Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng

ix


MC LC
CHNGă1:ăăTNG QUAN 1
1. Tính cp thit c tài 1
2. Mc tiêu nghiên cu, khách th ng nghiên cu 2
3. Nhim v nghiên cu và gii hn c tài 2
4. u 3
5. Các c tin hành 3
CHNGă2:ăCăS LÝ THUYT 4
1. Tng quan v chiu sáng t nhiên và chiu sáng nhân to. 4
1.1. Chiu sáng t nhiên 4
1.1.1. Tng quan chiu sáng t nhiên 4
1.1.2. H s chiu sáng t nhiên 8
1.2. Ánh sáng nhân to 12
2.   ri ca ánh sáng nhân to trong phòng và ánh sáng t
nhiên 14
2.1.  ri ca chiu sáng trong phòng 14
2.2.  ri phân b ca ánh sáng t nhiên 16
2.3.  ri ti mm bt k trong phòng 17
3.  thng chiu sáng 17
3.1. ng ánh sáng cn thit 17
3.2. Thit k chiu sáng ni tht 18
4. Các gii pháp s dng hiu qu 23
5. Gii thiu PWM 30
6.u khin h thng chi tit ki 33
CHNGă3:ăXÁCăĐNH VÙNG CHIU SÁNG T NHIÊN VÀ NGUYÊN LÝ
ĐIU KHIN 36
x

1. nh vùng chiu sáng t nhiên. 36
2. Gii pháp và nu khin cho vùng ly sáng t nhiên 37
2.1. Giu khin cho vùng ly sáng t nhiên 37
2.2. u khin 39
3. Xây dng thit k mu khin 42
3.1. Các mch con trong b u khin 42
3.2.  mu khin tng th 46
4. c thông s và dng sóng ngõ ra 49
4.1.ng ht sáng 49
4.2. ng hp SV < PV 53
CHNGă4: ĐÁNHăGIÁăNG DNG THC TIỄN CA H THNG 55
1. c tiêu th ng ca các lo. 55
2. Áp dng u khin chiu sáng 63
2.1. H thng ching h thu khin công
su 63
2.2. Mô hình áp dng h thu khin công su 66
2.2.1. Phu khin 66
2.2.1.1. Mô hình 1 66
2.2.1.2. Mô hình 2 76
2.2.1.3Nn tit kim gia ba mô hình 86
CHNGă5: KT LUN VÀăHNG PHÁT TRINăĐ TÀI 87
TÀI LIU THAM KHO 89
PH LC 91



xi

DANH SÁCH CÁC BNG

Bng Trang
2.0. Hệ số đ̣ chói của bầu trời 10
2.1. Hệ số đ̣ chói của bầu trời theo hướng lấy sáng. 11
2.2. Cường đ̣ bức xạ của mảng trời qua cửa lấy sáng 11
2.3. Mức chiếu sáng cho các loại công việc 18
2.4. Số liệu phòng 19
2.5. Chỉ số phản xạ 19
2.6. Chỉ số LLF 20
2.7. Thông tin về các loại đèn thường được sử dụng 24
2.8. Sự khác biệt về hiệu suất sáng và tiêu thụ điện 25
2.9. Lượng điện tiết kiệm khi sử dụng chấn lưu điện tử 26
4.1. So sánh điện năng tiêu thụ của 3 mô hình đèn 62
4.2. Lượng điện tiêu thụ trong ngày khi áp dụng dimming 1 75
4.3. Lượng điện tiêu thụ trong ngày khi áp dụng dimming 2 85
4.4. So sánh lượng điện tiết kiệm của 3 mô hình khi áp dụng dimming 86












xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình Trang

2.1. Biểu đồ đ̣ rọi ánh sáng tản xạ trên mặt nằm ngang tại Hà Ṇi 6
2.2. Phân bố giới hạn đ̣ rọi theo địa phương của CIE. 7
2.3. Giả thiết đ̣ chói B của mặt bán cầu phân bố đều. 9
2.4. Sự phân bố đ̣ chói q của bầu trời 10
2.5. Thông số phòng 18
2.6. Bố trí đèn 20
2.7. Điều chỉnh đ̣ ṛng xung 30
2.8. Định nghĩa ḅ biến đổi áp ṃt chiều 31
2.9. Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM 31
2.10. Giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM 31
2.11. Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh 33
3.1. Phân bố đ̣ rọi tổng hợp 37
3.2. Hiệu quả của các phương pháp điều khiển 38
3.3. Lưu đồ điều khiển chiếu sáng tự đ̣ng với cảm biến quang 39
3.4. Sự giao đ̣ng của Ett xung quanh giá trị Eyc 40
3.5. Sơ đồ hệ thống điều khiển chiếu sáng tự đ̣ng 41
3.6. Sơ đồ mạch ổn áp 42
3.7. Mạch ổn áp thi công 42
3.8. Sơ đồ mạch cảm biến quang 43
3.9. Mạch thi công cảm biến quang 43
3.10. Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm 44
3.11. Mạch thi công ḅ điều khiển trung tâm 44
3.12. Sơ đồ mạch ḅ dimming 45
3.13. Mạch thi công ḅ dimming 45
xiii

3.14. Sơ đồ mạch ḅ điều khiển tổng thể 46
3.15. Sơ đồ mạch in tổng thể 47
3.16. Mạch điều khiển tổng thể thi công 48
3.17. Trường hợp SV(450 lux), PV (250 lux ) 49
3.18. Dạng sóng ngõ ra PWM = 10% 49
3.19. Trường hợp SV(450 lux), PV (430 lux ) 50
3.20. Dạng sóng ngõ ra PWM = 20% 50
3.21. Trường hợp SV(450 lux), PV (400 lux ) 51
3.22. Dạng sóng ngõ ra PWM = 50% 51
3.23. Trường hợp SV(450 lux), PV (330 lux ) 52
3.24. Dạng sóng ngõ ra PWM = 80% 52
3.25. Trường hợp SV(450 lux), PV (480 lux ) 53
3.26. Dạng sóng ngõ ra PWM = 1% 53
3.27. Trường hợp SV ( 450 lux ), PV ( 520 lux ) 54
3.28. Dạng sóng ngõ ra PWM = 0% 54
4.1. Phân bố các ḅ đèn huỳnh quang T5 ( đèn âm trần ) 56
4.2. Phân bố giá trị đ̣ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc 57
4.3. Kết quả tính toán trong Dialux 57
4.4. Phân bố các ḅ đèn compact (âm trần ) 58
4.5. Phân bố giá trị đ̣ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc 59
4.6. Kết quả tính toán trong Dialux 59
4.7. Phân bố các ḅ đèn Led (âm trần ) 60
4.8. Phân bố giá trị đ̣ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc 61
4.9. Kết quả tính toán trong Dialux 61
4.10. Phân bố giá trị đ̣ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc khi không có sự tác
đ̣ng của ánh sáng tự nhiên ( Eav = 437 lx ) 64
4.11. Phân bố giá trị đ̣ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc khi có sự tác đ̣ng
của ánh sáng tự nhiên tại thời điểm 11h00:AM ( Eav = 712 lx ) 65
4.12. Phân vùng điều khiển ( zone 1, zone 2, zone 3 ) 66

xiv

4.13. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 8:00AM (Eav = 112 lx) 67
4.14. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 67
4.15. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 75%, zone3 = 100% 68
4.16. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 75%, zone3 = 100% 69
4.17. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 11:00 ( Eav = 276 lx) 70
4.18. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 70
4.19. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 45%, zone3 = 100% 71
4.20. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 45%, zone3 = 100% 72
4.21. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 01:00PM ( Eav = 301 lx) 73
4.22. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 73
4.23. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 38%, zone3 = 100% 74
4.24. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 38%, zone3 = 100% 75
4.25. Phân vùng điều khiển đèn 76
4.26. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 8:00AM (Eav = 112 lx) 77
4.27. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 77
4.28. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 50%, zone2 = 90%, zone3 = 100% 78
4.29. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 50%, zone2 = 90%, zone3 = 100% 79
4.30. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 11:00 ( Eav = 276 lx) 80
4.31. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 80
4.32. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 10%, zone2 = 75%, zone3 = 100% 81
4.33. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 10%, zone2 = 75%, zone3 = 100% 82
4.34. Đ̣ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 01:00PM ( Eav = 301 lx) 83
4.35. Đ̣ rọi của đèn ( Eav = 437 lx) 83
4.36. Phân bố đ̣ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 73%, zone3 = 100% 84
4.37. Đ̣ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 73%, zone3 = 100% 85


1

Chngă1.ăTNGăQUAN

1. Tng quan v hng nghiên cu
Bên cạnh các ngành sn xut lớn nh hiện nay, ngành chiếu sáng  Việt Nam cũng
đang tiêu th một khối lợng điện đáng kể. Trong đó các khối văn phòng đang tiêu th
một lợng điện khá lớn, vì thế hớng quan trọng để tiết kiệm điện chiếu sáng chính là sử
dng những kỹ thuật chiếu sáng mới, công nghệ cao, năng lợng tiêu th điện ít hơn
nhng hiệu qu chiếu sáng không gim. Và một trong các công nghệ hiện đang đợc dần
dần phổ biến rộng rưi đó là công nghệ chiếu sáng sử dng bằng đèn LED.
LED là công nghệ điện tử khác với các nguồn sáng truyền thống, do đó có thể dễ dàng
áp dng các tiến bộ từ công nghệ điện tử để nâng cao kh năng qun lỦ, điều khiển các hệ
thống chiếu sáng một cách thông minh nhằm gim chi phí bo dỡng và tiết kiệm năng
lợng. Nắm bắt đợc u điểm này các công ty đư cho ra đi nhiều sn phẩm để điều
chỉnh cng độ sáng ca đèn nhằm đem lại hiệu qu trong việc tiết kiệm điện năng mà
vẫn đm bo đợc mc đích chiếu sáng theo yêu cầu ca ngi sử dng. Một số sn
phẩm đư đợc các nhà sn xut chế tạo thành công nh: công tắc Dimmer nút xoay cho
đèn, Dimmer cho đèn bằng sóng radio và sóng wifi, bộ điều khiển DMX đa năng,…
Trong khi Việt Nam với lợi thế là một trong những nớc nằm trong di phân bố ánh
nắng mặt tri nhiều nht trong năm trên bn đồ bức xạ mặt tri ca thế giới. Nắm bắt
đợc lợi thế này, đề tài “Giiăphápătităkimănĕngălngătrongăchiuăsáng” đợc xây
dựng nhằm mc đích tận dng ánh sáng mặt tri nh một nguồn năng lợng chiếu sáng
tại chỗ kết hợp với một hệ thống điều khiển chiếu sáng theo ánh sáng tự nhiên để điều
khiển hệ thống chiếu sáng nhân tạo ( đèn LED ) là một gii pháp tiết kiệm điện năng hiệu
qu có thể đáp ứng nhu cầu về chiếu sáng ca các khu vực.
Gii pháp này có thể đợc xây dựng và phát triển để cho ra một sn phẩm dùng để
điều chỉnh độ sáng ca đèn một cách tự động và kh năng tiết kiệm năng lợng hiệu qu
nht, và sn phẩm này có thể áp dng và phổ biến rộng rưi với chi phí đầu t hợp lỦ và

kh năng thu hồi vốn cao, đặc biệt là rt hiệu qu đối với các khối văn phòng và nhà cao

2

tầng nơi mà có lợng ánh sáng tự nhiên lớn. Đây là một gii pháp có Ủ nghĩa về mặt kinh
tế và góp phần gim ô nhiễm môi trng.

2. Mc tiêu nghiên cu
 Đề xut các chiến lợc điều khiển hệ thống chiếu sáng nhân tạo đáp ứng tơng
thích với điều kiện ca hệ thống tự nhiên có sẵn.
 Xây dựng bộ điều chỉnh cng độ sáng ca đèn LED sử dng vi điều khiển
Atmega8 và cm biến quang để thực hiện việc phối hợp điều khiển chiếu sáng
giữa ánh sáng nhân tạo và ánh sáng tự nhiên

3. Nhim v nghiên cu và gii hn caăđ tài
 Nhim v nghiên cu
 Chứng minh đợc cơ hội tiết kiệm năng lợng từ gii pháp kết hợp chiếu sáng
nhân tạo với chiếu sáng tự nhiên.
 Đề xut việc phân vùng chiếu sáng tối u dựa trên độ sâu vùng chiếu sáng tự
nhiên.
 Xây dựng hệ thống điều chỉnh cng độ ánh sáng nhân tạo theo điều kiện ánh
sáng tự nhiên nhằm tiết kiệm năng lợng mà vẫn đạt đợc mức cân bằng độ rọi
trong công trình.
 Các hệ thống thiết bị cần đợc thiết kế một cách gọn nhẹ, không đợc quá cồng
kềnh, mạch thiết kế gọn  mức độ tối đa mà vẫn đm bo đầy đ chức năng nh
yêu cầu.
 Hiệu qu ca phơng pháp điều khiển đợc chứng minh thông qua mô phỏng
bằng phần mềm chuyên dng chiếu sáng Dialux

 Gii h tài

 Nghiên cứu chỉ tập trung xem xét đáp ứng ca hệ thống chiếu sáng dựa trên mức
cân bằng độ rọi thông qua các kịch bn có sẵn.
 Chỉ có hiệu qu đối với các khu vực có vùng chiếu sáng tự nhiên lớn.

3

4. Phngăphápănghiênăcuă
 
 Thiết bị cần phi đợc thiết kế gọn nhẹ, dễ lắp đặt, đm bo ánh sáng luôn luôn
vừa đ, lợng điện tiêu hao vừa phi.
 Có thể đóng ngắt đợc khi cần thiết
 
Đối với hệ thống ánh sáng thng thì có hai kiểu là: ánh sáng thay đổi khi điện áp
thay đổi hoặc điều khiển số lợng đèn khi ánh sáng xung quanh thay đổi. Kiểu ánh sáng
thay đổi theo điện áp có độ chính xác cao, độ điều chỉnh ánh sáng thay đổi là rt nhỏ, mắt
ngi khó phát hiện ra đợc, tuy nhiên phần lập trình khá phức tạp. Còn với kiểu điều
khiển tăng gim đèn khi ánh sáng thay đổi, cách này mắt ngi dễ phát hiện, tuy nhiên
phần lập trình đơn gin hơn.

5. CácăbcătinăhƠnh
 Tìm hiểu đặc tính ca đèn LED, PWM
 Lựa chọn linh kiện, thi công mô hình mạch điều khiển
 Xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng.
 Kho sát sự thay đổi ca ánh sáng tự nhiên theo mô hình “căn phòng mẫu” bằng
phần mềm mô phỏng Dialux.
 Kho sát sự đáp ứng ca ánh sáng nhân tạo đối với sự thay đổi ca ánh sáng tự
nhiện dựa trên mức cân bằng độ rọi.
 So sánh các loại mô hình điều khiển chiếu sáng.
 Đánh giá và kết luận, đa ra hớng phát triển cho đề tài.


4

Chngă2.ăCăS LÝ THUYT

1. TNG QUAN V CHIU SÁNG T NHIÊN VÀ CHIU SÁNG
NHÂN TO
Ánh sáng trong một số công trình thng sử dng 2 loại ánh sáng đó là ánh sáng tự
nhiên và ánh sáng nhân tạo.
1.1. Chiu sáng t nhiên:
1.1.1. Tng quan chiu sáng t nhiên
Ánh sáng tự nhiên trong công trình là loại ánh sáng mặt tri đợc ly từ ánh sáng
ngoài nhà thông qua hệ thống cửa ly sáng. Ánh sáng ngoài nhà ph thuộc rt nhiều yếu
tố nh độ cao mặt tri, tình hình phn xạ ca mặt đt, độ rọi trong suốt ca khí quyển, khí
hậu, địa hình, cnh quan,…Các bức xạ ánh sáng trên đng đi từ mặt tri đến trái đt,
xuyên qua khí quyển, một phần bị khí quyển hp th và tn xạ, một phần xuyên suốt khi
qua khí quyển và truyền thẳng xuống đt. Ánh sáng này giúp ta nhìn những vật xung
quanh một cách chính xác và chuẩn nht. Nó giúp con ngi cm nhận ánh sáng, màu sắc
một cách xác thực.
Tùy theo điều kiện c thể, khi bầu tri có mây hoặc không có mây, ánh sáng đợc
phân tách thành 3 thành phần, bao gồm:

t
E
: là ánh sáng trực tiếp


k
E
: là ánh sáng khếch tán

p
E
: là ánh sáng phn xạ
Độ rọi tổng cộng trên một bề mặt bt kỳ  ngoài nhà, nơi quang đưng, đợc cho nh
sau:
c
E
=
t
E
+
k
E
+
p
E

Hệ số độ rọi so sánh:
E + E + E
E
p
t
c
k
K = = 1

E + E E + E
pp
kk



5

Do tính cht bt thng ca ánh sáng trực tiếp
t
E
nên trong tính toán chiếu sáng tự
nhiên, ngi ta không kể tới
t
E
. Tuy nhiên, trong thực tế ánh sáng trực tiếp khi tồn tại có
tác dng tăng cng rt lớn đối với độ rọi ly trong phòng.
Khi tính toán chiếu sáng tự nhiên, ngi ta quy ớc rằng độ rọi ngoài nhà là độ rọi do
ánh sáng khếch tán ca vòm tri:
ng
E
=
k
E

Độ rọi khếch tán ngoài nhà đợc xác định bằng công thức:
Z
0
k
B

8π
E=
2
3
1+sin h

Trong đó:
Z
B
: là độ chói ca bầu tri  đỉnh đầu
0
h
: là góc cao mặt tri
Trên cơ s tổng kết số liệu thu thập đợc trong nhiều năm ca các trạm đài khí tợng 
địa phơng, thành lập một tập hợp giá trị trung bình ca độ rọi ngoài nhà biến đổi trong
từng gi, từng ngày, từng tháng, từng năm. Từ giá trị độ rọi trung bình trong tháng, thành
lập biểu đồ đng cong độ rọi trung bình ngoài nhà cho mỗi địa phơng, gọi là biểu đồ
quang khí hậu ca địa phơng.


6


Hình 2.1 - Biểu đồ độ rọi ánh sáng tn xạ trên mặt nằm ngang tại
Hà Nội

Qua biểu đồ quang khí hậu, ta thy ánh sáng mặt tri tăng dần từ sáng đến tra, gim dần
từ tra tới tối. Từ biểu đồ quang khí hậu có thể xác định thi gian chiếu sáng tự nhiên và
chiếu sáng nhân tạo cần cho công trình. Trong đó, độ rọi giới hạn ngoài nhà (
,ng gh

E
) là
độ rọi ngoài nhà mà lúc đó trong nhà phi m đèn, nghĩa là giới hạn độ rọi vợt quá 85%
thi gian làm việc từ 9g sáng đến 17g chiều trong suốt những ngày làm việc trong năm.
Độ rọi giới hạn ngoài nhà ph thuộc các yếu tố sau:
 Số gi sử dng ánh sáng tự nhiên ca mỗi địa phơng, mỗi quốc gia.
 Kích thớc ca các cửa chiếu sáng.
 Tiện nghi môi trng ánh sáng trong nhà.
Hiện tại,
,ng gh
E
đợc quy định ph thuộc vào từng quốc gia. C thể, tại CHLB Đức
chọn
,ng gh
E
= 3000 lux, CIE kiến nghị lựa chọn
,ng gh
E
= 5000 lux và điều này cũng

7

đợc chp nhận trên nhiều nớc. Hiện tại, quy phạm hiện hành quy định giới hạn độ rọi 
các địa phơng trong toàn quốc  mức
,ng gh
E
= 5000 lux.
Trong các mô hình mô phỏng độ rọi giới hạn, giá trị độ rọi đợc cho trong khong từ
12000-15000 lux tại khu vực gần đng xích đạo và trong khong 3000-4000 lux  vĩ độ
0

60
.

Hình 2.2: Phân bố giới hạn độ rọi theo địa phơng ca CIE

Theo biểu đồ quang khí hậu tại Việt nam, khi chọn
,ng gh
E
= 5000 lux ứng với thi
điểm từ 7g đến 17g thì:
 Miền Bắc đạt đợc trong suốt 8 tháng
 Miền Trung đạt đợc suốt 9-10 tháng
 Miền Nam đạt đợc gần nh quanh năm.
Nếu chọn chọn
min
1.6
avg
E
E

= 3000 lux ứng với thi điểm từ 7g đến 17g thì:
 Từ Qung Nam tr về phía Nam đư đợc suốt năm.
 Từ Thanh Hoá đến Đà Nẵng đạt đợc 11 tháng (trừ tháng 12 hoặc 1)
 Các địa phơng còn lại  miền Bắc đạt đợc 10 tháng.



8

1.1.2. H s chiu sáng t nhiên

Hệ số chiếu sáng tự nhiên là phần trăm ca tỷ số giữa giá trị độ rọi tại thi điểm tính
toán M (
M
E
) trên mặt phẳng nằm ngang trong phòng với độ rọi ngoài nhà, đợc cho bi
công thức sau:
*100%
M
M
ng
E
e
E


Từ đó, có thể tính đợc giá trị độ rọi trong phòng tại điểm M (
M
E
) tại thi điểm bt
kỳ bằng tỷ lệ giữa hệ số chiếu sáng tự nhiên và độ rọi ngoài nhà tại thi điểm đó.
*
100%
M ng
M
eE
E 

Trị số độ rọi ngoài nhà có thể tìm trong biểu đồ độ rọi ngoài nhà thành lập cho từng
địa phơng, qua số liệu quang trắc trong nhiều năm.
 Định luật hình chiếu góc khối:

Xét trng hợp thông thng, mặt phẳng làm việc nằm ngang. Ly điểm cần tìm độ
rọi làm tâm, dựng bán cầu bán kính r đơn vị. Gi thiết độ chói B ca mặt bán cầu phân bố
đều. Độ rọi tại M là do phần diện tích
S
nhìn từ M qua cửa ly ánh sáng đầu ra, vì
S
khá bé, thừa nhận nh nguồn sáng điểm. Cng độ sáng
I
do
S
phát ra:
*I B S  

2
os
M
I
Ec
r




Mà r = đơn vị, ta có:
* os * * os
M
E I c B S c

   

Ta lại có
* osSc

  
là hình chiếu ca
S
lên mặt phẳng nằm ngang, do đó:
*
M
EB



Diện tích hình chiếu ca bán cầu trên mặt phẳng nằm ngang:
2
*r




9


Hình 2.3: Gi thiết độ chói B ca mặt bán cầu phân bố đều
Do bán kính r = 1 nên:
**
ng
E B B

  

*
*
M
M
ng
EB
e
EB


  

Hay
M
e




Phát biểu: giá trị độ rọi trên mặt phẳng thẳng đứng ngoài tri chỉ bằng một nửa giá trị
độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang ngoài tri.
 Sự phân bố độ chói (q) ca bầu tri
Thực tế, độ chói ca bầu tri phân bố không đều. Sự phân bố độ chói ca bầu tri có
nh hng rt lớn đối với độ rọi ngoài nhà và trong nhà. Không kể vị trí ca mặt tri, độ
chói ca bầu tri cực đại  đỉnh đầu và gim dần xuống chân tri.
Hệ số độ chói không đều ca bầu tri (q), bằng:
3(1 2sin )
7
z

B
q
B





Trong đó,

B

: Độ chói trung bình ca mng tri nhìn thy từ điểm tính toán qua cửa ly ánh
sáng, bằng độ chói tại điểm trung bình ca mng tri đó.

z
B
: Độ chói  đỉnh đầu

10



: Góc cao ca mng tri nhìn thy từ điểm tính toán qua cửa ly ánh sáng, bằng
góc hợp thành giữa mặt phẳng nằm ngang với đoạn thẳng nối điểm tính toán đến
tâm lỗ cửa.


Hình 2.4: Sự phân bố độ chói q ca bầu tri
Giá trị q (không kể ánh sáng phn xạ)

Bng 2.0: Hệ số độ chói ca bầu tri

11

Với độ cao mặt tri xác định thì sự phân bố độ chói ca bầu tri ph thuộc vào vị trí
mặt tri và vị trí ca mng tri nhìn thy qua cửa sổ ly ánh sáng (tức là hớng ca cửa
ly ánh sáng với vị trí mặt tri), khi đó hệ số độ chói không đều ca bầu tri có thể ly
theo bng sau:
Hngăcaă
lyăánhă
sáng
Bắc
Đôngăậ Bắc
Tây ậ Bắc
Đông
Tây
Đôngăậ
Nam
Tây ậ Nam
Nam
1
q

1
1.1
1.4
1.2
1.3
Bng 2.1: Hệ số độ chói ca bầu tri theo hớng ly sáng.

Từ giá trị trong bng trên, có thể thy, nếu đặt cửa ly ánh sáng  hớng Đông và
hớng Tây sẽ chịu nh hng lớn nht ca độ chói.
Cng độ bức xạ tử ngoại ca mng tri nhìn thy qua cửa ly ánh sáng ph thuộc
vào độ cao ca mng tri so với đng chân tri, có thể tham kho bng sau:
Độ cao ca mng tri
15
25
35
50
55
65
75
85
Cng độ tơng đối ca bức xạ tử
ngoại (%)
52
64
74
79
81
85
87
100
Bng 2.2: Cng độ bức xạ ca mng tri qua cửa ly sáng

 Độ rọi tổng hợp trong phòng
Quang thông F tới một điểm nào đó trong phòng bằng tổng hợp những quang thông
sau:
 Quang thông khếch tán ca vòm tri trực tiếp vào phòng:

k
F

 Quang thông phn xạ từ các bề mặt trong phòng:
0
F

 Quang thông phn xạ từ bề mặt các công trình đối diện:
d
F

 Quang thông phn xạ từ mặt đt:
S
F

Hệ số chiếu sáng tự nhiên
M
e
tại một điểm nào đó trong phòng:

12

0M kt d S
e e e e e   

Tập hợp này bao gồm nhiều nhân tố ngẫu nhiên và khác thng, do đó, để đơn gin
tính toán quang học, ngi ta đa vào những gi thiết sau đây:
 Độ rọi B ca bầu tri phân bố đều.
 Không xét độ rọi tăng thêm do ánh sáng trực tiếp (
t

E
) gây ra.
 Không tính tới nh hng ca ánh sáng phn xạ
 Không xét tới đặc điểm quang khí hậu ca địa phơng.
Trên cơ s những gi thiết này, kết qu tính toán sẽ sau với thực tế, do đó phi hiệu
chỉnh kết qu tính toán bằng một hệ số thực nghiệm đối với những nhân tố cha kể tới
tính toán, hoặc hiệu chỉnh bằng phơng pháp tính bổ sung.
Ngày nay, với sự hỗ trợ ca máy tính và sự phát triển mạnh mẽ ca ngành mô hình
hoá và mô phỏng, các nhân tố tự nhiên này đợc xét vào phép tính và kết qu ca mô
phỏng càng gần với kết qu thực tế.

1.2. Ễnhăsángănhơnătoă
Là loại ánh sáng do con ngi tạo ra thông qua các thiết bị điện, chúng có kh năng
chiếu sáng cao, nhng không đạt hiệu qu bằng ánh sáng tự nhiên.
Các yếu tố nh hng đến chiếu sáng nhân tạo:
 Hệ số tổn hao ánh sáng: Hệ số tổn hao ánh sáng đợc xét đến tuổi thọ ca đèn
gim dần dẫn đến quang thông ca đèn bị suy gim. Ngoài ra còn phi kể tới các yếu tố
khác nh: các bộ đèn bị bám bẩn, nh hng ca các loại ballast khác nhau trên hiệu sut
phát sáng và tuổi thọ ca đèn.
 Độ tơng phn: Trong thực tế, mỗi một chi tiết ca vật thể đợc chiếu sáng đều có
yêu cầu về độ rọi và màu sắc khác nhau từ nền đến chúng. Kh năng nhận biết tốt nht
khi độ tơng phn giữa vật và nền ca nó càng cao. Nếu độ tơng phn thp, có thể khắc
phc bằng cách sử dng hệ thống chiếu sáng bổ sung.
 Tỷ số độ rọi: Để mắt đợc làm việc một cách dễ chịu và hiệu qu thì độ rọi giữa
vật đợc chiếu sáng với các vật chung quanh phi tơng đối đồng đều. Ngi thng

13

xuyên nhìn vào vật đợc chiếu sáng nhng họ cũng có thể nhìn sang những vật thể khác.
Nếu độ rọi không đều, khi thay đổi hớng nhìn từ vùng sáng đến vùng tối và ngợc lại,

mắt ngi phi thng xuyên điều tiết dẫn đến sự mệt mỏi, gim hiệu sut lao động và tai
nạn lao động có thể xy ra. Vì thề các độ rọi trong trng nhìn phi đợc kiểm soát một
cách cẩn thận.
 Độ đồng đều: Độ đồng đều ca độ rọi đạt đợc khi độ rọi cực đại không vợt quá
1.6 lần độ rọi trung bình và độ rọi cực tiểu thì không thp hơn 1.6 lần độ rọi trung bình.
ax
1.6
m
avg
E
E


min
1.6
avg
E
E


Để bo đm độ rọi đồng đều, có thể sử dng các đèn có công sut giống nhau, thay
đổi số lợng và khong cách giữa các đèn, để đạt đợc sự phân bố đèn đều trên mặt
phẳng làm việc.
 Tỷ số khong cách: Với mc đích đạt đợc độ rọi đồng đều trên mặt phẳng làm
việc thì các nhà sn xut đa ra hệ số khong cách giữa các đèn với độ cao treo đèn quy
định trớc.
Để biết đợc khong cách giữa hai đèn tối đa cho phép, ngi thiết kế sẽ nhân hệ số
này với độ cao treo đèn tới điểm làm việc. Các bộ đèn có hệ số khong cách cao, do có
đng cong phân bố cng độ sáng rộng cần bố trí đèn xa hơn.
 Sự phân phối: Độ rọi trên mặt đứng là một trong các chỉ tiêu cần xem xét trong

hầu hết các môi trng công nghiệp vì rt nhiều dây chuyền sn xut nh dây chuyển sn
xut máy, băng chuyền điều khiển, băng chuyền lắp ráp… thng đợc bố trí theo mặt
thẳng đứng. Mặt khác, các máy hay thiết bị có thể che chắn lợng ánh sáng và gây nên
các bóng tối trên mặt phẳng làm việc.
Để chiếu sáng mặt phẳng đứng cần ứng dng những hệ thống chiếu sáng thích hợp
cũng nh lu Ủ đến việc lựa chọn bộ đèn và vị trí đặt bộ đèn. Các bộ đèn có đng cong
phố quang theo diện rộng có thể đợc dùng trong hệ thống chiếu sáng bổ sung nhằm thu

14

đợc lợng ánh sáng cần thiết trên về mặt thẳng đứng và khắc phc những tr ngại do nó
gây ra.
 Bóng: Bóng có thể đợc loại trừ nh sử dng nhiều loại đèn khác nhau hoặc các
loại đèn có đng cong phố quang theo diện rộng. Tuy nhiên, việc loại trừ các bóng m
cũng gặp nhiều khó khăn. Muốn gim tối thiểu các bóng m có thể dùng hệ thống chiếu
sáng bổ sung kiểu chiếu sáng trực tiếp.
 Độ chói: Chói có thể gây ra mỏi mệt, nhức đầu, cm giác thiếu tiện nghi… chói
làm gim năng sut do gim hiệu qu nhìn.

2. CăSăTệNHăTOỄNăĐăRIăCAăỄNHăSỄNGăNHỂNăTOăTRONGă
PHÒNG VÀăỄNHăSỄNGăTăNHIểN
2.1. Tínhătoánăđăriăcaăchiuăsángănhơnătoătrongăphòng
Có nhiều phơng pháp tính toán độ rọi trong phòng nh: Phơng pháp hệ số sử dng,
phơng pháp công sut riêng, phơng pháp điểm và phơng pháp quang thông.
Phơng pháp điểm: đây là phơng pháp tính toán tơng đối chính xác so với các
phơng pháp còn lại. Cơ s tính toán cho phơng pháp này là độ rọi tại điểm làm việc là
tổng các thành phần tia sáng từ các nguồn sáng có trong phòng (đèn). Ta xét thành phần
độ rọi cho một nguồn sáng (một đèn) nh hình sau:

Từ khái niệm về góc khối ta có

2
R .dω
dS =
cosβ


15

Mặt khác lợng quang thông gửi đến mặt dS là:
α
dF = I *dω

Mà
α
dF cos
β
E = = I *
A
2
dS
R


Ta có
R=
cos
H


Vậy

2
α
A
2
I *cosβ
E = *cos α
H

Vì mặt phẳng làm việc song song với trần nên α = β:
3
A*
2
cos α
E = I
H


Iα : cng độ sáng ca đèn theo góc α
Nếu Iα là cng độ sáng ca đèn qui ớc có F = 1000lm, với một đèn có
d
F
bt kì, ta
có:
3
2
* *cos
1000*
d
A
IF

E
H




Trong phòng làm việc có nhiều nguồn sáng (bóng đèn) thì độ rọi tại điểm A là tổng độ
rọi ca tt c các đèn đó chiếu đến:
12
2
1
*cos

1000
n
d i i
Ai
FI
E E E E
H



    





16

Phơng pháp này không dùng để tính toán nguồn sáng phn xạ, nhng trong thực tế
thì độ rọi tại một điểm sẽ bao gồm nguồn sáng trực tiếp và nguồn phn xạ. Vì vậy, có thể
thêm vào hệ số thành phần ánh sáng phn xạ nh sau:
12
2
1
*cos
( )
1000
n
d i i
Ai
FI
E E E E
H




    




2.2. Tínhătoánăđăriăphơnăbăcaăánhăsángătănhiên
Độ rọi trên bề mặt cửa sổ thẳng đứng:
v G v
E = k *G


G
k
: hiệu sut phát sáng ca bức xạ toàn cầu (lm.W-1)

v
G
: tổng bức xạ trên bề mặt cửa sổ (W.m-2)
Hiệu sut phát sáng:
hh
G D s
hh
DD
k = *k + 1- *k
GG




Với:

h
D
: độ rọi khếch tán trên mặt phẳng ngang (W.m-2)

h
G
: tổng độ rọi trên mặt phẳng ngang (W.m-2)

D

k
: hệ số rọi ca độ rọi khếch tán (lm.W-1)

s
k
: hệ số độ rọi từ ánh sáng trực tiếp (lm.W-1)
Độ rọi trung bình bên trong cửa sổ đợc tính nh sau:
wV
invg
in
A*τ*E
E=
A (1-ρ)

Với

w
A
: bề mặt cửa sổ (m2)

τ
: hệ số truyền ánh sáng qua cửa kính

V
E
: độ rọi trên bề mặt cửa sổ (lx)

in
A
: tổng diện tích bề mặt bên trong phòng (m2)


ρ
: hệ số phn chiếu ca các bề mặt bên trong phòng

17

Nh vậy, với các thông số diện tích cửa sổ và hệ số truyền ánh sáng qua kính ta đợc
độ rọi mặt thẳng đứng phía bên trong cửa sổ là
E*
in v
E



2.3. Đăriătiămtăđimăbtăkỳătrongăphòng
Độ rọi tại một điểm bt kì trong phòng bao gồm độ rọi từ ánh sáng nhân tạo (độ rọi từ
các đèn) và thành phần độ rọi ánh sáng tự nhiên qua cửa.
AL in
E = E + E
i

Với

AL
E
: độ rọi thành phần ánh sáng nhân tạo (lux)

in
E
: độ rọi bên trong cửa ca thành phần ánh sáng tự nhiên (lux)

Trong thiết kế chiếu sáng, gii pháp chiếu sáng kết hợp với ánh sáng tự nhiên nhằm
mc đích tiết kiệm năng lợng cho phần chiếu sáng. Ánh sáng tự nhiên đợc ly vào
phòng ch yếu là thành phần khếch tán. Vì thành phần bức xạ trực tiếp ca mặt tri có độ
sáng lớn nhng cũng bức xạ nhiệt rt lớn. Vì vậy việc sử dng thành phần bức xạ trực
tiếp là không kh thi khi năng lợng đáp ứng cho nhu cầu điều hoà không khí cao hơn
năng lợng tiết kiệm đợc từ đèn.
3. ĐỄNHăGIỄăH THNG CHIU SÁNG
3.1. Lng ánh sáng cn thit
Mọi công việc đều yêu cầu mức chiếu sáng nht định lên bề mặt cơ thể. Đm bo
chiếu sáng tốt là điều cần thiết để thực hiện các công việc cần chiếu sáng. Việc chiếu
sáng tốt cho phép mọi ngi làm việc đạt năng sut cao hơn. Thông thng để đọc
sách phi cần 100 đến 200 lux. Vì thế câu hỏi đầu tiên đối với nhà thiết kế là chọn
đợc mức chiếu sáng phù hợp. y ban quốc tế về chiếu xạ (CIE) và Hội các kỹ s
ánh sáng (IES) đư đa ra các mức chiếu sáng cho các loại công việc khác nhau.
Những chỉ số này từ đó đư tr thành tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế trong thiết kế
chiếu sáng (Bng nêu phía dới). Câu hỏi thứ hai là về cht lợng đèn. Trong hầu hết
trng hợp, cht lợng đợc hiểu là độ hoàn màu. Ph thuộc vào từng loại công việc
mà ta có thể chọn các loại đèn khác nhau dựa trên chỉ số hoàn màu.

18


Mc
chiu
sáng (lux)
Ví d v các khu vc hotăđng

Chiếu sáng chung đối
với các phòng và khu
vực hoặc không đợc

sử dng thng
xuyên
hoặc/và các công việc
cần chiếu sáng bình
thng hay đơn gin
20
Chiếu sáng dịch v tối thiểu tại các khu vực
đi lại bên ngoài, các cửa hàng ngoài tri, các
chuồng gia súc
50
Lối đi bộ và bậc lên xuống.
70
Khu vực nồi hơi.
100
Trạm biến thế, gian lò,.v v.
150
Khu vực đi lại trong nhà máy, cửa hàng và
phòng ct trữ
Chiếu sáng chung
dành cho nội tht
200
Chiếu sáng dịch v tối thiểu
300
Gia công nguội vừa và gia công cơ khí, quy
trình chung trong ngành hóa cht và thực
phẩm, các hoạt động đọc sách và lập hồ sơ
thông thng.
450
Giá treo, kiểm tra, phòng thiết kế, gia công
nguội tinh và dây chuyền máy móc, nhuộm

màu, công việc thiết kế quan trọng
1500
Gia công nguội rt tinh và gia công cơ khí,
công c và dây chuyền máy móc đòi hỏi sự
chính xác đến từng chi tiết nhỏ, các linh kiện
điện tử, đo và kiểm tra các bộ phận phức tạp
(có thể đợc chiếu sáng cc bộ)
Chiếu sáng cc bộ bổ
sung đối với những
công việc đòi hỏi sự
chính xác về thị giác
3000
Những công việc cần sự chính xác đến từng
chi tiết, ví d nh các bộ phận rt nhỏ ca
công c, chế tạo đồng hồ, chạm khắc
Bng 2.3: Mức chiếu sáng cho các loại công việc
3.2. Thit k chiu sáng ni tht

Hình 2.5. Thông số phòng

19

                
 Phi tiến hành đánh giá sơ bộ về loại chiếu sáng cần thiết, thng thì
quyết định đợc đa ra dựa trên tính kinh tế và tính thẩm mỹ.

Kích thớc
phòng
Chiều dài
L1

m
Chiều rộng
L2
m
Diện tích sàn nhà
L3
m 2
Chiều cao trần nhà
L4
m
Hệ số phn xạ
bề mặt
Trần nhà
L5
p.u
Tng
L6
p.u
Sàn nhà
L7
p.u
Chiều cao bề mặt làm việc tính từ sàn
nhà
L8
m
Chiều cao bộ đèn tính từ sàn nhà
L9
m
Bng 2.4: Số liệu phòng
Chỉ số phn xạ thng sử dng đối với L5, L6, L7 là:

Trn
nhà
Tng
Sàn nhà
Văn phòng có điều
hòa
0,7
0,5
0,2
Công nghiệp nhẹ
0,5
0,3
0,1
Công nghiệp nặng
0,3
0,2
0,1
Bng 2.5: Chỉ số phn xạ


Hệ số sử dng đợc định nghĩa nh là tỷ lệ phần trăm
ca lumen đèn trần phát ra nguồn sáng và truyền đến bề mặt làm việc. Hệ số này bao gồm
c ánh sáng trực tiếp phát ra từ nguồn phát sáng cũng nh ánh sáng phn chiếu ra ngoài
bề mặt căn phòng. Nhà sn xut sẽ cp cho mỗi bộ đèn một bng CU riêng ly từ báo cáo
thử nghiệm trắc quang. Sử dng bng có sẵn từ nhà sn xut có thể quyết định hệ số sử
dng để lắp các loại đèn khác nhau nếu biết hệ số phn xạ ca tng và trần nhà, biết loại
nguồn phát sáng và xác định đợc chỉ số đo phòng.