Bài giảng Thiết kế chiếu sáng trong nhà

* * 4. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ 4.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 4.1.1. Phân loại các hình thức chiếu sáng trong nhà CS cục bộ và chiếu sáng sự cố cần căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể để quyết định. Ở đây sẽ trình bày cách thiết kế chiếu sáng chung. * * Phân loại hình thức chiếu sáng của các bộ đèn theo IEC * * 4.1.2. Các yêu cầu cơ bản khi TKCS trong nhà Đảm bảo độ rọi theo yêu cầu xác định theo từng loại công việc cụ thể. Không có bóng tối, độ rọi phải đồng đều trên diện tích chiếu sáng (trừ trường hợp riêng). Không gây chói lóa trực tiếp cũng như chói lóa phản xạ để tránh mỏi mắt, thần kinh căng thẳng làm việc mất hiệu quả và có thể gây tai nạn lao động. Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày để thị giác phân biệt. Coi trọng yếu tố tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng: Chọn nguồn sáng và thiết bị chiếu sáng có hiệu suất cao Bố trí nguồn chiếu sáng hợp lý Sử dụng thiết bị điều khiển chiếu sáng * * 4.1.3. Trình tự thiết kế chiếu sáng GĐ1. Thiết kế sơ bộ: Nhằm xác định các giải pháp về hình học và quang học của địa điểm chiếu sáng như kiểu chiếu sáng, lựa chọn loại đèn và bộ đèn, cách bố trí đèn, số lượng đèn cần thiết đảm bảo sự phân bố đồng đều của ánh sáng và độ rọi trên mặt làm việc và không gian nội thất. GĐ2. Kiểm tra điều kiện tiện nghi đối với phương án đã thiết kế. GĐ3. Tính toán chọn hệ thống cung cấp điện và điều khiển hệ thống chiếu sáng. GĐ4. Tính toán kinh tế, chi phí vòng đời để lựa chọn phương án chiếu sáng tối ưu. Ở đây, chủ yếu chỉ trình bày 2 giai đoạn đầu * * 4.2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG SƠ BỘ B1. Thu thập các dữ liệu địa điểm thiết kế chiếu sáng: Khi thiết kế chiếu sáng trong nhà, cần có các dữ liệu sau: Kích thước hình học (mặt bằng, mặt cắt, chiều cao và vị trí đặt máy trên mặt bằng phân xưởng,…) và đặc điểm kiến trúc (cổ trần, trần giả, dầm bê tông, các cấu trúc kim loại của mái, đường dẫn cầu trục hoạt động,…) của địa điểm chiếu sáng để xác định vị trí treo đèn; Đặc tính quang học của không gian chiếu sáng để xác định các hệ số phản xạ của: trần ρtr (ρ1), tường ρt (ρ3), và của nền ρn (ρ4). Đặc điểm sử dụng của nhà xưởng chiếu sáng, các công việc, công nghệ thực hiện trong khu vực chiếu sáng (làm việc chính xác, cần phân biệt màu sắc, yêu cầu về phòng chống cháy nổ, v.v…). Khả năng sử dụng ánh sáng tự nhiên. Đặc điểm nguồn cung cấp điện và các yêu cầu về điều khiển chiếu sáng. Khả năng tài chính và khấu hao của công trình. 4.2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG SƠ BỘ B2. Chọn độ rọi yêu cầu Eyc: Dựa vào TCXDVN 7114:2002 để chọn độ rọi yêu cầu. Khi chọn độ yêu cần lưu ý một số điểm sau: Đặc điểm sử dụng và đặc điểm không gian của địa điểm chiếu sáng; Cấp quan chất lượng quan sát các chi tiết của công việc trong nhà xưởng: A (rất chính xác), B (chính xác cao), C (bình thường), D (thấp) và E (rất thấp). B3. Chọn nguồn sáng phù hợp: Xem xét các chỉ tiêu sau: - Nhiệt độ màu T (sử dụng biểu đồ Kruithof) - Chỉ số hoàn màu IRC (chất lượng ánh sáng của nguồn) - Tuổi thọ của bóng đèn - Hiệu suất phát quang (lm/W). Hiệu suất cao sẽ TKĐN - Đặc điểm sử dụng (liên tục hay gián đoạn) * * 4.2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG SƠ BỘ B4. Chọn phương pháp chiếu sáng và bộ đèn: Việc chọn bộ đèn cần căn cứ vào mục đích chiếu sáng và đặc điểm của đối tượng được chiếu sáng. Chọn phương pháp chiếu sáng (tham khảo bảng 2.4 PL) Chọn bộ đèn phù hợp. Cần chú ý đến các yếu tố sau: + Các thông số kỹ thuật của bộ đèn: Công suất, hiệu suất và cấp bộ đèn; biểu đồ phân bố cường độ ánh sáng; kích thước; số bóng và tổng công suất của số bóng trong bộ đèn;…. + Xem xét đến yếu tố thẩm mỹ của bộ đèn. * * * * 4.2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG SƠ BỘ B5. Bố trí bộ đèn - Chọn độ cao treo đèn, từ đó xác định chỉ số địa điểm K và chỉ số treo đèn J: Thường h ≥ 2h’, do đó: 0 ≤ j ≤ 1/3 - Bố trí đèn Điều này phụ thuộc vào: Loại đèn (A-T); Khoảng cách giữa các đèn n và m Hệ số phản xạ của trần và tường * * Bố trí đèn cần lưu ý đến độ đồng đều E trên mp làm việc: 1. Để ánh sáng đồng đều trên mặt phẳng chiếu sáng thì tỷ số n/h phải đảm bảo không được vượt quá trị số cực đại trong bảng sau: * * Bố trí đèn cần lưu ý đến độ đồng đều E trên mp làm việc: 2. Đảm bảo khoảng cách: * * 4.2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG SƠ BỘ B6. Xác định tổng quang thông của các đèn: Eyc - độ rọi yêu cầu, lux S = axb - diện tích mặt phẳng làm việc, m2 δ - hệ số dự trữ, kể đến sự suy giảm quang thông sau một thời gian làm việc và bụi bám trên bóng và các bộ phận của bộ đèn. Tra δ ở phụ lục . U: Hệ số lợi dụng quang thông (tra PL) là tỷ số giữa quang thông rơi xuống mặt làm việc và toàn bộ quang thông thoát ra khỏi đèn (nhà chế tạo cho) . Nó phụ thuộc vào: Loại đèn (A→T); các hệ số phản xạ tường và trần; chỉ số phòng k (0,6 ≤ k ≤ 5) và chỉ số treo đèn j (j = 0 hoặc j = 1/3) lµ hÖ sè sö dông quang th«ng chiÕu s¸ng trùc tiÕp cña bé ®Ìn t­¬ng øng tõ cÊp A ®Õn S. lµ hÖ sè sö dông quang th«ng chiÕu s¸ng gi¸n tiÕp t­¬ng øng víi bé ®Ìn cÊp T. B7. Xác định số lượng bộ đèn: Ví dụ 1: TKCS một văn phòng (10x4,75)x3mBiết hệ số phản xạ: Trần ρ1 = 0,8; tường ρ3 = 0,7 và nền ρ4 = 0,3; Bài giải: Xác định độ rọi yêu cầu: Theo TCXDVN 7114:2002, đối với văn phòng đánh máy cấp chính xác B, độ rọi E=500 lx. 2. Chọn nguồn sáng phù hợp: Đối với độ rọi 500lx, theo biểu đồ Kruithof , T= 3000÷50000K, Chỉ số hoàn màu CRI 70. Đèn huỳnh quang ống là thích hợp. Chọn đèn đèn huỳnh quang của hãng OSRAM bóng 36W dài 1,2m có Fb = 3200lm 3. Chọn phương pháp chiếu sáng và bộ đèn: Chọn chiếu sáng trực tiếp loại B và bộ đèn kiểu GALIA 236 DPB của hãng MAZDA. Đặc trưng của bộ đèn: 0,62B+0T, với các thông số như trên hình vẽ (Nhà chế tạo cho trang bên) * * * * 4. Bố trí đèn: - Gắn bộ đèn sát trần: H = 3m → h = 3-0,85 = 2,15m + Chỉ số phòng + Chỉ số treo đèn J = 0 - Với đèn loại B, ta có: (h/n)max =1,1→nmax= 2,15x1,1 ≈ 2,5m Chọn n = 2,5m; Theo phương dọc: chọn m = 2,35m * * Với: p = 1,2m và q = 1,25m Kiểm tra lại: Bố trí như vậỵ là hợp lý để đảm bảo động đồng đều độ rọi 5. Xác định quang thông tổng: Tra phụ lục: + δ = 1,25 (Bóng huỳnh quang, môi trường ít bụi và bảo dưỡng tốt). + Từ J=0 và k =1,5 tra đèn cấp B ứng với các hệ số phản xạ: 8:7:3 , được hệ số lợi dụng quang thông U = 1,06 6. Xác định số lượng bộ đèn: Chọn 8 bộ đèn và bố trí như hvẽ. * * 4.3. KIỂM TRA TIỆN NGHI CHIẾU SÁNG Sau khi thiết kế sơ bộ, ta sẽ tiến hành kiểm tra tiện nghi chiếu sáng. 4.3.1. Kiểm tra độ rọi a. Độ rọi trung bình: Độ rọi trên trung bình trên trần (E1) trên tường (E3) và trên bề mặt hữu ích (E4) xác định theo công thức sau: Trong đó: i = 1, 3, 4 tương ứng với độ rọi E1, E3 và E4; N - Tổng số bộ đèn; F - Tổng quang thông các bóng đèn trong một bộ đèn; F’u – Quang thông tương đối riêng trên mặt hữu ích. Xác định bằng cách tra bảng … PL theo chỉ số địa điểm K, chỉ số ô lưới km, chỉ số gần kp và cấp bộ đèn. * * a. Độ rọi trung bình (tiếp): Các hệ số Ri, Si tra PL dựa vào K, j, ρ1, ρ3, ρ4 và cấp bộ đèn η – hiệu suất của bộ đèn. Chú ý: - Khi áp dụng tính độ rọi trung bình trực tiếp phải lấy ηd và khi tính độ rọi trung bình gián tiếp phải lấy ηi. - Độ rọi tổng trên bề mặt là tổng độ rọi trực tiếp và gián tiếp. b. Độ đồng đều của độ rọi trên mặt phẳng hữu ích: * * Cách xác định độ rọi Emin, Emax Đối với nguồn sáng điểm Khi có một nguồn sáng: Độ rọi tại điểm P nào đó: * * * * Đối với nguồn sáng điểm Khi có nhiều đèn, độ rọi tại một điểm P nào đó: Trong đó: F0 - quang thông của nguồn sáng (lm); ei – độ rọi tương đối trên điểm cần kiểm tra, xác định dựa vào “biểu đồ đẳng lux không gian”. d(m) h(m) * * Đối với nguồn sáng đường Kiểm tra độ rọi yêu cầu theo điều kiện: Trong đó: F - quang thông trên đơn vị nguồn sáng: n - số bóng đèn trong nguồn sáng; F0 - quang thông một bóng đèn, lm; L - chiều dài nguồn sáng, m. - tổng độ rọi tương đối trên điểm cần kiểm tra, trị số ei tìm được bằng cách tra trên đồ thị dựa vào tỷ số và . Tra đồ thị trang sau Khi L+λ ≤ 0,5h coi là nguồn liên tục; Khi L+λ > 0,5h mỗi bộ đèn tính riêng. * * Đồ thị xác định độ rọi theo và * * Ví dụ: Kiểm tra độ rọi tại điểm A, B trên sơ đồ mặt bằng bố trí đèn gồm 4 dãy, mỗi dãy 9x2=18 bóng. Biết độ treo cao đèn h = 2,2m; Bóng HQT10-40W có F0 = 1520lm. * * Gợi ý: Quang thông trên đơn vị nguồn sáng: Độ rọi tại điểm A: Độ rọi tương đối tại A do dãy 1 và 2: e1 = e2 = 125lx (tra đồ thị) Độ rọi tương đối tại A do dãy 3: e3 = 40lx (tra đồ thị) Độ rọi tương đối tại A do dãy 4: e4 = 12lx (tra đồ thị) Tổng độ rọi tương đối tại A: ∑eA = 2e1+e3+e4 = 302lx Vậy độ rọi tại điểm A là: Độ rọi tại điểm B: Làm tương tự, ta được: 4.3.2. Kiểm tra chói lóa mất tiện nghi Việc bố trí đèn phải đảm bảo người quan sát làm việc chính xác, không chói lóa mắt gây khó chịu, mệt mỏi thậm chí dẫn đến tai nạn lao động. Do đó cần kiểm tra chói lóa mất tiện nghi trong không gian chiếu sáng. Nội dung kiểm tra chói lóa mất tiện nghi bao gồm: Chói lóa của tường; Chói lóa trực tiếp của bộ đèn gây ra; a. Kiểm tra độ chói của tường hoặc vách bên: Đối với người quan sát, với mỗi chuyển động của đầu, mắt nhìn tường hoặc vách bên yêu cầu độ chói của tường không quá nhỏ cũng không quá lớn so với độ chói trên bề mặt làm việc. Độ chói quan hệ với độ rọi theo định luật Lambert, do đó qua nghiên cứu nếu tỷ số độ rọi tường (E3) và trên mặt phẳng làm việc – mặt phẳng hữu ích (E4) thỏa mãn điều kiện: Thì độ chói của tường hoặc vách bên sẽ đảm bảo không quá nhỏ hoặc quá lớn so với độ chói đã làm quen Lq. * * b. Chói lóa trực tiếp của bộ đèn gây ra * * Kiểm tra điều kiện này nhằm soát chói lóa do bộ đèn gây ra đối với mắt người. Trường hợp thiết kế đảm bảo góc bảo vệ của bộ đèn: (chiếu sáng công nghiệp yêu cầu góc bảo vệ thỏa mãn γ ≤ 600). Trường hợp thiết kế không đảm bảo được góc bảo vệ yêu cầu: * * b. Chói lóa trực tiếp của bộ đèn gây ra Trường hợp thiết kế không đảm bảo được góc bảo vệ yêu cầu: Khi thiết kế không đảm bảo được góc bảo vệ yêu cầu, cần kiểm tra tỷ số độ chói của bộ đèn và trần để đảm bảo sự cảm nhận tiện nghi liên quan đến công việc và cân bằng các độ chói trong thị trường. Để đảm bảo điều này, tỷ số độ chói r nhỏ hơn 15 đối với công việc quan sát chính xác cao (cấp A, B); nhỏ hơn 20 đối với công việc quan sát chính xác trung bình (cấp C, D) và nhỏ hơn 50 đối với công việc quan sát chính xác thấp (cấp E): Lbđ γ=750 – độ chói của bộ đèn dưới góc quan sát 750 Ltr – độ chói trung bình của trần. * * Đối với bộ đèn huỳnh quang TH1: Người quan sát nhìn song song với trục dọc của đèn thì diện tích biểu kiến: Sbk = abcosγ + acsinγ TH2: Người quan sát nhìn song song với trục ngang của đèn thì diện tích biểu kiến: Sbk = abcosγ + bcsinγ Ví dụ: Kiểm tra đối thiết kế chiếu sáng với lớp học * * Kích thước bố trí đèn a = 12,5m; b = 8,5m; n = 3,3m q = 1,3m; m = 3m; p = 1,25m H = 3,45m; h = H-0,85 =2,6m K = 1,94, j = 0; (ρ1:ρ3:ρ4 =7:5:3) 12 Bộ đèn 2 bóng: 2x3500lm Loại 0,54D+0,24T; δ = 1,35 Độ rọi yêu cầu 350lux 1. Kiểm tra độ rọi a. Độ rọi trung bình: Xác định: a. Độ rọi trung bình: Tra bảng và thực hiện nội suy k p, k m, K: + Khi K = 1,5: km = 1; kp = 0,404. Nội suy theo kp: km = 1,5; kp = 0,404.1,5 = 0,606 Nội suy theo km: * * * * a. Độ rọi trung bình (tiếp): Tra bảng và thực hiện nội suy k p, k m, K (tiếp): + Khi K = 2: km = 1; kp = 0,404. Nội suy theo kp: km = 1,5; kp = 0,404.1,5 = 0,606 Nội suy theo km: Nội suy theo K: a. Độ rọi trung bình (tiếp): Xác định các hệ số R, S: Tra bảng ở phụ lục theo K, j, (ρ1:ρ3:ρ4 =7:5:3) và tiến hành nội suy theo K ta được: Ví dụ: nội suy tuyến tính R1 và S1D theo K như sau: Độ rọi trên mặt phẳng hữu ích: Độ rọi trên tường: Độ rọi trên trần: * * b. Độ đồng đều của độ rọi trên mặt phẳng hữu ích: Xác định tương tự ví dụ đã nêu mục 4.3.1 (b). Hoặc kiểm tra ĐK: 2. Kiểm tra chói lóa mất tiện nghi a. Kiểm tra độ chói của tường: b. Chói lóa trực tiếp của bộ đèn gây ra: * * Ví dụ: TKCS cho lớp học 8x6 cao H = 3,5mBiết hệ số phản xạ: Trần ρ1 = 0,8; nền ρ2 = 0,3; tường ρ3 = 0,5 Bài giải: Xác định độ rọi yêu cầu: Theo TCXDVN 7114:2002, đối với lớp học chọn E = 400 lx. 2. Chọn nguồn sáng: Đối với độ rọi 400lx, theo biểu đồ Kruithof , T= 3000÷45000K, Chỉ số hoàn màu CRI 70. Đèn huỳnh quang ống là thích hợp. Chọn bóng đèn huỳnh quang Rạng Đông Super Deluxe FL-36D 3200 lm. Bộ đèn cấp B có hiệu suất sáng = 0,8. * *