ l n đ có th gi l i toàn b các m nh v văng ra. b) V bóng đèn: V bóng đèn th ng làm bằng thuỷ tinh hoặc các lo i v t li u khác nhau nh ng ch c năng c a v bóng đèn ph i bao g m : - Ngăn không cho không khí xâm nh p làm oxit hoá các chi ti t kim lo i trong bóng đèn. - n đ nh nhi t đ làm vi c c a đèn (đ h quang không b đ t đo n). - Ngăn không cho tia t ngo i l t ra ngoài làm huỷ ho i s s ng, đặc bi t là đèn h i thuỷ ngân t o ra khá nhi u tia t ngo i. V bóng đèn th ng có d ng hình ellip, có th có d ng hình c u hoặc hình tr . c) Chấn lưu : Gi ng nh đèn huỳnh quang, đèn HID cũng đòi h i ch n l u đ m i và n đ nh đi m làm vi c. d) Đui đèn : Ch y u là ki u đui xoáy, m t s khác có ki u đui gài. e) Đặc điểm : Đèn HID có ánh sáng phát ra khá n đ nh, không ph thu c nhi t đ môi tr quanh nên r t thích h p cho chi u sáng đ ng ph , qu ng tr ng, công viên,… ng xung 2. M t s lo i bóng đèn phóng đi n HID thông d ng: Khi có phóng đi n t a sáng, tùy vào lo i h i kim lo i trong ng mà ánh sáng phát ra có màu s c khác nhau. B c x ánh sáng phát ra là đ n s c mang đặc tr ng c a kim lo i (ví d natri có màu vàng, thuỷ ngân màu vàng - xanh d ng,…). Trong th c t ng i ta ch s d ng hai lo i h i kim lo i là h i th y ngân và h i natri (sodium là tên g i khác c a nguyên t natri, tuy nhiên tên g i này l i đ c dùng r t ph bi n trong kỹ thu t chi u sáng). a) Đèn hơi thủy ngân áp suất cao (HPM: High Pressure Mercury) Đèn h i th y ngân là ki u đèn HID đ c phát minh s m nh t trong các lo i đèn HID. Đèn thuỷ ngân phát ra ánh sáng ph n l n nh s kích thích nguyên t thuỷ ngân. Khi ng phóng đi n h quang đ nóng nó s phát đ ng th i hai lo i tia là t ngo i và ánh sáng nhìn th y các v ch vàng – xanh lá cây – xanh d ng và m t ít v ch đ - cam. Nhi t đ màu kho ng 3000-70000K, ch s hoàn màu r t th p kho ng 15-25. Ng i ta th ng ph m t l p Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 39 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị huỳnh quang bên ngoài v bóng đèn, nh đó c i thi n đ Quang hi u c a đèn cũng r t th p, ch 30-65 lm/W. c ch s hoàn màu lên 40-55. Khe co giãn B t huỳnh quang ng phóng đi n Đi n c c kh i đ ng Gi n đ năng l Đi n c c chính V bóng đèn Đi n c c chính 15% h ng ngo i Khung đ ng 20% t ngo i 15% ánh sáng nhìn th y 50% nhi t và đ i l u Giá đ Đui đèn Hình 3.7_C u t o đèn HID thuỷ ngân và gi n đ năng l ng Có l v n đ quan tr ng nh t liên quan đ n đèn h i th y ngân là làm sao thay th chúng bằng nh ng lo i đèn HID hoặc huỳnh quang có hi u su t và đ hoàn màu t t h n. Nh ng chi c đèn thuỷ ngân nói chung có hi u su t th p nh t trong h đèn HID, quang thông gi m nhanh sau khi đ a vào s d ng. Ánh sáng do đèn phát ra tr ng l nh, khi s ng mù hay m a thì hi u qu Khe co N p chi u sáng gi m khá nhi u, ngoài ra h i giãn Khung đ th y ngân r t đ c, ánh sáng phát ra có nhi u tia t ngo i nguy hi m nên hi n nay ít đ c dùng trong các d án m i, nó V bóng ch còn nh ng n i đã l p đặt tr c đây. ng phóng đi n đèn b) Đèn Metal Halide (còn gọi là đèn Halogen kim loại): Đi n c c Đ u dây Đèn Metal Halide v c b n gi ng đèn h i thuỷ ngân nh ng ng i ta cho thêm vào ng phóng đi n mu i iôt c a các kim lo i nh indi, thali, natri. Vì iôt thu c nhóm halogen nên đèn này có tên g i là halogen kim lo i (Metal Halide). Ánh sáng phát ra nh s kích thích c a h n h p h i kim lo i g m thuỷ ngân và mu i halogen kim lo i. Ánh sáng có Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Khung đ Giá đ Đui đèn Hình 3.8_C u t o đèn Metal Halide 40 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị nhi t đ màu kho ng 4000-60000K và ch s hoàn màu t 60-93. Quang hi u c a đèn t 75125lm/W. Ánh sáng phát ra có màu tr ng l nh nên không c n thi t ph i ph m t l p b t huỳnh quang lên v bóng đèn. Ph màu ánh sáng liên t c h n và phát nhi u v ch h n so v i đèn thuỷ ngân Tuy nhiên đèn này có nh c đi m làm giá thành đ t, màu s c c a đèn thay đ i theo th i gian s d ng c) Đèn hơi Natri áp suất cao (HPS: High Pressure Sodium) Ánh sáng phát ra nh s kích thích h i natri trong đi u ki n áp su t cao. C u t o c a nó v c b n gi ng đèn h i thuỷ ngân. ng phóng h quang th ng đ c ch t o t g m ôxit nhôm có th ch u đ c nhi t đ lên đ n 13000C vì n u ch t o bằng thuỷ tinh thì natri s tác d ng hoá h c v i thuỷ tinh làm h ng ng phóng đi n. Ngoài h i natri, trong ng phóng còn có m t ít khí xenon đ d t o ra hi n t ng phóng đi n (m i ng) hoặc cho thêm h i thuỷ ngân đ gi m dòng đi n và đi n áp phóng đi n. Đèn h i natri cao áp không có các đi n c c kh i đ ng, ch n l u mà ch có t c-te đi n t cao áp. Quang hi u khá cao đ t 120lm/W nh ng ch s th hi n màu r t kém (CRI=20), tu i th đ t 10.000 gi . Khi phóng đi n h quang trong đi u ki n áp su t cao thì natri b c x ánh sáng màu vàng - tr ng v i nhi t đ màu 2000-25000K. Khi phân tích ph màu thì nó có các v ch vàng - xanh lá cây - cam và m t ít v ch đ - xanh d ng. Đèn h i Natri cao áp (HPS) đ c s d ng r ng rãi trong các ng d ng chi u sáng ngoài tr i và chi u sáng công nghi p, đặc bi t là chi u sáng đ ng ph . Không nên s d ng cho n i c kính rêu phong vì làm cho c cây có màu úa vàng. Hi u su t cao là đặc đi m u vi t h n c a lo i đèn này so v i đèn halogen kim lo i vì nh ng chi u sáng đ ng ph không đòi h i đ hoàn màu cao. Giá đ d n đi n ng phóng đi n V bóng đèn Đi n c c Ánh sáng 30% Thuỷ ngân và mu i iôt kim lo i Đi n c c H ng ngo i 20% T ngo i 0,5% Nhi t và đ il u 50% Hình 3.9_C u t o và gi n đ năng l ng c a đèn sodium áp su t cao Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 41 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị d) Đèn hơi Natri áp suất thấp (LPS: Low Pressure Sodium) Đèn có d ng ng tr , đôi khi hình ch U, bên trong có h i natri v i áp su t th p kho ng 10 mmHg. Ngoài ra đ d t o ra phóng đi n (m i ng) ng i ta còn n p m t ít khí xenon. M c đi n áp t 18-180 V. Bình th ng h i natri tr ng thái ng ng t , ph i sau vài phút b t đèn h i natri m i b c lên và phát 2 v ch ánh sáng màu vàng - da cam r t nh y c m v i m t ng i (b c sóng 555nm). Đèn có quang hi u cao nh t trong các lo i đèn phóng đi n, có th đ t 190lm/W. Phân tích ph màu ta th y ánh sáng g n nh đ n s c, ch s th hi n màu CRI g n bằng 0 do đó LPS th ng dùng cho nh ng n i không c n ch t l ng màu t t (nh c u thang) và h n ch s d ng cho chi u sáng an ninh hoặc chi u sáng đ ng ph . -3 e) Đèn phóng điện xenon: Đây là lo i đèn phóng đi n cao áp nh ng bên trong n p khí xenon tinh khi t. Khi phóng đi n, các nguyên t khí xenon b kích thích lên m c năng l ng cao h n, sau đó tr v tr ng thái ban đ u s nh ra photon. Đèn xenon cho ánh sáng tr ng xanh g n gi ng ban ngày nên r t t t. Tuy nhiên giá thành r t đ t không th dùng vào chi u sáng công c ng mà ch dùng cho xe h i cao c p. Giá thành đ t là do công ngh tinh ch ch t xenon tinh khi t r t đ t vì n u xenon không tinh khi t thì khi x y ra phóng đi n s phát n . u đi m : tu i th cao, c ng đ sáng cao h n, ti t ki m năng l ng do không ph i đ t nóng dây tóc 3.4 Đèn phát sáng quang đi n (LED: Lighting Emitting Diode) C u t o c b n c a đèn LED là hai l p bán d n p và n ti p xúc nhau. Tùy ch t li u c a p và n, LED có th phát ra ánh sáng có màu khác nhau, t xanh lá cây, đ , đ n tr ng... Do tiêu hao nhi t r t ít, LED h u nh không nung nóng môi tr ng xung quanh và khác v i các lo i bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, m i m t, không phát ra tia c c tím. Bằng vi c ghép nhi u LED nh bằng h t đ v i nhau, có th t o m t môi tr ng ánh sáng r c r trong m t không gian r ng l n, th m chí có th nhi t đ âm 300C. Tuy v y, giá thành LED hi n v n còn cao nên Vi t Nam nó dùng cho qu ng cáo là ch y u. Còn các n c khác đã s d ng cho khu du l ch, vui ch i gi i trí, hàng năm ti t ki m đ c r t nhi u ti n đi n. V nguyên lý: Ánh sáng đ c t o ra khi dòng đi n ch y qua nh ng ch t r n nh t đ nh nh ch t bán d n hoặc photpho. Đèn LED là lo i đèn m i nh t b sung vào danh sách các ngu n sáng s d ng năng l ng hi u qu . Mặc dù đèn LED phát ra ánh sáng d i quang ph r t hẹp (g n nh đ n s c), chúng ta v n có th t o ra "ánh sáng tr ng” bằng cách dùng đèn LED xanh có ph photpho hay dùng d i LED màu đ -xanh da tr i-xanh lá cây đ hoà ánh sáng. Đèn LED có tu i th t 40.000 đ n 100.000 gi tùy thu c vào màu s c. Đèn LED đã đ c s d ng trong nhi u ng d ng chi u sáng, bao g m bi n báo l i thoát, đèn tín hi u giao thông và nhi u ng d ng trang trí khác. Mặc dù còn m i mẻ, công ngh đèn LED đang phát tri n nhanh và h a hẹn trong t ng lai. T i đèn tín hi u giao thông, m t th tr ng th m nh c a LED, tín hi u đèn đ bao g m 196 đèn LED ch tiêu th 10W trong khi đèn nóng sáng s tiêu th 150W. Kh năng ti t ki m năng l ng c tính kho ng t 82% đ n 93%. Ngoài ra đèn LED ph i h p v i pin mặt tr i có th t o ra h th ng chi u sáng thân thi n v i môi tr ng, không tiêu th đi n, ti t ki m tài nguyên qu c gia, góp ph n gi m phát th i Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 42 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị khí nhà kính. Tuy nhiên đây là công ngh m i, giá thành đ u t r t cao nên c n có th i gian đ th ng m i hoá. Hình 3.10_ Chi u sáng bằng đèn LED s d ng năng l ng mặt tr i 3.5 Đèn c m ng (đèn không đi n c c) Làm vi c d a trên hi n t ng c m ng đi n t , không có đi n c c, không có dây tóc. Tu i th 60.000 gi , quang hi u có th đ t 90lm/W. Th ng dùng trong nh ng ng d ng đặc bi t quan tr ng nh đèn báo không …Bóng c m ng đ c dùng cho nh ng lo i đèn treo nh ng n i r t cao, khó thay, ch ng h n trên các tháp l n, h i đăng, c u treo... Nguyên lý phát sáng: T đi n s n sinh ra t tr ng, sau đó t tr ng s n sinh ra dòng đi n c m ng, ng d ng nguyên lý dao đ ng ng u h p đ a sóng đi n cao t n vào trong bóng đèn chân không, d i tác d ng c a b t huỳnh quang và khí tr t o ra hi n t ng phát sáng. 3.6 Đèn Sulfua : Đèn này cũng không có đi n c c, ánh sáng phát ra do b c x c a các nguyên t sulfua trong môi tr ng khí argon b kích thích bằng vi sóng. Đèn có quang hi u r t cao, c 100lm/W và b c x r t ít tia h ng ngo i cũng nh t ngo i. Nhi t đ màu có th lên t i 60000K g n v i ánh sáng ban ngày và ch s hoàn màu CRI=80. Khi phân tích ph màu đèn sulfua ng i ta th y nó g n trùng v i ph màu c a ánh sáng ban ngày nên đây là lo i đèn lý t ng đ chi u sáng trong nhà và mang l i c m giác d ch u. Lo i đèn S iđ t S i đ t-Halogen B ng thông s kỹ thu t c a các lo i đèn thông d ng (Theo s li u do hãng Schréder cung c p năm 2006) Công su t (W) Tu i th Ch t l ng màu Lm/W T Đ n (gi ) T°K Hoàn màu 15 200 10 1.000 3000° 100 50 2.000 20 2.000 3000° 100 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Kích th c Nh Nh Giá thành Đ t Đ t 43 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Huỳnh quang Cao áp th y ngân Cao áp Metal Halide Cao áp Metal Halide Th p áp Sodium Cao áp Sodium C m ng 8 50 35 250 18 35 55 58 1.000 150 400 131 1.000 180 LED 0,07 1,2 15.000 Thay đ i 85 Dài 12.000 3800° 45 L n 8.000 4000° 85 Nh 12.000 4000° 65 Nh 15.000 1800° - Dài 20.000 2000° 25-85 Nh 60.000 3-4000° 80 L n 10.000÷10 15 Nhi u lo i Nhi u lo i Nh 0.000 90 55 85 85 200 120 70 Đ Đ Đ Đ Đ Đ Đ t t t t t t t Đ t B ng tóm t t ph m vi s d ng phổ bi n c a các lo i đèn Lo i đèn ng d ng đặc tr ng S iđ t Gia đình, khách s n, chi u sáng chung, chi u sáng khẩn c p. Huỳnh quang Văn phòng, c a hàng, b nh vi n, gia đình Huỳnh quang compact Khách s n, c a hàng, gia đình, văn phòng Th y ngân cao áp HPM Metal halide MH Chi u sáng chung trong nhà máy, ga ra, đ xe, chi u sáng bằng đèn pha Tr ng bày, chi u sáng bằng đèn pha, khu tri n lãm sân v n đ ng, công viên, v n hoa, khu v c xây d ng, sân th thao, phát truy n hình màu H i Natri cao áp HPS Chi u sáng chung trong nhà máy, kho hàng, đ H i Natri h áp LPS Lòng đ ng, đ ng h m, kênh, đèn đ yêu c u không cao v th hi n màu. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ng ph ng, c u thang có 44 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị C UT OC AB CH NG 4 ĐÈN CHI U SÁNG CÔNG C NG Trong ch ng tr c chúng ta đã nghiên c u v ngu n sáng là n i phát ra ánh sáng. Tuy nhiên ch có m i ngu n sáng thì không th ng d ng đ c trong chi u sáng công c ng cũng nh các m c đích chi u sáng khác. Do v y ng i ta c n ph i s d ng các b ph n khác nh b linh ki n đi n đ m i cho đèn làm vi c, b ph n ph n quang đ đi u khi n ánh sáng đ n đúng đ i t ng c n chi u sáng, kính b o v đ ch ng ẩm, ch ng s ng mù, ch ng n ,… nói chung là b đèn có đ y đ ba thành ph n : đi n - c - quang h c. Các b ph n nói trên khi l p ráp hoàn ch nh g i là bộ đèn hoặc choá đèn (theo Quy t đ nh s 13/2008/QĐ-BCT c a B Công Th ng) . Có th nói ngu n sáng chính là trái tim c a b đèn. Do nh ng u đi m n i tr i c a đèn phóng đi n khi s d ng cho chi u sáng đ ng giao thông, chi u sáng các khu v c công c ng trong đô th mà hi n nay đèn phóng đi n HID là ngu n sáng đ c s d ng ch y u. Trong ch ng này ta s nghiên c u v các thành ph n c b n c u t o nên b đèn phóng đi n HID.. 4.1. C u t o chung c a m t b đèn chi u sáng công c ng: Mặt tr c m t b đèn 10 9 1 2 8 7 3 6 1. Đ u dây đi n vào đèn 2. T m đ l p linh ki n đi n có th tháo r i 3. L đ l p c n đèn 4. L đui đèn l p ngu n sáng (đi u ch nh đ c) 5. Roăng cao su làm kín 4 6. Kính b o v (th y tinh hoặc nh a) 7. B n l bằng thép không g 8. T m ph n quang m nhôm bằng ph ng pháp hóa h i. 9. V đèn có 2 ngăn (linh ki n đi n và quang h c) 10. N p b o v ngăn đi n 5 Hình 4.1_ C u t o b đèn chi u sáng công c ng Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 45 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị V hình dáng, m i hãng ch t o đèn có m t ki u dáng khác nhau tuy nhiên đ u có các b ph n c b n nh trên. M i b đèn đ u có th l p đ c nhi u lo i ngu n sáng khác nhau và t ng thích v i nhi u công su t khác nhau. Đi u này cho phép chuyên bi t hoá trong s n xu t : b đèn c a hãng này có th l p ngu n sáng c a hãng kia, do đó nó cũng cho phép thay th d dàng. 4.2. Các b ph n chính c a b đèn chi u sáng công c ng 1. T m ph n quang: Các lo i đèn chi u sáng công c ng th ng có t m ph n quang đ phân b l i ánh sáng c a ngu n sáng bằng cách ng d ng đ nh lu t ph n x đ u. Nhi m v c a nó là đi u khi n ánh sáng phát ra phù h p v i m c đích s d ng. T m ph n quang có th đ c làm bằng g ng hoặc đ c m màu tr ng (m nhôm hoặc b c), m c đích chính là tăng h s ph n x đ u ρr. H s này có th t 0,85 (đ i v i g ng) đ n 0,93 (tráng b c). Trong th c t , t m ph n quang th ng m bằng nhôm tinh ch t theo ph ng pháp bay h i, v a gi m đ c giá thành so v i m b c mà v n đ m b o h s ρr khá cao. Theo quy đ nh trong tiêu chuẩn Vi t Nam TCVN5828-1994 đ i v i đèn đ ng ph thì h s ph n quang ban đ u ph i ≥0,8. Ch t l ng t m ph n quang đ c đánh giá qua đ dày và đ đ ng nh t c a l p m ph n quang. Đặc đi m c a nó là r t d b phá huỷ nên khi lau chùi ph i dùng th i bằng không khí khô áp su t nh hay dùng c n lau nhẹ. Theo quy đ nh, khi s d ng đèn ti t ki m năng l ng thì h s ph n x ph i có đ suy gi m <10% so v i ban đ u sau 6000 gi s d ng. Hình dáng t m ph n quang ph thu c vào yêu c u phân b ánh sáng. Thông th ng t m ph n quang có d ng paraboloit tròn xoay và ngu n sáng đặt tiêu đi m thì các tia sáng ph n x s song song nhau. M t s b đèn có t m ph n quang d ng elipxoit tròn xoay có ngu n sáng đặt m t tiêu đi m thì các tia sáng ph n x s h i t v tiêu đi m th 2 đ t o thành ngu n sáng đi m. Ngoài ra còn có lo i t m ph n quang hai múi, g m hai n a paraboloit tròn xoay ghép l i, s làm tăng đáng k hi u su t c a b đèn so v i lo i m t múi. F Paraboloit F1 F2 F Elipxoit T m ph n quang hai múi Hình 4.2_ Các lo i t m ph n quang 2. Thi t b m i đèn (t c te) và ch n l u: a) Thiết bị mồi đèn : t Các đèn phóng đi n c n ph i có thi t b m i đ t o đi n áp ban đ u đ l n đ t o ra hi n ng phón đi n (hi n t ng m i). Sau khi x y ra phóng đi n ban đ u, dòng đi n tăng lên, Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 46 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị đi n áp gi m xu ng và hi n t ng phóng đi n ti p t c duy trì đi n áp c a l i đi n. Thi t b m i th ng dùng lo i r le nhi t, hi n nay v n còn dùng ph bi n nh ng d n d n s b thay th b i thi t b m i đi n t . Nh c đi m là mau h ng, t o đi n áp m i không l n, có ti ng đ ng khi làm vi c, khó m i đèn (vì yêu c u đi n áp ngu n ph i đ l n),... Hi n nay b t đ u s d ng thi t b m i đi n t thay th c b m i và ch n l u ki u đi n c m đ c g i chung là ch n l u đi n t . Đặc đi m là t o ra xung dòng đi n r t hẹp có t n s cao (trên 20kHz), do đó t o đi n áp m i l n, không nh p nháy, đi n áp ngu n th p v n m i đ c. Nh không có ch n l u s t t nên t n hao nhi t gi m xu ng làm tăng đáng k hi u su t c a b đèn. B m i B m i ki u r le nhi t T ml e2 e1 ng kim ng phóng đi n Ch n l u Ngu n ~ Hình 4.3_Thi t b m i đèn b) Chấn lưu: Ch n l u có nhi m v chính là cung c p đi n áp l n đ m i đèn khi kh i đ ng đèn, ngoài ra khi đèn làm vi c bình th ng nó làm nhi m v n đ nh đi m làm vi c, tránh s dao đ ng đi n áp l i nh h ng đ n s phát sáng c a đèn. Có các lo i ch n l u sau đây : - Ch n l u đi n tr : Làm gi m hi u su t c a đèn do tiêu th năng l ng, hi u qu m i đèn không cao. - Ch n l u đi n c m: Không tiêu th năng l ng cho vi c m i đèn nh đi n tr nh ng nó l i tiêu hao năng l ng d i d ng nhi t và t tr , ngoài ra do tiêu th nhi u công su t ph n kháng nên làm h s công su t cosϕ th p. - Ch n l u đi n c m - t đi n: Tác d ng nh ch n l u đi n c m nh ng có thêm t đi n n i ti p đ tăng h s công su t cosϕ. - Ch n l u đi n t : bi n đ i t n s 50Hz thành t n s cao (kho ng 20 kHz). Không tiêu hao năng l ng, lo i tr đ c hi n t ng nh p nháy, kích th c nh g n nh ng giá thành cao h n các lo i ch n l u nói trên. Nhìn chung trong các b đèn chi u sáng công c ng, b ph n m i đèn và ch n l u th ng đ c l p đặt trong ngăn riêng g i là ngăn linh ki n đi n. Ngăn này không yêu c u đ kín cao nh ngăn quang h c nh ng yêu c u ph i d tháo l p đ s a ch a, thay th linh ki n khi c n thi t. 3. Kính b o v : Kính b o v b đèn là n p ch p b o v b ph n quang h c nh ng yêu c u ph i đ m b o cho ánh sáng truy n qua đ c. S dĩ ph i b o v b ph n quang h c vì b ph n này có các Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 47 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị thành ph n r t quan tr ng c a b đèn nh t m ph n quang và ngu n sáng đ c ch t o chính xác cao, r t tinh x o và d b tác đ ng c a môi tr ng (nh t là t m ph n quang đ c m bằng nhôm tinh ch t) làm ch t l ng c a b đèn gi m xu ng. Đ b o v các b ph n này ng i ta ph i dùng kính b o v , tuy nhiên ph i đ m b o truy n ánh sáng t t nh t nên th ng làm bằng th y tinh, bằng nh a hoặc v t li u composit trong su t hoặc trong m . Khi ch n v t li u cũng nh chi u dày kính b o v ph i tính toán đ gi m s ph n x biên gi a không khí và kính. Theo TCVN5828-1994 và 13/2008/QĐ-BCT thì kính b o v ph i có h s truy n qua ban đ u ≥ 0,85. V mặt c u t o, kính b o v có th d ng ph ng hoặc d ng rãnh khía (rãnh khía làm cho hi u su t b đèn cao h n) Ngoài ra kính b o v còn có ch c năng ch ng n vì ch đ làm vi c c a đèn là phóng đi n h quang v i nhi t đ cao. Khi ng phóng đi n b n các m nh v c a nó văng ra có nhi t đ c 10000C có th nguy hi m cho ng i đi đ ng, huỷ ho i tài s n, th m chí ho Hình 4.4_Kính b o v răng khía ho n. Kính b o v ph i có đ ch u va đ p và không gian đ đ gi l i các m nh v này. Khi thi t k chi u sáng ch n b đèn c n ph i chú ý đ n đặc tính cũng nh v t li u ch t o kính đèn. Vì nó là môi tr ng truy n ánh sáng nên có th có m t l ng tia t ngo i xuyên qua, ngoài ra nó l i ch u tác đ ng tr c ti p c a môi tr ng (mà trong đô th thì môi tr ng th ng ô nhi m) nên nó r t nhanh b lão hoá hoặc b m đi. Theo quy đ nh, khi s d ng đèn ti t ki m năng l ng thì h s truy n qua ph i có đ suy gi m < 5% so v i ban đ u sau 6000 gi s d ng. 4. L đui đèn : Đui đèn là b ph n nằm trên ngu n sáng dùng đ đ nh v vào v trí l đui đèn nằm trên b đèn. Đui đèn và l đui đèn đ c tiêu chuẩn hoá th ng nh t trên toàn th gi i đ có th l p l n c a các hãng khác nhau. Đui đèn th ng có hai lo i : - Loại đui gài (còn gọi là đui ngạnh trê) : không có ren xoáy nh ng có 2 tai đ i x ng nhau đ gài vào l đui đèn nằm trên b đèn. Lo i này th ng th y trong lo i đèn dây tóc dùng trong dân d ng. Ký hi u đui gài có 2 lo i là B15 và B22 tùy vào đ ng kính đui đèn Đui gài B Đui xoáy E - Đui xoáy: hình tr có ren xoáy. Ký Hình 4.5_ Các lo i đui đèn hi u có 3 lo i: E14, E27 và E40 tùy vào đ ng kính đui đèn. Ch E vi t t t c a Edison là tên nhà phát minh ra bóng đèn đi n đ u tiên. Trong các b đèn chi u sáng công c ng ch dùng 2 lo i đui đèn trên. Tuy nhiên trong dân d ng và công nghi p còn có r t nhi u ki u đui đèn khác nhau nh : đui đèn ki u c m, đui 1 chân, đui 2 chân, đui ki u ren,… 4.3. Các thông s c học ch y u c a b đèn chi u sáng công c ng: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 48 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 1. Đ kín (IP): M t b đèn th ng có ngăn linh ki n vằ ngăn quang h c riêng bi t (có m t s lo i ch có 1 ngăn chung cho c linh ki n đi n và ngăn quang h c). Yêu c u v đ kín c a các ngăn ch a thi t b là m t trong nh ng ch tiêu quan tr ng c a b đèn, đặc bi t là khi đi qua vùng ô nhi m nh vùng ven bi n, nhà máy hóa ch t,…hay vùng có s ng mù. Đ kín đ c ký hi u theo tiêu chuẩn qu c t là IPxy, trong đó x và y là các con s có ý nghĩa sau : Giá tr 0 1 2 3 4 5 6 - X Ý nghĩa : ch ng v t thể l xâm nh p Không đ c b o v V t có đ ng kính ≥50mm V t có đ ng kính ≥12,5mm V t có đ ng kính ≥2,5mm V t có đ ng kính ≥1,0mm Ch ng đ c b i Hoàn toàn kín ----- Giá tr Y Ý nghĩa : Ch ng n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Không đ c b o v N c r i th ng đ ng N c r i nghiêng 150 N c phun h t nh li ti Phun n c d ng m a Phun n c d ng tia Phun n c áp l c Ngâm chìm t m th i Ngâm chìm lâu dài c xâm nh p Theo TCXDVN259 :2001, đ i v i môi tr ng ô nhi m trung bình thì ch n đèn có đ kín IP44 nh ng đ i v i môi tr ng ô nhi m nặng (nh s ng mu i, ăn mòn, ven bi n, trong khu công nghi p) thì ch n đèn đ kín ngăn quang h c IP54, ngăn linh ki n đi n là IP43. Riêng v i lo i đèn ti t ki m năng l ng ph i có IP66 theo quy đ nh t i Quy t đ nh s 13/2008/QĐ-BCT. N u các thông s này không đ c ki m tra và nghi m thu chặt ch s gây h u qu l n vì sau m t th i gian khói b i xâm nh p làm m bóng đèn, h i n c (th ng có ch t hóa h c) xâm nh p s đ ng l i lâu dài trong kính đèn làm suy gi m quang thông nghiêm tr ng. Ngoài ra l p m c a t m ph n quang có th b g , bong tróc làm gi m hi u su t phát sáng. Theo quan sát t th c t , hi n nay các ch s này hoàn toàn b th l ng trong quá trình xây d ng các công trình chi u sáng công c ng nên ch t l ng h th ng chi u sáng gi m rõ r t mặc dù th i gian đ a vào v n hành ng n h n tu i th đã ghi trong lý l ch c a đèn r t nhi u. Do s l ng các tuy n đ ng đô th phát tri n r t nhanh nên theo đó là h th ng chi u sáng cũng tăng lên, khi chúng đ ng lo t gi m ch t l ng thì tr thành m t gánh nặng cho ngân sách. đây cũng c n l u ý m t đi m : ch s IP không ch dùng trong thi t b chi u sáng mà là ch s qu c t dùng chung cho m i ngành kỹ thu t có các b ph n c n đo l ng đ kín. 2. C p b o v c học ch ng nổ (còn gọi là đ ch u va đ p c a kính đèn): Ký hi u là IKO và đ Mã IKO IKO0 IKO1 c phân lo i theo b ng sau: C pb ov Không b o v 0,15J Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Mã IKO IKO6 IKO7 C pb ov 1J 2J 49 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị IKO2 IKO3 IKO4 IKO5 0,2J 0,35J 0,5J 0,7J IKO8 IKO9 IKO10 5J 10J 20J Ch s IKO bi u th kh năng b o v c h c ch ng n c a b đèn. Trong quá trình v n hành, bóng đèn có th phát n và kính đèn ph i ch u đ c s c công phá t s phát n này. N u không đ đ b n thì các m nh v c a ng phóng đi n h quang văng ra (có nhi t đ trên 10000C) có th làm nguy hi m đ n ng i đi đ ng th m chí gây ho ho n, đặc bi t là h i thuỷ ngân thoát ra ngoài s r t nguy hi m vì nó là m t ch t có đ c tính r t cao. Tuy nhiên ch s này trong th c t còn đ c nhìn nh n d i m t góc đ khác đó là đ ch u va đ p c a kính đèn t các l c tác đ ng bên ngoài. Nói chung, n u xét theo góc đ này thì ch tiêu IKO không quan tr ng l m vì các b đèn th ng l p trên cao, ít có kh năng ch u va đ p m nh. Trong đi u ki n làm vi c bình th ng ch có m i l c tác d ng c a gió lên kính đèn và theo tính toán l c này nh h n r t nhi u so v i kh năng ch u l c c a kính. Thông th ng v i đèn chi u sáng công c ng có c p b o v ch ng n là IKO8. 3. Di n tích c n gió Đây là ch tiêu khá quan tr ng n u n i l p đặt đèn th ng xuyên có gió bão. V mặt khí đ ng h c thì di n tích c n gió càng bé càng t t đ gi m b t l c tác d ng c a gió đ n k t c u c h c c a đèn và c t đèn. Nh đó mà kích th c c a c t và móng nh h n, dáng c t thanh m nh h n, thẩm mỹ h n. 4. Ch tiêu lão hóa kính b o v : Ch tiêu này th ng r t khó xác đ nh, tuy nhiên khi thi t k ph i đ a vào yêu c u c th đ nhà ch t o l a ch n v t li u phù h p. Th c t các kính b o v sau m t th i gian v n hành th ng b m cho dù lau chùi v n không h t. Tình tr ng này là do kính b lão hóa, v t li u làm kính b bi n ch t d i tác đ ng c a nhi t t a ra, tia c c tím do đèn phát ra và môi tr ng không khí b ô nhi m. Kính b lão hóa th ng là lo i kính làm bằng nh a, n u làm bằng th y tinh thì không x y ra hi n t ng này nh ng kính th y tinh làm cho tr ng l ng b đèn tăng. G n đây có lo i kính ch u l c bằng composit có tính năng nh kính th y tinh nh ng nhẹ, b n. C n phân bi t v i tr ng h p kính đèn b m do b i bám bẩn sau m t th i gian dài v n hành mà không đu c duy tu b o d ng. Tr ng h p này có th kh c ph c đ c nh ng trách nhi m thu c v đ n v qu n lý v n hành công trình chi u sáng. 5. Trọng l ng: Đây cũng là m t ch tiêu c n quan tâm vì xu h ng hi n nay ng i ta càng ngày càng chu ng các lo i đèn có tr ng l ng bé. Nh đó mà c t chi u sáng, c n đèn có kích th c nh h n, thanh m nh h n phù h p v i mỹ quan đô th . Trong l ng trung bình hi n nay c a các b đèn chi u sáng công c ng kho ng 3-8 kg tuỳ vào công su t và nhà ch t o. 4.4. Các thông s đi n ch y u c a b đèn chi u sáng công c ng: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 50 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 1. C p cách đi n : C pb ov O I II III Đặc điểm Không b o v N i đ t các b ph n d n đi n Cách đi n g p đôi hoặc tăng c Đi n áp ngu n d i 50V ng T i v trí l p đặt đèn mà ng i s d ng không th ti p xúc có th dùng c p O, n u ng i s d ng có th ti p xúc đ c v i b đèn thì ph i dùng c p I. Tr ng h p có yêu c u an toàn cao m i dùng c p II. N u có yêu c u an toàn tuy t đ i thì ph i dùng c p III, khi đó do đi n áp th p (<50V) nên dù có ti p xúc v n không gây nguy hi m. Theo tiêu chuẩn Vi t Nam, các b đèn th ng có c p cách đi n I hoặc II. 2. Đ dao đ ng đi n áp: Ch tiêu này có ý nghĩa l n v mặt kinh t khi thi t k chi u sáng nh ng l i ch a đ c khai thác đúng m c. Thông th ng các b đèn đ c nhà ch t o đ m b o m c dao đ ng đi n áp ± 10% Uđm mà v n làm vi c bình th ng nh khi đi n áp Uđm (t c quang thông không đ i). Trong khi đó quy ph m trang b đi n th ng yêu c u đi n áp đi m xa nh t là ±5%Uđm và ng i thi t k th ng ch quan tâm đ n giá tr này c a quy ph m. N u tính theo quy ph m thì ph i ch n c dây đi n có ti t di n l n trong khi tính theo ± 10% Uđm thì ch c n ch n dây đi n v i ti t di n nh h n. Nh v y trong quá trình thi t k c n t n d ng y u t dao đ ng đi n áp c a b đèn ±10%Uđm đ ch n dây d n cho h p lý, tránh ch quan d a theo quy đ nh ±5%Uđm c a l i cung c p đi n làm cho su t đ u t tăng lên m t cách lãng phí.. 4.5. Các thông s v quang học c a b đèn chi u sáng công c ng: Các thông s c b n v quang h c c a ngu n sáng đã đ c nêu trong ph n các lo i ngu n sáng và các đ i l ng c b n đo ánh sáng. đây ch b sung m t s thông s quang h c c a b đèn. Các b ph n này có nhi m v đ m b o s phân b h p lý theo không gian c a ánh sáng, đ m b o chi u sáng đúng m c đích, có kh năng h n ch chói lóa,... không ph i là n i phát ra ánh sáng 1. H s suy gi m quang thông: Sau m t th i gian v n hành quang thông c a đèn s b gi m. Đ đánh giá s suy gi m đó ng i ta đ a ra khái ni m đ suy gi m quang thông V=V1 năm/Vban đ u là t s gi a quang thông c a b đèn sau 1 năm s d ng v i quang thông ban đ u c a đèn. Đ đ m b o ch t l ng chi u sáng, khi thi t k ph i tính đ n h s này. Hi n t ng suy gi m quang thông do nhi u nguyên nhân nh ng trong thi t k chi u sáng ng i ta ch xét đ n 2 nguyên nhân ch y u sau : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 51 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + S già hoá c a b n thân b đèn theo th i gian s d ng: Hi n t ng này đ c đặc tr ng bằng h s V1 và có th đ c nhà ch t o cung c p. Tuy nhiên n u nhà ch t o không cho thì V1 có th xác đ nh theo b ng sau : H s V1 Th i gian s d ng th c t c a đèn Sodium cao áp 3000 h 6000 h 9000 h 0,95 0,90 0,85 Đèn ng huỳnh quang 0,90 0,85 0,80 Bóng huỳnh quang 0,85 0,80 0,75 Sodium th p áp 0,85 0,8 + S bám bẩn c a các h t b i trong không khí : Hi n t ng này đặc tr ng bằng h s V2 và đ c xác đ nh theo đi u ki n môi tr ng n i l p đặt đèn nh b ng sau : Ki u b đèn Lo i môi tr ng Không có ch p Có ch p B ô nhi m Không ô nhi m 0,65 0,90 0,70 0,95 Nh v y ta tính đ H s V2 c V = V1.V2 = quang thông sau 1 năm/quang thông ban đ u. 2. H s ph n quang : Tính ch t ph n x c a các b đèn th ng là ph n x khuy ch tán h n h p v i giá tr < 1. Theo quy đ nh c a TCVN5828-1994 đ i v i đèn đ ng ph thì h s ph n quang ph i ≥0,8 và sau 6000 gi s d ng thì h s ph n quang ph i còn ≥ 90% so v i ban đ u. 3. Đ ng cong tr c quang : Ta bi t rằng m t b đèn chi u sáng phát x c ng đ sáng ra không gian xung quanh nó. L y tâm đèn làm g c to đ c c thì đ u mút các vect c ng đ sáng s v ch nên m t mặt cong xung quanh g c to đ . N u ta dùng m t mặt ph ng c t qua tr c th ng đ ng đi qua tâm đèn thì đ ng cong giao gi a mặt cong c ng đ sáng và mặt ph ng này đ c g i là đ ờng cong trắc quang. T p h p các đ ng cong tr c quang trên nhi u mặt ph ng c t xoay quanh tr c đèn thì t o thành họ đ ờng cong trắc quang (hình 4.6). Theo quy đ nh c a Uỷ ban kỹ thu t chi u sáng qu c t CIE thì đ ng cong tr c quang ph i đ c l p nên b i ngu n sáng 1000lm đặt t i tâm c a b đèn. Trong đ a lý ta đã bi t: đ xác đ nh m t đi m nào đó trên mặt c u ta ph i xác đ nh qua 2 to đ (góc kinh tuy n γ, góc vĩ tuy n ϕ). ng d ng vào trong kỹ thu t chi u sáng, đ xác đ nh c ng đ sáng t i m t đi m nào đó ta ph i dùng 3 to đ (I, γ, ϕ) do mặt cong này không tròn xoay nên có thêm thành ph n th ba là I. Có m t s đi m khác v i qu đ a c u th hi n qua cách xây d ng to đ nh sau : L y tâm đèn làm tâm, v ch các đ ng tròn đ ng tâm ng v i giá tr c ng đ sáng bằng nhau (trên hình 4.6 là các giá tr t 90-270cd). Ti p t c v ch các đ ng th ng t tâm ra ng v i các góc kinh tuy n (trên hình 4.7 là 00-900). Góc vĩ tuy n Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 52 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị đ c th hi n bằng cách ghi giá tr góc ϕ bên c nh đ vĩ tuy n. ng cong tr c quang t ng ng v i góc Mặt ph ng kinh tuy n Góc vĩ tuy n ϕ Đ ng kinh tuy n γ Đèn 2 tr c đ i x ng Hình 4.6_ Cách xây d ng đ Đèn 1 tr c đ i x ng ng cong tr c quang Đ i v i b đèn không đ i x ng thì hình dáng đ ng cong tr c quang ph thu c vào v trí mặt ph ng c t so v i kinh tuy n g c, t c ph thu c vào góc vĩ tuy n ϕ. Kinh tuy n g c ng v i ϕ=0 quy c là ph ng vuông góc v i tr c đèn. Khi đó c m i giá tr c a ϕ ta l i có m t đ ng cong tr c quang khác nhau. V i lo i đèn này nhà ch t o th ng cho 3 đ ng cong tr c quang c b n : m t đ ng cong d c tr c đèn và hai n a đ ng cong có Imax. Đặc tr ng cho lo i đèn này có : đèn tuyp, đèn đ ng ph ,… Ví d trên hình 4.7 là h đ ng cong tr c quang c a b đèn chi u sáng đ ng ph đi n hình g m 4 đ ng cong tr c quang : m t đ ng theo ph ng vuông góc tr c đèn (ϕ=00 và ϕ=1800 cùng mặt ph ng), m t đ ng theo ph ng tr c đèn (ϕ=900 và ϕ=2700 cùng mặt ph ng), hai n a đ ng có Imax (ϕ=150 và ϕ=900/2700 ϕ=1650 khác mặt ph ng). Th c ra đ cho Cd/1000lm ϕ=00/1800 chính xác c n c t nhi u mặt ph ng h n 270 225 180 135 90 n a, khi đó tuy các đ ng cong tr c quang 900 khác nhau nh ng t t c chúng đ u có 2 750 đi m c đ nh là tâm đèn và đi m có ϕ=00. I max Nói chung v i đèn đ ng ph ch c n 3 600 Imax đ ng tr c quang c b n là ta có th hình ϕ=150/1650 450 dung s phân b c ng đ sáng trong 300 không gian. 150 00 Đ i v i b đèn đ i x ng thì m i mặt c t theo đ ng kinh tuy n đ u cho cùng Hình 4.7_ H đ ng cong tr c quang d ng đ ng cong tr c quang nên ch c n 1 c a đèn chi u sáng đ ng ph mặt c t là ta bi t đ c phân b c ng đ sáng trong không gian nên góc vĩ tuy n ϕ không c n thi t. Đặc tr ng cho lo i đèn này có : đèn s i đ t, đèn compact, b đèn dùng ngu n sáng đi m,… Căn c vào đ ng cong tr c quang, b đèn có th đ c phân thành 7 lo i khác nhau. Tuy nhiên v i h th ng chi u sáng đ ng ph nó đ c phân thành 3 lo i c b n là lo i phân b ánh sáng hẹp, phân b ánh sáng r ng và phân b ánh sáng bán r ng. B đèn phân b ánh sáng hẹp là b đèn có các giá tr Imax nằm trong kho ng t 00-650, lo i ánh sáng bán r ng có các giá tr Imax nằm trong kho ng t 00-750, còn lo i ánh sáng r ng có các giá tr Imax nằm trong kho ng t 0-trên 750 (trong đó Imax là t p h p các vect c ng đ sáng c c đ i trên m i mặt Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 53 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị ph ng kinh tuy n c a b đèn). Theo TCXDVN259 :2001 h th ng chi u sáng đ ng ph i dùng đèn ánh sáng bán r ng đ h n ch chói loá, riêng các lo i đ ng nh , t c đ ph ng ti n th p thì có th dùng đèn ánh sáng r ng. B t kỳ lo i đèn chi u sáng đ ng ph nào tr c khi đ a vào s d ng đ u ph i có lý l ch kèm theo, trong đó b t bu c ph i có đ ng cong tr c quang do nhà ch t o cung c p, nó đ c xem nh “ch ng minh th ” ch ng nh n ch t l ng c a b đèn. Vi c xây d ng đ ng cong tr c quang là công vi c ph c t p, đòi h i nhà s n xu t ph i có các thi t b đo đ c kỹ thu t cao và th hi n trình đ cũng nh năng l c c a nhà s n xu t. Đ ng cong tr c quang c a b đèn đ c thi t l p v i ngu n sáng có quang thông 1000lm nên đ xác đ nh c ng đ sáng c a b đèn này khi s d ng ngu n sáng có quang thông b t kỳ Φ ta ph i quy đ i theo công th c Iγ ( Φ ) = Iγ (1000) . Φ 1000 4. Hi u su t c a b đèn : Hi u su t b đèn là t s gi a quang thông phát ra c a b đèn và quang thông c a ngu n sáng. Giá tr hi u su t này th ng dao đ ng trong kho ng t 0,5-0,9 do v t li u ch t o ch t o b đèn th ng h p th m t l ng quang thông nh t đ nh c a ngu n sáng. Theo quy đ nh t i Quy t đ nh s 13/2008/QĐ-BCT thì đèn chi u sáng đ ng ph ph i có hi u su t ≥ 0,7 m i đ c g i là đèn ti t ki m năng l ng. F’2 Hi u su t có th do nhà ch t o xác đ nh hoặc có th tính 6π O toán theo đ ng cong tr c quang nh d i đây. 6 2π π 6 6 a) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng điểm : F’1 S d ng ph ng pháp tích phân s trên đ ng cong tr c γ0 quang s tính đ c hi u su t khá chính xác. Ví d trên hình Hình 4.8_ Xác đ nh 4.8 ta chia toàn b không gian xung quanh đèn thành 2 vùng hi u su t c a b đèn ng v i 2 n a bán c u trên và d i. V i n a bán c u d i ta l i l n l t chia không gian thành các hình nón có góc kh i π/6, 2π/6,… 6π/6 (Sr). Ti p theo ta tính quang thông F’1 phát ra b i b đèn 1000lm trong vùng bán c u d i theo ph ng pháp sau : Xét hình nón th nh t ng v i góc kh i π/6 có góc kinh tuy n γ=16,60, tra đ ng cong tr c quang ng v i γ ta tìm đ c Iγ t ng ng. Ti p t c xét góc kh i π/6 nằm gi a hình nón th nh t và th 2 (t c hi u góc kh i 2π/6 -π/6) có có góc kinh tuy n γ=290 ta cũng tra đ ng cong tr c quang đ c Iγ,… quá trình c ti p t c nh v y cho đ n khi h t n a bán c u d i và quá trình đó đ c tóm t t nh b ng sau : Vùng không gian Bán c u d i Góc kinh tuy n (γ0) 16,6 29 37,5 44,9 51,3 57,2 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng C ng đ sáng Quang thông I1 I2 I3 I4 I5 I6 54 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Bán c u trên I7 I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15 I16 I17 I18 I19 I20 I21 62,7 68 73 78 82,8 87,6 93,2 99,6 106,1 112,9 120 127,7 136,2 146,4 160,8 F1' = F2' = ∑I 6 π 12 k =1 2π 9 k ∑I 21 k =13 k Th c ra ta càng chia nh không gian thì k t qu càng chính xác, nh ng v i phép chia thành các góc kh i π/6 nói trên đã có đ chính xác đ dùng trong chi u sáng đ ng ph . Đ i v i vùng bán c u trên, do c ng đ sáng bé nên không gian đ c chia thành các góc kh i l n h n là 2π/9 mà sai s v n cho phép và quá trình tính toán hoàn toàn t ng t nh bán c u d i và xác đ nh đ c quang thông F’2. Các b đèn chi u sáng đ ng ph có choá ph n x ánh sáng t t thì có th l y g n đúng F’2 ≈ 0 Nh v y hi u su t c a b đèn là :η = F1' + F2' 1000 b) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng bất kỳ : Tr ng h p ngu n sáng không đ i x ng, ví d đèn ng, thì r t khó xác đ nh chính xác hi u su t t đ ng cong tr c quang. Thông th ng nhà ch t o cho giá tr hi u su t trong lý l ch c a đèn. V i lo i đèn này n u nhà ch t o không cung c p giá tr hi u su t thì có th xác đ nh g n đúng bằng cách v đ ng cong tr c quang trung bình t 2 đ ng cong tr c quang c b n c a b đèn (2 đ ng cong tr c quang qua 2 tr c đ i x ng), sau đó tính toán hi u su t trên đ ng cong tr c quang trung bình nh đ i v i ngu n sáng đi m. 5. C p b đèn : Hi u su t c a b đèn càng cao thì ch ng t b đèn s d ng t t quang thông c a bóng đèn. Tuy nhiên không nên l m d ng h s này vì đ i v i b đèn ngoài hi u su t ta còn ph i quan tâm đ n s phân b ánh sáng có đúng m c đích không. Ch ng h n n u b đèn s d ng t t quang thông v i hi u su t cao nh ng phân b ánh sáng không đúng m c đích (quang thông t p trung ch y u lên v a hè ch ng h n) thì đó là m t b đèn không có ch t l ng. Nh v y đánh giá ch t l ng b đèn ch căn c vào hi u su t là ch a đ mà ph i xét đ n s phân b ánh sáng n a. Đ có ch s đánh giá t ng h p, Uỷ ban kỹ thu t chi u sáng qu c t (CIE) đã chia b đèn thành nhi u c p khác nhau căn c vào tỷ l gi a quang thông chi u tr c ti p xu ng d i và quang thông chi u gián ti p lên phía trên. C p b đèn có ý nghĩa r t l n Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 55 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị trong chiêu sáng ngh thu t, trang trí, công trình ki n trúc, khách s n, nhà hát,… v n đ này c n tìm hi u thêm trong tài li u chuyên ngành. V i đèn chi u sáng đ ng ph do quang thông ch chi u tr c ti p xu ng d i nên c p c a b đèn không có ý nghĩa quan tr ng nên khi thi t k ta cũng ch quan tâm đ n hi u su t là đ . 6. H s s d ng c a b đèn: Xét m t di n tích S đ c chi u sáng b i m t b đèn có quang thông t ng phát ra là Φ, g i ΦS là quang thông do đèn chi u đ n mặt S (quang thông h u ích). Nh v y l ng quang thông Φ-ΦS không chi u đ n mặt S nên ph n quang thông này là quang thông vô ích. Trên c s này ng i ta đ a ra h s s d ng K c a b đèn và đ c đ nh nghĩa bằng t s gi a quang thông h u ích v i t ng quang thông do đèn phát ra K= ΦS/Φ. Quang thông t ng Φ β2 α β1 V a hè l2 α Quang thông h u ích ΦS h Lòng đ Quang thông t ng Φ β1 β2 h V a hè ng Lòng đ l2 l1 l ng l l1 a) b) Hình 4.9_ nh h Đ iv ih chi u sáng, do lo i đèn. Ví d khi đó h s s Quang thông h u ích ΦS ng c a s đ b trí đèn đ n h s s d ng th ng chi u sáng đ ng ph thì lòng đ ng chính là di n tích h u ích S c n đó tuỳ vào cách b trí đèn mà h s s d ng s khác nhau mặc dù cùng m t trên hình 4.9 hình chi u c a đèn có th d i lòng đ ng hoặc trên v a hè, d ng trong 2 tr ng h p này s khác nhau. Đèn 70% 60% k1 50% 40% 30% k2 20% 10% l2 h 3 2 Hình 4.10_Đ 1 0 1 2 3 4 ng cong h s s d ng k1 và k2 c a b đèn chi u sáng đ Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng l1 5 h ng 56 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Đ tính toán h s s d ng m t cách t ng quát ta xét các góc nh di n t o b i các mặt ph ng sau : + Mặt ph ng th ng đ ng đi qua tâm đèn và song song v i đ ng, ký hi u α + Hai mặt ph ng song song v i đ ng, đi qua tâm đèn và ch a các chùm tia sáng c t l đ ng, ký hi u β1 và β2. Góc nh di n (α, β1) g i là góc nh di n tr c và (α, β2) g i là góc nh di n sau. Nhìn vào hình v ta th y h s s d ng c a đèn ph thu c vào đ l n c a các góc nh di n này, t c ph thu c vào tỷ s l1/h và l2/h. Do v y nhà ch t o th ng cho tr c các đ ng cong k1 = f(l1/h) và k2 = f(l2/h) t ng ng g i là các h s s d ng tr c và h s s d ng sau (hình 4.10). Tuỳ vào cách b trí đèn mà h s s d ng t ng h p k s khác nhau. Ví d hình 4.11a (hình chi u đèn nằm d i lòng đ ng) ta có k = k1A + k2A nh ng hình 4.11b (hình chi u đèn nằm trên v a hè) ta có k = k1 A- k1B. Ngoài ra còn có r t nhi u hình th c b trí đèn khác nhau nh b trí 2 bên đ ng, b trí 2 đèn trên d i phân cách, b trí sole,… mà m i m t cách đ u có ph ng pháp xác đ nh h s s d ng riêng bi t (xem thêm ph n cu i t p bài gi ng này). K1A K1A K1 K1 k K2 K2 K2A V a hè K1B k=k1A - k1B k=k1A + k2A Lòng đ V a hè ng Lòng đ a) ng b) Hình 4.11_ Xác đ nh h s s d ng t ng h p Trong th c t thi t k n u nhà ch t o không cho các đ ng cong h s s d ng thì TCXDVN259 :2001 cho phép tính g n đúng v i gi thi t hai đ ng cong k1 và k2 đ i x ng nhau và giá tr c a chúng đ c tra theo b ng sau : l/h Bóng đèn Sodium áp su t th p Bóng đèn m Bóng đèn trong H s k1 và k2 0.5 1 1,5 0,15 0,20 0,25 0,25 0,25 0,40 0,30 0,40 0,45 Các giá tr không có trong b ng thì dùng ph ng pháp n i suy tuy n tính đ xác đ nh. 7. Góc b o v đ Góc b o v β c a b đèn là góc h p b i đ ng th ng nằm ngang đi qua tim bóng đèn và ng th ng n i tim đèn đ n mép mi ng m c a choá đèn. G i R là bán kính choá đèn, r là bán kính bóng đèn và h là chi u cao tính t mi ng m Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 57 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị c a choá đèn đ n tim bóng thì đèn ta có công th c tính góc b o v : tg β = h R+r Góc b o v β cùng v i chi u cao treo đèn là hai thông s có nh h ng t i hi n t ng chói loá, do đó trong quy đ nh c a nhà n c ng v i m i giá tr c a β có m t đ cao treo đèn nh t đ nh. Tim đèn β h r R Hình 4.12 Góc b o v c a b đèn 4.6. Phân lo i các b đèn chi u sáng công c ng: B đèn nói chung có nhi u ph ng pháp phân lo i tuỳ vào m c đích nghiên c u. V i b đèn trong nhà, cách phân lo i ph bi n là căn c vào ph ng pháp phân b quang thông c a ngu n sáng, t c là so sánh t l gi a quang thông chi u lên phía trên và quang thông chi u xu ng phía d i đ phân thành 5 lo i c b n : chi u tr c ti p (>90% quang thông xu ng d i); bán tr c ti p (60-90% quang thông xu ng d i); h n h p (40-60% quang thông xu ng d i); bán gián ti p (60-90% quang thông lên trên); gián ti p (> 90% quang thông lên trên). V i đèn chi u sáng công c ng do đ chói c a b đèn là m t trong nh ng tiêu chí đ đánh giá ch t l ng c a h th ng chi u sáng, do đó ng i ta căn c vào ph ng c a Imax trên đu ng cong tr c quang làm căn c đ phân lo i nh sau : + Bộ đèn chiếu sáng hẹp : là b đèn có các giá tr Imax nằm trong kho ng 0-650. S phân b ánh sáng c a b đèn này có kh năng h n ch chói loá r t t t nh ng nó l i làm gi m đ đ ng đ u.c a đ r i trên mặt đ ng nên ít đ c dùng. B đèn này còn có tên g i khác là bộ đèn kiểu chụp sâu. + Bộ đèn chiếu sáng bán rộng : là b đèn có các giá tr Imax nằm trong kho ng 0-750. S phân b ánh sáng c a b đèn này cũng có kh năng h n ch chói loá, đ m b o đ đ ng đ u.c a đ r i trên mặt đ ng nên nó đ c dùng ph bi n. Tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cũng quy đ nh đ i v i d ng giao thông thì ph i dùng lo i đèn này. B đèn này còn có tên g i khác là bộ đèn kiểu chụp vừa. + Bộ đèn chiếu sáng rộng : là b đèn có Imax nằm trong kho ng 0-trên 750. S phân b ánh sáng c a b đèn này gây ra chói loá cho ng i lái xe nh ng kh năng đ m b o đ đ ng đ u.c a đ r i trên mặt đ ng t t. Ph m vi s d ng là các đu ng đi b , đ ng dân c , đ ng có ít ph ng ti n qua l i,…. B đèn này còn có tên g i khác là bộ đèn kiểu chụp rộng. L u ý {Imax} là t p h p các vect c ng đ sáng c c đ i trên m i mặt ph ng kinh tuy n c a b đèn. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 58 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị CH NG 5 THI T K H TH NG CHI U SÁNG CÔNG C NG 5.1. S l c v l ch s các ph ng pháp, trình t thi t k : Thi t k h th ng chi u sáng công c ng th c ch t là m t chuyên ngành hẹp c a chi u sáng nhân t o ngoài nhà. Tr i qua th i gian, cùng v i s phát tri n c a khoa h c công ngh , các ph ng pháp và n i dung thi t k có nh ng bi n đ i nh t đ nh. Các thi t b chi u sáng ngày càng hi n đ i, ph ng pháp tính toán và thi t k ngày càng hoàn thi n và chính xác, yêu c u v ch t l ng chi u sáng ngày càng cao h n. Tr c đây khi m i phát minh ra đèn đi n thì h th ng chi u sáng ch nhằm m c đích là đẩy lùi bóng t i, chính vì v y ph ng pháp th t k lúc đó ch đ n gi n d a trên tiêu chí đ r i c a ngu n sáng xu ng mặt đ ng. Khoa h c - kỹ thu t ngày càng phát tri n, đ ng ph ngày càng ch t l ng, t c đ l u thông c a ph ng ti n càng l n, cu c s ng ngày càng h i h ,… t t c nh ng v n đ nêu trên đ u đặt ra thách th c đ i v i thi t k chi u sáng bằng ph ng pháp đ r i vì nó không còn đ m b o an toàn giao thông. Đây chính là ti n đ đ CIE đ a ra ph ng pháp t s R vào năm 1965. Ph ng pháp này có xét t i đ chói trung bình, h s ph n x c a mặt đu ng, đ t ng ph n c a ánh sáng trong tr ng quan sát,… là nh ng tác nhân nh h ng đ n ng i lái xe. Ph ng pháp t s R đã đ m b o cho ng i lái xe có tri giác nhìn t i u. Tuy nhiên khi khoa h c - kỹ thu t ngày càng phát tri n, nh t là công ngh thông tin đòi h i vi c thi t k chi u sáng ph i có đ chính xác cao. Nh s tr giúp c a máy tính ng i ta có th tính toán đ chói theo t ng đi m mặc dù kh i l ng tính toán r t l n. Trên c s này CIE l i ti p t c công b m t ph ng pháp m i là “ph ng pháp đ chói đi m” vào năm 1975. Nói chung v i h th ng chi u sáng đ ng thì ph ng pháp t s R cho phép ng i th t k có ph ng án b trí ban đ u h th ng chi u sáng và k t qu nh n đ c cũng khá chính xác. Do v y ph ng pháp t s R đ c dùng đ thi t k s b nhằm xác đ nh quang thông, công su t, s l ng và cách b trí đèn..., sau đó ph i dùng ph ng pháp đ chói đi m ki m tra gi i pháp thi t k đã thi t l p có đ t yêu c u không. Trong ch ng này ta ch nghiên c u ph ng pháp chi u sáng đ ng giao thông còn chi u sáng các công trình công c ng khác c n tham kh o các tiêu chuẩn do Nhà n c ban hành hoặc các tài li u chuyên đ . 5.2. Các tiêu chuẩn chi u sáng đ ng giao thông và yêu c u c b n : - TCXDVN 259 :2001 : Tiêu chuẩn thi t k chi u sáng nhân t o đ qu ng tr ng đô th - TCVN 4400 :1887 : Kỹ thu t chi u sáng - thu t ng và đ nh nghĩa. - TCVN 5828 :1994 : Đèn chi u sáng đ ng ph - Yêu c u kỹ thu t. ng, đ ng ph và 5.3. Các nguyên t c c b n: Nh đã trình bày trên, chi u sáng đ ng giao thông có m c tiêu chính là đ m b o an toàn giao thông, t c là đ m b o cho ng i lái xe ph i có tri giác nhìn nhanh nh t và chính xác nh t đ x lý k p th i các tình hu ng trên đ ng. Qua nghiên c u ng i ta rút ra k t lu n tri giác nhìn nhanh và chính xác ph thu c vào các y u t sau đây : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 59 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 1. Ph ng và v trí quan sát c a ng i lái xe: Con m t ng i lái xe th ng cao h n mặt đ ng 1,5m nên khi xe đang ch y tầm nhìn c a ng i lái xe nằm trong kho ng t 60-170m tr c m t ng i lái xe v i góc quan sát t 0,50-1,50 (hình 5.1). 0,50 1,50 1,5m 60m 170m Hình 5.1_Ph m vi quan sát c a ng i lái xe M i tính toán, đo đ c hay ki m tra các ch s quang h c đ u ph i th c hi n trong ph m vi t m nhìn c a ng i lái xe nh trên. 2. Đ chói mặt đ ng : Khi lái xe v i t c đ cao ng i lái xe c n quan sát rõ và chính xác mặt đ ng phía tr c đ x lý v i th i gian ch tính bằng giây. Đ i l ng quang h c tác đ ng tr c ti p lên m t ng i lái xe không ph i là đ r i mà là đ chói mặt đ ng theo ph ng quan sát t m xa kho ng 100m. Ng i lái xe quan sát đ c nh ng gì mà ánh sáng t mặt đ ng ph n chi u tr c ti p đ n m t. Đ chói có nh h ng đ n kh năng phân bi t ch ng ng i v t trên đ ng vì khi đ c chi u sáng, mặt đ ng tr thành ngu n sáng th c p, do đó đ chói c a nó ph i đ t yêu c u m i phân bi t ch ng ng i v t đ c chính xác đ ng i lái xe k p x lý. Nh v y ch c ch n đ chói mặt đ ng ph i là đ i l ng dùng đ đánh giá ch t l ng h th ng chi u sáng đ ng giao thông và đ c xem là tiêu chuẩn thứ nhất. Đ chói trung bình c a mặt đ ng ph thu c vào m t đ giao thông, t c đ ph ng ti n, lo i đô th ,… t c ph thu c vào c p đ ng do Nhà n c quy đ nh ( Vi t Nam do B Giao thông v n t i quy đ nh), ngoài ra còn ph thu c vào cách b trí đèn, đ cao treo đèn,… Trên c s c p đ ng giao thông, TCXDVN259 :2001 quy đ nh c p chi u sáng t ng ng v i c p đ ng nh b ng sau : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 60 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Lo i đ ng C pđ ph Đ Đ ng ph đô th Ch c năng c a đ ng ng cao t c Đ ng ph chính c p 1 ng Xe ch y t c đ cao, liên h gi a các khu đô th lo i 1, gi a các khu đô th và các đi m dân c trong h th ng chùm đô th (t c đ xe là 120km/h) Giao thông liên t c gi a các khu nhà , khu công nghi p và các khu trung tâm công c ng n i v i đu ng cao t c trong ph m vi đô th (t c đ xe 100 km/h). Đ ng ph chính c p 2 Giao thông có đi u khi n liên h trong ph m vi đô th gi a các khu nhà , khu công nghi p và trung tâm công c ng n i v i đ ng ph chính c p 1 (t c đ xe 80km/h). Đ ng c p khu v c Đ Đ ng n ib Đ Liên h trong g i h n c a nhà n i v i đu ng ph chính c p đô th (t c đ xe 80km/h). V n chuy n hàng hoá công nghi p và v t li u xây d ng ngoài khu dân d ng, gi a các khu công nghi p và kho tàng b n bãi (t c đ xe 80km/h). Liên h gi a các ti u khu, nhóm nhà v i đ ng khu v c, không có giao thông công c ng (t c đ xe 60km/h). ng khu v c Đ ng v n t i ng khu nhà C p chi u sáng A B Đ ng khu Chuyên ch hàng hoá công ngh p và v t li u xây d ng trong công nghi p gi i h n khu công nghi p, kho tàng n i ra đu ng v n t i và và kho hàng các đ ng khác (t c d 60km/h) C Qu ng tru ng chính thành ph , qu ng tru ng giao thông, qu ng tr ng tr c c u, qu ng tr ng tru c ga, qu ng tr ng đ u m i các công trình giao thông A Qu ng tr ng Qu ng tr ng tr c các công trình công c ng và tr khu t p trung công c ng c các B Sau khi phân c p chi u sáng đ i v i t ng c p đ ng b , TCXDVN259 :2001 quy đ nh đ chói trung bình và đ r i trung bình trên mặt đ ng không đ c nh h n giá tr quy đ nh nh b ng sau : C p chi u sáng A B C L ul ng xe l n nh t trong th i gian có chi u sáng (xe/gi ) T 3000 tr lên T 1000 đ n d i 3000 T 500 đ n d i 1000 D i 500 T 2000 tr lên T 1000 đ n d i 2000 T 500 đ n d i 1000 T 200 đ n d i 500 D i 200 Trên 500 D i 500 3. Đ đ ng đ u c a đ chói mặt đ Đ chói trung bình trên mặt đu ng ( cd/m2) 1.6 1.2 1.0 0.8 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.6 0.4 Đ rọi trung bình trên mặt đ ng ( lux) Không quy đ nh Không quy đ nh 12 8 ng: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 61 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Mặt đ ng, mặt sàn đ c chi u sáng nói chung không ph i là m t mặt ph n x khu ch tán đ u mà là ph n x khu ch tán h n h p nghĩa là đ chói quan sát theo các h ng khác nhau không bằng nhau. Nh v y khi thi t k chi u sáng đ ng ph ph i xem xét đ đ ng đ u c a đ chói t i nhi u đi m trên mặt đ ng theo c ph ng d c và ph ng ngang trong t m nhìn c a ng i lái xe. Tr đèn v Hình 5.2_ Đ chói th c t c a mặt đ ng v/2 3÷5m Hình 5.3_Ô l Làn đ ng s 1 Làn đ ng s 2 Đi m tính toán thu c ô l i i tính toán Đ gi m b t kh i l ng tính toán, ng i ta không xem xét h t m i đi m trên mặt đ ng mà ch xem xét các đi m thu c ô lưới tính toán đ c quy đ nh nh sau: theo ph ng d c đ ng, gi a 2 c t đèn li n k kho ng cách ô l i (3-5)m, còn theo ph ng ngang th ng ch n t i thi u 2 đi m trên làn xe ch y đ m b o kho ng cách 2 đi m theo ph ng ngang bằng 1/2 b r ng làn đ ng. Đ đ ng đ u c a đ chói đ c đánh giá qua 2 ch tiêu : + Đ đ ng đ u chung U 0 = Lmin ≥ 40% Ltb V i Lmin, Ltb l n l t là đ chói c c ti u, đ chói trung bình trong ô l giá tr trung bình c ng đ chói c a t t c các đi m thu c ô l i tính toán. i tính toán. Ltb l y ⎧⎪ Lmin(i ) ⎫⎪ ⎬ ≥ 70% L ⎩⎪ max (i ) ⎭⎪ + Đ đ ng đ u d c U l = Min ⎨ Lmin(i), Lmax(i) l n l t là đ chói c c ti u, đ chói c c đ i trên tr c d c th i c a ô l i tính toán. Các giá tr đ đ ng đ u nói trên theo quy đ nh c a TCXDVN 259-2001 đ đ m b o tri giác nhìn chính xác. N u các giá tr trên không đ m b o thì ng i lái xe s c m nh n đ c nhà c a 2 bên đ ng th p thoáng do các d i ánh sáng d c đ ng có hi u ng b c thang, đi u đó làm cho ng i lái xe b m i m t. Vì lý do này mà đ đ ng đ u c a đ chói đ c xem là tiêu chuẩn thứ hai đ đánh giá ch t l ng c a m t h th ng chi u sáng đ ng giao thông. 4. Ch s chói lóa G c a b đèn: Đ i v i ng i lái xe, chói loá gây ra s m t m i, có th làm m t c tri giác nhìn. Trong ch ng tr c chúng ta đã nghiên c u v ch s chói loá G. Đ i v i đ ng giao thông, G không ph thu c vào quá trình chuy n đ ng c a xe mà ch ph thu c vào b đèn Theo TCXDVN259 :2001 thì đ ng giao thông ph i dùng b đèn có G≥ 4 còn theo tiêu chuẩn CIE thì G ≥ 5. N u hai bên đ ng có ánh sáng ph (ví d ánh sáng qu ng cáo, ánh sáng Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 62 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị nhà dân,…) thì nó có tác d ng làm gi m nh h ng c a s chói loá c a đèn đ ng t i ng i lái xe. Khi thi t k h th ng chi u sáng đ ng c n l u ý đặc đi m này đ có th gi m giá tr c a G. Ch s chói loá G đ c xem là tiêu chuẩn thứ ba đ đánh giá ch t l ng c a h th ng chi u sáng đ ng giao thông. 5. Hi u qu d n h ng t i các v trí đặc bi t Các v trí đặc bi t nh đ ng cong, tr m thu phí, ch giao nhau, ch r ,… đ u ph i thi t k có tính ch t d n h ng cho ng i lái xe chuẩn b tr c. T i đi m k t thúc tuy n đ ng ph i t o nên vùng đ m có đ chói gi m d n bằng cách gi m công su t đèn hay t t b t 1 pha các đ ng b trí đèn hai bên. 5.4. Ph ng pháp t s R trong thi t k chi u sáng : Ph ng pháp t s R v b n ch t cũng tính toán d a trên đ r i nh ng có xét t i đ chói c a mặt đ ng thông qua t s R : R= Đ r i trung bình Etb (lux) Đ chói trung bình Ltb(cd/m2) N u tuân th các ph ng pháp b trí nh trình bày ph n d ta nh n th y R là hằng s đ i v i m i lo i đ ng nh b ng sau : R= Lo i choá đèn Bê tông i, bằng th c nghi m ng i Etb Ltb L p ph mặt đ ng nh a S ch Bẩn Sáng Trung bình T i Hè đ ng Choá ki u ch p sâu 11 14 14 19 25 18 Choá ki u bán r ng 8 10 10 14 18 13 Nh v y v i m i lo i đ ng ta bi t ch s R đặc tr ng c a nó, đ ng th i căn c vào tiêu chuẩn đ chói trung bình quy đ nh trong tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cho m i c p đ ng ta suy ra đ c đ r i trung bình Etb và quá trình tính toán thi t k chi u sáng đ u xu t phát t Etb này, do đó ta có th nói b n ch t c a nó là ph ng pháp đ r i. Ph ng pháp t s R đ c coi là ph ng pháp thi t k s b , sau khi hoàn thành ph i ki m tra gi i pháp thi t k này bằng ph ng pháp đ chói đi m. Tuy nhiên n u không yêu c u đ chính xác cao thì ph ng pháp t s R coi nh là gi i pháp thi t k hoàn ch nh. u đi m c a ph ng pháp này là cho phép tính toán m t cách t ng đ i chính xác mà không c n ph i có s li u c a đèn và b đèn chi u sáng. Ch sau khi tính ra quang thông ta m i tra catologue đ ch n đèn và b đèn. 1. Các thông s hình học b trí đèn : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 63 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Các thông s hình h c liên quan đ n vi c phân b ánh sáng, khi b trí đèn ph i tuân th các quy t c trong TCXDVN259 :2001 m i đ m b o giá tr R là hằng s v i t ng lo i đ ng c th . h : Chi u cao treo đèn l : Chi u r ng lòng đ ng e : Kho ng cách gi a 2 c t đèn liên ti p s : Đ v n c n đèn (kho ng cách hình chi u đèn đ n chân c t) th c t th ng dùng s = 1,2 ; 1,5 ; 2,4 ; 3m a : Kho ng cách hình chi u c a đèn đ n mép đ ng α : Góc nghiêng c a c n đèn α h s e a l Hình 5.4_Các thông s b trí đèn - Góc nghiêng α của cần đèn : kho ng 50-150 là t t nh t. Khi thi t k không nên m r ng α l n h n 150 vì làm tăng kho ng cách t i đi m c n chi u sáng nên đ r i gi m và làm tăng s chói loá cho ng i lái xe. L u ý là góc chi u c a b đèn không hoàn toàn đ ng nghĩa v i góc nghiêng c n đèn vì c u t o v trí l p bóng đèn trong b đèn cho phép đi u ch nh đ c góc chi u, tuy nhiên ph m vi đi u ch nh khá hẹp. - Khoảng cách cột và chiều cao treo đèn: Đ đ m b o đ đ ng đ u d c tr c U1 khi s d ng các lo i choá đèn khác nhau thì kho ng cách c t (e) và chi u cao treo đèn (h) ph i đ m b o đi u ki n sau : Lo i choá đèn Choá ki u r ng (0- trên 750) Choá ki u bán r ng (00-750) Choá ki u hẹp (0-650) Ph ng pháp b trí đèn - M t bên, hai bên đ i x ng, trên d i phân cách - Hai bên so le - M t bên, hai bên đ i x ng, trên d i phân cách - Hai bên so le - M t bên, hai bên đ i x ng, trên d i phân cách - Hai bên so le Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ⎧e ⎫ Max ⎨ ⎬ ⎩h⎭ 4,0 3,7 3,5 3,2 3,0 2,7 Ghi chú H n ch dùng 64 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Qua quá trình thi t k , ng d ng th c t cũng nh nghiên c u th c nghi m ng i ta đã đ a ra đ c đ cao treo đèn thông th ng đ i v i các lo i đ ng nh sau (b ng này ch đ tham kh o, không b t bu c áp d ng) : Đ cao treo đèn thông th ng 5 – 6,5 (m) 8 -10 (m) 10-12 (m) 12 – 15 (m) Ph m vi ng d ng Khu dân c , các đ ng ph Các đ ng đông dân Các đ ng đông dân Đ ng cao t c, đ ng có d i phân cách gi a B r ng lòng đ ng 3-5m 5,5m-7,5m 10,5m 15m Ngoài ra đ i v i đ ng có c p chi u sáng C và D thì TCXDVN259 :2001 còn quy đ nh đ cao treo đèn t i thi u b t bu c ph i áp d ng nh sau : TT Tính ch t đèn 1 Đèn n m tán x ánh sáng 2 3 Đèn phân b ánh sáng bán r ng Đèn phân b ánh sáng r ng Tổng quang thông l n nh t c a các bóng đèn đ c treo lên 1 c t (lm) Bóng đèn nung sáng Bóng đèn phóng đi n T 6000 trôû leân 3.0 3.0 D i 6000 4.0 4.0 D i 5000 6.5 7.0 T 5000 đ n 10000 7.0 7.5 Trên 10000 đ n 20000 7.5 8.0 Trên 20000 đ n 30000 9.0 Trên 30000 đ n 40000 10.0 Trên 40000 11.5 D i 5000 7.0 7.5 T 5000 đ n 10000 8.0 8.5 9.0 9.5 Trên 10000 đ n 20000 Trên 20000 đ n 30000 10.5 Trên 30000 đ n 40000 11.5 Trên 40000 13.5 Căn c vào các yêu c u trên ng 2. Các ph Đ cao treo đèn th p nh t (m) i ta đ xu t các ph ng án b trí đèn nh sau : ng án b trí đèn a) Lắp một bên : Ph hoặc đ ng án này s d ng khi b r ng lòng đ ng hẹp (l ≤ 7,5m) hoặc m t phía có hàng cây ng u n cong đ d n h ng. H s đ ng đ u c a đ r i đ m b o khi l ≤ h. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 65 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Hình 5.5_B trí đèn m t bên đ ng b) Lắp hai bên so le Áp d ng khi đ ng ph có nhi u cây xanh. Nh c đi m : tính d n h ng th p, đ đ ng đ u d c tr c c a đ r i không cao, chi phí xây d ng l n. H s đ ng đ u c a đ r i đ m b o khi 1,5h ≥ l ≥ h hay l ≥ h ≥2/3l Hình 5.6_B trí đèn hai bên đ ki u so le ng c. Lắp hai bên đ i diện Áp d ng khi lòng đ ng r t r ng hoặc khi c n ph i đặt đèn lên r t cao. Đ đ ng đ u c a đ r i đ m b o khi l > 1,5h. u đi m là d n h ng t t, thu n l i cho trang trí chi u sáng, k t h p chi u sáng v a hè. Nh c đi m : chi phí l p đặt cao. Hình 5.7_B trí đèn hai bên đ ki u đ i di n ng Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 66 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị d) Lắp đặt trên dải phân cách trung tâm Áp d ng khi tr c đ ng nhi u cây, chi u r ng d i phân cách ≥1,5 m và nh h n ≤ 6m. u đi m : d n h ng t t, h s s d ng cao, chi phí xây d ng th p. Nh c đi m phân b ánh sáng không đ u, h n ch chi u sáng v a hè. Đi u ki n đ m b o đ r i đ ng đ u là l ≤ h, trong đó l là b r ng d i phân cách M t s qu c gia (Pháp, các n c B c Âu) ng i ta l i s d ng ki u đèn l p trên dây treo. Trên d i phân cách ng i ta l p nh ng c t đ đ c b trí r t xa nhau, l p dây cáp trên các c t đ này đ treo đèn d c d i phân cách. Hình 5.8_B trí đèn trên d i phân cách trung tâm 3. Chọn công su t và lo i b đèn : Trong ph n tr c đã đ c p, v i các đ ng có ho t đ ng v n chuy n ch y u ch n b đèn phân b ánh sáng bán r ng, còn các đ ng đi b thì có th ch n b đèn phân b ánh sáng r ng Nh đã nói các ch ng tr c, b c đ u tiên khi thi t k h th ng chi u sáng là ch n nhi t đ màu c a ngu n sáng theo bi u đ kruitchof, sau đó m i tính toán quang thông đ ch n b đèn phù h p. Xét di n tích mặt đ ng hai bên 1 đèn chi u sáng theo chi u d c tr c đ ng, m i bên có đ dài là e/2. Gi thi t b đèn chi u sáng đ ng giao thông ch phát quang thông c a nó đ n di n tích này. Nh v y quang thông ban đ u khi l p đặt do 1 đèn phát ra là : Φ= Etb .l.e R.Ltb .l.e = V .k V .k Trong đó : l là chi u r ng lòng đ ng e là kho ng cách 2 đèn li n k k là h s s d ng, tra theo đ ng cong c a nhà ch t o cho hoặc tinh g n đúng theo tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001. V là h s suy gi m quang thông c a b đèn sau 1 năm s d ng Trên c s quang thông tính toán ta ch n công su t đèn có quang thông g n nh t theo catolgue c a các nhà ch t o. Ti p theo ki m tra ch s chói loá, n u đ m b o yêu c u thì gi i pháp b trí đèn là h p lý, ng c l i ta ph i b trí l i đèn. Ti p t c ki m tra đ chói theo ph ng pháp đ chói đi m (trình bày ph n sau).. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 67 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 5.5. Ph ng pháp đ chói điểm trong thi t k chi u sáng : γ d I h α P β Hình 5.9_ Xác đ nh đ chói 1 đi m trên mặt đ ng do 1 đèn gây ra Ph ng pháp t s R m i tính đ n đ r i trung bình trên mặt đ ng, ch a xét đ n đ chói t ng đi m trong t m nhìn c a ng i lái xe. Đ chói này ph i tho mãn tiêu chuẩn v đ đ ng đ u chung và đ đ ng đ u d c tr c đ ng. Do v y ph ng pháp t s R ch y u đ dùng thi t k s b nhằm b trí đèn ban đ u. Đ kh c ph c nh c đi m, đ ng th i ki m tra gi i pháp thi t k th c hi n theo ph ng pháp t s R ng i ta ph i s d ng đ n ph ng pháp đ chói đi m và ph i có s tr giúp c a máy tính vì kh i l ng tính toán l n. 1. Đ chói c a m t điểm trên mặt đ ng : L p ph mặt đ ng nói chung không có tính ch t ph n x khuy ch tán đ u (tuân theo đ nh lu t Lambert) mà có tính ch t ph n x h n h p, t c là đ chói nhìn theo các h ng khác nhau thì khác nhau. Xét đi m P trên mặt đ ng trong t m quan sát c a ng i lái xe đ c chi u sáng b i 1 đèn nh trên hình 5.9. H s ph n x t i đi m này ph thu c các y u t sau đây : - Góc nhìn c a ng i lái xe α. - Góc l ch khi quan sát β. - Góc tia sáng t i đi m P là γ (t c là góc kinh tuy n c a b đèn). ρ Công th c đ nh lu t Lambert cho ph n x khuy ch tán đ u là L = E nh ng mặt đ ng π không tuân theo đ nh lu t này nên m i quan h gi a đ chói L và đ i r i E ph i là L=qE, trong đó q = q(α,β,γ). T m nhìn c a ng i lái xe 60-170m t ng ng v i góc quan sát α=1,40-0,50, do đó có th coi t m quan sát trung bình α ≈10=const, nh v y q = q(β,γ). Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 68 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Theo đ nh lu t tỉ lệ nghịch bình phương ta có đ r i t i đi m P là E= I I I cosγ = cosγ = 2 cos3γ 2 2 d h ⎛ h ⎞ ⎜ cosγ ⎟ ⎝ ⎠ Do đó đ chói t i đi m P do 1 đèn gây ra là : L = q ( β , γ ) .E = q ( β , γ ) I I cos3γ = R ( β , γ ) 2 2 h h H s R ( β , γ ) = q ( β , γ ) cos3γ g i là h s đ chói quy đ i đ c xác đ nh bằng th c nghi m. Giá tr này ph thu c vào tính ch t c a các l p ph mặt đ ng và đ c l p thành b ng (xem ph n ph l c) đ s d ng. Sau đây ta xem xét tính ch t quang h c c a các l p ph mặt đ ng khác nhau. 2. Phân lo i các l p ph mặt đ ng : Tính ch t ph n x ánh sáng c a mặt đ ng ph thu c vào r t nhi u y u t nh : - Ch t k t dính (nh a đ ng, bêtông, bêtông atphal,…) - C p ph i mặt đ ng (tỷ l v t li u c u thành) - Kích th c h t và màu c a các lo i v t li u - Công ngh thi công l p ph (th công, tr i th m, …) - S mài mòn c a xe c đi trên đ ng, b i ph mặt đ ng. - Các đi u ki n khí h u (nhi t đ , đ ẩm không khí trên mặt đ ng, …) T nh ng li t kê trên ta th y n u xét v mặt quang h c, mặt đ ng ph thu c vào r t nhi u y u t có tính dao đ ng l n, đi u đó nói lên m c đ ph c t p khi c n tính toán chính xác đ chói mặt đ ng. Do đó CIE th ng nh t đ a ra 4 lo i l p ph mặt đ ng tiêu chuẩn ký hi u R1÷R4 d a trên hai ch tiêu là đ nhìn rõ Q0 và các h s s d ng S1, S2. D i đây trình bày v các h s này đ tham kh o còn giá tr c a R1÷R4 đã đ c l p thành b ng nên khi thi t k ta ch vi c tra b ng đ s d ng. a) Hệ s nhìn rõ Q0 : Q0 là giá tr trung bình c a h s đ chói : Q0 = đ ∫ q.d Ω ∫ dΩ L y tích phân bán c u trên v i m i đi m tính toán trên toàn b ô l Q0 đặc tr ng cho kh năng ph n x trung bình c a mặt đ ng t i) đ n 0,11 (mặt đ ng sáng). i. ng, có giá tr t 0,05 (mặt b) Các hệ s sử dụng S1, S2 : R ( 0, 2 ) . Nh v y S1 càng l n thì mặt đ R ( 0, 0 ) S1 là tỷ s gi a h s đ chói R t i đi m cách hình chi u c a đèn bằng 2 l n chi u cao và t i đi m hình chi u c a đèn : S1 = Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ng càng sáng. 69 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị S2 = Q0 ch là h s trung gian đ xác đ nh giá tr S1. R ( 0, 0 ) R(0,0) ng v i đi m P là hình chi u c a đèn. R(0,2) ng v i đi m P nằm trên đ ng vuông góc v i tr c đ ng, đi qua tr đèn và cách hình chi u đèn 2 l n chi u cao. Trong c 2 tr ng h p trên. h ng quan sát nằm trên ph ng đ v n c n đèn. c) Các lớp phủ mặt đường: đ Căn c trên các ch tiêu Q0. S1, S2, bằng th c nghi m CIE phân c p các l p ph mặt ng nh sau : C p R1 R2 R3 R4 S1 < 0,45 0,45 – 0,85 0,85 – 1,35 > 1,35 S1 điển hình 0,25 0,58 1,11 1,55 Q0 điển hình 0,10 0,07 0,07 0,08 Mô t c u t o các l p ph mặt đ ng : - R1 : + Đ ng có bitum <15% v t li u nhân t o màu sáng hoặc 30% đá r t sáng. + Các viên s i đa s màu tr ng hoặc 100% đá mà r t sáng + Đ ng bêtông ximăng - R2 : + Đ ng có bitum t 10-15% mà tr ng nhân t o, nhi u h t kích th c <10mm. + Nh a đ ng đang tr ng thái còn m i sau khi thi công. - R3 : Bitum ngu i có h t <10mm v i k t c u ch c - R4 : Đ ng nh a sau nhi u tháng s d ng 3. Tính toán đ chói và đ rọi điểm - M ng l i tính toán : là m t l i hình ch nh t nằm gi a hai c t li n k d c theo tr c đ ng, c nh đ u tiên c a hình ch nh t nằm ngang hàng v i c t đèn th nh t (hình 5.10). N u b trí hai bên so le thì hai c t li n k có tính c các c t hai bên. M t l i đ c xác đ nh nh sau : theo ph ng tr c đ ng, b t đ u t c t g n v i v trí quan sát nh t (trên hình 5.10 là c t đèn s 3) l y b r ng ô l i kho ng 3-5m, theo ph ng ngang đ ng l y b r ng ô l i bằng 1/3 b r ng c a m i làn đ ng. Trong TCXDVN259 :2001 có h ng d n cách chia m ng l i theo chi u d c nh sau : + Khi e ≤ 18m thì l y 3 đi m v i kho ng cách l i ≤ e/3. + Khi 18 < e ≤ 36m thì l y 6 đi m v i kho ng cách l i ≤ e/6. + Khi 36 < e ≤ 54m thì l y 6 đi m v i kho ng cách l i ≤ e/9. Quy đ nh này xác đ nh đ r ng t i đa c a ô l i, do đó mu n chính xác h n ta c n chia ô l i càng nh càng t t. M i m ng l i tính toán có th có 1 c t đèn nằm trong m ng l i n u phép chia e cho b r ng ô l i không ph i là s nguyên (ví d 31m/5m = 6 đi m còn d 1) Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 70 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị hoặc 2 c t đèn n u chia e cho b r ng ô l i là s nguyên (ví d 35m/5m = 7 đi m) - V trí quan sát : theo ph ng tr c đ ng v trí quan sát cách c t đèn đ u tiên 60m (trong t m nhìn c a lái xe), theo ph ng ngang đ ng v trí quan sát cách mép đ ng 1/4 b r ng toàn b lòng đ ng (có th nằm phía bên trái hoặc bên ph i đ ng). T i v trí quan sát ng i lái xe nhìn toàn b các đi m trong m ng l i. Đ r i t i đi m P do đèn 3 gây ra xác đ nh theo công th c E3 = I3 cos3γ . 2 h Đ chói t i đi m P do đèn 3 gây ra xác đ nh theo công th c L3 = R ( β , γ ) I 3 (ϕ , γ ) h2 Trong đó R đ c tra theo b ng tuỳ vào lo i đ ng, h là đ cao treo đèn đã bi t. Riêng giá tr I3 do nhà ch t o cung c p d i d ng b ng tra hoặc tính t đ ng cong tr c quang. Giá tr c a I3 là hàm s hai bi n s I3(ϕ, γ), trong đó γ là góc kinh tuy n còn ϕ là góc vĩ tuy n (đã nghiên c u trong ch ng tr c). Đèn 1 Đèn 2 Đèn 3 h γ Làn s 1 Làn s 2 e 4 9 3 2 ϕ 1 a 7 8 5 10 P β 14 13 19 6 11 l 12 18 23 17 16 22 15 21 20 26 25 31 Làn s 3 24 30 29 35 28 34 27 33 32 36 60m l/4 V trí quan sát Hình 5.10_Ô l i tính toán đ chói và v trí quan sát Đ r i (hoặc đ chói) tính toán t i b t kỳ đi m nào thu c m t l i bằng t ng đ r i (hoặc đ chói) do t t c các đèn nằm trong m ng l i r i đ n c ng v i t ng đ r i (hoặc đ chói) c a t t c các đèn tr c và sau m ng l i có nh h ng đ n đi m này (l u ý n u b trí đèn hai bên đ ng thì ph i xét c hai hàng đèn). Đ xem xét đèn nào nằm bên ngoài m ng l i nh h ng đ n đi m đang tính toán ta ph i xác đ nh đ r i (hoặc đ chói) do đèn đó chi u đ n, n u giá tr này r t bé không nh h ng đ n k t qu tính toán thì ta không xét nh h ng c a nó. Ví d trên hình 5.10 ta xét đi m 8 có đèn 3 nằm trong m ng l i, gi thi t các đèn 1, 2, 4 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 71 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị có nh h ng đ n đi m 8, ngoài ra các đèn còn l i không nh h ng. Nh v y ta có đ chói t ng là L8 = L8(đèn1) + L8(đèn2) + L8(đèn3) + L8(đèn4) và đ r i t ng là E8 = E8(đèn1) + E8(đèn2) + E8(đèn3) + E8(đèn4). Qua ví d trên ta th y kh i l ng tính toán đ chói và đ r i t i t t c các đi m c a ô l i là khá l n, n u tính bằng tay m t r t nhi u th i gian và công s c nh ng nh s tr giúp c a máy tính nên tr ng i này không c n quan tâm. 5.6. Thi t k chi u sáng t i các điểm đặc bi t trên đ ng giao thông: Các đi m đặc bi t không có lý thuy t chung đ áp d ng khi b trí chi u sáng. Vi c b trí đèn ph thu c vào đi u ki n đ a hình th c t và mỹ quan chung khu v c. Nhi u khi đây là nh ng công trình đòi h i mỹ quan cao, hoặc là n i xung đ t c a nhi u công trình h t ng (nút giao) nên không th b trí tuỳ ti n. Nhi u khi gi i pháp chi u sáng h p lý nh ng v trí đặt đèn l i ch ng l n v i công trình khác thì cũng không th áp d ng. Các tiêu chuẩn n c ngoài quy đ nh chi ti t h n tiêu chuẩn Vi t Nam đ i v i chi u sáng cho các đi m đặc bi t. Trong ph n này ch nêu nh ng nguyên t c b trí đèn d i góc đ chi u sáng, không xét đ n các y u t khác (công trình ng m, giao v i công trình khác,…). 1. Chi u sáng t i điểm giao nhau đ ng m c: Di n tích nút giao c n chi u sáng Đ ng chính L i đi b Đ Di n tích nút giao c n chi u sáng ng chính Đi m cu i c a làn đu ng L i đi b Đ ng ph Hình 5.11_Ph m vi thi t k chi u sáng đi m giao đ ng m c Đi m giao đ ng m c là n i xung đ t giao thông, là n i gặp nhau c a nhi u lu ng giao thông đ v . Đặc bi t t i nút giao n u b trí l i đi b băng ngang đ ng thì giao thông t i nút càng ph c t p. Khi thi t k chi u sáng đi m giao v n ph i căn c vào đ r i yêu c u và tính toán theo ph ng pháp đ chói đi m. Tuy nhiên khi tính toán đ r i và đ chói ph i k đ n t t c các đèn b trí xung quanh nút giao. Chi u sáng đi m giao có vai trò r t quan tr ng, yêu c u ph i có gi i pháp thích h p. Ngoài đ r i và đ chói mặt đ ng, gi i pháp thi t k ph i t o đ c bóng (c a ng i và ph ng ti n giao thông c t ngang) đ v phía xe ô tô đang đi đ n đi m giao nhằm giúp ng i lái xe quan sát rõ. Tuy nhiên kh năng nhìn rõ còn ph thu c vào màu qu n áo c a ng i đi Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 72 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị đ ng và màu c a ph ng ti n giao thông. Đ tăng kh năng nhìn th y v t chuy n đ ng c t ngang qua đi m giao, b đèn chi u sáng đi m giao nên đặt phía bên ph i c a m i làn đ ng và góc xa nh t theo h ng l u thông c a làn đ ng đó. Khi đó bóng c a v t chuy n đ ng c t ngang đ c ng i lái xe quan sát rõ nh t. Trên c s nh n xét này ng i ta đ xu t các ph ng án b trí đèn nh hình 5.12 và 5.13, trong đó đèn tô màu đ m là đèn chi u sáng nút giao, đèn không tô đ m là đèn chi u sáng theo tuy n. Đu ng ph Đ Đ Đ ng chính Bằng bán kính vòng cung (kho ng 9-15m) ng ph ng chính b) Di n tích nút giao bé a) Di n tích nút giao l n Hình 5.12_Các gi i pháp b trí đèn t i nút giao ngã ba Đ Đ ng ph Đ ng chính Đ ng chính ng chính b) Hai đ ng chính giao nhau, m i đ ng có 4 làn đ ng a) Đ ng chính và đ ng ph đ u có 2 làn đu ng Hình 5.13_Các gi i pháp b trí đèn t i nút giao ngã t Giá tr thông th ng v đ rọi và đ đ ng đ u chung t i nút giao Phân lo i Đ rọi trung bình t i b mặt đ ng theo m t đ ng i và ph ng ti n c t ngang đu ng Đ Đ ng chính ng chính Cao 34,0 3,4 Trung bình 26,0 2,6 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Th p 18,0 1,8 Đ đ ng đ u chung c a đ rọi (Etb/Emin) 3,0 73 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Đ ng chính Đ ng khu v c Đ ng chính Đ ng đ a ph ng Đ ng khu v c Đ ng khu v c Đ ng khu v c Đ ng đ a ph ng Đ ng đ a ph ng Đ ng đ a ph ng 29,0 2,9 26,0 2,6 24,0 2,4 21,0 2,1 18,0 1,8 2. Chi u sáng nút giao v i đ 22,0 2,2 20,0 2,0 18 1,8 16,0 1,6 14,0 1,4 15,0 1,5 13,0 1,3 12,0 1,2 10,0 1,0 8,0 0,8 Yêu c u đ rọi Etb (lux) Nút giao v i đ ng s t 4,0 4,0 4,0 6,0 ng s t : V trí l p đèn ph i tuân th quy đ nh v hành lang an toàn đ đèn cách thanh ray g n nh t kho ng 30m. Khu v c chi u sáng 3,0 ng s t. Thông th Yêu c u đ chói Etb/Emin Emax/Etb Ltb (cd/m2) Ltb/ Lmin 4,0 0,3 0,6 3,5 9,0 ng v trí l p đặt ≥ 30m Hành lang đ Lmax/Lmin 6,0 Lmax/Ltb 0,3 ng s t ≥ 30m Đèn chi u sáng C t tín hi u đ ng s t Hình 5.14_Chi u sáng nút giao đ 3. Chi u sáng đ ng s t ng cong Th c t ch ng minh : nh ng đo n đ ng cong n u b trí tr đèn phía v a hè có bán kính cong l n h n thì kh năng nhìn th y và d n h ng t t h n cho ng i lái xe. Ngoài ra t i ch cong cũng c n ph i b trí các đèn v i m t đ dày h n so v i đ ng th ng đ tăng hi u qu d n h ng. TCXDVN 259 :2001 quy đ nh n u đ ng cong có bán kính >1000m thì coi đó nh đ ng th ng. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 74 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Hi u qu d n h Hình 5.15_B trí đèn trên đo n đ ng trên đo n đ ng cong ng cong 4. Chi u sáng bùng binh Khi thi t k chi u sáng bùng binh v n ph i căn c vào đ r i yêu c u và tính toán theo ph ng pháp đ chói đi m. Tuy nhiên khi tính toán đ r i và đ chói ph i k đ n t t c các đèn b trí xoay quanh bùng binh. Bùng binh v i c t đèn cao trung tâm Bùng binh v i các đèn đặt xung quanh Hình 5.16_ Các ph ng án b trí chi u sáng bùng binh Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 75 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 5. Chi u sáng đ ng h m Chi u sáng đ ng h m có đặc đi m r t đặc bi t là ph i chi u sáng liên t c c ngày l n đêm. Tr c khi vào h m ng i lái xe đã thích nghi v i ánh sáng t nhiên nên khi vào h m v i ánh sáng nhân t o ch c ch n nhi u chi ti t trong đ ng h m ng i lái xe không nhìn th y đ c, hoặc có th y thì đ nhìn rõ cũng r t kém. V i đ ng h m dài thì khi l u thông trong h m m t ng i lái xe l i làm quen v i ánh sáng nhân t o nên khi ra kh i h m cũng c n t o vùng đ m đ tránh s thay đ i môi tr ng đ t ng t. CIE quy đ nh chi ti t v thi t k chi u sáng đ ng h m và chia chi u dài c a h m thành 5 đo n có yêu c u chi u sáng v i đ chói khác nhau: L Lvào Lng Vùng đ m vào 0 Vùng ng ng Lthoát ng Lquá đ Lgi Vùng quá đ Vùng gi a a Vùng thoát Hình 5.17_Bi u đ đ chói yêu c u trên 5 đo n đ ng h m a) Vùng đệm khi vào hầm : Ng i lái xe quan sát đ c hình d ng c a h m. T i vùng đ m không gian b thay đ i đ t ng t, t m nhìn b h n ch (đặc bi t khi h m cong). Chi u dài vùng đ m vào h m không ph i là m t đ i l ng c đ nh mà ph thu c vào t c đ xe đ m b o đ th i gian đ ng i lái xe ph n ng khi xu t hi n m i nguy hi m b t ng và d ng xe k p th i. B u tr i Hình nón có góc đ nh 200 Vùng ph c n Mặt đ ng Hình 5.18_Xác đ nh đ chói vùng đ m vào h m Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 76 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Đ chói vùng đ m Lvào là đ chói trung bình tâm c a h m khi ng i lái xe quan sát d i góc nhìn 200. Giá tr đ chói Lvào ph i g m các thành ph n đ chói do mặt đ ng trung tâm c a h m, đ chói b u tr i, đ chói vùng ph c n nh hình d i (chi ti t tính toán xem tiêu chu n CIE88). Vào ban đêm do ánh sáng t nhiên bên ngoài c a h m không còn nên c n ph i gi m m c đ chi u sáng đ u vùng đ m phù h p v i chi u sáng bên ngoài h m. b) Vùng ngưỡng Sau khi qua vùng đ m, đ n vùng ng ng thì đ r i gi m nhanh, có khi đ n 40% so v i đ r i ngoài h m do vùng này hoàn toàn nằm trong khu v c không còn ánh sáng t nhiên chi u đ n (hoàn toàn là bóng đêm). Hình 5.19_ Đ ng h m vùng ng ng c) Vùng quá độ : M c đ chi u sáng vùng này đ c thi t k gi m d n sao cho cu i vùng quá đ m c chi u sáng bằng v i vùng gi a c a h m. Chi u dài vùng này ph thu c vào v n t c xe. Hình 5.20_ Đ ng h m vùng quá đ d) Vùng giữa Đây là ph n dài nh t c a h m v i m c chi u sáng đ thông và t c đ ph ng ti n theo b ng sau : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng c thi t k phù h p v i m t đ giao 77 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Kho ng cách an toàn để d ng xe (m) 60 100 160 < 100 xe/gi 1 2 5 M t đ giao thông 100 < xe/gi < 1000 2 4 10 > 1000 xe/gi 3 6 15 e) Vùng đệm khi ra kh i hầm Do thích nghi v i m c đ chi u sáng th p trong đ ng h m nên tr c khi ra kh i h m ph i t o đ r i và đ chói tăng lên. Do kh năng c a m t ng i thích nghi r t nhanh khi t vùng t i ra vùng sáng nên vùng này đ r i đ c thi t k tăng khá nhanh và chi u dài ng n h n so v i vùng đ m vào h m. M c tăng đ r i ph thu c vào các y u t sau : - Khi xe g n đ n c a h m ph i nhìn đ c nh ng chi c xe h i nh đi sau xe t i. N u m c tăng quá đ t ng t thì ng i lái xe có th không nhìn th y. - Nh ng xe theo sau c a dòng xe l u thông ra kh i h m ph i th y g ng chi u h u c a xe đi tr c. N u xu t hi n ánh sáng t nhiên quá đ t ng t c a h m thì có th lái xe sau không nhìn th y g ng chi u h u c a xe tr c. Vào ban đêm do ánh sáng t nhiên bên ngoài c a h m không có nên c n ph i gi m m c đ chi u sáng cu i vùng đ m phù h p v i chi u sáng bên ngoài h m. Lưu ý : - Đ i v i đ ng h m dài >200m luôn ph i thi t k ph ng án chi u sáng d phòng khi b s c , trong đó ph i s d ng đèn nung sáng hoặc đèn phóng đi n kh i đ ng nhanh. - Đ ng h m ng n (đ ng b chui qua đ ng s t, h m chui đ ng b dài <25m,…) thì không c n chi u sáng đ ng h m. 5.7. Thi t k chi u sáng v i s tr giúp c a máy tính: Nh tr giúp c a máy tính và s phát tri n công ngh thông tin nên vi c tính toán chi u sáng đ c l p trình thành các ph n m m chuyên nghi p. Có r t nhi u ph n m m, đa s mi n phí vì nó th ng g n v i thi t b do t ng hãng ch t o. M i ph n m m đ u có th vi n v i hàng ngàn thi t b chi u sáng do hãng đó ch t o v i đ y đ các thông s quang h c, c khí, đi n,… và các đ ng cong cho s n (đ ng cong tr c quang, đ ng cong h s s d ng,…) nên r t thu n l i và ti t ki m th i gian, công s c cho ng i thi t k . Nói chung các ph n m m c a hãng này không th s d ng th vi n c a hãng khác nh ng nó v n cho phép ng i thi t k nh p bằng tay các thông s đèn chi u sáng c a hãng khác. G n đây tr c s phát tri n đa d ng c a các thi t b chi u sáng, m t s ph n m m đã m r ng cho phép s d ng th vi n d li u v đèn chi u sáng c a hãng khác. Đ i v i thi t k chi u sáng đ ng giao thông thì k t qu , ph ng pháp tính toán, giao di n c a t t c các ph n m m c b n gi ng nhau, đ m b o chính xác và khá thân thi n v i ngu i dùng, do v y vi c dùng ph n m m nào hoàn toàn d a vào s thích ch quan c a m i ng i. N u xét d i góc đ chi u sáng ki n trúc thì Dialux t ra u th h n vì nó có kh năng cho hình nh ph i c nh k t qu chi u sáng r t sinh đ ng v i màu s c ánh sáng và s ph n chi u g n v i th c t . Các ph n m m thông d ng hi n nay có Ulysse (hãng Schréder), Claculux (hãng Philips), Dialux (DIAL GmbH - Đ c), RoadStar (IUT Bethume),… Trình t thi t k m t h th ng chi u sáng trên các ph n m m nh sau : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 78 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị - Nh p thông s : Chi u cao đặt đèn; chi u r ng đ ng, kho ng cách c t; đ v n và góc nghiêng c n đèn; cách b trí đèn; Tiêu chuẩn quang h c l p ph mặt đ ng; Thông s quang h c c a b đèn. - Xác đ nh ô l i tính toán đ r i và đ chói. - Xác đ nh v trí ng i quan sát. - Xu t k t qu g m : Đ chói, đ r i các đi m c n tính; Đ chói và đ r i trung bình; Tr s đ ng đ u chung và đ ng đ u d c tr c. - Ki m tra k t qu , n u không đ m b o yêu c u thì quay l i b c nh p thông s đi u ch nh l i các thông s b trí đèn và quá trình tính toán lặp l i nh trên. 5.8. S d ng ph n m m thi t k chi u sáng công c ng Ulysse 2.2 Ulysse (phiên b n Turbo Light) là ph n m m thi t k chi u sáng c a t p đoàn Schréder, đ c xây d ng t s h p tác gi a t p đoàn v i công ty Urbis Lighting (Anh) - m t thành viên c a t p đoàn Schréder. Ph n m m thi t k chi u sáng Ulysse có th tính toán chi u sáng đ ng giao thông theo tiêu chuẩn qu c t CIE 140, tiêu chuẩn châu Âu CEN hoặc tiêu chuẩn Anh BS. Ulysse bao g m 3 ph n riêng bi t: Solution Finder: Đây là thành ph n tìm gi i pháp chi u sáng t i u cho m t tuy n đ ng giao thông. T nh ng thông s đ c nh p vào, các gi i h n theo tiêu chuẩn, các yêu c u c n đ t đ c,… ch ng trình s cho ra nh ng gi i pháp đ ch n l a. Quick Light: Đây là thành ph n tính toán chi u sáng đ ng giao thông. S li u đ u vào là thông s v kích th c con đ ng, v ph ng án láp đặt. Ch ng trình s tính toán cho k t qu d i d ng các s li u v đ r i, đ chói, đ đ ng đ u,…. Quick Light là ph n chính c a Ulysse. Super Light: Đây là thành ph n dùng đ thi t k chi u sáng cho di n tích làm vi c nh : sân bãi, nhà x ng, nút giao thông, sân v n đ ng, sân th thao… Trong thi t k chi u sáng đ ng giao thông Super Light đ c dùng đ tính toán chi u sáng t i vòng xoay, l đ ng, … Trong t p bài gi ng này ch gi i thi u nh ng thao tác c b n đ thi t k chi u sáng đ ng giao thông bằng Ulyse 2.2 – Quick Light, còn h ng d n s d ng chi ti t ph n m m này xem thêm các tài li u khác, đặc bi t là User’s Guide kèm theo ph n m m (dài 207 trang). 1. Kh i đ ng - Kh i đ ng Ulysse t bi u t ng Ulysse Programs – Ulysse 2 - Ulysse v.2.2. trên màn hình Desktop hoặc t Start - - Vào menu File – New Project… hoặc kích vào bi u t ng trên thanh công c đ m m t d án chi u sáng m i. Lúc này c a s New project c a s xu t hi n. Đ thi t k chi u sáng giao thông, ch n bi u t ng Quick Light C.I.E 140 đ thi t k chi u sáng giao thông theo tiêu chuẩn C.I.E-140 (Hình 5.21). Khi đó ta s vào c a s thi t k c a Ulysse nh hình 5.22 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 79 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Hình 5.21_Kh i đ ng m t d án chi u sáng m i Thanh menu Ô xem l Thanh công c t C a s thi t k Thanh tr ng thái Ô thông s Hình 5.22_C a s thi t k c a Ulysse Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 80 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 2. Chọn ph ng án b trí đèn. Sau khi ch n Quick Light C.I.E140, c a s Assistant s xu t hi n nh hình 5.23 Hình 5.23 ,đ , bên trái - Ch n l u thông bên ph i - Ch n ph ng án b trí đèn: + B trí đ n, bên trái đ ng + B trí đ n bên ph i đ ng + B trí đ i x ng hai bên đ ng m t chi u ng + B trí so le b t đ u t bên ph i đ + B trí so le b t đ u t bên trái đ ng ng + B trí 2 đèn đ i x ng t i d i phân cách gi a đ + B trí đ i x ng hai bên l lo i đ + B trí đèn đ i x ng hay hai chi u ng ng có d i phân cách gi a gi a và c hai bên l + Phân b tuỳ ý Sau khi ch n ph ng án b trí đèn, hình dáng con đ hi n nh hình 5.24 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ng và ph ng án b trí đèn s xu t 81 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Hình 5.24 - T i c a s này, nh p các thông s hình h c b trí đèn nh sau: + Inclination: Góc nghiêg c n đèn (β0) + Height: đ cao l p đặt c a b đèn so v i mặt đ ng (m). + Overhang: Đ v n c a đèn ra đ ng so v i l (m). + Setback: Đ lùi c a c t đèn so v i l (m) + Spacing: kho ng cách gi a hai tr liên ti p (m). + Rtable: lo i l p ph mặt đ ng, th ng ch n R3007 (l p ph R3, h s Q0=0,07) + Lanes: S làn đ ng. + Lane width: Chi u r ng c a m i làn đ ng. + Road width: chi u r ng đ ng (t đ ng tính khi nh p s làn và chi u r ng m i làn) + Calculation: ch n các đ i l ng c n tính toán (đ chói, đ r i, đ t ng ph n,…). 3. Chọn đèn và các thông s v đèn trên ô Sau khi nh p các thông s hình h c b trí đèn, kích chu t vào bi u t ng Luminaire đ ch n lo i đèn. C a s Matrix selection s xu t hi n cho vi c ch n đèn nh hình 5.25 và g m có 3 thẻ (tab) đ ch n l a nh sau: a) Thẻ Luminaire Database: - T i ô trên cùng bên trái, ch n: + All : t t các các lo i đèn + Public Lighting: Ch ch n đèn chi u sáng công c ng + Deco Lighting: đèn trang trí Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 82 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + Projectors: đèn pha + Tunnel: đèn chi u sáng đ ng h m + Industrial: đèn chi u sáng trong công nghi p + Special use: đèn đặc bi t - Global MF: h s b o trì đèn (Maintenance Factor). Khi đ c ch n, giá tr MF nh p vào có nh h ng t i t t c các đèn đ c ch n. - User LMF: nh p h s b o trì cho đèn đ c ch n (Luminaire Maintenance Factor, trong đó Luminaire là đèn). - User MF: nh p h s b o trì cho riêng t ng đèn - Matrix number: Mã s t p tin d li u v b đèn. Nó cho phép b m ch n theo lo i đèn hi n th , hoặc có th nh p mã hi u đèn thì toàn b thông tin v đèn s đ c hi n th . - Cột Luminaire: t i đây li t kê tên các lo i đèn có trong c s d li u. Ch n lo i nào thì kích chu t vào tên đó. Hình 5.25 - Protector: hi n th hoặc cho phép ch n lo i kính b o v . - Reflector: ch n lo i choá ph n quang. - Source-W-Flux-LDF: ch n thông s c a bóng đèn (lo i ngu n sáng - công su t W quang thông - h s suy gi m quang thông). Trong đó LDF vi t t t c a Lumen Depreciation Factor. - Setting-LMF-MF : ch n v trí bóng đ nh v trong b đèn, h s b o trì c a đèn, h s b o trì MF. - Pollution category : Ch n m c đ ô nhi m c a môi tr ng : th ng ch n high vì đ ng ph là môi tr ng ô nhi m cao. Ngoài ra có th ch n trung bình (medium) hay th p (low). - Cleaning cycle: ch n chu kỳ v sinh b đèn. - Nút Show s có các l a ch n sau: + Polar Dagram: Hi n th h đ ng cong tr c quang c a b đèn. + K Curve Diagram: Hi n th đ ng cong h s s d ng c a b đèn + Catologue: Hi n th catologue c a b đèn d i d ng file pdf Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 83 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị b) Thẻ Lamp Database: Thẻ này dùng đ đi u ch nh quang thông (Flux) và h s suy gi m quang thông (LDF) c a bóng đèn t bàn phím (Hình 5.26). S dĩ ph i đi u ch nh vì theo ti n b c a khoa h c - kỹ thu t thì quang thông các đèn ngày càng tăng. Công su t bóng đèn không đi u ch nh đ c vì đã đ c chuẩn hoá. Hình 5.26 c) Thẻ Luminaire file: Thẻ này dùng đ nh pvào 1 t p tin d li u đèn c a các nhà s n xu t khác (Hình 5.27) Hình 5.27 Trong c a s này có th ch n ph n m r ng c a t p tin mu n m . Ch n đ ng d n đ n n i đ t p tin, nh p quang thông c a lo i bóng đ nh s d ng, ch n h s duy trì MF, mô t v b đèn sau đó kích vào Select đ k t thúc vi c ch n t p tin d li u đèn. Sau khi hoàn t t vi c ch n đèn ph i b m nút Apply trong c a s Assistan đ các thông s đèn đã ch n l a có hi u l c. B m nút OK đ k t thúc, Cancel đ huỷ b . 4. Xem k t qu và l p báo cáo Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 84 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị K t qu tính toán bằng Ulysse g m 2 h th ng: 1 h th ng k t qu g n v i v trí quan sát Y=l/4 và 1 h th ng k t qu g n v i v trí quan sát Y=3.l/4. Các giá tr chung nh U0, Ul trong báo cáo th ng g n v i v trí quan sát nên có 2 giá tr (khác nhau chút ít). Tuy nhiên n u c n l y giá tr chung cho con đ ng thì theo nguyên t c ch n giá tr bé nh t trong 2 giá tr đó. Sau khi k t thúc vi c ch n đèn, Ulysse s tr v màn hình thi t k c a nó (g i là màn hình CAD) nh hình 5.28. Hình dáng, kích th c, s làn c a con đ ng và h th ng l i đi m đ c th hi n trên màn hình CAD. Ô xem l t Hình 5.28 l trên thanh công c đ xem k t qu . B m vào các m c trong ô xem B m nút t đ xem chi ti t k t qu d i d ng các b ng s theo to đ l i đi m (hình 5.29) To đ đi m quan sát K t qu tính đ chói trình bày d i d ng b ng s trong to đ l i đi m Hình 5.29 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 85 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị N u c n xem k t qu d nút i d ng l i đi m trên màn hình đ ho CAD c a Ulyse thì b m . (hình 5.30) Hình 5.30 Khi k t qu không đ t yêu c u thì ph i thi t k l i cách b trí đèn bằng cách b m nút r i b m nút trên thanh công c đ quay l i vi c thi t k b trí đèn. trên thanh công c đ trình bày Sau khi đã có k t qu đ t yêu c u thì b m nút k t qu tính toán. Ulysse s trình bày k t qu d ng báo cáo đ in đ c trên gi y. C a s bên trái có các m c đ ng i thi t k đánh d u ch n: khi m c nào đó đ c ch n, báo cáo s hi n giá tr tính toán t ng ng, n u không ch n thì trong báo cáo không có thông s c a m c đó. Màn hình Ulysse ch hi n 1 trang k t qu , mu n xem trang khác thì b m nút mu n xem toàn b các trang báo cáo thì b m nút , trên thanh công c (hình 5.31). Hình 5.31 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 86 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 5.9. M t s n i dung thi t k khác c a h th ng chi u sáng đ ng giao thông H th ng chi u sáng là m t thành ph n c a h th ng h t ng đô th , ph n quan tr ng nh t c a nó chính là b ph n quang h c (bóng đèn, b đèn, quang thông,…). Tuy nhiên đ h th ng chi u sáng làm vi c đ c thì ph i có r t nhi u thành ph n khác c u t o thành h th ng chi u sáng hoàn ch nh g m đi n, c khí, xây d ng,… Nh ng ph n này đ c đ c p chi ti t h n trong các giáo trình chuyên ngành, đây ch đ c p mang tính ch t khái quát làm c s đ có h ng ti p c n khi thi t k chi u sáng. 1 Thi t k đi n : a) Đặc điểm phụ tải chiếu sáng : Ph t i chi u sáng là lo i ph t i phân b đ u d c theo đ ng dây đi n chi u sáng, do đó khi thi t k ph i l u ý xác đ nh v trí ph t i t ng đ ng đ tính toán. Công su t tiêu th , h s công su t cosϕ đ u nh nhau t t c các đèn và nói chung không thay đ i trong su t quá trình làm vi c. H s công su t r t cao nên không c n ph i tính toán đặt thi t b bù. Các đèn đ u làm vi c cùng lúc nên h s đ ng th i bằng 1. Ngoài ra vi c tính ch n dây d n ch y u theo đi u ki n t n th t đi n áp cho phép mà không căn c vào m t đ ng dòng đi n kinh t hay đi u ki n phát nóng vì đ ng dây chi u sáng th ng dài, dòng đi n bé. N i dung ph n này đ c trình bày chi ti t trong giáo trình M ng đi n. b) Nguồn cung cấp điện : Ngu n đi n c p cho h th ng chi u sáng công c ng th ng l y t máy bi n áp chuyên dùng (ch c p cho m i h th ng chi u sáng, không dùng cho ph t i khác). Công su t th ng kho ng 30-50kVA/1 tuy n đ ng. N u đ ng quá dài, v t quá bán kính c p đi n thì ng i ta phân đo n h th ng chi u sáng đ m i đo n đ c c p ngu n t 1 máy bi n áp riêng. Ngu n c p luôn luôn là 3 pha 4 dây (có 1 dây trung tính) v i đi n áp 380V/220V đ cho phép đi u khi n đóng/c t linh ho t theo t ng pha tuỳ vào m t đ l u thông trên đ ng. c) Lưới điện chiếu sáng : L i đi n chi u sáng là l i đi n chuyên d ng, ch c p cho m t lo i ph t i là đèn chi u sáng. Dây d n đi n có th là cáp ng m hoặc cáp treo. A B C N Hình 5.32_ S đ phân b đèn trên 3 pha c a ngu n đi n Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 87 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Dùng cáp ng m đ m b o đ c mỹ quan đô th nh ng chi phí xây d ng r t l n, do đó nó ch áp d ng cho các đ ng l n (>15m) hoặc đ ng quan tr ng (nh đ ng du l ch, khu chung c cao c p,…). Dùng cáp treo thì ng c l i : chi phí xây d ng th p nh ng mỹ quan đô th b nh h ng. Đ treo cáp trên không ng i ta ph i s d ng s i thép φ8-φ10 căng ngang gi a 2 c t đ n và treo dây d n đi n d c theo s i cáp này. Cáp treo th ng dùng cáp vặn xo n hoặc cáp b c PVC, b c XLPE. Đ đ m b o ph t i phân b đ u nhằm ch n đ c nhi u ch đ b t/t t đèn h p lý ph i tuân theo s đ phân b đèn nh hình 5.32. d) Hệ th ng điều khiển chiếu sáng : H th ng đi u khi n đèn có các nhi m v sau : - Ch n đ c ch đ b t/t t đèn h p lý - Gi m đi n năng tiêu th - Duy trì h th ng chi u sáng đ m b o an toàn giao thông, an ninh tr t t . 3 pha, 380/220V-50Hz N A B C : Đèn Công t c C u chì 3 r le th i gian M1 M2 M3 Auto Chuy n m ch ON Bằng tay RT RT RN1 K1 RN2 K2 RN3 K3 OFF K1 K2 K3 RN1 RN2 RN3 R le nhi t M1 RT M2 RT M3 RT Đ n các đèn chi u sáng Hình 5.33_ S đ m ch đi u khi n đóng/c t đèn dùng 3 r le th i gian Theo quan ni m c đi n (hi n nay v n đang áp d ng) thì đi u khi n chi u sáng ch y u là đóng/c t các đèn. Toàn b h th ng đi u khi n đ c l p trong 1 t chi u sáng chung. Nh h th ng đi u khi n mà ta có th ch n các ch đ v n hành sau đây : + Ch đ 1 (17h00-22h00) : B t h t các đèn do l u l ng giao thông l n + Ch đ 2 (22h00-00h00) : 2 đèn b t, 1 đèn t t xen k nhau. Ví d pha A,B đóng còn pha C c t. Tr ng h p này áp d ng khi m t đ giao thông gi m. + Ch đ 3 (00h00-04h00) 1 đèn b t, 2 đèn t t xen k nhau. Ví d pha A đóng còn pha B, Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 88 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị C c t. Tr ng h p này áp d ng khi m t đ giao thông th p. + Ch đ 4 (04h00-17h00) : t t h t t t c các đèn, khi đó c t toàn b các pha A, B, C. Ngày nay nh khoa h c công ngh phát tri n, quan ni m v đi u khi n chi u sáng đã có thay đ i : đi u khi n ngoài vi c đóng/c t đèn còn cho phép gi m quang thông nh gi m đi n áp đặt vào đèn. Ngoài ra n u trang b h th ng t đ ng đi u khi n ki u trung tâm thì toàn b s li u cũng nh tr ng thái c a h th ng chi u sáng đ u truy n v trung tâm đ phân tích, giám sát, l u gi s li u nhằm ch n đ c ch đ v n hành t i u. 2 Thi t k xây d ng : - C t: Đ i v i tuy n đ ng quan tr ng mà các công trình h t ng kỹ thu t đ u đi ng m thì ng i ta l p các lo i c t đèn bằng thép d ng bát giác côn hoặc tròn côn, có m k m đ ch ng r . C t thép có kích th c g n, nhẹ, d l p đặt, đ m b o mỹ quan nh ng giá thành đ t. Các tuy n đ ng không quan tr ng, cho phép dây đi n đi n i thì ng i ta th ng dùng c t bêtông ly tâm đ k t h p v a l p đặt h th ng chi u sáng v a l p chung v i h th ng c p đi n cho dân c , do đó ph ng án này gi m đáng k chi phí đ u t . - Móng đ l p c t th ng dùng móng kh i bằng bêtông đúc t i ch , mác bêtông M150 hoặc M200. 3 Thi t k k t c u - C n đèn dùng đ l p đèn, th ng ch t o t thép ng φ60 và đ c u n cong v i bán kính thích h p. Khi thi t k ng i ta tính toán r t kỹ đ v n c n đèn, góc nghiêng c n đèn vì các thông s này nh h ng r t l n đ n thông s quang h c c a h th ng chi u sáng. C n đèn bằng thép ng C n đèn bằng thép ng C n đèn bằng thép ng Xà kẹp c n đèn Xà kẹp c n đèn Ch p đ uc t C t bêtông C n đèn ki u ch p C t đèn C t đèn C n đèn ch L C n đèn ch S Hình 5.34_M t s lo i c n đèn ph bi n - Xà kẹp c n đèn : th ng bằng thép L, dùng đ kẹp c n đèn vào c t. - Các v t li u khác nh tăng-đ đ căng cáp treo, các lo i kẹp dây, móc treo,… - Đ gang trang trí: th ng đặt g c c t, màu đen hoặc xanh có hoa văn trang trí khá đẹp. S dĩ ng i ta làm t gang vì nó không b r . Giá thành đ gang r t đ t (>10 tri u đ ng) nên ch áp d ng cho các tuy n đ ng quan tr ng. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 89 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị CH NG 6 QU N LÝ, V N HÀNH H TH NG CHI U SÁNG CÔNG C NG 6.1. N i dung qu n lý, v n hành : H th ng chi u sáng công c ng có nhi m v quan tr ng nh t là đ m b o an toàn giao thông, gi gìn an ninh tr t t . Do v y công tác qu n lý, v n hành h th ng chi u sáng có vai trò r t quan tr ng trong vi c đ m b o s làm vi c tin c y c a h th ng. Ngay khi đ a vào s d ng, h th ng chi u sáng đã đ i di n v i nguy c xu ng c p do s tác đ ng c a môi tr ng, khí h u th i ti t và do b n thân h th ng chi u sáng gây ra. Công tác qu n lý, v n hành h th ng đi n chi u sáng công c ng đ c xác đ nh là lo i hình d ch v công ích, do Nhà n c qu n lý thông qua các công ty đi n chi u sáng công c ng. Thông th ng UBND c p t nh ban hành quy đ nh v qu n lý, v n hành h th ng đi n chi u sáng công c ng trong các đô th thu c t nh. Toàn b chi phí cho công tác qu n lý, v n hành do ngân sách Nhà n c c p mà không thu b t kỳ kho n phí nào. Th c ra công tác này r t khó đ xã h i hóa vì l i nhu n r t th p, khó xác đ nh đ c đ i t ng th h ng. Mặt khác trong m t s tr ng h p h th ng chi u sáng công c ng còn gây nh h ng v i các gia đình 2 bên đ ng. Ch có ng i và ph ng ti n tham gia giao thông m i là đ i t ng th h ng d ch v này, trong khi các đ i t ng này không th xác đ nh chính xác nên không có cách nào đ thu phí th h ng d ch v chi u sáng. T nh ng phân tích nêu trên ta th y Nhà n c ph i n m quy n qu n lý đ i v i h th ng chi u sáng công c ng là đi u đ ng nhiên. Trong t ng lai Nhà n c nên khoán chi phí qu n lý cho các công ty đi n chi u sáng, tuy nhiên vi c này đòi h i ph i có nghiên c u đ y đ v c ch , chính sách, ch đ , đ nh m c,... tr c khi áp d ng Nh ng n i dung ch y u c a công tác qu n lý, v n hành : - Qu n lý, v n hành hàng ngày và đ t xu t (đóng/c t, đi u ch nh th i gian, tu n tra giám sát, ki m tra quang thông, ph i h p v i c quan khác, b o d ng, b o trì, s a ch a, đ m b o an toàn đi n). - L p k ho ch duy tu, s a ch a h th ng chi u sáng công c ng; - Nghiên c u, c i ti n, áp d ng ti n b khoa h c trong chi u sáng công c ng. - Ti p nh n, nghi m thu l i đi n chi u sáng m i xây d ng. - Ti p nh n, qu n lý, b o qu n, s a ch a, thay th các v t t , thi t b thu h i. - Báo cáo đ nh kỳ các c quan qu n lý, c quan c p trên. - Ki m tra, x lý các hành vi vi ph m đ i v i h th ng chi u sáng công c ng. - Ph i h p v i đ n v đi n l c đ b o đ m đi n năng cho ho t đ ng c a m ng l i đi n chi u sáng công c ng. M t s khu đô th cao c p đ c Nhà n c cho phép đ u t đ kinh doanh thì h th ng đi n chi u sáng không mang tính ch t d ch v công ích mà thu c thẩm quy n qu n lý, v n hành c a nhà đ u t khu đô th (ví d khu đô th Phú Mỹ H ng thành ph H Chí Minh). Tr ng h p này h th ng đi n chi u sáng là m t thành ph n c a k t c u h t ng nhằm m c đích kinh doanh nên ng i dân trong khu đô th ph i ch u phí d ch v . Vì mang tính ch t kinh doanh nên ch t l ng chi u sáng r t cao, k t c u có tính thẩm mỹ và đ c quy ho ch m t cách bài b n, có th m i khu ph trong khu đô th có m t phong cách chi u sáng đặc tr ng v màu s c, hình dáng cũng nh cách th hi n, … Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 90 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 6.2. C c u tổ ch c và trang thi t b v n hành V i kh i l ng qu n lý r t l n và n i dung qu n lý nhi u, kinh phí ch y u d a vào ngân sách Nhà n c, biên ch ít (kho ng t 100-150 ng i) nên công vi c các công ty đi n chi u sáng th ng quá t i. Ngoài công tác qu n lý, v n hành các h th ng chi u sáng công c ng, các công ty đi n chi u sáng đô th còn đ c giao qu n lý c h th ng tín hi u giao thông, h th ng đèn chi u sáng trang trí trong đô th nên kh i l ng công vi c cũng tăng lên khá nhi u. T i các đô th l n th ng có công ty qu n lý v n hành đi n chi u sáng công c ng, các đô th nh thì có trung tâm qu n lý và đ u do nhà n c thành l p. D i công ty có các đ i v n hành, s a ch a và t i các đ i l i phân chia cho t ng thành viên trong đ i qu n lý c th t ng tuy n đ ng. Trang thi t b đ qu n lý, v n hành có nhi u ch ng lo i nh ng hai thi t b quan tr ng nh t là xe thang và xe nâng. Đây là các lo i xe chuyên d ng, giá thành các xe Hình 6.1_ Xe nâng này khá đ t, nh t là các lo i xe có thang v n cao. T i các đ n v v n hành, ch y u trang b xe thang và xe nâng d i 18 mét. Đ i v i các c t đèn cao trên 20 mét th ng ph i thuê các xe chuyên d ng. Ngoài các thi t b c khí và xây d ng, các đ n v còn trang b các lo i máy đo quang h c nh máy đo quang thông, đ r i,… Các khu đô th cao c p mang tính ch t kinh doanh thì vi c qu n lý thu c công ty khai thác d ch v và đây không đ c p đ n h th ng chi u sáng này. 6.3. V n đ ti t ki m đi n : Theo th ng kê, đi n năng dành cho chi u sáng th ng chi m 20% c a toàn b h th ng đi n và đáng ti c là Vi t Nam thì đi n chi u sáng l i ho t đ ng đúng vào gi cao đi m khi ph t i c a h th ng đi n đ t đ nh. Do đó v n đ ti t ki m đi n năng c a h th ng chi u sáng có ý nghĩa r t l n v mặt kinh t - kỹ thu t, không ch là m i quan tâm c a các đ n v chuyên ngành mà là c a toàn xã h i. Bi n pháp đ n gi n nh t đ ti t ki m đi n là đặt th i gian đóng c t h th ng chi u sáng m t cách h p lý. Tuy nhiên v n đ này c n nghiên c u m t cách th u đáo vì n u đóng s m thì lãng phí ti n đi n, n u đóng mu n thì làm tăng nguy c tai n n giao thông. Nh v y vi c tính toán th i đi m đóng c t là bài toán đa ch tiêu đòi h i cán b qu n lý ph i có trình đ và có trách nhi m cao, đôi khi ph i đi kèm v i quy n l i (thông qua hình th c khen th ng). Ta bi t rằng t i các đô th l n v i hàng ngàn tuy n đ ng thì ch c n t t đèn s m, m mu n m t vài phút cũng có th ti t ki m đ c hàng trăm tri u đ ng m i tháng cho ngân sách. Ngoài bi n pháp t ch c nh trên còn áp d ng các bi n pháp kỹ thu t sau : - C i t o l i đi n nhằm gi m t n hao công su t truy n t i. - S d ng đèn và các linh ki n có hi u su t cao. - Thay th bóng đèn s i đ t bằng các bóng huỳnh quang compact, sodium áp su t cao. - S d ng b đèn có phân b quang thông h p lý. - Thay th ch n l u s t t bằng ch n l u đi n t . - B o d ng đ nh kỳ h th ng chi u sáng Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 91 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 6.4. Th c tr ng qu n lý v n hành Các đô th Vi t Nam hi n nay có t c đ phát tri n r t nhanh, kéo theo đó là hàng ngàn tuy n đ ng cùng v i h th ng chi u sáng công c ng đ c xây d ng m i m i năm. Có th đánh giá m t cách khách quan là vi c qu n lý h th ng chi u sáng hi n nay không t t, không có k ho ch và ít đ c quan tâm. Đi u này có r t nhi u nguyên nhân, trong đó có th k ra m t vài nguyên nhân ch y u nh : đ i ngũ nhân viên ít, ch a có kỹ s chuyên ngành v chi u sáng, kh i l ng công vi c nhi u, ngân sách c p còn h n ch , ch a xây d ng đ c c ch khoán, nh n th c c a các c p lãnh đ o đ i v i h th ng chi u sáng cho rằng nó không quan tr ng,… H th ng chi u sáng có đặc đi m là kinh phí b o trì và s a ch a l n l i hoàn toàn d a vào ngân sách nên d b t ch i khi xin kinh phí vì tác đ ng c a nó t i đ i s ng ng i dân đô th r t khó đ nh l ng. Khâu ti p nh n l i đi n chi u sáng m i xây d ng cũng g n nh buông l ng, r t ít khi đo ki m tra các ch s quang h c, c khí và đi n. Trong giai đo n v n hành cũng ch a th ng xuyên đo ki m đ có k ho ch b o trì m t cách h p lý. M t th c tr ng đáng bu n hi n nay là tình tr ng đ u t kém ch t l ng cho h th ng chi u sáng, đặc bi t là ch t l ng đèn chi u sáng g n nh b th n i, kỹ s v lĩnh v c này không có, ki n th c v chi u sáng có r t ít tr ng đ i h c trang b mà n u có cũng r t s sài; các lo i đèn gi , đèn nhái tràn lan nên s là gánh nặng cho ngân sách khi chúng xu ng c p quá nhanh và đ ng lo t. Khi đó ch t l ng chi u sáng đô th s gi m là đi u khó tránh kh i. 6.5. T đ ng hoá công tác qu n lý, v n hành h th ng đi n chi u sáng : Hi n nay đa s các đô th Vi t Nam đ u th c hi n ph ng th c qu n lý v n hành th công, ch có m i thao tác đóng/m đèn là đ c t đ ng bằng r le th i gian nh ng cũng ph i đ c cài đặt bằng tay. Đã có m t s đô th l n nghiên c u s d ng ph ng án đi u khi n t xa, tuy hi u qu khá l n nh ng vì nhi u lý do mà đ n nay nó v n ch a đ c tri n khai đ i trà (ch ng h n nh chi phí đ u t ban đ u l n, khó gi i quy t vi c làm cho s lao đ ng dôi d ,...). H th ng t đ ng đi u khi n t xa còn có ch c năng giám sát và l u tr các s li u v n hành, d báo và phát hi n s c s m, xác đ nh v trí đèn b s c , cài đặt th i gian đóng/c t. Toàn b thông tin v h th ng đ u s d ng đ ng truy n c a ngành b u đi n nên ti t ki m đ c v n đ u t . Khi có h th ng này thì toàn b các tín hi u v tình tr ng c a h th ng chi u sáng c a m i tuy n đ ng đ u đ c thu th p v t đi n chi u sáng chung. T i t đi n này các tín hi u đ c mã hoá theo giao th c riêng và truy n thông tin v trung tâm đi u hành, sau đó đ c gi i mã và đ a vào các ph n m m chuyên d ng đ đi u khi n, phân tích, l u tr . Các tín hi u đi u khi n t trung tâm g i đ n các t đi n đi u khi n di n ra theo quy trình ng c l i. Đây là m t đ tài có tính th i s đang đ c nghiên c u, c n tham kh o thêm trong các tài li u chuyên môn. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 92 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị CH NG 7 THI T K CHI U SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG C NG TRONG ĐÔ TH Ngoài h th ng chi u sáng đ ng giao thông, trong đô th còn có các lo i công trình công c ng khác c n chi u sáng nh công viên, v n hoa, t ng đài, sân bóng đá, sân qu n v t. M c tiêu c a các h th ng chi u sáng này r t đa d ng và có yêu c u r t cao v ch t l ng và thẩm mỹ, đặc bi t đòi h đ chính xác cao v các ch s quang h c. Đây là m t lĩnh v c r t l n, trong khuôn kh t p bài gi ng này không th trình bày h t đ c. Khi thi t k các h th ng chi u sáng này ph i tuân th b tiêu chuẩn xây d ng Vi t Nam TCXDVN333 :2005 do B Xây d ng ban hành. Trong ch ng này chúng tôi xin trích n i dung c a TCXDVN333 :2005 đ i v i 2 lo i công trình đô th quan tr ng là công viên, v n hoa và công trình th thao đ sinh viên có c s ti p c n các tài li u chuyên môn sâu h n. Ph n trình bày d i đây cũng ch là n i dung t ng quát mang tính nguyên t c, chi ti t c th c n tham kh o thêm trong tiêu chuẩn 333. 7.1. Chi u sáng công viên, v n hoa 1. Các nguyên t c chung - Trong thi t k chi u sáng công viên, v n hoa ngoài vi c đ m b o m c đ chi u sáng theo tiêu chuẩn quy đ nh còn c n ph i đặc bi t quan tâm đ n y u t trang trí, thẩm mỹ. - Ki u dáng thi t b chi u sáng (đèn, c t đèn, c n đèn) c n có phong cách đ ng nh t và phù h p v i c nh quan môi tr ng ki n trúc trong khu v c. - Tuỳ theo hình th c và quy mô c a m i công viên, v n hoa mà h th ng chi u sáng có th bao g m toàn b hoặc m t s trong nh ng thành ph n sau đây : + Chi u sáng chung khu v c c ng ra vào yêu c u đ m b o m c đ chi u sáng quy đ nh + Chi u sáng sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i yêu c u đ m b o m c đ chi u sáng quy đ nh. + Chi u sáng đ ng đi d o ngoài yêu c u đ m b o m c đ chi u sáng quy đ nh, thi t k b trí đèn ph i đ m b o tính d n h ng t o cho ng i đi b có c m nh n rõ ràng v hình d ng và h ng c a con đ ng. + Chi u sáng th m c , b n hoa, mặt n c. + Chi u sáng t o phông trang trí : s d ng các đèn pha chi u sáng tán lá cây. + Chi u sáng t o các đi m nh n ki n trúc nh đài phun n c, các c m ti u c nh cây xanh, non b .. 2. Ch tiêu kỹ thu t v chi u sáng : - Đ r i ngang trung bình trong các công viên, vu n hoa không đ đ nh trong b ng sau : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng c nh h n tr s quy 93 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Các chỉ s quang học tiêu chuẩn chiếu sáng công viên, vườn hoa TT 1 Đ it ng chi u sáng Công viên, v n hoa khu v c trung tâm đô th l n, có l ng ng i qua l i cao, kh năng x y ra t i ph m hình s m c cao - C ng vào chính - C ng vào ph - Đ ng tr c chính - Đ ng nhánh, đ ng d o có nhi u cây xanh - Sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i 2 Công viên, v n hoa khu v c ngo i thành đô th l n, l u l ng ng i qua l i trung bình, kh năng x y ra t i ph m hình s m c trung bình - C ng vào chính - C ng vào ph - Đ ng tr c chính - Đ ng nhánh, đ ng d o có nhi u cây xanh - Sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i 3 Công viên, v n hoa khu v c đô th nh , l u l ng ng i qua l i th p, kh năng x y ra t i ph m hình s m c th p - C ng vào chính - C ng vào ph - Đ ng tr c chính - Đ ng nhánh, đ ng d o có nhi u cây xanh - Sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i En(tb) (lux) Công viên V n hoa 20 10 10 5 10 Không Không 7 3 10 10 7 5 3 7 Không Không 3 2 7 7 5 5 2 5 Không Không 3 1 5 - T s gi a giá tr đ r i ngang l n nh t và đ r i ngang trung bình các đ i t ng chi u sáng không đ c v t quá 3:1 khi đ r i trung bình tiêu chuẩn trên 6 lux ; 5:1 khi đ r i trung bình tiêu chuẩn t 4 lux đ n 6 lux ; 10:1 khi đ r i trung bình tiêu chuẩn d i 4 lux. - Thi t b chi u sáng đ c s d ng c n ph i có kh năng h n ch chói loá t t. V trí, cao đ đặt đèn và góc chi u c n tính toán đ không gây c m giác chói loá cho ng i s d ng Ch ng lo i đèn s d ng trong chi u sáng công viên, v n hoa b t bu c phait tuân theo b ng sau: Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 94 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Chủng loại đèn sử dụng cho chiếu sáng công viên vườn hoa : TT 1 2 3 4 5 6 Đ it Ch ng lo i đèn Đèn Đèn n m đ ng ng và m c đích chi u sáng Đèn pha Đèn chùm C ng ra vào Sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i Đ ng đi d o C nh quan, th m c , b n hoa, mặt n c Chi u sáng t o phông trang trí Đi m nh n ki n trúc Có Có Có Có Có Có Không Không Có Có Có Có Có Có Đèn chi u đi m Có Không Đèn pha chi u n c Không Không Có Có Có Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Không Có Có - Ngu n sáng đ c ch n nên có thành ph n quang ph phù h p v i môi tr ng có nhi u cây xanh, gam màu ánh sáng tr ng l nh đ t o c m giác mát mẻ, th giãn. Ch ng lo i và công su t bóng đèn s d ng trong chi u sáng công viên, v n hoa đ c quy đ nh trong b ng sau : TT 1 2 3 4 5 6 Đ i t ng và m c đích chi u sáng C ng ra vào Sân t ch c các ho t đ ng ngoài tr i Đ ng đi d o C nh quan, th m c , b n hoa, mặt n c Chi u sáng t o phông trang trí Đi m nh n ki n trúc Metal halide 70 - 400 70 - 400 Công su t bóng đèn (W) Cao áp Huỳnh quang Halogen Compact thuỷ ngân Cao áp Natri 80 - 250 80 - 250 Không Không Không Không 70 - 250 70 - 400 70 - 150 70 - 250 80 - 125 80 - 125 15 - 40 15 - 40 Không Không Không Không 70 - 400 Không Không Không Không 70 - 400 80 - 125 15 - 40 80 - 300 70 - 250 7.2. Chi u sáng công trình thể thao ngoài tr i - nh ng nguyên t c chung : - Tr c khi ti n hành thi t k h th ng chi u sáng cho các sân th thao ngoài tr i c n nghiên c u, kh o sát các đặc đi m sau : + Hình d ng, k t c u, kích th c công trình ; kích th c khu v c c n chi u sáng ; v t li u, màu s c, tính ch t ph n x c a mặt sân, khán đài, các v trí có kh năng b trí l p đặt đèn chi u sáng. + M c đích s d ng : c n phân bi t rõ các sân ph c v cho thi đ u và các sân ph c v cho m c đích luy n t p, các sân thi đ u bình th ng và sân thi đ u có truy n hình màu. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 95 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + Đặc đi m không gian xung quanh công trình : nghiên c u xem công trình th thao có nằm trong khu dân c , c nh đ ng giao thông, đ ng s t, sân bay,… hay không. + Đặc đi m v khí h u : V n t c gió t i đa, đ ẩm không khí, s ng mù, khí h u bi n,… + Ngu n c p đi n cho h th ng chi u sáng: s d ng tr m bi n áp hi n có hay ph i xây m i tr m bi n áp chuyên dùng cho chi u sáng, dung l ng ngu n c p, ngu n đi n 3 pha, c p đi n áp,… - Trong quá trình thi t k chi u sáng cho sân th thao ngoài tr i c n đ m b o các yêu c u sau đây: + Đ r i trung bình và đ đ ng đ u c a đ r i trên mặt sân đáp ng tiêu chuẩn. + H n ché t i đa s chói loá gây ra b i các thi t b chi u sáng làm nh h ng đ n kh năng quan sát c a v n đ ng viên và khán gi . + C n xem xét đ n “hi n t ng nh p nháy” khi dùng đèn phóng đi n t n s 50 Hz, đặc bi t là các môn thi đ u đòi h i chính xác, t c đ . + L a ch n ngu n sáng ph i d a trên c s sau : * Nhi t đ màu c a ngu n sáng. * Ch s hoàn màu CRI. * Quang hi u c a đèn (lm/W). * Tu i th trung bình và h s suy gi m quang thông. + Các yêu c u khác khi thi t k : * Ch n nguyên v t li u, thi t b , bi n pháp thi công phù h p v i đặc thù c a công trình th thao. * Đ m b o kh năng v n hành, b o d ng thu n ti n. * D phòng cho m r ng sau này. * Tính an toàn * Tính thẩm mỹ * Hi u qu kinh t - H th ng đi u khi n chi u sáng nên t p trung t i m t ch và có th đi u khi n theo nhóm sân hoặc theo t ng sân. H th ng đi u khi n ph i đáp ng 4 ch đ khác nhau nh sau : + Ch đ luy n t p, gi i trí. + Ch đ thi đ u giao h u. + Ch đ thi đ u chính th c. + Ch đ thi đ u có truy n hình. - Chi u sáng sân thi đ u l n hoặc có s l ng khá gi đông nh bóng đá, khu th thao đa năng c n có ngu n đi n d phòng ho t đ ng t đ ng khi m t đi n l i hoặc x y ra s c . - Các thi t b chi u sáng s c ph i dùng đèn nung sáng hoặc đèn phóng đi n kh i đ ng nhanh. Khi s c x y ra đ r i ngang trung bình trên mặt sân và khán đài t i thi u ph i 5 lux. - Các công trình th thao quy mô l n hoặc có ý nghĩa quan tr ng v kinh t - chính tr - xã h i ph i có h th ng chi u sáng b o v xung quanh công trình v i đ r i ngang trung bình t i thi u 2 lux. - Tuỳ vào đ cao đặt đèn mà ch ng lo i và công su t đ c ch n phù h p đ h n ch hi n t ng ch i loá cho v n đ ng viên và khán gi . Yêu c u này ph i tuân th b ng sau Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 96 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 22 Cao đ đặt đèn t i thi u (m) 2000W 17 1000W 15 12 2000W 11 1500W 10 1000W 1000W 9 8 400W 400W 400W 250W 250W 250W 7 500W 4 300W 125W 3 200W 60W 0 S iđ t halogen Cao áp thuỷ ngân 150W 150W Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 70W 70W Ch ng lo i bóng đèn Cao áp sodium Metal Halide 97 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị M TS CH NG 8 V N Đ C N NGHIÊN C U C A CHI U SÁNG ĐÔ TH H th ng chi u sáng nói chung và chi u sáng đô th nói riêng là m t b ph n không th tách r i c a k t c u h t ng kỹ thu t, có vai trò quan tr ng đ i v i đ i s ng đô th . Quy mô c a nó ngày càng l n, v n đ u t ngày càng tăng, nh h ng c a nó đ n c dân đô th ngày càng nhi u nh ng ng c l i nó ch a đ c đ u t nghiên c u m t cách bài b n. Xét c v mặt lý thuy t cũng nh th c ti n ch a có công trình nghiên c u nào v chi u sáng v i t cách là m t ngành khoa h c đ c l p, đi u đó th hi n r t rõ qua ch ng trình đào t o các tr ng đ i h c, cao đ ng là ch a có tr ng nào đào t o chuyên sâu v lĩnh v c này. Bên c nh đó nhi u v n đ m i n y sinh ch a đ c nghiên c u th u đáo (ví d v n đ ô nhi m ánh sáng, v n đ quy ho ch, tác đ ng đ n s c khoẻ,…). T nh ng lý do trên đây, chúng tôi m nh d n đ a vào t p bài gi ng này nhằm g i m cho sinh viên nh ng v n đ m i ph c v cho vi c nghiên c u chuyên sâu khi có đi u ki n hoặc d dàng cho vi c ti p c n v i các tài li u c a n c ngoài. V i kinh nghi m còn nhi u h n ch , ki n th c ph n này ch c ch n v t ngoài t m hi u bi t c a tác gi nên ch trình bày nh ng gì theo kinh nghi m và tài li u thu th p đ c, r t mong các nhà kỹ thu t nghiên c u đ hoàn thi n v mặt lý thuy t. 8.1. Ô nhi m ánh sáng Hi n nay kh p n i trên th gi i, đ n b t kỳ đô th nào ta đ u nh n th y ban đêm r c r ánh đèn t ng ch ng nh làm th a mãn c nguy n ngàn năm c a con ng i là xóa đi bóng đêm. Tuy nhiên, khi cu c s ng v t ch t và tinh th n tr nên đ y đ , c dân đô th đã d n d n nh n ra nh ng n ng mặt trái do h th ng chi u sáng đô th gây ra đ i v i h - đó là v n đ ô ni m ánh sáng. R t khó đ có th đ nh nghĩa th nào là ô nhi m ánh sáng. Có th x p nó thu c lo i ô nhi m môi tr ng không khí nh ng ch a có nghiên c u nào đ y đ v v n đ này, ngay c c quan qu n lý Nhà n c cũng không qu n lý đ c ô nhi m ánh sáng. Nh ng tác h i c a ô nhi m ánh sáng mà ta r t d nh n bi t là: lãng phí ti n b c, lãng phí tài nguyên năng l ng, phát th i khí gây hi u ng nhà kính (nhà máy đi n cung c p cho h th ng chi u sáng), th i nhi t ra môi tr ng xung quanh. Tuy nhiên tác đ ng c a nó đ n s c kh e con ng i thì c n ph i có thêm th i gian nghiên c u. M t s tài li u còn kh ng đ nh ô nhi m ánh sáng gây ra đêm tr ng, s m t ng , chim di c ban đêm m t h ng, côn trùng có ích b ch t,… Tuy nhiên có th nh n đ nh ban đ u là: b t kỳ ngu n sáng nhân t o nào có kh năng nh h ng b t l i cho con ng i, cho h sinh thái hoặc môi tr ng s ng thì đ u là ngu n gây ô nhi m ánh sáng. Theo m t s nghiên c u g n đây, có th phân lo i ô nhi m ánh sáng thành các lo i sau. Ánh sáng xâm nh p (light trepass): Lo i ô nhi m này x y ra khi ánh sáng xâm nh p vào đ a ph n c a m t ng i khác mà ng i đó không h mong mu n, ví d nh chi u sáng qua hàng rào nhà hàng xóm, ánh sáng đèn đ ng chi u vào nhà dân. H u qu có th gây m t ng hoặc h n ch t m nhìn trong đêm, v lâu dài s nh h ng đ n s c kh e. L m d ng ánh sáng quá m c (over-illumination): Lo i ô nhi m này x y ra do s d ng quá m c ánh sáng c n thi t cho m t m c đích c th . Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 98 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Ng i ta tính rằng ch riêng n c Mỹ vi c l m d ng ánh sáng làm lãng phí năng l ng đi n t ng đ ng v i 2 tri u thùng d u m i ngày. Ánh sáng chói (glare): Ánh sáng chói là h u qu c a s đ i l p gi a vùng sáng và vùng t i trong t m nhìn. Ánh sáng chói chi u th ng vào m t ng i đi đ ng và lái xe có th gây m t t m nhìn trong đêm đ n t n 1 gi sau đó. Đi u này còn khi n cho m t ng i c m th y khó khăn trong vi c nh n d ng nh ng s v t trong t m nhìn c a h . Ánh sáng chói là v n đ đặc bi t nghiêm tr ng đ i v i an toàn giao thông, vì đi u này th ng x y ra b t ng có th khi n ng i đi đ ng và lái xe gặp tai n n. Ánh sáng l n x n (clutter): Ánh sáng l n x n ám ch nhi u lu ng sáng cùng lúc h ng vào m t ng i. Các lu ng sáng có th gây l n x n, m t t p trung và có th d n t i tai n n. Lo i này hay x y ra trên các đ ng ph mà h th ng đèn thi t k kém hoặc có quá nhi u b ng qu ng cáo r c r chi m vùng không gian l n d c đ ng giao thông. Ánh sáng chi m d ng b u tr i (sky glow). Ánh sáng chi m d ng b u tr i th ng x y ra các khu v c đông dân c , đặc bi t là trung tâm đô th l n. Ánh sáng t quá nhi u ngu n khác nhau, bao g m c nh ng n i l m d ng ánh sáng và có th do dùng các b đèn kém ch t l ng, đ c ph n chi u lên b u tr i đêm. Ánh sáng ô nhi m chi m d ng b u tr i Ánh sáng ô nhi m xâm nh p nhà 8.2. Quy ho ch chi u sáng Hi n nay, c n c có t t c 729 đô th v i dân s kho ng 24 tri u ng i. T t c đô th c a Vi t Nam đ u có đi n chi u sáng v i m c đô khác nhau. T i các đô th l n có t i 95 - 100% tuy n đ ng chính đ c chi u sáng, t l này gi m d n theo c p đô th . T c đ phát tri n c a h th ng chi u sáng đô th v n gia tăng hàng năm, trong đó m c tăng bình quân cao nh t là 20% m i năm. Tuy nhiên, chi u sáng đô th Vi t Nam v n t n t i nhi u b t c p và h n ch mà bi u hi n c th nh t là có r t ít đô th l p quy ho ch phát tri n chi u sáng đô th , ch t l ng chi u sáng v n ch a đáp ng đ c yêu c u, ngu n sáng và thi t b chi u sáng tiêu t n nhi u đi n năng,… Đi u này có nhi u nguyên nhân, trong đó c b n là ch a có quy đ nh hay h ng d n Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 99 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị v quy ho ch chi u sáng, ch a đặt ra đ c tiêu chí cho m t đ án quy ho ch chi u sáng, kinh phí dành cho l p quy ho ch chi u sáng không có, s ph i h p gi a các c quan qu n lý h t ng kỹ thu t đô th ch a t t, Theo các chuyên gia, vi c thi u quy ho ch đ ng b gi a chi u sáng công c ng và các công trình h t ng đô th khác còn d n đ n tình tr ng xây d ng ch ng chéo, l n x n, không đáp ng đ c các yêu c u chung v kỹ thu t mà còn gây m t mỹ quan đô th . T nh ng b t c p trên đây c n thi t ph i đặt ra v n đ quy ho ch chi u sáng đô th và trong đi u ki n hi n nay t t nh t nên l ng ghép v i các đ án quy ho ch xây d ng đô th . Theo đó, vi c thẩm đ nh, phê duy t quy ho ch chi u sáng đô th đ c ti n hành đ ng th i v i vi c thẩm đ nh, phê duy t đ án quy ho ch xây d ng đô th . V n đ l ng ghép này đ c th c hi n khá t t t i các khu đô th cao c p, đó h th ng chi u sáng mang tính ch t d ch v kinh doanh ch không ph i d ch v công ích. Th c ra hi n nay trong các đ án quy ho ch xây d ng các đô th v n có m t ph n đ c p đ n h thóng chi u sáng đô th nh ng r t s sài, ch a chặt ch ,… th ng ch chi m kho ng 1 trang gi y A4 trong toàn b đ án dày hàng ngàn trang. Trong đó ng i ta ch quy đ nh đ cao treo đèn, lo i đèn, dây d n đi n,… còn các ch s quang h c g n nh không có. Trên th gi i, Pháp là n c th c hi n quy ho ch t ng th đ u tiên v ánh sáng, trong đó h đặt ra tiêu chí quy ho ch t ng th bao g m : + C i thi n c m nh n v b u không khí, hình nh thành ph vào bu i t i. + Nh n m nh đặc đi m các khu ch c năng trong thành ph . + Làm n i b t đặc tr ng riêng c a thành ph bằng cách làm n i rõ các công trình đi m nh n. + Lôi cu n s thu hút c a m i ng i vào m t đ i t ng ki n trúc nào đó do thàng ph ch n. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 100 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị PH L C 1. B ng giá tr và biểu th c hàm V(λ): B c sóng (nm) B c sóng (nm) v(λ) B c sóng (nm) v(λ) v(λ) B c sóng (nm) v(λ) 380 0,00004 490 0,208 580 0,87 680 0,017 400 0,0004 500 0,323 590 0,757 690 0,008 410 0,001 510 0,503 600 0,631 700 0,0041 420 0,004 520 0,71 610 0,503 710 0,002 430 0,012 530 0,862 620 0,381 720 0,00105 440 0,023 540 0,954 630 0,265 740 0,00025 450 0,038 550 0,995 640 0,175 760 0,00006 460 0,06 555 1 650 0,107 780 0,000015 470 0,091 560 0,995 660 0,061 480 0,139 570 0,952 670 0,032 - Bi u th c g n đúng c a hàm V(λ) đ g n đúng, dùng đ tham kh o. c l p căn c trên b ng giá tr đã cho trên ch là ⎧ = 2130, 625.10 −40.e f ( λ ) (λ ≤ 490 nm; λ ≥ 621nm ) ⎪ v ( λ ) = ⎨ v i f ( λ ) = 3008, 486.10 −4 λ − 2682, 776.10 −7 λ 2 ⎪ = −1, 914762.10 −2.λ 2 + 0, 2141226.λ − 58,8586 (490 nm < λ < 621 nm ) ⎩ 2. Công su t và quang thông các lo i đèn phóng đi n thông d ng Lo i bóng đèn Cao áp thuỷ ngân Cao áp Sodium b uđ cm Công su t (W) 80 125 250 400 7000 1000 70 150 250 400 1000 Quang thông (lm) 3.800 6.300 13.000 22.000 40.000 58.000 5.600 14.000 25.000 47.000 120.000 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Lo i bóng đèn Cao áp Sodium hình tr trong Cao áp Metal Halide Công su t (W) 150 250 400 1000 250 400 1000 Quang thông (lm) 14.500 27.000 48.000 130.000 20.000 32.000 80.000 101 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 3. B ng phân lo i các l p ph mặt đ ng : Giá tr c a R1 × 104 = q (β, γ) × cos3γ × 104 β0 tgγ 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 0 2 5 655 619 539 431 341 269 224 189 12 121 94 81 71 53 57 51 47 43 40 37 35 33 31 30 29 28 27 26 25 655 619 539 431 341 269 224 189 162 121 94 80 69 59 52 47 42 38 34 31 28 25 23 22 20 18 16 15 14 655 619 539 431 341 269 224 171 157 117 86 66 55 40 36 31 25 22 18 15 14 12 10 9 8,2 7,2 6,6 6,1 5,6 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 655 619 539 431 341 260 215 153 135 95 66 46 32 24 19 13 12 10 8,1 6,9 5,7 4,8 4,1 3,7 3,2 3,0 2,7 2,4 2,2 655 610 539 431 323 151 198 139 117 79 49 33 23 17 14 11 8,5 6,7 5,6 4,7 4,0 3,6 3,2 2,8 2,4 2,2 1,9 1,7 1,6 655 610 539 431 323 242 180 139 108 66 41 28 20 14 12 9,0 7,2 5,8 4,8 4,0 3,6 3,1 2,8 2,5 2,2 1,9 1,7 655 610 521 431 305 224 171 130 99 60 38 25 18 13 10 8,1 6,5 5,2 4,4 3,8 3,2 2,9 655 610 521 431 296 207 162 121 94 57 36 23 16 12 9,0 7,8 6,3 5,0 4,2 655 610 521 431 287 198 153 117 90 54 34 22 15 12 9,0 7,7 6,2 655 610 521 431 287 189 148 112 85 52 33 22 14 11 8,8 7,7 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 655 610 521 395 278 189 144 108 85 51 32 21 14 11 8,7 655 610 503 396 269 180 180 103 83 50 31 21 14 11 8,7 655 610 503 371 269 180 180 99 84 51 31 22 15 12 9,0 655 601 503 371 269 180 180 99 84 52 33 22 17 13 10 655 601 503 371 269 180 180 103 86 54 39 24 19 14 11 655 601 503 371 269 180 180 108 90 58 40 27 20 14 13 655 601 503 371 269 180 189 112 94 61 40 29 22 16 14 655 601 503 286 278 198 198 121 99 65 43 31 23 17 15 655 601 503 395 278 207 207 130 103 69 47 34 25 19 16 655 601 503 395 278 234 224 139 111 75 51 38 27 21 16 Q0 = 0,10 S1 = 0,25 S2 =1,53 102 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Giá tr c a R2 × 104 = q (β, γ) × cos3γ × 104 β0 tgγ 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 0 2 5 390 411 411 379 335 303 271 249 227 195 160 146 132 118 106 96 87 78 71 67 63 58 55 52 49 47 44 42 41 390 411 411 379 335 303 271 238 216 190 155 131 113 95 81 69 58 50 43 38 33 28 25 23 21 18 16 14 13 390 411 411 379 335 292 260 227 195 146 115 87 67 50 38 29 22 17 14 12 10 8,7 7,4 6,2 5,6 5,0 4,4 4,0 3,6 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 390 411 411 368 335 271 227 195 152 110 67 41 27 20 14 11 8,0 6,1 4,9 4,1 3,4 2,9 2,5 2,2 1,9 1,7 1,6 1,5 1,4 390 357 281 206 152 103 76 54 41 26 17 11 7,9 5,8 4,8 390 357 281 206 152 106 80 58 45 28 17 11 8,7 6,3 5,2 390 411 403 357 292 238 179 152 117 74 43 25 15 12 8,2 6,3 5,0 3,8 3,1 2,6 2,2 1,9 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1 390 411 403 246 291 206 152 124 95 58 33 18 12 8,9 6,3 5,1 3,9 3,1 2,5 2,1 1,8 1,6 1,4 1,3 1,2 1,2 1,1 390 411 384 326 260 184 141 106 80 48 26 15 10 7,4 5,4 4,4 3,5 2,8 2,3 1,9 1,7 1,5 390 411 379 303 238 152 119 91 67 40 21 13 9,4 6,6 5,0 4,1 3,4 2,7 2,2 390 411 370 281 216 130 108 78 61 35 18 12 8,7 6,3 4,8 3,9 3,2 390 411 346 260 195 119 93 67 52 30 17 11 8,2 6,1 4,7 3,8 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 390 379 325 238 173 108 80 61 45 27 16 11 7,9 5,7 4,5 390 368 303 216 152 100 76 52 40 24 16 11 7,6 5,6 4,4 390 346 271 206 152 108 84 63 49 30 18 12 9,6 7,1 6,2 390 346 271 206 152 108 87 67 52 33 21 14 11 8,4 7,4 390 346 271 206 141 114 89 69 54 35 22 15 12 10 8,5 390 335 260 206 141 114 91 71 56 38 24 17 13 12 9,5 390 335 260 206 141 119 93 73 57 40 26 18 15 13 10 390 335 260 206 141 119 95 74 58 41 27 21 17 14 11 Q0 = 0,07 S1 = 0,58 S2 =1,80 103 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Giá tr c a R3 × 104 = q (β, γ) × cos3γ × 104 β0 tgγ 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 0 2 5 294 326 344 357 362 357 353 339 326 289 253 217 190 163 145 127 113 104 95 87 73 78 73 69 65 62 59 56 53 294 326 344 353 362 357 348 335 321 280 235 194 163 136 109 94 77 68 60 53 47 42 38 34 32 29 26 24 22 294 321 339 353 352 348 326 303 280 222 163 122 90 73 60 47 36 30 24 21 17 15 12 9,9 9,0 8,0 7,1 6,5 5,6 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 294 294 294 321 317 312 339 328 326 339 321 303 326 276 249 298 244 208 267 217 176 231 172 127 190 136 100 127 86 65 85 53 38 60 35 25 43 26 20 31 20 15 24 16 12 18 14 9,9 15 11,0 9,0 11 8,3 6,4 8,5 6,5 5,2 7,1 5,3 4,4 6,1 4,4 3,6 5,2 3,7 3,1 4,3 3,2 2,4 3,8 3,5 2,2 3,3 2,4 2,0 3,0 2,1 1,9 2,6 1,9 1,8 2,4 1,8 2,1 1,8 294 271 235 158 104 73 60 45 34 22 15 9,0 7,0 4,8 3,2 294 262 217 149 100 70 57 44 34 23 14 9,0 7,1 4,9 3,3 294 308 317 285 226 176 145 104 82 54 31 22 16 12 9,0 7,7 8,0 5,1 4,3 3,6 3,1 2,6 294 308 308 267 204 154 117 89 71 44 25 19 14 9,9 8,2 6,9 6,5 4,3 3,4 294 303 298 244 181 136 100 79 62 38 23 16 12 9,0 7,7 6,1 5,1 294 298 289 222 158 118 86 70 54 34 20 15 9,9 8,3 6,8 5,7 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 294 294 276 204 140 104 78 62 48 25 18 13 9,0 7,7 6,1 294 280 262 176 118 83 72 51 39 23 15 9,9 7,4 5,4 4,3 294 258 204 149 100 71 58 45 34 24 15 9,9 7,5 5,4 3,7 294 253 199 149 100 74 60 46 35 24 15 11 8,3 6,1 4,3 294 249 199 145 100 77 60 45 36 24 16 11 8,7 7,0 5,2 294 244 199 136 100 77 60 45 36 24 16 12 9,0 7,7 6,5 294 240 194 136 100 77 61 46 37 24 17 12 9,0 8,3 8,9 294 240 194 140 100 78 62 47 38 25 17 13 9,9 8,5 7,1 Q0 = 0,07 S1 = 1,11 S2 =2,38 104 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Giá tr c a R4 × 104 = q (β, γ) × cos3γ × 104 β0 tgγ 0,0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 0 2 5 264 297 330 376 396 403 409 409 409 396 370 343 317 297 277 257 244 231 218 205 193 184 174 169 164 158 153 149 145 264 317 343 383 396 409 396 396 383 356 304 271 238 211 185 161 140 122 106 94 82 74 66 59 53 49 45 41 37 264 317 343 370 396 370 356 343 317 254 211 165 132 106 79 59 46 37 32 26 22 19 16 13 12 11 9,5 8,4 7,7 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 264 317 343 350 330 310 284 251 224 152 95 63 45 33 24 19 13 11 9,0 7,5 6,3 5,3 4,6 4,1 3,7 3,3 3,0 2,5 2,5 264 317 330 330 290 251 218 178 178 100 63 40 24 17 13 9,9 7,7 5,9 5,0 4,4 3,7 3,2 2,8 2,5 2,2 2,1 2,0 1,7 1,7 264 310 310 304 251 211 172 139 139 73 44 26 16 11 8,3 7,1 5,7 4,6 3,8 3,3 2,9 2,5 2,1 2,0 1,7 1,7 1,7 264 304 297 277 218 178 139 108 108 55 30 19 13 9,2 7,0 5,7 4,8 3,7 3,2 2,8 2,4 2,1 264 290 284 251 198 152 115 88 88 45 25 15 11 7,9 6,3 5,0 4,1 3,2 2,6 264 284 277 231 185 132 100 75 75 37 21 13 9,6 7,3 5,7 4,5 3,8 264 277 264 211 165 115 88 66 66 32 17 12 9,0 6,6 5,1 4,2 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 264 271 251 198 145 103 79 59 59 28 16 11 8,4 6,3 5,0 264 244 218 165 112 77 61 44 44 21 13 9,8 7,5 6,1 5,0 264 231 198 139 96 66 50 37 37 20 12 9,1 7,4 6,1 5,1 264 224 185 132 86 65 50 37 37 20 12 8,8 7,4 6,2 5,4 264 224 178 132 86 65 50 37 37 20 13 8,8 7,5 6,5 5,5 264 218 172 125 86 63 50 38 38 21 13 9,4 7,9 6,7 5,8 264 218 172 125 86 65 52 40 40 22 15 11 8,6 7,1 6,1 264 211 165 125 87 66 55 41 41 24 16 12 9,4 7,7 6,3 264 211 165 119 87 67 55 42 42 25 17 13 11 8,7 6,9 264 211 165 119 87 68 55 45 45 26 19 15 12 9,6 7,7 Q0 = 0,08 S1 = 1,58 S2 =3,03 105 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị TÀI LI U THAM KH O 1. Kỹ thu t chi u sáng - chi u sáng ti n nghi và hi u qu năng l ng, Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Nhà xu t b n khoa h c kỹ thu t, 2008. 2. Quang h c ki n trúc - Chi u sáng t nhiên và chi u sáng nhân t o, Vi t Hà, Nguy n Ng c Gi , Nhà xu t b n xây d ng, 2007. 3. V t lí – công ngh - đ i s ng, Lê Nguyên Long, Nguy n Kh c Mão, Nhà xu t b n Giáo d c, 2003. 4. Handbook of electrical design details, Neil Sclater, John E.Traister, The McGraw-Hill Companies, 2003. 5. Tiêu chuẩn xây d ng Vi t Nam TCXDVN259 :2001 tiêu chuẩn thi t k chi u sáng nhân t o đ ng, đ ng ph , qu ng tr ng đô th . 6. Tiêu chuẩn xây d ng Vi t Nam TCXDVN333 :2005 tiêu chuẩn thi t k chi u sáng nhân t o bên ngoài các công trình công c ng và kỹ thu t h t ng đô th . 7. Giáo trình kỹ thu t nhu m - in bông, TS Ph m Thành Quân, Tr ng Đ i h c Bách khoa thành ph H Chí Minh. 8. Đ án t t nghi p c a các sinh viên Tr ng Đ i h c Ki n trúc thành ph H Chí Minh. 9. Trang web s d ng năng l ng hi u qu :http://www.energyefficiencyasia.org Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 106 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị PH N BÀI T P Bài 1 : M t bóng đèn tròn s i đ t công su t 75W phát quang thông Φ=600lm. Tính c ng đ sáng do bóng đèn này phát ra. Lời giải : Ngu n sáng này coi nh ngu n sáng đi m. Ngoài ra do có d ng hình tròn nên quang thông phát ra đ c coi nh phân b đ u kh p ra không gian xung quanh và do đó c ng đ sáng theo m i ph ng đ u bằng nhau. Theo đ nh nghĩa ta có c ng đ sáng theo m t ph ng là : I = Φ 600 = = 47, 75 Cd . Ω 4π Bài 2 : Cho bi t bán kính trái đ t r = 6300km, mặt tr i là R = 695.000km, kho ng cách t trái đ t đ n mặt tr i là d = 150.000.000km. a) Tính góc kh i t mặt tr i nhìn toàn b trái đ t và t trái đ t nhìn toàn b mặt tr i. b) Gi thi t ánh sáng mặt tr i gây ra đ r i đ u E=116.000 lux t i m i đi m trên mặt đ t. Hãy tính quang thông do mặt tr i g i đ n mặt đ t. c) M t đ năng l ng b c x mặt tr i g i đ n trái đ t trung bình là 1kW/m2. Gi thi t khí quy n trái đ t gi l i 29% dòng năng l ng c a mặt tr i tr c khi đ n trái đ t. Hãy tính t ng công su t b c x c a mặt tr i. d) Tính c ng đ sáng và đ chói c a mặt tr i đ i v i ng i quan sát trên mặt đ t. Lời giải : a) r ΩS I Mặt tr i d Trái đ t Do d>>r và d>>R nên khi xét góc kh i mà mặt tr i nhìn th y trái đ t thì ta coi nh mặt tr i là m t đi m và ng c l i n u xét góc kh i t trái đ t nhìn.toàn b mặt tr i thì coi trái đ t là 1 đi m. Khi đó di n tích nhìn th y trái đ t t mặt tr i là πr2 và di n tích nhìn th y mặt tr i t trái đ t là πR2. Ta có : π r2 Góc kh i nhìn trái đ t ΩS = 2 = 5,55.10−9 Sr Góc kh i nhìn mặt tr i ΩE = d π R2 d 2 = 67,5.10−6 Sr b) Di n tích bi u ki n c a trái đ t b ch n b i góc kh i ΩS là S = πr2 = 1,25.1014 m2 Quang thông do mặt tr i g i đ n trái đ t là Φ = E.S =116.103. 1,25.1014 =145.1017lm c) Công su t b c x c a mặt tr i g i đ n trái đ t là : W1 =1kW/m2.1,25.1014 =1,25.1014 kW Công su t b c x mặt tr i phát ra trong góc kh i ΩS là : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 107 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị W2 = W1. 100 100 = 1,25.1014. = 1,76.1014 kW (100 − 29) (100 − 29) T ng công su t b c x do mặt tr i phát ra toàn b không gian (góc kh i 4π) là : 4.π 4π = 1,76.1014. = 4.1023 kW W = W2. −9 ΩS d) C 5,55.10 ng đ sáng c a mặt tr i chi u xu ng trái đ t theo đ nh nghĩa là : Φ 1, 45.1019 = 2, 61.1027 Cd I= = −9 Ω 5,55.10 Đ chói đ i v i ng L= i quan sát trên mặt đ t : 2, 61.10 I = = 1, 72.109 Cd / m 2 2 2 6 π R π . ( 695.10 ) 27 Ta nh n th y đ chói khá l n nên không th nhìn mặt tr i tr c ti p bằng m t. Tuy nhiên vào bu i sáng và chi u khi mặt tr i ng đ thì nhìn đ c tr c ti p bằng m t. Đi u này không ph i là do mặt tr i suy gi m đ chói mà do tia sáng b khúc x xiên góc khi vào b u khí quy n c a trái đ t. Bài 3 : M t bóng đèn tròn có quang thông 1380lm to tia nh nhau theo m i h ng. Đèn này đ c treo gi a bàn đ c sách đ cao 1,3 m so v i mặt bàn. Ñ I a) Tính kho ng cách t gi a bàn đ n quy n sách đ đ r i t i đi m đó là 50 lux. d h b) Gi s trang sách ph n x khuy ch tán đ u v i h s n ph n x bằng 0,7. Tính đ chói c a trang sách. α c) Gi thi t bóng đèn đ c đặt tâm qu c u nh a m có đ ng kính 0,3m. B mặt qu c u m truy n x khuy ch tán đ u M L v i h s truy n x ρtxđ = 0,8. Xác đ nh đ chói c a b mặt qu c um . Lời giải : a) Bóng đèn tròn đ c coi nh ngu n sáng đi m nên c ng đ to tia theo m t ph ng b t kỳ là: I= Φ 1380 = = 110Cd 4π 4π Đ r i trên quy n sáng là : I I E = 2 cosα = 2 cos3α ⇒ Cosα = d h 3 Eh 2 3 50.1,32 = = 0, 438 110 I ML = h.tgα = 1,3.0,438 = 0,57m ρ E 0, 7.50 = = 11,1Cd / m 2 π π c) Quang thông thoát ra kh i mặt c u là Emc = ρtxđ . Eđ = 0,8.1380 = 1104 lm b) Theo đ nh lu t Lambert ta có L = Cu ng đ sáng do mặt c u t a ra theo ph Đ chói qu c u L = ng b t kỳ là I = I 88 = 1245Cd / m 2 2 2 π r π .0,15 Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Φ 1104 = = 88Cd 4π 4π 108 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Bài 4 : M t bóng đèn tuyp dài l = 1,2m phát ra c ng đ sáng I = 300Cd theo ph ng vuông góc v i tr c đèn. B mặt đèn ng khuy ch tán đ u và có đ ng kính 38mm. a) Tính đ chói c a b mặt bóng đèn. b) Xét m t b mặt đ c chi u sáng đặt t i đi m O cách tr c đèn m t kho ng h=2,4m và cách đ u bóng đèn kho ng cách x1 = 0,8m. Gi thi t pháp tuy n c a b mặt này vuông góc v i tr c đèn. - Tính đ r i vi phân dE đi m O do m t nuyên t vi phân dr c a đèn ng gây ra. - Tính đ r i toàn ph n do đèn ng gây ra Lời giải : a) Di n tích bi u ki n (c a ng i quan sát) b mặt đèn ng là : S = l.d = 1,2.0,038 = 0,0456m2 Đ chói b mặt đèn là : L = I 300 = = 6579Cd / m 2 S 0, 0456 x dx x1 l dI’ α h dI α2 α1 x O b) Do b mặt ng truy n x khuy ch tán đ u nên theo đ nh lu t Lambert đ chói t i m i đi m trên b mặt đèn là hằng s L = const, do đó đ chói c a nguyên t phát sáng dx bằng đ chói c a c đèn, t c là: L = const = dI I dI I I .dx . Cũng theo đ nh lu t = ⇒ = = dI = dS S dx.d l.d l Lambert, đ u mút các vect c ng đ sáng to ra t nguyên t dx nằm trên đ kính dI vuông góc v i tr c đèn. Kho ng cách t O đ n dx là ng tròn đ h nên theo đ nh lu t tỷ l ngh ch bình ph cosα ng ng ta có đ r i dE do dx t o ra t i đi m O là : dI '.cosα dI .cosα .cosα .cos 2α I .dx.cos 4α dE = = = 2 2 2 ⎛ h ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ cosα ⎠ l.h h Đ r i t ng do toàn b đèn gây ra t i đi m O là : I .cos 4α ⎛ h I .cos 2α I ⎡ α sin 2α ⎤ ⎞ E = ∫ dE = ∫ dα ⎟ = ∫ dα = ⎢ + ⎜ 2 2 4 ⎥⎦ 0,32 l.h ⎝ cos α lh ⎣ 2 ⎠ 0,32 l.h α1 Den α2 0,69 0,69 Trong đó : α1 = arctg 0,8 x1 = arctg = 0,32 2, 4 h 0,8 + 1, 2 x1 + l α 2 = arctg = arctg = 0, 69 2, 4 h Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 109 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 300 ⎡ 0, 69 − 0,32 sin ( 2.0, 69 ) − sin ( 2.0,32 ) ⎤ + ⎢ ⎥ = 29,3 lux 1, 2.2, 4 ⎣ 2 4 ⎦ Nh v y : E= Bài 5 : M t đèn chi u sáng đ ng ph d ng hình c u có c ng đ sáng phân b đ u I = 200Cd. Đèn đ c đặt cao 6m so v i mặt đ t. Tìm đ r i t i v trí nhìn th ng đ ng cách mặt đ t 1,5m (ng i đi đ ng) và cách n i đặt đèn 15 m theo chi u ngang. Lời giải : Ñ d 6m ⎛ 6 − 1,5 ⎞ 0 ⎟ = 16, 7 ⎝ 15 ⎠ β = arctg ⎜ H Theo đ nh lu t tỷ l ngh ch bình ph ng ta có : Icosβ 2000.cos16, 70 E= = = 7,34lux 2 2 2 6 + 15 d I ng nhìn β 15m M A 1,5m L Bài 6 : M t đèn tròn ph ng bán kính 15cm l p trên tr n trong phòng làm vi c. Ng i ta đo đ c đ chói trên mặt đèn là L = 40.000Cd/m2. M t quy n sách đặt trên mặt bàn đi m P cách tr c đèn 3m và cách tr n nhà 2m. Tính c ng đ sáng c a đèn h ng đ n P và đ r i t i v trí đặt sách.. Lời giải : 15cm Đ β I d 2m → n α 3m P Di n tích b mặt đèn là S = πR2 = 3,14.0,152 = 0,07065cm2. Góc gi a pháp tuy n c ă mặt bàn và ph ng ĐP là α = arctg = 56,30 3 2 Di n tích bi u ki n c a mặt đèn đ i v i ng i quan sát t i P là : Sβ = S.cosβ = 0,07065.cos56,30 = 0,0392 cm2. Theo đ nh nghĩa đ chói L = I ⇒ I = LS β = 40000.0, 0392 = 1568Cd Sβ Theo đ nh lu t tỷ l ngh ch bình phu ng ta có : Icosα 1568.0,555 = = 66,94 lux E= 2 2 2 d 2 +3 Bài 7 : M t đèn chi u sáng chi u xu ng đi m Q t o nên đ chói trung bình theo h ng đ n đi m P là 465.000Cd/m2. Cho bi t đ ng kính đèn chi u 2r = 12cm. V trí các đi m P và Q xác đ nh nh trên hình v . Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 110 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Tìm đ r i t i đi m P. Lời giải : Đ α I → n 7,2m d β P Q 4,8m 4,8m ⎛ 4,8 + 4,8 ⎞ ⎛ 4,8 ⎞ 0 − arctg ⎜ ⎟ ⎟ = 19, 4 7, 2 7, 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ α = arctg ⎜ Di n tích mặt đèn chi u là S = π r 2 = π .62 = 113,1cm 2 . Di n tích này h ng v đi m Q. Di n tích bi u ki n mặt đèn nhìn t đi m P là SP = S.cosα = 106,7cm . C ng đ sáng theo h ng đi m P là I = L.SP =465000.0,01067 = 4962 Cd Đ r i t i P tuân theo đ nh lu t tỷ l ngh ch bình ph ng : Icosβ 4962.cos33, 7 0 = = 55,1 lux E= 2 2 2 2 d 7, 2 + 4,8 ⎛ 4,8 ⎞ = 33, 7 0 ⎟ ⎝ 7, 2 ⎠ Trong đó β = arctg ⎜ Bài 8 : M t l l y ánh sáng t nhiên trên tr n nhà có bán kính R=1m có đ chói b u tr i trung bình là L=1000Cd/m2. Kho ng cách t l l y sáng đ n sàn nhà h=5m. a) Xác đ nh đ r i nguyên t dE do di n tích dS gây ra nhìn t P d i góc kh i dΩ. b) Tìm đ r i ngang E đi m P do l l y sáng t o nên. c) So sánh v i k t qu khi coi l l y sáng là ngu n đi m t i O d) Tính đ r i khi R→ ∞ (c b u tr i) Lời giải : R r O dr Iγ IN h d γ dΩ P Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 111 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị a) Xét nguyên t hình vành khăn tâm O, bán kính r, b r ng dr có di n tích là dS =2πr.dr. Nguyên t này phát c ng đ sáng Iγ v đi m P. Di n tích bi u ki n c a dS nhìn t P là SP = dS.cosγ C ng đ sáng theo ph ng t dS đ n đi m P là Iγ = L.SP = L.dS.cosγ Đ r i do dS gây ra t i P tuân theo đ nh lu t tỷ l ngh ch bình ph ng : I γ cosγ L.dS .cos 2γ dE = = d2 d2 Hình vành khăn đ c nhìn t P d dS P dScosγ dΩ = d2 = i góc kh i dΩ là : d2 T 2 bi u th c trên ta xác l p quan h gi a dE và dΩ là : L.dS .cos 2γ L.dS .cosγ = dE = cosγ = L.cosγ .d Ω 2 2 d d b) Tính đ r i toàn ph n E : R R ⎡ ⎤ 1 L.dS .cos 2γ L.cos 2γ .2π r.dr r.dr 2 2 ⎢ ⎥ = = = − π π 2 2 E= ∫ Lh Lh ∫0 ∫0 r 2 + h2 2 2 2 d2 d2 ⎢⎣ 2 ( r + h ) ⎥⎦ 0 (S ) ( ) R ⎡ 12 h2 ⎤ R2 = = = 120,8 lux 1000 E = π L ⎢1 − 2 L π π 2⎥ 12 + 52 R 2 + h2 ⎣ R +h ⎦ Trong đó cos 2γ = h2 và d 2 = h 2 + r 2 còn tích phân đ 2 2 h +r c) N u l l y sáng là ngu n đi m t i O thì c đó theo đ nh lu t tỷ l ngh c bình ph ng ta có : I π LR 2 π .1000.12 E= 2 = = = 125, 7 lux 2 2 h h c tra b ng. ng đ sáng theo h ng OP là I=LπR2. Khi 5 Đ sai s khi coi l l y sáng là ngu n sáng đi m : ΔE % = πL R2 R2 L − π 2 R2 + h2 h2 = R R2 h2 πL 2 2 R +h Gi s sai s không v d) Khi kích th t quá 1% thì ta ph i có ΔE % = 1 R2 h < ⇒ > 10 2 h R 100 c l l y sáng r t l n (c b u tr i thì) : ⎛ R2 ⎞ E = Lim ⎜ π L 2 ⎟ = π L = π .1000 = 3141, 6 lux R →∞ R + h2 ⎠ ⎝ Bài 9 : Gi i bài trên v i tr ng h p l l y sáng hình ch nh t kích th Lời giải : (sinh viên t làm) c a × b. Bài 10 : Tính quang thông c a m t ngu n sáng có công su t b c x P(W) phát ra tia đ n s c có b c sóng λ. Cho ví d . Lời giải : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 112 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Theo đ nh nghĩa quang thông ta có : Φ = 683.P.V(λ) Trong đó 683 (lm/W) là m t hằng s v t lý đ c xác đ nh t đ nh nghĩa Cadela, bi u th s chuy n đ i đ n v năng l ng sang đ n v c m nh n th giác. Ví dụ : m t ngu n sáng b c x toàn b công su t 1W phát tia đ n s c có λ=555nm thì Φ = 683.1.1=683 lm. C n l u ý công su t b c x P nh h n công su t mà ngu n sáng tiêu th . Bài 11 : Tính quang thông c a m t ngu n sáng có t ng công su t b c x P(W) phát ra m t s l ng h u h n tia đ n s c có b c sóng λi, trong đó b c sóng λi có công su t b c x là P(λi). Cho ví d . Lời giải : Theo đ nh nghĩa quang thông ta có Φ = 683.∑ P(λi ).V (λi ) , Trong đó : n i =1 n là t ng s tia sáng đ n s c do ngu n phát ra P(λi) là m c năng l ng c a tia đ n s c có b c sóng λi, đ n v W v(λi) đ c tra theo b ng (n u giá tr không có trong b ng thì cho phép n i suy). Tr ng h p đặc bi t n u năng l ng ngu n sáng phân b đ u thì : P(λ1)=P(λ2)=…=P(λi)=P(λn)=const = b P n P nên ta có Φ = 683. .∑ V (λ i ) n i =1 n - Ví dụ 1 : công su t b c x thành ánh sáng c a đèn là 1W, nó phát 38 tia đ n s c có c sóng nh b ng ph l c 1 v i năng l ng phân b đ u thì: Φ = 683.∑ P (λi )V (λi ) = 683.∑ 38 38 i =1 i =1 1 1 .V (λi ) = .683.11, 685 = 210 lm 38 38 So sánh v i tr ng h p ngu n 1W phát tia đ n s c 555nm đã tính trên ta th y quang thông t ng tr ng h p này bé h n nhi u trong khi công su t ngu n b c x đ u bằng nhau. - Ví dụ 2 : công su t b c x thành ánh sáng c a ngu n là 1W, nó phát 20 tia đ n s c, trong đó 10 tia đ n s c có b c sóng gi ng 10 tia đ u tiên trong b ng ph l c 1 và 10 tia đ n s c có b c sóng gi ng 10 tia cu i cùng trong b ng ph l c 1. Gi thi t năng l ng phân b đ u cho m i tia thì: 10 38 1 1 1 Φ = .683.∑ V (λi ) + .683.∑ V (λi ) = .683(0,3684 + 0,1255) = 34 lm 10 10 10 i =1 i = 29 Ta th y quang thông có giá tr r t th p vì các tia có b c sóng nằm g n sát biên c a vùng ánh sáng nhìn th y. - Ví dụ 3 : M t đèn phóng đi n phát ra ph ánh sáng g m 4 tia đ n s c v i các s li u cho trong b ng sau : λi(nm) 404,7 435,8 546,1 578,0 Trong đó : Pi(W) 26,0 20,8 2,6 15,2 V(λi) 0,0008 0,018 0,979 0,886 λi là b c sóng c a tia đ n s c th i Pi là m c năng l ng c a tia đ n s c th i. V(λi) là s li u l y t đ ng cong hi u qu ánh sáng Quang thông do đèn phát ra là : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 113 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Φ = 683.∑ P (λi )V (λi ) = 683. ( 26.0, 0008 + 20,8.0, 018 + 2, 6.0,979 + 15, 2.0,886 ) = 4 i =1 = 683.16, 4 = 11200 lm Ta cũng có th tính ph n công su t đi n mà đèn đã bi n đ i thành ánh sáng là : Pánh sáng = ∑ P(λi ) = 26 + 20,8 + 2, 6 + 15, 2 = 64, 6W 4 i =1 Bài 12 : Tính quang thông c a m t ngu n sáng phát quang ph ánh sáng liên t c Lời giải : Tr ng h p ngu n sáng b c x quang ph liên t c các ánh sáng nhìn th y thì ph i dùng phu ng pháp tích phân đ tính quang thông. Mu n v y ph i bi t bi u th c v(λ), n u không bi t ph i chia đ ng cong phân b ph liên t c W(λ) thành r t nhi u đi m r i r c đ tính toán. Φ = 683 ∫ W (λ ).V (λ ).dλ λ2 λ1 Ánh sáng ban ngày có quang thông là: Φ = 683 ∫ W (λ ).V (λ ).dλ 780 nm 380 nm Tr b b ng h p đặc bi t : n u công su t ngu n sáng là P đ c phân b đ u liên t c trên toàn P P (W / nm) và ta có : = c sóng nhìn th y thì W(λ) = 780 − 380 400 Φ = 683. P P . ∫ V (λ ).d λ ≈ 683. .104, 6727 = 179.P 400 380 nm 400 780 nm Tích phân hàm V(λ) trong công th c trên đ ph n m m Autocad. c tính theo ph ng pháp di n tích trong Bài 13: Xác đ nh công th c tính h s s d ng t ng h p d a theo cách b trí đèn và đu ng cong h s s d ng c a t ng đèn nh các hình v d i đây. Lời giải : K’1B B A A B K1B K1A K”1B h K”2A K2A K = (K1A + K2A) + (K’1B – K”1B) K’2A K2B K = (K1B + K2B) + (k’2A - K”2A) Bài 14 : Cho đ ng ph chính có c p chi u sáng A, l u l ng xe l n nh t ban đêm trên 3000 xe/gi . Chi u dài đ ng 1600m, chi u r ng l = 7,5m, l p ph mặt đ ng nh a trung bình. C t đèn có đ v n s = 2,4m. Gi thi t h s suy gi m quang thông c a đèn V=0,8. Yêu c u l p đặt đèn 1 bên và s d ng choá đèn ki u bán r ng. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 114 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Hãy đ a ra gi i pháp chi u sáng cho tuy n đ ng này bằng ph ng pháp t s R. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : Tra b ng đ chói yêu c u c a TCXDVN259 :2001 v i đ ng c p A, l u l ng >3000xe/gi thì Ltb = 1,6cd/m2. * e/h ≤ 3,5 : đi u ki n đ treo cao đèn c c đ i * l ≤ h : đi u ki n đ m b o đ đ ng đ u * Theo kinh nghi m h=8-10m Nh v y ta có h≥ l = 7,5m nên ta ch n h=10m đ phù h p v i lo i tr hi n có trên th tr ng. Do đó e ≤ 3,5h = 35m t c là emax = s 35m. Nh v y s l ng c t đèn c n ch t o là l/e+1 =1600/35 +1 ≈ 47 c t. K1A K1 - Tính toán hệ số sử dụng: Đ nâng cao hi u qu s d ng c a b đèn, b trí c t đèn nằm trên v a hè, cách mép đ ng 0,3m, nh v y do s>0,3m nên hình K2 chi u c a đèn nằm trên mặt đ ng nh hình K2A k=k1A + k2A bên. Khi đó k=k1A+k2A Vì đ bài không cho đ ng cong h s s v a hè lđ ng d ng đ tra h s k1 và k2 nên ta tính g n đúng theo công th c trong TCXDVN259:2001 nh sau : l1 = lđ ng – (s-0,3) = 7,5-(2,4-0,3) = 5,4m l2 = (s-0,3) = 2,4-0,3 = 2,1m l1/h = 5,4/10 = 0,54 l2/h = 2,1/10 = 0,21 Ta ch n đèn sodium áp su t cao, v thuỷ tinh m . Theo TCXDVN259 v i l/h = 0,5 thì k=0,2 và n u l/h= 1 thì k =0,25 . Bằng cách n i suy ta có : ( 0,54 − 0,5) = 0,204 (1 − 0,5) ( 0, 21 − 0,5) = 0,171 k2A = f(l2/h) = 0, 2 + ( 0, 25 − 0, 2 ) (1 − 0,5 ) k1A = f(l1/h) = 0, 2 + ( 0, 25 − 0, 2 ) V y k = 0,204+0,171 = 0,375 - Chọn đèn : Tra b ng v i mặt đ ng nh a trung bình dùng đèn bán r ng có R = 14 Quang thông đèn là Φ = l.e.Ltb .R 7,5.35.1, 6.14 = =19.600 lm 0,8.0,375 V .k Tra ph l c 2 ta ch n đèn cao áp sodium b u đ c hình tr có công su t 150W, quang thông 14.000lm. N u ch n đèn 250W có quang thông 25.000lm s r t lãng phí, n u tăng e đ tăng Φ thì e>emax l i không đ m b o đ d ng đ u. Khi ch n đèn 150W ta th y 14.000lm <19.600lm không đ t yêu c u. Nh v y ta l i quay l i t đ u đ tính toán v i e gi m xu ng e<emax, ví d l y e=30m. Quá trình tính toán c lặp l i cho đ n khi Φtính toán = 14.000lm thì d ng l i. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 115 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị L u ý m t đi u là e không th gi m nh quá vì e nh làm m t đ c t dày lên và mỹ quan đô th không còn. Thông th ng n u gi m e<30m mà quang thông Φ v n l n h n 14.000lm thì b t bu c ta ph i ch n đèn 250W-25.000lm. Bài 15 : Gi i bài toán trên nh ng b trí đèn chi u sáng hai bên đ ng ki u so le và lòng ng r ng l=10m. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : Tra b ng đ chói yêu c u c a TCXDVN259 :2001 v i đ ng c p A, l u l ng >3000xe/gi thì Ltb = 1,6cd/m2. * e/h ≤ 3,2 : đi u ki n đ treo cao đèn c c đ i * l ≥ h ≥ 2/3l : đi u ki n đ m b o đ đ ng đ u * Theo kinh nghi m h=8-10m s Nh v y ta có 10m ≥ h ≥ 6,7m nên ta K1A K1 ch n h=10m đ phù h p v i lo i tr hi n có trên th tr ng. Do đó e ≤ 3,2h = 32m t c là emax = 32m. Nh v y s l ng c t đèn c n ch t o là l/e +1 =1600/32 + 1 ≈ 51 c t. L u ý : Với lòng đ ờng rộng 7,5m ta K2 K2A k=k1A + k2A không thể bố trí 2 bên vì điều kiện l ≥ h thì h =7,5m quá thấp so với lòng đ ờng. v a hè - Tính toán hệ số sử dụng: lđ ng Đ nâng cao hi u qu s d ng c a b đèn, b trí c t đèn nằm trên v a hè, cách mép đ ng 0,3m, nh v y do s>0,3m nên hình chi u c a đèn nằm trên mặt đ ng nh hình bên, khi đó k=k1A + k2A. Ta ch tính h s s d ng c a 1 đèn vì 2 đèn so le, không nh h ng đ n nhau. Vì đ bài không cho đ ng cong h s s d ng đ tra h s k1 và k2 nên ta tính g n đúng theo công th c trong TCXDVN259:2001 nh sau : l1 = lđ ng – (s-0,3) = 10-(2,4-0,3) = 7,9m l2 = (s-0,3) = 2,4-0,3 = 2,1m l1/h = 7,9/10 = 0,79 l2/h = 2,1/10 = 0,21 Ta ch n đèn sodium áp su t cao, v thuỷ tinh m . Theo TCXDVN259 v i l/h = 0,5 thì k=0,2 và n u l/h= 1 thì k =0,25 . Bằng cách n i suy ta có : đ ( 0, 79 − 0,5) = 0,229 (1 − 0,5) ( 0, 21 − 0,5) = 0,171 k2A = f(l2/h) = 0, 2 + ( 0, 25 − 0, 2 ) (1 − 0,5 ) k1A = f(l1/h) = 0, 2 + ( 0, 25 − 0, 2 ) V y k = 0,229+0,171 = 0,4 - Chọn đèn : Tra b ng v i mặt đ ng nh a trung bình dùng đèn bán r ng có R = 14 Quang thông đèn là Φ = l.e.Ltb .R 10.32.1, 6.14 = =22.400 lm 0,8.0, 4 V .k Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 116 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Tra ph l c 2 ta ch n đèn cao áp sodium b u đ c hình tr có công su t 250W, quang thông 25.000lm. Quang thông đèn có l n h n quang thông tính toán chút ít nh ng ch p nh n đ c vì n u ch n đèn 150W-14.000lm đ gi m e xu ng thì m t đ c t r t dày, không đ m b o mỹ quan đô th . Bài 16 : Lòng đ ng r ng 14m, l p ph mặt đ ng nh a màu sáng trung bình. Cho bi t đây là ph buôn bán nên ánh sáng qu ng cáo và t tr ng bày hàng hoá r i xu ng mặt đ ng t o thành v t sáng gây hi u ng th p thoáng cho ng i lái xe. Đ xoá đ c các v t sáng, c n thi t k h th ng chi u sáng đ ng v i đ chói trung bình Ltb=2,2cd/m2. B trí trên v a hè cách mép đ ng 0,3m, đ v n c n đèn s=1,5m. B đèn s d ng là sodium áp su t cao, ki u phân b ánh sáng bán r ng, h s suy gi m quang thông v=0,8 và đ ng cong h s s d ng nh hình sau 0,5 Đèn K1 0,4 0,3 K2 0,2 0,1 l2 h 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 l1 3 h Hãy tính đ a ra gi i pháp chi u sáng cho tuy n đ ng này theo ph ng pháp t s R. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo s TCXDVN259-2001 : K1A K1 + Theo đi u ki n đ m b o đ đ ng đ u ta có h ≤ lđ ng /1,5 = 14/1,5 =9,3m. Đ phù h p v i lo i c t hi n có trên th tr ng ta ch n h=8m. + Theo đi u ki n đ cao treo đèn c c K2 đ i ta có : emax = 3,5h =3.8=24m. K2A k=k1A + k2A - Tính toán hệ số sử dụng : v a hè Do 2 đèn b trí đ i x ng nên hai c p lđ ng đ ng cong h s s d ng cũng đ i x ng nhau. Do v y ta ch tính h s s d ng cho 1 đèn (ví d hình bên là đèn bên trái, ký hi u kT), còn h s s d ng c a c 2 đèn là k = 2kT. l1 = lđ ng – (s-0,3) = 14-(1,5-0,3) = 12,8m l2 = (s-0,3) = 1,5-0,3 = 1,2m Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 117 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị l1/h = 12,8/8 = 1,6 l2/h = 1,2/8 = 0,15 Tra đ ng cong h s s d ng đã cho ta có :k1 = 0,41 và k2 = 0,03. V y kT = 0,41 + 0,03 = 0,44 và k = 2kT = 2.0,44 = 0,88. - Chọn đèn : Tra b ng v i mặt đ ng nh a trung bình dùng đèn bán r ng có R = 14 Quang thông đèn là Φ = l.e.Ltb .R 14.24.2, 2.14 = =14.700 lm 0,8.0,88 V .k Tra ph l c 2 ta ch n đèn cao áp sodium b u đ c hình tr có công su t 150W, quang thông 14.000lm. Quang thông đèn bé h n quang thông tính toán chút ít nh ng ph i ch p nh n vì n u ch n đèn 250W-25.000lm thì lãng phí l n trong khi không th tăng e lên đ c n a đ gi m s đèn. Ta cũng không gi m e n a vì e=24m đã khá dày trong không gian đô th . Thông th ng v i bài toán này ng i ta ph i tìm hãng ch t o đèn có công su t 150W nh ng quang thông cao nh t. Ch ng h n có th m t nhà ch t o nào đó có đèn 150W14600lm thì ta ch n lo i đèn này là h p lý nh t. Bài 17 : Tuy n đ ng dài 690m, l p ph nh a đ ng sáng trung bình, đ chói trung bình yêu c u Ltb = 2cd/m2. B trí đèn trên d i phân cách v i các kích th c nh hình v bên d i. Do đ ng đôi đòi h i mỹ quan nên yêu c u đ cao treo đèn t i thi u h=10m. B đèn s d ng là sodium áp su t cao, ki u phân b ánh sáng bán r ng, h s suy gi m quang thông v=0,8 và đ ng cong h s s d ng nh hình sau. 0,5 Đèn K1 0,4 0,3 K2 0,2 0,1 l2 h đ 1 0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 l1 3 h Hãy tính đ a ra gi i pháp chi u sáng cho tuy n đ ng này theo ph ng pháp t s R. Lời giải : Do tính ch t đ i x ng, ta ch xét 1 đ ng bên ph i, k t qu tính toán áp d ng đ c cho ng bên trái. - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : + Do đ bài đặt ra đã cho h = 10m nên theo đi u ki n đ cao treo đèn c c đ i ta có : emax = 3,5h =3.10=35m. + S c t đèn c n l p đặt là : 690/35+1 = 21 đèn Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 118 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị A B K1B h K’2A K”2A K2B 1,5m 7m 2m 7m - Tính toán hệ số sử dụng : Nhìn vào hình v trên ta có K = KB + KA = (K1B + K2B) + (K’2A - K”2A) + V i đèn A ch có nhánh K2 nh h ng đ n tuy n đ ng bên ph i : l’2A = 7m + 2m/2 + 1,5m = 9,5m Î l’2A/h = 9,5/10 = 0,95 Î Tra đ ng cong có K’2A = 0,24 Î l”2A/h = 2,5/10 = 0,25 l”2A = 2m/2 + 1,5m = 2,5m Î Tra đ ng cong có K”2A = 0,1 V y KA = 0,24 - 0,1 = 0,14 + V i đèn B c nhánh K2 và K1 đ u nh h ng đ n tuy n đ ng bên ph i : Î l1B/h = 9,5/10 = 0,65 l1B = 7m – (1,5m - 1m) = 6,5m Î Tra đ ng cong có K1B = 0,21 Î lB/h = 2,5/10 = 0,05 l2B = (1,5m - 1m) = 0,5m Î Tra đ ng cong có K2B = 0,02 V y KB = 0,21 + 0,02 = 0,22 + H s s d ng t ng K = 0,14 + 0,22 = 0,36 - Chọn đèn : Tra b ng v i mặt đ ng nh a trung bình dùng đèn bán r ng có R = 14 Quang thông đèn là Φ = l.e.Ltb .R 7.35.2.14 = =23.819 lm 0,8.0,36 V .k Tra ph l c 2 ta ch n đèn cao áp sodium b u đ c hình tr có công su t 250W, quang thông 25.000lm. Bài 18 : Cho s đ b trí đèn nh hình v , trong đó lòng đ ng r ng l = 10,5m, chi u cao treo đèn h = 10m, kho ng cách các tr đèn e = 30 m, đ v n c n đèn s = 2,0m, c t đèn b trí trên v a hè cách mép đ ng 0,3m. Dùng b đèn Sodium 250W-25.000lm. Cho bi t c ng đ sáng theo c a b đèn ph ng γ là Iγ =600.cos2γ khi b đèn này l p ngu n sáng có quang thông 1000lm. Đi m quan sát (ký hi u P) cách mép đ ng (phía có l p đèn) là 2m và cách đèn B theo chi u d c đ ng là 10m v phía ng i quan sát. C p đ chói c a l p ph mặt đ ng là R4. Hãy tính đ r i EP và đ chói LP t i đi m P đ i v i ng i quan sát khi c hai đèn A, B đ u b t sáng, các đèn khác không nh h ng đ n đi m P. L u ý : để đơn giản quá trình tính toán, cho phép chọn gần đúng giá trị R4.104 sát nhất từ bảng tra ứng với cặp (γ, tgβ) tính toán đ ợc, không cần tính toán nội suy. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 119 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Lời giải : B γB ΙγΒ S=2m γA KD A ΙγΑ βB C h=10m 0,3m N 2m 10m Q P βA e=30m G l=10,5m 2,625m 60m M M t quan sát G i hình chi u c a đèn A lên mặt đ ng là đi m N, hình chi u đèn B lên mặt đ ng là đi m K. Đ ng th ng GD đi qua đi m P song song v i tr c đ ng, đ ng th ng CQ đi qua đi m P và vuông góc v i tr c đ ng. C n đèn có đ v n s = 2m, c t đèn l p trên v a hè cách mép đ ng 0,3m nên đèn nhô ra so v i mép đ ng là 2-0,3 = 1,7m. V trí m t quan sát theo quy c cách đèn A m t kho ng 60m theo chi u d c tr c đ ng, cách mép ph i c a đ ng l/4 = 10,5/4 = 2,625m. - Trước hết ta xét độ chói và độ rọi do đèn A : PN = ( e − 10 ) + ⎡⎣ 2 − ( s − 0,3) ⎤⎦ = 2 ( 30 − 10 ) ⎛ PN ⎞ ⎛ 20, 003 ⎞ 0 ⎟ = arctg ⎜ ⎟ = 63,44 ⎝ h ⎠ ⎝ 10 ⎠ γ A = arctg ⎜ C 2 ng đ sáng do đèn A phát theo h 2 + ⎡⎣ 2 − ( 2 − 0,3) ⎤⎦ = 20,003m 2 ng γA đ n đi m P là : Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 120 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Iγ.A.P = 600.cos 2 ( 63, 440 ) . 25000 = 2998,9cd 1000 Đ r i do đèn A gây ra t i đi m P là : E A. P = Iγ . A. P h 2 .cos3γ = 2998,9 .cos3 ( 63, 440 ) = 2,68 lux 102 Đ tính đ chói ta c n tìm R4, mu n v y ta ph i tính βA : ⎛ ⎞ 20 ⎛ 60 + 30 − 10 ⎞ = 174,940 ⎟⎟ + arctg ⎜ ⎟ ⎝ 10,5 − 2 − 2, 625 ⎠ ⎝ 2 − ( 2 − 0,3) ⎠ β A = NPC + MPQ = arctg ⎜⎜ V i βA =174,940 và tgγA = 2,00, tra b ng R4 l y giá tr sát nh t (đ bài không yêu c u n i suy đ tìm giá tr chính xác) ta có R4 = 38.10-4. Theo ph ng pháp đ chói đi m ta có : LA. P = R4 . I γ . A. P h 2 = 38.10−4 2998,9 = 0,11 cd/m2. 2 10 - Xét độ chói và độ rọi do đèn B : PK = 102 + ⎡⎣ 2 − ( s − 0,3) ⎤⎦ = 102 + ⎡⎣ 2 − ( 2 − 0,3) ⎤⎦ = 10,005m 2 2 ⎛ PK ⎞ ⎛ 10, 005 ⎞ 0 ⎟ = arctg ⎜ ⎟ = 45,01 ⎝ h ⎠ ⎝ 10 ⎠ γ B = arctg ⎜ ng đ sáng do đèn B phát theo h Iγ.B.P = 600.cos 2 ( 45, 010 ) . C ng γB đ n đi m P là : 25000 = 7497,4cd 1000 Đ r i do đèn B gây ra t i đi m P là : EB . P = Iγ . B. P h 2 .cos3γ = 7497, 4 .cos3 ( 45, 010 ) = 26,49 lux 2 10 Đ tính đ chói ta c n tìm R4, mu n v y ta ph i tính βB : ⎛ 2 − ( 2 − 0,3) ⎞ ⎛ 10,5 − 2, 625 − 2 ⎞ 0 ⎟ = 14, 65 ⎟ − arctg ⎜ 30 − 10 10 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ β B = GPM − KPD = arctg ⎜ V i βB =14,650 và tgγB = 1,00, tra b ng R4 l y giá tr sát nh t (đ bài không yêu c u n i suy đ tìm giá tr chính xác) ta có R4 = 276.10-4. Theo ph ng pháp đ chói đi m ta có : LB. P = R4 . I γ . B. P h 2 = 276.10−4 7497, 4 = 2,07 cd/m2. 2 10 - Tính tổng độ chói và độ rọi do hai đèn A và B gây ra tại điểm P : LP = LA.P + LB.P = 0,11 + 2,07 = 2,18 cd/m2 EP = EAP + EB.P = 2,68 + 26,49 = 29,17 lux. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 121 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Bài 19 : M t tuy n đ ng có b r ng l = 10,5m g m có hai làn xe, chi u cao treo đèn h=10m, kho ng cách các tr đèn e = 30 m, đ v n c n đèn s = 2,0m, góc nghiêng c n đèn 50, c t đèn b trí trên v a hè cách mép đ ng 0,3m. C p đ chói c a l p ph mặt đ ng là R4. Thi t k s d ng b đèn Sodium 250W-32.000lm lo i Z2 c a hãng Schréder, h s suy gi m quang thông là 0,89. Dùng ph n m m Ulysse V2.2 tính toán có các k t qu sau : Y GIÁ TR Đ CHÓI TÍNH TOÁN T I CÁC ĐI M (cd/m2) Đèn Đèn 9,625 7,875 H ng quan sát 6,125 (d c tr c đ ng) 4,375 2,625 X = l/4, Y= -60m 0,875 Y/X 1,09 1,72 2,27 2,33 2,22 1,80 1,500 1,11 1,84 2,22 2,07 1,84 1,53 4,500 1,14 1,95 2,26 2,07 1,78 1,52 7,500 1,19 2,01 2,25 2,01 1,70 1,51 10,500 1,28 2,07 2,27 1,97 1,72 1,46 13,500 1,33 2,02 2,15 1,93 1,66 1,42 16,500 1,35 1,95 2,04 1,95 1,79 1,52 19,500 1,39 1,93 2,22 2,21 2,05 1,58 22,500 1,27 1,74 2,03 2,14 1,98 1,57 25,500 1,19 1,73 2,06 2,33 2,22 1,76 28,500 X Y GIÁ TR Đ R I TÍNH TOÁN T I CÁC ĐI M (lux) Đèn Tr c d c đ 8,750 ng 5,250 1,750 Y/X 35,4 59,9 65,3 1,500 29,2 45,4 48,9 4,500 22,5 35,9 40,2 7,500 16,1 25,0 31,6 10,500 13,4 21,1 26,7 13,500 13,4 21,1 26,7 16,500 16,1 25,0 31,6 19,500 22,5 35,9 40,2 22,500 29,2 45,4 48,9 25,500 Đèn 35,4 59,9 65,3 28,500 X Hãy xác đ nh : a) Đ r i trung bình Etb, đ đ ng đ u chung c a đ r i U0E b) Đ chói trung bình Ltb, đ đ ng đ u chung c a đ chói U0L, đ đ ng đ u d c tr c c a đ chói Ul. Lời giải : a) Căn cứ vào bảng độ rọi điểm tính toán ở trên, ta xác định các giá trị sau : ∑E ∑E n Etb = 30 i =1 Emin = i = i =1 i Min { Ei }i =1÷30 = 13,4 lux n 30 = 34,4 lux . Trong đó n = 30 là s đi m tính đ r i trong b ng Suy ra đ đ ng đ u chung c a đ r i là : Emin 13, 4 ×100% = ×100% ≈ 39% U0E = 34, 4 Etb Theo TCXDVN259 :2001 thì U0E ≥ 40% nên giá tr này ch a đ t, tuy nhiên sai s r t bé nên v n ch p nh n đ c. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 122 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị b) Căn cứ vào bảng độ chói điểm tính toán ở trên, ta xác định các giá trị sau : ∑ Li n Ltb = i =1 Lmin = ∑L 60 = i =1 i Min { Li }i =1÷60 = 1,09 cd/m2. n 60 = 1,81 cd/m2 . Trong đó n = 60 là s đi m tính đ chói trong b ng. Đ đ ng đ u chung c a đ chói : U0L = Lmin 1, 09 .100% = .100% ≈ 60% 1,81 Ltb Tính đ chói c c ti u, đ chói c c đ i, đ đ ng đ u d c tr c trên t ng d i song song v i tr c đ ng đ c tóm t t trong b ng sau : 9,625 7,875 6,125 4,375 2,625 0,875 Y 1,09 1,72 2,03 1,93 1,66 1,42 LminY 1,39 2,07 2,27 2,33 2,22 1,80 LmaxY 77,91 83,23 89,51 82,75 74,53 78,78 UlY = LminY/LmaxY × 100% T b ng này ta tính đ đ ng đ u d c tr c: Ul = Min{UlY} ≈ 75%. Theo TCXDVN259 :2001 thì Ul ≥ 70% nên giá tr này đ t yêu c u. Nguyễn Mạnh Hà - Tr ờng Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 123

Log In

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

Related Papers

RELATED PAPERS