Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Hệ Thống Cung Cấp Điện

EE-3425

Chương 11. Tính toán chiếu sáng điện

1

PGS.TS. Bạch Quốc Khánh Bộ môn Hệ thống điện Đại học Bách Khoa Hà Nội

Nội dung

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

i

1. Giới thiệu chung

2. Các đặc trưng chiếu sáng

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

3. Thiết bị chiếu sáng

4. Tính toán chiếu sáng chung

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

2

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

1

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

1. Giới thiệu chung 1.1. Chiếu sáng điện

 Phụ tải chiếu sáng điện

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 “Phụ tải chiếu sáng chiếm 20-25% nhu cầu điện ở Mỹ và chúng ta phải chi hàng tỷ đô la mỗi năm.” [1]  “Phụ tải chiếu sáng điện chiếm một nửa sản lượng điện trong các tòa nhà thương mại hiện đại.” [2]  Đặc trưng của phụ tải điện – Phụ thuộc vị trí địa lý

[1] “DOE Expected to Adopt New Energy- Efficient Lighting Standards,” Lighting Design and Application, Dec. 1999, Vol. 29, No. 12, p. 17

- 5 2 4 3 E E

[2] Lighting Design Practice, California Energy

Commission, March, 1990, p. 1.

h n á h K c ố u q h c ạ B

1

3

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

– Chịu tác động của thời tiết – ĐTPT bằng phẳng

1. Giới thiệu chung 1.2. Phân loại

i

 Theo yêu cầu chiếu sáng Chiếu sáng chung: –

Độ rọi đồng đều trên toàn bộ diện tích chiếu sáng.

–

Thiết bị chiếu sáng treo cao và bố trí có quy luật (vuông, thoi …).

–

Cho các không gian rộng, nơi không cần mắt phải phân biệt các chi tiết nhỏ.

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

Tạo độ rọi lớn trong không gian hẹp.

–

Thiết bị chiếu sáng đặt sát nơi cần chiếu sáng, loại di động

–

Cho các nơi đòi hỏi mắt phải phân biệt các chi tiết nhỏ.

- 5 2 4 3 E E

 Chiếu sáng cục bộ: –

(Cấp I: <0,1mm; Cấp II: 0,1-0,3mm, Cấp III: 0,3-1mm)

h n á h K c ố u q h c ạ B

2

4

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

2

 Chiếu sáng hỗn hợp: Kết hợp chiếu sáng chung và cục bộ. Cho nhiều cấp chiếu sáng

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

1. Giới thiệu chung 1.2. Phân loại

 Chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố

i

 Chiếu sáng sự cố (CSSC) có độ rọi lớn hơn ít nhất 10% độ rọi của chiếu sáng làm việc.

 CSSC được bố trí phù hợp đảm bảo an toàn cho người.

 Chiếu sáng trong nhà và ngoài trời

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 CSSC được cấp từ nguồn điện độc lập với chiếu sáng làm việc

- 5 2 4 3 E E

 Thiết bị chiếu sáng ngoài trời chịu được tác động của thời tiết

h n á h K c ố u q h c ạ B

3

5

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

 Phải xét khả năng phản xạ ánh sáng của các bề mặt gần thiết bị chiếu sáng (đặc biệt đối với chiếu sáng trong nhà)

2. Các đặc trưng chiếu sáng 2.1. Các đại lượng cơ bản

 Ánh sáng

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Nguồn sáng

- 5 2 4 3 E E

Sơ cấp Thứ cấp

h n á h K c ố u q h c ạ B

4

6

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

3

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

2. Các đặc trưng chiếu sáng 2.1. Các đại lượng cơ bản

 Góc khối (Góc đặc, , Sr - Steradian)

i

S; R: Diện tích và bán kính mặt cầu

Ω = S R(cid:2870)

 Quang thông (, lumen - lm)

2 (380nm)

1 (770nm)

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Cả mặt cầu:  = 4 (Sr)

(cid:2971)(cid:3117)

- 5 2 4 3 E E

Thông lượng của quang năng của nguồn sáng mà mắt người có thể nhận biết được

(cid:2971)(cid:3118)

W(): Hàm phân bố năng lượng của ánh sáng bước sóng  (W). (): Hàm độ rõ của ánh sáng có bước sóng  mà mắt có thể cảm nhận được.

h n á h K c ố u q h c ạ B

5

7

 Cường độ ánh sáng (I, Candela - Cd)

ϕ = (cid:3505) W λ . υ λ . dλ

I(cid:2899)(cid:2885) = lim (cid:2960)→(cid:2868) dϕ dΩ

i

 Cường độ ánh sáng theo phương OA: Thông lượng quang năng ánh sáng trong một góc khối.

 Độ rọi (E, lux - lx): E =

 Đặc trưng cho độ sáng của nguồn sáng

dϕ dS

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Mật độ quang thông rơi trên một bề mặt

- 5 2 4 3 E E

 Độ chói (L, Cd/mm2): L =

 được chiếu sáng. Đặc trưng cho đối tượng được chiếu sáng

dI ds. cosα

h n á h K c ố u q h c ạ B

6

8

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

4

 Mặt phát sáng có thể là nguồn sáng sơ cấp hoặc thứ cấp.

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

2. Các đặc trưng chiếu sáng 2.2. Các hệ số

η =

 Hiệu suất phát quang (lm/W):

ϕ P

ϕ (lm) và P (W): Quang thông phát ra và công suất điện tiêu thụ của nguồn sáng

Sợi đốt

Huỳnh quang

Compact (CFL)

LED

i

Loại đèn

η (lm/W)

15

70

50-80

70-90

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Hệ số suy giảm quang thông (kdt):

- 5 2 4 3 E E

 Hệ số sử dụng (ksd): Phần 3

Phụ thuộc loại đèn (phân bố quang thông)

Chỉ số phòng

Hệ số phản xạ của các bề mặt trong không gian chiếu sáng.

h n á h K c ố u q h c ạ B

7

9

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

Quang thông đèn suy giảm do lão hóa đèn, bám bụi, do nhiệt độ.

2. Các đặc trưng chiếu sáng 2.2. Các hệ số

Hệ số phản xạ của trần

Hệ số phản xạ của tường

Loại đèn

 Hệ số sử dụng (ksd):

i

Chỉ số phòng

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

8

10

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

5

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

3. Thiết bị chiếu sáng 3.1. Đèn điện

 Đèn sợi đốt:

i

 Nguyên lý phát sáng vì nhiệt.

 Khí trơ làm mát dây kim loại và hạn chế bốc hơi kim loại, nhưng sẽ giảm hiệu suất đèn.

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Đáy bóng đèn bị tối do bốc hơi kim loại sau thời gian sử dụng.

- 5 2 4 3 E E

 Lắp đặt đơn giản, rẻ, bật sáng ngay, cosPHI = 1.

h n á h K c ố u q h c ạ B

9

11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

Quang thông ϕ, hiệu suất , công suất P và tuổi thọ t đèn phụ thuộc điện áp.  rất thấp (7-20lm/W).

3. Thiết bị chiếu sáng 3.1. Đèn điện

 Đèn phóng điện:

i

Khi tách khỏi điện cực (1), các điện tử (2) va chạm với phân tử Hg (3)  Kích thích phát ra bức xạ tử ngoại (5) va đập với lớp vỏ huỳnh quang (6) làm phát ra bức xạ anh sáng trong miền thấy được (7)

 Nguyên lý phóng điện trong chất khí và nguyên lý huỳnh quang.  Hiệu suất cao (40-100lm/W).  Kết cấu phức tạp, giá thành cao.  Quang thông phụ thuộc nhiệt độ.

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

N: Số lần bật tắt trong 1 ngày

- 5 2 4 3 E E

Ảnh hưởng đóng cắt đến tuổi thọ

Ảnh hưởng của T đến 

Ảnh hưởng của U đến P; 

h n á h K c ố u q h c ạ B

10

12

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

6

 Ảo giác vật đứng yên tương đối. Sinh sóng hài, cosPHI thấp.

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

3. Thiết bị chiếu sáng 3.1. Đèn điện

 Đèn LED (Light-Emitting-Diode):

i

 Trong khối điốt bán dẫn, electron chuyển từ trạng thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và sự chênh

lệch năng lượng này được phát xạ ánh sáng khác nhau.

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Màu sắc của LED phát ra phụ

- 5 2 4 3 E E

thuộc vào hợp chất bán dẫn và đặc trưng bởi bước sóng của ánh sáng được phát ra.

h n á h K c ố u q h c ạ B

11

13

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

 Quá trình cải tiến hiệu suất phát quang của các loại đèn LED.

3. Thiết bị chiếu sáng 3.1. Đèn điện

 So sánh hiệu suất phát quang của các loại đèn:

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

12

14

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

7

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

3. Thiết bị chiếu sáng 3.2. Chao đèn

 Chức năng:

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

13

15

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

 Thay đổi phân bố quang thông của đèn.  Bảo vệ đèn chống va đập, bắt bụi  Thẩm mỹ

4. Tính toán chiếu sáng chung 4.1. Yêu cầu chiếu sáng

 Không gây chói mắt bởi cả ánh sáng sơ cấp và thứ cấp

 Không tạo những khoảng tối cục bộ trong không gian

i

chiếu sáng

 Tạo độ rọi đồng đều trong không gian chiếu sáng

 Tạo ánh sáng gần với ánh sáng trắng

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

14

16

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

8

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

4. Tính toán chiếu sáng chung 4.2. Lập bài toán

 Yêu cầu thông tin ban đầu

i

 Kích thước không gian chiếu sáng: a x b x h

 Hệ số phản xạ của trần (tr), tường (tg)

 Bố trí thiết bị trong không gian chiếu sáng

 Loại thiết bị chiếu sáng

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

 Yêu cầu tính toán

- 5 2 4 3 E E

 Yêu cầu độ rọi (Emin) trên bề mặt làm việc (hlv)

 Bố trí đèn

h n á h K c ố u q h c ạ B

15

17

 Bố trí đèn

hc

 Tính toán công suất đèn

H

h

hlv

i

0 ≤ j = ≤ 1 3

Hình chiếu đứng

Tăng hiệu quả phát quang

–

–

Tăng khoảng cách L giữa các đèn  giảm số đèn

Chọn khoảng cách H và chiều cao treo đèn hc thỏa mãn: h(cid:2913) H + h(cid:2913) H lớn nhất có thể để: – Giảm lóa mắt,

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

Nhiều dãy

Một dãy

L

Loại đèn và sử dụng

Tốt nhất

Cho phép

Tốt nhất

Cho phép

- 5 2 4 3 E E

2,3

3,2

1,9

2,5

L

Chiếu sáng ngoài nhà dùng chao đèn mờ hoặc tráng men

1,8

2,5

1,8

2

Chiếu sáng phân xưởng chao đèn vạn năng

Chiếu sang văn phòng

1,6

1,8

1,5

1,8

Hình chiếu bằng

h n á h K c ố u q h c ạ B

16

18

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

9

 Chọn khoảng cách L giữa các đèn phụ thuộc L/H và loại đèn.

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

4. Tính toán chiếu sáng chung 4.2. Phương pháp hệ số sử dụng

 Quang thông của một đèn:

Φ(cid:2930)(cid:2930).đ =

E(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924). Z. S. k(cid:2914)(cid:2930) n. k(cid:2929)(cid:2914)

i

𝑍 = = 1,1 ÷ 1,4 Hệ số: E(cid:2930)(cid:2912) E(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924)

Diện tích chiếu sáng. S = a x b (m2) S:

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

Kdt: Hệ số dự trữ có xét đến sự suy giảm quang thông sau một thời gian sử dụng. Kdt = 11,3

n: Số đèn được bố trí trong không gian chiếu sáng.

- 5 2 4 3 E E

–

Loại đèn Hệ số phản xạ của trần (tr), tường (tg)

–

Chỉ số phòng: φ =

Ksd: Hệ số sử dụng. Ksd được tra theo bảng phụ thuộc –

h n á h K c ố u q h c ạ B

17

19

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

a. b H. (a + b)

4. Tính toán chiếu sáng chung 4.2. Phương pháp hệ số sử dụng

 Quy trình tính toán

i

1.

Thu thập các thông tin ban đầu: Kích thước không gian chiếu sáng (a, b, h), bố trí thiết bị (hlv), các hệ số phản xạ ánh sáng (tr, tg), loại đèn, yêu cầu độ rọi tối thiểu (Emin).

2. Chọn trước H và suy ra hc.

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

3. Từ loại đèn, chọn tỷ lệ L/H và suy ra L

- 5 2 4 3 E E

4. Bố trí đèn trên toàn bộ không gian chiếu sáng sao cho dãy đèn gần tường với khoảng cách l = (0,30,5)L. Suy ra số đèn n.

5. Xác định chỉ số phòng và tra ksd.

h n á h K c ố u q h c ạ B

18

20

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

10

6. Xác định quang thông tính toán của đèn: Φ(cid:2930)(cid:2930).đ = E(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924). Z. S. k(cid:2914)(cid:2930) n. k(cid:2929)(cid:2914) 7. Chọn công suất đèn Pđ sao cho Φđ ≥ Φ(cid:2930)(cid:2930).đ

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

Ví dụ 11.1: Một phân xưởng có a = 32m, b = 16m, cao 4,5m, hlv = 0,8m. Điện áp 220V. Sử dụng loại đèn sợi đốt vạn năng, kdt = 1,3. tr = 30% và tg = 50%. Yêu cầu độ rọi tối thiểu Emin = 30lx. Xác định công suất đèn Pđ và bố trí đèn ? Giải: Diện tích chiếu sáng : S = a.b = 16 x 32 = 512m2. Chọn H = 3m,  hc = 4,5 -3 - 0,8 = 0,7m. Với phân xưởng dùng đèn vạn năng, chọn L/H = 1,8. Vậy L = 1,8.H = 5,4m

i

Bố trí đèn theo quy luật hình vuông, cạnh L=5,4m, cách tường ngang 2,5m, tường dọc 2,6m.

Xác định số dãy theo chiều dài p và chiều rộng q:

0,3L = 1,62 ≤

32 − 5,4 p − 1 ≤ 0,5L = 2,7

 p = 6; q = 3  Số đèn n = 18 bóng.

0,3L = 1,62 ≤

16 − 5,4 q − 1 ≤ 0,5L = 2,7

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

1 2 1 2

φ =

= 3,56

=

Xác định chỉ số phòng:

ksd = f(, tr, tg) = 0,46

a. b H. (a + b)

16.32 3. (16 + 32)

- 5 2 4 3 E E

Chọn Z = 1,2. kdt = 1,3, ta có quang thông được xác định như sau

=

= 2893lm

Φ(cid:2930)(cid:2930).đ =

30.1,2.512.1,3 18.0,46

E(cid:2923)(cid:2919)(cid:2924). Z. S. k(cid:2914)(cid:2930) n. k(cid:2929)(cid:2914)

Chọn đèn sợi đốt vạn năng có Pđ = 200W có tc = 3000lm. Pcs = n.Pđ = 18x0,2=3,6kW

h n á h K c ố u q h c ạ B

21

Tài liệu tham khảo

Chương 11. Tính toán chiếu sáng

[1] Patrick Vandeplanque, Kỹ thuật chiếu sáng, NXB KH&KT, 2003.

[2] Rüdiger Ganslandt, Harald Hofmann, Handbook of Lighting Design, ERCO

Leuchten GmbH, 1992.

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

54

22

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

11

Bản 2021

EE3425 – CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN - Chương 11

i

n ệ đ p ấ c g n u c g n ố h t ệ H

- 5 2 4 3 E E

h n á h K c ố u q h c ạ B

23

Bạch Quốc Khánh/Bộ môn Hệ thống điện/BKHN

12