Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng Nguyễn Mạnh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ Đà Nẵng tháng 03-2009 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị LỜI CẢM ƠN Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị được biên soạn làm tài liệu giảng dạy chính thức cho ngành Kỹ thuật hạ tầng đô thị, Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng. Trong quá trình biên soạn, tác giả đã nhận được sự ủng hộ, động viên cũng như ý kiến đóng góp và sự giúp đỡ của các tổ chức, cá nhân sau đây: - Các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng. - Phòng Quản lý điện, Sở Công Thương thành phố Đà Nẵng. - Công ty Quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng Đà Nẵng - Công ty Schréder Việt Nam. - Gia đình và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Do biên soạn lần đầu với thời gian, kinh nghiệm có hạn, chắc chắn tập bài giảng này còn có nhiều thiếu sót, tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực chiếu sáng để tiến tới biên soạn thành giáo trình hoàn chỉnh phục vụ công tác giảng dạy, học tập cũng như công tác của sinh viên sau khi ra trường. Các ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Văn phòng Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị và Quản lý xây dựng Tầng 4, Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Số 566 Núi Thành, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Email : nmhbg@yahoo.com Tác giả Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 1 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................................................................ 5 LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ ......................................................... 5 CHƯƠNG 1............................................................................................................................................ 7 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG ....................................................... 7 1.1. Bản chất của ánh sáng ................................................................................................................. 7 1. Bản chất sóng - hạt của ánh sáng: .............................................................................................. 7 2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục ............................................................................... 7 3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch................................................................................... 8 1.2. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo: ......................... 9 1. Hiện tượng phát sáng do nung nóng: ......................................................................................... 9 2. Hiện tượng phát sáng do phóng điện: ........................................................................................ 9 3. Hiện tượng phát sáng huỳnh quang.......................................................................................... 11 4. Hiện tượng phát sáng lân quang............................................................................................... 11 5. Hiện tượng phát sáng thứ cấp:.................................................................................................. 12 1.3. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng............................................................................................. 12 1. Góc khối (còn gọi là góc đặc, góc nhìn) .................................................................................. 12 2. Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy......................................................... 14 3. Quang thông ............................................................................................................................. 15 4. Quang hiệu ............................................................................................................................... 16 5. Cường độ sáng.......................................................................................................................... 16 6. Độ rọi........................................................................................................................................ 17 7. Độ sáng (còn gọi là độ trưng): ................................................................................................. 18 8. Độ chói ..................................................................................................................................... 19 9. Nhiệt độ màu: ........................................................................................................................... 19 10. Độ hoàn màu (còn gọi là chỉ số thể hiện màu):...................................................................... 20 1.4. Các định luật quang học và ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng :............................................ 21 1. Sự phản xạ:............................................................................................................................... 21 2. Sự truyền xạ : ........................................................................................................................... 22 3. Sự khúc xạ:............................................................................................................................... 23 4. Sự che chắn: ............................................................................................................................. 24 5. Sự hấp thụ: ............................................................................................................................... 24 6. Định luật Lambert về sự khuyếch tán đều :.............................................................................. 25 CHƯƠNG 2.......................................................................................................................................... 27 MẮT NGƯỜI VÀ SỰ CẢM THỤ ÁNH SÁNG................................................................................. 27 2.1 Cấu tạo mắt người ...................................................................................................................... 27 1. Hiện tượng thị giác:.................................................................................................................. 27 2. Hiện tượng điều tiết của mắt: ................................................................................................... 27 3. Võng mạc: ................................................................................................................................ 27 4. Khái niệm “con mắt quốc tế”: .................................................................................................. 27 2.2 Sự giải mã hình ảnh:................................................................................................................... 28 2.3 Quá trình thích nghi : ................................................................................................................. 28 2.4 Cảm giác chiều sâu của vật cần nhìn: ........................................................................................ 28 2.5 Cực cận và cực viễn của mắt :.................................................................................................... 29 2.6. Trường nhìn của mắt : ............................................................................................................... 29 2.7 Độ tương phản :.......................................................................................................................... 29 2.8 Hiện tượng chói lóa:................................................................................................................... 30 1. Khái niệm: ................................................................................................................................ 30 2. Giải thích hiện tượng chói lóa :................................................................................................ 30 3. Các chỉ số kiểm soát chói lóa ................................................................................................... 31 CHƯƠNG 3.......................................................................................................................................... 33 CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG .............................................................. 33 3.1 Bóng đèn nung sáng: .................................................................................................................. 33 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 2 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 1. Cấu tạo của bóng đèn nung sáng (hình 3.1): ............................................................................ 33 2. Một số loại bóng đèn nung sáng thông dụng: .......................................................................... 34 3.2 Bóng đèn huỳnh quang............................................................................................................... 35 1. Đặc điểm cấu tạo:..................................................................................................................... 35 2. Một số bóng đèn huỳnh quang thông dụng .............................................................................. 37 3.3 Bóng đèn phóng điện cường độ cao (HID) ................................................................................ 38 1. Cấu tạo của bóng đèn phóng điện: ........................................................................................... 38 2. Một số loại bóng đèn phóng điện HID thông dụng:................................................................. 39 3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) ..................................................... 43 3.5 Đèn cảm ứng (đèn không điện cực) ........................................................................................... 44 3.6 Đèn Sulfua :................................................................................................................................ 44 CHƯƠNG 4.......................................................................................................................................... 46 CẤU TẠO CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG ................................................................. 46 4.1. Cấu tạo chung của một bộ đèn chiếu sáng công cộng............................................................... 46 4.2. Các bộ phận chính của bộ đèn chiếu sáng công cộng ............................................................... 47 1. Tấm phản quang ....................................................................................................................... 47 2. Thiết bị mồi đèn (tắc te) và chấn lưu ....................................................................................... 47 3. Kính bảo vệ .............................................................................................................................. 48 4. Lỗ đui đèn................................................................................................................................. 49 4.3. Các thông số cơ học chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng............................................... 49 1. Độ kín (IP)................................................................................................................................ 50 2. Cấp bảo vệ cơ học chống nổ (còn gọi là độ chịu va đập của kính đèn) .................................. 50 3. Diện tích cản gió ...................................................................................................................... 51 4. Chỉ tiêu lão hóa kính bảo vệ..................................................................................................... 51 5. Trọng lượng.............................................................................................................................. 51 4.4. Các thông số điện chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng................................................... 51 1. Cấp cách điện ........................................................................................................................... 52 2. Độ dao động điện áp................................................................................................................. 52 4.5. Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng.................................................. 52 1. Hệ số suy giảm quang thông .................................................................................................... 52 2. Hệ số phản quang ..................................................................................................................... 53 3. Đường cong trắc quang ............................................................................................................ 53 4. Hiệu suất của bộ đèn ................................................................................................................ 55 5. Cấp bộ đèn................................................................................................................................ 56 6. Hệ số sử dụng của bộ đèn......................................................................................................... 57 7. Góc bảo vệ................................................................................................................................ 58 4.6. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng: ............................................................................. 59 CHƯƠNG 5.......................................................................................................................................... 60 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG..................................................................... 60 5.1. Sơ lược về lịch sử các phương pháp, trình tự thiết kế............................................................... 60 5.2. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao thông............................................................................ 60 5.3. Các nguyên tắc cơ bản............................................................................................................... 60 1. Phương và vị trí quan sát của người lái xe ............................................................................... 61 2. Độ chói mặt đường................................................................................................................... 61 3. Độ đồng đều của độ chói mặt đường ....................................................................................... 62 4. Hiện tượng chói loá trong trường nhìn..................................................................................... 63 5. Hiệu quả dẫn hướng tại các vị trí đặc biệt................................................................................ 65 5.4. Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng :........................................................................ 65 1. Các thông số hình học bố trí đèn.............................................................................................. 66 2. Các phương án bố trí đèn ......................................................................................................... 67 3. Chọn công suất và loại bộ đèn ................................................................................................. 69 5.5. Phương pháp độ chói điểm trong thiết kế chiếu sáng ............................................................... 70 1. Độ chói của một điểm trên mặt đường..................................................................................... 70 2. Phân loại các lớp phủ mặt đường ............................................................................................. 71 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 3 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị 3. Tính toán độ chói và độ rọi điểm ............................................................................................. 72 4. Mạng lưới tính toán theo tiêu chuẩn mới CIE-140 .................................................................. 74 5.6. Thiết kế chiếu sáng tại các điểm đặc biệt trên đường giao thông ............................................. 77 1. Chiếu sáng tại điểm giao nhau đồng mức ................................................................................ 77 2. Chiếu sáng nút giao với đường sắt ........................................................................................... 79 3. Chiếu sáng đường cong............................................................................................................ 80 4. Chiếu sáng bùng binh............................................................................................................... 80 5. Chiếu sáng đường hầm............................................................................................................. 81 5.7. Thiết kế chiếu sáng với sự trợ giúp của máy tính ..................................................................... 84 5.8. Sử dụng phần mềm thiết kế chiếu sáng công cộng Ulysse 2.2 ................................................. 84 1. Khởi động................................................................................................................................. 85 2. Chọn phương án bố trí đèn....................................................................................................... 86 3. Chọn đèn và các thông số về đèn ............................................................................................. 88 4. Xem kết quả và lập báo cáo ..................................................................................................... 90 5. Phân tích chi tiết màn hình xuất kết quả của Ulyse v2.2 ......................................................... 92 5.9. Một số nội dung thiết kế khác của hệ thống chiếu sáng đường giao thông .............................. 93 1 Thiết kế điện :............................................................................................................................ 93 2 Thiết kế xây dựng...................................................................................................................... 95 3 Thiết kế kết cấu ......................................................................................................................... 95 CHƯƠNG 6.......................................................................................................................................... 97 QUẢN LÝ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG.............................................. 97 6.1. Nội dung quản lý, vận hành : .................................................................................................... 97 6.2. Cơ cấu tổ chức và trang thiết bị vận hành................................................................................. 98 6.3. Vấn đề tiết kiệm điện : .............................................................................................................. 98 6.4. Thực trạng quản lý vận hành..................................................................................................... 99 6.5. Tự động hoá công tác quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng :........................................ 99 CHƯƠNG 7........................................................................................................................................ 100 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TRONG ĐÔ THỊ ................................. 100 7.1. Chiếu sáng công viên, vườn hoa ............................................................................................. 100 1. Các nguyên tắc chu