Thiết kế hệ thống chiếu sáng đường dẫn của khẩu hoa lư tỉnh bình phước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ
TỈNH BÌNH PHƯỚC

HỌ TÊN TÁC GIẢ KHỐ LUẬN

NGUYỄN ĐÌNH THƠNG
Bình Dương, Tháng 5 năm 2014
Trang 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
NIÊN KHÓA 2011 – 2014

TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ
TỈNH BÌNH PHƯỚC
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn: ThS. PHẠM QUANG MINH

ThS. NGUYỄN ANH VŨ
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH THƠNG
MSSV: 11C660012
Lớp: C11DT01

Bình Dương, Tháng 5 năm 2014
Trang 2


LỜI MỞ ĐẦU
Thiết kế chiếu sáng là một ứng dụng công nghệ chiếu sáng cho một không gian
của con người. Giống như việc thiết kế trong kiến trúc, trong kỹ thuật và những thiết
kế khác, thiết kế chiếu sáng dựa vào tổ hợp các nguyên tắc khoa học đặc trưng,
những tiêu chuẩn và quy ước đã thiết lập và một số các tham số về thẩm mỹ học,
văn hóa và con người được xem xét một cách hài hòa.
Từ thời kỳ sơ khai của văn minh đến thời gian gần đây, con người chủ yếu tạo ra
ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng. Ở thế kỷ 21, chúng ta
vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng
sáng. Chỉ trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và
đa dạng hơn nhiều. Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm
khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà thương mại và khoảng 3
– 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp. Hầu hết
những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức
được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng. Thơng thường có thể
tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút
kinh nghiệm. Thay thế các loại đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn
halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ
chiếu sáng. Do vậy các kỹ sư cần phải thiết kế một cách chính xác và hiệu quả và một
trong số đó giúp các kỹ sư thiết kế giảm bớt được thời gian và tính chính xác. Đồ án
này có thể giúp sinh viên phân nào hiểu được trình tự tính tốn thiết kế chọn khối

lượng vật tư cụ thể cho một cơng trình thực tế sau khi ra trường.

-

Tính cấp thiết của đề tài :
Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết trong vấn đề chiếu sáng các đường phố ở
Việt Nam đang ngày càng phát triển cũng như việc áp dụng kỹ thuật chiếu
sáng như thế nào để mang lại tiết kiệm, hiệu quả tốt nhất phù hợp với mỹ

Trang 3


quan đô thị, ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng vào việc phát triển chiếu sáng
đường phố Việt Nam.
Từ lý thuyết đến thực hành để thực hiện một cơng trình thực tế nào đó đối
với sinh viên sau khi ra trường đó là một cả vấn đề, đồ án này giúp sinh
viên giải quyết được một phần nào khó khăn ngồi biết được kiến thức từ
mơ hình, sơ đồ ngun lý thì đề tài này giúp sinh viên biết được trình tự
thiết kế thi công và chọn khối lượng vật tư để thi công hợp lý.
Xuất phát từ những điều kiện khách quan đó. Đồ án sau khi hồn thành sẽ
giúp ích cho sinh viên ngành Điện – Điện Tử nói riêng và sinh viên trường
Đại Học Thủ Dầu Một nói chung.
-

Tình hình nghiên cứu :
So những đề tài trước ngồi kiến thức học tập ở trường cũng như thực hành trên
một số mơ hình, mơ phỏng khác thì sinh viên chỉ dừng lại ngoài biết được sơ đồ
nguyên lý, thiết kế tính tồn chọn thiết bị… Thì đồ án này cịn giúp sinh viên
thiết kế tính tốn chọn khối lượng vật tư để thi công thực tế. Đồ án này được
thực hiện áp dụng thực tế bên ngoài giúp sinh viên hiểu rỏ hơn phần nào công

việc để sinh viên đáp ứng và tính tốn phù hợp hơn với cơng trình thực tế bên
ngồi:

-

Mục đích nghiên cứu :
Tạo mơi trường ánh sáng tốt, giúp người lái xe xử lý nhanh chóng, chính
xác các tình huống xảy ra trên đường đảm bảo lái xe an toàn với tốc độ
quy định của từng cấp đường trong đơ thị.
Đảm bảo an tồn cho mọi phương tiện và con người lưu thông trên
đường, giảm đến mức thấp nhất tại nạn giao thông.
Làm sáng rõ các biển chỉ dẫn giao thông.
Làm đẹp cảnh quan đô thị vào ban đêm.

Trang 4


Giúp Sinh Viên tính tốn thiết kế chọn khối lượng vật tư chiếu sáng thực
tế phù hợp sau khi sinh viên ra trường có thể thiết kế và đáp ứng được
cơng việc bên ngồi thực tế được tốt hơn.
-

Nhiệm vụ nghiên cứu:
Một số khái niệm cơ bản.
Các bước tính tốn thiết kế chiếu sáng.
Những yêu cầu chung của thiết kế chiếu sáng.
Cơ sở thiết kế hệ thống chiếu sáng đường phố.
Các tiêu chuẩn, quy chuẩn chiếu sáng của bộ xây dựng.
Chọn đèn và thơng số đèn cho chiếu sáng.
Phân tích và tính tốn số liệu về như: độ rọi, độ chói, quang thơng, hiệu

suất phát quang, cường độ ánh sáng, phản xạ…
Tính tốn và bốc khối lượng thi cơng.
Đề tài giúp sinh viên ra tính tốn, thiết kế chọn khối lượng cơng trình được
phù hợp giúp sinh viên hiểu được trình tự thiết kế cũng như thi cơng ngồi
thực tế, giúp sinh viên đáp ứng được công việc tốt hơn sau khi ra trường.

-

Phương pháp nghiên cứu :
Tổng hợp lý thuyết qua: báo, tài liệu, thư viện, Internet…
Thực nghiệm tính tốn và mơ phỏng mơ bằng phần mềm.
Tham quan và học hỏi những cơng trình thiết kế và thi cơng chiếu sáng
đường bộ ở một số công ty thực tế.

-

Các kết quả đạt được của đồ án:
Đồ án được thực hiện giúp sinh viên thực tế hiểu được hệ thống chiếu sáng
đô thị được áp dụng thực tế giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy cách kỹ thuật
cũng như tính tốn thiết kế chiếu sáng và tính tốn khối lượng vật tư, quy
trình thi cơng thực tế.

Trang 5


Phần lớn sinh viên chỉ nắm được sơ đồ nguyên lý, lý thuyết cơ bản, chưa
hiểu được những quy trình thi cơng, tính tốn và chọn khối lượng vật tư,
cách thực hiện thi cơng thực tế ra sao thì đồ án này sẽ bổ sung những phần
cịn thiết đó.
-

Kết cấu của Đồ Án:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN
CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC.
Chương 4: DỰ TỐN THIẾT BỊ VẬT TƯ VÀ KINH PHÍ HỆ THỐNG
CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH
BÌNH PHƯỚC.
Chương 5: BIỆN PHÁP TỔ CHỨC THI CƠNG HỆ THỐNG CHIẾU
SÁNG ĐƯỜNG DẪN CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH
PHƯỚC.
Chương 6: KẾT LUẬN.

Trang 6


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG DẪN
CỬA KHẨU HOA LƯ TỈNH BÌNH PHƯỚC

Hình Sơ đồ mặt bằng đường dẩn ban đầu

1.1 Cơ sở thiết kế bản vẽ thi cơng – dự tốn:
Hồ sơ được lập dựa trên cơ sở pháp lý sau:
Trang 7


Kết quả điều tra khảo sát thiết kế hiện trường tại địa phương

Bản vẽ mặt bằng tuyến căn cứ theo một số qui định, tiêu chuẩn

1.2 Tổng quát về công trình:
1.2.1. Tên cơng trình :
Hệ thống chiếu sáng đường dẫn cửa khẩu Hoa Lư
1.2.2. Địa điểm xây dựng: Khu kinh tế cửa khẩu Hoa Lư - Tỉnh Bình Phước.
1.2.3. Chủ đầu tư: Ban Quản lý Khu kinh tế.
Thực hiện dự án : Ban Quản lý dự án Khu kinh tế.
1.2.4. Đơn vị tư vấn :
1.2.5. Hình thức đầu tư: Đầu tư xây dựng mới
1.2.6. Sự cần thiết phải đầu tư:
Đầu tư hệ thống chiếu sáng đồng bộ với khu vực tại trạm kiểm soát của
cửa khẩu. Nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tai nạn
giao thơng vào ban đêm. Do đó việc đầu tư lưới điện chiếu sáng là rất cần thiết.
1.2.7. Mục tiêu đầu tư:
Cung cấp điện chiếu sáng cho khu vực trạm kiểm soát khu cửa khẩu
nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tai nạn giao thơng
vào ban đêm, góp phần hồn chỉnh hạ tầng kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi trong
việc đi lại cho nhân dân trong khu vực.
1.2.8. Quy mô đầu tư:
Tổng chiều dài đơn tuyến là 1.242 mét.
1.2.9. Cấp, loại cơng trình:
a) Cấp cơng trình: Cơng trình cấp 4, thiết kế 1 bước.
b) Lọai cơng trình: Cơng trình hạ tầng kỹ thuật.
Trang 8


1.3 Phương án quản lý và khai thác
Ban quản lý khu kinh tế làm chủ đầu tư và thực hiện đầu tư cơng trình, quản lý
vận hành.

1.4 Đánh giá tác động mơi trường, an tồn lao động – giải pháp phịng
chống cháy nổ
1.4.1 Tác động mơi trường:
- Cần phải chọn thiết bị thi công hợp lý, trách rung động, thải khói, bụi và gây
nên tiếng ồn làm ảnh hưởng đến khu vực dân cư xung quanh cơng trình. Máy móc
thiết bị trước khi đưa vào cơng trình phải được kiểm tra cân chỉnh để chế độ hoạt
động tốt nhất.
- Sử dụng các thiết bị thi công phù hợp, tổ chức tiến độ thi công hợp lý tại từng
công đoạn, giảm thiểu tối đa mức độ ơ nhiễm khơng khí, nước và tiếng ồn làm ô
nhiễm môi trường…..
- Khi thi công các loại xe chở vật liệu tập kết đến công trường phải được phủ bạt
kín tránh rơi vãi gây bẩn. Các loại vật liệu thi công phải được tập kết vào đúng nơi
quy định không để tuỳ tiện, tràn lan. Các loại chất thải, nhiên liệu dầu nhớt không
được xả xuống khu vực thi công. Xây dựng khu vệ sinh tạm thời trên công trường
phải đạt yêu cầu về vệ sinh mơi trường.
1.4.2 Cơng tác phịng chống cháy nổ:
Tuyến cáp được luồn trong ống nhựa và ống sắt đặt trong mương cáp đi ngầm
dưới mặt đất dọc tuyến vỉa hè và dọc tuyến dãy phân cách nên cơng việc phịng
cháy chửa cháy rất thuận lợi khi có sự cố cháy nổ xây ra.

1.5. Kết luận và kiến nghị:
- Đầu tư xây dựng hệ thống chiếu nhằm chiếu sáng cho khu vực trạm kiểm soát cửa
khẩu nhằm đảm bảo an ninh trật tự, an toàn xã hội và giảm thiểu tại nan giao thông,
Trang 9


góp phần hồn chỉnh hạ tầng kỹ thuật tạo điều kiện thuận lợi trong việc đi lại cho nhân
dân trong khu vực.

Trang 10


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Một số khái niệm cơ bản
2.1.1 Bản chất sóng - hạt của ánh sáng:
2.1.1.1 Bản chất 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 khơng 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 vơ tuyến (FM)
• Từ 0,5 m n 1,0 mm
Súng raa
ã T1000 àm n 0,78 àm 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 cịn 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 vịng ngồi lên trạng
thái kích thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn f 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 f 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.
2.1.1.2 Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục

Trang 11


+ 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 cơng dụng khác ngồi 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, phát 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.
2.1.1.3
Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch

Trang 12


+ Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). 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 khơng 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.
2.1.2. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân
tạo
2.1.2.1 Hiện tượng 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 dịng điện được nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát hiện
Trang 13


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 ln ln có va chạm với các ngun 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 ngồi (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 khơng 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 halogenVonfram).
2.1.2.2 Hiện tượng 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 q trình diễn ra rất phức tạp,
phụ thuộc vào áp suất khí, cơng suất nguồn điện và dạng điện trường. Tuy nhiên
có thể mơ tả tóm tắt thơng 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 dịng điện tăng theo (đoạn AB). Ngun nhân có dịng
điện là do các ion tự do tồn tại trong chất khí.
+ Đến điểm B (điểm xảy ra phóng điện) thì dịng điện tăng rất nhanh cịn điện
áp giảm xuống đến điểm M (điểm duy trì phóng điện). Ngun nhân dịng 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 khơng
phải phóng điện tỏa sáng vì ở áp suất cao, hiện tượng phóng điện khơng tự duy
trì được.

Trang 14


Đối với nguồn điện xoay chiều hình sin thì chiều dịng 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 khơng cịn 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.

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),…
2.1.2.3 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 cịn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải

quang phổ nhìn thấy được. (Đinh luật Stoke)
Trang 15


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 khơng cho tia tử ngoại xun qua, trong đó chứa chất thuỷ ngân ở áp
suất thấp.
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.
2.1.2.4 Hiện tượng phát sáng lân 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
Trang 16


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.
Đa số các chất lân quang có thời gian tồn tại của trạng thái kích thích chỉ vào cỡ
miligiây .
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 khơng bền.
Nó chỉ dùng trong chế tạo các đồ chơi cho trẻ em,…
2.1.3. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng
1.1.3.1 Góc khối (cịn gọi là góc đặc, góc nhìn)
- Khái niệm: Xét một đường cong kín bất kỳ (L). Từ một điểm O trong khơng
gian ta vẽ các đường thẳng tới mọi điểm trên đường cong (L) gọi là các đường
sinh. Khi đó phần khơng gian giới hạn bởi các đường sinh này được gọi là góc
khối nhìn đường cong (L) từ đỉnh.
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 khơng 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 khơng gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó.
- Ví dụ tính tốn 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 : Ω =

Trang 17


+ 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:
Ω=

= 2ᆐ ( 1- cosα ) =

2ᆐ ( 1- cosα ) =

+ 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:
Ω= =
=
2ᆐ ( 1- cosα )
Ta thấy góc khối là đại lượng khơng phụ thuộc bán kính R.
Trường hợp tại đỉnh O nhìn tồn 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 nhìn diện tích dS từ O

dΩ =
Trong đó α là góc hợp bởi vectơ pháp tuyến của mặt dS và OM, cịn 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.

Trang 18


2.1.3.2 Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy
Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng khơng 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. 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 :

với 380nm ≤ λ1, λ2 ≤ 780nm

Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục):
Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch):
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)
2.1.4. Quang thông (F)
Đại lượng thông lượng ánh sáng dùng trong kỹ thuật chiếu sáng được đo trong đơn vị
lumens (lm).
Một lumen
của ánh
sáng, khơng
phụ thuộc
vào bước
sóng của nó
(màu), tương

ứng với độ
sáng mà mắt
người cảm
nhận được.

Trang 19


λ2

F=

∫ Fλ k λ d λ k

λ1

1( Lm ) =

1
(W )
683

Trong đó: k là hệs ố qui đổi đơn vị bằng thực nghiệm. k = 683 Lm/W.
2.1.5. Cường độ sáng (I):
Cường độ sáng I, đo trong đơn vị candela(cd). Đó là thông lượng của một nguồn sáng
phát ra trong một đơn vị góc khơng gian (steradian).

dF
(Cd)
dω

1Lm
1Cd =
1Sr
2
S 4πr
ω = 2 = 2 = 4π (Sr)
r
r
I=

S là diện tích ta nhìn từ tâm 0 với góc khơng gian là dω, khoảng cách là r
2.1.6. Độ rọi (E):
Độ rọi E (đơn vị lux) là đại lượng đặc trưng cho thông lượng ánh sáng trên một đơn vị
diện tích. Một diện tích mặt cầu 1m2 có một nguồn sáng cường độ 1 candela sẽ có độ
rọi là 1 lux. 1lux = 1lm/ 1m2

Trang 20


E=

dF
(Lx)
dS

ds là diện tích của mặt chiếu sáng.
2.1.7. Độ chói (L):
Là đạ i luợng đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của một nguồn
sáng hay một bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt nguời
Lα =

Iα
(Cd/m2)
cos α .ds

- Iα là cường độ sáng theo hướng α.
- ds là diện tích mặt bao nhìn từ hướng α.

dF
(Lx)
dS
1Lm
1Lx =
1m 2

B=

2.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng cơng cơng
2.2.1 Các phương pháp, trình tự thiết kế chiếu sáng
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 tốn và thiết
kế ngày càng hồn 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

Trang 21


vấn đề nêu trên đều đặt ra thách thức đối với thiết kế chiếu sáng bằng phương
pháp độ rọi vì nó khơng cịn đảm bảo an tồn giao thơng.
Tuy nhiên khi khoa học - kỹ thuật ngày càng phát triển, nhất là cơng nghệ thơng
tin địi hỏi việc thiết kế chiếu sáng phải có độ chính xác cao.
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.
Trong chương này ta chỉ nghiên cứu phương pháp chiếu sáng đường giao thơng
cịn chiếu sáng các cơng trình cơng cộng khác cần tham khảo các tiêu chuẩn do
Nhà nước ban hành hoặc các tài liệu chuyên đề.
2.2.2. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao thông
- 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. –
CIE-140 :2000
2.2.3. Các nguyên tắc cơ bản
Như đã trình bày ở trên, chiếu sáng đường giao thơng có mục tiêu chính là đảm
bảo an tồn giao thơng, 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 :
2.2.3.1 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 tốn, 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.
2.2.3.2 Độ chói mặt đường

Trang 22


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 sángNhư vậy chắc chắn độ chói mặt đường phải là đại
lượng dùng để đánh giá chất lượng hệ thống chiếu sáng đường giao thơng 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 thơng vận tải quy định),
ngồi ra cịn 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 (mục 4.1 bảng 2 )
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 (mục 4.2 bảng 3 )
2.2.3.3 Độ đồng đều của độ chói mặt đường:
Mặt đường, mặt sàn được chiếu sáng nói chung khơng 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 (60170m).

Để giảm bớt khối lượng tính tốn, người ta khơng xem xét hết mọi điểm
trên mặt đường mà chỉ xem xét các điểm thuộc ô lưới tính tốn được
TCXDVN259 :2001 quy định như sau: theo phương dọc đường, giữa 2 cột đèn
liền kề khoảng cách ô lưới
(3-5m ), 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

=
Trang 23

> 40%


Với Lmin, Ltb lần lượt là độ chói cực tiểu
+ Độ đồng đều dọc

= Min

> 70%

Lmax(i) lần lượt là độ chói cực tiểu, độ chói cực đại trên trục dọc thứ i của ơ lưới
tính tốn.
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 khơng 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.
2.2.3.4 Hiện tượng chói lố trong trường nhìn
Ngồi độ chói mặt đường, người lái xe còn chịu tác động của một hiện tượng
chói khác là sự xuất hiện nguồn gây chói trong trường nhìn (đèn chiếu sáng rọi
trực tiếp đến mắt, đèn của xe ngược chiều,…). Người ta chia hiện tượng này
thành hai mức độ là loá mờ và loá mất tiện nghi nhìn.
Các chỉ số kiểm sốt chói lố được xem là tiêu chuẩn thứ ba để đánh giá chất
lượng của hệ thống chiếu sáng đường giao thơng.
• Chói lố mất tiện nghi nhìn và chỉ số chói lóa G của bộ đèn:
Để tránh hiện tượng chói lố mất tiện nghi nhìn, trong TCXDVN259 :2001 quy
định đường giao thơng phải dùng bộ đèn có G ≥ 4 cịn theo tiêu chuẩn CIE thì
G ≥ 5.
• Hiện tượng lố mờ và độ tăng ngưỡng tương phản TI:
Đối với đường giao thông ta chỉ xem xét nguồn gây chói là các đèn chiếu sáng
đường cịn các loại nguồn gây chói khác (ví dụ đèn của xe ngược chiều) khơng
được xem xét vì rất khó xác định chính xác.

Trang 24


Do q trình chuyển động của xe, vị trí tương đối của các đèn chiếu sáng
đường giao thông đối với xe cũng thay đổi, do đó giá trị TI cũng thay đổi theo vị
trí quan sát nên tiêu chuẩn CIE-140 :2000 quy định cụ thể
Theo chiều dọc đường vị trí quan sát cách đèn đầu tiên một khoảng bằng 2,75(h1,5)m, theo chiều ngang vị trí quan sát nằm ở 1/4 bề rộng tồn bộ lịng đường,
riêng độ cao quan sát cố định bằng 1,5m.
CIE-140 cũng đưa ra công thức thực nghiệm tính TI cho đường giao thơng như
sau :

TI = k
Trong đó : k=650 là hệ số đối với người quan sát 23 tuổi

Lave là độ chói (cd/m2) trung bình của mặt đường.
Eθ là tổng độ rọi (lux)
2.2.4. 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 cơng suất đèn
hay tắt bớt 1 pha ở các đường bố trí đèn hai bên.
2.2.5. Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng
Phương pháp tỉ số R về bản chất cũng tính tốn dựa trên độ rọi nhưng có xét tới độ
chói trung bình của mặt đường thơng qua tỉ số R :

Trang 25