BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THcaodangnghe5qk5.edu.vn/upload/iblock/327/327ef5aae2cd5144fc506d… · TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Khoa K ... Bài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG

Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng

Nguyễn Mạnh Hà

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

Đà Nẵng tháng 02-2009

Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị

Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 1

LỜI CẢM ƠN

Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị được biên soạn làm tài liệu giảng dạy chính thức cho

ngành Kỹ thuật hạ tầng đô thị, Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng. Trong quá trình biên soạn, tác giả đã nhận được sự ủng hộ, động viên cũng như ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của các tổ chức, cá nhân sau đây:

- Các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng. - Phòng Quản lý điện, Sở Công Thương thành phố Đà Nẵng. - Công ty Quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng Đà Nẵng - Công ty Schréder Việt Nam. - Gia đình và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Do biên soạn lần đầu với thời gian, kinh nghiệm có hạn, chắc chắn tập bài giảng này còn

có nhiều thiếu sót, tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực chiếu sáng để tiến tới biên soạn thành giáo trình hoàn chỉnh phục vụ công tác giảng dạy, học tập cũng như công tác của sinh viên sau khi ra trường.

Các ý kiến dóng góp xin gửi về địa chỉ: Văn phòng Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng Tầng 4, Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Số 566 Núi Thành, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Email : [email protected] Tác giả



MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 5 LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ ......................................................... 5 CHƯƠNG 1............................................................................................................................................ 7 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG ....................................................... 7

1.1. Bản chất của ánh sáng ................................................................................................................. 7 1. Bản chất sóng - hạt của ánh sáng: .............................................................................................. 7 2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục ............................................................................... 7 3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch:.................................................................................. 8

1.2. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo: ......................... 9 1. Hiện tuợng phát sáng do nung nóng:.......................................................................................... 9 2. Hiện tuợng phát sáng do phóng điện:......................................................................................... 9 3. Hiện tượng phát sáng huỳnh quang.......................................................................................... 11 4. Hiện tượng phát sáng lân quang............................................................................................... 11 5. Hiện tượng phát sáng thứ cấp:.................................................................................................. 12

1.3. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng............................................................................................. 12 1. Góc khối (còn gọi là góc đặc, góc nhìn) .................................................................................. 12 2. Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy......................................................... 14 3. Quang thông ............................................................................................................................. 15 4. Quang hiệu ............................................................................................................................... 16 5. Cường độ sáng.......................................................................................................................... 16 6. Độ rọi........................................................................................................................................ 17 7. Độ sáng (còn gọi là độ trưng): ................................................................................................. 18 8. Độ chói ..................................................................................................................................... 19 9. Nhiệt độ màu: ........................................................................................................................... 19 10. Độ hoàn màu (còn gọi là chỉ số thể hiện màu):...................................................................... 20

1.4. Các định luật quang học và ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng :............................................ 21 1. Sự phản xạ:............................................................................................................................... 21 2. Sự truyền xạ : ........................................................................................................................... 22 3. Sự khúc xạ:............................................................................................................................... 23 4. Sự che chắn: ............................................................................................................................. 24 5. Sự hấp thụ: ............................................................................................................................... 24 6. Định luật Lambert về sự khuyếch tán đều :.............................................................................. 25

CHƯƠNG 2.......................................................................................................................................... 27 MẮT NGƯỜI VÀ SỰ CẢM THỤ ÁNH SÁNG................................................................................. 27

2.1 Cấu tạo mắt người ...................................................................................................................... 27 1. Hiện tượng thị giác:.................................................................................................................. 27 2. Hiện tượng điều tiết của mắt: ................................................................................................... 27 3. Võng mạc: ................................................................................................................................ 27 4. Khái niệm “con mắt quốc tế”: .................................................................................................. 27

2.2 Sự giải mã hình ảnh:................................................................................................................... 28 2.3 Quá trình thích nghi : ................................................................................................................. 28 2.4 Cảm giác chiều sâu của vật cần nhìn: ........................................................................................ 28 2.5 Cực cận và cực viễn của mắt :.................................................................................................... 29 2.6. Trường nhìn (thị trường) của mắt : ........................................................................................... 29 2.7 Độ tương phản :.......................................................................................................................... 29 2.8 Hiện tượng chói lóa:................................................................................................................... 30

1. Khái niệm: ................................................................................................................................ 30 2. Giải thích hiện tượng chói lóa :................................................................................................ 30 3. Chỉ số hạn chế chói lóa G (còn gọi là chỉ số tiện nghi) : ......................................................... 31

CHƯƠNG 3.......................................................................................................................................... 33 CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG .............................................................. 33

3.1 Bóng đèn nung sáng: .................................................................................................................. 33



1. Cấu tạo của bóng đèn nung sáng (hình 3.1): ............................................................................ 33 2. Một số loại bóng đèn nung sáng thông dụng: .......................................................................... 34

3.2 Bóng đèn huỳnh quang............................................................................................................... 35 1. Đặc điểm cấu tạo:..................................................................................................................... 35 2. Một số bóng đèn huỳnh quang thông dụng .............................................................................. 37

3.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) ................................................................................ 38 1. Cấu tạo của bóng đèn phóng điện: ........................................................................................... 38 2. Một số loại bóng đèn phóng điện HID thông dụng:................................................................. 39

3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) ..................................................... 42 3.5 Đèn cảm ứng (đèn không điện cực) ........................................................................................... 43 3.6 Đèn Sulfua :................................................................................................................................ 43

CHƯƠNG 4.......................................................................................................................................... 45 CẤU TẠO CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG ................................................................. 45

4.1. Cấu tạo chung của một bộ đèn chiếu sáng công cộng:.............................................................. 45 4.2. Các bộ phận chính của bộ đèn chiếu sáng công cộng ............................................................... 46

1. Tấm phản quang:...................................................................................................................... 46 2. Thiết bị mồi đèn (tắc te) và chấn lưu: ...................................................................................... 46 3. Kính bảo vệ : ............................................................................................................................ 47 4. Lỗ đui đèn : .............................................................................................................................. 48

4.3. Các thông số cơ học chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng:.............................................. 48 1. Độ kín (IP):............................................................................................................................... 49 2. Cấp bảo vệ cơ học chống nổ (còn gọi là độ chịu va đập của kính đèn): ................................. 49 3. Diện tích cản gió ...................................................................................................................... 50 4. Chỉ tiêu lão hóa kính bảo vệ:.................................................................................................... 50 5. Trọng lượng:............................................................................................................................. 50

4.4. Các thông số điện chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng:.................................................. 50 1. Cấp cách điện : ......................................................................................................................... 51 2. Độ dao động điện áp: ............................................................................................................... 51

4.5. Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng:................................................. 51 1. Hệ số suy giảm quang thông: ................................................................................................... 51 2. Hệ số phản quang : ................................................................................................................... 52 3. Đường cong trắc quang : .......................................................................................................... 52 4. Hiệu suất của bộ đèn : .............................................................................................................. 54 5. Cấp bộ đèn :.............................................................................................................................. 55 6. Hệ số sử dụng của bộ đèn: ....................................................................................................... 56 7. Góc bảo vệ................................................................................................................................ 57

4.6. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng: ............................................................................. 58 CHƯƠNG 5.......................................................................................................................................... 59 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG..................................................................... 59

5.1. Sơ lược về lịch sử các phương pháp, trình tự thiết kế:.............................................................. 59 5.2. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao thông và yêu cầu cơ bản : ............................................ 59 5.3. Các nguyên tắc cơ bản: ............................................................................................................. 59

1. Phương và vị trí quan sát của người lái xe:.............................................................................. 60 2. Độ chói mặt đường :................................................................................................................. 60 3. Độ đồng đều của độ chói mặt đường: ...................................................................................... 61 4. Chỉ số chói lóa G của bộ đèn: .................................................................................................. 62 5. Hiệu quả dẫn hướng tại các vị trí đặc biệt................................................................................ 63

5.4. Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng :........................................................................ 63 1. Các thông số hình học bố trí đèn :............................................................................................ 63 2. Các phương án bố trí đèn ......................................................................................................... 65 3. Chọn công suất và loại bộ đèn : ............................................................................................... 67

5.5. Phương pháp độ chói điểm trong thiết kế chiếu sáng : ............................................................. 68 1. Độ chói của một điểm trên mặt đường :................................................................................... 68 2. Phân loại các lớp phủ mặt đường : ........................................................................................... 69



3. Tính toán độ chói và độ rọi điểm ............................................................................................. 70 5.6. Thiết kế chiếu sáng tại các điểm đặc biệt trên đường giao thông: ............................................ 72

1. Chiếu sáng tại điểm giao nhau đồng mức: ............................................................................... 72 2. Chiếu sáng nút giao với đường sắt : ......................................................................................... 74 3. Chiếu sáng đường cong............................................................................................................ 74 4. Chiếu sáng bùng binh............................................................................................................... 75 5. Chiếu sáng đường hầm............................................................................................................. 76

5.7. Thiết kế chiếu sáng với sự trợ giúp của máy tính: .................................................................... 78 5.8. Sử dụng phần mềm thiết kế chiếu sáng công cộng Ulysse 2.2 ................................................. 79

1. Khởi động................................................................................................................................. 79 2. Chọn phương án bố trí đèn....................................................................................................... 81 3. Chọn đèn và các thông số về đèn ............................................................................................. 82 4. Xem kết quả và lập báo cáo ..................................................................................................... 84

5.9. Một số nội dung thiết kế khác của hệ thống chiếu sáng đường giao thông .............................. 87 1 Thiết kế điện :............................................................................................................................ 87 2 Thiết kế xây dựng :.................................................................................................................... 89 3 Thiết kế kết cấu ......................................................................................................................... 89

CHƯƠNG 6.......................................................................................................................................... 90 QUẢN LÝ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG.............................................. 90

6.1. Nội dung quản lý, vận hành : .................................................................................................... 90 6.2. Cơ cấu tổ chức và trang thiết bị vận hành................................................................................. 91 6.3. Vấn đề tiết kiệm điện : .............................................................................................................. 91 6.4. Thực trạng quản lý vận hành..................................................................................................... 92 6.5. Tự động hoá công tác quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng :........................................ 92

CHƯƠNG 7.......................................................................................................................................... 93 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TRONG ĐÔ THỊ ................................... 93

7.1. Chiếu sáng công viên, vườn hoa ............................................................................................... 93 1. Các nguyên tắc chung .............................................................................................................. 93 2. Chỉ tiêu kỹ thuật về chiếu sáng : .............................................................................................. 93

7.2. Chiếu sáng công trình thể thao ngoài trời - những nguyên tắc chung : .................................... 95 CHƯƠNG 8.......................................................................................................................................... 98 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ .......................................... 98

8.1. Ô nhiễm ánh sáng...................................................................................................................... 98 8.2. Quy hoạch chiếu sáng ............................................................................................................... 99

PHỤ LỤC........................................................................................................................................... 101 1. Bảng giá trị và biểu thức hàm V(λ):........................................................................................... 101 2. Công suất và quang thông các loại đèn phóng điện thông dụng ................................................ 101 3. Bảng phân loại các lớp phủ mặt đường :.................................................................................... 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................. 106 PHẦN BÀI TẬP................................................................................................................................. 107



PHẦN MỞ ĐẦU LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ

Từ thời kỳ sơ khai con người đã biết tạo ra ánh sáng từ lửa, tuy nhiên lúc đó con người

dùng lửa với tư cách là nguồn nhiệt chứ không phải là nguồn sáng. Trải qua một thời kỳ dài của lịch sử, con người mới phát minh ra loại đèn thắp sáng bằng chất khí. Sau khi nhà hoá học người Áo K.Auer phát minh ra đèn măng sông chế tạo bằng chất chịu được nhiệt độ cực cao đã cho ánh sáng trắng khi đốt cháy trong ngọn lửa chất khí thì đèn măng sông trở nên phổ biến khắp các thành phố lớn trên thế giới, đến nỗi tưởng như không thể còn loại đèn nào có thể thay thế được.

Tuy nhiên cuối thế kỷ 19 người ta bắt đầu nhận thấy ưu điểm khi thắp sáng bằng điện. Cho đến nay người ta vẫn chưa biết chính xác ai là người đầu tiên chế tạo ra chiếc đèn điện đầu tiên. Tuy nhiên để đi đến chiếc bóng đèn hoàn thiện như ngày nay chắc chắn phải có sự cống hiến của nhiều nhà khoa học, trong đó người có công lớn nhất và là người đã đăng ký bản quyền phát minh đầu tiên về bóng đèn dây tóc vào năm 1878 là Thomas Edison - một nhà phát minh nổi tiếng của Mỹ. Để ghi nhận công lao và sự nỗ lực của ông trong việc đem ánh sáng đến cho nhân loại mà ngày nay người ta đã tưởng nhớ ông như là cha đẻ của mọi loại bóng đèn điện dùng sợi đốt.

Đêm 24/12/1879 Edison mời hàng trăm người thuộc đủ mọi thành phần trong xã hội ở thành phố New York tới dự bữa tiệc tại nhà ông nhằm quảng cáo sản phẩm đèn điện do ông chế tạo lần đầu tiên. Tại bữa tiệc này ông cho thắp sáng hàng loạt bóng đèn ở tất cả khu nhà ở, xưởng máy, phòng thí nghiệm và sân vườn. Kết quả bữa tiệc đã giúp ông nhận được sự tài trợ của chính quyền cho đề án thắp sáng thành phố. Cuối cùng, đến 5 h sáng ngày 04/9/1882 hàng trăm ngọn đèn trên các phố đồng loạt bật sáng làm cả một góc thành phố NewYork tràn ngập ánh sáng điện, đánh dấu thời khắc lịch sử ánh sáng điện chinh phục bóng đêm. Đây cũng được xem là thời điểm ra đời của ngành chiếu sáng đô thị.

Tại Việt Nam trước đây, chiếu sáng đô thị được xây dựng trên cơ sở lưới đèn chiếu sáng công cộng được xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi tóc. Đến năm 1975, những ngọn đèn cao áp đầu tiên được lắp đặt tại khu vực quảng trường Ba Đình và lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh. Ngoài chiếu sáng đường phố, các loại chiếu sáng khác của đô thị như chiếu sáng công viên, vườn hoa, chiếu sáng cảnh quan các công trình kiến trúc văn hoá, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tượng đài... hầu như chưa có gì.

Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (4/1992) là một mốc khởi đầu cho sự phát triển của ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam. Thực trạng chiếu sáng đô thị lúc bấy giờ vẫn còn rất kém, lạc hậu so với các đô thị trong khu vực. Sau Hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức tại Đà Nẵng, cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nước ta đã thực sự hình thành và phát triển. Hiện nay chúng ta đã có Hội chiếu sáng đô thị Việt nam.

Vai trò của chiếu sáng đô thị:



Tại các nước phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8 đến 13% tổng điện năng tiêu thụ. Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng của đô thị...

Chiếu sáng đường phố tạo ra sự sống động, hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân đô thị, thúc đẩy sự phát triển thương mại và du lịch. Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan của các đô thị trong các dịp lễ tết và các ngày kỷ niệm lớn hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động chính trị, văn hóa xã hội cũng như sự kiện quốc tế.

Trong điều kiện thiếu hụt về điện năng của nước ta, đã có những lúc, những nơi chiếu sáng quảng cáo bị coi là phù phiếm, lãng phí và không hiểu quả. Điều này xuất phát từ góc độ tiêu thụ năng lượng mà chưa nhận thức tổng quát vai trò của chiếu sáng đô thị. Do đó cần có sự đánh giá chính xác và khách quan về hiệu quả mà chiếu sáng đem lại không chỉ về mặt kinh tế, mà còn cả trên các bình diện văn hóa - xã hội. Không chỉ nhìn nhận những hiệu quả trực tiếp trước mắt, có thể tính được bằng tiền mà còn cả hiệu quả gián tiếp và lâu dài mà chiếu sáng đem lại trong việc quảng bá, thúc đầy sự phát triển của thương mại, du lịch và dịch vụ. Chỉ có như vậy, hệ thống chiếu sáng đô thị mới có thể phát triển và duy trì một cách bền vững, đóng một vai trò ngày một xứng đáng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị.

Để làm được việc đó chúng ta phải đẩy mạnh việc nghiên cứu, ứng dụng, phát triển lý thuyết về chiếu sáng đô thị ngày càng hoàn thiện nhằm xây dựng đô thị Việt Nam vừa mang phong cách hiện đại vừa giữ gìn được nét truyền thống.



CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG

1.1. Bản chất của ánh sáng 1. Bản chất sóng - hạt của ánh sáng: + Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hình,…tất cả đều là

những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng, cũng giống như các bức xạ điện từ khác được đặc trưng bởi bước sóng λ, tần số ν, hoặc chu kỳ T với ν = 1/T hoặc c = ν.λ.

+ Có thể chia bước sóng thành các phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng nhìn thấy chỉ là dải hẹp từ 380nm-780nm:

• Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave) • Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave) • Từ 100 m đến 10 m Sóng ngắn (SW = Short wave) • Từ 10 m đến 0,5 m Sóng vô tuyến (FM) • Từ 0,5 m đến 1,0 mm Sóng rađa • Từ1000 µm đến 0,78 µm Sóng hồng ngoại • Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy • Từ 380 nm đến 10 nm Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) • Từ 100 A0 đến 0,01 A0 Tia X • Từ 0,01 A0 đến 0,001 A0 Tia γ, tia vũ trụ ( 1 µm = 10-6 m; 1 nm = 10-9 m; 1 A0 = 10-10 m) + Theo thuyết lượng tử, ánh sáng còn mang bản chất hạt (photon), có năng lượng E = hν=

hc / λ ; trong đó h là hằng số Plank = 6,626176 × 10-34Js Tại sao các vật thể phát ra ánh sáng ? Ta phải dùng thuyết lượng tử để giải thích như sau: + Một photon bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích

thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn sự hấp thu năng lượng ánh sáng của vật chất. + Một photon được sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo

khác gần nhân hơn và tải đi một năng lượng mà nguyên tử bị mất dưới dạng tia sáng mà bước sóng tỷ lệ nghịch với năng lượng được truyền đi sự phát ra năng lượng ánh sáng của vật chất.

+ Như vậy căn cứ vào bước sóng ta có thể phân biệt được sóng ánh sáng và các dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ.

2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục + Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt

võng mạc của mắt người. + Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm-780nm + Thí nghiệm đã chứng minh: dải phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có

bước sóng thay đổi từ 380nm –780nm như hình sau: + Ánh sáng mặt trời được coi là nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng của nguồn sáng

nhân tạo.



+ Ánh sáng mặt trời có rất nhiều công dụng khác ngoài chiếu sáng : sinh ra vitamin D khi

tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có một lượng rất bé tia cực tím), phát điện, thu nhiệt, sấy khô,…

+ Hiện nay người ta đang nghiên cứu thiết bị dẫn ánh sáng tự nhiên vào trong các toà nhà nhằm giảm tiền điện cũng như có lợi cho sức khoẻ.

3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch:

Hình 1.2_Thí nghiệm quang phổ vạch

Nguồn sáng nhân tạo (đèn chiếu sáng)

Lăng kínhKhe hẹp

Vật đen

Lăng kính

Ánh sáng mặt trời

Tia sáng đơn sắc đầu ra lăng kính

Phổ ánh sáng

Hình 1.1_ Thí nghiệm quang phổ liên tục



+ Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). Hình 1.2 là kết quả thí nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo sau khi đi qua lăng kính:

+ Nói chung ánh sáng nhân tạo không tốt bằng ánh sáng mặt trời (xét dưới góc độ chiếu sáng). Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh của con người đã thích nghi hoàn toàn với ánh sáng ban ngày nên với bất kỳ nguồn sáng nào không phải là ánh sáng mặt trời đều không tốt đối với mắt. Ước mơ của con người luôn luôn hướng đến việc tạo ra các nguồn sáng giống như ban ngày, do đó để đánh giá chất lượng của các nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh.

Ánh sáng đèn tuyp ta thường thấy cũng chỉ có màu xanh, tức là có quang phổ vạch mặc dù ban đêm ta cảm thấy nó khá dễ chịu. Với sự tiến bộ của kỹ thuật, hiện nay người ta có thể chế tạo các nguồn sáng có khả năng phát ra các bức xạ có quang phổ liên tục gần với ánh sáng trắng như đèn xenon, song giá thành rất đắt nên chủ yếu dùng cho các loại xe hơi đắt tiền.

1.2. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo: 1. Hiện tuợng phát sáng do nung nóng: Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ > 00K đều bức xạ năng lượng dưới dạng sóng điện từ, khi

được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10000K sẽ phát ra bức xạ ánh sáng (cũng là loại sóng điện từ). Nhiệt độ càng cao thì cường độ ánh sáng tăng lên và màu sắc bề ngoài cũng trở nên sáng hơn. Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dòng điện để đốt nóng sợi đốt (dây tóc) bằng kim loại. Hiện tượng phát sáng khi nung nóng bằng dòng điện được nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát hiện năm 1802. Sau đó nhà phát minh người Mỹ Edison mới chế tạo ra đèn sợi đốt đầu tiên.

Hiện tượng phát xạ ánh sáng do nung nóng được giải thích như sau: Khi có điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, các điện tử ở các lớp ngoài của nguyên tử được giải phóng khỏi nguyên tử và dịch chuyển trong mạng tinh thể kim loại. Trong quá trình di chuyển, điện tử luôn luôn có va chạm với các nguyên tử, do đó động năng của điện tử đã truyền một phần cho nguyên tử. Kết quả là các nguyên tử bị kích thích và một số điện tử lớp trong nhảy ra lớp ngoài (nếu lớp đó chưa đầy). Điện tử này có xu hướng trở về vị trí trống gần hạt nhân hơn (vị trí ổn định) và nếu điều đó xảy ra thì điện tử sẽ mất một lượng năng lượng E (thế năng) đồng thời giải phóng một photon có bước sóng λ = c.h/E (có thể là ánh sáng nhìn thấy hoặc không nhìn thấy).

Năng lượng bức xạ có thể bao gồm quang năng, nhiệt năng và bức xạ hồng ngoại,... Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn sợi đốt như đèn sợi đốt chân không

(trong dân dụng 50W-75W), đèn sợi đốt halogen (còn gọi là đèn halogen-Vonfram). 2. Hiện tuợng phát sáng do phóng điện: Hiện tượng này do nhà khoa học Anh Edward Townsend phát hiện đầu tiên. Hiện tượng phóng điện trong chất khí là quá trình diễn ra rất phức tạp, phụ thuộc vào áp

suất khí, công suất nguồn điện và dạng điện trường. Tuy nhiên có thể mô tả tóm tắt thông qua thí nghiệm sau đây: cho ống phóng điện thủy tinh chứa hơi kim loại hoặc một khí trơ nào đó ở áp suất thấp, bên trong có đặt 2 điện cực và được nối với nguồn 1 chiều thông qua biến trở điều chỉnh được:

+ Khi điện áp tăng lên thì dòng điện tăng theo (đoạn AB). Nguyên nhân có dòng điện là



do các ion tự do tồn tại trong chất khí. + Đến điểm B (điểm xảy ra phóng điện) thì dòng điện tăng rất nhanh còn điện áp giảm

xuống đến điểm M (điểm duy trì phóng điện). Nguyên nhân dòng điện tăng là do hiện tượng ion hóa chất khí làm cho số điện tử tăng lên nhanh.

+ Đến điểm D (bằng cách giảm R) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang. Nguyên nhân là do điện cực bị đốt nóng quá mức làm phát xạ điện tử bằng hiệu ứng nhiệt-ion.

Cần lưu ý là nếu áp suất cao sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện tia lửa chứ không phải phóng điện tỏa sáng vì ở áp suất cao, hiện tượng phóng điện không tự duy trì được.

Khi ứng dụng hiện tượng này vào đèn điện chiếu sáng, người ta chỉ cho đèn làm việc trong khoảng B-D với điểm làm việc M được xác lập nhờ điện trở R gọi là “chấn lưu”. Điện áp tại điểm B được gọi là điện áp phóng điện hay điện áp mồi. Khi phóng điện, các nguyên tử khí bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về trạng thái ban đầu thì phát ra phôton gây nên hiện tượng phát sáng hướng từ cực âm sang cực dương. Ánh sáng phát ra thường đơn sắc và mang màu đặc trưng của khí trong ống thủy tinh. Ngoài ánh sáng nhìn thấy, tùy vào chất khí mà còn có các tia hồng ngoại hay tử ngoại. Nếu có phát tia tử ngoại thì ống phóng điện phải làm bằng thủy tinh có đặc tính cản tia tử ngoại (thủy tinh natri cacbonat), tránh hủy diệt sinh vật sống, tia hồng ngoại không nguy hiểm vì nó chỉ có tác dụng nhiệt.

Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin thì chiều dòng điện duy trì trong ống thủy tinh

liên tục thay đổi theo tần số nguồn điện. Cả dòng điện và điện áp trong ống phóng điện không còn là hình sin nữa nên nó được xem là một phần tử phi tuyến. Mặc dù mắt người không cảm nhận được nhưng ánh sáng do đèn tạo ra là ánh sáng nhấp nháy liên tục.

i

E

R u

Katot

Anot

Hơi kim loại

300

200

100

u(V)

A

EB

CM

D

E

M’

R=30kΩ R=300Ω

logi10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1

Hình 1.3_ Thí nghiệm phóng điện trong chất khí

Hình 1.4_ Phóng điện trong chất khí với nguồn điện hình sin

M

M

B

B



Năng lượng bức xạ gồm quang năng, nhiệt năng, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại có tỷ lệ thay đổi theo áp suất và loại khí sử dụng.

Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn hơi phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp suất cao, đèn halogen kim loại (hơi thủy ngân cao áp),…

3. Hiện tượng phát sáng huỳnh quang Hiện tượng huỳnh quang được biết đến vào giữa thế kỉ 19 bởi nhà khoa học người Anh

George G. Stoke. Khi cho ánh sáng tử ngoại (không nhìn thấy) chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải quang phổ nhìn thấy được. (Đinh luật Stoke)

Giải thích theo thuyết lượng tử như trong hình 1.5: một photon bức xạ tử ngoại (hình bên trái) va chạm với một electron của một nguyên tử chất huỳnh quang, kích thích và đưa electron này lên mức năng lượng cao hơn. Sau đó, electron này rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra ánh sáng dưới dạng một photon (hình bên phải) trong vùng ánh sáng nhìn thấy được.

Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo ra đèn huỳnh quang gồm bóng thuỷ tinh không

cho tia tử ngoại xuyên qua, trong đó chứa chất thuỷ ngân ở áp suất thấp. Khi phóng điện, các điện tử phát xạ từ điện cực kích thích nguyên tử thuỷ ngân và tạo ra tia tử ngoại (bước sóng 253,7nm), các tia tử ngoại đập vào thành ống (có quét bột huỳnh quang) làm đèn phát sáng.

Nhìn chung hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang khá cao. Chất huỳnh quang có rất nhiều loại nhưng thường dùng chất halophosphat canxi 3Ca(PO4)2.CaF2 để quét vào bên trong thành ống phóng điện một lớp mỏng.

Năng lượng bức xạ từ hiện tượng phóng điện ngoài tia tử ngoại có thể còn có tia hồng ngoại, nhưng theo định luật Stokes ta không thể biến đổi tia hồng ngoại về miền ánh sáng nhìn thấy (bước sóng ngắn hơn).

Các loại đèn huỳnh quang hiện nay gồm T12-T10-T8-T5, compact,… Ý nghĩa của các ký hiệu này được đề cập ở các chương sau.

4. Hiện tượng phát sáng lân quang

Điện tử ở trạng thái cơ bản

Hạt nhân

Photon phát xạ (ánh sáng nhìn thấy)

Tia tử ngoại Mức năng

lượng thấp

Mức năng lượng cao

Điện tử bị kích thích

Hình 1.5_ Giải thích hiện tượng phát sáng huỳnh quang



Lân quang là một dạng phát quang, trong đó các phân tử của chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng của các photon thành năng lượng của các electron sang trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng khá bền vững. Sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn và giải phóng một phần năng lượng trở lại dưới dạng các photon.

Lân quang khác với huỳnh quang ở chỗ việc electron trở về trạng thái cũ kèm theo nhả ra photon rất chậm chạp. Trong huỳnh quang, sự rơi về trạng thái cũ của electron gần như tức thời khiến photon được giải phóng ngay. Do vậy các chất lân quang hoạt động như những bộ lưu trữ ánh sáng: thu nhận ánh sáng và chậm chạp nhả ra ánh sáng sau đó.

Sở dĩ có sự trở về trạng thái cũ chậm chạp của các electron là do một trong số các trạng thái kích thích khá bền nên việc chuyển hóa từ trạng thái này về trạng thái cơ bản bị cấm bởi một số quy tắc lượng tử. Việc xảy ra sự trở về trạng thái cơ bản chỉ có thể được thực hiện khi dao động nhiệt đẩy electron sang trạng thái không bền gần đó, để từ đó nó rơi về trạng thái cơ bản. Điều này khiến hiện tượng lân quang phụ thuộc vào nhiệt độ: nhiệt độ càng lạnh thì trạng thái kích thích càng được bảo tồn lâu hơn.

Đa số các chất lân quang có thời gian tồn tại của trạng thái kích thích chỉ vào cỡ miligiây, có một số chất có thể lên tới vài phút hoặc thậm chí vài giờ. Trong thực tế ta thấy con đom đóm phát sáng được là nhờ chất lân quang.

Chất dạ quang là chất có chứa các nguyên tử phát sáng lân quang. Hiện tượng lân quang không được ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng vì hiệu quả thấp và

trạng thái phát sáng không bền. Nó chỉ dùng trong chế tạo các đồ chơi cho trẻ em,… 5. Hiện tượng phát sáng thứ cấp: Nói cách khác đây không phải là nguồn sáng thực sự như các hiện tượng đã nêu ở trên.

Khi một vật được chiếu sáng thì bản thân nó cũng có thể phản xạ một phần ánh sáng gọi là phát sáng thứ cấp. Chỉ có vật đen tuyệt đối mới hấp thụ toàn bộ ánh sáng.

Dựa vào hiện tượng này ta có thể giải thích màu sắc của các vật trong tự nhiên: Sự thể hiện màu của vật là do ánh sáng phản xạ tạo thành (ví dụ vật màu đỏ phản xạ tia màu đỏ, các màu khác thì nó hấp thụ). Trước đây có rất nhiều lý thuyết màu sắc khác nhau xuất hiện chủ yếu sử dụng trong ngành dệt nhuộm. Với sự ra đời của thuyết lượng tử, hiện nay người ta đã xây dựng hoàn chỉnh thuyết màu hiện đại dựa vào bản chất sóng hạt của ánh sáng

Một vật thể bất kỳ tiếp nhận ánh sáng chiếu vào sẽ xẩy ra các hiện tượng : phản xạ, xuyên qua, hấp thụ. Mỗi hiện tượng này lại có những tính chất riêng, ví dụ phản xạ lại có các loại phản xạ đều, phản xạ khuyếch tán,…. Các hiện tượng này được nghiên cứu để chế tạo các bộ phận của đèn (đặc biệt là tấm phản quang) nhằm điều khiển sự phân bố ánh sáng của nguồn sáng hiệu quả nhất. Vấn đê này sẽ xét trong các phần sau.

1.3. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng 1. Góc khối (còn gọi là góc đặc, góc nhìn) - Khái niệm: Xét một đường cong kín bất kỳ (L). Từ một điểm O trong không gian ta vẽ các đường

thẳng tới mọi điểm trên đường cong (L) gọi là các đường sinh. Khi đó phần không gian giới hạn bởi các đường sinh này được gọi là góc khối nhìn đường cong (L) từ đỉnh O.



Độ đo của góc khối là diện tích phần mặt cầu có bán kính r = 1, tâm tại điểm O bị cắt bởi góc khối trên.

- Ký hiệu góc khối : Ω (Chữ cái Hy Lạp, đọc là Ômega).

- Đơn vị : Sr (steradian) Steradian là góc khối mà dưới góc đó người quan sát

đứng ở tâm O của một quả cầu R=1m thì nhìn thấy diện tích S=1m2 trên mặt cầu.

- Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trưng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó.

- Ví dụ tính toán một số góc khối: + Cho quả cầu tâm O bán kính R, một hình nón có

đỉnh tại O cắt mặt cầu với một diện tích S thì độ lớn của

góc khối là : 2RS

=Ω .

+ Cho 2 hình cầu bán kính R và kR đồng tâm O. Giả sử một góc khối Ω chắn hình cầu R với diện tích S1=2πR2(1-cosα) và hình cầu kR với diện tích S2= 2πk2R2(1-cosα). Khi đó góc khối là:

( ) ( )2

22

22

21 )cos1(2)cos1(2

kRS

kRRk

RS

=−=−==Ω απαπ

+ Cho mặt cầu tâm O, bán kính R. Góc khối chắn bởi hình nón đỉnh tại O, góc đỉnh 2α,

diện tích mặt cầu bị chắn là S. Ta có góc khối:

)cos1(2)cos(22222 απαππ

−=−

===ΩR

RRRRRh

RS

Ta thấy góc khối là đại lượng không phụ thuộc bán kính R. Trường hợp tại đỉnh O nhìn toàn bộ mặt cầu (α=1800) ta có góc khối lớn nhất Ω = 4π (Sr) + Tính góc khối chắn diện tích dS bé tuỳ ý từ điểm O: khi đó ta coi dS là mặt phẳng. Trên

dS ta lấy điểm M là trọng tâm của dS, sau đó vẽ mặt cầu tâm O bán kính R=OM thì góc khối

Ω=S

O r =1

(L)

Hình 1.6_ Định nghĩa góc khối

S = Diện tích trên mặt cầu

R O

R

kR

S2=k2S

S1 Ω

Hình 1.7a

O

Hình 1.7b



nhìn diện tích dS từ O là :

2

dS.cosd R

αΩ =

Trong đó α là góc hợp bởi vectơ pháp tuyến của mặt dS và OM, còn dS.cosα là hình chiếu của dS lên phương OM. Do dS bé tuỳ ý nên dS.cosα được xem là diện tích mà góc khối chắn mặt cầu.

2. Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng không phải biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng

mà biến đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như hóa năng, bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức xạ điện từ do nguồn phát ra. Dưới góc độ kỹ thuật chiếu sáng ta chỉ quan tâm đến năng lượng bức xạ ánh sáng nhìn thấy mà thôi, do đó người ta đưa ra khái niệm thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy, đó là phần năng lượng bức xạ thành ánh sáng của nguồn sáng trong một giây theo mọi hướng được xác định theo các công thức:

Phổ ánh sáng liên tục : ∫2

1

).(λ

λ

λλ dW với 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm

Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục): ∫nm

nm

dW780

380

).( λλ

Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch): ∑=

n

iiP

1

)(λ

Trong đó : W(λ) là phân bố phổ năng lượng của nguồn sáng (W/nm). P(λi) là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i phát ra từ nguồn sáng (W). λi là bước sóng của tia đơn sắc thứ i thoả mãn 380nm ≤ λi ≤ 780nm Đơn vị đo của thông lượng là (W).

h a a

R α Ω

Hình 1.7c

O

R

dS’

M

αn

dΩ

Hình 1.7d



3. Quang thông - Khái niệm: Thông lượng năng lượng của ánh sáng nhìn thấy là một khái niệm có ý nghĩa quan trọng

về mặt vật lý. Tuy nhiên trong kỹ thuật chiếu sáng thì khái niệm này ít được quan tâm.

Thật vậy, giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (λ=700nm) và màu vàng (λ=577nm) có cùng mức năng lượng tác động đến mắt người thì kết quả nhận được là mắt người cảm nhận tia màu đỏ tốt hơn màu vàng. Điều này có thể giải thích là do sự khúc xạ qua mắt (vai trò là thấu kính hội tụ) khác nhau: các tia sáng có λ bé bị lệch nhiều và hội tụ trước võng mạc, các tia có λ lớn thì lại hội tụ sau võng mạc, chỉ có tia λ=555nm (vàng) là hội tụ ngay trên võng mạc. Trên cơ sở này người ta xây dựng đường cong hiệu quả ánh sáng V(λ) của mắt người (hình 1.8). Đường cong 1 ứng với thị giác ban ngày và đường cong 2 ứng với thị giác ban đêm. Biểu thức gần đúng của đường cong V(λ) được cho trong phụ lục ở cuối sách, đồng thời trong phụ lục cũng có bảng giá trị của hàm V(λ).

Như vậy rõ ràng thông lượng năng lượng không thể dùng trong kỹ thuật chiếu sáng phục vụ con người, do đó người ta phải đưa vào một đại lượng mới trong đó ngoài W(λ) còn phải kể đến đường cong V(λ), đại lượng này gọi là quang thông và được xác định như sau:

Nguồn sáng phát quang phổ vạch (đèn chiếu sáng): )(.)(.6831

i

n

ii VP λλ∑

=

=Φ

Nguồn sáng đơn sắc : Φ = 683.P(λ).V(λ) với λ=const

Nguồn sáng có quang phổ liên tục ∫=Φ2

1

).().(683λ

λ

λλλ dVW

Ánh sáng ban ngày 780

380

683 ( ). ( ).nm

nm

W V dλ λ λΦ = ∫

Trong các công thức trên : n là tổng số tia sáng đơn sắc do nguồn phát ra P(λi) là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i (W). W(λ) là phân bố phổ năng lượng của các tia sáng liên tục (W/nm) λi là bước sóng của tia đơn sắc thứ i (nm). 683 lm/W là hằng số vật lý xuất phát từ định nghĩa đơn vị cường độ sáng (Cadela),

biểu thị sự chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm nhận thị giác. Giá trị 683 được đưa vào để tạo ra giá trị tương đương với định nghĩa cũ của cadela.

λ1 và λ2 là giới hạn bước sóng (cận dưới và trên) của quang phổ liên tục. - Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lượng nhưng ở đây đơn vị tính

không phải bằng Oát mà bằng Lumen. Đây là đại lượng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh. Để thấy rõ sự khác nhau giữa Oát và Lumen ta có sự so sánh sau:

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

400 450 500 550 600 650 700 nm

Hình 1.8

12



Giả sử có một nguồn sáng công suất 1W biến đổi toàn bộ công suất này thành ánh sáng nhìn thấy. Nếu ánh sáng nó phát ra là một tia đơn sắc λ=555nm (màu vàng) sẽ cho quang thông 683 lm nhưng nếu ánh sáng phát ra là quang phổ liên tục với năng lượng phân bố đều thì quang thông khoảng 179 lm (xem phụ lục 1).

- Ký hiệu: Φ (ký hiệu chữ cái Hy Lạp, đọc là phi) - Đơn vị: Lm (Lumen). Lumen là quang thông do nguồn sáng phát ra trong một góc khối

bằng 1 Sr. - Ví dụ giá trị quang thông một số nguồn sáng thông dụng: + Xét một nguồn sáng điểm có cường độ sáng I không đổi theo mọi phương thì quang

thông là : IId ππ

44

0

=Ω=Φ ∫

+ Thiết bị dùng để đo quang thông gọi là Lumen kế. + Quang thông do mặt trời gửi xuống trái đất là 145.1017lm. 4. Quang hiệu - Định nghĩa: Quang hiệu là tỷ số giữa quang thông do nguồn sáng phát ra và công suất

điện mà nguồn sáng tiêu thụ. - Ý nghĩa: Trong kỹ thuật chiếu sáng người ta không dùng khái niệm hiệu suất theo nghĩa

thông thường (tính theo tỷ lệ %) mà sử dụng khái niệm quang hiệu. Quang hiệu thể hiện đầy đủ khả năng biến đổi năng lượng mà nguồn sáng tiêu thụ thành quang năng.

Một số tài liệu gọi khái niệm này là hiệu suất của nguồn sáng. Tuy nhiên, nếu ta sử dụng khái niệm hiệu suất thì sẽ liên tưởng đến tỉ lệ % (giá trị ≤ 1) giữa các đại lượng cùng đơn vị đo. Trái ngược hoàn toàn với quan niệm về hiệu suất, quang hiệu lại có giá trị lớn hơn 1 rất nhiều và là tỉ số của 2 đơn vị đo khác nhau (lm/W) do đó việc dùng khái niệm hiệu suất là không hợp lý.

- Ký hiệu: η (Chữ cái Hy Lạp, đọc là êta) - Đơn vị: lm/W (lumen/Oát) - Ví dụ: Quang hiệu một số nguồn sáng thông dụng (theo tài liệu Schréder năm 2006)

Nguồn sáng Công suất (W) Quang thông (Lm) Quang hiệu (Lm/W)

Bóng đèn dây tóc 100 1500 15

Bóng huỳnh quang 36 2600 80

Bóng compact 20 1200 60

Bóng cao áp thủy ngân 250 13000 52

Bóng cao áp MetalHalide 250 20000 80

Bóng cao áp Sodium 250 27000 108

5. Cường độ sáng - Khái niệm: + Xét trường hợp một nguồn sáng điểm đặt tại O và ta quan sát theo phương Ox. Gọi dΦ



là quang thông phát ra trong góc khối dΩ lân cận phương Ox. Cường độ sáng của nguồn theo

phương Ox được định nghĩa là : ΩΦ

=ddI

+ Cường độ sáng I của nguồn phụ thuộc vào phương quan sát. Trong trường hợp đặc biệt, nếu I không thay đổi theo phương (nguồn đẳng hướng), ta có quang thông phát ra trong toàn không gian là:

4 IπΦ = . - Ý nghĩa : Cường độ sáng là đại lượng quang học

cơ bản, các đại lượng quang học khác đều là đại lượng dẫn suất xác định qua cường độ sáng.

- Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ) - Đơn vị : + Cd (cadela). Cadela có nghĩa là “ngọn nến”, đây là một trong 7 đơn vị đo lường cơ bản

(m, kg, s, A, K, mol, cd) + Định nghĩa Cd (từ tháng 10-1979): “Cadenla là cường độ sáng theo một phương đã cho

của nguồn phát bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ=555mm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 W/Sr”

- Ví dụ : + Đèn sợi đốt 40W/220V có I= 35 Cd (theo mọi hướng) + Ngọn nến có I=0,8 Cd (theo mọi hướng). + Theo định nghĩa với nguồn sáng đơn sắc λ=555nm thì 1W=683lm. Nếu nguồn sáng

đơn sắc có λ≠555nm thì 1W=683.V(λ). Ví dụ : nguồn sáng đơn sắc có λ=650nm thì 1W=683.0,2=136,6 lm.

6. Độ rọi - Khái niệm: Giả thiết mặt S được rọi sáng bởi một nguồn sáng. Độ rọi tại một điểm nào

đó trên mặt S là tỉ sốdSdE Φ

= , trong đó dΦ là quang thông toàn phần do nguồn gửi đến diện

tích vi phân dS lân cận điểm đã cho. Nếu mặt S được chiếu sáng đều với tổng quang thông gửi đến S là Φ thì độ rọi tại mọi

điểm trên mặt S là ESΦ

=

- Ký hiệu : E - Đơn vị: Lux hay Lx (đọc là luych) Lux là đơn vị đo độ chiếu sáng của một bề mặt. Độ chiếu sáng duy trì trung bình là các

mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của một khu vực xác định. Một lux bằng

x dΩ I dΦ

O Hình 1.9

n

O

dS M

dΩα

I

dScosα

Hình 1.11 Hình 1.10_Định nghĩa độ rọi

dS

dΦ

S



một lumen trên mỗi mét vuông. - Ý nghĩa: Thể hiện lượng quang thông chiếu đến 1 đơn vị diện tích của một bề mặt được

chiếu sáng, nói cách khác nó chính là mật độ phân bố quang thông trên bề mặt chiếu sáng. - Định luật tỷ lệ nghịch bình phương : Xét một nguồn sáng điểm O, bức xạ tới mặt nguyên tố hình tròn dS có tâm M cách O một

khoảng r. Cường độ sáng của nguồn theo phương OM là I (hình 1.11). Do dS khá nhỏ nên

xem là mặt phẳng, do đó ta gọi →

n là pháp tuyến của dS và α là góc giữa (→

n , OM). Ta có công thức độ rọi:

⇒=Ω

=Φ

=dSr

dSIdSdI

dSdE

.cos...

2

α

Công thức này cho thấy độ rọi trên bề mặt nào đó phụ thuộc vào khoảng cách r và độ

nghiêng của mặt so với phương quan sát và nó được sử dụng chủ yếu trong các tính toán chiếu sáng. Đây chính là công thức của định luật tỷ lệ nghịch bình phương.

- Một số giá trị độ rọi thường gặp: * Trưa nắng không mây 100.000 lux * Đêm trăng tròn không mây 0,25 lux * Ban đêm với hệ thống chiếu sáng công cộng 10-30 lux * Nhà ở bình thường ban đêm: 159-300lux * Phòng làm việc: 400-600lux.

7. Độ sáng (còn gọi là độ trưng): - Khái niệm: Cho một mặt phát sáng S có kích thước giới hạn (có thể là bề mặt của nguồn sáng hoặc bề mặt vật phản xạ ánh sáng,…). Độ sáng tại một điểm nào đó

trên mặt S là tỉ số dRdSΦ

= , trong đó dΦ là quang thông

do phần tử dS (lân cận điểm đã cho) phát ra theo mọi hướng. Mặt phát sáng đều là mặt có độ trưng như nhau ở mọi điểm của mặt - Đặc điểm và ý nghĩa: + Độ trưng đặc trưng cho sự phát sáng theo mọi phương của vật phát sáng (bao gồm

nguồn sáng và ánh sáng phản xạ của vật được chiếu sáng). + Xét về công thức tính và thứ nguyên thì độ trưng giống độ rọi nhưng ở độ rọi xét bề

mặt vật được chiếu sáng bởi nguồn sáng khác còn độ trưng xét bề mặt của vật mà bản thân nó phát sáng. Đơn vị của độ rọi là Lux cũng khác đơn vị độ trưng là Lm/m2.

+ Nguồn sáng ở đây cần hiểu theo nghĩa rộng hơn là "mặt phát sáng" bao gồm nguồn phát ra ánh sáng và nguồn ánh sáng phản xạ của vật được chiếu sáng.

+ Độ rọi E trên bề mặt được chiếu sáng không phụ thuộc vào hệ số phản xạ bề mặt nhưng độ trưng của bề mặt được chiếu sáng thì phụ thuộc vào hệ số phản xạ bề mặt.

- Ký hiệu: R - Đơn vị: Lm/m2 là độ trưng của một nguồn sáng hình cầu có diện tích mặt ngoài 1m2 phát

ra quang thông 1 Lumen phân bố đều theo mọi phương.

αcos.2rIE =

Hình 1.12_Định nghĩa độ sáng

dS

dΦ

S



8. Độ chói - Khái niệm: + Hai bóng đèn sợi đốt hình tròn công suất 40W

thì có cùng quang thông. Một bóng thủy tinh trong, một bóng thủy tinh mờ thì bóng thủy tinh trong sẽ gây chói mắt hơn. Điều này được giải thích là: với bóng thuỷ tinh mờ, tia sáng bức xạ từ nguồn khi đập vào bề mặt thuỷ tinh mờ (vỏ bóng đèn), nó bị tán xạ theo nhiều hướng và cường độ sáng theo một hướng nhất định giảm đi so với cường độ của tia tới do đó ít chói hơn --> độ chói phụ thuộc vào cường độ sáng.

Mặt khác với đèn pha xe máy nếu nhìn trực diện ta thấy chói mắt nhưng nếu nhìn nghiêng một góc nào đó thì sẽ bớt chói mắt hơn --> độ chói phụ thuộc vào phương quan sát, được đặc trưng bằng diện tích biểu kiến của mặt phát sáng theo phương quan sát.

Từ những nhận xét trên ta thấy cần thiết phải đưa ra khái niệm độ chói phụ thuộc vào cường độ sáng của nguồn và diện tích biểu kiến của mặt phát sáng.

+ Mắt người đặt tại điểm O quan sát bề mặt phát sáng dS theo phương OM. Bề mặt dS nghiêng một góc α so với phương OM. Gọi dI là cường độ sáng phát ra bởi dS theo phương

OM thì ta có định nghĩa độ chói là αcos.dS

dIL = .

- Ý nghĩa: + Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ một đơn vị diện tích của bề mặt đó

theo một hướng xác định đến một người quan sát. + Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang của bề mặt và hướng quan sát (không phụ

thuộc vào khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát). + Nhìn chung mọi vật thể được chiếu sáng ít nhiều đều phản xạ ánh sáng (đóng vai trò

như nguồn sáng thứ cấp) nên cũng có thể gây ra chói mắt người. Ví dụ ban đêm ánh sáng hắt lên từ mặt đường nhựa được chiếu sáng cũng có thể làm chói mắt người lái xe.

+ Độ chói đóng vai trò rất quan trọng khi thiết kế chiếu sáng, là cơ sở khái niệm về tri giác và tiện nghi nhìn.

+ Độ chói trung bình của mặt đường là tiêu chuẩn đầu tiên để đánh giá chất lượng của chiếu sáng đường phố.

- Ký hiệu: L - Đơn vị: Cd/m2. 1 Cd/m2 là độ chói của một mặt phẳng phát sáng đều có diện tích 1 m2

và có cường độ sáng 1 Cd theo phương vuông góc với nguồn đó. - Ví dụ về độ chói một số bề mặt:

+ Bề mặt đèn huỳnh quang: 5.000-15.000cd/m2 + Bề mặt đường nhựa chiếu sáng với độ rọi 30lux có độ chói khoảng 2cd/m2

+ Mặt trời mới mọc : khoảng 5.106 Cd/m2 + Mặt trời giữa trưa : khoảng 1,5 – 2.109 Cd/m2

9. Nhiệt độ màu: Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo thang Kelvin (K) là biểu hiện màu

sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh sắt khi nguội có màu đen, khi nung

dScosα

dS

α

n

dI

O

M

Hình 1.13_Định nghĩa độ chói



đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh thép theo độ Kelvin (0C + 273) và gán giá trị đó với màu được tạo ra.

Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó. Đối với đèn huỳnh

quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng.

Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại. Để dễ hình dung điều này ta xét một số giá trị nhiệt độ màu sau đây:

25000K - 30000K Lúc mặt trời lặn, đèn sợi đốt 45000K - 50000K Ánh sáng ban ngày quang mây 60000K - 10.0000K Ánh sáng khi trời nhiều mây (ánh sáng lạnh) Khi thiết kế chiếu sáng cần phải chọn nhiệt độ màu của nguồn sáng phù hợp với đặc điểm

tâm-sinh lý người, đó là với độ rọi thấp thì chọn nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp và ngược lại với yêu cầu độ rọi cao thì chọn các nguồn sáng "lạnh" có nhiệt độ màu cao. Đặc điểm sinh lý này đã được Kruithof chứng minh. Qua các công trình nghiên cứu của mình, ông đã xây dựng được biểu đồ Kruithof làm tiêu chuẩn đầu tiên lựa chọn nguồn sáng của bất kỳ đề án thiết kế chiếu sáng nào (tất nhiên sau đó còn có các tiêu chuẩn khác).

Trong biểu đồ Kruithof, vùng gạch chéo gọi là vùng môi trường ánh sáng tiện nghi. Với một độ rọi E (lux) cho trước, người thiết kế chiếu sáng phải chọn nguồn sáng có nhiệt độ màu nằm trong miền gạch chéo để đảm bảo không ảnh hưởng đến tâm-sinh lý của con người, nếu không đảm bảo điều kiện này sẽ gây ra hiện tượng "ô nhiễm ánh sáng", có thể gây tổn hại đến sức khỏe.

10. Độ hoàn màu (còn gọi là chỉ số thể hiện màu): Cùng một vật nhưng nếu được chiếu sáng bằng các nguồn sáng đơn sắc khác nhau thì mắt

sẽ cảm nhận màu của vật khác nhau, tuy nhiên bản chất màu sắc của vật thì không hề thay đổi. Ví dụ một tờ giấy bình thường màu đỏ, nếu đặt trong bóng tối nó có thể có màu xám, tuy nhiên ta vẫn nói đó là tờ giấy màu đỏ.

Như vậy chất lượng ánh sáng phát ra của nguồn sáng còn phải được đánh giá qua chất lượng nhìn màu, tức là khả năng phân biệt màu sắc của vật đặt trong ánh sáng đó. Để đánh giá

Hình 1.14_ Biểu đồ Kruithof

Vùng môi trường

tiện nghi

50 100 200 300 400 500 1000 1500 2000

Độ rọi (Lux)

Nhiệt độ màu (0K)

7000

6000

5000

4000

3000

2000



sự ảnh hưởng ánh sáng (do nguồn phát ra) đến màu sắc của vật, người ta dùng chỉ số độ hoàn màu hay còn gọi là chỉ số thể hiện màu của nguồn sáng, ký hiệu CRI (Color Rendering Index). Nguyên nhân sự thể hiện màu của vật bị biển đổi là do sự phát xạ phổ ánh sáng khác nhau giữa nguồn sáng và vật được chiếu sáng.

Chỉ số CRI của nguồn sáng thay đổi theo thang chia từ 0 đến 100. Giá trị CRI=0 ứng với nguồn ánh sáng đơn sắc khi làm biến đổi màu của vật mạnh nhất, CRI=100 ứng với ánh sáng mặt trời khi màu của vật được thể hiện thực chất nhất. Nói chung chỉ số CRI càng cao thì chất lượng nguồn sáng được chọn càng tốt. Để dễ áp dụng trong kỹ thuật chiếu sáng, người ta chia CRI thành 4 thang cấp độ sau:

Bảng phạm vi ứng dụng của các nhóm hoàn màu

Nhóm

hoàn màu Chỉ số hoàn

màu CRI Chất lượng nhìn màu Chất lượng nhìn màu và phạm vi ứng dụng

1A CRI > 90 Cao Công việc cần sự hoàn màu chính xác, ví dụ việc kiểm tra in màu, nhuộm màu, xưởng vẽ

1B 80 < CRI < 90 Cao Công việc cần đánh giá màu chính xác hoặc cần có sự hoàn màu tốt vì lý do thể hiện, ví dụ chiếu sáng trưng bày

2 60 < CRI < 80 Trung bình Công việc cần sự phân biệt màu tương đối

3 40 < CRI < 60 Thấp Công việc cần phân biệt màu sắc nhưng chỉ chấp nhận biểu hiện sự sai lệch màu sắc ít

4 20 < CRI < 40 Thấp Công việc không cần phân biệt màu sắc

Đối với chiếu sáng nhà dân thường ít quan tâm đến CRI, những gia đình có mức sống cao

mới chú ý đến tiêu chuẩn này và tất nhiên khi đó môi trường sống sẽ tiện nghi hơn kèm theo chi phí đầu tư tăng lên.

Đối với chiếu sáng đường phố chỉ có mục đích đảm bảo an toàn giao thông là chính hơn nữa chi phí đầu tư ban đầu khá lớn nên gần như không quan tâm đến chỉ số CRI.

Cuối cùng cần lưu ý: chúng ta rất dễ bị nhầm lẫn giữa nhiệt độ màu và độ hoàn màu, do đó ở đây cần nhắc lại: nhiệt độ màu biểu thị màu sắc của nguồn sáng - là nơi ánh sáng phát ra, còn độ hoàn màu biểu thị độ chính xác màu của nguồn khi chiếu lên vật thể.

1.4. Các định luật quang học và ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng : 1. Sự phản xạ: a) Sự phản xạ đều: - Hiện tượng này tuân theo định luật quang hình đã nghiên cứu trong giáo trình Vật lý đại

cương: Góc tới của tia sáng chiếu lên bề mặt phản xạ bằng góc phản xạ. Sự phản xạ đều được

đặc trưng bằng hệ số phản xạ đều ρpxđ = pxd

i

Φ

Φ< 1, trong đó Φpxđ, Φi lần lượt là quang thông

phản xạ đều và quang thông rọi tới diện tích bề mặt đang xét.



- Ứng dụng : Sự phản xạ đều là trường hợp phản xạ lý tưởng, xảy ra trên các vật liệu rất mịn, nhẵn

tuyệt đối. Hiện tượng này được dùng trong nghiên cứu chế tạo tấm phản quang (để điều khiển phân bố ánh sáng theo ý muốn) hoặc tính toán độ chói bề mặt các vật liệu mịn, phẳng có phản xạ đều.

b) Sự phản xạ khuyếch tán - Hiện tượng này không tuân theo định luật quang hình. Đặc điểm là khi có tia sáng chiếu

đến bề mặt phản xạ khuyếch tán, các tia sáng phân bố phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau. Đầu mút các vectơ cường độ sáng phản xạ nằm trên một mặt cong nào đó. Sự phản xạ

khuyếch tán được đặc trưng bằng hệ số phản xạ khuyếch tán ρpxkt= pxkt

i

Φ

Φ< 1, trong đó Φpxkt,

Φi lần lượt là quang thông khuyếch tán và quang thông rọi tới diện tích bề mặt đang xét. Trong thực tế, trên bề mặt các vật liệu luôn xảy ra đồng thời hai hiện tượng phản xạ đều và phản xạ khuyếch tán do đó người ta định nghĩa hệ số phản xạ hỗn hợp ρpx = ρpxđ + ρpxkt =

pxd pxkt

i

Φ + Φ

Φ<1.

- Phân loại : + Phản xạ khuyếch tán đều: Đầu mút các vectơ cường độ sáng phản xạ nằm trên một mặt

cầu tiếp xúc với mặt phản xạ và có tâm nằm trên đường vuông góc với mặt phản xạ. Hiện tượng này tuân theo định luật Lambert và được nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng (sẽ trình bày ở phần dưới).

+ Phản xạ khuyếch tán kiểu hỗn hợp: các vectơ cường độ sáng phản xạ là hỗn hợp của hiện tượng phản xạ đều và phản xạ khuyếch tán đều.

+ Phản xạ khuyếch tán kiểu phân tán: Đầu mút các vectơ cường độ sáng phản xạ nằm trên một mặt cong có hình dạng bất kỳ.

- Ứng dụng : Trường hợp phản xạ khuyếch tán là loại phản xạ hay gặp trong thực tế, được nghiên cứu để tính toán độ chói mặt đường, mặt sàn (đường nhựa, đường bêtông, tường xây, bề mặt vật liệu xây dựng, sàn nhà,…).

2. Sự truyền xạ : a) Sự truyền xạ đều: - Hiện tượng này tuân theo định luật quang hình đã nghiên cứu trong giáo trình Vật lý đại

cương. Chỉ lưu ý tia sáng ra khỏi vật liệu dạng tấm đồng nhất thì song song với tia tới. Sự

Đều i = r

i r

n

Phân tán

nIn

Khuyếch tán đều Iα = In.cosα

Iαα

n

Khuyếch tán hỗn hợp Iα = In.cosα và i = r

Iαα

nIr

ri

In

Hình 1.15_ Các hiện tượng phản xạ



truyền xạ đều được đặc trưng bằng hệ số truyền xạ đều ρtxđ = txd

i

ΦΦ

< 1, trong đó Φtxđ, Φi lần

lượt là quang thông truyền xạ đều và quang thông rọi tới diện tích bề mặt đang xét. - Ứng dụng : Nghiên cứu chế tạo kính bảo vệ phẳng cho bộ đèn, chế tạo bóng đèn bằng

thuỷ tinh trong suốt (bóng đèn sợi đốt, ống phóng điện,…). b) Sự truyền xạ khuyếch tán: - Hiện tượng này không tuân theo định luật quang hình. Đặc điểm là khi có tia sáng chiếu

đến bề mặt truyền xạ khuyếch tán, các tia sáng phân bố truyền đi theo nhiều hướng khác nhau. Đầu mút các vectơ cường độ sáng truyền xạ nằm trên một mặt cong nào đó. Sự truyền

xạ khuyếch tán được đặc trưng bằng hệ số truyền xạ khuyếch tán ρtxkt = txkt

i

ΦΦ

< 1, trong đó

Φtxkt, Φi lần lượt là quang thông truyền xạ khuyếch tán và quang thông rọi tới diện tích bề mặt đang xét. Trong thực tế, trên bề mặt các vật liệu luôn xảy ra đồng thời hai hiện tượng truyền xạ đều và truyền xạ khuyếch tán do đó người ta định nghĩa hệ số truyền xạ hỗn hợp ρtx = ρtxđ + ρtxkt <1

- Phân loại : + Truyền xạ khuyếch tán đều: Đầu mút các vectơ cường độ sáng truyền xạ nằm trên một

mặt cầu tiếp xúc với mặt truyền xạ và có tâm nằm trên đường vuông góc với mặt truyền xạ. Hiện tượng này tuân theo định luật Lambert và sẽ được nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng (sẽ trình bày ở phần dưới).

+ Truyền xạ khuyếch tán kiểu hỗn hợp: các vectơ cường độ sáng truyền xạ là hỗn hợp của hiện tượng truyền xạ đều và truyền xạ khuyếch tán đều.

+ Truyền xạ khuyếch tán kiểu phân tán: Đầu mút các vectơ cường độ sáng truyền xạ nằm trên một mặt cong có hình dạng bất kỳ.

- Ứng dụng : Hiên tượng truyền xạ khuyếch tán được nghiên cứu để chế tạo kính bảo vệ

đèn truyền ánh sáng kiểu khuyếch tán (kính mờ, kính có các hạt trắng nhỏ,…) nhằm giảm độ chói cho người quan sát, nghiên cứu chế tạo bóng đèn mờ (đèn tuyp, đèn sơn mờ,…)

3. Sự khúc xạ:

Phân tán Đều i = r

i

r

n n

In

Khuyếch tán đều Iα = In.cosα

Iα

α

n

Khuyếch tán hỗn hợp Iα = In.cosα và i = r

Iα

α

n Ir

r

i

In

i

Hình 1.16_Các hiện tượng truyền xạ



Khúc xạ là hiện tượng thay đổi hướng của các tia sáng liên tiếp qua các tiết diện lăng kính. Trong kỹ thuật chiếu sáng, đa số kính bảo vệ các bộ đèn có dạng phẳng, tuy nhiên kính bảo vệ của một số bộ đèn lại được chế tạo dạng răng cưa (ở mặt trong) nhằm mục đích phân tán ánh sáng để giảm độ chói. Thông thường góc ở đỉnh của răng cưa được nghiên cứu rất kỹ để khúc xạ ánh sáng theo mục đích cho trước. Nếu góc đỉnh bằng 900 thì ta gọi đó là bộ đèn “hình tổ ong”.

Gọi i1 là góc giữa pháp tuyến mặt trong và tia tới (giả sử tia tới vuông góc với mặt ngoài) i4 là góc giữa pháp tuyến mặt ngoài với tia ra khỏi kính đèn. n là chiết suất vật liệu làm kính. α là góc đỉnh.

Ta có quan hệ giữa góc tới và góc của tia ra là 4

cos2sin . os arcsin

2i n c

n

αα

⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟

= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

với n=1,6 (thuỷ tinh), khi : α=300 thì i4=800

α=900 thì i4=300

α=1500 thì i4=090 Như vậy góc đỉnh sẽ cho phép điều chỉnh hướng của tia sáng 4. Sự che chắn: Bộ phận che chụp của một bộ đèn chiếu sáng thường chế tạo bằng các vật liệu màu đen

hoặc vật liệu mờ nhằm ngăn cản mắt người nhìn trực tiếp gây ra lóa mắt, nó còn có tác dụng chống hơi ẩm và các vật lạ bên ngoài xâm nhập vào bên trong đèn. Phạm vi che chắn được đặc trưng bằng góc giữa đường thẳng đứng đi qua tâm nguồn sáng và phương mà mắt người bắt đầu nhìn không bị lóa mắt (hoặc không nhìn thấy nguồn sáng).

5. Sự hấp thụ: Khi ánh sáng chiếu vào bất kỳ vật liệu nào cũng bị hấp thụ một phần năng lượng. Mức độ

hấp thụ ít hay nhiều phụ thuộc vào một số yếu tố như: loại vật liệu, bước sóng của tia sáng (màu) và góc chiếu của tia sáng vào vật liệu.

Để đặc trưng cho sự hấp thụ ánh sáng của vật liệu người ta đưa ra khái niệm hệ số hấp thụ

i1 Mặt trong α

i4

Kính đèn

Tia tới

Mặt ngoài Tia ló

Hình 1.17_ Hiện tượng khúc xạ



α, đó là tỉ số giữa quang thông mà vật thể hấp thụ Φh và quang thông rọi tới vật liệu Φs. h

s

α Φ=

Φ

Đối với một loại vật liệu cụ thể thì hệ số hấp thụ cũng không phải là hằng số mà còn phụ thuộc vào bước sóng chiếu vào vật liệu. Hệ số hấp thụ của một số vật liệu khi tia tới là ánh sáng trắng được cho trong bảng sau:

Vật liệu Hệ số hấp thụ (%)

Bóng pha lê trong 5-12 Bóng thuỷ tinh sáng 10-20 Bóng thuỷ tinh vàng nhạt 15-20 Bóng hạt mịn xanh nhạt 15-25 Bóng thuỷ tinh nhám 15-30 Bóng nhựa sáng 20-40 Bóng thuỷ tinh màu sữa 15-40 Bóng thuỷ tinh mờ 20-30 Bóng thuỷ tinh vàng 40-60 Bóng thuỷ tinh vàng đậm 30-60

- Ứng dụng: hiện tượng hấp thụ được nghiên cứu để chế tạo các loại vật liệu có hệ số hấp

thụ ít nhất trong đèn chiếu sáng, đặc biệt là các vật liệu che chắn (vỏ đèn), vật liệu truyền xạ (kính bảo vệ đèn),…

6. Định luật Lambert về sự khuyếch tán đều : Định luật Lambert là định luật về sự phản xạ khuyếch tán đều và sự truyền khuyếch tán

đều. Đây là trường hợp đặc biệt của hiện tượng khuyếch tán nhưng lại thường gặp trong kỹ thuật chiếu sáng (ví dụ bề mặt các bóng đèn sơn mờ, bề mặt đèn tuyp, mặt nền bằng gạch men,…).

Giả thiết ánh sáng tia tới đập vào bề mặt S có xảy ra đồng thời hiện tượng phản xạ khuyếch tán đều và sự truyền khuyếch tán đều (giả sử bỏ qua hiện tượng hấp thụ, phản xạ đều, sự truyền đều dù chúng luôn luôn tồn tại). Hai hiện tượng này đều tuân theo định luật Lambert.

Cường độ phản xạ

Tia tới

S: Mặt phản xạ Cường độ truyền xạ

Tia tới

S: Mặt truyền xạ

Hình 1.18_ Hiện tượng phản xạ và truyền xạ khuyếch tán đều



a) Trường hợp phản xạ khuyếch tán đều : Xảy ra khi mặt S làm từ vật liệu mịn như tờ giấy, sơn mờ, vật liệu xây dựng dạng bột,… Giả thiết mặt S có hệ số phản xạ ρ <1 nhận được độ rọi E từ nguồn sáng. Các vectơ

cường độ sáng phản xạ đều nằm trong một mặt cầu phía trên và tiếp xúc với mặt S. Do phản xạ đều nên độ chói L của S không phụ thuộc vào phương quan sát. Quan sát theo phương α bất kỳ thì cường độ sáng là I = LS.cosα và khi cho α thay đổi toàn không gian thì đầu mút vectơ I nằm trên mặt cầu đường kính Imax = LS.

Mặt S nhận được quang thông ES từ nguồn sáng và nó phản xạ khuyếch tán lượng quang thông ρES chính là nguồn sáng thứ cấp tạo ra độ chói L=const. Ta cần lập quan hệ giữa độ rọi ρE với độ chói L của mặt S.

Xét nửa bán cầu bất kỳ có bán kính R. Xét các góc khối chắn bởi hình nón có góc ở đỉnh

lần lượt là 2α và 2(α+dα) (xem hình vẽ). Ta dễ dàng xác định các tham số hình học trên hình vẽ là R.sinα và R.dα. Diện tích xung quanh của hình đới cầu là 2π.R.sinα.R.dα (giả thiết dα vô cùng bé thì ta xem gần đúng là hình chữ nhật có độ cao Rdα và chiều dài 2πRsinα). Từ đây ta tính góc khối chắn bởi không gian giữa 2 hình nón (ứng với góc đỉnh dα) là :

ααπααπ dR

RdRd .sin2.sin..22 ==Ω

Quang thông dΦ do mặt S phát ra trong góc khối dΩ là : Ω=Ω=Φ dLSdId .cos.. αα trong đó Iα là cường độ sáng theo phương α.

Vậy ⇒=Φ= ∫∫2/

0

.2sinπ

ααπρ dLSdEScauBan

(Công thức định luật Lambert)

b) Trường hợp truyền khuyếch tán đều : Xảy ra khi mặt S làm từ vật liệu trong mờ như giấy nilon mờ, thủy tinh mờ,… Bằng cách tương tự ta có biểu thức Trong đó τ là hệ số truyền

πρ LE =

πτ LE =.

Rsinα R.dα

LScosα

S: Mặt phản xạ

Hình đới cầu

LS

α dα

Hình 1.19_ Định luật Lambert về phản xạ khuyếch tán đều



CHƯƠNG 2 MẮT NGƯỜI VÀ SỰ CẢM THỤ ÁNH SÁNG

2.1 Cấu tạo mắt người Mắt người là một đối tượng đặc biệt trên cơ thể người. Dưới góc nhìn của thơ ca thì nó là

"cửa sổ tâm hồn", dưới góc độ của sinh học thì nó là một bộ phận của cơ thể có cấu trúc phức tạp, dưới góc độ vật lý nó là một thấu kính hội tụ,.... Nói chung, tùy vào mục đích nghiên cứu mà mắt có một vai trò riêng.

Trong bài giảng này mắt người được nghiên cứu dưới góc độ của của kỹ thuật chiếu sáng, tức là xét đến sự cảm thụ ánh sáng và thu nhận hình ảnh với vai trò như một thấu kính hội tụ.

1. Hiện tượng thị giác: Mắt người thực ra không nhìn. Mắt người đóng vài trò là công cụ thu các ấn tượng quang

học thành các tín hiệu có nguồn gốc điện để cho phép bộ não tái tạo lại hình ảnh và gọi là hiện tượng thị giác. Có hai loại hiện tượng thị giác là thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn. Thị giác ban ngày liên quan đến sự kích thích các tế bào hữu sắc (tế bào hình nón) còn thị giác hoàng hôn liên quan đến sự kích thích các tế bào vô sắc (tế bào hình que).

2. Hiện tượng điều tiết của mắt: Giác mạc và nhất là thủy tinh thể có thể điều tiết để tập trung hình ảnh lên võng mạc cho

dù vật được quan sát ở xa hay gần. 3. Võng mạc: Là nơi tập trung hàng triệu tế bào hình que và hình nón rất nhạy với ánh sáng. Khi bị ánh

sáng kích thích nó gửi những xung điện theo tế bào thần kinh thị giác lên não để giải mã hình ảnh, giúp chung ta nhìn thấy vật.

4. Khái niệm “con mắt quốc tế”:

Hình 2.1_ Cấu tạo mắt người



Việc thu các ấn tượng thị giác của con mắt luôn biến đổi theo quy luật không tuyến tính

và biến thiên theo thời gian. Điều này liên quan đến tuổi tác, sức khỏe của mỗi người và khuyết tật của mắt. Do đó CIE đã định nghĩa “con mắt quốc tế” là con mắt đối với người quan sát quy chiếu trung bình dưới 30 tuổi.

2.2 Sự giải mã hình ảnh: - Khái niệm: Để tụ tiêu ánh sáng đi từ vật muốn nhìn, mắt sẽ co hoặc giãn cơ mắt để thay

đổi tiêu cự và hình dạng của hệ thấu kính : thuỷ tinh thể + giác mạc. Hình ảnh qua thấu kính hai mặt lồi sẽ bị đảo chiều và tập trung trên võng mạc. Thông qua tế bào thần kinh thị giác, ánh sáng kích thích trên võng mạc được truyền lên não (trung khu thần kinh thị giác nằm ở sau gáy) và tại đây hình ảnh được chuyển đổi và đảo chiều trở lại để ghi nhận hình ảnh thật của vật muốn nhìn. Hiện tượng này gọi là sự giải mã hình ảnh. Sự giải mã hình ảnh thực hiện được là nhờ võng mạc có các tế bào thần kinh thị giác rất nhạy với ánh sáng là tế bào hình nón và tế bào hình que.

- Tế bào hình nón: Có khoảng 7 triệu tế bào, chiếm vùng giữa võng mạc (vùng hố) và được kích thích bằng các mức chiếu sáng cao (còn gọi là thị giác ban ngày). Chúng giúp não phân biệt và làm nổi lên các chi tiết tinh tế trong hình ảnh, ngoài ra chúng con truyền các tri giác màu. Tế bào hình nón gồm ba loại tế bào cảm nhận khác nhau về màu sắc gọi là ba sắc tố quang hình nón. Ba loại tế bào này nhạy cảm cực đại với các bước sóng đỏ (R), xanh lục (G), xanh lam (B). Khi một màu bất kỳ nào đó truyền đến võng mạc sẽ kích thích 3 loại tế bào này với mức độ khác nhau, sau đó truyền thông tin về não để tái tạo màu sắc của vật.

- Tế bào hình que: Có khoảng 120 triệu tế bào, bao phủ phần còn lại của võng mạc, có lẫn lộn một ít tế bào hình nón và được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp (gọi là thị giác ban đêm). Chúng chịu trách nhiệm về một hình ảnh tổng thể trên diện rộng nhưng không đi vào chi tiết, ngoài ra chúng còn truyền các tri giác đen trắng nên hữu ích cho việc nhìn vào ban đêm.

Sự vận động của hai loại tế bào này không có ranh giới rõ rệt, chúng làm việc nhiều hay ít tùy vào mức chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ban ngày và thị giác ban đêm.

2.3 Quá trình thích nghi : Là quá trình để thị giác ban đêm hoạt động. Vào ban đêm, khi đang ở trong phòng có ánh

sáng bước ra ngoài trời tối, tế bào hình que (thị giác ban đêm) không thể đạt ngay mức độ hoạt động tối đa của nó mà cần có thời gian quen dần gọi là quá trình thích nghi. Ngược lại nếu ta chuyển từ nơi tối sang nơi sáng thì tế bào hình nón (thị giác ngày) cũng cần có thời gian thích nghi nhưng thời gian này nhanh hơn nhiều so với quá trình thích nghi của thị giác ban đêm. Nếu mức độ chuyển thị giác quá đột ngột cũng có thể làm tổn hại đến võng mạc.

2.4 Cảm giác chiều sâu của vật cần nhìn:

Tế bào hình que

Tế bào hình nón

Nhân tế bào

Hình 2.2



Con người có hai mắt khác nhau nên não thu được hai hình ảnh hơi khác nhau và tiến

hành giải mã khiến cho ta cảm nhận được chiều sâu của vật cần nhìn. Nếu ta nhìn bằng một mắt thì cảm giác chiều sâu vẫn còn nhưng giảm hẳn. Trung bình hai con mắt cách nhau 6 cm nên với khoảng cách nhìn > 450 m thì ảnh hiện trên võng mạc của hai mắt trùng nhau nên ta không cảm nhận được chiều sâu vật cần nhìn.

2.5 Cực cận và cực viễn của mắt : Khi quan sát vật thì thuỷ tinh thể tự động điều chỉnh độ cong của nó, giống như thay đổi

tiêu cự thấu kính hội tụ, do đó ảnh thu được rơi ngay trên võng mạc giúp mắt nhìn rõ vật cho dù nó ở xa hay gần. Càng nhìn xa thuỷ tinh thể càng dẹt và trái lại, càng nhìn gần thì thuỷ tinh thể càng tròn.

Tuy nhiên cũng cần nhận thấy khả năng điều chỉnh của mắt có giới hạn. Cực cận là khoảng cách nhỏ nhất mà ảnh của vật cần nhìn nằm ngay trên võng mạc. Nếu nhìn gần hơn điểm cực cận thì ảnh không rõ, mắt phải điều tiết nên gây mỏi mắt và lâu ngày có thể gây ra tật khúc xạ. Cực cận của mắt chuẩn cỡ khoảng 20-25cm do đó khi đọc sách nên để xa hơn điểm cực cận để tránh mỏi mắt.

Cực viễn của mắt người bằng vô cùng. 2.6. Trường nhìn (thị trường) của mắt : Trường nhìn của một người bình thường được CIE

thừa nhận như sau : một người nhìn thẳng thì phạm vi nhìn được giới hạn như sau:

- Nhìn ngang : 1800 - Nhìn đứng: 1300 - Nhìn trung tâm: 20 2.7 Độ tương phản : - Một tờ giấy trắng đặt trên một mặt bàn màu trắng thì rất khó nhận diện tờ giấy. Trái lại

nếu đặt tờ giấy này trên mặt bàn màu đen thì nhận diện được một cách rõ ràng. Ở đây cùng một tờ giấy màu trắng nên cùng độ chói nhưng được nhận diện một cách khác nhau là do độ nhạy của mắt với sự tương phản khác nhau, do đó người ta đưa ra định nghĩa độ tương phản C như sau:

b

b

LLL

C−

= 0

Trong đó : L0 là độ chói của vật cần nhìn Lb là độ chói của nền đặt vật cần nhìn (chữ b viết tắt của background : mặt nền). C trong Tiếng Anh là Constrast (nghĩa là độ tương phản). Giá trị C ngoài phụ thuộc độ

Hình 2.3_ Trường nhìn



chói của nền còn phụ thuộc vào kích thước của vật: vật càng lớn thì độ tương phản càng cao. Theo thống kê với đa số mọi người thì mắt chỉ có thể phân biệt được vật có độ chói L0 đặt trên nền có độ chói Lb khi C ≥ 0,1. Tuy nhiên thực tế thì màu săc và kích thước vật cũng ảnh hưởng đến khả năng phân biệt của mắt nên khi thiết kế chiếu sáng phải căn cứ vào điều kiện môi trường để tính toán mức độ chiếu sáng vừa đủ.

- Ngưỡng tương phản Cth : Là giá trị sao cho khi C≥Cth thì vật được nhìn thấy còn C<Cth thì vật không được nhìn thấy.

Cth được xây dựng bằng cách cho L0 = const và cho trước kích thước của vật (góc nhìn) ta

sẽ xây dựng được một họ đặc tính b

bth L

LCC

∂∂

=)( . Ký hiệu th là chữ viết tắt của từ threshold

trong Tiếng Anh có nghĩa là ngưỡng hay giới hạn. + Blackwel đưa ra khái niệm độ nhìn rõ là tỉ số C/Cth . 2.8 Hiện tượng chói lóa: 1. Khái niệm: - Hiện tượng chói lóa là sự suy giảm khả năng nhìn hay làm mất hoàn toàn khả năng nhìn,

do đó người ta chia thành hai loại chói lóa: + Sự suy giảm khả năng nhìn (gọi là chói lóa do nhiễu). Đây là trường hợp thường xảy ra

trong các hệ thống chiếu sáng công cộng, ví dụ : * Vào ban đêm khi ta đi ngược chiều ôtô đang bật đèn chiếu sáng ta rất khó quan sát

người đi phía trước do suy giảm khả năng nhìn * Đi trong đường phố thiết kế chiếu sáng không đúng quy cách, khi ta nhìn mặt đường thì

ánh sáng đèn cũng có thể gây chói lóa. Hiện tuợng này ảnh hưởng rất lớn đến người và phương tiện giao thông, có thể dẫn đến

mất an toàn. + Mất hẳn cảm giác nhìn (gọi là chói lóa do mất tiện nghi nhìn) Trường hợp này chỉ xảy

ra khi có một vật nào đó có độ chói quá cao nằm trong trường nhìn của mắt làm cho mắt bị mất cảm giác nhìn hoàn toàn. Ví dụ trong một nhà máy thép mạ kẽm (sau khi mạ có màu trắng), rất nhiều sản phẩm thép mạ kẽm để ngoài trời nắng buổi trưa, khi đó người công nhân không thể nào chọn lựa được một thanh thép xác định trong bãi sản phẩm. Nếu người công nhân đó cố nhìn để tìm kiếm trong bãi sản phẩm thép mạ kẽm thì mắt có thể bị đau nhức.

- Độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy là L=10-3Cd/m2 và độ chói bắt đầu gây lóa mắt là 5000Cd/m2.

2. Giải thích hiện tượng chói lóa : + Trường hợp chói lóa do nhiễu :

Giả sử một vật trong điều kiện ánh sáng bình thường có độ chói lóa 01

b

b

L LCL−

= . Khi xuất

hiện một nguồn sáng gây chói (do nhiễu) thì vật cần nhìn có độ chói tăng lên là L0+LV, độ chói của nền tăng lên Lb+Lv do đó độ tương phản là :

0 0 02

( ) ( )v b v b b

b v b v b

L L L L L L L LCL L L L L

+ − + − −= = <

+ +



Ta thấy C2 < C1 nên độ tương pphản giảm và do đó độ nhìn rõ cũng giảm xuống theo. + Trường hợp chói lóa mất tiện nghi : Tương ứng với Lv rất lớn do đó C2 ≈ 0 nên cảm giác nhìn mất hẳn. + Có thể giải thích hiện tượng chói loá do nhiễu bằng hình ảnh như sau (hình 2.4) : Khi ta nhìn vào vật thì ảnh của nó hiện lên võng mạc. Ánh sáng từ nguồn gây chói lóa (ta

không nhìn nên nó không đi qua võng mạc và được khuếch tán ra xung quanh, một phần tác động vào võng mạc gây ra chói lóa). Nếu nguồn sáng gây chói lóa sát vật cần nhìn thì ánh sáng gây chói lóa tác động trực tiếp lên võng mạc gây chói lóa mạnh hơn.

3. Chỉ số hạn chế chói lóa G (còn gọi là chỉ số tiện nghi) :

Sự chói lóa do đèn chiếu sáng gây ra là một trong các nguyên nhân nguy hiểm cho người lái xe nên được coi là tiêu chuẩn thứ 3 để đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng đường phố.

Để đánh giá ảnh hưởng của sự chói lóa người ta đưa ra khái niệm “chỉ số hạn chế chói loá” G (viết tắt của từ Tiếng Anh: Glare Index) xác định theo công thức thực nghiệm sau:

tbG ISL 0,97.lg (L ) 4,41.lg(h) 1,46.lg(P)= + + −

Trong đó: ISL (Index of Specific Luminance) là chỉ số riêng của chóa đèn do nhà chế tạo cung

cấp. Cũng có thể tính gần đúng theo công thức 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 trị ISL thường nằm trong khoảng 3÷6 F: Diện tích phát sáng của bộ đèn nhìn từ góc quan sát 760. Ltb: Độ chói trung bình của mặt đường. h: Độ cao treo đèn P: Số đèn có trên 1 km chiều dài đường Để có thể hình dung ảnh hưởng của hệ số G đến mắt người ta xem xét một số giá trị của

G: theo bảng sau:

Mắt người

Ánh sáng hữu ích (từ vật cần nhìn)

Ánh sáng gây chói lóa

Nguồn sáng gây chói lóa

Vật cần nhìn

Ảnh vật

Hình 2.4_ Hiện tượng chói loá do nhiễu



Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN259:2001 quy định: để hạn chế chói lóa, khi

thiết kế chiếu sáng đường phải phải chọn bộ đèn có chỉ số hạn chế chói lóa G ≥ 4. Tuy nhiên hệ số này chỉ có ý nghĩa khi độ cao treo đèn >5m và số đèn đủ lớn nên trong tiêu chuẩn cũng quy định chỉ xét đến hệ số chói lóa khi 5m<h<20m và 20<p<100.

G = 1 Chói lóa quá mức chịu đựng

G = 4 Chói lóa ở mức chịu đựng được

G = 9 Không cảm thấy chói lóa



CHƯƠNG 3 CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG

Trong phần này ta lần lượt nghiên cứu cấu tạo của các loại nguồn sáng nhân tạo thông

dụng - trái tim của bộ đèn chiếu sáng. Ở đây ta chỉ nêu sơ bộ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các đặc điểm chính dưới góc độ ứng dụng mà không đi sâu giải thích phân tích các hiện tượng quang học như: phân tích quá trình già hóa, sự biến đổi quang thông theo điện áp, hiện tượng mờ, hiện tượng đen ở 2 đầu ống phóng điên,… Các vấn đề này cần phải tìm đọc các tài liệu chuyên sâu hoặc tham khảo tài liệu của các nhà chế tạo.

3.1 Bóng đèn nung sáng: 1. Cấu tạo của bóng đèn nung sáng (hình 3.1): a) Dây tóc (sợi đốt): + Chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt (thường là vonfram, tungsten,… chịu được nhiệt độ rất

cao, có khi đến 36500K). + Khi bị nung nóng, sợi đốt chủ yếu phát xạ các tia trong vùng hồng ngoại (1000 µm đến

0,78 µm ) không nhìn thấy được. Dòng điện chạy qua dây tóc làm nóng nó, quá trình này làm cho điện trở dây tóc tăng lên và nó lại càng bị đốt nóng cho đến khi nhiệt toả ra cân bằng với nhiệt tản ra không khí.

Ánh sáng (10%)

Dây tóc

Vỏ bóng đèn Khí trơ

Giá đỡ

Đui đèn Ống xả

Đầu dây điện

Giản đồ năng lượng

Hình 3.1_Cấu tạo và giản đồ năng lượng của bóng đèn sợi đốt

Bức xạ hồng ngoại (70%)

Thất thoát nhiệt và đối lưu (20%)

Hình 3.2_Các loại dây tóc



+ Nhiệt độ càng cao thì phổ ánh sáng càng chuyển về vùng nhìn thấy và màu sắc ánh sáng cũng trắng hơn. Tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi kim loại làm dây tóc nên người ta thường bơm khí trơ (Nitơ, Argon, Kripton) vào bóng đèn để làm chậm quá trình bay hơi nhưng đồng thời cũng làm tăng tổn thất do các chất khí này dẫn nhiệt.

+ Khi kim loại bay hơi sẽ ngưng đọng trên bề mặt bóng làm nó bị mờ đi. + Về cấu tạo, dây tóc có nhiều loại như b) Vỏ bóng đèn: + Chế tạo bằng thủy tinh có pha chì. + Áp suất khí trơ bơm vào bóng rất thấp để tránh tản nhiệt ra ngoài môi trường. + Để giảm độ chói, mặt trong bóng đèn được phủ lớp bột mờ. c) Đui đèn: Nhiệm vụ đui đèn là nơi tiếp xúc nguồn điện cung cấp cho sợi đốt. + Đui gài B15 hoặc B22 + Đui xoáy E14, E27, E40 d) Đặc điểm: - Ưu điểm: + Nối trực tiếp vào lưới điện mà không cần thiết bị phụ nào. + Kích thước nhỏ + Sử dụng đơn giản, bật sáng ngay + Chỉ số hoàn màu tốt, xấp xỉ bằng 100 + Giá thành rẻ + Tạo màu sắc ấm áp, không nhấp nháy. - Nhược điểm: + Hiệu quả phát sáng rất thấp do năng lượng nhiệt tản ra môi trường lớn. + Quang thông, tuổi thọ của đèn phụ thuộc mạnh vào điện áp nguồn. + Hiện nay không khuyến khích sử dụng trong dân dụng và công nghiệp nhưng vẫn dùng

trong chiếu sáng sự cố, chiếu sán an toàn vì nó làm việc được với điện áp thấp. 2. Một số loại bóng đèn nung sáng thông dụng: a) Bóng đèn nung sáng kiểu chân không hoặc áp suất khí trơ: Bóng đèn nung sáng hoạt động như một “vật đen”, phát ra các bức xạ có lựa chọn ở vùng

ánh sáng nhìn thấy. Bóng đèn có thể là chân không hoặc nạp khí trơ. Sau một thời gian sử dụng, bóng đèn thường bị tối đi là do dây tóc kim loại (vonfam) bị bay hơi ngưng lại trên bề mặt bóng.

Nếu bóng hút chân không thì nhiệt tỏa ra không khí giảm xuống, do đó hiệu suất nguồn



sáng cao hơn. Tuy nhiên ở chế độ chân không, khi bị nung nóng lên nhiệt độ rất cao kim loại làm dây tóc sẽ bị bay hơi nhanh, do đó loại bóng này chỉ chế tạo công suất ≤ 75W.

Để làm chậm quá trình bay hơi kim loại người ta thường cho thêm khí trơ (nitơ, argon, kripton) vào trong bóng nên công suất có thể tăng trên 75W nhưng đổi lại nhiệt tỏa ra môi trường sẽ lớn hơn. Đối với những loại đèn thông dụng, hỗn hợp khí Agon-Nitơ với tỷ lệ 9/1 được sử dụng nhiều do giá thành thấp. Kripton hoặc Xenon khá đắt (do công nghệ tinh chế chúng rất phức tạp) nên chỉ được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt như đèn chu kỳ hoặc khi có yêu cầu hiệu suất rất cao.

b) Bóng đèn nung sáng dùng khí halogen: Đèn nung sáng dùng khí halogen là một loại đèn nung sáng có dây tóc bằng vonfam

giống như đèn sợi đốt bình thường, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen (Iod hoặc Brom). Nguyên tử vonfam bay hơi từ dây tóc nóng và di chuyển về phía thành của bóng đèn. Các nguyên tử vonfam, oxy và halogen kết hợp với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfam oxyhalogen. Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các phân tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi. Các phân tử này di chuyển về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau. Nguyên tử vonfam lại đông lại trên vùng mát hơn của dây tóc nên bóng đèn không bị mờ.

Nhờ có hơi halogen nên nhiệt độ đốt nóng đèn cho phép cao hơn, do đó ánh sáng phát ra trắng hơn (nhiệt độ màu có thể đạt 29000K), hiệu suất của đèn cũng cao hơn so với đèn bơm khí trơ hoặc chân không.

Đặc điểm: Gọn hơn, tuổi thọ dài hơn, sáng trắng hơn, giá cao hơn, nhiều tia hồng ngoại

hơn, nhiều tia cực tím hơn. 3.2 Bóng đèn huỳnh quang

1. Đặc điểm cấu tạo: Đèn huỳnh quang cũng là một loại đèn phóng điện, tuy nhiên bản chất và nguyên lý phát

sáng hoàn toàn khác với đèn phóng điện nên dưới góc độ chiếu sáng nó được xem xét với tư cách là một chủng loại đèn riêng. Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt từ 3 đến 5 lần và có tuổi thọ lớn hơn từ 10 đến 20 lần.

Trước khi phát minh ra bóng đèn huỳnh quang người ta nhận thấy : dòng điện chạy qua chất khí hoặc kim loại bay hơi có thể gây ra bức xạ điện từ tại những bước sóng nhất định tuỳ theo thành phần cấu tạo hoá học và áp suất chất khí. Ngoài ra theo định luật Stoke, khi cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải ánh sáng nhìn thấy được. Ứng dụng hai hiện tượng này người ta chế tạo đèn huỳnh quang.

Hình 3.3_ Bóng đèn sợi đốt dùng khí halogen



Phía bên trong thành thủy tinh của bóng đèn người ta tráng một lớp chất bột huỳnh

quang, ngoài ra người ta còn nhỏ vài giọt thuỷ ngân (khoảng 12mg) và bơm khí trơ (thường là khí argon) vào trong ống với tỷ lệ thích hợp sao cho hiện tượng ion hoá dễ xảy ra. Khi bật đèn, thuỷ ngân hoá hơi trước do có điện áp ở hai đầu cực, tiếp sau là hiện tượng ion hoá chất khí để sinh ra tia tử ngoại. Tia tử ngoại đập vào bột huỳnh quang và phát ra ánh sáng nhìn thấy.

Do đèn huỳnh quang phát ra tia tử ngoại, nêu lọt ra ngoài sẽ gây nguy hiểm cho sự sống nên vỏ bóng đèn được chế tạo từ thủy tinh natri cacbonat có tác dụng ngăn cản tia tử ngoại không cho nó phát xạ ra ngoài.

Bóng đèn huỳnh quang khi nối với nguồn điện thì bản thân nó không thể tự phát sáng mà

phải có bộ phận khởi động bao gồm chấn lưu (còn gọi là ballast) và tăc-te (bộ ngắt mạch). Dựa vào biện pháp khởi động người ta chia thành hai loại : đèn huỳnh quang catot nóng và catot nguội. Loại catốt nóng thì trước khi phát xạ electron nó phải được nung nóng còn loại

21% ánh sáng nhìn thấy

Giản đồ năng lượng

54,2% nhiệt năng và đối lưu

24,8% bức xạ hồng ngoại

Hình 3.5_ Sơ đồ nối điện và giản đồ năng lượng bóng đèn huỳnh quang

Hình 3.4_ Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang

Khí argon và hơi thuỷ ngân

Catot tráng bari cacbonat

Giọt thuỷ ngân ngưng đọng

Lớp bột huỳnh quang

Ống xả khí khi chế tạo

Đầu cực điện



catot nguội thì không cần nung nóng nhưng điện áp đặt vào nó phải đủ lớn. Catốt là những dây tóc Vonfam có mạ bari cacbonat để dễ dàng phát xạ điện tử. Khi nung nóng lớp phát xạ này không được nóng quá, nếu không tuổi thọ của đèn sẽ giảm xuống.

Chấn lưu là một cuộn dây điện cảm bằng sắt từ, khi đèn khởi động nó làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tạo ra điện áp mồi rất lớn nhưng khi đèn làm việc bình thường thì nó có vai trò xác lập điểm làm việc của đèn.

Tắc-te thực chất là một công tắc kiểu rơle nhiệt, khi khởi động nó đóng mạch để cho dòng điện chạy qua đốt nóng catot đồng thời tích luỹ năng lượng từ trường cho chấn lưu. Khi mồi đèn, nó mở ra làm dòng điện bị gián đoạn và năng lượng trong chấn lưu giải phóng dưới dạng xung điện áp u=Ldi/dt khá lớn làm catot phát xạ electron. Về nguyên lý thì tốc độ mở của tăc-te càng bé thì điện áp xung tạo ra càng lớn và càng giúp đèn dễ khởi động.

Chấn lưu sắt từ bản thân nó cũng tiêu hao năng lượng làm cho hiệu suất tổng của cả bộ đèn huỳnh quang giảm xuống. Ngoài ra tắc-te kiểu rơle nhiệt có đặc tính khởi động không tốt (vì có quán tính nhiệt) nên chất lượng của đèn cũng giảm và nhất là khi điện áp thấp có thể không mồi đuợc đèn. Chấn lưu sắt từ còn gây ra tiếng ồn do có độ rung lớn nên không thích hợp cho môi trường văn phòng làm việc. Để khắc phục những hạn chế này hiện nay người ta chế tạo ra bộ phận khởi động bằng điện tử (còn gọi là chấn lưu điện tử). Nguyên lý của chấn lưu điện tử là tạo ra xung điện áp có tần số rất cao (khoảng 20 kHz hoặc lớn hơn) nhờ đó mà điện áp mồi được tạo ra rất lớn, thời gian ngắt mạch rất bé nên có thể khởi động ngay cả khi điện áp lưới điện thấp.

Cũng cần lưu ý thêm là loại bóng đèn huỳnh quang còn có một số tên gọi khác như đèn tuyp, đèn neon,.. tuy nhiên tên gọi “đèn neon” là tên gọi sai vì thông thường nó không chứa khí neon.

2. Một số bóng đèn huỳnh quang thông dụng a) Bóng đèn huỳnh quang thường (T12) Đây là loại bóng đèn huỳnh quang được dùng phổ biến trong dân dụng và công nghiệp và

đến nay nó vẫn chiếm số lượng lớn. Tuy nhiên trong tương lai người ta sẽ thay thế bằng các loại đèn tiết kiệm điện hơn.

Ký hiệu T12 được xác định theo đường kính ống là 12/8 inch ≈ 38mm Chiều dài và công suất chế tạo được tiêu chuẩn hóa như 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 loại đèn này khác nhau về đường kính : từ 10/8 inch với đèn T10 đến 5/8 inch với đèn

T5 (cũng chính là ký hiệu của đèn). Ngày nay người ta đã chế được bóng T2 nhưng chưa được sử dụng phổ biến lắm.

Hiệu suất của các loại đèn này cũng khác nhau. Đèn T5 & T8 cho hiệu suất cao hơn 5% so với đèn T12 và hai loại này được ưa chuộng lắp đặt nhiều hơn trong các hệ thống chiếu sáng dân dụng và công nghiệp.



Trên thị trường hiện nay xuất hiện loại T10, T8 chủ yếu và giá thành cũng cao hơn so với bóng T12.

c) Bóng đèn huỳnh quang compact: Loại đèn huỳnh quang compact xuất hiện gần đây đã mở ra một thị trường hoàn toàn mới

của nguồn sáng huỳnh quang. Đây thực chất là đèn huỳnh quang T3 (3/8 inch). Những chiếc đèn này cho phép thiết kế bộ đèn nhỏ hơn nhiều, có thể cạnh tranh với loại đèn nung nóng và đèn huỳnh quang thường. Với một số loại bóng đèn compact tốt có thể chuyển được 90% năng lượng thành ánh sáng và chỉ 10% tổn hao nhiệt và phát tia hồng ngoại.

Nhiều người cho rằng ánh sáng từ đèn compact yếu hơn so với huỳnh quang thường, lý do là đèn compact phát xạ ánh sáng có độ phân tán lớn hơn do có nhiều tầng xoắn.

Về cấu tạo nó có rất nhiều hình dáng khác nhau, thường là hình tròn hoặc vuông và lại được xoắn thành nhiều tầng. Sản phẩm bán trên thị trường có bộ điều khiển gắn liền (CFG) hoặc điều khiển tách rời (CFN). Tương lai các loại đèn này sẽ được sử dụng rộng rãi và nhà nước cũng có chính sách trợ giá với đèn này. Nhờ chấn lưu điện tử nên hiện tượng nhấp nháy không còn.

3.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) Loại đèn này làm việc dựa trên hiện tượng phóng điện hồ quang nên được gọi chung là

đèn phóng điện cường độ cao (hay đèn HID = Hingh Intentsity Discharge). 1. Cấu tạo của bóng đèn phóng điện: a) Ống phóng điện: Ông phóng điện là nơi xảy ra hiện tượng hồ quang điện, được chế tạo bằng chất trong

suốt hoặc trong mờ và có dạng hình trụ. Người ta bơm vào ống phóng điện hơi thuỷ ngân, muối kim loại, hay các loại khí khác để tạo ra hiện tượng phóng điện hồ quang trong chất khí. Phóng điện hồ quang bao giờ cũng toả ra nhiệt lượng lớn nên ống phóng điện phải được làm bằng vật liệu chịu nhiệt rất cao. Ống phóng điện và một số chi tiết khác được đặt trong một vỏ thuỷ tinh gọi là vỏ bóng đèn.

Khi đèn đang làm việc, hiện tượng phóng điện hồ quang đang diễn ra nếu có một số sự cố (hỏng chấn lưu, điện áp thay đổi đột ngột,…) đều có thể gây nổ ống phóng điện và tạo ra các mảnh vỡ nhỏ có nhiệt độ khoảng 10000C phá huỷ vỏ bóng đèn và gây nguy hiểm cho người đi

Hình 3.6_ Các loại bóng đèn huỳnh quang compact



đường, huỷ hoại tài sản hay hoả hoạn. Do đó khi chế tạo bộ đèn này người ta phải bao bọc nó bằng vật liệu chịu được va đập và có không gian đủ lớn để có thể giữ lại toàn bộ các mảnh vỡ văng ra.

b) Vỏ bóng đèn: Vỏ bóng đèn thường làm bằng thuỷ tinh hoặc các loại vật liệu khác nhau nhưng chức

năng của vỏ bóng đèn phải bao gồm : - Ngăn không cho không khí xâm nhập làm oxit hoá các chi tiết kim loại trong bóng đèn. - Ổn định nhiệt độ làm việc của đèn (để hồ quang không bị đứt đoạn). - Ngăn không cho tia tử ngoại lọt ra ngoài làm huỷ hoại sự sống, đặc biệt là đèn hơi thuỷ

ngân tạo ra khá nhiều tia tử ngoại. Vỏ bóng đèn thường có dạng hình ellip, có thể có dạng hình cầu hoặc hình trụ. c) Chấn lưu : Giống như đèn huỳnh quang, đèn HID cũng đòi hỏi chấn lưu để mồi và ổn định điểm làm

việc. d) Đui đèn : Chủ yếu là kiểu đui xoáy, một số khác có kiểu đui gài. e) Đặc điểm : Đèn HID có ánh sáng phát ra khá ổn định, không phụ thuộc nhiệt độ môi trường xung

quanh nên rất thích hợp cho chiếu sáng đường phố, quảng trường, công viên,… 2. Một số loại bóng đèn phóng điện HID thông dụng: Khi có phóng điện tỏa sáng, tùy vào loại hơi kim loại trong ống mà ánh sáng phát ra có

màu sắc khác nhau. Bức xạ ánh sáng phát ra là đơn sắc mang đặc trưng của kim loại (ví dụ natri có màu vàng, thuỷ ngân màu vàng - xanh dương,…). Trong thực tế người ta chỉ sử dụng hai loại hơi kim loại là hơi thủy ngân và hơi natri (sodium là tên gọi khác của nguyên tố natri, tuy nhiên tên gọi này lại được dùng rất phổ biến trong kỹ thuật chiếu sáng).

a) Đèn hơi thủy ngân áp suất cao (HPM: High Pressure Mercury) Đèn hơi thủy ngân là kiểu đèn HID được phát minh sớm nhất trong các loại đèn HID.

Đèn thuỷ ngân phát ra ánh sáng phần lớn nhờ sự kích thích nguyên tử thuỷ ngân. Khi ống phóng điện hồ quang đủ nóng nó sẽ phát đồng thời hai loại tia là tử ngoại và ánh sáng nhìn thấy ở các vạch vàng – xanh lá cây – xanh dương và một ít vạch đỏ - cam. Nhiệt độ màu khoảng 3000-70000K, chỉ số hoàn màu rất thấp khoảng 15-25. Người ta thường phủ một lớp



huỳnh quang bên ngoài vỏ bóng đèn, nhờ đó cải thiện được chỉ số hoàn màu lên 40-55. Quang hiệu của đèn cũng rất thấp, chỉ 30-65 lm/W.

Có lẽ vấn đề quan trọng nhất liên quan đến đèn hơi thủy ngân là làm sao thay thế chúng

bằng những loại đèn HID hoặc huỳnh quang có hiệu suất và độ hoàn màu tốt hơn. Những chiếc đèn thuỷ ngân nói chung có hiệu suất thấp nhất trong họ đèn HID, quang thông giảm nhanh sau khi đưa vào sử dụng.

Ánh sáng do đèn phát ra trắng lạnh, khi sương mù hay mưa thì hiệu quả chiếu sáng giảm khá nhiều, ngoài ra hơi thủy ngân rất độc, ánh sáng phát ra có nhiều tia tử ngoại nguy hiểm nên hiện nay ít được dùng trong các dự án mới, nó chỉ còn ở những nơi đã lắp đặt trước đây.

b) Đèn Metal Halide (còn gọi là đèn

Halogen kim loại): Đèn Metal Halide về cơ bản giống

đèn hơi thuỷ ngân nhưng người ta cho thêm vào ống phóng điện muối iôt của các kim loại như indi, thali, natri. Vì iôt thuộc nhóm halogen nên đèn này có tên gọi là halogen kim loại (Metal Halide).

Ánh sáng phát ra nhờ sự kích thích của hỗn hợp hơi kim loại gồm thuỷ ngân và muối halogen kim loại. Ánh sáng có

15% ánh sáng nhìn thấy

50% nhiệt và đối lưu 20%

tử ngoại

15% hồng ngoại

Giản đồ năng lượng Bột huỳnh quang

Ống phóng điện

Điện cực khởi động

Giá đỡ

Đui đèn

Khe co giãn

Điện cực chính Vỏ bóng đèn Điện cực chính

Khung đỡ

Hình 3.7_Cấu tạo đèn HID thuỷ ngân và giản đồ năng lượng

Hình 3.8_Cấu tạo đèn Metal Halide

Khe co giãn

Vỏ bóng đèn

Điện cực Đầu dây

Đui đèn Giá đỡ

Khung đỡ


Khung đỡ

Nắp



nhiệt độ màu khoảng 4000-60000K và chỉ số hoàn màu từ 60-93. Quang hiệu của đèn từ 75-125lm/W. Ánh sáng phát ra có màu trắng lạnh nên không cần thiết phải phủ một lớp bột huỳnh quang lên vỏ bóng đèn. Phổ màu ánh sáng liên tục hơn và phát nhiều vạch hơn so với đèn thuỷ ngân

Tuy nhiên đèn này có nhược điểm làm giá thành đắt, màu sắc của đèn thay đổi theo thời gian sử dụng

c) Đèn hơi Natri áp suất cao (HPS: High Pressure Sodium) Ánh sáng phát ra nhờ sự kích thích hơi natri trong điều kiện áp suất cao. Cấu tạo của nó

về cơ bản giống đèn hơi thuỷ ngân. Ống phóng hồ quang thường được chế tạo từ gốm ôxit nhôm có thể chịu được nhiệt độ lên đến 13000C vì nếu chế tạo bằng thuỷ tinh thì natri sẽ tác dụng hoá học với thuỷ tinh làm hỏng ống phóng điện. Ngoài hơi natri, trong ống phóng còn có một ít khí xenon để dễ tạo ra hiện tượng phóng điện (mồi ống) hoặc cho thêm hơi thuỷ ngân để giảm dòng điện và điện áp phóng điện. Đèn hơi natri cao áp không có các điện cực khởi động, chấn lưu mà chỉ có tắc-te điện tử cao áp.

Quang hiệu khá cao đạt 120lm/W nhưng chỉ số thể hiện màu rất kém (CRI=20), tuổi thọ đạt 10.000 giờ. Khi phóng điện hồ quang trong điều kiện áp suất cao thì natri bức xạ ánh sáng màu vàng - trắng với nhiệt độ màu 2000-25000K. Khi phân tích phổ màu thì nó có các vạch vàng - xanh lá cây - cam và một ít vạch đỏ - xanh dương.

Đèn hơi Natri cao áp (HPS) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng ngoài trời và chiếu sáng công nghiệp, đặc biệt là chiếu sáng đường phố. Không nên sử dụng cho nơi cổ kính rêu phong vì làm cho cỏ cây có màu úa vàng. Hiệu suất cao là đặc điểm ưu việt hơn của loại đèn này so với đèn halogen kim loại vì những chiếu sáng đường phố không đòi hỏi độ hoàn màu cao.

Giá đỡ dẫn điện Điện cực


Vỏ bóng đèn

Thuỷ ngân và muối iôt kim loại

Điện cực

Ánh sáng 30%

Nhiệt và đối lưu

50%

Hồng ngoại 20%

Tử ngoại 0,5%

Hình 3.9_Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn sodium áp suất cao



d) Đèn hơi Natri áp suất thấp (LPS: Low Pressure Sodium) Đèn có dạng ống trụ, đôi khi hình chữ U, bên trong có hơi natri với áp suất thấp khoảng

10-3mmHg. Ngoài ra để dễ tạo ra phóng điện (mồi ống) người ta còn nạp một ít khí xenon. Mức điện áp từ 18-180 V. Bình thường hơi natri ở trạng thái ngưng tụ, phải sau vài phút bật đèn hơi natri mới bốc lên và phát 2 vạch ánh sáng màu vàng - da cam rất nhạy cảm với mắt người (bước sóng 555nm). Đèn có quang hiệu cao nhất trong các loại đèn phóng điện, có thể đạt 190lm/W.

Phân tích phổ màu ta thấy ánh sáng gần như đơn sắc, chỉ số thể hiện màu CRI gần bằng 0 do đó LPS thường dùng cho những nơi không cần chất lượng màu tốt (như cầu thang) và hạn chế sử dụng cho chiếu sáng an ninh hoặc chiếu sáng đường phố.

e) Đèn phóng điện xenon: Đây là loại đèn phóng điện cao áp nhưng bên trong nạp khí xenon tinh khiết. Khi phóng

điện, các nguyên tử khí xenon bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về trạng thái ban đầu sẽ nhả ra photon.

Đèn xenon cho ánh sáng trắng xanh gần giống ban ngày nên rất tốt. Tuy nhiên giá thành rất đắt không thể dùng vào chiếu sáng công cộng mà chỉ dùng cho xe hơi cao cấp. Giá thành đắt là do công nghệ tinh chế chất xenon tinh khiết rất đắt vì nếu xenon không tinh khiết thì khi xảy ra phóng điện sẽ phát nổ.

Ưu điểm : tuổi thọ cao, cường độ sáng cao hơn, tiết kiệm năng lượng do không phải đốt nóng dây tóc

3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) Cấu tạo cơ bản của đèn LED là hai lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau. Tùy chất liệu của p

và n, LED có thể phát ra ánh sáng có màu khác nhau, từ xanh lá cây, đỏ, đến trắng... Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như không nung nóng môi trường xung quanh và khác với các loại bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, mỏi mắt, không phát ra tia cực tím. Bằng việc ghép nhiều LED nhỏ bằng hạt đỗ với nhau, có thể tạo một môi trường ánh sáng rực rỡ trong một không gian rộng lớn, thậm chí có thể ở nhiệt độ âm 300C. Tuy vậy, giá thành LED hiện vẫn còn cao nên ở Việt Nam nó dùng cho quảng cáo là chủ yếu. Còn ở các nước khác đã sử dụng cho khu du lịch, vui chơi giải trí, hàng năm tiết kiệm được rất nhiều tiền điện.

Về nguyên lý: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất rắn nhất định như chất bán dẫn hoặc photpho. Đèn LED là loại đèn mới nhất bổ sung vào danh sách các nguồn sáng sử dụng năng lượng hiệu quả. Mặc dù đèn LED phát ra ánh sáng ở dải quang phổ rất hẹp (gần như đơn sắc), chúng ta vẫn có thể tạo ra "ánh sáng trắng” bằng cách dùng đèn LED xanh có phủ photpho hay dùng dải LED màu đỏ-xanh da trời-xanh lá cây để hoà ánh sáng. Đèn LED có tuổi thọ từ 40.000 đến 100.000 giờ tùy thuộc vào màu sắc. Đèn LED đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng chiếu sáng, bao gồm biển báo lối thoát, đèn tín hiệu giao thông và nhiều ứng dụng trang trí khác. Mặc dù còn mới mẻ, công nghệ đèn LED đang phát triển nhanh và hứa hẹn trong tương lai. Tại đèn tín hiệu giao thông, một thị trường thế mạnh của LED, tín hiệu đèn đỏ bao gồm 196 đèn LED chỉ tiêu thụ 10W trong khi đèn nóng sáng sẽ tiêu thụ 150W. Khả năng tiết kiệm năng lượng ước tính khoảng từ 82% đến 93%.

Ngoài ra đèn LED phối hợp với pin mặt trời có thể tạo ra hệ thống chiếu sáng thân thiện với môi trường, không tiêu thụ điện, tiết kiệm tài nguyên quốc gia, góp phần giảm phát thải



khí nhà kính. Tuy nhiên đây là công nghệ mới, giá thành đầu tư rất cao nên cần có thời gian để thương mại hoá.

3.5 Đèn cảm ứng (đèn không điện cực) Làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, không có điện cực, không có dây tóc.

Tuổi thọ 60.000 giờ, quang hiệu có thể đạt 90lm/W. Thường dùng trong những ứng dụng đặc biệt quan trọng như đèn báo không …Bóng cảm ứng được dùng cho những loại đèn treo ở những nơi rất cao, khó thay, chẳng hạn trên các tháp lớn, hải đăng, cầu treo...

Nguyên lý phát sáng: Từ điện sản sinh ra từ trường, sau đó từ trường sản sinh ra dòng điện cảm ứng, ứng dụng nguyên lý dao động ngẫu hợp đưa sóng điện cao tần vào trong bóng đèn chân không, dưới tác dụng của bột huỳnh quang và khí trơ tạo ra hiện tượng phát sáng.

3.6 Đèn Sulfua : Đèn này cũng không có điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử sulfua

trong môi trường khí argon bị kích thích bằng vi sóng. Đèn có quang hiệu rất cao, cỡ 100lm/W và bức xạ rất ít tia hồng ngoại cũng như tử ngoại. Nhiệt độ màu có thể lên tới 60000K gần với ánh sáng ban ngày và chỉ số hoàn màu CRI=80. Khi phân tích phổ màu đèn sulfua người ta thấy nó gần trùng với phổ màu của ánh sáng ban ngày nên đây là loại đèn lý tưởng để chiếu sáng trong nhà và mang lại cảm giác dễ chịu.

Bảng thông số kỹ thuật của các loại đèn thông dụng

(Theo số liệu do hãng Schréder cung cấp năm 2006) Công suất (W) Tuổi thọ Chất lượng màu Kích Giá Loại đèn

Từ Đến Lm/W

(giờ) T°K Hoàn màu thước thànhSợi đốt 15 200 10 1.000 3000° 100 Nhỏ Đắt Sợi đốt-Halogen 50 2.000 20 2.000 3000° 100 Nhỏ Đắt

Hình 3.10_ Chiếu sáng bằng đèn LED sử dụng năng lượng mặt trời



Huỳnh quang 8 58 90 15.000 Thay đổi 85 Dài Đắt Cao áp thủy ngân 50 1.000 55 12.000 3800° 45 Lớn Đắt Cao áp Metal Halide 35 150 85 8.000 4000° 85 Nhỏ Đắt Cao áp Metal Halide 250 400 85 12.000 4000° 65 Nhỏ Đắt Thấp áp Sodium 18 131 200 15.000 1800° - Dài Đắt Cao áp Sodium 35 1.000 120 20.000 2000° 25-85 Nhỏ Đắt Cảm ứng 55 180 70 60.000 3-4000° 80 Lớn Đắt

LED 0,07 1,2 15 10.000÷100.000 Nhiều loại Nhiều loại Nhỏ Đắt

Bảng tóm tắt phạm vi sử dụng phổ biến của các loại đèn

Loại đèn Ứng dụng đặc trưng

Sợi đốt Gia đình, khách sạn, chiếu sáng chung, chiếu sáng khẩn cấp.

Huỳnh quang Văn phòng, cửa hàng, bệnh viện, gia đình Huỳnh quang compact Khách sạn, cửa hàng, gia đình, văn phòng

Thủy ngân cao áp HPM Chiếu sáng chung trong nhà máy, ga ra, đỗ xe, chiếu sáng bằng đèn pha

Metal halide MH Trưng bày, chiếu sáng bằng đèn pha, khu triển lãm ở sân vận động, công viên, vườn hoa, khu vực xây dựng, sân thể thao, phát truyền hình màu

Hơi Natri cao áp HPS Chiếu sáng chung trong nhà máy, kho hàng, đường phố

Hơi Natri hạ áp LPS Lòng đường, đường hầm, kênh, đèn đường, cầu thang có yêu cầu không cao về thể hiện màu.



CHƯƠNG 4 CẤU TẠO CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

Trong chương trước chúng ta đã nghiên cứu về nguồn sáng là nơi phát ra ánh sáng. Tuy

nhiên chỉ có mỗi nguồn sáng thì không thể ứng dụng được trong chiếu sáng công cộng cũng như các mục đích chiếu sáng khác. Do vậy người ta cần phải sử dụng các bộ phận khác như bộ linh kiện điện để mồi cho đèn làm việc, bộ phận phản quang để điều khiển ánh sáng đến đúng đối tượng cần chiếu sáng, kính bảo vệ để chống ẩm, chống sương mù, chống nổ,… nói chung là bộ đèn có đầy đủ ba thành phần : điện - cơ - quang học.

Các bộ phận nói trên khi lắp ráp hoàn chỉnh gọi là bộ đèn hoặc choá đèn (theo Quyết định số 13/2008/QĐ-BCT của Bộ Công Thương) . Có thể nói nguồn sáng chính là trái tim của bộ đèn. Do những ưu điểm nổi trội của đèn phóng điện khi sử dụng cho chiếu sáng đường giao thông, chiếu sáng các khu vực công cộng trong đô thị mà hiện nay đèn phóng điện HID là nguồn sáng được sử dụng chủ yếu. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu về các thành phần cơ bản cấu tạo nên bộ đèn phóng điện HID..

4.1. Cấu tạo chung của một bộ đèn chiếu sáng công cộng:

1

2

4

3

5

6

7

8

9

10

1. Đầu dây điện vào đèn 2. Tấm đế lắp linh kiện điện có thể tháo rời 3. Lỗ để lắp cần đèn 4. Lỗ đui đèn lắp nguồn sáng (điều chỉnh được) 5. Roăng cao su làm kín 6. Kính bảo vệ (thủy tinh hoặc nhựa) 7. Bản lề bằng thép không gỉ 8. Tấm phản quang mạ nhôm bằng phương pháp hóa hơi. 9. Vỏ đèn có 2 ngăn (linh kiện điện và quang học) 10. Nắp bảo vệ ngăn điện

Mặt trước một bộ đèn

Hình 4.1_ Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng



Về hình dáng, mỗi hãng chế tạo đèn có một kiểu dáng khác nhau tuy nhiên đều có các bộ phận cơ bản như trên. Mỗi bộ đèn đều có thể lắp được nhiều loại nguồn sáng khác nhau và tương thích với nhiều công suất khác nhau. Điều này cho phép chuyên biệt hoá trong sản xuất : bộ đèn của hãng này có thể lắp nguồn sáng của hãng kia, do đó nó cũng cho phép thay thế dễ dàng.

4.2. Các bộ phận chính của bộ đèn chiếu sáng công cộng

1. Tấm phản quang: Các loại đèn chiếu sáng công cộng thường có tấm phản quang để phân bố lại ánh sáng

của nguồn sáng bằng cách ứng dụng định luật phản xạ đều. Nhiệm vụ của nó là điều khiển ánh sáng phát ra phù hợp với mục đích sử dụng.

Tấm phản quang có thể được làm bằng gương hoặc được mạ màu trắng (mạ nhôm hoặc bạc), mục đích chính là tăng hệ số phản xạ đều ρr. Hệ số này có thể từ 0,85 (đối với gương) đến 0,93 (tráng bạc). Trong thực tế, tấm phản quang thường mạ bằng nhôm tinh chất theo phương pháp bay hơi, vừa giảm được giá thành so với mạ bạc mà vẫn đảm bảo hệ số ρr khá cao. Theo quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5828-1994 đối với đèn đường phố thì hệ số phản quang ban đầu phải ≥0,8.

Chất lượng tấm phản quang được đánh giá qua độ dày và độ đồng nhất của lớp mạ phản quang. Đặc điểm của nó là rất dễ bị phá huỷ nên khi lau chùi phải dùng thổi bằng không khí khô áp suất nhỏ hay dùng cồn lau nhẹ. Theo quy định, khi sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng thì hệ số phản xạ phải có độ suy giảm <10% so với ban đầu sau 6000 giờ sử dụng.

Hình dáng tấm phản quang phụ thuộc vào yêu cầu phân bố ánh sáng. Thông thường tấm phản quang có dạng paraboloit tròn xoay và nguồn sáng đặt ở tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ song song nhau. Một số bộ đèn có tấm phản quang dạng elipxoit tròn xoay có nguồn sáng đặt ở một tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ hội tụ về tiêu điểm thứ 2 để tạo thành nguồn sáng điểm. Ngoài ra còn có loại tấm phản quang hai múi, gồm hai nửa paraboloit tròn xoay ghép lại, sẽ làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn so với loại một múi.

2. Thiết bị mồi đèn (tắc te) và chấn lưu: a) Thiết bị mồi đèn : Các đèn phóng điện cần phải có thiết bị mồi để tạo điện áp ban đầu đủ lớn để tạo ra hiện

tượng phón điện (hiện tượng mồi). Sau khi xảy ra phóng điện ban đầu, dòng điện tăng lên,

F

Tấm phản quang hai múi Elipxoit

F1 F2 F

Paraboloit

Hình 4.2_ Các loại tấm phản quang



điện áp giảm xuống và hiện tượng phóng điện tiếp tục duy trì ở điện áp của lưới điện. Thiết bị mồi thường dùng loại rơle nhiệt, hiện nay vẫn còn dùng phổ biến nhưng dần dần

sẽ bị thay thế bởi thiết bị mồi điện tử. Nhược điểm là mau hỏng, tạo điện áp mồi không lớn, có tiếng động khi làm việc, khó mồi đèn (vì yêu cầu điện áp nguồn phải đủ lớn),...

Hiện nay bắt đầu sử dụng thiết bị mồi điện tử thay thế cả bộ mồi và chấn lưu kiểu điện cảm được gọi chung là chấn lưu điện tử. Đặc điểm là tạo ra xung dòng điện rất hẹp có tần số cao (trên 20kHz), do đó tạo điện áp mồi lớn, không nhấp nháy, điện áp nguồn thấp vẫn mồi được. Nhờ không có chấn lưu sắt từ nên tổn hao nhiệt giảm xuống làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn.

b) Chấn lưu: Chấn lưu có nhiệm vụ chính là cung cấp điện áp lớn để mồi đèn khi khởi động đèn, ngoài

ra khi đèn làm việc bình thường nó làm nhiệm vụ ổn định điểm làm việc, tránh sự dao động điện áp lưới ảnh hưởng đến sự phát sáng của đèn. Có các loại chấn lưu sau đây :

- Chấn lưu điện trở: Làm giảm hiệu suất của đèn do tiêu thụ năng lượng, hiệu quả mồi đèn không cao.

- Chấn lưu điện cảm: Không tiêu thụ năng lượng cho việc mồi đèn như điện trở nhưng nó lại tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt và từ trễ, ngoài ra do tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nên làm hệ số công suất cosϕ thấp.

- Chấn lưu điện cảm - tụ điện: Tác dụng như chấn lưu điện cảm nhưng có thêm tụ điện nối tiếp để tăng hệ số công suất cosϕ.

- Chấn lưu điện tử: biến đổi tần số 50Hz thành tần số cao (khoảng 20 kHz). Không tiêu hao năng lượng, loại trừ được hiện tượng nhấp nháy, kích thước nhỏ gọn nhưng giá thành cao hơn các loại chấn lưu nói trên.

Nhìn chung trong các bộ đèn chiếu sáng công cộng, bộ phận mồi đèn và chấn lưu thường được lắp đặt trong ngăn riêng gọi là ngăn linh kiện điện. Ngăn này không yêu cầu độ kín cao như ngăn quang học nhưng yêu cầu phải dễ tháo lắp để sửa chữa, thay thế linh kiện khi cần thiết.

3. Kính bảo vệ : Kính bảo vệ bộ đèn là nắp chụp bảo vệ bộ phận quang học nhưng yêu cầu phải đảm bảo

cho ánh sáng truyền qua được. Sở dĩ phải bảo vệ bộ phận quang học vì bộ phận này có các

~ Nguồn

e1 e2

Chấn lưu

Bộ mồi


Bộ mồi kiểu rơle nhiệt

Tấm lưỡng kim

Hình 4.3_Thiết bị mồi đèn



thành phần rất quan trọng của bộ đèn như tấm phản quang và nguồn sáng được chế tạo chính xác cao, rất tinh xảo và dễ bị tác động của môi trường (nhất là tấm phản quang được mạ bằng nhôm tinh chất) làm chất lượng của bộ đèn giảm xuống. Để bảo vệ các bộ phận này người ta phải dùng kính bảo vệ, tuy nhiên phải đảm bảo truyền ánh sáng tốt nhất nên thường làm bằng thủy tinh, bằng nhựa hoặc vật liệu composit trong suốt hoặc trong mờ. Khi chọn vật liệu cũng như chiều dày kính bảo vệ phải tính toán để giảm sự phản xạ ở biên giữa không khí và kính. Theo TCVN5828-1994 và 13/2008/QĐ-BCT thì kính bảo vệ phải có hệ số truyền qua ban đầu ≥ 0,85. Về mặt cấu tạo, kính bảo vệ có thể dạng phẳng hoặc dạng rãnh khía (rãnh khía làm cho hiệu suất bộ đèn cao hơn)

Ngoài ra kính bảo vệ còn có chức năng chống nổ vì chế độ làm việc của đèn là phóng điện hồ quang với nhiệt độ cao. Khi ống phóng điện bị nổ các mảnh vỡ của nó văng ra có nhiệt độ cỡ 10000C có thể nguy hiểm cho người đi đường, huỷ hoại tài sản, thậm chí hoả hoạn. Kính bảo vệ phải có độ chịu va đập và không gian đủ để giữ lại các mảnh vỡ này.

Khi thiết kế chiếu sáng chọn bộ đèn cần phải chú ý đến đặc tính cũng như vật liệu chế tạo kính đèn. Vì nó là môi trường truyền ánh sáng nên có thể có một lượng tia tử ngoại xuyên qua, ngoài ra nó lại chịu tác động trực tiếp của môi trường (mà trong đô thị thì môi trường thường ô nhiễm) nên nó rất nhanh bị lão hoá hoặc bị mờ đi. Theo quy định, khi sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng thì hệ số truyền qua phải có độ suy giảm < 5% so với ban đầu sau 6000 giờ sử dụng.

4. Lỗ đui đèn : Đui đèn là bộ phận nằm trên nguồn sáng dùng để định vị vào vị trí lỗ đui đèn nằm trên bộ

đèn. Đui đèn và lỗ đui đèn được tiêu chuẩn hoá thống nhất trên toàn thế giới để có thể lắp lẫn của các hãng khác nhau. Đui đèn thường có hai loại :

- Loại đui gài (còn gọi là đui ngạnh trê) : không có ren xoáy nhưng có 2 tai đối xứng nhau để gài vào lỗ đui đèn nằm trên bộ đèn. Loại này thường thấy trong loại đèn dây tóc dùng trong dân dụng. Ký hiệu đui gài có 2 loại là B15 và B22 tùy vào đường kính đui đèn

- Đui xoáy: hình trụ có ren xoáy. Ký hiệu có 3 loại: E14, E27 và E40 tùy vào đường kính đui đèn. Chữ E viết tắt của Edison là tên nhà phát minh ra bóng đèn điện đầu tiên.

Trong các bộ đèn chiếu sáng công cộng chỉ dùng 2 loại đui đèn trên. Tuy nhiên trong dân dụng và công nghiệp còn có rất nhiều kiểu đui đèn khác nhau như : đui đèn kiểu cắm, đui 1 chân, đui 2 chân, đui kiểu ren,…

4.3. Các thông số cơ học chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng:

Hình 4.4_Kính bảo vệ răng khía

Đui xoáy E Đui gài B

Hình 4.5_ Các loại đui đèn



1. Độ kín (IP): Một bộ đèn thường có ngăn linh kiện vằ ngăn quang học riêng biệt (có một số loại chỉ có

1 ngăn chung cho cả linh kiện điện và ngăn quang học). Yêu cầu về độ kín của các ngăn chứa thiết bị là một trong những chỉ tiêu quan trọng của bộ đèn, đặc biệt là khi đi qua vùng ô nhiễm như vùng ven biển, nhà máy hóa chất,…hay vùng có sương mù. Độ kín được ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc tế là IPxy, trong đó x và y là các con số có ý nghĩa sau :

X Y

Giá trị Ý nghĩa : chống vật thể lạ xâm nhập Giá trị Ý nghĩa : Chống nước xâm nhập 0 1 2 3 4 5 6 - -

Không được bảo vệ Vật có đường kính ≥50mm Vật có đường kính ≥12,5mm Vật có đường kính ≥2,5mm Vật có đường kính ≥1,0mm Chống được bụi Hoàn toàn kín --- ---

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Không được bảo vệ Nước rơi thẳng đứng Nước rơi nghiêng 150 Nước phun hạt nhỏ li ti Phun nước dạng mưa Phun nước dạng tia Phun nước áp lực Ngâm chìm tạm thời Ngâm chìm lâu dài

Theo TCXDVN259 :2001, đối với môi trường ô nhiễm trung bình thì chọn đèn có độ kín

IP44 nhưng đối với môi trường ô nhiễm nặng (như sương muối, ăn mòn, ven biển, trong khu công nghiệp) thì chọn đèn độ kín ngăn quang học IP54, ngăn linh kiện điện là IP43. Riêng với loại đèn tiết kiệm năng lượng phải có IP66 theo quy định tại Quyết định số 13/2008/QĐ-BCT. Nếu các thông số này không được kiểm tra và nghiệm thu chặt chẽ sẽ gây hậu quả lớn vì sau một thời gian khói bụi xâm nhập làm mờ bóng đèn, hơi nước (thường có chất hóa học) xâm nhập sẽ đọng lại lâu dài trong kính đèn làm suy giảm quang thông nghiêm trọng. Ngoài ra lớp mạ của tấm phản quang có thể bị gỉ, bong tróc làm giảm hiệu suất phát sáng.

Theo quan sát từ thực tế, hiện nay các chỉ số này hoàn toàn bị thả lỏng trong quá trình xây dựng các công trình chiếu sáng công cộng nên chất lượng hệ thống chiếu sáng giảm rõ rệt mặc dù thời gian đưa vào vận hành ngắn hơn tuổi thọ đã ghi trong lý lịch của đèn rất nhiều. Do số lượng các tuyến đường đô thị phát triển rất nhanh nên theo đó là hệ thống chiếu sáng cũng tăng lên, khi chúng đồng loạt giảm chất lượng thì trở thành một gánh nặng cho ngân sách.

Ở đây cũng cần lưu ý một điểm : chỉ số IP không chỉ dùng trong thiết bị chiếu sáng mà là chỉ số quốc tế dùng chung cho mọi ngành kỹ thuật có các bộ phận cần đo lường độ kín.

2. Cấp bảo vệ cơ học chống nổ (còn gọi là độ chịu va đập của kính đèn): Ký hiệu là IKO và được phân loại theo bảng sau:

Mã IKO Cấp bảo vệ Mã IKO Cấp bảo vệ IKO0 Không bảo vệ IKO6 1J IKO1 0,15J IKO7 2J



IKO2 0,2J IKO8 5J IKO3 0,35J IKO9 10J IKO4 0,5J IKO10 20J IKO5 0,7J

Chỉ số IKO biểu thị khả năng bảo vệ cơ học chống nổ của bộ đèn. Trong quá trình vận

hành, bóng đèn có thể phát nổ và kính đèn phải chịu được sức công phá từ sự phát nổ này. Nếu không đủ độ bền thì các mảnh vỡ của ống phóng điện hồ quang văng ra (có nhiệt độ trên 10000C) có thể làm nguy hiểm đến người đi đường thậm chí gây hoả hoạn, đặc biệt là hơi thuỷ ngân thoát ra ngoài sẽ rất nguy hiểm vì nó là một chất có độc tính rất cao.

Tuy nhiên chỉ số này trong thực tế còn được nhìn nhận dưới một góc độ khác đó là độ chịu va đập của kính đèn từ các lực tác động bên ngoài. Nói chung, nếu xét theo góc độ này thì chỉ tiêu IKO không quan trọng lắm vì các bộ đèn thường lắp trên cao, ít có khả năng chịu va đập mạnh. Trong điều kiện làm việc bình thường chỉ có mỗi lực tác dụng của gió lên kính đèn và theo tính toán lực này nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng chịu lực của kính. Thông thường với đèn chiếu sáng công cộng có cấp bảo vệ chống nổ là IKO8.

3. Diện tích cản gió Đây là chỉ tiêu khá quan trọng nếu nơi lắp đặt đèn thường xuyên có gió bão. Về mặt khí

động học thì diện tích cản gió càng bé càng tốt để giảm bớt lực tác dụng của gió đến kết cấu cơ học của đèn và cột đèn. Nhờ đó mà kích thước của cột và móng nhỏ hơn, dáng cột thanh mảnh hơn, thẩm mỹ hơn.

4. Chỉ tiêu lão hóa kính bảo vệ: Chỉ tiêu này thường rất khó xác định, tuy nhiên khi thiết kế phải đưa vào yêu cầu cụ thể

để nhà chế tạo lựa chọn vật liệu phù hợp. Thực tế các kính bảo vệ sau một thời gian vận hành thường bị mờ cho dù lau chùi vẫn không hết. Tình trạng này là do kính bị lão hóa, vật liệu làm kính bị biến chất dưới tác động của nhiệt tỏa ra, tia cực tím do đèn phát ra và môi trường không khí bị ô nhiễm. Kính bị lão hóa thường là loại kính làm bằng nhựa, nếu làm bằng thủy tinh thì không xảy ra hiện tượng này nhưng kính thủy tinh làm cho trọng lượng bộ đèn tăng. Gần đây có loại kính chịu lực bằng composit có tính năng như kính thủy tinh nhưng nhẹ, bền.

Cần phân biệt với trường hợp kính đèn bị mờ do bụi bám bẩn sau một thời gian dài vận hành mà không đuợc duy tu bảo dưỡng. Trường hợp này có thể khắc phục được nhưng trách nhiệm thuộc về đơn vị quản lý vận hành công trình chiếu sáng.

5. Trọng lượng: Đây cũng là một chỉ tiêu cần quan tâm vì xu hướng hiện nay người ta càng ngày càng

chuộng các loại đèn có trọng lượng bé. Nhờ đó mà cột chiếu sáng, cần đèn có kích thước nhỏ hơn, thanh mảnh hơn phù hợp với mỹ quan đô thị. Trong lượng trung bình hiện nay của các bộ đèn chiếu sáng công cộng khoảng 3-8 kg tuỳ vào công suất và nhà chế tạo.

4.4. Các thông số điện chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng:



1. Cấp cách điện :

Cấp bảo vệ Đặc điểm O Không bảo vệ I Nối đất các bộ phận dẫn điện II Cách điện gấp đôi hoặc tăng cường III Điện áp nguồn dưới 50V

Tại vị trí lắp đặt đèn mà người sử dụng không thể tiếp xúc có thể dùng cấp O, nếu người

sử dụng có thể tiếp xúc được với bộ đèn thì phải dùng cấp I. Trường hợp có yêu cầu an toàn cao mới dùng cấp II. Nếu có yêu cầu an toàn tuyệt đối thì phải dùng cấp III, khi đó do điện áp thấp (<50V) nên dù có tiếp xúc vẫn không gây nguy hiểm.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, các bộ đèn thường có cấp cách điện I hoặc II. 2. Độ dao động điện áp: Chỉ tiêu này có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế khi thiết kế chiếu sáng nhưng lại chưa được

khai thác đúng mức. Thông thường các bộ đèn được nhà chế tạo đảm bảo mức dao động điện áp ± 10% Uđm mà vẫn làm việc bình thường như khi điện áp Uđm (tức quang thông không đổi). Trong khi đó quy phạm trang bị điện thường yêu cầu điện áp điểm xa nhất là ±5%Uđm và người thiết kế thường chỉ quan tâm đến giá trị này của quy phạm. Nếu tính theo quy phạm thì phải chọn cỡ dây điện có tiết diện lớn trong khi tính theo ± 10% Uđm thì chỉ cần chọn dây điện với tiết diện nhỏ hơn.

Như vậy trong quá trình thiết kế cần tận dụng yếu tố dao động điện áp của bộ đèn ±10%Uđm để chọn dây dẫn cho hợp lý, tránh chủ quan dựa theo quy định ±5%Uđm của lưới cung cấp điện làm cho suất đầu tư tăng lên một cách lãng phí..

4.5. Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng: Các thông số cơ bản về quang học của nguồn sáng đã được nêu trong phần các loại nguồn

sáng và các đại lượng cơ bản đo ánh sáng. Ở đây chỉ bổ sung một số thông số quang học của bộ đèn. Các bộ phận này có nhiệm vụ đảm bảo sự phân bố hợp lý theo không gian của ánh sáng, đảm bảo chiếu sáng đúng mục đích, có khả năng hạn chế chói lóa,... không phải là nơi phát ra ánh sáng

1. Hệ số suy giảm quang thông: Sau một thời gian vận hành quang thông của đèn sẽ bị giảm. Để đánh giá sự suy giảm đó

người ta đưa ra khái niệm độ suy giảm quang thông V=V1 năm/Vban đầu là tỉ số giữa quang thông của bộ đèn sau 1 năm sử dụng với quang thông ban đầu của đèn. Để đảm bảo chất lượng chiếu sáng, khi thiết kế phải tính đến hệ số này.

Hiện tượng suy giảm quang thông do nhiều nguyên nhân nhưng trong thiết kế chiếu sáng người ta chỉ xét đến 2 nguyên nhân chủ yếu sau :



+ Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng: Hiện tượng này được đặc trưng bằng hệ số V1 và có thể được nhà chế tạo cung cấp. Tuy nhiên nếu nhà chế tạo không cho thì V1 có thể xác định theo bảng sau :

Hệ số V1 Thời gian sử dụng thực

tế của đèn Sodium cao áp Đèn ống

huỳnh quang Bóng

huỳnh quang Sodium thấp áp

3000 h 0,95 0,90 0,85 0,85 6000 h 0,90 0,85 0,80 0,8 9000 h 0,85 0,80 0,75

+ Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không khí : Hiện tượng này đặc trưng bằng hệ số V2

và được xác định theo điều kiện môi trường nơi lắp đặt đèn như bảng sau :

Hệ số V2 Kiểu bộ đèn Loại môi trường Không có chụp Có chụp

Bị ô nhiễm 0,65 0,70 Không ô nhiễm 0,90 0,95

Như vậy ta tính được V = V1.V2 = quang thông sau 1 năm/quang thông ban đầu. 2. Hệ số phản quang : Tính chất phản xạ của các bộ đèn thường là phản xạ khuyếch tán hỗn hợp với giá trị < 1.

Theo quy định của TCVN5828-1994 đối với đèn đường phố thì hệ số phản quang phải ≥0,8 và sau 6000 giờ sử dụng thì hệ số phản quang phải còn ≥ 90% so với ban đầu.

3. Đường cong trắc quang : Ta biết rằng một bộ đèn chiếu sáng phát xạ cường độ sáng ra không gian xung quanh nó.

Lấy tâm đèn làm gốc toạ độ cực thì đầu mút các vectơ cường độ sáng sẽ vạch nên một mặt cong xung quanh gốc toạ độ. Nếu ta dùng một mặt phẳng cắt qua trục thẳng đứng đi qua tâm đèn thì đường cong giao giữa mặt cong cường độ sáng và mặt phẳng này được gọi là đường cong trắc quang. Tập hợp các đường cong trắc quang trên nhiều mặt phẳng cắt xoay quanh trục đèn thì tạo thành họ đường cong trắc quang (hình 4.6). Theo quy định của Uỷ ban kỹ thuật chiếu sáng quốc tế CIE thì đường cong trắc quang phải được lập nên bởi nguồn sáng 1000lm đặt tại tâm của bộ đèn.

Trong địa lý ta đã biết: để xác định một điểm nào đó trên mặt cầu ta phải xác định qua 2 toạ độ (góc kinh tuyến γ, góc vĩ tuyến ϕ). Ứng dụng vào trong kỹ thuật chiếu sáng, để xác định cường độ sáng tại một điểm nào đó ta phải dùng 3 toạ độ (I, γ, ϕ) do mặt cong này không tròn xoay nên có thêm thành phần thứ ba là I. Có một số điểm khác với quả địa cầu thể hiện qua cách xây dựng toạ độ như sau : Lấy tâm đèn làm tâm, vạch các đường tròn đồng tâm ứng với giá trị cường độ sáng bằng nhau (trên hình 4.6 là các giá trị từ 90-270cd). Tiếp tục vạch các đường thẳng từ tâm ra ứng với các góc kinh tuyến (trên hình 4.7 là 00-900). Góc vĩ tuyến



được thể hiện bằng cách ghi giá trị góc ϕ bên cạnh đường cong trắc quang tương ứng với góc vĩ tuyến.

Đối với bộ đèn không đối xứng thì hình dáng đường cong trắc quang phụ thuộc vào vị trí

mặt phẳng cắt so với kinh tuyến gốc, tức phụ thuộc vào góc vĩ tuyến ϕ. Kinh tuyến gốc ứng với ϕ=0 quy ước là phương vuông góc với trục đèn. Khi đó cứ mỗi giá trị của ϕ ta lại có một đường cong trắc quang khác nhau. Với loại đèn này nhà chế tạo thường cho 3 đường cong trắc quang cơ bản : một đường cong dọc trục đèn và hai nửa đường cong có Imax. Đặc trưng cho loại đèn này có : đèn tuyp, đèn đường phố,…

Ví dụ trên hình 4.7 là họ đường cong trắc quang của bộ đèn chiếu sáng đường phố điển hình gồm 4 đường cong trắc quang : một đường theo phương vuông góc trục đèn (ϕ=00 và ϕ=1800 cùng mặt phẳng), một đường theo phương trục đèn (ϕ=900 và ϕ=2700 cùng mặt phẳng), hai nửa đường có Imax (ϕ=150 và ϕ=1650 khác mặt phẳng). Thực ra để cho chính xác cần cắt nhiều mặt phẳng hơn nữa, khi đó tuy các đường cong trắc quang khác nhau nhưng tất cả chúng đều có 2 điểm cố định là tâm đèn và điểm có ϕ=00. Nói chung với đèn đường phố chỉ cần 3 đường trắc quang cơ bản là ta có thể hình dung sự phân bố cường độ sáng trong không gian.

Đối với bộ đèn đối xứng thì mọi mặt cắt theo đường kinh tuyến đều cho cùng dạng đường cong trắc quang nên chỉ cần 1 mặt cắt là ta biết được phân bố cường độ sáng trong không gian nên góc vĩ tuyến ϕ không cần thiết. Đặc trưng cho loại đèn này có : đèn sợi đốt, đèn compact, bộ đèn dùng nguồn sáng điểm,…

Căn cứ vào đường cong trắc quang, bộ đèn có thể được phân thành 7 loại khác nhau. Tuy nhiên với hệ thống chiếu sáng đường phố nó được phân thành 3 loại cơ bản là loại phân bố ánh sáng hẹp, phân bố ánh sáng rộng và phân bố ánh sáng bán rộng. Bộ đèn phân bố ánh sáng hẹp là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-650, loại ánh sáng bán rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-750, còn loại ánh sáng rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 0-trên 750 (trong đó Imax là tập hợp các vectơ cường độ sáng cực đại trên mọi mặt

270 225 180 135 90 Cd/1000lm

900

750

600

450

300

150 00

ϕ=900/2700

Hình 4.7_ Họ đường cong trắc quang của đèn chiếu sáng đường phố

ϕ=150/1650

Imax

ϕ=00/1800

Imax

Hình 4.6_ Cách xây dựng đường cong trắc quang

Đèn 2 trục đối xứng Đèn 1 trục đối xứng

Mặt phẳng kinh tuyến

Góc vĩ tuyến ϕ

Đường kinh tuyến γ



phẳng kinh tuyến của bộ đèn). Theo TCXDVN259 :2001 hệ thống chiếu sáng đường phải dùng đèn ánh sáng bán rộng để hạn chế chói loá, riêng các loại đường nhỏ, tốc độ phương tiện thấp thì có thể dùng đèn ánh sáng rộng.

Bất kỳ loại đèn chiếu sáng đường phố nào trước khi đưa vào sử dụng đều phải có lý lịch kèm theo, trong đó bắt buộc phải có đường cong trắc quang do nhà chế tạo cung cấp, nó được xem như “chứng minh thư” chứng nhận chất lượng của bộ đèn. Việc xây dựng đường cong trắc quang là công việc phức tạp, đòi hỏi nhà sản xuất phải có các thiết bị đo đạc kỹ thuật cao và thể hiện trình độ cũng như năng lực của nhà sản xuất.

Đường cong trắc quang của bộ đèn được thiết lập với nguồn sáng có quang thông 1000lm nên để xác định cường độ sáng của bộ đèn này khi sử dụng nguồn sáng có quang thông bất kỳ

Φ ta phải quy đổi theo công thức ( ) ( )1000 .1000

I Iγ γΦ

Φ=

4. Hiệu suất của bộ đèn : Hiệu suất bộ đèn là tỉ số giữa quang thông phát ra của bộ đèn và quang thông của nguồn

sáng. Giá trị hiệu suất này thường dao động trong khoảng từ 0,5-0,9 do vật liệu chế tạo chế tạo bộ đèn thường hấp thụ một lượng quang thông nhất định của nguồn sáng. Theo quy định tại Quyết định số 13/2008/QĐ-BCT thì đèn chiếu sáng đường phố phải có hiệu suất ≥ 0,7 mới được gọi là đèn tiết kiệm năng lượng.

Hiệu suất có thể do nhà chế tạo xác định hoặc có thể tính toán theo đường cong trắc quang như dưới đây.

a) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng điểm : Sử dụng phương pháp tích phân số trên đường cong trắc

quang sẽ tính được hiệu suất khá chính xác. Ví dụ trên hình 4.8 ta chia toàn bộ không gian xung quanh đèn thành 2 vùng ứng với 2 nửa bán cầu trên và dưới. Với nửa bán cầu dưới ta lại lần lượt chia không gian thành các hình nón có góc khối π/6, 2π/6,… 6π/6 (Sr).

Tiếp theo ta tính quang thông F’1 phát ra bởi bộ đèn 1000lm trong vùng bán cầu dưới theo phương pháp sau : Xét hình nón thứ nhất ứng với góc khối π/6 có góc kinh tuyến γ=16,60, tra đường cong trắc quang ứng với γ ta tìm được Iγ tương ứng. Tiếp tục xét góc khối π/6 nằm giữa hình nón thứ nhất và thứ 2 (tức hiệu góc khối 2π/6 -π/6) có có góc kinh tuyến γ=290 ta cũng tra đường cong trắc quang được Iγ,… quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi hết nửa bán cầu dưới và quá trình đó được tóm tắt như bảng sau :

Vùng không gian Góc kinh tuyến (γ0) Cường độ sáng Quang thông

Bán cầu dưới

16,6 29

37,5 44,9 51,3 57,2

I1 I2 I3 I4 I5 I6

F’2

6π

Hình 4.8_ Xác định hiệu suất của bộ đèn

γ0

O

26π

66π

F’1



62,7 68 73 78

82,8 87,6

I7 I8 I9 I10 I11 I12

12'

116 k

kF Iπ

=

= ∑

Bán cầu trên

93,2 99,6

106,1 112,9 120

127,7 136,2 146,4 160,8

I13 I14 I15 I16 I17 I18 I19 I20 I21

21'

213

29 k

k

F Iπ=

= ∑

Thực ra ta càng chia nhỏ không gian thì kết quả càng chính xác, nhưng với phép chia

thành các góc khối π/6 nói trên đã có độ chính xác đủ dùng trong chiếu sáng đường phố. Đối với vùng bán cầu trên, do cường độ sáng bé nên không gian được chia thành các góc

khối lớn hơn là 2π/9 mà sai số vẫn cho phép và quá trình tính toán hoàn toàn tương tự như bán cầu dưới và xác định được quang thông F’2. Các bộ đèn chiếu sáng đường phố có choá phản xạ ánh sáng tốt thì có thể lấy gần đúng F’2 ≈ 0

Như vậy hiệu suất của bộ đèn là :' '

1 2

1000F Fη +

=

b) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng bất kỳ : Trường hợp nguồn sáng không đối xứng, ví dụ đèn ống, thì rất khó xác định chính xác

hiệu suất từ đường cong trắc quang. Thông thường nhà chế tạo cho giá trị hiệu suất trong lý lịch của đèn. Với loại đèn này nếu nhà chế tạo không cung cấp giá trị hiệu suất thì có thể xác định gần đúng bằng cách vẽ đường cong trắc quang trung bình từ 2 đường cong trắc quang cơ bản của bộ đèn (2 đường cong trắc quang qua 2 trục đối xứng), sau đó tính toán hiệu suất trên đường cong trắc quang trung bình như đối với nguồn sáng điểm.

5. Cấp bộ đèn : Hiệu suất của bộ đèn càng cao thì chứng tỏ bộ đèn sử dụng tốt quang thông của bóng đèn.

Tuy nhiên không nên lạm dụng hệ số này vì đối với bộ đèn ngoài hiệu suất ta còn phải quan tâm đến sự phân bố ánh sáng có đúng mục đích không. Chẳng hạn nếu bộ đèn sử dụng tốt quang thông với hiệu suất cao nhưng phân bố ánh sáng không đúng mục đích (quang thông tập trung chủ yếu lên vỉa hè chẳng hạn) thì đó là một bộ đèn không có chất lượng.

Như vậy đánh giá chất lượng bộ đèn chỉ căn cứ vào hiệu suất là chưa đủ mà phải xét đến sự phân bố ánh sáng nữa. Để có chỉ số đánh giá tổng hợp, Uỷ ban kỹ thuật chiếu sáng quốc tế (CIE) đã chia bộ đèn thành nhiều cấp khác nhau căn cứ vào tỷ lệ giữa quang thông chiếu trực tiếp xuống dưới và quang thông chiếu gián tiếp lên phía trên. Cấp bộ đèn có ý nghĩa rất lớn



trong chiêu sáng nghệ thuật, trang trí, công trình kiến trúc, khách sạn, nhà hát,… vấn đề này cần tìm hiểu thêm trong tài liệu chuyên ngành.

Với đèn chiếu sáng đường phố do quang thông chỉ chiếu trực tiếp xuống dưới nên cấp của bộ đèn không có ý nghĩa quan trọng nên khi thiết kế ta cũng chỉ quan tâm đến hiệu suất là đủ.

6. Hệ số sử dụng của bộ đèn: Xét một diện tích S được chiếu sáng bởi một bộ đèn có quang thông tổng phát ra là Φ, gọi

ΦS là quang thông do đèn chiếu đến mặt S (quang thông hữu ích). Như vậy lượng quang thông Φ-ΦS không chiếu đến mặt S nên phần quang thông này là quang thông vô ích.

Trên cơ sở này người ta đưa ra hệ số sử dụng K của bộ đèn và được định nghĩa bằng tỉ số giữa quang thông hữu ích với tổng quang thông do đèn phát ra K= ΦS/Φ.

Đối với hệ thống chiếu sáng đường phố thì lòng đường chính là diện tích hữu ích S cần

chiếu sáng, do đó tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng sẽ khác nhau mặc dù cùng một loại đèn. Ví dụ trên hình 4.9 hình chiếu của đèn có thể ở dưới lòng đường hoặc ở trên vỉa hè, khi đó hệ số sử dụng trong 2 trường hợp này sẽ khác nhau.

Vỉa hè Lòng đường

h

l1 l2

l


h

l

l1

l2

Hình 4.9_Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng

α

β2

β1 α β2 β1

Quang thông tổng Φ

Quang thông tổng Φ

Quang thông hữu ích ΦS

Quang thông hữu ích ΦS

a) b)

2lh

1lh

k1

k2

3 2 1 0 1 2 3 4 5

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

Hình 4.10_Đường cong hệ số sử dụng k1 và k2 của bộ đèn chiếu sáng đường

Đèn



Để tính toán hệ số sử dụng một cách tổng quát ta xét các góc nhị diện tạo bởi các mặt phẳng sau :

+ Mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm đèn và song song với đường, ký hiệu α + Hai mặt phẳng song song với đường, đi qua tâm đèn và chứa các chùm tia sáng cắt lề

đường, ký hiệu β1 và β2. Góc nhị diện (α, β1) gọi là góc nhị diện trước và (α, β2) gọi là góc nhị diện sau. Nhìn vào

hình vẽ ta thấy hệ số sử dụng của đèn phụ thuộc vào độ lớn của các góc nhị diện này, tức phụ thuộc vào tỷ số l1/h và l2/h. Do vậy nhà chế tạo thường cho trước các đường cong k1 = f(l1/h) và k2 = f(l2/h) tương ứng gọi là các hệ số sử dụng trước và hệ số sử dụng sau (hình 4.10).

Tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng tổng hợp k sẽ khác nhau. Ví dụ hình 4.11a (hình chiếu đèn nằm dưới lòng đường) ta có k = k1A + k2A nhưng hình 4.11b (hình chiếu đèn nằm trên vỉa hè) ta có k = k1 A- k1B.

Ngoài ra còn có rất nhiều hình thức bố trí đèn khác nhau như bố trí 2 bên đường, bố trí 2 đèn trên dải phân cách, bố trí sole,… mà mỗi một cách đều có phương pháp xác định hệ số sử dụng riêng biệt (xem thêm phần cuối tập bài giảng này).

Trong thực tế thiết kế nếu nhà chế tạo không cho các đường cong hệ số sử dụng thì TCXDVN259 :2001 cho phép tính gần đúng với giả thiết hai đường cong k1 và k2 đối xứng nhau và giá trị của chúng được tra theo bảng sau :

Hệ số k1 và k2 l/h Bóng đèn

0.5 1 1,5

Sodium áp suất thấp 0,15 0,25 0,30 Bóng đèn mờ 0,20 0,25 0,40 Bóng đèn trong 0,25 0,40 0,45

Các giá trị không có trong bảng thì dùng phương pháp nội suy tuyến tính để xác định. 7. Góc bảo vệ Góc bảo vệ β của bộ đèn là góc hợp bởi đường thẳng nằm ngang đi qua tim bóng đèn và

đường thẳng nối tim đèn đến mép miệng mở của choá đèn. Gọi R là bán kính choá đèn, r là bán kính bóng đèn và h là chiều cao tính từ miệng mở


K2

K1 K1A

K2A k=k1A + k2A


K2

K1 K1A

K1B k=k1A - k1B

k

Hình 4.11_ Xác định hệ số sử dụng tổng hợp a) b)



của choá đèn đến tim bóng thì đèn ta có công thức tính góc bảo vệ :

htgR r

β =+

Góc bảo vệ β cùng với chiều cao treo đèn là hai thông số có ảnh hưởng tới hiện tượng chói loá, do đó trong quy định của nhà nước ứng với mỗi giá trị của β có một độ cao treo đèn nhất định.

4.6. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng: Bộ đèn nói chung có nhiều phương pháp phân loại tuỳ vào mục đích nghiên cứu. Với bộ

đèn trong nhà, cách phân loại phổ biến là căn cứ vào phương pháp phân bố quang thông của nguồn sáng, tức là so sánh tỉ lệ giữa quang thông chiếu lên phía trên và quang thông chiếu xuống phía dưới để phân thành 5 loại cơ bản : chiếu trực tiếp (>90% quang thông xuống dưới); bán trực tiếp (60-90% quang thông xuống dưới); hỗn hợp (40-60% quang thông xuống dưới); bán gián tiếp (60-90% quang thông lên trên); gián tiếp (> 90% quang thông lên trên).

Với đèn chiếu sáng công cộng do độ chói của bộ đèn là một trong những tiêu chí để đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng, do đó người ta căn cứ vào phương của Imax trên đuờng cong trắc quang làm căn cứ để phân loại như sau :

+ Bộ đèn chiếu sáng hẹp : là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng 0-650. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này có khả năng hạn chế chói loá rất tốt nhưng nó lại làm giảm độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên ít được dùng. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp sâu.

+ Bộ đèn chiếu sáng bán rộng : là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng 0-750. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này cũng có khả năng hạn chế chói loá, đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên nó được dùng phổ biến. Tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cũng quy định đối với dường giao thông thì phải dùng loại đèn này. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp vừa.

+ Bộ đèn chiếu sáng rộng : là bộ đèn có Imax nằm trong khoảng 0-trên 750. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này gây ra chói loá cho người lái xe nhưng khả năng đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường tốt. Phạm vi sử dụng là các đuờng đi bộ, đường dân cư, đường có ít phương tiện qua lại,…. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp rộng.

Lưu ý Imax là tập hợp các vectơ cường độ sáng cực đại trên mọi mặt phẳng kinh tuyến của bộ đèn.

h

R r β

Hình 4.12 Góc bảo vệ của bộ đèn

Tim đèn



CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

5.1. Sơ lược về lịch sử các phương pháp, trình tự thiết kế: Thiết kế hệ thống chiếu sáng công cộng thực chất là một chuyên ngành hẹp của chiếu

sáng nhân tạo ngoài nhà. Trải qua thời gian, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phương pháp và nội dung thiết kế có những biến đổi nhất định. Các thiết bị chiếu sáng ngày càng hiện đại, phương pháp tính toán và thiết kế ngày càng hoàn thiện và chính xác, yêu cầu về chất lượng chiếu sáng ngày càng cao hơn.

Trước đây khi mới phát minh ra đèn điện thì hệ thống chiếu sáng chỉ nhằm mục đích là đẩy lùi bóng tối, chính vì vậy phương pháp thết kế lúc đó chỉ đơn giản dựa trên tiêu chí độ rọi của nguồn sáng xuống mặt đường.

Khoa học - kỹ thuật ngày càng phát triển, đường phố ngày càng chất lượng, tốc độ lưu thông của phương tiện càng lớn, cuộc sống ngày càng hối hả,… tất cả những vấn đề nêu trên đều đặt ra thách thức đối với thiết kế chiếu sáng bằng phương pháp độ rọi vì nó không còn đảm bảo an toàn giao thông. Đây chính là tiền đề để CIE đưa ra phương pháp tỉ số R vào năm 1965. Phương pháp này có xét tới độ chói trung bình, hệ số phản xạ của mặt đuờng, độ tương phản của ánh sáng trong trường quan sát,… là những tác nhân ảnh hưởng đến người lái xe. Phương pháp tỉ số R đã đảm bảo cho người lái xe có tri giác nhìn tối ưu.

Tuy nhiên khi khoa học - kỹ thuật ngày càng phát triển, nhất là công nghệ thông tin đòi hỏi việc thiết kế chiếu sáng phải có độ chính xác cao. Nhờ sự trợ giúp của máy tính người ta có thể tính toán độ chói theo từng điểm mặc dù khối lượng tính toán rất lớn. Trên cơ sở này CIE lại tiếp tục công bố một phương pháp mới là “phương pháp độ chói điểm” vào năm 1975.

Nói chung với hệ thống chiếu sáng đường thì phương pháp tỉ số R cho phép người thết kế có phương án bố trí ban đầu hệ thống chiếu sáng và kết quả nhận được cũng khá chính xác. Do vậy phương pháp tỉ số R được dùng để thiết kế sơ bộ nhằm xác định quang thông, công suất, số lượng và cách bố trí đèn..., sau đó phải dùng phương pháp độ chói điểm kiểm tra giải pháp thiết kế đã thiết lập có đạt yêu cầu không.

Trong chương này ta chỉ nghiên cứu phương pháp chiếu sáng đường giao thông còn chiếu sáng các công trình công cộng khác cần tham khảo các tiêu chuẩn do Nhà nước ban hành hoặc các tài liệu chuyên đề.

5.2. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao thông và yêu cầu cơ bản : - TCXDVN 259 :2001 : Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường, đường phố và

quảng trường đô thị - TCVN 4400 :1887 : Kỹ thuật chiếu sáng - thuật ngữ và định nghĩa. - TCVN 5828 :1994 : Đèn chiếu sáng đường phố - Yêu cầu kỹ thuật. 5.3. Các nguyên tắc cơ bản: Như đã trình bày ở trên, chiếu sáng đường giao thông có mục tiêu chính là đảm bảo an

toàn giao thông, tức là đảm bảo cho người lái xe phải có tri giác nhìn nhanh nhất và chính xác nhất để xử lý kịp thời các tình huống trên đường. Qua nghiên cứu người ta rút ra kết luận tri giác nhìn nhanh và chính xác phụ thuộc vào các yếu tố sau đây :



1. Phương và vị trí quan sát của người lái xe: Con mắt người lái xe thường cao hơn mặt đường 1,5m nên khi xe đang chạy tầm nhìn

của người lái xe nằm trong khoảng từ 60-170m trước mắt người lái xe với góc quan sát từ 0,50-1,50 (hình 5.1).

Mọi tính toán, đo đạc hay kiểm tra các chỉ số quang học đều phải thực hiện trong phạm vi

tầm nhìn của người lái xe như trên. 2. Độ chói mặt đường : Khi lái xe với tốc độ cao người lái xe cần quan sát rõ và chính xác mặt đường phía trước

để xử lý với thời gian chỉ tính bằng giây. Đại lượng quang học tác động trực tiếp lên mắt người lái xe không phải là độ rọi mà là độ chói mặt đường theo phương quan sát ở tầm xa khoảng 100m. Người lái xe quan sát được những gì mà ánh sáng từ mặt đường phản chiếu trực tiếp đến mắt.

Độ chói có ảnh hưởng đến khả năng phân biệt chướng ngại vật trên đường vì khi được chiếu sáng, mặt đường trở thành nguồn sáng thứ cấp, do đó độ chói của nó phải đạt yêu cầu mới phân biệt chướng ngại vật được chính xác để người lái xe kịp xử lý.

Như vậy chắc chắn độ chói mặt đường phải là đại lượng dùng để đánh giá chất lượng hệ thống chiếu sáng đường giao thông và được xem là tiêu chuẩn thứ nhất.

Độ chói trung bình của mặt đường phụ thuộc vào mật độ giao thông, tốc độ phương tiện, loại đô thị,… tức phụ thuộc vào cấp đường do Nhà nước quy định (ở Việt Nam do Bộ Giao thông vận tải quy định), ngoài ra còn phụ thuộc vào cách bố trí đèn, độ cao treo đèn,…

Trên cơ sở cấp đường giao thông, TCXDVN259 :2001 quy định cấp chiếu sáng tương ứng với cấp đường như bảng sau :

1,5m

60m 170m

0,50 1,50

Hình 5.1_Phạm vi quan sát của người lái xe



Sau khi phân cấp chiếu sáng đối với từng cấp đường bộ, TCXDVN259 :2001 quy định độ

chói trung bình và độ rọi trung bình trên mặt đường không được nhỏ hơn giá trị quy định như bảng sau :

Cấp

chiếu sáng

Lưu lượng xe lớn nhất trong thời gian có chiếu sáng

(xe/giờ)

Độ chói trung bình trên mặt đuờng

( cd/m2)

Độ rọi trung bình trên mặt đường

( lux)

A

Từ 3000 trở lên Từ 1000 đến dưới 3000 Từ 500 đến dưới 1000 Dưới 500

1.6 1.2 1.0 0.8

Không quy định

B

Từ 2000 trở lên Từ 1000 đến dưới 2000 Từ 500 đến dưới 1000 Từ 200 đến dưới 500 Dưới 200

1.2 1.0 0.8 0.6 0.4

Không quy định

C Trên 500 Dưới 500

0.6 0.4

12 8

3. Độ đồng đều của độ chói mặt đường:

Loại đường

Cấp đường phố

Chức năng của đường Cấp chiếu sáng

Đường cao tốc

Xe chạy tốc độ cao, liên hệ giữa các khu đô thị loại 1, giữa các khu đô thị và các điểm dân cư trong hệ thống chùm đô thị (tốc độ xe là 120km/h)

Đường phố chính cấp 1

Giao thông liên tục giữa các khu nhà ở, khu công nghiệp và các khu trung tâm công cộng nối với đuờng cao tốc trong phạm vi đô thị (tốc độ xe 100 km/h).

Đường phố đô

thị

Đường phố chính cấp 2

Giao thông có điều khiển liên hệ trong phạm vi đô thị giữa các khu nhà ở, khu công nghiệp và trung tâm công cộng nối với đường phố chính cấp 1 (tốc độ xe 80km/h).

A

Đường khu vực

Liên hệ trong gới hạn của nhà ở nối với đuờng phố chính cấp đô thị (tốc độ xe 80km/h).

Đường cấp khu vực

Đường vận tải

Vận chuyển hàng hoá công nghiệp và vật liệu xây dựng ngoài khu dân dụng, giữa các khu công nghiệp và kho tàng bến bãi (tốc độ xe 80km/h).

B

Đường khu nhà ở

Liên hệ giữa các tiểu khu, nhóm nhà với đường khu vực, không có giao thông công cộng (tốc độ xe 60km/h).

Đường nội bộ

Đường khu công nghiệp và kho hàng

Chuyên chở hàng hoá công nghệp và vật liệu xây dựng trong giới hạn khu công nghiệp, kho tàng nối ra đuờng vận tải và các đường khác (tốc dộ 60km/h)

C

Quảng truờng chính thành phố, quảng truờng giao thông, quảng trường trước cầu, quảng trường truớc ga, quảng trường đầu mối các công trình giao thông

A

Quảng trường

Quảng trường trước các công trình công cộng và trước các khu tập trung công cộng

B



Mặt đường, mặt sàn được chiếu sáng nói chung không phải là một mặt phản xạ khuếch tán đều mà là phản xạ khuếch tán hỗn hợp nghĩa là độ chói quan sát theo các hướng khác nhau không bằng nhau. Như vậy khi thiết kế chiếu sáng đường phố phải xem xét độ đồng đều của độ chói tại nhiều điểm trên mặt đường theo cả phương dọc và phương ngang trong tầm nhìn của người lái xe.

Để giảm bớt khối lượng tính toán, người ta không xem xét hết mọi điểm trên mặt đường

mà chỉ xem xét các điểm thuộc ô lưới tính toán được quy định như sau: theo phương dọc đường, giữa 2 cột đèn liền kề khoảng cách ô lưới (3-5)m, còn theo phương ngang thường chọn tối thiểu 2 điểm trên làn xe chạy đảm bảo khoảng cách 2 điểm theo phương ngang bằng 1/2 bề rộng làn đường.

Độ đồng đều của độ chói được đánh giá qua 2 chỉ tiêu :

+ Độ đồng đều chung %40min0 ≥=

tbLL

U

Với Lmin, Ltb lần lượt là độ chói cực tiểu, độ chói trung bình trong ô lưới tính toán. Ltb lấy giá trị trung bình cộng độ chói của tất cả các điểm thuộc ô lưới tính toán.

+ Độ đồng đều dọc min( )

max( )

70%il

i

LU Min

L⎧ ⎫⎪ ⎪= ≥⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

Lmin(i), Lmax(i) lần lượt là độ chói cực tiểu, độ chói cực đại trên trục dọc thứ i của ô lưới tính toán.

Các giá trị độ đồng đều nói trên theo quy định của TCXDVN 259-2001 để đảm bảo tri giác nhìn chính xác. Nếu các giá trị trên không đảm bảo thì người lái xe sẽ cảm nhận được nhà cửa 2 bên đường thấp thoáng do các dải ánh sáng dọc đường có hiệu ứng bậc thang, điều đó làm cho người lái xe bị mỏi mắt. Vì lý do này mà độ đồng đều của độ chói được xem là tiêu chuẩn thứ hai để đánh giá chất lượng của một hệ thống chiếu sáng đường giao thông.

4. Chỉ số chói lóa G của bộ đèn: Đối với người lái xe, chói loá gây ra sự mệt mỏi, có thể làm mất cả tri giác nhìn. Trong

chương trước chúng ta đã nghiên cứu về chỉ số chói loá G. Đối với đường giao thông, G không phụ thuộc vào quá trình chuyển động của xe mà chỉ phụ thuộc vào bộ đèn

Theo TCXDVN259 :2001 thì đường giao thông phải dùng bộ đèn có G≥ 4 còn theo tiêu chuẩn CIE thì G ≥ 5. Nếu hai bên đường có ánh sáng phụ (ví dụ ánh sáng quảng cáo, ánh sáng

Hình 5.2_ Độ chói thực tế của mặt đường

Trụ đèn

Điểm tính toán thuộc ô lưới

Làn đường số 1

Làn đường số 2

3÷5m

v/2 v

Hình 5.3_Ô lưới tính toán



nhà dân,…) thì nó có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của sự chói loá của đèn đường tới người lái xe. Khi thiết kế hệ thống chiếu sáng đường cần lưu ý đặc điểm này để có thể giảm giá trị của G.

Chỉ số chói loá G được xem là tiêu chuẩn thứ ba để đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng đường giao thông.

5. Hiệu quả dẫn hướng tại các vị trí đặc biệt Các vị trí đặc biệt như đường cong, trạm thu phí, chỗ giao nhau, chỗ rẽ,… đều phải thiết

kế có tính chất dẫn hướng cho người lái xe chuẩn bị trước. Tại điểm kết thúc tuyến đường phải tạo nên vùng đệm có độ chói giảm dần bằng cách

giảm công suất đèn hay tắt bớt 1 pha ở các đường bố trí đèn hai bên. 5.4. Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng : Phương pháp tỉ số R về bản chất cũng tính toán dựa trên độ rọi nhưng có xét tới độ chói

của mặt đường thông qua tỉ số R : Nếu tuân thủ các phương pháp bố trí như trình bày ở phần dưới, bằng thực nghiệm người

ta nhận thấy R là hằng số đối với mỗi loại đường như bảng sau :

tb

tb

ERL

=

Bê tông Lớp phủ mặt đường nhựa

Loại choá đèn

Sạch Bẩn Sáng Trung bình Tối Hè

đường

Choá kiểu chụp sâu 11 14 14 19 25 18

Choá kiểu bán rộng 8 10 10 14 18 13

Như vậy với mỗi loại đường ta biết chỉ số R đặc trưng của nó, đồng thời căn cứ vào tiêu

chuẩn độ chói trung bình quy định trong tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cho mỗi cấp đường ta suy ra được độ rọi trung bình Etb và quá trình tính toán thiết kế chiếu sáng đều xuất phát từ Etb này, do đó ta có thể nói bản chất của nó là phương pháp độ rọi.

Phương pháp tỉ số R được coi là phương pháp thiết kế sơ bộ, sau khi hoàn thành phải kiểm tra giải pháp thiết kế này bằng phương pháp độ chói điểm. Tuy nhiên nếu không yêu cầu độ chính xác cao thì phương pháp tỉ số R coi như là giải pháp thiết kế hoàn chỉnh.

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép tính toán một cách tương đối chính xác mà không cần phải có số liệu của đèn và bộ đèn chiếu sáng. Chỉ sau khi tính ra quang thông ta mới tra catologue để chọn đèn và bộ đèn.

1. Các thông số hình học bố trí đèn :

R= Độ rọi trung bình Etb (lux) Độ chói trung bình Ltb(cd/m2)



Các thông số hình học liên quan đến việc phân bố ánh sáng, khi bố trí đèn phải tuân thủ các quy tắc trong TCXDVN259 :2001 mới đảm bảo giá trị R là hằng số với từng loại đường cụ thể.

h : Chiều cao treo đèn l : Chiều rộng lòng đường e : Khoảng cách giữa 2 cột đèn liên tiếp s : Độ vươn cần đèn (khoảng cách hình chiếu đèn đến chân cột) thực tế thường dùng s = 1,2 ; 1,5 ; 2,4 ; 3m a : Khoảng cách hình chiếu của đèn đến mép đường α : Góc nghiêng của cần đèn - Góc nghiêng α của cần đèn : khoảng 50-150 là tốt nhất. Khi thiết kế không nên mở rộng

α lớn hơn 150 vì làm tăng khoảng cách tới điểm cần chiếu sáng nên độ rọi giảm và làm tăng sự chói loá cho người lái xe. Lưu ý là góc chiếu của bộ đèn không hoàn toàn đồng nghĩa với góc nghiêng cần đèn vì cấu tạo vị trí lắp bóng đèn trong bộ đèn cho phép điều chỉnh được góc chiếu, tuy nhiên phạm vi điều chỉnh khá hẹp.

- Khoảng cách cột và chiều cao treo đèn: Để đảm bảo độ đồng đều dọc trục U1 khi sử dụng các loại choá đèn khác nhau thì khoảng cách cột (e) và chiều cao treo đèn (h) phải đảm bảo điều kiện sau :

Loại choá đèn Phương pháp bố trí đèn ax eMh

⎧ ⎫⎨ ⎬⎩ ⎭

Ghi chú

Choá kiểu rộng (0- trên 750)

- Một bên, hai bên đối xứng, trên dải phân cách - Hai bên so le

4,0 3,7

Hạn chế dùng

Choá kiểu bán rộng (00-750)


3,5 3,2

Choá kiểu hẹp (0-650)


3,0 2,7

l

a

s

h

e

Hình 5.4_Các thông số bố trí đèn

α



Qua quá trình thiết kế, ứng dụng thực tế cũng như nghiên cứu thực nghiệm người ta đã đưa ra được độ cao treo đèn thông thường đối với các loại đường như sau (bảng này chỉ để tham khảo, không bắt buộc áp dụng) :

Độ cao treo đèn thông thường Phạm vi ứng dụng Bề rộng lòng

đường 5 – 6,5 (m) Khu dân cư, các đường phụ 3-5m 8 -10 (m) Các đường đông dân 5,5m-7,5m 10-12 (m) Các đường đông dân 10,5m

12 – 15 (m) Đường cao tốc, đường có dải phân cách ở giữa 15m

Ngoài ra đối với đường có cấp chiếu sáng C và D thì TCXDVN259 :2001 còn quy định

độ cao treo đèn tối thiểu bắt buộc phải áp dụng như sau :

Độ cao treo đèn thấp nhất (m) TT Tính chất

đèn

Tổng quang thông lớn nhất của các bóng đèn được treo lên 1 cột (lm) Bóng đèn nung sáng Bóng đèn phóng điện

1 Đèn nấm tán xạ ánh sáng

Từ 6000 trôû leân

Dưới 6000

3.0

4.0

3.0

4.0

2 Đèn phân bố ánh sáng bán

rộng

Dưới 5000

Từ 5000 đến 10000

Trên 10000 đến 20000

Trên 20000 đến 30000

Trên 30000 đến 40000

Trên 40000

6.5

7.0

7.5

7.0

7.5

8.0

9.0

10.0

11.5

3

Đèn phân bố ánh sáng

rộng

Dưới 5000

Từ 5000 đến 10000

Trên 10000 đến 20000

Trên 20000 đến 30000

Trên 30000 đến 40000

Trên 40000

7.0

8.0

9.0

7.5

8.5

9.5

10.5

11.5

13.5

Căn cứ vào các yêu cầu trên người ta đề xuất các phương án bố trí đèn như sau : 2. Các phương án bố trí đèn a) Lắp một bên : Phương án này sử dụng khi bề rộng lòng đường hẹp (l ≤ 7,5m) hoặc một phía có hàng cây

hoặc đường uốn cong để dẫn hướng. Hệ số đồng đều của độ rọi đảm bảo khi l ≤ h.



b) Lắp hai bên so le Áp dụng khi đường phố có nhiều cây xanh. Nhược điểm : tính dẫn hướng thấp, độ đồng đều dọc trục của độ rọi không cao, chi phí

xây dựng lớn. Hệ số đồng đều của độ rọi đảm bảo khi 1,5h ≥ l ≥ h hay l ≥ h ≥2/3l c. Lắp hai bên đối diện Áp dụng khi lòng đường rất rộng hoặc khi cần phải đặt đèn lên rất cao. Độ đồng đều của

độ rọi đảm bảo khi l > 1,5h. Ưu điểm là dẫn hướng tốt, thuận lợi cho trang trí chiếu sáng, kết hợp chiếu sáng vỉa hè. Nhược điểm : chi phí lắp đặt cao.

Hình 5.5_Bố trí đèn một bên đường

Hình 5.6_Bố trí đèn hai bên đường kiểu so le

Hình 5.7_Bố trí đèn hai bên đường kiểu đối diện



d) Lắp đặt trên dải phân cách trung tâm Áp dụng khi trục đường nhiều cây, chiều rộng dải phân cách ≥1,5 m và nhỏ hơn ≤ 6m. Ưu điểm : dẫn hướng tốt, hệ số sử dụng cao, chi phí xây dựng thấp. Nhược điểm phân bố ánh sáng không đều, hạn chế chiếu sáng vỉa hè. Điều kiện đảm bảo độ rọi đồng đều là l ≤ h, trong đó l là bề rộng dải phân cách Một số quốc gia (Pháp, các nước Bắc Âu) người ta lại sử dụng kiểu đèn lắp trên dây treo.

Trên dải phân cách người ta lắp những cột đỡ được bố trí rất xa nhau, lắp dây cáp trên các cột đỡ này để treo đèn dọc dải phân cách.

3. Chọn công suất và loại bộ đèn : Trong phần trước đã đề cập, với các đường có hoạt động vận chuyển chủ yếu chọn bộ đèn

phân bố ánh sáng bán rộng, còn các đường đi bộ thì có thể chọn bộ đèn phân bố ánh sáng rộng

Như đã nói ở các chương trước, bước đầu tiên khi thiết kế hệ thống chiếu sáng là chọn nhiệt độ màu của nguồn sáng theo biểu đồ kruitchof, sau đó mới tính toán quang thông để chọn bộ đèn phù hợp.

Xét diện tích mặt đường ở hai bên 1 đèn chiếu sáng theo chiều dọc trục đường, mỗi bên có độ dài là e/2. Giả thiết bộ đèn chiếu sáng đường giao thông chỉ phát quang thông của nó đến diện tích này. Như vậy quang thông ban đầu khi lắp đặt do 1 đèn phát ra là :

. . . . .. .

tb tbE l e R L l eV k V k

Φ = =

Trong đó : l là chiều rộng lòng đường e là khoảng cách 2 đèn liền kề

k là hệ số sử dụng, tra theo đường cong của nhà chế tạo cho hoặc tinh gần đúng theo tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001.

V là hệ số suy giảm quang thông của bộ đèn sau 1 năm sử dụng Trên cơ sở quang thông tính toán ta chọn công suất đèn có quang thông gần nhất theo

catolgue của các nhà chế tạo. Tiếp theo kiểm tra chỉ số chói loá, nếu đảm bảo yêu cầu thì giải pháp bố trí đèn là hợp lý,

ngược lại ta phải bố trí lại đèn. Tiếp tục kiểm tra độ chói theo phương pháp độ chói điểm (trình bày ở phần sau)..

Hình 5.8_Bố trí đèn trên dải phân cách trung tâm



5.5. Phương pháp độ chói điểm trong thiết kế chiếu sáng : Phương pháp tỉ số R mới tính đến độ rọi trung bình trên mặt đường, chưa xét đến độ chói

từng điểm trong tầm nhìn của người lái xe. Độ chói này phải thoả mãn tiêu chuẩn về độ đồng đều chung và độ đồng đều dọc trục đường. Do vậy phương pháp tỉ số R chủ yếu để dùng thiết kế sơ bộ nhằm bố trí đèn ban đầu.

Để khắc phục nhược điểm, đồng thời kiểm tra giải pháp thiết kế thực hiện theo phương pháp tỉ số R người ta phải sử dụng đến phương pháp độ chói điểm và phải có sự trợ giúp của máy tính vì khối lượng tính toán lớn.

1. Độ chói của một điểm trên mặt đường : Lớp phủ mặt đường nói chung không có tính chất phản xạ khuyếch tán đều (tuân theo

định luật Lambert) mà có tính chất phản xạ hỗn hợp, tức là độ chói nhìn theo các hướng khác nhau thì khác nhau.

Xét điểm P trên mặt đường trong tầm quan sát của người lái xe được chiếu sáng bởi 1 đèn như trên hình 5.9. Hệ số phản xạ tại điểm này phụ thuộc các yếu tố sau đây :

- Góc nhìn của người lái xe α. - Góc lệch khi quan sát β. - Góc tia sáng tới điểm P là γ (tức là góc kinh tuyến của bộ đèn).

Công thức định luật Lambert cho phản xạ khuyếch tán đều là L Eρπ

= nhưng mặt đường

không tuân theo định luật này nên mối quan hệ giữa độ chói L và đội rọi E phải là L=qE, trong đó q = q(α,β,γ).

Tầm nhìn của người lái xe 60-170m tương ứng với góc quan sát α=1,40-0,50, do đó có thể coi tầm quan sát trung bình α ≈10=const, như vậy q = q(β,γ).

P α β

γ

I h

d

Hình 5.9_ Xác định độ chói 1 điểm trên mặt đường do 1 đèn gây ra



Theo định luật tỉ lệ nghịch bình phương ta có độ rọi tại điểm P là 3

22 2os os os

os

I I IE c c cd hh

c

γ γ γ

γ

= = =⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Do đó độ chói tại điểm P do 1 đèn gây ra là :

( ) ( ) ( )32 2, . , os ,I IL q E q c R

h hβ γ β γ γ β γ= = =

Hệ số ( ) ( ) 3, , osR q cβ γ β γ γ= gọi là hệ số độ chói quy đổi được xác định bằng thực nghiệm. Giá trị này phụ thuộc vào tính chất của các lớp phủ mặt đường và được lập thành bảng (xem phần phụ lục) để sử dụng. Sau đây ta xem xét tính chất quang học của các lớp phủ mặt đường khác nhau.

2. Phân loại các lớp phủ mặt đường : Tính chất phản xạ ánh sáng của mặt đường phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như : - Chất kết dính (nhựa đường, bêtông, bêtông atphal,…) - Cấp phối mặt đường (tỷ lệ vật liệu cấu thành) - Kích thước hạt và màu của các loại vật liệu - Công nghệ thi công lớp phủ (thủ công, trải thảm, …) - Sự mài mòn của xe cộ đi trên đường, bụi phủ mặt đường. - Các điều kiện khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm không khí trên mặt đường, …) Từ những liệt kê trên ta thấy nếu xét về mặt quang học, mặt đường phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố có tính dao động lớn, điều đó nói lên mức độ phức tạp khi cần tính toán chính xác độ chói mặt đường. Do đó CIE thống nhất đưa ra 4 loại lớp phủ mặt đường tiêu chuẩn ký hiệu R1÷R4 dựa trên hai chỉ tiêu là độ nhìn rõ Q0 và các hệ số sử dụng S1, S2. Dưới đây trình bày về các hệ số này để tham khảo còn giá trị của R1÷R4 đã được lập thành bảng nên khi thiết kế ta chỉ việc tra bảng để sử dụng.

a) Hệ số nhìn rõ Q0 : Q0 là giá trị trung bình của hệ số độ chói :

0

.q dQ

d

Ω=

Ω∫∫

Lấy tích phân bán cầu trên với mỗi điểm tính toán trên toàn bộ ô lưới.

Q0 đặc trưng cho khả năng phản xạ trung bình của mặt đường, có giá trị từ 0,05 (mặt đường tối) đến 0,11 (mặt đường sáng).

b) Các hệ số sử dụng S1, S2 : S1 là tỷ số giữa hệ số độ chói R tại điểm cách hình chiếu của đèn bằng 2 lần chiều cao và

tại điểm hình chiếu của đèn : ( )( )1

0, 20,0

RS

R= . Như vậy S1 càng lớn thì mặt đường càng sáng.



( )0

2 0,0QS

R= chỉ là hệ số trung gian để xác định giá trị S1.

R(0,0) ứng với điểm P là hình chiếu của đèn. R(0,2) ứng với điểm P nằm trên đường vuông góc với trục đường, đi qua trụ đèn và cách

hình chiếu đèn 2 lần chiều cao. Trong cả 2 trường hợp trên. hướng quan sát nằm trên phương độ vươn cần đèn. c) Các lớp phủ mặt đường: Căn cứ trên các chỉ tiêu Q0. S1, S2, bằng thực nghiệm CIE phân cấp các lớp phủ mặt

đường như sau :

Cấp S1 S1 điển hình Q0 điển hình R1 R2 R3 R4

< 0,45 0,45 – 0,85 0,85 – 1,35

> 1,35

0,25 0,58 1,11 1,55

0,10 0,07 0,07 0,08

Mô tả cấu tạo các lớp phủ mặt đường : - R1 :

+ Đường có bitum <15% vật liệu nhân tạo màu sáng hoặc 30% đá rất sáng. + Các viên sỏi đa số màu trắng hoặc 100% đá mà rất sáng + Đường bêtông ximăng

- R2 : + Đường có bitum từ 10-15% mà trắng nhân tạo, nhiều hạt kích thước <10mm.

+ Nhựa đường đang ở trạng thái còn mới sau khi thi công. - R3 : Bitum nguội có hạt <10mm với kết cấu chắc - R4 : Đường nhựa sau nhiều tháng sử dụng 3. Tính toán độ chói và độ rọi điểm - Mạng lưới tính toán : là một lưới hình chữ nhật nằm giữa hai cột liền kề dọc theo trục

đường, cạnh đầu tiên của hình chữ nhật nằm ngang hàng với cột đèn thứ nhất (hình 5.10). Nếu bố trí hai bên so le thì hai cột liền kề có tính cả các cột ở hai bên. Mắt lưới được xác định như sau : theo phương trục đường, bắt đầu từ cột gần với vị trí quan sát nhất (trên hình 5.10 là cột đèn số 3) lấy bề rộng ô lưới khoảng 3-5m, theo phương ngang đường lấy bề rộng ô lưới bằng 1/3 bề rộng của mỗi làn đường.

Trong TCXDVN259 :2001 có hướng dẫn cách chia mạng lưới theo chiều dọc như sau : + Khi e ≤ 18m thì lấy 3 điểm với khoảng cách lưới ≤ e/3. + Khi 18 < e ≤ 36m thì lấy 6 điểm với khoảng cách lưới ≤ e/6. + Khi 36 < e ≤ 54m thì lấy 6 điểm với khoảng cách lưới ≤ e/9. Quy định này xác định độ rộng tối đa của ô lưới, do đó muốn chính xác hơn ta cần chia ô

lưới càng nhỏ càng tốt. Mỗi mạng lưới tính toán có thể có 1 cột đèn nằm trong mạng lưới nếu phép chia e cho bề rộng ô lưới không phải là số nguyên (ví dụ 31m/5m = 6 điểm còn dư 1)



hoặc 2 cột đèn nếu chia e cho bề rộng ô lưới là số nguyên (ví dụ 35m/5m = 7 điểm) - Vị trí quan sát : theo phương trục đường vị trí quan sát cách cột đèn đầu tiên 60m

(trong tầm nhìn của lái xe), theo phương ngang đường vị trí quan sát cách mép đường 1/4 bề rộng toàn bộ lòng đường (có thể nằm phía bên trái hoặc bên phải đường). Tại vị trí quan sát người lái xe nhìn toàn bộ các điểm trong mạng lưới.

Độ rọi tại điểm P do đèn 3 gây ra xác định theo công thức 333 2 osIE c

hγ= .

Độ chói tại điểm P do đèn 3 gây ra xác định theo công thức ( ) ( )33 2

,,

IL R

hϕ γ

β γ=

Trong đó R được tra theo bảng tuỳ vào loại đường, h là độ cao treo đèn đã biết. Riêng giá trị I3 do nhà chế tạo cung cấp dưới dạng bảng tra hoặc tính từ đường cong trắc quang. Giá trị của I3 là hàm số hai biến số I3(ϕ, γ), trong đó γ là góc kinh tuyến còn ϕ là góc vĩ tuyến (đã nghiên cứu trong chương trước).

Độ rọi (hoặc độ chói) tính toán tại bất kỳ điểm nào thuộc mắt lưới bằng tổng độ rọi (hoặc

độ chói) do tất cả các đèn nằm trong mạng lưới rọi đến cộng với tổng độ rọi (hoặc độ chói) của tất cả các đèn ở trước và sau mạng lưới có ảnh hưởng đến điểm này (lưu ý nếu bố trí đèn hai bên đường thì phải xét cả hai hàng đèn). Để xem xét đèn nào nằm bên ngoài mạng lưới ảnh hưởng đến điểm đang tính toán ta phải xác định độ rọi (hoặc độ chói) do đèn đó chiếu đến, nếu giá trị này rất bé không ảnh hưởng đến kết quả tính toán thì ta không xét ảnh hưởng của nó.

Ví dụ trên hình 5.10 ta xét điểm 8 có đèn 3 nằm trong mạng lưới, giả thiết các đèn 1, 2, 4

l

Vị trí quan sát

l/4

h

Đèn 1

Hình 5.10_Ô lưới tính toán độ chói và vị trí quan sát

γ

e

Đèn 2

Đèn 3

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

17 18

19 20

21 22

23 24

25 26

27 28

29 30

31 32

33 34

35 36 P

ϕ a β

60m

Làn số 1 Làn số 2

Làn số 3



có ảnh hưởng đến điểm 8, ngoài ra các đèn còn lại không ảnh hưởng. Như vậy ta có độ chói tổng là L8 = L8(đèn1) + L8(đèn2) + L8(đèn3) + L8(đèn4) và độ rọi tổng là E8 = E8(đèn1) + E8(đèn2) + E8(đèn3) + E8(đèn4).

Qua ví dụ trên ta thấy khối lượng tính toán độ chói và độ rọi tại tất cả các điểm của ô lưới là khá lớn, nếu tính bằng tay mất rất nhiều thời gian và công sức nhưng nhờ sự trợ giúp của máy tính nên trở ngại này không cần quan tâm.

5.6. Thiết kế chiếu sáng tại các điểm đặc biệt trên đường giao thông: Các điểm đặc biệt không có lý thuyết chung để áp dụng khi bố trí chiếu sáng. Việc bố trí

đèn phụ thuộc vào điều kiện địa hình thực tế và mỹ quan chung khu vực. Nhiều khi đây là những công trình đòi hỏi mỹ quan cao, hoặc là nơi xung đột của nhiều công trình hạ tầng (nút giao) nên không thể bố trí tuỳ tiện. Nhiều khi giải pháp chiếu sáng hợp lý nhưng vị trí đặt đèn lại chồng lấn với công trình khác thì cũng không thể áp dụng. Các tiêu chuẩn nước ngoài quy định chi tiết hơn tiêu chuẩn Việt Nam đối với chiếu sáng cho các điểm đặc biệt. Trong phần này chỉ nêu những nguyên tắc bố trí đèn dưới góc độ chiếu sáng, không xét đến các yếu tố khác (công trình ngầm, giao với công trình khác,…).

1. Chiếu sáng tại điểm giao nhau đồng mức:

Điểm giao đồng mức là nơi xung đột giao thông, là nơi gặp nhau của nhiều luồng giao thông đổ

về. Đặc biệt tại nút giao nếu bố trí lối đi bộ băng ngang đường thì giao thông tại nút càng phức tạp.

Khi thiết kế chiếu sáng điểm giao vẫn phải căn cứ vào độ rọi yêu cầu và tính toán theo phương pháp độ chói điểm. Tuy nhiên khi tính toán độ rọi và độ chói phải kể đến tất cả các đèn bố trí xung quanh nút giao.

Chiếu sáng điểm giao có vai trò rất quan trọng, yêu cầu phải có giải pháp thích hợp. Ngoài độ rọi và độ chói mặt đường, giải pháp thiết kế phải tạo được bóng (của người và phương tiện giao thông cắt ngang) đổ về phía xe ô tô đang đi đến điểm giao nhằm giúp người lái xe quan sát rõ. Tuy nhiên khả năng nhìn rõ còn phụ thuộc vào màu quần áo của người đi

Lối đi bộ Diện tích nút giao cần

chiếu sáng

Diện tích nút giao cần

chiếu sáng

Đường chính Đường chính Lối đi bộ

Điểm cuối của làn đuờng

Đường phụ

Hình 5.11_Phạm vi thiết kế chiếu sáng điểm giao đồng mức



đường và màu của phương tiện giao thông. Để tăng khả năng nhìn thấy vật chuyển động cắt ngang qua điểm giao, bộ đèn chiếu sáng

điểm giao nên đặt ở phía bên phải của mỗi làn đường và ở góc xa nhất theo hướng lưu thông của làn đường đó. Khi đó bóng của vật chuyển động cắt ngang được người lái xe quan sát rõ nhất. Trên cơ sở nhận xét này người ta đề xuất các phương án bố trí đèn như hình 5.12 và 5.13, trong đó đèn tô màu đậm là đèn chiếu sáng nút giao, đèn không tô đậm là đèn chiếu sáng theo tuyến.

Giá trị thông thường về độ rọi và độ đồng đều chung tại nút giao Độ rọi trung bình tại bề mặt đường theo mật độ người và phương tiện cắt ngang đuờng

Độ đồng đều chung của độ rọi

(Etb/Emin) Phân loại

Cao Trung bình Thấp Đường chính Đường chính

34,0 3,4

26,0 2,6

18,0 1,8 3,0

Đường phụ

Đường chính

a) Đường chính và đường phụ đều có 2 làn đuờng

Đường chính

Đường chính

b) Hai đường chính giao nhau, mỗi đường có 4 làn đường

Hình 5.13_Các giải pháp bố trí đèn tại nút giao ngã tư

Đường phụ

Đường chính

b) Diện tích nút giao bé a) Diện tích nút giao lớn

Bằng bán kính vòng cung (khoảng 9-15m)

Đuờng phụ

Đường chính

Hình 5.12_Các giải pháp bố trí đèn tại nút giao ngã ba



Đường chính Đường khu vực

29,0 2,9

22,0 2,2

15,0 1,5 3,0

Đường chính Đường địa phương

26,0 2,6

20,0 2,0

13,0 1,3 4,0

Đường khu vực Đường khu vực

24,0 2,4

18 1,8

12,0 1,2 4,0

Đường khu vực Đường địa phương

21,0 2,1

16,0 1,6

10,0 1,0 4,0

Đường địa phương Đường địa phương

18,0 1,8

14,0 1,4

8,0 0,8 6,0

2. Chiếu sáng nút giao với đường sắt : Vị trí lắp đèn phải tuân thủ quy định về hành lang an toàn đường sắt. Thông thường vị trí lắp đặt

đèn cách thanh ray gần nhất khoảng 30m.

Yêu cầu độ rọi Yêu cầu độ chói Khu vực

chiếu sáng Etb

(lux) Etb/Emin Emax/Etb

Ltb (cd/m2)

Ltb/ Lmin Lmax/Lmin Lmax/Ltb

Nút giao với đường sắt 9,0 4,0 0,3 0,6 3,5 6,0 0,3

3. Chiếu sáng đường cong Thực tế chứng minh : ở những đoạn đường cong nếu bố trí trụ đèn ở phía vỉa hè có bán

kính cong lớn hơn thì khả năng nhìn thấy và dẫn hướng tốt hơn cho người lái xe. Ngoài ra tại chỗ cong cũng cần phải bố trí các đèn với mật độ dày hơn so với đường thẳng để tăng hiệu quả dẫn hướng. TCXDVN 259 :2001 quy định nếu đường cong có bán kính >1000m thì coi đó như đường thẳng.

Hành lang đường sắt ≥ 30m

Cột tín hiệu đường sắt

Đèn chiếu sáng ≥ 30m

Hình 5.14_Chiếu sáng nút giao đường sắt



4. Chiếu sáng bùng binh Khi thiết kế chiếu sáng bùng binh vẫn phải căn cứ vào độ rọi yêu cầu và tính toán theo

phương pháp độ chói điểm. Tuy nhiên khi tính toán độ rọi và độ chói phải kể đến tất cả các đèn bố trí xoay quanh bùng binh.

Hình 5.15_Bố trí đèn trên đoạn đường cong

Hiệu quả dẫn hướng trên đoạn đường cong

Bùng binh với cột đèn cao trung tâm

Bùng binh với các đèn đặt xung quanh

Hình 5.16_ Các phương án bố trí chiếu sáng bùng binh



5. Chiếu sáng đường hầm Chiếu sáng đường hầm có đặc điểm rất đặc biệt là phải chiếu sáng liên tục cả ngày lẫn

đêm. Trước khi vào hầm người lái xe đã thích nghi với ánh sáng tự nhiên nên khi vào hầm với ánh sáng nhân tạo chắc chắn nhiều chi tiết trong đường hầm người lái xe không nhìn thấy được, hoặc có thấy thì độ nhìn rõ cũng rất kém. Với đường hầm dài thì khi lưu thông trong hầm mắt người lái xe lại làm quen với ánh sáng nhân tạo nên khi ra khỏi hầm cũng cần tạo vùng đệm để tránh sự thay đổi môi trường đột ngột.

CIE quy định chi tiết về thiết kế chiếu sáng đường hầm và chia chiều dài của hầm thành 5 đoạn có yêu cầu chiếu sáng với độ chói khác nhau:

a) Vùng đệm khi vào hầm : Người lái xe quan sát được hình dạng của hầm. Tại vùng đệm không gian bị thay đổi đột

ngột, tầm nhìn bị hạn chế (đặc biệt khi hầm cong). Chiều dài vùng đệm vào hầm không phải là một đại lượng cố định mà phụ thuộc vào tốc độ xe đảm bảo đủ thời gian để người lái xe phản ứng khi xuất hiện mối nguy hiểm bất ngờ và dừng xe kịp thời.

Vùng quá độ

Hình 5.17_Biểu đồ độ chói yêu cầu trên 5 đoạn đường hầm

Lvào Lngưỡng

Lquá độ Lgiữa

Lthoát

Vùng đệm vào

Vùng ngưỡng

Vùng giữa Vùng

thoát

L

0

Bầu trời

Vùng phụ cận

Mặt đường

Hình nón có góc đỉnh 200

Hình 5.18_Xác định độ chói vùng đệm vào hầm



Độ chói vùng đệm Lvào là độ chói trung bình ở tâm cửa hầm khi người lái xe quan sát dưới góc nhìn 200. Giá trị độ chói Lvào phải gồm các thành phần độ chói do mặt đường ở trung tâm cửa hầm, độ chói bầu trời, độ chói vùng phụ cận như hình dưới (chi tiết tính toán xem tiêu chuấn CIE88).

Vào ban đêm do ánh sáng tự nhiên bên ngoài cửa hầm không còn nên cần phải giảm mức độ chiếu sáng ở đầu vùng đệm phù hợp với chiếu sáng bên ngoài hầm.

b) Vùng ngưỡng Sau khi qua vùng đệm, đến vùng ngưỡng thì độ rọi giảm nhanh, có khi đến 40% so với độ

rọi ngoài hầm do vùng này hoàn toàn nằm trong khu vực không còn ánh sáng tự nhiên chiếu đến (hoàn toàn là bóng đêm).

c) Vùng quá độ : Mức độ chiếu sáng vùng này được thiết kế giảm dần sao cho cuối vùng quá độ mức chiếu

sáng bằng với vùng giữa của hầm. Chiều dài vùng này phụ thuộc vào vận tốc xe.

d) Vùng giữa Đây là phần dài nhất của hầm với mức chiếu sáng được thiết kế phù hợp với mật độ giao

thông và tốc độ phương tiện theo bảng sau :

Hình 5.19_ Đường hầm ở vùng ngưỡng

Hình 5.20_ Đường hầm ở vùng quá độ



Mật độ giao thông Khoảng cách an toàn để dừng xe (m) < 100 xe/giờ 100 < xe/giờ < 1000 > 1000 xe/giờ

60 1 2 3 100 2 4 6 160 5 10 15

e) Vùng đệm khi ra khỏi hầm Do thích nghi với mức độ chiếu sáng thấp trong đường hầm nên trước khi ra khỏi hầm

phải tạo độ rọi và độ chói tăng lên. Do khả năng của mắt người thích nghi rất nhanh khi từ vùng tối ra vùng sáng nên vùng này độ rọi được thiết kế tăng khá nhanh và chiều dài ngắn hơn so với vùng đệm vào hầm. Mức tăng độ rọi phụ thuộc vào các yếu tố sau :

- Khi xe gần đến cửa hầm phải nhìn được những chiếc xe hơi nhỏ đi sau xe tải. Nếu mức tăng quá đột ngột thì người lái xe có thể không nhìn thấy.

- Những xe theo sau của dòng xe lưu thông ra khỏi hầm phải thấy gương chiếu hậu của xe đi trước. Nếu xuất hiện ánh sáng tự nhiên quá đột ngột ở cửa hầm thì có thể lái xe sau không nhìn thấy gương chiếu hậu của xe trước.

Vào ban đêm do ánh sáng tự nhiên bên ngoài cửa hầm không có nên cần phải giảm mức độ chiếu sáng ở cuối vùng đệm phù hợp với chiếu sáng bên ngoài hầm.

Lưu ý : - Đối với đường hầm dài >200m luôn phải thiết kế phương án chiếu sáng dự phòng khi bị

sự cố, trong đó phải sử dụng đèn nung sáng hoặc đèn phóng điện khởi động nhanh. - Đường hầm ngắn (đường bộ chui qua đường sắt, hầm chui đường bộ dài <25m,…) thì

không cần chiếu sáng đường hầm. 5.7. Thiết kế chiếu sáng với sự trợ giúp của máy tính: Nhờ trợ giúp của máy tính và sự phát triển công nghệ thông tin nên việc tính toán chiếu

sáng được lập trình thành các phần mềm chuyên nghiệp. Có rất nhiều phần mềm, đa số miễn phí vì nó thường gắn với thiết bị do từng hãng chế

tạo. Mỗi phần mềm đều có thư viện với hàng ngàn thiết bị chiếu sáng do hãng đó chế tạo với đầy đủ các thông số quang học, cơ khí, điện,… và các đường cong cho sẵn (đường cong trắc quang, đường cong hệ số sử dụng,…) nên rất thuận lợi và tiết kiệm thời gian, công sức cho người thiết kế. Nói chung các phần mềm của hãng này không thể sử dụng thư viện của hãng khác nhưng nó vẫn cho phép người thiết kế nhập bằng tay các thông số đèn chiếu sáng của hãng khác. Gần đây trước sự phát triển đa dạng của các thiết bị chiếu sáng, một số phần mềm đã mở rộng cho phép sử dụng thư viện dữ liệu về đèn chiếu sáng của hãng khác.

Đối với thiết kế chiếu sáng đường giao thông thì kết quả, phương pháp tính toán, giao diện của tất cả các phần mềm cơ bản giống nhau, đảm bảo chính xác và khá thân thiện với nguời dùng, do vậy việc dùng phần mềm nào hoàn toàn dựa vào sở thích chủ quan của mỗi người. Nếu xét dưới góc độ chiếu sáng kiến trúc thì Dialux tỏ ra ưu thế hơn vì nó có khả năng cho hình ảnh phối cảnh kết quả chiếu sáng rất sinh động với màu sắc ánh sáng và sự phản chiếu gần với thực tế.

Các phần mềm thông dụng hiện nay có Ulysse (hãng Schréder), Claculux (hãng Philips), Dialux (DIAL GmbH - Đức), RoadStar (IUT Bethume),…

Trình tự thiết kế một hệ thống chiếu sáng trên các phần mềm như sau :



- Nhập thông số : Chiều cao đặt đèn; chiều rộng đường, khoảng cách cột; độ vươn và góc nghiêng cần đèn; cách bố trí đèn; Tiêu chuẩn quang học lớp phủ mặt đường; Thông số quang học của bộ đèn.

- Xác định ô lưới tính toán độ rọi và độ chói. - Xác định vị trí người quan sát. - Xuất kết quả gồm : Độ chói, độ rọi các điểm cần tính; Độ chói và độ rọi trung bình; Trị

số đồng đều chung và đồng đều dọc trục. - Kiểm tra kết quả, nếu không đảm bảo yêu cầu thì quay lại bước nhập thông số điều

chỉnh lại các thông số bố trí đèn và quá trình tính toán lặp lại như trên. 5.8. Sử dụng phần mềm thiết kế chiếu sáng công cộng Ulysse 2.2 Ulysse (phiên bản Turbo Light) là phần mềm thiết kế chiếu sáng của tập đoàn Schréder,

được xây dựng từ sự hợp tác giữa tập đoàn với công ty Urbis Lighting (Anh) - một thành viên của tập đoàn Schréder.

Phần mềm thiết kế chiếu sáng Ulysse có thể tính toán chiếu sáng đường giao thông theo tiêu chuẩn quốc tế CIE 140, tiêu chuẩn châu Âu CEN hoặc tiêu chuẩn Anh BS. Ulysse bao gồm 3 phần riêng biệt:

Solution Finder: Đây là thành phần tìm giải pháp chiếu sáng tối ưu cho một tuyến đường giao thông. Từ những thông số được nhập vào, các giới hạn theo tiêu chuẩn, các yêu cầu cần đạt được,… chương trình sẽ cho ra những giải pháp để chọn lựa.

Quick Light: Đây là thành phần tính toán chiếu sáng đường giao thông. Số liệu đầu vào là thông số về kích thước con đường, về phương án láp đặt. Chương trình sẽ tính toán cho kết quả dưới dạng các số liệu về độ rọi, độ chói, độ đồng đều,…. Quick Light là phần chính của Ulysse.

Super Light: Đây là thành phần dùng để thiết kế chiếu sáng cho diện tích làm việc như: sân bãi, nhà xưởng, nút giao thông, sân vận động, sân thể thao… Trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông Super Light được dùng để tính toán chiếu sáng tại vòng xoay, lề đường, …

Trong tập bài giảng này chỉ giới thiệu những thao tác cơ bản để thiết kế chiếu sáng đường giao thông bằng Ulyse 2.2 – Quick Light, còn hướng dẫn sử dụng chi tiết phần mềm này xem thêm các tài liệu khác, đặc biệt là User’s Guide kèm theo phần mềm (dài 207 trang).

1. Khởi động

- Khởi động Ulysse từ biểu tượng Ulysse trên màn hình Desktop hoặc từ Start -Programs – Ulysse 2 - Ulysse v.2.2.

- Vào menu File – New Project… hoặc kích vào biểu tượng trên thanh công cụ để mở một dự án chiếu sáng mới.

Lúc này cửa sổ New project của sẽ xuất hiện. Để thiết kế chiếu sáng giao thông, chọn biểu tượng Quick Light C.I.E 140 để thiết kế chiếu sáng giao thông theo tiêu chuẩn C.I.E-140 (Hình 5.21).

Khi đó ta sẽ vào cửa sổ thiết kế của Ulysse như hình 5.22



Hình 5.21_Khởi động một dự án chiếu sáng mới

Hình 5.22_Cửa sổ thiết kế của Ulysse

Thanh menu Thanh công cụ

Ô xem lướt

Cửa sổ thiết kế

Thanh trạng thái

Ô thông số



2. Chọn phương án bố trí đèn. Sau khi chọn Quick Light C.I.E140, cửa sổ Assistant sẽ xuất hiện như hình 5.23

- Chọn lưu thông bên phải , bên trái , đường một chiều hay hai chiều - Chọn phương án bố trí đèn:

+ Bố trí đơn, bên trái đường

+ Bố trí đơn bên phải đường

+ Bố trí đối xứng hai bên đường

+ Bố trí so le bắt đầu từ bên phải đường

+ Bố trí so le bắt đầu từ bên trái đường

+ Bố trí 2 đèn đối xứng tại dải phân cách giữa đường

+ Bố trí đối xứng hai bên lề loại đường có dải phân cách giữa

+ Bố trí đèn đối xứng ở giữa và cả hai bên lề

+ Phân bố tuỳ ý Sau khi chọn phương án bố trí đèn, hình dáng con đường và phương án bố trí đèn sẽ xuất

hiện như hình 5.24

Hình 5.23



- Tại cửa sổ này, nhập các thông số hình học bố trí đèn như sau:

+ Inclination: Góc nghiêg cần đèn (β0) + Height: độ cao lắp đặt của bộ đèn so với mặt đường (m). + Overhang: Độ vươn của đèn ra đường so với lề (m). + Setback: Độ lùi của cột đèn so với lề (m) + Spacing: khoảng cách giữa hai trụ liên tiếp (m). + Rtable: loại lớp phủ mặt đường, thường chọn R3007 (lớp phủ R3, hệ số Q0=0,07) + Lanes: Số làn đường. + Lane width: Chiều rộng của mỗi làn đường. + Road width: chiều rộng đường (tự động tính khi nhập số làn và chiều rộng mỗi làn) + Calculation: chọn các đại lượng cần tính toán (độ chói, độ rọi, độ tương phản,…).

3. Chọn đèn và các thông số về đèn Sau khi nhập các thông số hình học bố trí đèn, kích chuột vào biếu tượng trên ô

Luminaire để chọn loại đèn. Cửa sổ Matrix selection sẽ xuất hiện cho việc chọn đèn như hình 5.25 và gồm có 3 thẻ (tab) để chọn lựa như sau:

a) Thẻ Luminaire Database: - Tại ô trên cùng bên trái, chọn:

+ All : tất các các loại đèn + Public Lighting: Chỉ chọn đèn chiếu sáng công cộng + Deco Lighting: đèn trang trí

Hình 5.24



+ Projectors: đèn pha + Tunnel: đèn chiếu sáng đường hầm + Industrial: đèn chiếu sáng trong công nghiệp + Special use: đèn đặc biệt

- Global MF: hệ số bảo trì đèn (Maintenance Factor). Khi được chọn, giá trị MF nhập vào có ảnh hưởng tới tất cả các đèn được chọn.

- User LMF: nhập hệ số bảo trì cho đèn được chọn (Luminaire Maintenance Factor, trong đó Luminaire là đèn).

- User MF: nhập hệ số bảo trì cho riêng từng đèn - Matrix number: Mã số tập tin dữ liệu về bộ đèn. Nó cho phép bấm chọn theo loại đèn

hiển thị, hoặc có thể nhập mã hiệu đèn thì toàn bộ thông tin về đèn sẽ được hiển thị. - Cột Luminaire: tại đây liệt kê tên các loại đèn có trong cơ sở dữ liệu. Chọn loại nào thì

kích chuột vào tên đó. - Protector: hiển thị hoặc cho phép chọn loại kính bảo vệ. - Reflector: chọn loại choá phản quang. - Source-W-Flux-LDF: chọn thông số của bóng đèn (loại nguồn sáng - công suất W -

quang thông - hệ số suy giảm quang thông). Trong đó LDF viết tắt của Lumen Depreciation Factor.

- Setting-LMF-MF : chọn vị trí bóng định vị trong bộ đèn, hệ số bảo trì của đèn, hệ số bảo trì MF.

- Pollution category : Chọn mức độ ô nhiễm của môi trường : thường chọn high vì đường phố là môi trường ô nhiễm cao. Ngoài ra có thể chọn trung bình (medium) hay thấp (low).

- Cleaning cycle: chọn chu kỳ vệ sinh bộ đèn. - Nút Show sẽ có các lựa chọn sau:

+ Polar Dagram: Hiển thị họ đường cong trắc quang của bộ đèn. + K Curve Diagram: Hiển thị đường cong hệ số sử dụng của bộ đèn + Catologue: Hiển thị catologue của bộ đèn dưới dạng file pdf

Hình 5.25



b) Thẻ Lamp Database:

Thẻ này dùng để điều chỉnh quang thông (Flux) và hệ số suy giảm quang thông (LDF) của bóng đèn từ bàn phím (Hình 5.26). Sở dĩ phải điều chỉnh vì theo tiến bộ của khoa học - kỹ thuật thì quang thông các đèn ngày càng tăng. Công suất bóng đèn không điều chỉnh được vì đã được chuẩn hoá.

c) Thẻ Luminaire file: Thẻ này dùng để nhậpvào 1 tập tin dữ liệu đèn của các nhà sản xuất khác (Hình 5.27) Trong cửa sổ này có thể chọn phần mở rộng của tập tin muốn mở. Chọn đường dẫn đến

nơi để tập tin, nhập quang thông của loại bóng định sử dụng, chọn hệ số duy trì MF, mô tả về bộ đèn sau đó kích vào Select để kết thúc việc chọn tập tin dữ liệu đèn.

Sau khi hoàn tất việc chọn đèn phải bấm nút Apply trong cửa sổ Assistan để các thông số đèn đã chọn lựa có hiệu lực. Bấm nút OK để kết thúc, Cancel để huỷ bỏ.

4. Xem kết quả và lập báo cáo

Hình 5.26

Hình 5.27



Kết quả tính toán bằng Ulysse gồm 2 hệ thống: 1 hệ thống kết quả gắn với vị trí quan sát Y=l/4 và 1 hệ thống kết quả gắn với vị trí quan sát Y=3.l/4. Các giá trị chung như U0, Ul trong báo cáo thường gắn với vị trí quan sát nên có 2 giá trị (khác nhau chút ít). Tuy nhiên nếu cần lấy giá trị chung cho con đường thì theo nguyên tắc chọn giá trị bé nhất trong 2 giá trị đó.

Sau khi kết thúc việc chọn đèn, Ulysse sẽ trở vể màn hình thiết kế của nó (gọi là màn hình CAD) như hình 5.28. Hình dáng, kích thước, số làn của con đường và hệ thống lưới điểm được thể hiện trên màn hình CAD.

Bấm nút trên thanh công cụ để xem kết quả. Bấm vào các mục trong ô xem lướt để xem chi tiết kết quả dưới dạng các bảng số theo toạ độ lưới điểm (hình 5.29)

Hình 5.28

Ô xem lướt

Hình 5.29

Kết quả tính độ chói trình bày dưới dạng bảng số trong toạ độ lưới điểm

Toạ độ điểm quan sát



Nếu cần xem kết quả dưới dạng lưới điểm trên màn hình đồ hoạ CAD của Ulyse thì bấm

nút . (hình 5.30) Khi kết quả không đạt yêu cầu thì phải thiết kế lại cách bố trí đèn bằng cách bấm nút

rồi bấm nút trên thanh công cụ để quay lại việc thiết kế bố trí đèn.

Sau khi đã có kết quả đạt yêu cầu thì bấm nút trên thanh công cụ để trình bày kết quả tính toán. Ulysse sẽ trình bày kết quả dạng báo cáo để in được trên giấy. Cửa sổ bên trái có các mục để người thiết kế đánh dấu chọn: khi mục nào đó được chọn, báo cáo sẽ hiện giá trị tính toán tương ứng, nếu không chọn thì trong báo cáo không có thông số của mục đó.

Màn hình Ulysse chỉ hiện 1 trang kết quả, muốn xem trang khác thì bấm nút ,

muốn xem toàn bộ các trang báo cáo thì bấm nút trên thanh công cụ (hình 5.31).

Hình 5.30

Hình 5.31



5.9. Một số nội dung thiết kế khác của hệ thống chiếu sáng đường giao thông Hệ thống chiếu sáng là một thành phần của hệ thống hạ tầng đô thị, phần quan trọng nhất

của nó chính là bộ phận quang học (bóng đèn, bộ đèn, quang thông,…). Tuy nhiên để hệ thống chiếu sáng làm việc được thì phải có rất nhiều thành phần khác cấu tạo thành hệ thống chiếu sáng hoàn chỉnh gồm điện, cơ khí, xây dựng,… Những phần này được đề cập chi tiết hơn trong các giáo trình chuyên ngành, ở đây chỉ đề cập mang tính chất khái quát làm cơ sở để có hướng tiếp cận khi thiết kế chiếu sáng.

1 Thiết kế điện : a) Đặc điểm phụ tải chiếu sáng : Phụ tải chiếu sáng là loại phụ tải phân bố đều dọc theo đường dây điện chiếu sáng, do đó

khi thiết kế phải lưu ý xác định vị trí phụ tải tương đương để tính toán. Công suất tiêu thụ, hệ số công suất cosϕ đều như nhau ở tất cả các đèn và nói chung không thay đổi trong suốt quá trình làm việc. Hệ số công suất rất cao nên không cần phải tính toán đặt thiết bị bù. Các đèn đều làm việc cùng lúc nên hệ số đồng thời bằng 1. Ngoài ra việc tính chọn dây dẫn chủ yếu theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép mà không căn cứ vào mật động dòng điện kinh tế hay điều kiện phát nóng vì đường dây chiếu sáng thường dài, dòng điện bé.

Nội dung phần này được trình bày chi tiết trong giáo trình Mạng điện. b) Nguồn cung cấp điện : Nguồn điện cấp cho hệ thống chiếu sáng công cộng thường lấy từ máy biến áp chuyên

dùng (chỉ cấp cho mỗi hệ thống chiếu sáng, không dùng cho phụ tải khác). Công suất thường khoảng 30-50kVA/1 tuyến đường. Nếu đường quá dài, vượt quá bán kính cấp điện thì người ta phân đoạn hệ thống chiếu sáng để mỗi đoạn được cấp nguồn từ 1 máy biến áp riêng.

Nguồn cấp luôn luôn là 3 pha 4 dây (có 1 dây trung tính) với điện áp 380V/220V để cho phép điều khiển đóng/cắt linh hoạt theo từng pha tuỳ vào mật độ lưu thông trên đường.

c) Lưới điện chiếu sáng : Lưới điện chiếu sáng là lưới điện chuyên dụng, chỉ cấp cho một loại phụ tải là đèn chiếu

sáng. Dây dẫn điện có thể là cáp ngầm hoặc cáp treo.

A

B C N

Hình 5.32_ Sơ đồ phân bố đèn trên 3 pha của nguồn điện



Dùng cáp ngầm đảm bảo được mỹ quan đô thị nhưng chi phí xây dựng rất lớn, do đó nó chỉ áp dụng cho các đường lớn (>15m) hoặc đường quan trọng (như đường du lịch, khu chung cư cao cấp,…).

Dùng cáp treo thì ngược lại : chi phí xây dựng thấp nhưng mỹ quan đô thị bị ảnh hưởng. Để treo cáp trên không người ta phải sử dụng sợi thép φ8-φ10 căng ngang giữa 2 cột đền và treo dây dẫn điện dọc theo sợi cáp này. Cáp treo thường dùng cáp vặn xoắn hoặc cáp bọc PVC, bọc XLPE.

Để đảm bảo phụ tải phân bố đều nhằm chọn được nhiều chế độ bật/tắt đèn hợp lý phải tuân theo sơ đồ phân bố đèn như hình 5.32.

d) Hệ thống điều khiển chiếu sáng : Hệ thống điều khiển đèn có các nhiệm vụ sau : - Chọn được chế độ bật/tắt đèn hợp lý - Giảm điện năng tiêu thụ - Duy trì hệ thống chiếu sáng đảm bảo an toàn giao thông, an ninh trật tự. : Theo quan niệm cổ điển (hiện nay vẫn đang áp dụng) thì điều khiển chiếu sáng chủ yếu là

đóng/cắt các đèn. Toàn bộ hệ thống điều khiển được lắp trong 1 tủ chiếu sáng chung. Nhờ hệ thống điều khiển mà ta có thể chọn các chế độ vận hành sau đây :

+ Chế độ 1 (17h00-22h00) : Bật hết các đèn do lưu lượng giao thông lớn + Chế độ 2 (22h00-00h00) : 2 đèn bật, 1 đèn tắt xen kẽ nhau. Ví dụ pha A,B đóng còn

pha C cắt. Trường hợp này áp dụng khi mật độ giao thông giảm. + Chế độ 3 (00h00-04h00) 1 đèn bật, 2 đèn tắt xen kẽ nhau. Ví dụ pha A đóng còn pha B,

M1

M2

M3

RT

K1

K2

K3

3 pha, 380/220V-50Hz N A B C

Đèn Công tắc

Cầu chì 3 rơle thời gian

Chuyển mạchAuto

Bằng tay

Rơle nhiệt

K1 K2 K3

Đến các đèn chiếu sáng

RN1 RN2 RN3 RN1

RN2

RN3

M1

RTM2

RTM3

RT

ON

OFFRT

Hình 5.33_ Sơ đồ mạch điều khiển đóng/cắt đèn dùng 3 rơle thời gian



C cắt. Trường hợp này áp dụng khi mật độ giao thông thấp. + Chế độ 4 (04h00-17h00) : tắt hết tất cả các đèn, khi đó cắt toàn bộ các pha A, B, C. Ngày nay nhờ khoa học công nghệ phát triển, quan niệm về điều khiển chiếu sáng đã có

thay đổi : điều khiển ngoài việc đóng/cắt đèn còn cho phép giảm quang thông nhờ giảm điện áp đặt vào đèn. Ngoài ra nếu trang bị hệ thống tự động điều khiển kiểu trung tâm thì toàn bộ số liệu cũng như trạng thái của hệ thống chiếu sáng đều truyền về trung tâm để phân tích, giám sát, lưu giữ số liệu nhằm chọn được chế độ vận hành tối ưu.

2 Thiết kế xây dựng : - Cột: Đối với tuyến đường quan trọng mà các công trình hạ tầng kỹ thuật đều đi ngầm thì

người ta lắp các loại cột đèn bằng thép dạng bát giác côn hoặc tròn côn, có mạ kẽm để chống rỉ. Cột thép có kích thước gọn, nhẹ, dễ lắp đặt, đảm bảo mỹ quan nhưng giá thành đắt. Các tuyến đường không quan trọng, cho phép dây điện đi nổi thì người ta thường dùng cột bêtông ly tâm để kết hợp vừa lắp đặt hệ thống chiếu sáng vừa lắp chung với hệ thống cấp điện cho dân cư, do đó phương án này giảm đáng kể chi phí đầu tư.

- Móng để lắp cột thường dùng móng khối bằng bêtông đúc tại chỗ, mác bêtông M150 hoặc M200.

3 Thiết kế kết cấu

- Cần đèn dùng để lắp đèn, thường chế tạo từ thép ống φ60 và được uốn cong với bán kính thích hợp. Khi thiết kế người ta tính toán rất kỹ độ vươn cần đèn, góc nghiêng cần đèn vì các thông số này ảnh hưởng rất lớn đến thông số quang học của hệ thống chiếu sáng.

- Xà kẹp cần đèn : thường bằng thép L, dùng để kẹp cần đèn vào cột. - Các vật liệu khác như tăng-đơ để căng cáp treo, các loại kẹp dây, móc treo,… - Đế gang trang trí: thường đặt ở gốc cột, màu đen hoặc xanh có hoa văn trang trí khá đẹp.

Sở dĩ người ta làm từ gang vì nó không bị rỉ. Giá thành đế gang rất đắt (>10 triệu đồng) nên chỉ áp dụng cho các tuyến đường quan trọng.

Chụp đầu cột

Cột bêtông

Cần đèn bằng thép ống

Cần đèn kiểu chụp

Cột đèn

Xà kẹp cần đèn


Cần đèn chữ L

Xà kẹp cần đèn


Cột đèn

Cần đèn chữ S

Hình 5.34_Một số loại cần đèn phổ biến



CHƯƠNG 6 QUẢN LÝ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

6.1. Nội dung quản lý, vận hành : Hệ thống chiếu sáng công cộng có nhiệm vụ quan trọng nhất là đảm bảo an toàn giao

thông, giữ gìn an ninh trật tự. Do vậy công tác quản lý, vận hành hệ thống chiếu sáng có vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc tin cậy của hệ thống. Ngay khi đưa vào sử dụng, hệ thống chiếu sáng đã đối diện với nguy cơ xuống cấp do sự tác động của môi trường, khí hậu thời tiết và do bản thân hệ thống chiếu sáng gây ra.

Công tác quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng công cộng được xác định là loại hình dịch vụ công ích, do Nhà nước quản lý thông qua các công ty điện chiếu sáng công cộng. Thông thường UBND cấp tỉnh ban hành quy định về quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng công cộng trong các đô thị thuộc tỉnh.

Toàn bộ chi phí cho công tác quản lý, vận hành do ngân sách Nhà nước cấp mà không thu bất kỳ khoản phí nào. Thực ra công tác này rất khó để xã hội hóa vì lợi nhuận rất thấp, khó xác định được đối tượng thụ hưởng. Mặt khác trong một số trường hợp hệ thống chiếu sáng công cộng còn gây ảnh hưởng với các gia đình ở 2 bên đường. Chỉ có người và phương tiện tham gia giao thông mới là đối tượng thụ hưởng dịch vụ này, trong khi các đối tượng này không thể xác định chính xác nên không có cách nào để thu phí thụ hưởng dịch vụ chiếu sáng.

Từ những phân tích nêu trên ta thấy Nhà nước phải nắm quyền quản lý đối với hệ thống chiếu sáng công cộng là điều đương nhiên. Trong tương lai Nhà nước nên khoán chi phí quản lý cho các công ty điện chiếu sáng, tuy nhiên việc này đòi hỏi phải có nghiên cứu đầy đủ về cơ chế, chính sách, chế độ, định mức,... trước khi áp dụng

Những nội dung chủ yếu của công tác quản lý, vận hành : - Quản lý, vận hành hàng ngày và đột xuất (đóng/cắt, điều chỉnh thời gian, tuần tra giám

sát, kiểm tra quang thông, phối hợp với cơ quan khác, bảo dưỡng, bảo trì, sửa chữa, đảm bảo an toàn điện).

- Lập kế hoạch duy tu, sửa chữa hệ thống chiếu sáng công cộng; - Nghiên cứu, cải tiến, áp dụng tiến bộ khoa học trong chiếu sáng công cộng. - Tiếp nhận, nghiệm thu lưới điện chiếu sáng mới xây dựng. - Tiếp nhận, quản lý, bảo quản, sửa chữa, thay thế các vật tư, thiết bị thu hồi. - Báo cáo định kỳ các cơ quan quản lý, cơ quan cấp trên. - Kiểm tra, xử lý các hành vi vi phạm đối với hệ thống chiếu sáng công cộng. - Phối hợp với đơn vị điện lực để bảo đảm điện năng cho hoạt động của mạng lưới điện

chiếu sáng công cộng. Một số khu đô thị cao cấp được Nhà nước cho phép đầu tư để kinh doanh thì hệ thống

điện chiếu sáng không mang tính chất dịch vụ công ích mà thuộc thẩm quyền quản lý, vận hành của nhà đầu tư khu đô thị (ví dụ khu đô thị Phú Mỹ Hưng ở thành phố Hồ Chí Minh). Trường hợp này hệ thống điện chiếu sáng là một thành phần của kết cấu hạ tầng nhằm mục đích kinh doanh nên người dân trong khu đô thị phải chịu phí dịch vụ. Vì mang tính chất kinh doanh nên chất lượng chiếu sáng rất cao, kết cấu có tính thẩm mỹ và được quy hoạch một cách bài bản, có thể mỗi khu phố trong khu đô thị có một phong cách chiếu sáng đặc trưng về màu sắc, hình dáng cũng như cách thể hiện, …



6.2. Cơ cấu tổ chức và trang thiết bị vận hành Với khối lượng quản lý rất lớn và nội dung quản lý nhiều, kinh phí chủ yếu dựa vào ngân

sách Nhà nước, biên chế ít (khoảng từ 100-150 người) nên công việc ở các công ty điện chiếu sáng thường quá tải. Ngoài công tác quản lý, vận hành các hệ thống chiếu sáng công cộng, các công ty điện chiếu sáng đô thị còn được giao quản lý cả hệ thống tín hiệu giao thông, hệ thống đèn chiếu sáng trang trí trong đô thị nên khối lượng công việc cũng tăng lên khá nhiều.

Tại các đô thị lớn thường có công ty quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng, các đô thị nhỏ thì có trung tâm quản lý và đều do nhà nước thành lập. Dưới công ty có các đội vận hành, sửa chữa và tại các đội lại phân chia cho từng thành viên trong đội quản lý cụ thể từng tuyến đường.

Trang thiết bị để quản lý, vận hành có nhiều chủng loại nhưng hai thiết bị quan trọng nhất là xe thang và xe nâng. Đây là các loại xe chuyên dụng, giá thành các xe này khá đắt, nhất là các loại xe có thang vươn cao. Tại các đơn vị vận hành, chủ yếu trang bị xe thang và xe nâng dưới 18 mét. Đối với các cột đèn cao trên 20 mét thường phải thuê các xe chuyên dụng.

Ngoài các thiết bị cơ khí và xây dựng, các đơn vị còn trang bị các loại máy đo quang học như máy đo quang thông, độ rọi,…

Các khu đô thị cao cấp mang tính chất kinh doanh thì việc quản lý thuộc công ty khai thác dịch vụ và ở đây không đề cập đến hệ thống chiếu sáng này.

6.3. Vấn đề tiết kiệm điện : Theo thống kê, điện năng dành cho chiếu sáng thường chiếm 20% của toàn bộ hệ thống

điện và đáng tiếc là ở Việt Nam thì điện chiếu sáng lại hoạt động đúng vào giờ cao điểm khi phụ tải của hệ thống điện đạt đỉnh. Do đó vấn đề tiết kiệm điện năng của hệ thống chiếu sáng có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế - kỹ thuật, không chỉ là mối quan tâm của các đơn vị chuyên ngành mà là của toàn xã hội.

Biện pháp đơn giản nhất để tiết kiệm điện là đặt thời gian đóng cắt hệ thống chiếu sáng một cách hợp lý. Tuy nhiên vấn đề này cần nghiên cứu một cách thấu đáo vì nếu đóng sớm thì lãng phí tiền điện, nếu đóng muộn thì làm tăng nguy cơ tai nạn giao thông. Như vậy việc tính toán thời điểm đóng cắt là bài toán đa chỉ tiêu đòi hỏi cán bộ quản lý phải có trình độ và có trách nhiệm cao, đôi khi phải đi kèm với quyền lợi (thông qua hình thức khen thưởng). Ta biết rằng tại các đô thị lớn với hàng ngàn tuyến đường thì chỉ cần tắt đèn sớm, mở muộn một vài phút cũng có thể tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng mỗi tháng cho ngân sách.

Ngoài biện pháp tổ chức như trên còn áp dụng các biện pháp kỹ thuật sau : - Cải tạo lưới điện nhằm giảm tổn hao công suất truyền tải. - Sử dụng đèn và các linh kiện có hiệu suất cao. - Thay thế bóng đèn sợi đốt bằng các bóng huỳnh quang compact, sodium áp suất cao. - Sử dụng bộ đèn có phân bố quang thông hợp lý. - Thay thế chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử. - Bảo dưỡng định kỳ hệ thống chiếu sáng

Hình 6.1_ Xe nâng



6.4. Thực trạng quản lý vận hành Các đô thị Việt Nam hiện nay có tốc độ phát triển rất nhanh, kéo theo đó là hàng ngàn

tuyến đường cùng với hệ thống chiếu sáng công cộng được xây dựng mới mỗi năm. Có thể đánh giá một cách khách quan là việc quản lý hệ thống chiếu sáng hiện nay không tốt, không có kế hoạch và ít được quan tâm. Điều này có rất nhiều nguyên nhân, trong đó có thể kể ra một vài nguyên nhân chủ yếu như : đội ngũ nhân viên ít, chưa có kỹ sư chuyên ngành về chiếu sáng, khối lượng công việc nhiều, ngân sách cấp còn hạn chế, chưa xây dựng được cơ chế khoán, nhận thức của các cấp lãnh đạo đối với hệ thống chiếu sáng cho rằng nó không quan trọng,…

Hệ thống chiếu sáng có đặc điểm là kinh phí bảo trì và sửa chữa lớn lại hoàn toàn dựa vào ngân sách nên dễ bị từ chối khi xin kinh phí vì tác động của nó tới đời sống người dân đô thị rất khó định lượng.

Khâu tiếp nhận lưới điện chiếu sáng mới xây dựng cũng gần như buông lỏng, rất ít khi đo kiểm tra các chỉ số quang học, cơ khí và điện. Trong giai đoạn vận hành cũng chưa thường xuyên đo kiểm để có kế hoạch bảo trì một cách hợp lý.

Một thực trạng đáng buồn hiện nay là tình trạng đầu tư kém chất lượng cho hệ thống chiếu sáng, đặc biệt là chất lượng đèn chiếu sáng gần như bị thả nổi, kỹ sư về lĩnh vực này không có, kiến thức về chiếu sáng có rất ít trường đại học trang bị mà nếu có cũng rất sơ sài; các loại đèn giả, đèn nhái tràn lan nên sẽ là gánh nặng cho ngân sách khi chúng xuống cấp quá nhanh và đồng loạt. Khi đó chất lượng chiếu sáng đô thị sẽ giảm là điều khó tránh khỏi.

6.5. Tự động hoá công tác quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng : Hiện nay đa số các đô thị Việt Nam đều thực hiện phương thức quản lý vận hành thủ

công, chỉ có mỗi thao tác đóng/mở đèn là được tự động bằng rơle thời gian nhưng cũng phải được cài đặt bằng tay. Đã có một số đô thị lớn nghiên cứu sử dụng phương án điều khiển từ xa, tuy hiệu quả khá lớn nhưng vì nhiều lý do mà đến nay nó vẫn chưa được triển khai đại trà (chẳng hạn như chi phí đầu tư ban đầu lớn, khó giải quyết việc làm cho số lao động dôi dư,...). Hệ thống tự động điều khiển từ xa còn có chức năng giám sát và lưu trữ các số liệu vận hành, dự báo và phát hiện sự cố sớm, xác định vị trí đèn bị sự cố, cài đặt thời gian đóng/cắt. Toàn bộ thông tin về hệ thống đều sử dụng đường truyền của ngành bưu điện nên tiết kiệm được vốn đầu tư.

Khi có hệ thống này thì toàn bộ các tín hiệu về tình trạng của hệ thống chiếu sáng của mỗi tuyến đường đều được thu thập về tủ điện chiếu sáng chung. Tại tủ điện này các tín hiệu được mã hoá theo giao thức riêng và truyền thông tin về trung tâm điều hành, sau đó được giải mã và đưa vào các phần mềm chuyên dụng để điều khiển, phân tích, lưu trữ. Các tín hiệu điều khiển từ trung tâm gửi đến các tủ điện điều khiển diễn ra theo quy trình ngược lại.

Đây là một đề tài có tính thời sự đang được nghiên cứu, cần tham khảo thêm trong các tài liệu chuyên môn.



CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TRONG ĐÔ THỊ

Ngoài hệ thống chiếu sáng đường giao thông, trong đô thị còn có các loại công trình công

cộng khác cần chiếu sáng như công viên, vườn hoa, tượng đài, sân bóng đá, sân quần vợt. Mục tiêu của các hệ thống chiếu sáng này rất đa dạng và có yêu cầu rất cao về chất lượng và thẩm mỹ, đặc biệt đòi hỏ độ chính xác cao về các chỉ số quang học.

Đây là một lĩnh vực rất lớn, trong khuôn khổ tập bài giảng này không thể trình bày hết được. Khi thiết kế các hệ thống chiếu sáng này phải tuân thủ bộ tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN333 :2005 do Bộ Xây dựng ban hành.

Trong chương này chúng tôi xin trích nội dung của TCXDVN333 :2005 đối với 2 loại công trình đô thị quan trọng là công viên, vườn hoa và công trình thể thao để sinh viên có cơ sở tiếp cận các tài liệu chuyên môn sâu hơn. Phần trình bày dưới đây cũng chỉ là nội dung tổng quát mang tính nguyên tắc, chi tiết cụ thể cần tham khảo thêm trong tiêu chuẩn 333.

7.1. Chiếu sáng công viên, vườn hoa

1. Các nguyên tắc chung - Trong thiết kế chiếu sáng công viên, vườn hoa ngoài việc đảm bảo mức độ chiếu sáng

theo tiêu chuẩn quy định còn cần phải đặc biệt quan tâm đến yếu tố trang trí, thẩm mỹ. - Kiểu dáng thiết bị chiếu sáng (đèn, cột đèn, cần đèn) cần có phong cách đồng nhất và

phù hợp với cảnh quan môi trường kiến trúc trong khu vực. - Tuỳ theo hình thức và quy mô của mỗi công viên, vườn hoa mà hệ thống chiếu sáng có

thể bao gồm toàn bộ hoặc một số trong những thành phần sau đây : + Chiếu sáng chung khu vực cổng ra vào yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng quy định + Chiếu sáng sân tổ chức các hoạt động ngoài trời yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng

quy định. + Chiếu sáng đường đi dạo ngoài yêu cầu đảm bảo mức độ chiếu sáng quy định, thiết kế

bố trí đèn phải đảm bảo tính dẫn hướng tạo cho người đi bộ có cảm nhận rõ ràng về hình dạng và hướng của con đường.

+ Chiếu sáng thảm cỏ, bồn hoa, mặt nước. + Chiếu sáng tạo phông trang trí : sử dụng các đèn pha chiếu sáng tán lá cây. + Chiếu sáng tạo các điểm nhấn kiến trúc như đài phun nước, các cụm tiểu cảnh cây

xanh, non bộ.. 2. Chỉ tiêu kỹ thuật về chiếu sáng : - Độ rọi ngang trung bình trong các công viên, vuờn hoa không được nhỏ hơn trị số quy

định trong bảng sau :



Các chỉ số quang học tiêu chuẩn chiếu sáng công viên, vườn hoa

En(tb) (lux) TT Đối tượng chiếu sáng

Công viên Vườn hoa 1

Công viên, vườn hoa ở khu vực trung tâm đô thị lớn, có lượng người qua lại cao, khả năng xảy ra tội phạm hình sự ở mức cao - Cổng vào chính - Cổng vào phụ - Đường trục chính - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời

20 10 10 5 10

Không Không

7 3 10

2

Công viên, vườn hoa ở khu vực ngoại thành đô thị lớn, lưu lượng người qua lại trung bình, khả năng xảy ra tội phạm hình sự ở mức trung bình - Cổng vào chính - Cổng vào phụ - Đường trục chính - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời

10 7 5 3 7

Không Không

3 2 7

3

Công viên, vườn hoa ở khu vực đô thị nhỏ, lưu lượng người qua lại thấp, khả năng xảy ra tội phạm hình sự ở mức thấp - Cổng vào chính - Cổng vào phụ - Đường trục chính - Đường nhánh, đường dạo có nhiều cây xanh - Sân tổ chức các hoạt động ngoài trời

7 5 5 2 5

Không Không

3 1 5

- Tỉ số giữa giá trị độ rọi ngang lớn nhất và độ rọi ngang trung bình ở các đối tượng chiếu

sáng không được vượt quá 3:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn trên 6 lux ; 5:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn từ 4 lux đến 6 lux ; 10:1 khi độ rọi trung bình tiêu chuẩn dưới 4 lux.

- Thiết bị chiếu sáng được sử dụng cần phải có khả năng hạn chế chói loá tốt. Vị trí, cao độ đặt đèn và góc chiếu cần tính toán để không gây cảm giác chói loá cho người sử dụng Chủng loại đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên, vườn hoa bắt buộc phait tuân theo bảng sau:



Chủng loại đèn sử dụng cho chiếu sáng công viên vườn hoa :

Chủng loại đèn TT

Đối tượng và mục đích

chiếu sáng Đèn pha

Đèn chùm

Đèn nấm

Đèn đường

Đèn chiếu điểm

Đèn pha chiếu nước

1 Cổng ra vào Có Có Có Có Có Không 2 Sân tổ chức các hoạt

động ngoài trời Có Có Có Có Không Không

3 Đường đi dạo Không Có Có Có Không Không 4 Cảnh quan, thảm cỏ,

bồn hoa, mặt nước Không Có Có Không Không Không

5 Chiếu sáng tạo phông trang trí

Có Không Không Không Không Không

6 Điểm nhấn kiến trúc Có Không Không Không Có Có - Nguồn sáng được chọn nên có thành phần quang phổ phù hợp với môi trường có nhiều

cây xanh, gam màu ánh sáng trắng lạnh để tạo cảm giác mát mẻ, thư giãn. Chủng loại và công suất bóng đèn sử dụng trong chiếu sáng công viên, vườn hoa được quy định trong bảng sau :

Công suất bóng đèn (W)

TT

Đối tượng và mục đích chiếu sáng Metal

halide Cao áp

thuỷ ngân Huỳnh quang

Compact Halogen Cao áp Natri

1 Cổng ra vào 70 - 400 80 - 250 Không Không 70 - 250 2 Sân tổ chức các hoạt

động ngoài trời 70 - 400 80 - 250 Không Không 70 - 400

3 Đường đi dạo 70 - 150 80 - 125 15 - 40 Không Không 4 Cảnh quan, thảm cỏ,

bồn hoa, mặt nước 70 - 250 80 - 125 15 - 40 Không Không

5 Chiếu sáng tạo phông trang trí

70 - 400 Không Không Không Không

6 Điểm nhấn kiến trúc 70 - 400 80 - 125 15 - 40 80 - 300 70 - 250 7.2. Chiếu sáng công trình thể thao ngoài trời - những nguyên tắc chung : - Trước khi tiến hành thiết kế hệ thống chiếu sáng cho các sân thể thao ngoài trời cần

nghiên cứu, khảo sát các đặc điểm sau : + Hình dạng, kết cấu, kích thước công trình ; kích thước khu vực cần chiếu sáng ; vật

liệu, màu sắc, tính chất phản xạ của mặt sân, khán đài, các vị trí có khả năng bố trí lắp đặt đèn chiếu sáng.

+ Mục đích sử dụng : cần phân biệt rõ các sân phục vụ cho thi đấu và các sân phục vụ cho mục đích luyện tập, các sân thi đấu bình thường và sân thi đấu có truyền hình màu.



+ Đặc điểm không gian xung quanh công trình : nghiên cứu xem công trình thể thao có nằm trong khu dân cư, cạnh đường giao thông, đường sắt, sân bay,… hay không.

+ Đặc điểm về khí hậu : Vận tốc gió tối đa, độ ẩm không khí, sương mù, khí hậu biển,… + Nguồn cấp điện cho hệ thống chiếu sáng: sử dụng trạm biến áp hiện có hay phải xây

mới trạm biến áp chuyên dùng cho chiếu sáng, dung lượng nguồn cấp, nguồn điện 3 pha, cấp điện áp,…

- Trong quá trình thiết kế chiếu sáng cho sân thể thao ngoài trời cần đảm bảo các yêu cầu sau đây:

+ Độ rọi trung bình và độ đồng đều của độ rọi trên mặt sân đáp ứng tiêu chuẩn. + Hạn ché tối đa sự chói loá gây ra bởi các thiết bị chiếu sáng làm ảnh hưởng đến khả

năng quan sát của vận động viên và khán giả. + Cần xem xét đến “hiện tượng nhấp nháy” khi dùng đèn phóng điện tần số 50 Hz, đặc

biệt là các môn thi đấu đòi hỏi chính xác, tốc độ. + Lựa chọn nguồn sáng phải dựa trên cơ sở sau : * Nhiệt độ màu của nguồn sáng. * Chỉ số hoàn màu CRI. * Quang hiệu của đèn (lm/W). * Tuổi thọ trung bình và hệ số suy giảm quang thông. + Các yêu cầu khác khi thiết kế : * Chọn nguyên vật liệu, thiết bị, biện pháp thi công phù hợp với đặc thù của công trình

thể thao. * Đảm bảo khả năng vận hành, bảo dưỡng thuận tiện. * Dự phòng cho mở rộng sau này. * Tính an toàn * Tính thẩm mỹ * Hiệu quả kinh tế - Hệ thống điều khiển chiếu sáng nên tập trung tại một chỗ và có thể điều khiển theo

nhóm sân hoặc theo từng sân. Hệ thống điều khiển phải đáp ứng 4 chế độ khác nhau như sau : + Chế độ luyện tập, giải trí. + Chế độ thi đấu giao hữu. + Chế độ thi đấu chính thức. + Chế độ thi đấu có truyền hình. - Chiếu sáng sân thi đấu lớn hoặc có số lượng khá giả đông như bóng đá, khu thể thao đa

năng cần có nguồn điện dự phòng hoạt động tự động khi mất điện lưới hoặc xảy ra sự cố. - Các thiết bị chiếu sáng sự cố phải dùng đèn nung sáng hoặc đèn phóng điện khởi động

nhanh. Khi sự cố xảy ra độ rọi ngang trung bình trên mặt sân và khán đài tối thiểu phải 5 lux. - Các công trình thể thao quy mô lớn hoặc có ý nghĩa quan trọng về kinh tế - chính trị - xã

hội phải có hệ thống chiếu sáng bảo vệ xung quanh công trình với độ rọi ngang trung bình tối thiểu 2 lux.

- Tuỳ vào độ cao đặt đèn mà chủng loại và công suất được chọn phù hợp để hạn chế hiện tượng chọi loá cho vận động viên và khán giả. Yêu cầu này phải tuân thủ bảng sau



Cao độ đặt đèn tối thiểu (m)

Sợi đốt halogen

Cao áp thuỷ ngân

Cao áp sodium

Metal Halide

Chủng loại bóng đèn

2000W

1000W

1000W

400W

400W

400W 250W250W

250W 150W150W

70W 70W125W

2000W 1500W

1000W

500W

300W

200W 60W

22

17 15 12 11 10

9 8

7

4

3

0



CHƯƠNG 8 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

Hệ thống chiếu sáng nói chung và chiếu sáng đô thị nói riêng là một bộ phận không thể

tách rời của kết cấu hạ tầng kỹ thuật, có vai trò quan trọng đối với đời sống đô thị. Quy mô của nó ngày càng lớn, vốn đầu tư ngày càng tăng, ảnh hưởng của nó đến cư dân đô thị ngày càng nhiều nhưng ngược lại nó chưa được đầu tư nghiên cứu một cách bài bản. Xét cả về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn chưa có công trình nghiên cứu nào về chiếu sáng với tư cách là một ngành khoa học độc lập, điều đó thể hiện rất rõ qua chương trình đào tạo ở các trường đại học, cao đẳng là chưa có trường nào đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này. Bên cạnh đó nhiều vấn đề mới nảy sinh chưa được nghiên cứu thấu đáo (ví dụ vấn đề ô nhiễm ánh sáng, vấn đề quy hoạch, tác động đến sức khoẻ,…).

Từ những lý do trên đây, chúng tôi mạnh dạn đưa vào tập bài giảng này nhằm gợi mở cho sinh viên những vấn đề mới phục vụ cho việc nghiên cứu chuyên sâu khi có điều kiện hoặc dễ dàng cho việc tiếp cận với các tài liệu của nước ngoài. Với kinh nghiệm còn nhiều hạn chế, kiến thức phần này chắc chắn vượt ngoài tầm hiểu biết của tác giả nên chỉ trình bày những gì theo kinh nghiệm và tài liệu thu thập được, rất mong các nhà kỹ thuật nghiên cứu để hoàn thiện về mặt lý thuyết.

8.1. Ô nhiễm ánh sáng Hiện nay khắp nơi trên thế giới, đến bất kỳ đô thị nào ta đều nhận thấy ban đêm rực rỡ

ánh đèn tưởng chừng như làm thỏa mãn ước nguyện ngàn năm của con người là xóa đi bóng đêm. Tuy nhiên, khi cuộc sống vật chất và tinh thần trở nên đầy đủ, cư dân đô thị đã dần dần nhận ra những nững mặt trái do hệ thống chiếu sáng đô thị gây ra đối với họ - đó là vấn đề ô niễm ánh sáng.

Rất khó để có thể định nghĩa thế nào là ô nhiễm ánh sáng. Có thể xếp nó thuộc loại ô nhiễm môi trường không khí nhưng chưa có nghiên cứu nào đầy đủ về vấn đề này, ngay cả cơ quan quản lý Nhà nước cũng không quản lý được ô nhiễm ánh sáng.

Những tác hại của ô nhiễm ánh sáng mà ta rất dễ nhận biết là: lãng phí tiền bạc, lãng phí tài nguyên năng lượng, phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (nhà máy điện cung cấp cho hệ thống chiếu sáng), thải nhiệt ra môi trường xung quanh. Tuy nhiên tác động của nó đến sức khỏe con người thì cần phải có thêm thời gian nghiên cứu. Một số tài liệu còn khẳng định ô nhiễm ánh sáng gây ra đêm trắng, sự mất ngủ, chim di cư ban đêm mất hướng, côn trùng có ích bị chết,…

Tuy nhiên có thể nhận định ban đầu là: bất kỳ nguồn sáng nhân tạo nào có khả năng ảnh hưởng bất lợi cho con người, cho hệ sinh thái hoặc môi trường sống thì đều là nguồn gây ô nhiễm ánh sáng. Theo một số nghiên cứu gần đây, có thể phân loại ô nhiễm ánh sáng thành các loại sau.

Ánh sáng xâm nhập (light trepass): Loại ô nhiễm này xảy ra khi ánh sáng xâm nhập vào địa phận của một người khác mà

người đó không hề mong muốn, ví dụ như chiếu sáng qua hàng rào nhà hàng xóm, ánh sáng đèn đường chiếu vào nhà dân. Hậu quả có thể gây mất ngủ hoặc hạn chế tầm nhìn trong đêm, về lâu dài sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe.

Lạm dụng ánh sáng quá mức (over-illumination): Loại ô nhiễm này xảy ra do sử dụng quá mức ánh sáng cần thiết cho một mục đích cụ thể.



Người ta tính rằng chỉ riêng nước Mỹ việc lạm dụng ánh sáng làm lãng phí năng lượng điện tương đương với 2 triệu thùng dầu mỗi ngày.

Ánh sáng chói (glare): Ánh sáng chói là hậu quả của sự đối lập giữa vùng sáng và vùng tối trong tầm nhìn. Ánh

sáng chói chiếu thẳng vào mắt người đi đường và lái xe có thể gây mất tầm nhìn trong đêm đến tận 1 giờ sau đó. Điều này còn khiến cho mắt người cảm thấy khó khăn trong việc nhận dạng những sự vật trong tầm nhìn của họ. Ánh sáng chói là vấn đề đặc biệt nghiêm trọng đối với an toàn giao thông, vì điều này thường xảy ra bất ngờ có thể khiến người đi đường và lái xe gặp tai nạn.

Ánh sáng lộn xộn (clutter): Ánh sáng lộn xộn ám chỉ nhiều luồng sáng cùng lúc hướng vào mắt người. Các luồng

sáng có thể gây lộn xộn, mất tập trung và có thể dẫn tới tai nạn. Loại này hay xảy ra trên các đường phố mà hệ thống đèn thiết kế kém hoặc có quá nhiều bảng quảng cáo rực rỡ chiếm vùng không gian lớn dọc đường giao thông.

Ánh sáng chiếm dụng bầu trời (sky glow). Ánh sáng chiếm dụng bầu trời thường xảy ra ở các khu vực đông dân cư, đặc biệt là trung

tâm đô thị lớn. Ánh sáng từ quá nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả những nơi lạm dụng ánh sáng và có thể do dùng các bộ đèn kém chất lượng, được phản chiếu lên bầu trời đêm.

8.2. Quy hoạch chiếu sáng Hiện nay, cả nước có tất cả 729 đô thị với dân số khoảng 24 triệu người. Tất cả đô thị của

Việt Nam đều có điện chiếu sáng với mức đô khác nhau. Tại các đô thị lớn có tới 95 - 100% tuyến đường chính được chiếu sáng, tỉ lệ này giảm dần theo cấp đô thị. Tốc độ phát triển của hệ thống chiếu sáng đô thị vẫn gia tăng hàng năm, trong đó mức tăng bình quân cao nhất là 20% mỗi năm.

Tuy nhiên, chiếu sáng đô thị ở Việt Nam vẫn tồn tại nhiều bất cập và hạn chế mà biểu hiện cụ thể nhất là có rất ít đô thị lập quy hoạch phát triển chiếu sáng đô thị, chất lượng chiếu sáng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu, nguồn sáng và thiết bị chiếu sáng tiêu tốn nhiều điện năng,… Điều này có nhiều nguyên nhân, trong đó cơ bản là chưa có quy định hay hướng dẫn

Ánh sáng ô nhiễm chiếm dụng bầu trời

Ánh sáng ô nhiễm xâm nhập nhà ở



về quy hoạch chiếu sáng, chưa đặt ra được tiêu chí cho một đồ án quy hoạch chiếu sáng, kinh phí dành cho lập quy hoạch chiếu sáng không có, sự phối hợp giữa các cơ quan quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị chưa tốt,

Theo các chuyên gia, việc thiếu quy hoạch đồng bộ giữa chiếu sáng công cộng và các công trình hạ tầng đô thị khác còn dẫn đến tình trạng xây dựng chồng chéo, lộn xộn, không đáp ứng được các yêu cầu chung về kỹ thuật mà còn gây mất mỹ quan đô thị.

Từ những bất cập trên đây cần thiết phải đặt ra vấn đề quy hoạch chiếu sáng đô thị và trong điều kiện hiện nay tốt nhất nên lồng ghép với các đồ án quy hoạch xây dựng đô thị. Theo đó, việc thẩm định, phê duyệt quy hoạch chiếu sáng đô thị được tiến hành đồng thời với việc thẩm định, phê duyệt đồ án quy hoạch xây dựng đô thị. Vấn đề lồng ghép này được thực hiện khá tốt tại các khu đô thị cao cấp, ở đó hệ thống chiếu sáng mang tính chất dịch vụ kinh doanh chứ không phải dịch vụ công ích.

Thực ra hiện nay trong các đồ án quy hoạch xây dựng ở các đô thị vẫn có một phần đề cập đến hệ thóng chiếu sáng đô thị nhưng rất sơ sài, chưa chặt chẽ,… thường chỉ chiếm khoảng 1 trang giấy A4 trong toàn bộ đồ án dày hàng ngàn trang. Trong đó người ta chỉ quy định độ cao treo đèn, loại đèn, dây dẫn điện,… còn các chỉ số quang học gần như không có.

Trên thế giới, Pháp là nước thực hiện quy hoạch tổng thể đầu tiên về ánh sáng, trong đó họ đặt ra tiêu chí quy hoạch tổng thể bao gồm :

+ Cải thiện cảm nhận về bầu không khí, hình ảnh thành phố vào buổi tối. + Nhấn mạnh đặc điểm các khu chức năng trong thành phố. + Làm nổi bật đặc trưng riêng của thành phố bằng cách làm nổi rõ các công trình điểm

nhấn. + Lôi cuốn sự thu hút của mọi người vào một đối tượng kiến trúc nào đó do thàng phố

chọn.



PHỤ LỤC

1. Bảng giá trị và biểu thức hàm V(λ):

Bước sóng (nm)

v(λ) Bước sóng (nm)



v(λ)

380 0,00004 490 0,208 580 0,87 680 0,017400 0,0004 500 0,323 590 0,757 690 0,008410 0,001 510 0,503 600 0,631 700 0,0041420 0,004 520 0,71 610 0,503 710 0,002430 0,012 530 0,862 620 0,381 720 0,00105440 0,023 540 0,954 630 0,265 740 0,00025450 0,038 550 0,995 640 0,175 760 0,00006460 0,06 555 1 650 0,107 780 0,000015470 0,091 560 0,995 660 0,061 480 0,139 570 0,952 670 0,032

- Biểu thức gần đúng của hàm V(λ) được lập căn cứ trên bảng giá trị đã cho ở trên chỉ là

gần đúng, dùng để tham khảo.

2. Công suất và quang thông các loại đèn phóng điện thông dụng

Loại

bóng đèn Công

suất (W) Quang

thông (lm) Loại

bóng đèn Công

suất (W) Quang

thông (lm) 80 3.800 150 14.500 125 6.300 250 27.000 250 13.000 400 48.000 400 22.000

Cao áp Sodium hình trụ

trong 1000 130.000 7000 40.000 250 20.000

Cao áp

thuỷ ngân

1000 58.000 400 32.000 70 5.600

Cao áp Metal Halide 1000 80.000

150 14.000 250 25.000 400 47.000

Cao áp Sodium

bầu đục mờ

1000 120.000

( )

40 ( )

4 7 2

2 2

2130, 625.10 . ( 490 ; 621 )( ) 3008, 486.10 2682, 776.10

1,914762.10 . 0, 2141226. 58,8586 (490 621 )

fe nm nmv f

nm nm

λ λ λ

λ λ λ λ

λ λ λ

−

− −

−

⎧= ≤ ≥⎪

= = −⎨⎪= − + − < <⎩

với



3. Bảng phân loại các lớp phủ mặt đường :

Giá trị của R1 × 104 = q (β, γ) × cos3γ × 104

β0 tgγ

0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

0,0 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 655 6550,25 619 619 619 619 610 610 610 610 610 610 610 610 610 601 601 601 601 601 601 6010,5 539 539 539 539 539 539 521 521 521 521 521 503 503 503 503 503 503 503 503 5030,75 431 431 431 431 431 431 431 431 431 431 395 396 371 371 371 371 371 286 395 3951,0 341 341 341 341 323 323 305 296 287 287 278 269 269 269 269 269 269 278 278 2781,25 269 269 269 260 151 242 224 207 198 189 189 180 180 180 180 180 180 198 207 2341,5 224 224 224 215 198 180 171 162 153 148 144 180 180 180 180 180 189 198 207 2241,75 189 189 171 153 139 139 130 121 117 112 108 103 99 99 103 108 112 121 130 1392,0 12 162 157 135 117 108 99 94 90 85 85 83 84 84 86 90 94 99 103 1112,5 121 121 117 95 79 66 60 57 54 52 51 50 51 52 54 58 61 65 69 753,0 94 94 86 66 49 41 38 36 34 33 32 31 31 33 39 40 40 43 47 513,5 81 80 66 46 33 28 25 23 22 22 21 21 22 22 24 27 29 31 34 384,0 71 69 55 32 23 20 18 16 15 14 14 14 15 17 19 20 22 23 25 274,5 53 59 40 24 17 14 13 12 12 11 11 11 12 13 14 14 16 17 19 215,0 57 52 36 19 14 12 10 9,0 9,0 8,8 8,7 8,7 9,0 10 11 13 14 15 16 165,5 51 47 31 13 11 9,0 8,1 7,8 7,7 7,7 6,0 47 42 25 12 8,5 7,2 6,5 6,3 6,2 6,5 43 38 22 10 6,7 5,8 5,2 5,0 7,0 40 34 18 8,1 5,6 4,8 4,4 4,2 7,5 37 31 15 6,9 4,7 4,0 3,8 8,0 35 28 14 5,7 4,0 3,6 3,2 8,5 33 25 12 4,8 3,6 3,1 2,9 9,0 31 23 10 4,1 3,2 2,8 9,5 30 22 9 3,7 2,8 2,5

Q0 = 0,10 S1 = 0,25 S2 =1,53

10,0 29 20 8,2 3,2 2,4 2,2 10,5 28 18 7,2 3,0 2,2 1,9 11,0 27 16 6,6 2,7 1,9 1,7 11,5 26 15 6,1 2,4 1,7 12,0 25 14 5,6 2,2 1,6




β0 tgγ

0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

0,0 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 390 3900,25 411 411 411 411 411 411 411 411 411 411 379 368 357 357 346 346 346 335 335 3350,5 411 411 411 411 403 403 384 379 370 346 325 303 281 281 271 271 271 260 260 2600,75 379 379 379 368 357 246 326 303 281 260 238 216 206 206 206 206 206 206 206 2061,0 335 335 335 335 292 291 260 238 216 195 173 152 152 152 152 152 141 141 141 1411,25 303 303 292 271 238 206 184 152 130 119 108 100 103 106 108 108 114 114 119 1191,5 271 271 260 227 179 152 141 119 108 93 80 76 76 80 84 87 89 91 93 951,75 249 238 227 195 152 124 106 91 78 67 61 52 54 58 63 67 69 71 73 742,0 227 216 195 152 117 95 80 67 61 52 45 40 41 45 49 52 54 56 57 582,5 195 190 146 110 74 58 48 40 35 30 27 24 26 28 30 33 35 38 40 413,0 160 155 115 67 43 33 26 21 18 17 16 16 17 17 18 21 22 24 26 273,5 146 131 87 41 25 18 15 13 12 11 11 11 11 11 12 14 15 17 18 214,0 132 113 67 27 15 12 10 9,4 8,7 8,2 7,9 7,6 7,9 8,7 9,6 11 12 13 15 174,5 118 95 50 20 12 8,9 7,4 6,6 6,3 6,1 5,7 5,6 5,8 6,3 7,1 8,4 10 12 13 145,0 106 81 38 14 8,2 6,3 5,4 5,0 4,8 4,7 4,5 4,4 4,8 5,2 6,2 7,4 8,5 9,5 10 115,5 96 69 29 11 6,3 5,1 4,4 4,1 3,9 3,8 6,0 87 58 22 8,0 5,0 3,9 3,5 3,4 3,2 6,5 78 50 17 6,1 3,8 3,1 2,8 2,7 7,0 71 43 14 4,9 3,1 2,5 2,3 2,2 7,5 67 38 12 4,1 2,6 2,1 1,9 8,0 63 33 10 3,4 2,2 1,8 1,7 8,5 58 28 8,7 2,9 1,9 1,6 1,5 9,0 55 25 7,4 2,5 1,7 1,4 9,5 52 23 6,2 2,2 1,5 1,3

Q0 = 0,07 S1 = 0,58 S2 =1,80

10,0 49 21 5,6 1,9 1,4 1,2 10,5 47 18 5,0 1,7 1,3 1,2 11,0 44 16 4,4 1,6 1,2 1,1 11,5 42 14 4,0 1,5 1,1 12,0 41 13 3,6 1,4 1,1




β0 tgγ

0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

0,0 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 294 2940,25 326 326 321 321 317 312 308 308 303 298 294 280 271 262 258 253 249 244 240 2400,5 344 344 339 339 328 326 317 308 298 289 276 262 235 217 204 199 199 199 194 1940,75 357 353 353 339 321 303 285 267 244 222 204 176 158 149 149 149 145 136 136 1401,0 362 362 352 326 276 249 226 204 181 158 140 118 104 100 100 100 100 100 100 1001,25 357 357 348 298 244 208 176 154 136 118 104 83 73 70 71 74 77 77 77 781,5 353 348 326 267 217 176 145 117 100 86 78 72 60 57 58 60 60 60 61 621,75 339 335 303 231 172 127 104 89 79 70 62 51 45 44 45 46 45 45 46 472,0 326 321 280 190 136 100 82 71 62 54 48 39 34 34 34 35 36 36 37 382,5 289 280 222 127 86 65 54 44 38 34 25 23 22 23 24 24 24 24 24 253,0 253 235 163 85 53 38 31 25 23 20 18 15 15 14 15 15 16 16 17 173,5 217 194 122 60 35 25 22 19 16 15 13 9,9 9,0 9,0 9,9 11 11 12 12 134,0 190 163 90 43 26 20 16 14 12 9,9 9,0 7,4 7,0 7,1 7,5 8,3 8,7 9,0 9,0 9,94,5 163 136 73 31 20 15 12 9,9 9,0 8,3 7,7 5,4 4,8 4,9 5,4 6,1 7,0 7,7 8,3 8,55,0 145 109 60 24 16 12 9,0 8,2 7,7 6,8 6,1 4,3 3,2 3,3 3,7 4,3 5,2 6,5 8,9 7,15,5 127 94 47 18 14 9,9 7,7 6,9 6,1 5,7 6,0 113 77 36 15 11,0 9,0 8,0 6,5 5,1 6,5 104 68 30 11 8,3 6,4 5,1 4,3 7,0 95 60 24 8,5 6,5 5,2 4,3 3,4 7,5 87 53 21 7,1 5,3 4,4 3,6 8,0 73 47 17 6,1 4,4 3,6 3,1 8,5 78 42 15 5,2 3,7 3,1 2,6 9,0 73 38 12 4,3 3,2 2,4 9,5 69 34 9,9 3,8 3,5 2,2

Q0 = 0,07 S1 = 1,11 S2 =2,38

10,0 65 32 9,0 3,3 2,4 2,0 10,5 62 29 8,0 3,0 2,1 1,9 11,0 59 26 7,1 2,6 1,9 1,8 11,5 56 24 6,5 2,4 1,8 12,0 53 22 5,6 2,1 1,8




β0 tgγ

0 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

0,0 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 264 2640,25 297 317 317 317 317 310 304 290 284 277 271 244 231 224 224 218 218 211 211 2110,5 330 343 343 343 330 310 297 284 277 264 251 218 198 185 178 172 172 165 165 1650,75 376 383 370 350 330 304 277 251 231 211 198 165 139 132 132 125 125 125 119 1191,0 396 396 396 330 290 251 218 198 185 165 145 112 96 86 86 86 86 87 87 871,25 403 409 370 310 251 211 178 152 132 115 103 77 66 65 65 63 65 66 67 681,5 409 396 356 284 218 172 139 115 100 88 79 61 50 50 50 50 52 55 55 551,75 409 396 343 251 178 139 108 88 75 66 59 44 37 37 37 38 40 41 42 452,0 409 383 317 224 178 139 108 88 75 66 59 44 37 37 37 38 40 41 42 452,5 396 356 254 152 100 73 55 45 37 32 28 21 20 20 20 21 22 24 25 263,0 370 304 211 95 63 44 30 25 21 17 16 13 12 12 13 13 15 16 17 193,5 343 271 165 63 40 26 19 15 13 12 11 9,8 9,1 8,8 8,8 9,4 11 12 13 154,0 317 238 132 45 24 16 13 11 9,6 9,0 8,4 7,5 7,4 7,4 7,5 7,9 8,6 9,4 11 124,5 297 211 106 33 17 11 9,2 7,9 7,3 6,6 6,3 6,1 6,1 6,2 6,5 6,7 7,1 7,7 8,7 9,65,0 277 185 79 24 13 8,3 7,0 6,3 5,7 5,1 5,0 5,0 5,1 5,4 5,5 5,8 6,1 6,3 6,9 7,75,5 257 161 59 19 9,9 7,1 5,7 5,0 4,5 4,2 6,0 244 140 46 13 7,7 5,7 4,8 4,1 3,8 6,5 231 122 37 11 5,9 4,6 3,7 3,2 7,0 218 106 32 9,0 5,0 3,8 3,2 2,6 7,5 205 94 26 7,5 4,4 3,3 2,8 8,0 193 82 22 6,3 3,7 2,9 2,4 8,5 184 74 19 5,3 3,2 2,5 2,1 9,0 174 66 16 4,6 2,8 2,1 9,5 169 59 13 4,1 2,5 2,0

Q0 = 0,08 S1 = 1,58 S2 =3,03

10,0 164 53 12 3,7 2,2 1,7 10,5 158 49 11 3,3 2,1 1,7 11,0 153 45 9,5 3,0 2,0 1,7 11,5 149 41 8,4 2,5 1,7 12,0 145 37 7,7 2,5 1,7



TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kỹ thuật chiếu sáng - chiếu sáng tiện nghi và hiệu quả năng lượng, Đặng Văn Đào, Lê

Văn Doanh, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2008. 2. Quang học kiến trúc - Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo, Việt Hà, Nguyễn

Ngọc Giả, Nhà xuất bản xây dựng, 2007. 3. Vật lí – công nghệ - đời sống, Lê Nguyên Long, Nguyễn Khắc Mão, Nhà xuất bản

Giáo dục, 2003. 4. Handbook of electrical design details, Neil Sclater, John E.Traister, The McGraw-Hill

Companies, 2003. 5. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN259 :2001 tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng

nhân tạo đường, đường phố, quảng trường đô thị. 6. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN333 :2005 tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng

nhân tạo bên ngoài các công trình công cộng và kỹ thuật hạ tầng đô thị. 7. Giáo trình kỹ thuật nhuộm - in bông, TS Phạm Thành Quân, Trường Đại học Bách

khoa thành phố Hồ Chí Minh. 8. Đồ án tốt nghiệp của các sinh viên Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh. 9. Trang web sử dụng năng lượng hiệu quả :http://www.energyefficiencyasia.org



PHẦN BÀI TẬP

Bài 1 : Một bóng đèn tròn sợi đốt công suất 75W phát quang thông Φ=600lm. Tính

cường độ sáng do bóng đèn này phát ra. Lời giải : Nguồn sáng này coi như nguồn sáng điểm. Ngoài ra do có dạng hình tròn nên

quang thông phát ra được coi như phân bố đều khắp ra không gian xung quanh và do đó cường độ sáng theo mọi phương đều bằng nhau. Theo định nghĩa ta có cường độ sáng theo

một phương là : 600 47,754

I Cdπ

Φ= = =

Ω.

Bài 2 : Cho biết bán kính trái đất r = 6300km, mặt trời là R = 695.000km, khoảng cách

từ trái đất đến mặt trời là d = 150.000.000km. a) Tính góc khối từ mặt trời nhìn toàn bộ trái đất và từ trái đất nhìn toàn bộ mặt trời. b) Giả thiết ánh sáng mặt trời gây ra độ rọi đều E=116.000 lux tại mọi điểm trên mặt

đất. Hãy tính quang thông do mặt trời gửi đến mặt đất. c) Mật độ năng lượng bức xạ mặt trời gửi đến trái đất trung bình là 1kW/m2. Giả thiết

khí quyển trái đất giữ lại 29% dòng năng lượng của mặt trời trước khi đến trái đất. Hãy tính tổng công suất bức xạ của mặt trời.

d) Tính cường độ sáng và độ chói của mặt trời đối với người quan sát trên mặt đất. Lời giải : a) Do d>>r và d>>R nên khi xét góc khối mà mặt trời nhìn thấy trái đất thì ta coi như mặt

trời là một điểm và ngược lại nếu xét góc khối từ trái đất nhìn.toàn bộ mặt trời thì coi trái đất là 1 điểm. Khi đó diện tích nhìn thấy trái đất từ mặt trời là πr2 và diện tích nhìn thấy mặt trời từ trái đất là πR2. Ta có :

Góc khối nhìn trái đất ΩS = 2

92 5,55.10r Sr

dπ −=

Góc khối nhìn mặt trời ΩE = 2

62 67,5.10R Sr

dπ −=

b) Diện tích biểu kiến của trái đất bị chắn bởi góc khối ΩS là S = πr2 = 1,25.1014 m2 Quang thông do mặt trời gửi đến trái đất là Φ = E.S =116.103. 1,25.1014 =145.1017lm c) Công suất bức xạ của mặt trời gửi đến trái đất là :

W1 =1kW/m2.1,25.1014 =1,25.1014 kW Công suất bức xạ mặt trời phát ra trong góc khối ΩS là :

r

I ΩS

Mặt trời

Trái đất

d



W2 = W1.100

(100 29)− = 1,25.1014. 100

(100 29)− = 1,76.1014 kW

Tổng công suất bức xạ do mặt trời phát ra toàn bộ không gian (góc khối 4π) là :

W = W2.4

S

πΩ

= 1,76.1014. 9

4.5,55.10

π− = 4.1023 kW

d) Cường độ sáng của mặt trời chiếu xuống trái đất theo định nghĩa là :

I = 19

279

1, 45.10 2,61.105,55.10

Cd−

Φ= =

Ω

Độ chói đối với người quan sát trên mặt đất :

( )

279 2

22 6

2,61.10 1,72.10 /. 695.10

IL Cd mRπ π

= = =

Ta nhận thấy độ chói khá lớn nên không thể nhìn mặt trời trực tiếp bằng mắt. Tuy nhiên vào buổi sáng và chiều khi mặt trời ửng đỏ thì nhìn được trực tiếp bằng mắt. Điều này không phải là do mặt trời suy giảm độ chói mà do tia sáng bị khúc xạ xiên góc khi vào bầu khí quyển của trái đất.

Bài 3 : Một bóng đèn tròn có quang thông 1380lm toả tia như nhau theo mọi hướng.

Đèn này được treo giữa bàn đọc sách ở độ cao 1,3 m so với mặt bàn.

a) Tính khoảng cách từ giữa bàn đến quyển sách để độ rọi tại điểm đó là 50 lux.

b) Giả sử trang sách phản xạ khuyếch tán đều với hệ số phản xạ bằng 0,7. Tính độ chói của trang sách.

c) Giả thiết bóng đèn được đặt ở tâm quả cầu nhựa mờ có đường kính 0,3m. Bề mặt quả cầu mờ truyền xạ khuyếch tán đều với hệ số truyền xạ ρtxđ = 0,8. Xác định độ chói của bề mặt quả cầu mờ.

Lời giải : a) Bóng đèn tròn được coi như nguồn sáng điểm nên cường độ toả tia theo một phương

bất kỳ là:

I = 1380 1104 4

Cdπ π

Φ= =

Độ rọi trên quyển sáng là :

E = 2 2

3 3 32 2

50.1,3os os os 0,438110

I I Ehc c Cd h I

α α α= ⇒ = = =

ML = h.tgα = 1,3.0,438 = 0,57m

b) Theo định luật Lambert ta có L = 20,7.50 11,1 /E Cd mρπ π

= =

c) Quang thông thoát ra khỏi mặt cầu là Emc = ρtxđ . Eđ = 0,8.1380 = 1104 lm

Cuờng độ sáng do mặt cầu tỏa ra theo phương bất kỳ là I = 1104 884 4

Cdπ π

Φ= =

Độ chói quả cầu L = 22 2

88 1245 /.0,15

I Cd mrπ π

=

h

I

M

d

α

L

n



Bài 4 : Một bóng đèn tuyp dài l = 1,2m phát ra cường độ sáng I = 300Cd theo phương vuông góc với trục đèn. Bề mặt đèn ống khuyếch tán đều và có đường kính 38mm.

a) Tính độ chói của bề mặt bóng đèn. b) Xét một bề mặt được chiếu sáng đặt tại điểm O cách trục đèn một khoảng h=2,4m và

cách đầu bóng đèn khoảng cách x1 = 0,8m. Giả thiết pháp tuyến của bề mặt này vuông góc với trục đèn.

- Tính độ rọi vi phân dE ở điểm O do một nuyên tố vi phân dr của đèn ống gây ra. - Tính độ rọi toàn phần do đèn ống gây ra Lời giải : a) Diện tích biểu kiến (của người quan sát) bề mặt đèn ống là : S = l.d = 1,2.0,038 = 0,0456m2

Độ chói bề mặt đèn là : L = 2300 6579 /0,0456

I Cd mS

= =

b) Do bề mặt ống truyền xạ khuyếch tán đều nên theo định luật Lambert độ chói tại mọi

điểm trên bề mặt đèn là hằng số L = const, do đó độ chói của nguyên tố phát sáng dx bằng độ

chói của cả đèn, tức là: .ons. .

dI I dI I I dxL c t dIdS S dx d l d l

= = = ⇒ = = = . Cũng theo định luật

Lambert, đầu mút các vectơ cường độ sáng toả ra từ nguyên tố dx nằm trên đường tròn đường kính dI vuông góc với trục đèn.

Khoảng cách từ O đến dx là osh

c α nên theo định luật tỷ lệ nghịch bình phương ta có độ

rọi dE do dx tạo ra tại điểm O là :

dE = 2 4

2 2 2

'. os . os . os . os . . os.

os

dI c dI c c c I dx ch l hh

c

α α α α α

α

= =⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Độ rọi tổng do toàn bộ đèn gây ra tại điểm O là : 0,690,692 4 2

2 20,32Den 1 0,32

. os . os sin 2. os . 2 4

I c h I c IE dE d dl h c l h lh

α

α

α α α αα αα

⎛ ⎞ ⎡ ⎤= = = = +⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦∫ ∫ ∫

Trong đó :

1 0,81 ar ar 0,322, 4

1 0,8 1,22 ar ar 0,692, 4

xctg ctghx lctg ctg

h

α

α

= = =

+ += = =

lx1

h

α1

α2

xO

dI’

dI

α

dxx



Như vậy : ( ) ( )sin 2.0,69 sin 2.0,32300 0,69 0,32

1, 2.2, 4 2 4E

−⎡ ⎤−= +⎢ ⎥

⎣ ⎦= 29,3 lux

Bài 5 : Một đèn chiếu sáng đường phố dạng hình cầu

có cường độ sáng phân bố đều I = 200Cd. Đèn được đặt cao 6m so với mặt đất.

Tìm độ rọi tại vị trí nhìn thẳng đứng cách mặt đất 1,5m (người đi đường) và cách nơi đặt đèn 15 m theo chiều ngang.

Lời giải : 06 1,5ar 16,7

15ctgβ −⎛ ⎞= =⎜ ⎟

⎝ ⎠

Theo định luật tỷ lệ nghịch bình phương ta có :

E = 0

2 2 2

os 2000. os16,7 7,34lux6 15

Ic cd

β= =

+

Bài 6 : Một đèn tròn phẳng bán kính 15cm lắp trên trần trong phòng làm việc. Người ta

đo được độ chói trên mặt đèn là L = 40.000Cd/m2. Một quyển sách đặt trên mặt bàn ở điểm P cách trục đèn 3m và cách trần nhà 2m.

Tính cường độ sáng của đèn hướng đến P và độ rọi tại vị trí đặt sách.. Lời giải : Diện tích bề mặt đèn là S = πR2 = 3,14.0,152 = 0,07065cm2.

Góc giữa pháp tuyến củă mặt bàn và phương ĐP là 03ar 56,32

ctgα = =

Diện tích biểu kiến của mặt đèn đối với người quan sát tại P là : Sβ = S.cosβ = 0,07065.cos56,30 = 0,0392 cm2.

Theo định nghĩa độ chói 40000.0,0392IL I LSS β

β

= ⇒ = = = 1568Cd

Theo định luật tỷ lệ nghịch bình phuơng ta có :

2 2 2

os 1568.0,555 66,942 3

IcEd

α= = =

+lux

Bài 7 : Một đèn chiếu sáng chiếu xuống điểm Q tạo nên độ chói trung bình theo hướng

đến điểm P là 465.000Cd/m2. Cho biết đường kính đèn chiếu 2r = 12cm. Vị trí các điểm P và Q xác định như trên hình vẽ.

6m

I

M

d

β

L

1,5m A

15m

Hướng nhìn

2m

I

d

αP

3m

15cm

β

n →

Đ



Tìm độ rọi tại điểm P. Lời giải :

04,8 4,8 4,8ar ar 19,47,2 7,2

ctg ctgα +⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Diện tích mặt đèn chiếu là 2 2 2.6 113,1S r cmπ π= = = . Diện tích này hướng về điểm Q. Diện tích biểu kiến mặt đèn nhìn từ điểm P là SP = S.cosα = 106,7cm2. Cường độ sáng theo hướng điểm P là I = L.SP =465000.0,01067 = 4962 Cd Độ rọi tại P tuân theo định luật tỷ lệ nghịch bình phương :

0

2 2 2

os 4962. os33,77, 2 4,8

Ic cEd

β= = =

+55,1 lux

Trong đó 04,8ar 33,77,2

ctgβ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠

Bài 8 : Một lỗ lấy ánh sáng tự nhiên trên trần nhà có bán kính R=1m có độ chói bầu trời

trung bình là L=1000Cd/m2. Khoảng cách từ lỗ lấy sáng đến sàn nhà h=5m. a) Xác định độ rọi nguyên tố dE do diện tích dS gây ra nhìn từ P dưới góc khối dΩ. b) Tìm độ rọi ngang E ở điểm P do lỗ lấy sáng tạo nên. c) So sánh với kết quả khi coi lỗ lấy sáng là nguồn điểm tại O d) Tính độ rọi khi R→ ∞ (cả bầu trời) Lời giải :

7,2m I

d

α

P 4,8m

βn →

Đ

4,8m Q

h

O

d

dr r R

γ dΩ

P

Iγ

IN



a) Xét nguyên tố hình vành khăn tâm O, bán kính r, bề rộng dr có diện tích là dS =2πr.dr. Nguyên tố này phát cường độ sáng Iγ về điểm P.

Diện tích biểu kiến của dS nhìn từ P là SP = dS.cosγ Cường độ sáng theo phương từ dS đến điểm P là Iγ = L.SP = L.dS.cosγ Độ rọi do dS gây ra tại P tuân theo định luật tỷ lệ nghịch bình phương :

2

2 2

os . . osI c L dS cdEd d

γ γ γ= =

Hình vành khăn được nhìn từ P dưới góc khối dΩ là :

2 2

osPdS dScdd d

γΩ = =

Từ 2 biểu thức trên ta xác lập quan hệ giữa dE và dΩ là : 2

2 2

. . os . . os os . os .L dS c L dS cdE c L c dd d

γ γ γ γ= = = Ω

b) Tính độ rọi toàn phần E :

( ) ( )2 2

2 222 2 2 22 2

( ) 0 0 0

. . os . os .2 . . 12 22

RR R

S

L dS c L c r dr r drE Lh Lhd d r hr h

γ γ π π π⎡ ⎤⎢ ⎥= = = = −

+⎢ ⎥+ ⎣ ⎦∫ ∫ ∫

2 2 2

2 2 2 2 2 2

11 1000 120,81 5

h RE L LR h R h

π π π⎡ ⎤

= − = = =⎢ ⎥+ + +⎣ ⎦ lux

Trong đó 2

22 2os hc

h rγ =

+ và 2 2 2d h r= + còn tích phân được tra bảng.

c) Nếu lỗ lấy sáng là nguồn điểm tại O thì cường độ sáng theo hướng OP là I=LπR2. Khi đó theo định luật tỷ lệ nghịc bình phương ta có :

2 2

2 2 2

.1000.1 125,75

I LREh h

π π= = = = lux

Độ sai số khi coi lỗ lấy sáng là nguồn sáng điểm : 2 2

22 2 2

2 2

2 2

%

R RL L RR h hER hL

R h

π π

π

−+Δ = =

+

Giả sử sai số không vượt quá 1% thì ta phải có 2

2

1% 10100

R hEh R

Δ = < ⇒ >

d) Khi kích thước lỗ lấy sáng rất lớn (cả bầu trời thì) : 2

2 2 .1000 3141,6R

RE Lim L LR h

π π π→∞

⎛ ⎞= = = =⎜ ⎟+⎝ ⎠

lux

Bài 9 : Giải bài trên với trường hợp lỗ lấy sáng hình chữ nhật kích thước a × b. Lời giải : (sinh viên tự làm) Bài 10 : Tính quang thông của một nguồn sáng có công suất bức xạ P(W) phát ra tia

đơn sắc có bước sóng λ. Cho ví dụ. Lời giải :



Theo định nghĩa quang thông ta có : Φ = 683.P.V(λ) Trong đó 683 (lm/W) là một hằng số vật lý được xác định từ định nghĩa Cadela, biểu thị

sự chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm nhận thị giác. Ví dụ : một nguồn sáng bức xạ toàn bộ công suất 1W phát tia đơn sắc có λ=555nm thì Φ

= 683.1.1=683 lm. Cần lưu ý công suất bức xạ P nhỏ hơn công suất mà nguồn sáng tiêu thụ. Bài 11 : Tính quang thông của một nguồn sáng có tổng công suất bức xạ P(W) phát ra

một số lượng hữu hạn tia đơn sắc có bước sóng λi, trong đó bước sóng λi có công suất bức xạ là P(λi). Cho ví dụ.

Lời giải :

Theo định nghĩa quang thông ta có )(.)(.6831

i

n

ii VP λλ∑

=

=Φ , Trong đó :

n là tổng số tia sáng đơn sắc do nguồn phát ra P(λi) là mức năng lượng của tia đơn sắc có bước sóng λi, đơn vị W v(λi) được tra theo bảng (nếu giá trị không có trong bảng thì cho phép nội suy). Trường hợp đặc biệt nếu năng lượng nguồn sáng phân bố đều thì :

P(λ1)=P(λ2)=…=P(λi)=P(λn)=const =nP nên ta có ∑

=

=Φn

iiV

nP

1)(..683 λ

- Ví dụ 1 : công suất bức xạ thành ánh sáng của đèn là 1W, nó phát 38 tia đơn sắc có bước sóng như bảng phụ lục 1 với năng lượng phân bố đều thì:

38 38

1 1

1 1683. ( ) ( ) 683. . ( ) .683.11,685 21038 38i i i

i iP V V lmλ λ λ

= =

Φ = = = =∑ ∑

So sánh với trường hợp nguồn 1W phát tia đơn sắc 555nm đã tính ở trên ta thấy quang thông tỏng trường hợp này bé hơn nhiều trong khi công suất nguồn bức xạ đều bằng nhau.

- Ví dụ 2 : công suất bức xạ thành ánh sáng của nguồn là 1W, nó phát 20 tia đơn sắc, trong đó 10 tia đơn sắc có bước sóng giống 10 tia đầu tiên trong bảng phụ lục 1 và 10 tia đơn sắc có bước sóng giống 10 tia cuối cùng trong bảng phụ lục 1. Giả thiết năng lượng phân bố đều cho mỗi tia thì:

10 38

1 29

1 1 1.683. ( ) .683. ( ) .683(0,3684 0,1255) 3410 10 10i i

i iV V lmλ λ

= =

Φ = + = + =∑ ∑

Ta thấy quang thông có giá trị rất thấp vì các tia có bước sóng nằm gần sát biên của vùng ánh sáng nhìn thấy.

- Ví dụ 3 : Một đèn phóng điện phát ra phổ ánh sáng gồm 4 tia đơn sắc với các số liệu cho trong bảng sau :

λi(nm) Pi(W) V(λi) 404,7 26,0 0,0008 435,8 20,8 0,018 546,1 2,6 0,979 578,0 15,2 0,886

Trong đó : λi là bước sóng của tia đơn sắc thứ i Pi là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i. V(λi) là số liệu lấy từ đường cong hiệu quả ánh sáng Quang thông do đèn phát ra là :



( )4

1

683. ( ) ( ) 683. 26.0,0008 20,8.0,018 2,6.0,979 15,2.0,886

683.16,4 11200

i ii

P V

lm

λ λ=

Φ = = + + + =

= =

∑

Ta cũng có thể tính phần công suất điện mà đèn đã biến đổi thành ánh sáng là :

Pánh sáng 4

1

( ) 26 20,8 2,6 15,2 64,6Wii

P λ=

= = + + + =∑

Bài 12 : Tính quang thông của một nguồn sáng phát quang phổ ánh sáng liên tục Lời giải : Trường hợp nguồn sáng bức xạ quang phổ liên tục các ánh sáng nhìn thấy thì phải dùng

phuơng pháp tích phân để tính quang thông. Muốn vậy phải biết biểu thức v(λ), nếu không biết phải chia đường cong phân bố phổ liên tục W(λ) thành rất nhiều điểm rời rạc để tính toán.

∫=Φ2

1

).().(683λ

λ

λλλ dVW

Ánh sáng ban ngày có quang thông là: ∫=Φnm

nm

dVW780

380

).().(683 λλλ

Trường hợp đặc biệt : nếu công suất nguồn sáng là P được phân bố đều liên tục trên toàn

bộ bước sóng nhìn thấy thì W(λ) = ( / )780 380 400

P P W nm=−

và ta có :

780

380

683. . ( ). 683. .104,6727 179.400 400

nm

nm

P PV d Pλ λΦ = ≈ =∫

Tích phân hàm V(λ) trong công thức trên được tính theo phương pháp diện tích trong phần mềm Autocad.

Bài 13: Xác định công thức tính hệ số sử dụng tổng hợp dựa theo cách bố trí đèn và

đuờng cong hệ số sử dụng của từng đèn như các hình vẽ dưới đây. Lời giải : Bài 14 : Cho đường phố chính có cấp chiếu sáng A, lưu lượng xe lớn nhất ban đêm trên

3000 xe/giờ. Chiều dài đường 1600m, chiều rộng l = 7,5m, lớp phủ mặt đường nhựa trung bình. Cột đèn có độ vươn s = 2,4m. Giả thiết hệ số suy giảm quang thông của đèn V=0,8.

Yêu cầu lắp đặt đèn 1 bên và sử dụng choá đèn kiểu bán rộng.

A B

K’1B

K2A

K1A

K”1B

K = (K1A + K2A) + (K’1B – K”1B) K = (K1B + K2B) + (k’2A - K”2A)

h

A B

K”2A K’2A

K1B

K2B



Hãy đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : Tra bảng độ chói yêu cầu của TCXDVN259 :2001 với đường cấp A, lưu lượng

>3000xe/giờ thì Ltb = 1,6cd/m2. * e/h ≤ 3,5 : điều kiện độ treo cao đèn cực đại * l ≤ h : điều kiện đảm bảo độ đồng đều * Theo kinh nghiệm h=8-10m Như vậy ta có h≥ l = 7,5m nên ta chọn h=10m để phù hợp với loại trụ hiện có trên thị

trường. Do đó e ≤ 3,5h = 35m tức là emax = 35m. Như vậy số lượng cột đèn cần chế tạo là l/e+1 =1600/35 +1 ≈ 47 cột.

- Tính toán hệ số sử dụng: Để nâng cao hiệu quả sử dụng của bộ

đèn, bố trí cột đèn nằm trên vỉa hè, cách mép đường 0,3m, như vậy do s>0,3m nên hình chiếu của đèn nằm trên mặt đường như hình bên. Khi đó k=k1A+k2A

Vì đề bài không cho đường cong hệ số sử dụng để tra hệ số k1 và k2 nên ta tính gần đúng theo công thức trong TCXDVN259:2001 như sau :

l1 = lđường – (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 chọn đèn sodium áp suất cao, vỏ thuỷ tinh mờ. Theo TCXDVN259 với l/h = 0,5 thì

k=0,2 và nếu l/h= 1 thì k =0,25 . Bằng cách nội suy ta có :

k1A = f(l1/h) = ( ) ( )( )

0,54 0,50,2 0,25 0,2

1 0,5−

+ − =−

0,204

k2A = f(l2/h) = ( ) ( )( )

0,21 0,50,2 0,25 0,2

1 0,5−

+ − =−

0,171

Vậy k = 0,204+0,171 = 0,375 - Chọn đèn : Tra bảng với mặt đường nhựa trung bình dùng đèn bán rộng có R = 14

Quang thông đèn là . . . 7,5.35.1,6.14. 0,8.0,375tbl e L R

V kΦ = = =19.600 lm

Tra phụ lục 2 ta chọn đèn cao áp sodium bầu đục hình trụ có công suất 150W, quang thông 14.000lm. Nếu chọn đèn 250W có quang thông 25.000lm sẽ rất lãng phí, nếu tăng e để tăng Φ thì e>emax lại không đảm bảo độ dồng đều.

Khi chọn đèn 150W ta thấy 14.000lm <19.600lm không đạt yêu cầu. Như vậy ta lại quay lại từ đầu để tính toán với e giảm xuống e<emax, ví dụ lấy e=30m. Quá trình tính toán cứ lặp lại cho đến khi Φtính toán = 14.000lm thì dừng lại.

vỉa hè lđường

K2

K1 K1A

K2A k=k1A + k2A

s



Lưu ý một điều là e không thể giảm nhỏ quá vì e nhỏ làm mật độ cột dày lên và mỹ quan đô thị không còn. Thông thường nếu giảm e<30m mà quang thông Φ vẫn lớn hơn 14.000lm thì bắt buộc ta phải chọn đèn 250W-25.000lm.

Bài 15 : Giải bài toán trên nhưng bố trí đèn chiếu sáng hai bên đường kiểu so le và lòng

đường rộng l=10m. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : Tra bảng độ chói yêu cầu của TCXDVN259 :2001 với đường cấp A, lưu lượng

>3000xe/giờ thì Ltb = 1,6cd/m2. * e/h ≤ 3,2 : điều kiện độ treo cao đèn cực đại * l ≥ h ≥ 2/3l : điều kiện đảm bảo độ đồng đều * Theo kinh nghiệm h=8-10m Như vậy ta có 10m ≥ h ≥ 6,7m nên ta

chọn h=10m để phù hợp với loại trụ hiện có trên thị trường. Do đó e ≤ 3,2h = 32m tức là emax = 32m. Như vậy số lượng cột đèn cần chế tạo là l/e +1 =1600/32 + 1 ≈ 51 cột.

Lưu ý : Với lòng đường rộng 7,5m ta không thể bố trí 2 bên vì điều kiện l ≥ h thì h =7,5m quá thấp so với lòng đường.

- Tính toán hệ số sử dụng: Để nâng cao hiệu quả sử dụng của bộ

đèn, bố trí cột đèn nằm trên vỉa hè, cách mép đường 0,3m, như vậy do s>0,3m nên hình chiếu của đèn nằm trên mặt đường như hình bên, khi đó k=k1A + k2A. Ta chỉ tính hệ số sử dụng của 1 đèn vì 2 đèn so le, không ảnh hưởng đến nhau.

Vì đề bài không cho đường cong hệ số sử dụng để tra hệ số k1 và k2 nên ta tính gần đúng theo công thức trong TCXDVN259:2001 như sau :

l1 = lđường – (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 chọn đèn sodium áp suất cao, vỏ thuỷ tinh mờ. Theo TCXDVN259 với l/h = 0,5 thì

k=0,2 và nếu l/h= 1 thì k =0,25 . Bằng cách nội suy ta có :

k1A = f(l1/h) = ( ) ( )( )

0,79 0,50,2 0,25 0,2

1 0,5−

+ − =−

0,229

k2A = f(l2/h) = ( ) ( )( )

0,21 0,50,2 0,25 0,2

1 0,5−

+ − =−

0,171

Vậy k = 0,229+0,171 = 0,4 - Chọn đèn : Tra bảng với mặt đường nhựa trung bình dùng đèn bán rộng có R = 14

Quang thông đèn là . . . 10.32.1,6.14. 0,8.0,4tbl e L R

V kΦ = = =22.400 lm


K2

K1 K1A

K2A k=k1A + k2A

s



Tra phụ lục 2 ta chọn đèn cao áp sodium bầu đục hình trụ có công suất 250W, quang thông 25.000lm. Quang thông đèn có lớn hơn quang thông tính toán chút ít nhưng chấp nhận được vì nếu chọn đèn 150W-14.000lm để giảm e xuống thì mật độ cột rất dày, không đảm bảo mỹ quan đô thị.

Bài 16 : Lòng đường rộng 14m, lớp phủ mặt đường nhựa màu sáng trung bình. Cho biết

đây là phố buôn bán nên ánh sáng quảng cáo và tủ trưng bày hàng hoá rọi xuống mặt đường tạo thành vệt sáng gây hiệu ứng thấp thoáng cho người lái xe.

Để xoá được các vệt sáng, cần thiết kế hệ thống chiếu sáng đường với độ chói trung bình Ltb=2,2cd/m2.

Bố trí trên vỉa hè cách mép đường 0,3m, độ vươn cần đèn s=1,5m. Bộ đèn sử dụng là sodium áp suất cao, kiểu phân bố ánh sáng bán rộng, hệ số suy giảm quang thông v=0,8 và đường cong hệ số sử dụng như hình sau

Hãy tính đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này theo phương pháp tỉ số R. Lời giải : - Xác định thông số hình học bố trí theo

TCXDVN259-2001 : + Theo điều kiện đảm bảo độ đồng đều

ta có h ≤ lđường /1,5 = 14/1,5 =9,3m. Để phù hợp với loại cột hiện có trên thị trường ta chọn h=8m.

+ Theo điều kiện độ cao treo đèn cực đại ta có : emax = 3,5h =3.8=24m.

- Tính toán hệ số sử dụng : Do 2 đèn bố trí đối xứng nên hai cắp

đường cong hệ số sử dụng cũng đối xứng nhau. Do vậy ta chỉ tính hệ số sử dụng cho 1 đèn (ví dụ hình bên là đèn bên trái, ký hiệu kT), còn hệ số sử dụng của cả 2 đèn là k = 2kT.

l1 = lđường – (s-0,3) = 14-(1,5-0,3) = 12,8m l2 = (s-0,3) = 1,5-0,3 = 1,2m

K2

1lh

2lh

K1

0,5 1 1,5 2 2,5 3 0,5 1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

Đèn


K2

K1 K1A

K2A k=k1A + k2A

s



l1/h = 12,8/8 = 1,6 l2/h = 1,2/8 = 0,15 Tra đường cong hệ số sử dụng đã cho ta có :k1 = 0,41 và k2 = 0,03. Vậy kT = 0,41 + 0,03 = 0,44 và k = 2kT = 2.0,44 = 0,88. - Chọn đèn : Tra bảng với mặt đường nhựa trung bình dùng đèn bán rộng có R = 14

Quang thông đèn là . . . 14.24.2,2.14. 0,8.0,88tbl e L R

V kΦ = = =14.700 lm

Tra phụ lục 2 ta chọn đèn cao áp sodium bầu đục hình trụ có công suất 150W, quang thông 14.000lm. Quang thông đèn bé hơn quang thông tính toán chút ít nhưng phải chấp nhận vì nếu chọn đèn 250W-25.000lm thì lãng phí lớn trong khi không thể tăng e lên được nữa để giảm số đèn. Ta cũng không giảm e nữa vì e=24m đã khá dày trong không gian đô thị.

Thông thường với bài toán này người ta phải tìm hãng chế tạo đèn có công suất 150W nhưng quang thông cao nhất. Chẳng hạn có thể một nhà chế tạo nào đó có đèn 150W-14600lm thì ta chọn loại đèn này là hợp lý nhất.

Bài 17 : Tuyến đường dài 690m, lớp phủ nhựa đường sáng trung bình, độ chói trung

bình yêu cầu Ltb = 2cd/m2. Bố trí đèn trên dải phân cách với các kích thước như hình vẽ bên dưới. Do đường đôi

đòi hỏi mỹ quan nên yêu cầu độ cao treo đèn tối thiểu h=10m. Bộ đèn sử dụng là sodium áp suất cao, kiểu phân bố ánh sáng bán rộng, hệ số suy giảm quang thông v=0,8 và đường cong hệ số sử dụng như hình sau.

Hãy tính đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này theo phương pháp tỉ số R. Lời giải : Do tính chất đối xứng, ta chỉ xét 1 đường bên phải, kết quả tính toán áp dụng được cho

đường bên trái. - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : + Do đề bài đặt ra đã cho h = 10m nên theo điều kiện độ cao treo đèn cực đại ta có :

emax = 3,5h =3.10=35m. + Số cột đèn cần lắp đặt là : 690/35+1 = 21 đèn

K2

1lh

2lh

K1

0,5 1 1,5 2 2,5 3 0,5 1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

Đèn



- Tính toán hệ số sử dụng : Nhìn vào hình vẽ trên ta có K = KB + KA = (K1B + K2B) + (K’2A - K”2A) + Với đèn A chỉ có nhánh K2 ảnh hưởng đến tuyến đường bên phải :

l’2A = 7m + 2m/2 + 1,5m = 9,5m l’2A/h = 9,5/10 = 0,95 Tra đường cong có K’2A = 0,24

l”2A = 2m/2 + 1,5m = 2,5m l”2A/h = 2,5/10 = 0,25 Tra đường cong có K”2A = 0,1

Vậy KA = 0,24 - 0,1 = 0,14 + Với đèn B cả nhánh K2 và K1 đều ảnh hưởng đến tuyến đường bên phải :

l1B = 7m – (1,5m - 1m) = 6,5m l1B/h = 9,5/10 = 0,65 Tra đường cong có K1B = 0,21

l2B = (1,5m - 1m) = 0,5m lB/h = 2,5/10 = 0,05 Tra đường cong có K2B = 0,02

Vậy KB = 0,21 + 0,02 = 0,22 + Hệ số sử dụng tổng K = 0,14 + 0,22 = 0,36 - Chọn đèn : Tra bảng với mặt đường nhựa trung bình dùng đèn bán rộng có R = 14

Quang thông đèn là . . . 7.35.2.14. 0,8.0,36tbl e L R

V kΦ = = =23.819 lm

Tra phụ lục 2 ta chọn đèn cao áp sodium bầu đục hình trụ có công suất 250W, quang thông 25.000lm.

Bài 18 : Cho sơ đồ bố trí đèn như hình vẽ, trong đó lòng đường rộng l = 10,5m, chiều cao treo đèn h = 10m, khoảng cách các trụ đèn e = 30 m, độ vươn cần đèn s = 2,0m, cột đèn bố trí trên vỉa hè cách mép đường 0,3m.

Dùng bộ đèn Sodium 250W-25.000lm. Cho biết cường độ sáng theo của bộ đèn phương γ là Iγ =600.cos2γ khi bộ đèn này lắp nguồn sáng có quang thông 1000lm.

Điểm quan sát (ký hiệu P) cách mép đường (phía có lắp đèn) là 2m và cách đèn B theo chiều dọc đường là 10m về phía người quan sát. Cấp độ chói của lớp phủ mặt đường là R4.

Hãy tính độ rọi EP và độ chói LP tại điểm P đối với người quan sát khi cả hai đèn A, B đều bật sáng, các đèn khác không ảnh hưởng đến điểm P. Lưu 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 được, không cần tính toán nội suy.

h

A B

1,5m

7m 7m 2m

K”2A K’2A

K1B

K2B



Lời giải : Gọi hình chiếu của đèn A lên mặt đường là điểm N, hình chiếu đèn B lên mặt đường là

điểm K. Đường thẳng GD đi qua điểm P song song với trục đường, đường thẳng CQ đi qua điểm P và vuông góc với trục đường. Cần đèn có độ vươn s = 2m, cột đèn lắp trên vỉa hè cách mép đường 0,3m nên đèn nhô ra so với mép đường là 2-0,3 = 1,7m.

Vị trí mắt quan sát theo quy ước cách đèn A một khoảng 60m theo chiều dọc trục đường, cách mép phải của đường l/4 = 10,5/4 = 2,625m.

- Trước hết ta xét độ chói và độ rọi do đèn A :

( ) ( ) ( ) ( )2 22 210 2 0,3 30 10 2 2 0,3PN e s= − + − − = − + − −⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = 20,003m

20,003ar ar10A

PNctg ctgh

γ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

= 63,440

Cường độ sáng do đèn A phát theo hướng γA đến điểm P là :

S=2m

h=10m

l=10,5m

e=30m

0,3m 2m

A

B

10m P

2,625m

Mắt quan sát

γB

γA

βA

βB

N

K

60m

ΙγΑ

ΙγΒ

Q

M

C

D

G



Iγ.A.P = ( )2 0 25000600.cos 63,44 .1000

= 2998,9cd

Độ rọi do đèn A gây ra tại điểm P là :

( ). . 3 3 0. 2 2

2998,9. os . os 63,4410

A PA P

IE c c

hγ γ= = = 2,68 lux

Để tính độ chói ta cần tìm R4, muốn vậy ta phải tính βA : Với βA =174,940 và tgγA = 2,00, tra bảng R4 lấy giá trị sát nhất (đề bài không yêu cầu

nội suy để tìm giá trị chính xác) ta có R4 = 38.10-4. Theo phương pháp độ chói điểm ta có :

. . 4. 4 2 2

2998,9. 38.1010

A PA P

IL R

hγ −= = = 0,11 cd/m2.

- Xét độ chói và độ rọi do đèn B :

( ) ( )2 22 210 2 0,3 10 2 2 0,3PK s= + − − = + − −⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = 10,005m

10,005ar ar10B

PKctg ctgh

γ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

= 45,010

Cường độ sáng do đèn B phát theo hướng γB đến điểm P là :

Iγ.B.P = ( )2 0 25000600.cos 45,01 .1000

= 7497,4cd

Độ rọi do đèn B gây ra tại điểm P là :

( ). . 3 3 0. 2 2

7497,4. os . os 45,0110

B PB P

IE c c

hγ γ= = = 26,49 lux

Để tính độ chói ta cần tìm R4, muốn vậy ta phải tính βB : Với βB =14,650 và tgγB = 1,00, tra bảng R4 lấy giá trị sát nhất (đề bài không yêu cầu nội

suy để tìm giá trị chính xác) ta có R4 = 276.10-4. Theo phương pháp độ chói điểm ta có :

. . 4. 4 2 2

7497,4. 276.1010

B PB P

IL R

hγ −= = = 2,07 cd/m2.

- 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.

( )020 60 30 10ar ar 174,94

2 2 0,3 10,5 2 2,625A NPC MPQ ctg ctgβ⎛ ⎞ + −⎛ ⎞= + = + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟− − − −⎝ ⎠⎝ ⎠

( ) 02 2 0,310,5 2,625 2ar ar 14,6530 10 10B GPM KPD ctg ctgβ

− −⎛ ⎞− −⎛ ⎞= − = − =⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎝ ⎠



Bài 19 : Một tuyến đường có bề rộng l = 10,5m gồm có hai làn xe, chiều cao treo đèn h=10m, khoảng cách các trụ đèn e = 30 m, độ vươn cần đèn s = 2,0m, góc nghiêng cần đèn 50, cột đèn bố trí trên vỉa hè cách mép đường 0,3m. Cấp độ chói của lớp phủ mặt đường là R4.

Thiết kế sử dụng bộ đèn Sodium 250W-32.000lm loại Z2 của hãng Schréder, hệ số suy giảm quang thông là 0,89. Dùng phần mềm Ulysse V2.2 tính toán có các kết quả sau :

GIÁ TRỊ ĐỘ CHÓI TÍNH TOÁN TẠI CÁC ĐIỂM (cd/m2)

9,625 1,09 1,11 1,14 1,19 1,28 1,33 1,35 1,39 1,27 1,19 7,875 1,72 1,84 1,95 2,01 2,07 2,02 1,95 1,93 1,74 1,73 6,125 2,27 2,22 2,26 2,25 2,27 2,15 2,04 2,22 2,03 2,06 4,375 2,33 2,07 2,07 2,01 1,97 1,93 1,95 2,21 2,14 2,33 2,625 2,22 1,84 1,78 1,70 1,72 1,66 1,79 2,05 1,98 2,22 0,875 1,80 1,53 1,52 1,51 1,46 1,42 1,52 1,58 1,57 1,76 Y/X 1,500 4,500 7,500 10,500 13,500 16,500 19,500 22,500 25,500 28,500

GIÁ TRỊ ĐỘ RỌI TÍNH TOÁN TẠI CÁC ĐIỂM (lux)

8,750 35,4 29,2 22,5 16,1 13,4 13,4 16,1 22,5 29,2 35,4 5,250 59,9 45,4 35,9 25,0 21,1 21,1 25,0 35,9 45,4 59,9 1,750 65,3 48,9 40,2 31,6 26,7 26,7 31,6 40,2 48,9 65,3 Y/X 1,500 4,500 7,500 10,500 13,500 16,500 19,500 22,500 25,500 28,500

Hãy xác định : a) Độ rọi trung bình Etb, độ đồng đều chung của độ rọi U0E b) Độ chói trung bình Ltb, độ đồng đều chung của độ chói U0L, độ đồng đều dọc trục của

độ chói Ul.

Lời giải : a) Căn cứ vào bảng độ rọi điểm tính toán ở trên, ta xác định các giá trị sau :

Etb =

30

1 1

30

n

i ii i

E E

n= ==∑ ∑

= 34,4 lux . Trong đó n = 30 là số điểm tính độ rọi trong bảng

Emin = 1 30i iMin E

= ÷ = 13,4 lux

Suy ra độ đồng đều chung của độ rọi là :

U0E = min 13,4100% 100% 39%34,4tb

EE

× = × ≈

Theo TCXDVN259 :2001 thì U0E ≥ 40% nên giá trị này chưa đạt, tuy nhiên sai số rất bé nên vẫn chấp nhận được.

Đèn

X

Y

Hướng quan sát (dọc trục đường)

X = l/4, Y= -60m

Đèn

X

Đèn

Y

Đèn

Trục dọc đường



b) Căn cứ vào bảng độ chói điểm tính toán ở trên, ta xác định các giá trị sau :

Ltb =

60

1 1

60

n

i ii i

L L

n= ==∑ ∑

= 1,81 cd/m2 . Trong đó n = 60 là số điểm tính độ chói trong bảng.

Lmin = 1 60i iMin L

= ÷ = 1,09 cd/m2.

Độ đồng đều chung của độ chói :

U0L = min 1,09.100% .100% 60%1,81tb

LL

= ≈

Tính độ chói cực tiểu, độ chói cực đại, độ đồng đều dọc trục trên từng dải song song với trục đường được tóm tắt trong bảng sau :

9,625 1,09 1,39 77,91 7,875 1,72 2,07 83,23 6,125 2,03 2,27 89,51 4,375 1,93 2,33 82,75 2,625 1,66 2,22 74,53 0,875 1,42 1,80 78,78

Y LminY LmaxY UlY = LminY/LmaxY × 100% Từ bảng này ta tính độ đồng đều dọc trục: Ul = MinUlY ≈ 75%. Theo TCXDVN259 :2001 thì Ul ≥ 70% nên giá trị này đạt yêu cầu.

Documents

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THcaodangnghe5qk5.edu.vn/upload/iblock/327/327ef5aae2cd5144fc506d… · TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Khoa K ... Bài