Đồ án Tốt nghiệp: Nghiên cứu, thực nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường

TRNG I HC BCH KHOA H NI
Dng c Duy Lp Vt lý k thut ỏnh sỏng
1



Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hải Hng và các anh
thuộc Phòng Thí Nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng, Viện
Vật lý kỹ thuật, Trờng đại học Bách khoa Hà Nội đã tận
tình hớng dẫn, giúp đỡ em có cơ hội tìm hiểu nhiều kiến thức,
thực nghiệm và hoàn thành Đồ án này.
Đồng thời, Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô
trong Viện Vật lý kỹ thuật, Trờng đại học Bách Khoa Hà
Nội đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh
nghiệm quý báu cho em trong suốt những năm học tập và
nghiên cứu.
Xin gửi lời cảm ơn tới những ngời thân trong gia đình
đã luôn tạo điều kiện về thời gian, động viên và giúp đỡ em
trong quá trình học tập và hoàn thành Đồ án.

Hà nội, tháng 05 năm 2008
Sinh viên
Dơng Đức Duy
Dơng Đức DuyDơng Đức Duy
Dơng Đức Duy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
2

LỜI NÓI ĐẦU
Nhờ có những đặc tính ưu việt như độ bền cao, dải công suất rộng và hiệu
suất phát quang lớn nên bộ đèn chiếu sáng dùng nguồn Natri cao áp (Sodium Hight
Pressure - HPS) đã và đang thay thế dần các bộ đèn truyền thống như đèn Halogen
kim loại (Metal Halide -MH) hoặc đèn hơi thuỷ ngân (Mercury Vapor - MV) trên
các công trình chiếu sáng công cộng. Theo tính toán, ngoài những lợi ích về môi
trường và sự tiện nghi, người ta còn có thể tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng cho
một vòng đời của bộ đèn trên một km chiếu sáng công cộng nếu thay thế các bộ đèn
khác bằng bộ đèn natri cao áp. Vì những lợi ích như vậy, nên ngay ở nước ta, việc
dùng đèn natri cao áp để chiếu sáng công cộng được triển khai khá triệt để. Về ban
đêm, chúng ta dễ dàng bắt gặp những công trình chiếu sáng với một màu sáng vàng
đặc trưng, đó là màu của đèn natri.
Chiếu sáng nói chung và chiếu sáng đường nói riêng, ngoài việc tiêu thụ một
lượng điện năng rất lớn, còn gây ra những biến cố cho phụ tải của lưới điện vào
những giờ cao điểm. Việc sử dụng những thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao đang là
một trong những vấn đề được quan tâm thích đáng.
Về mặt công nghệ, hiện nay, ngành công nghiệp của chúng ta chưa có khả
năng tự sản xuất nguồn sáng Natri mà mới chỉ gia công các phụ kiện, lắp ráp thành
bộ đèn và triển khai lắp đặt. Trong điều kiện như vậy, việc nghiên cứu một cách đầy
đủ đặc tính của các bộ đèn để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sáng là việc làm có

ý nghĩa thực tiễn lớn.
Với nội dung đề tài đồ án: “Nghiên cứu, thức nghiệm bộ đèn Natri cao áp
dùng trong chiếu sáng đường”. Tôi đã tiến hành những công việc sau:
- Tìm hiểu các thông số quang học như quang thông, nhiệt độ màu, phổ năng
lượng đặc trưng, hiệu suất phát quang,… của các nguồn sáng thông dụng trong
chiếu sáng đường.
- Nghiên cứu cấu trúc của bộ đèn chiếu sáng đường.
- Khảo sát các đặc trưng quang học, khai thác thông tin từ biểu đồ cường độ
sáng của bộ đèn Natri cao áp. Tất cả các công việc nói trên nhằm mục đích xây
dựng hồ sơ kỹ thuật cho bộ đèn chiếu sáng công cộng dùng với nguồn sáng Natri.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
3

Đây là tài liệu cho những người làm công tác thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống
chiếu sáng công cộng.
Đồ án này được viết thành 4 chương:
Chương I: Bộ đèn Natri cao áp
Chương II: Thiết bị đo đạc thực nghiệm.
Chương III: Tính toán chiếu sáng đường với bộ đèn Natri cao áp
Chương IV: Thực nghiệm
Đồ án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng,
Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội. Đây là phòng thí nghiệm
chuyên ngành đầu tiên ở nước ta, có hệ thống thiết bị hoàn chỉnh để nghiên cứu, đo
lường các thông số đặc trưng của bộ đèn như cầu tích phân (Intergrating sphere),
góc kế quang học (Goniophotometer) và nhiều thiết bị chuẩn trắc quang.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
4

CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP
Bộ đèn được định nghĩa là một thiết bị chiếu sáng hoàn chỉnh, gồm có nguồn
sáng (đèn) và các bộ phận kèm theo như bộ phản xạ, khúc xạ và hộp đèn, có chức
năng phân bố ánh sáng, định vị, bảo vệ đèn và nối đèn với nguồn điện cung cấp.

1.1. Nguồn sáng
Đa số các lắp đặt trong chiếu sáng đường ngày nay sử dụng một trong 3 loại
đèn phóng điện cường độ cao (HID) đó là: metal halide (MH) hay đèn hơi thuỷ ngân
(MV), đèn Natri áp suất thấp (LPS), đèn Natri áp suất cao (HPS), trong đó đèn Natri áp
suất cao là nguồn sáng được sử dụng phổ biến nhất.
1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV)
Đèn hơi thủy ngân là loại đèn HID mà trong đó phần lớn ánh sáng được tạo
ra do sự bức xạ của hơi thuỷ ngân hoạt động ở áp suất riêng phần lớn hơn 10
5
Pa.
Các đèn thuỷ ngân đầu tiên được phát triển vào năm 1901 nhưng các ống hồ
quang compact thì mãi 30 năm sau mới xuất hiện. Vào năm 1960, khi được cải
thiện tuổi thọ, đèn hơi thuỷ ngân được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố
và bắt đầu được sử dụng trong chiếu sáng nội thất vào năm 1966 khi màu sắc được
cải thiện.
Lớp vỏ thuỷ tinh bên ngoài của đèn thuỷ ngân được làm từ thuỷ tinh boro
silicate, có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Bầu thủy tinh bên ngoài
hấp thụ nhiều các bức xạ tử ngoại phát ra từ hồ quang thuỷ ngân. Một số đèn hơi
thuỷ ngân có chế độ tự ngắt để tắt đèn khi bầu thuỷ tinh bên ngoài bị vỡ, tránh bức
xạ tử ngoại thoát ra ngoài.
Hiệu suất phát sáng cực đại của đèn hơi thủy ngân đạt khoảng 65lm/W, tuổi
thọ của đèn cao nhưng sự duy trì quang thông lại kém. Bóng đèn hơi thủy ngân có
thể sử dụng rộng rãi ở tất cả các loại đèn giao thông, đường phố và lối đi bộ, công
viên và cả trong các công xưởng.
1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH)
Là một loại đèn HID mà phần lớn ánh sáng được tạo ra do sự bức xạ của kim
loại halogen và của các sản phẩm phân ly của nó kết hợp với các hơi kim loại khác
(thuỷ ngân).
Các đèn halogen kim loại được phát triển năm 1965 và được quảng cáo là
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
5

“tốt hơn đèn thuỷ ngân” vì chúng có hiệu suất cao hơn, tạo ra ánh sáng trắng và sự
duy trì quang thông tốt hơn, thường dùng cho chiếu sáng công nghiệp và chiếu sáng
bên ngoài.
Giống như các đèn thuỷ ngân, hoạt động của đèn halogen kim loại tạo ra các
bức xạ tử ngoại. Phần lớn các bức xạ tử ngoại này bị hấp thụ bởi bầu thủy tinh. Các
đèn này có thể được phủ một lớp phốt pho để chuyển bức xạ tử ngoại dư thừa thành
ánh sáng khả kiến để cải thiện chỉ số CRI của đèn trong quá trình sử dụng . Trong
hỗn hợp hơi thủy ngân và Halogen áp suất cao như Iodua natri hoặc tali, sự phóng
điện cho phép ta thu được một màu rất trắng từ 4000 K đến 6000 K.
1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS)
Đèn có dạng hình ống và hình chữ U bằng thuỷ tinh borosilicat, chứa một
lượng nhỏ Na ở thể rắn và một hỗn hợp khí Neon, Argon được đặt trong một ống
đèn bằng thuỷ tinh, hút chân không, mặt trong có phủ lớp phản xạ hồng ngoại làm
bằng Oxit Indi (vật liệu bán dẫn cho ánh sáng khả kiến truyền qua và giữ lại các tia
hồng ngoại). Hỗn hợp khí Neon-Argon dùng để mồi sự phóng điện trong đèn. Khi
được bật lên, đèn phát ra ánh sáng mờ màu hồng. Dòng hồ quang này sẽ nung nóng
Natri và trong vài phút, Natri bay hơi phát vạch kép (589,0 nm đến 589,6 nm) màu
vàng da cam. Hơi Natri hoạt động ở áp suất riêng phần cỡ (0,1 ÷ 1,5).10
4
Pa .
Đèn Natri áp suất thấp cho ánh sáng gần như đơn sắc, chỉ số hoàn màu CRI = 0, khi
được chiếu sáng bằng nguồn này thì màu sắc của vật chỉ hiện lên màu vàng hoặc màu
xám, cho nên, các đèn LPS rất ít được sử dụng.
Tuy nhiên, đèn Natri áp suất thấp là nguồn sáng tiêu thụ năng lượng điện hiệu
quả nhất, hiệu suất sáng của đèn có thể lên tới 180lm/W nên được dùng rộng rãi
chiếu sáng đưòng phố, chiếu sáng bảo vệ …những nơi không quan tâm lắm đến sự
hoàn màu. Mặt khác, đèn Natri áp suất thấp hầu như không bị giảm quang thông

theo thời gian trong quá trình hoạt động .
Chú ý: Trong công nghiệp, đèn Natri áp suất thấp thường được coi là loại đèn HID
mặc dù về mặt kỹ thuật điều này là không đúng vì đèn này là một nguồn sáng phóng
điện ở áp suất thấp.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
6

1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS)
Đèn Natri áp suất cao (HPS) là loại đèn phóng điện có cường độ cao HID,
được phát triển năm 1961. Ánh sáng trong đèn Natri áp suất cao được tạo ra do sự
bức xạ từ hơi Natri hoạt động ở một áp suất riêng phần khoảng 1,33.10
5
Pa. Loại
đèn này có thể có lớp vỏ thủy tinh trong và vỏ thuỷ tinh mờ. Bầu đèn của đèn Natri
áp suất cao được chế tạo bằng một loại thuỷ tinh borosilicate, nó có thể chịu được
nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Sự phóng điện hồ quang được tạo bởi một hỗn
hống Na –Hg trong ống hồ quang làm bằng oxit nhôm đa tinh thể [10]. Cấu tạo của
đèn được mô tả trên hình 1.1.

Hình 1.1 Cấu trúc của đèn Natri cao áp.
Đèn Natri cao áp có kích thước nhỏ hơn so với đèn Natri áp suất thấp và trong
đèn chứa thêm các nguyên tố phụ như Hg. Vì vậy, khi mới bật lên, đèn phát ánh
sáng mờ màu hồng sẫm, sau đó chuyển sang màu da cam pha hồng khi đèn nóng.
Giữa hai trạng thái này, trong một khoảng thời gian ngắn, ánh sáng đèn có màu hơi
trắng pha xanh tím. Đó là do sự phát sáng của hơi Hg trước khi Na ở trong đèn được
bốc hơi hoàn toàn. Vạch D của Na là bức xạ chính của đèn Natri cao áp, vạch này bị
mở rộng khi áp suất trong đèn cao. Màu sắc của các vật thể khi được chiếu sáng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

7

bằng loại đèn này có thể phân biệt được. Do đó, người ta thường sử dụng đèn Natri
cao áp chiếu sáng trong các khu vực cần để ý đến sự hoàn màu.
Phổ ánh sáng của Natri được đặc trưng bởi vạch sáng kép – Vạch D với các
bước sóng 589,0 nm và 589,6 nm. Trên hình về sự chuyển mức năng lượng thì
chính là bức xạ phát ra khi có sự chuyển mức từ 3P xuống 3S. Bức xạ 589,0 nm có
cường độ lớn gấp 2 lần bức xạ 589,6 nm.



Năng lượng

Hình 1.2 Sự chuyển mức năng lượng trong đèn Natri cao áp
Bước sóng (nm)
Hình 1.3 Phổ đèn Natri cao áp
Năng lượng (%)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
8


Hình 1.4 Hiệu suất sáng của các đèn HID.
Ở nhiệt độ trên 1000
o
C và có áp suất cao, Natri phát các vạch khác trong phổ
nhìn thấy cho nên cho ánh sáng trắng hơn, có màu trắng ấm. Sự duy trì quang thông
của nó là rất tốt. Thời gian mồi đèn là 10 phút, mồi lại đèn khi đèn đang nóng là 60
giây. Loại đèn Natri cao áp này có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đèn Natri áp
suất thấp.

Đèn Natri cao áp có hiệu suất khá cao nên được sử dụng rộng rãi trong chiếu
sáng đường phố, sân chơi thể thao, hiểu biết về sự thay đổi độ nhạy thị kiến về màu
sắc của mắt người khi chuyển từ nhìn ngày sang nhìn trong ánh sáng yếu và nhìn
đêm rất quan trọng trong tính toán thiết kế chiếu sáng đường phố.






Hiệu suất sáng (lm/W)
Năm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
9


Bảng 1.1: So sánh các đặc trưng của các đèn HID
(Các giá trị này sẽ thay đổi theo công suất của đèn và lớp phủ phốt pho)
Loại đèn
Hơi thuỷ
ngân (MV)

Halogen kim
loại (MH)
Natri cao
áp (HPS)
Natri thấp
áp (LPS)
Công suất danh định

(W)
40
-
1000
23
-
1500
35
-
1000
18
-
180
Quang thông ban đầu
(lm)
12000
-
13000
19500
-
26300
23000
-
28500
33000
Hiệu suất sáng
(lm/W)
30
-
65

70
-
125
60
-
140
100
-
180
Chỉ số hoàn màu CRI
15
-
20
60
-
96
22
-
65
0
Nhiệt độ màu
(K)
5600
-
7000
3000
-
6000
2100
-

2200
1800
Sự hoàn màu Màu xanh Sáng trắng Vàng cam Vàng
Thời gian khởi động (s) 3-5 2-10 3-5 7-15
Thời gian tái khởi động
(s)
5 15 3-4
Ngay lập
tức
Thời gian sống trung bình
(h)
10000
–
16000
3000
–
20000
10000
–
24000
16000
-
18000

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
10

Bảng 1.2: Ưu và nhược điểm của các đèn HID
Loại đèn Ưu điểm Nhược điểm
Hơi thuỷ ngân
-Tuổi thọ dài
-Kiểm soát ánh sáng tốt
-Kích thước nhỏ
-Thời gian tái khởi động dài
-Sự suy giảm quang thông lớn
-Hiệu suất sáng thấp
Halogen kim
loại
-Chỉ số hoàn màu cao
-Hiệu suất sáng cao
-Kiểm soát ánh sáng tốt
-Kích thước nhỏ
-Thời gian tái khởi động dài
-Sự suy giảm quang thông lớn
-Hiệu suất sáng thấp
Natri cao áp
-Tuổi thọ dài
-Hiệu suất sáng cao
-Kiểm soát ánh sáng tốt
-Kích thước nhỏ

-Suy giảm quang thông nhỏ
-Chỉ số hoàn màu thấp
-Cần thời gian tái khởi động
Natri thấp áp
-Thời gian tái khởi động ngắn
-Hiệu suất sáng cao
-Sự suy giảm quang thông rất nhỏ
-Chi phí thay thế cao
-Tuổi thọ ngắn
-Không hoàn màu

1.2 Mạch điện hoạt động của đèn Natri cao áp
Đèn Natri cao áp hoạt động thích hợp từ 30
0
C tới 100
0
C, xét trong mạch nối tiếp với
ballast. Một đèn HPS theo tiêu chuẩn sẽ được kích từ 2kV đến 5kV sau 30 tới 90
giây từ trạng thái ban đầu, phụ thuộc vào đặc tính của đèn

Điện cực
Ống hồ quang Oxit nhôm
Phóng hồ quang
Hỗn hống Na - Hg
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
11
Hình 1.5 Mạch cho đèn HPS
Dưới đây là các bước của một quá trình đèn HPS hoạt động:
1. Khi nguồn điện được cấp vào đèn HPS sau khi được kết nối với ballast thích

hợp, một dải hẹp xung cao áp được cấp cho đèn, bắt đầu có sự phóng điện
giữa các điện cực. Ngay lập tức sự kích thích tạo các Ion tồn tại, một dòng
điện sinh ra bởi ballast sẽ duy trì sự phóng điện trong đèn. Nếu cần thiết,
xung khởi động sẽ lập lại theo một chu trình cho đến tận khi sự phóng điện
được thiết lập, lúc đó xung phát sẽ tự động dừng lại.
2. Lúc bắt đầu, tia hồ quang tác động lên các phân tử khí Xenon và phát ra ánh
sáng lục – trắng yếu.
3. Sau đó lượng nhiệt từ việc tác động hồ quang khí Xenon sẽ làm bốc hơi
nhanh chóng Natri và thủy ngân trong ống hồ quang.
4. Như một sự bốc hơi kim loại, đèn phát ra ánh sáng vàng - trắng ấm, cả ánh
sáng phát ra và điện áp sẽ tăng tới giá trị hoạt động ổn định.
Với phần lớn các đèn HPS, 4 bước trên sẽ xảy ra từ 4 đến 6 phút.
1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ
Bộ phản xạ được dùng để thay đổi phương của ánh sáng phát ra, định hướng
ánh sáng theo hướng mong muốn. Trong khi đó, bộ khúc xạ điều chỉnh hướng ánh
sáng phát ra từ đèn và từ bộ phản xạ nhờ cấu trúc dạng lăng kính của nó. Đồng thời,
bộ khúc xạ còn dùng để bảo vệ đèn khỏi các yếu tố bất lợi từ bên ngoài.
Các nguồn sáng (bóng đèn) thường phát sáng theo kiểu đối xứng. Khi nguồn
sáng được coi là nguồn điểm thì nó có tâm đối xứng, cường độ sáng sẽ phân bố đều
theo mọi phương, mặt đẳng quang của chúng là các mặt cầu hình 1.6a. Nếu nguồn
sáng là đèn ống thì nó có trục đối xứng, mặt đẳng quang của chúng là các ellipsoit
tròn xoay hình 1.6b.

a b
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
12
Hình 1.6 Các kiểu phân bố đối xứng của đèn trần.
Nói chung, các kiểu phân bố đối xứng như trên ít được sử dụng trong thực
tiễn vì đèn chưa được bảo vệ và trường sáng chưa phù hợp. Muốn có trường sáng

phù hợp với từng loại hình chiếu sáng, người ta phải lắp bộ phản xạ và khúc xạ để
phân bố lại trường sáng phát ra từ đèn

Hình 1.7 Trường sáng của nguồn lắp trong bộ đèn.
Như vậy, khi phân bố lại trường sáng, choá đèn đã đóng vai trò quyết định
hiệu quả sử dụng nguồn sáng của bộ đèn, cũng như sử dụng hiệu quả nguồn năng
lượng do nguồn phát ra.
1.4. Hộp đèn
Các hộp đèn điển hình thường được làm bằng nhôm, thép hoặc thép không rỉ.
Hộp bằng nhôm chịu được nhiều điều kiện bất lợi của bên ngoài. Hộp bằng thép có
thể bị ăn mòn và bị rỉ. Hộp bằng thép không rỉ cho khả năng bảo vệ cao hơn trong
điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Vỏ các nguồn sáng làm bằng thuỷ tinh hoặc vật liệu trong suốt, thường có
nhiệt độ rất cao khi đèn cháy sáng. Nếu mắc trực tiếp ra ngoài môi trường, chúng sẽ
dễ bị nổ, vỡ khi có sự thay đổi của thời tiết. Vì vậy, hộp đèn có chức năng quan
trọng là bảo vệ nguồn sáng và các phụ kiện như chấn lưu (ballast), tụ điện, bộ mồi
(starter) Ngoài ra, hộp đèn còn có chức năng ngăn cản hơi nước, bụi, côn trùng lọt
vào bộ đèn để đảm bảo sự phát quang ổn định của nguồn sáng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
13
Ngoài những chức năng như đã trình bày, một hệ thống chiếu sáng với các
bộ đèn và cột đèn hài hòa sẽ góp phần đáng kể vào việc làm đẹp cảnh quan đô thị,
ngay cả khi các bộ đèn không được bật sáng.
1.5. Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp
Các nhân tố ảnh hưởng đến giá thành và hiệu quả của việc lắp đặt, vận hành,
duy tu, bảo dưỡng ánh sáng bao gồm:
- Hiệu suất sáng của đèn.
- Khả năng duy trì thông lượng sáng đèn phát ra trong quá trình sử dụng.
- Thời gian sống (tuổi thọ) của đèn.

- Màu sắc của ánh sáng.
- Sự phân bố quang thông của bộ đèn.
- Thời gian khởi phát lại của đèn.
- Nhiệt độ môi trường để đèn hoạt động.
- Hình dạng vật lý của đèn và bộ đèn.
- Độ bền của đèn và bộ đèn.
- Giá thành.
1.5.1 Đặc trưng màu sắc
1.5.1.1. Nhiệt độ màu
Nhiệt độ màu của một nguồn sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó mà
là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi được đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do
vật đen tuyệt đối phát ra có phổ hoàn toàn giống với phổ của nguồn khảo sát.
Như vậy, để xác định nhiệt độ màu của một nguồn sáng cần phải so sánh phổ
ánh sáng của nó với phổ ánh sáng bức xạ của đen tuyệt đối được đốt nóng từ
khoảng 2000 đến 10000K.
CIE quy định các nguồn ánh sáng trắng tiêu chuẩn như sau:
- Ánh sáng chuẩn A: là ánh sáng do bóng đèn dây tóc tungsten bức xạ, có
nhiệt độ màu T
m
= 2854 K.
- Ánh sáng chuẩn B: là ánh sáng Mặt Trời giữa trưa, có T
m
= 4879K.
- Ánh sáng chuẩn C: là ánh sáng bầu trời trung bình, có T
m
= 6740K
Thực nghiệm cho thấy, các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích
hợp cho những nơi có yêu cầu độ rọi thấp. Ngược lại, những nơi có yêu cầu độ rọi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

14
cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh). Vì vậy, trong
thiết kế chiếu sáng người ta coi nhiệt độ màu như một tiêu chuẩn đầu tiên để chọn
nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được một môi
trường ánh sáng tiện nghi.
1.5.1.2. Chỉ số hoàn màu CRI
Chỉ số hoàn màu là một thông số cực kì quan trọng đối với sự lựa chọn các
nguồn sáng. Cùng với một vật được chiếu sáng bằng các nguồn chuẩn khác nhau
hoặc bằng một vật đen có nhiệt độ khác nhau sẽ cho các màu khác nhau [2].
So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến đổi
màu của các vật đựoc chiếu sáng, sự biến đổi màu này là do dự phát xạ phổ khác
nhau được đánh giá từ độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số hoàn màu CRI.
Chỉ số này biến thiên từ 0 (đối với ánh sáng đơn sắc) đến 100 (đối với vật đen).
Trên thực tế ta chấp nhận sự phân loại sau đây:
+ CRI < 50: Chỉ số này không có ý nghĩa thực tế, các màu hoàn toàn bị biến đổi
+ CRI < 70 : Sử dụng trong công nghiệp khi các thể hiện màu thứ yếu.
+ 70 < CRI < 80 : Sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu là không
quan trọng.
+ CRI > 80 Sử dụng trong nhà hay trong công nghiệp đặc biệt
Một số chỉ số hoàn màu của các nguồn sáng ở nhiệt độ tương ứng :
- Ngọn nến ở 1700K có CRI = 100
- Sự nóng sáng ở 2700K có CRI =100
- Ánh sáng mặt trời tự nhiên ở 5000K ÷ 6000K có CRI = 100.
- Natri áp suất cao ở 2100K có chỉ số hoàn màu CRI = 25.
- Các đèn dây tóc chuẩn CRI= 100.
- Các đèn huỳnh quang có CRI = 52 ÷ 95.
1.5.1.3. Màu của ánh sáng
Ánh sáng trắng là sự tổ hợp của nhiều bước sóng, mỗi bước sóng được gán
cho một màu sắc khi mắt truyền năng lượng sáng dưới dạng một tín hiệu tới não. Sự
trộn lẫn các bước sóng này sẽ xác định môi trường là ấm hay mát và con người nhìn

thấy mọi vật xung quanh tốt như thế nào.
1.5.2. Hiếu suất sáng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
15
Khi phân tích các loại bóng đèn về hiệu quả năng lượng cần phân biệt hai
khái niệm năng lượng điện và thông lượng ánh sáng.
Năng lượng điện = (công suất điện)×(thời gian sử dụng).
đơn vị của năng lưọng điện ( Wh hoặc kWh). Năng lượng điện cho biết lượng điện
năng tiêu thụ của đèn.
Thông lượng ánh sáng = (quang thông )×(thời gian chiếu sáng)
đơn vị của thông lượng ánh sáng (lm.h). Thông lượng ánh sáng cho biết năng lượng
ánh sáng phát ra khi tiêu thụ năng lượng điện nói trên
Đèn có hiệu suất phát sáng cao là đèn cho thông lượng ánh sáng lớn mà tiêu
thụ năng lượng điện ít. Hiệu suất phát sáng của đèn dùng để đánh giá hiệu quả năng
lượng chiếu sáng của đèn :
Quang thông do đèn do đèn phát ra
Hiệu suất sáng =
Công suất điện tiêu thụ
Hiệu suất sáng đo bằng tỉ số giữa quang thông do đèn phát ra và công suất
tiêu thụ điện, đơn vị là lumen /Watt (lm/W). Hiệu suất sáng càng cao thì càng có
lợi. Ngày nay đã đạt được hiệu suất 200lm/W đối với đèn phóng điện. Tuy nhiên,
hiệu suất của đèn thay đổi theo năng lượng điện tiêu thụ.
1.5.3. Sự suy giảm quang thông của đèn
Quang thông của đèn phát ra trong các điều kiện hoạt động giảm dần theo
thời gian. Sự già hóa của đèn cũng như sự cáu bẩn của chúng làm thay đổi chất
lượng quang học của các bộ đèn. Vì vậy việc duy tu, làm sạch cho các bộ đèn trong
quá trình hoạt động là rất cần thiết đối với hệ thống chiếu sáng.
1.5.4 Tuổi thọ bóng đèn
Tuổi thọ bóng đèn mang tính thống kê. Đó là con số chỉ số giờ một nhóm

đèn hoạt động trước khi giảm yếu 50% quang thông. Như vậy sẽ có một số đèn có
tuổi thọ thấp hơn, một số khác lại có tuổi thọ lớn hơn trị số đánh giá.



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
16
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM
2.1 Đo quang thông bằng cầu tích phân
2.1.1. Cấu tạo cầu tích phân
Cầu tích phân dùng trong thí nghiệm này là loại cầu tích phân hiện đại, kích
thước lớn (hình 2.1). Cầu tích phân trên có đưòng kính 2m, có thể tương thích với
tất cả các loại đèn hiện nay. Cầu tích phân được cấu tạo từ hai bán cầu có thể đóng
mở dễ dàng nhờ các khớp quay. Phía trong cầu tích phân được lắp một detector
quang điện để cho thông tin về quang thông của nguồn sáng. Ngoài ra người ta còn
lắp thêm một cửa sổ quang học, lấy ánh sáng của nguồn vào một máy quang phổ
UV-Vis nhờ hệ thống cáp quang. Cơ cấu này cho ta biết thông tin về phổ năng
lượng, nhiệt độ màu và chỉ số CRI của nguồn sáng.


Hình 2.1. Cầu tích phân LSI-4600
Để đo quang thông toàn phần của một nguồn sáng, người ta đã chế tạo nhiều
bộ tích phân với những biến thể khác nhau, nhưng chỉ có quả cầu là biến thể cơ bản
đảm bảo tích phân quang thông của nguồn sáng. Sở dĩ như vậy là vì độ rọi nhận
được trên một miền nào đó của quả cầu không phụ thuộc vị trí tương đối của miền
đó và sử dụng nguyên lí này, chúng ta có thể thiết lập mối liên hệ giữa độ rọi nhận
được qua một cửa sổ với quang thông toàn phần từ một nguồn sáng, miễn là cửa sổ
lối ra được che chắn, không bị chiếu sáng trực tiếp.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
17

Hình 2.2. Nguyên lý của quả cầu tích phân.
2.1.2. Nguyên tắc hoạt động
Dựa trên nguyên lý phản xạ nhiều lần trên lớp phủ tán xạ khuếch tán theo
định luật Lambert, quả cầu tích phân được sử dụng để đo quang thông trong toàn
không gian phát ra từ nguồn bức xạ đặt bên ngoài hoặc bên trong quả cầu.
Trong quang kế quả cầu tích phân, hệ đèn cần đo được đặt ở khoảng tâm quả
cầu. Các tấm chắn được bố trí ở bên trong quả cầu tích phân sao cho ánh sáng đèn
và ánh sáng phản xạ lần đầu tiên không chiếu trực tiếp vào đầu thu quang học. Đầu
thu quang học dùng trong các quả cầu tích phân trắc quang phải có đặc trưng phổ
giống như đặc trưng độ nhậy phổ của mắt người, được che bằng một bản tuyền qua
khuếch tán. Thông thường, tấm chắn được đặt ở vị trí 2/3 bán kính tính từ tâm quả
cầu, diện tích càng nhỏ càng tốt nhưng phải đủ lớn để chắn được các bức xạ và phản
xạ trực tiếp lọt vào đầu thu, đặc biệt là trong trường hợp hệ đèn cần đo có kích
thước lớn. Trước hết, cần chuẩn độ tín hiệu đầu thu quang học bằng đèn chuẩn
quang thông. Các đèn này có thể được thay thế lẫn nhau trong quả cầu tích phân.
Ngoài ra, trong quả cầu tích phân còn có một đèn phụ dùng để bổ chính sự sai lệch
gây ra do thay thế đèn (các đèn chuẩn và đèn cần đo có hệ số tự hấp thụ khác nhau).
2.1.3. Vận hành đo quang thông bằng cầu tích phân
Một thiết bị đo trắc quang các hệ đèn trong chiếu sáng công cộng dùng quả
cầu tích phân gồm các thành phần sau đây:
- Quả cầu tích phân;
- Các đèn chuẩn;
- Các nguồn nuôi ổn áp. Để cung cấp điện cho hệ thống hoạt động, người ta
dùng bộ nguồn ổn áp vô cấp.
S
D
I

Q
Điểm sáng
S

Quả cầu tích phân Q
Detector quang điện D
Đồng hồ I
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
18
- Đầu thu có đáp ứng giống như đáp ứng thị kiến;
- Máy tính xử lý số liệu và thiết bị hiển thị. Toàn bộ các thông số đo điện,
quang của bộ đèn đựoc xử lý và hiển thị trên máy tính.
Các đặc trưng kỹ thuật chung của thiết bị đo trắc quang dùng quả cầu tích phân:
1. Đầu đo quang thông của nguồn sáng bằng cách so sánh với một đèn chuẩn;
2. Cấu trúc hệ đo tuân theo tiêu chuẩn DIN 5032, phần I và khuyến nghị CIE
81, phần đo quang thông;
3. Cấu tạo trên một khung kim loại với cơ chế bản lề có thể mở quả cầu;
4. Khóa cơ học, kín ánh sáng;
5. Bộ giá lắp hệ đèn có ba vị trí cho phép: treo đèn, lắp đèn nằm ngang và lắp
đèn thẳng đứng;
6. Lớp phủ phản xạ khuếch tán trắng theo định luật Lambert, hệ số phản xạ
80% với biến thiên nhỏ hơn 1.5% trong dải bước sóng từ 400nm - 700nm;
7. Đường kính quả cầu là 2m, vật liệu làm quả cầu là nhôm, có nhiệt kế hiện
số với độ phân giải là 0.1
0
;
8. Tấm chắn ở bên trong quả cầu có thể dịch chuyển được;
9. Đèn phụ để bổ chính.
Khi đo bằng quả cầu tích phân, bộ đèn chuẩn để đo quang thông có giá thành

rất cao, việc chi phí tính cho mỗi lần đo thử nghiệm là rất đắt. Do đó, những phép
đo chỉ mang tính chất tham khảo và thử nghiệm thì không nhất thiết phải sử dụng
các đèn chuẩn mà có thể dùng với đèn chuẩn lấy mẫu của phòng thí nghiệm.
Quá trình đo được thực hiện như sau:
- Gắn đèn lấy mẫu vào giá.
- Điều chỉnh điện áp nuôi 220V (lấy qua bộ ổn áp).
- Chờ 15 đến 20 phút cho đèn ổn định rồi đóng quả cầu lại.
- Ghi kết quả đo dòng quang điện và quang thông hiển thị trên máy tính
2.2 Đo đường cong cường độ sáng bằng góc kế quang học
Góc kế quang học (Goniophotometer) là thiết bị để đo và vẽ các đường cong
cường độ sáng của bộ đèn lắp trong choá, tức là vẽ phân bố không gian của trường sáng.

2.2.1. Cấu tạo của các góc kế quang học
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
19
Góc kế quang học nào cũng có các bộ phận chính là gương, giá để mẫu và
đầu thu (detector). Thông thường, góc kế quang học được phân loại theo hoạt động
của gương. Có hai loại: loại thứ nhất có gương quay quanh giá để mẫu theo góc từ
0
o
- 360
o
, loại thứ hai có gương cố định và mẫu sẽ quay quanh vị trí đặt nó (loại này
dùng trong phần thực nghiệm ở chương 3).
Detector trong góc kế quang học là thiết bị đo rất nhạy quang. Bề mặt của nó
được phủ lớp cảm quang là Selen hoặc Silic sao cho đường cong độ nhạy của
detector trùng với đường cong thị kiến của mắt người.

Hình 2.3 Cấu tạo (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của Goniophotometer LSI5900, Light
Science USA
.
a
b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
20
Cấu tạo của góc kế quang học gồm có:
1- Thân máy.
2- Trục quay gương.
3- Gương phản xạ bề mặt.
4- Đĩa chia độ trong mặt phẳng thẳng đứng 0÷360
o,
độ phân giải 2,5
o
.
5- Giá đèn, có thể điều chỉnh dọc theo thân máy.
6- Đèn cần đo.
7- Đĩa chia độ để điều chỉnh góc của đèn 0÷360
o
, độ phân giải là 2,5
o
.
8- Detector đo cường độ sáng.
9- Máy tính xử lý số liệu và vẽ các đường cong cường độ sáng.
Thiết bị kèm theo đó là các đèn chuẩn cường độ sáng dùng để hiệu chuẩn
góc kế quang học trước khi tiến hành khảo sát các bộ đèn thử nghiệm.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của bộ đèn chuẩn cường độ sáng

Ký hiệu đèn
Điện áp
(DC)
Cường độ dòng điện
(A)
Cường độ sáng
165A 123,3 0,837 160,4
165B 123,9 0,837 152,1
165C 126,6 0,846 175,5



Hình 2.4 Bộ đèn chuẩn cường độ sáng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
21
2.2.2. Nguyên tắc hoạt động
Goniophotometer là thiết bị có thể cho phép đo các phân bố không gian của nguồn
bức xạ và hiển thị các tính chất trắc quang của ánh sáng theo các góc xác định.
Goniophotometer cho phép chúng ta đo độ sáng của các nguồn sáng mà tương ứng
với đáp ứng sáng của mắt người, đo độ rọi, đo các toạ độ màu của các nguồn bức xạ
quang học mà có phân bố ánh sáng định hướng, đo quang thông, độ chói, kiểm tra
và lấy mẫu các đầu thu bức xạ.
Thông thường, trong kĩ thuật ánh sáng, goniophotometer được dùng để đo sự
phân bố cường độ sáng và cường độ sáng trung bình của nguồn theo các hướng
khác nhau.
Ánh sáng từ đèn tới gương và đi vào detector. Detector cho dòng điện tỷ lệ

thuận với cường độ ánh sáng tới.
Với một vị trí nhất định của đèn, khi gương quay một vòng, nó sẽ hướng các
chùm sáng xung quanh đèn trong một mặt phẳng kinh tuyến với bước đo góc đã
định. Máy tính sẽ cho từng cặp số liệu (góc, cường độ sáng) và căn cứ vào tập số
liệu này để vẽ đường cong cường độ sáng theo góc trong mặt phẳng đo.
2.2.3. Vận hành đo góc kế quang học (Goniophotometer)
Bước 1: Kiểm tra dòng tối
Dòng tối là dòng điện xuất hiện trên detector quang điện ngay khi chưa bật
đèn đo. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này như: phòng đặt máy bị lọt
sáng hoặc bản thân dectector xuất hiện dòng điện khi chưa được chiếu sáng. Như
vậy, nếu xuất hiện dòng tối ta phải triệt tiêu các nguyên nhân trên. Trường hợp
không thể khử hết dòng tối thì phải ghi giá trị này vào biểu mẫu báo cáo và phải
hiệu chỉnh khi tính toán.
Bước 2: Hiệu chuẩn góc kế bằng bộ đèn chuẩn cường độ sáng.
a) Lắp đèn chuẩn số 165A vào giá đỡ, dùng nguồn laser chuẩn trực vị trí để
kiểm tra sự thẳng hàng và nằm ngang giữa trục máy, tâm đèn và detector quang điện.
Nếu yêu cầu này chưa đạt thì phải điều chỉnh vị trí đèn bằng các vít trên giá đỡ.
b) Khi thao tác (a) đã hoàn thành, bật đèn chuẩn, điều chỉnh các chế độ dòng
điện và điện áp định mức, sau đó quay gương từ từ sao cho vệt sáng xuất hiện đối
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
22
xứng xung quanh detector quang điện. Nếu yêu cầu này chưa đạt phải kiểm tra vị trí
thẳng đứng của đèn chuẩn.
c) Điều chỉnh gương về góc 90
0
(ứng với vị trí thẳng đứng và cao nhất của
gương). Bật đồng hồ, ghi giá trị cường độ dòng quang điện ứng với vị trí này của
gương. Giá trị dòng quang điện này tỉ lệ với cường độ sáng của đèn chuẩn.
Bước 3: Đo đèn thử nghiệm.

a) Điều chỉnh vị trí bộ đèn
Gá bộ đèn cần kiểm định vào giá đỡ, điều chỉnh độ cao của giá đỡ bằng vít
vô tận sao cho tâm bộ đèn (nguồn sáng), trục máy và detector thẳng hàng và nằm
ngang. Điều chỉnh cho bộ đèn quay xung quanh trục thẳng đứng sao cho trục này đi
qua nguồn sáng (thao tác này có thể thực hiện nhanh chóng bằng cách đánh dấu vị
trí tâm đèn sao cho khi quay bộ đèn điểm này không thay đổi vị trí và giá trị dòng
quang điện không đổi)
b) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng thẳng đứng
- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng thẳng đứng, cố định vị trí này trong
suốt quá trình đo.
- Bật đèn, điều chỉnh giá trị điện áp và dòng điện theo đúng giá trị định mức ghi
trên đèn. Chờ khoảng 15 phút cho đèn sáng ổn định (đèn sáng ổn định khi cường độ
dòng quang điện không thay đổi hoặc thay đổi rất ít quanh giá trị ổn định).
- Xoay gương từ từ, mỗi lần ứng với góc quay 2,5
0
trong khoảng từ 0 ÷ 180
0

và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu
trong biểu mẫu báo cáo
- Tắt đèn, chờ 30 phút cho đèn thực sự nguội
c) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng nằm ngang.
- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng nằm ngang, cố định vị trí này trong
suốt quá trình đo và thực hiện các bước giống như đo trong mặt phẳng thẳng đứng.
Ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu
trong biểu mẫu báo cáo
- Tắt đèn, kết thúc quá trình đo.
Bước 4: Xử lý kết quả đo và vẽ các biểu đồ cường độ sáng.
a) Xử lý kết quả đo:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
23
Chuyển tập số liệu góc, cường độ dòng quang điện [α(
0
), i(µA)] thành tập số
liệu góc, cường độ sáng [α(
0
), I(cd)] bằng cách so sánh với nguồn chuẩn theo công thức

c
i
d
i
c
I
d
I
.
=
(2.1)
trong đó:
I
d
: là cường độ sáng của đèn thử nghiệm
I
c
: là cường độ sáng của đèn chuẩn
i
d
: là cường độ dòng quang điện ứng với đèn đo

i
c
: là cường độ dòng quang điện ứng với đèn chuẩn
Chuyển tập số liệu góc, cường độ sáng [α(
0
), I(cd)] theo quang thông thực
của bộ đèn đo thử nghiệm thành tập số liệu góc, cường độ sáng ứng với đền có
quang thông 1000lm theo quy định của CIE, theo công thức:
d
dlm
lm
cd
I
I
Φ
Φ
=
.
1000
)
1000
(

(2.2)
Trong đó:
-
)
1000
(
lm

cd
I
: là giá trị cường độ sáng quy chuẩn cho nguồn 1000lm
-
lm1000
Φ
: là quang thông chuẩn theo quy ước của CIE
- I
d
: là cường độ sáng thực của đèn thử nghiệm
-
d
Φ
: là quang thông thực của đèn thử nghiệm
Chú ý: Quang thông thực của đèn là giá trị ghi trên bao bì, trường hợp chưa biết
quang thông thực của đèn thì phải tiến hành đo đại lượng này bằng cầu tích phân.
b). Vẽ các biểu đồ cường độ sáng
- Nạp tập số liệu đã xử lý theo quy định của CIE vào máy tính và thực hiện
chương trình vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm chuyên dụng.
Chú ý: Có thể vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm thông dụng như: Exel,
Matlab…thậm chí có thể vẽ trực tiếp trên biểu mẫu của Phòng thí nghiệm.
- In và tập số liệu và các biểu đồ cường độ sáng vào biểu mẫu báo cáo.



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
24
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG VỚI BỘ
ĐÈN NATRI CAO ÁP

3.1. Chiếu sáng đường
Chiếu sáng đường là một trong những ứng dụng chiếu sáng công cộng quan
trọng nhất, không chỉ nhằm cung cấp ánh sáng cho các phương tiện giao thông mà
còn góp phần tạo dựng sự hài hòa cảnh quan trong cấu trúc tổng thể.
Các hệ thống chiếu sáng đường được thiết kế, lắp đặt, vận hành, khai thác, duy
tu, bảo dưỡng bởi các công ty điện lực hoặc do chính quyền thành phố địa phương.
Lượng điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng đường phố cũng rất lớn, hàng vài trăm triệu
Kwh hàng năm. Các phương pháp đảm bảo hiệu suất chiếu sáng trong khi vẫn duy trì
được cấu trúc thẩm mỹ và cảnh quan không những mang lại các lợi ích tiết kiệm năng
lượng mà cả những lợi ích kinh tế tiềm năng bằng cách tăng cường các hoạt động
dịch vụ thương mại, du lịch, trong vùng. Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều
những tiến bộ, thành tựu khoa học cũng như nghệ thuật trong chiếu sáng đường phố.
Những nguồn sáng mới hiệu quả hơn, các bộ đèn kiểu dáng mới và những hệ thống
điều khiển thiết kế hiện đại cũng như các tiêu chuẩn mới về lĩnh vực chiếu sáng
đường phố đã mở ra rất nhiều vấn đề cần quan tâm và tăng cường nghiên cứu.
Chương 3 này nêu tổng quan về vấn đề thiết kế chiếu sáng cho người và
phương tiện giao thông nhằm đảm bảo an toàn và chiếu sáng đường phố một cách
hiệu quả, không bao hàm các loại chiếu sáng đặc thù như chiếu sáng cảnh quan,
chiếu sáng cho phương tiện thô sơ chiếu sáng công viên, sân thể thao… Các loại
đường quan tâm gồm có đường cao tốc, đường chính, đường gom, đường phụ…
3.1.1. Mục đích của chiếu sáng đường
Theo thống kê của Ủy ban quốc tế về chiếu sáng CIE (Commission
Internationale de I’Eclairage - CIE), trong nhiều quốc gia, giao thông khi trời tối
chiếm tỉ trọng khoảng 25% và tai nạn giao thông xảy ra thường gấp ba lần ban
ngày. Theo thống kê nhiều năm ở nước ta, mỗi ngày trên toàn quốc xảy ra trung
bình 40-50 vụ tai nạn giao thông, làm cho khoảng 30 người bị chết, 40-50 người bị
thương [1]. Thông thường, chúng ta quan tâm nhiều đến thiệt hại lớn nhất của tai
nạn giao thông là con người (tử vong, thương tật). Nhưng ở các nước tiên tiến, thiệt
hại toàn diện về tai nạn giao thông được tính theo phần ngân sách quốc gia chi phí
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng
25
liên quan đến vấn đề này (bệnh viện, thuốc men, lao động). Các nghiên cứu cho
thấy, một trong những nguyên nhân chủ yếu của tai nạn giao thông là chất lượng
chiếu sáng đường phố chưa được đảm bảo.
Như vậy, có thể nói chiếu sáng đường phố có những vai trò rất quan trọng
sau đây:
- Đảm bảo cho người và các phương tiện tham gia giao thông có được một
tầm nhìn chuẩn xác, tiện nghi, an toàn.
- Cải thiện mật độ và lưu lượng xe cộ đi lại, cho phép người và phương tiện
tham gia giao thông định hướng tốt, tránh được các chướng ngại vật trên đường,
giảm đến mức thấp nhất tai nạn giao thông.
- Cung cấp ánh sáng thích hợp cho hoạt động của xe cộ trên các đoạn đường,
giảm thiểu tội ác xảy ra trên đường phố, góp phần tạo dựng cảnh quan hấp dẫn, tăng
cường năng lực du lịch thương mại trong khu vực.
3.1.2. Phương pháp luận về chiếu sáng đường phố
Kỹ thuật chiếu sáng công cộng đã phát triển từ một nửa thế kỷ nay và đang
không ngừng phát triển do tính năng của các đèn và bộ đèn, do cải tiến liên tục các
phương pháp nghiên cứu theo yêu cầu sử dụng và do sự tiến bộ của các phương
pháp tính toán.
Nếu như trước đây vai trò của việc chiếu sáng chỉ nhằm đẩy lùi bóng tối thì
ngay từ năm 1940, đã xuất hiện các chỉ dẫn nhằm tạo độ đồng đều chiếu sáng để
đảm bảo sự an toàn cho giao thông lúc ấy. Chính điều đó đã đặt nền móng cho sự
phát triển của khoa học chiếu sáng sau này.
Một phương pháp luận được xem như tiêu chuẩn được quốc tế công nhận là
phương pháp độ rọi. Độ rọi E tại một điểm P trên mặt đường do đèn S tạo ra (hình
3.1) có thể xác định theo công thức:

(
)

2
3
cos,
h
CI
E
γγ
=
(3.1)
trong đó
(
)
γ
,CI
là cường độ sáng của đèn theo tọa độ
(
)
γ
,C
theo hướng tới điểm P
còn h là độ cao của đèn.
Trường hợp tổng quát, độ rọi tại P do nhiều đèn của hệ thống chiếu sáng tạo
ra là: