Đồ án Tốt nghiệp: Nghiên cứu, thực nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lêi c¶m ¬n

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy Lª H¶i H−ng vµ c¸c anh thuéc Phßng ThÝ NghiÖm VËt lý vµ Kü thuËt ¸nh s¸ng, ViÖn VËt lý kü thuËt, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh h−íng dÉn, gióp ®ì em cã c¬ héi t×m hiÓu nhiÒu kiÕn thøc, thùc nghiÖm vµ hoµn thµnh §å ¸n nµy.

§ång thêi, Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ®Õn c¸c thÇy c« trong ViÖn VËt lý kü thuËt, Tr−êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ®· truyÒn ®¹t nh÷ng kiÕn thøc chuyªn m«n, nh÷ng kinh nghiÖm quý b¸u cho em trong suèt nh÷ng n¨m häc tËp vµ nghiªn cøu.

Xin göi lêi c¶m ¬n tíi nh÷ng ng−êi th©n trong gia ®×nh ®· lu«n t¹o ®iÒu kiÖn vÒ thêi gian, ®éng viªn vµ gióp ®ì em trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ hoµn thµnh §å ¸n.

Hµ néi, th¸ng 05 n¨m 2008 Sinh viªn D−¬ng §øc Duy D−¬ng §øc Duy D−¬ng §øc Duy D−¬ng §øc Duy

Dương Đức Duy

1 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

Nhờ có những đặc tính ưu việt như độ bền cao, dải công suất rộng và hiệu

suất phát quang lớn nên bộ đèn chiếu sáng dùng nguồn Natri cao áp (Sodium Hight

Pressure - HPS) đã và đang thay thế dần các bộ đèn truyền thống như đèn Halogen

kim loại (Metal Halide -MH) hoặc đèn hơi thuỷ ngân (Mercury Vapor - MV) trên

các công trình chiếu sáng công cộng. Theo tính toán, ngoài những lợi ích về môi

trường và sự tiện nghi, người ta còn có thể tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng cho

một vòng đời của bộ đèn trên một km chiếu sáng công cộng nếu thay thế các bộ đèn

khác bằng bộ đèn natri cao áp. Vì những lợi ích như vậy, nên ngay ở nước ta, việc

dùng đèn natri cao áp để chiếu sáng công cộng được triển khai khá triệt để. Về ban

đêm, chúng ta dễ dàng bắt gặp những công trình chiếu sáng với một màu sáng vàng

đặc trưng, đó là màu của đèn natri.

Chiếu sáng nói chung và chiếu sáng đường nói riêng, ngoài việc tiêu thụ một

lượng điện năng rất lớn, còn gây ra những biến cố cho phụ tải của lưới điện vào

những giờ cao điểm. Việc sử dụng những thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao đang là

một trong những vấn đề được quan tâm thích đáng.

Về mặt công nghệ, hiện nay, ngành công nghiệp của chúng ta chưa có khả

năng tự sản xuất nguồn sáng Natri mà mới chỉ gia công các phụ kiện, lắp ráp thành

bộ đèn và triển khai lắp đặt. Trong điều kiện như vậy, việc nghiên cứu một cách đầy

đủ đặc tính của các bộ đèn để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sáng là việc làm có

ý nghĩa thực tiễn lớn.

Với nội dung đề tài đồ án: “Nghiên cứu, thức nghiệm bộ đèn Natri cao áp

dùng trong chiếu sáng đường”. Tôi đã tiến hành những công việc sau:

- Tìm hiểu các thông số quang học như quang thông, nhiệt độ màu, phổ năng

lượng đặc trưng, hiệu suất phát quang,… của các nguồn sáng thông dụng trong

chiếu sáng đường.

- Nghiên cứu cấu trúc của bộ đèn chiếu sáng đường.

- Khảo sát các đặc trưng quang học, khai thác thông tin từ biểu đồ cường độ

sáng của bộ đèn Natri cao áp. Tất cả các công việc nói trên nhằm mục đích xây

dựng hồ sơ kỹ thuật cho bộ đèn chiếu sáng công cộng dùng với nguồn sáng Natri.

Dương Đức Duy

2 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đây là tài liệu cho những người làm công tác thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống

chiếu sáng công cộng.

Đồ án này được viết thành 4 chương:

Chương I: Bộ đèn Natri cao áp

Chương II: Thiết bị đo đạc thực nghiệm.

Chương III: Tính toán chiếu sáng đường với bộ đèn Natri cao áp

Chương IV: Thực nghiệm

Đồ án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng,

Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội. Đây là phòng thí nghiệm

chuyên ngành đầu tiên ở nước ta, có hệ thống thiết bị hoàn chỉnh để nghiên cứu, đo

lường các thông số đặc trưng của bộ đèn như cầu tích phân (Intergrating sphere),

góc kế quang học (Goniophotometer) và nhiều thiết bị chuẩn trắc quang.

Dương Đức Duy

3 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP

Bộ đèn được định nghĩa là một thiết bị chiếu sáng hoàn chỉnh, gồm có nguồn

sáng (đèn) và các bộ phận kèm theo như bộ phản xạ, khúc xạ và hộp đèn, có chức

năng phân bố ánh sáng, định vị, bảo vệ đèn và nối đèn với nguồn điện cung cấp.

1.1. Nguồn sáng

Đa số các lắp đặt trong chiếu sáng đường ngày nay sử dụng một trong 3 loại

đèn phóng điện cường độ cao (HID) đó là: metal halide (MH) hay đèn hơi thuỷ ngân

(MV), đèn Natri áp suất thấp (LPS), đèn Natri áp suất cao (HPS), trong đó đèn Natri áp

suất cao là nguồn sáng được sử dụng phổ biến nhất.

1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV)

Đèn hơi thủy ngân là loại đèn HID mà trong đó phần lớn ánh sáng được tạo

ra do sự bức xạ của hơi thuỷ ngân hoạt động ở áp suất riêng phần lớn hơn 105 Pa.

Các đèn thuỷ ngân đầu tiên được phát triển vào năm 1901 nhưng các ống hồ

quang compact thì mãi 30 năm sau mới xuất hiện. Vào năm 1960, khi được cải

thiện tuổi thọ, đèn hơi thuỷ ngân được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố

và bắt đầu được sử dụng trong chiếu sáng nội thất vào năm 1966 khi màu sắc được

cải thiện.

Lớp vỏ thuỷ tinh bên ngoài của đèn thuỷ ngân được làm từ thuỷ tinh boro

silicate, có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Bầu thủy tinh bên ngoài

hấp thụ nhiều các bức xạ tử ngoại phát ra từ hồ quang thuỷ ngân. Một số đèn hơi

thuỷ ngân có chế độ tự ngắt để tắt đèn khi bầu thuỷ tinh bên ngoài bị vỡ, tránh bức

xạ tử ngoại thoát ra ngoài.

Hiệu suất phát sáng cực đại của đèn hơi thủy ngân đạt khoảng 65lm/W, tuổi

thọ của đèn cao nhưng sự duy trì quang thông lại kém. Bóng đèn hơi thủy ngân có

thể sử dụng rộng rãi ở tất cả các loại đèn giao thông, đường phố và lối đi bộ, công

viên và cả trong các công xưởng.

1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH)

Là một loại đèn HID mà phần lớn ánh sáng được tạo ra do sự bức xạ của kim

loại halogen và của các sản phẩm phân ly của nó kết hợp với các hơi kim loại khác

(thuỷ ngân).

Các đèn halogen kim loại được phát triển năm 1965 và được quảng cáo là

Dương Đức Duy

4 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

“tốt hơn đèn thuỷ ngân” vì chúng có hiệu suất cao hơn, tạo ra ánh sáng trắng và sự

duy trì quang thông tốt hơn, thường dùng cho chiếu sáng công nghiệp và chiếu sáng

bên ngoài.

Giống như các đèn thuỷ ngân, hoạt động của đèn halogen kim loại tạo ra các

bức xạ tử ngoại. Phần lớn các bức xạ tử ngoại này bị hấp thụ bởi bầu thủy tinh. Các

đèn này có thể được phủ một lớp phốt pho để chuyển bức xạ tử ngoại dư thừa thành

ánh sáng khả kiến để cải thiện chỉ số CRI của đèn trong quá trình sử dụng . Trong

hỗn hợp hơi thủy ngân và Halogen áp suất cao như Iodua natri hoặc tali, sự phóng

điện cho phép ta thu được một màu rất trắng từ 4000 K đến 6000 K.

1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS)

Đèn có dạng hình ống và hình chữ U bằng thuỷ tinh borosilicat, chứa một

lượng nhỏ Na ở thể rắn và một hỗn hợp khí Neon, Argon được đặt trong một ống

đèn bằng thuỷ tinh, hút chân không, mặt trong có phủ lớp phản xạ hồng ngoại làm

bằng Oxit Indi (vật liệu bán dẫn cho ánh sáng khả kiến truyền qua và giữ lại các tia

hồng ngoại). Hỗn hợp khí Neon-Argon dùng để mồi sự phóng điện trong đèn. Khi

được bật lên, đèn phát ra ánh sáng mờ màu hồng. Dòng hồ quang này sẽ nung nóng

Natri và trong vài phút, Natri bay hơi phát vạch kép (589,0 nm đến 589,6 nm) màu vàng da cam. Hơi Natri hoạt động ở áp suất riêng phần cỡ (0,1 ‚

1,5).104 Pa .

Đèn Natri áp suất thấp cho ánh sáng gần như đơn sắc, chỉ số hoàn màu CRI = 0, khi

được chiếu sáng bằng nguồn này thì màu sắc của vật chỉ hiện lên màu vàng hoặc màu

xám, cho nên, các đèn LPS rất ít được sử dụng.

Tuy nhiên, đèn Natri áp suất thấp là nguồn sáng tiêu thụ năng lượng điện hiệu

quả nhất, hiệu suất sáng của đèn có thể lên tới 180lm/W nên được dùng rộng rãi

chiếu sáng đưòng phố, chiếu sáng bảo vệ …những nơi không quan tâm lắm đến sự

hoàn màu. Mặt khác, đèn Natri áp suất thấp hầu như không bị giảm quang thông

theo thời gian trong quá trình hoạt động .

Chú ý: Trong công nghiệp, đèn Natri áp suất thấp thường được coi là loại đèn HID

mặc dù về mặt kỹ thuật điều này là không đúng vì đèn này là một nguồn sáng phóng

điện ở áp suất thấp.

Dương Đức Duy

5 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS)

Đèn Natri áp suất cao (HPS) là loại đèn phóng điện có cường độ cao HID,

được phát triển năm 1961. Ánh sáng trong đèn Natri áp suất cao được tạo ra do sự bức xạ từ hơi Natri hoạt động ở một áp suất riêng phần khoảng 1,33.105 Pa. Loại

đèn này có thể có lớp vỏ thủy tinh trong và vỏ thuỷ tinh mờ. Bầu đèn của đèn Natri

áp suất cao được chế tạo bằng một loại thuỷ tinh borosilicate, nó có thể chịu được

nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Sự phóng điện hồ quang được tạo bởi một hỗn

hống Na –Hg trong ống hồ quang làm bằng oxit nhôm đa tinh thể [10]. Cấu tạo của

đèn được mô tả trên hình 1.1.

Hình 1.1 Cấu trúc của đèn Natri cao áp.

Đèn Natri cao áp có kích thước nhỏ hơn so với đèn Natri áp suất thấp và trong

đèn chứa thêm các nguyên tố phụ như Hg. Vì vậy, khi mới bật lên, đèn phát ánh

sáng mờ màu hồng sẫm, sau đó chuyển sang màu da cam pha hồng khi đèn nóng.

Giữa hai trạng thái này, trong một khoảng thời gian ngắn, ánh sáng đèn có màu hơi

trắng pha xanh tím. Đó là do sự phát sáng của hơi Hg trước khi Na ở trong đèn được

bốc hơi hoàn toàn. Vạch D của Na là bức xạ chính của đèn Natri cao áp, vạch này bị

mở rộng khi áp suất trong đèn cao. Màu sắc của các vật thể khi được chiếu sáng

Dương Đức Duy

6 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

bằng loại đèn này có thể phân biệt được. Do đó, người ta thường sử dụng đèn Natri

cao áp chiếu sáng trong các khu vực cần để ý đến sự hoàn màu.

Phổ ánh sáng của Natri được đặc trưng bởi vạch sáng kép – Vạch D với các

bước sóng 589,0 nm và 589,6 nm. Trên hình về sự chuyển mức năng lượng thì

chính là bức xạ phát ra khi có sự chuyển mức từ 3P xuống 3S. Bức xạ 589,0 nm có

cường độ lớn gấp 2 lần bức xạ 589,6 nm.

g n ợ ư

l

g n ă N

Hình 1.2 Sự chuyển mức năng lượng trong đèn Natri cao áp

)

( g n ợ ư l g n ă N

Bước sóng (nm)

Dương Đức Duy

7 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

Hình 1.3 Phổ đèn Natri cao áp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

)

W m

l ( g n á s t ấ u s

u ệ i H

Năm

Hình 1.4 Hiệu suất sáng của các đèn HID.

Ở nhiệt độ trên 1000oC và có áp suất cao, Natri phát các vạch khác trong phổ

nhìn thấy cho nên cho ánh sáng trắng hơn, có màu trắng ấm. Sự duy trì quang thông

của nó là rất tốt. Thời gian mồi đèn là 10 phút, mồi lại đèn khi đèn đang nóng là 60

giây. Loại đèn Natri cao áp này có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đèn Natri áp

suất thấp.

Đèn Natri cao áp có hiệu suất khá cao nên được sử dụng rộng rãi trong chiếu

sáng đường phố, sân chơi thể thao, hiểu biết về sự thay đổi độ nhạy thị kiến về màu

sắc của mắt người khi chuyển từ nhìn ngày sang nhìn trong ánh sáng yếu và nhìn

đêm rất quan trọng trong tính toán thiết kế chiếu sáng đường phố.

Dương Đức Duy

8 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bảng 1.1: So sánh các đặc trưng của các đèn HID (Các giá trị này sẽ thay đổi theo công suất của đèn và lớp phủ phốt pho)

Hơi thuỷ

Halogen kim

Natri cao

Natri thấp

Loại đèn

ngân (MV)

loại (MH)

áp (HPS)

áp (LPS)

Công suất danh định

(W)

1000

1500

1000

180

19500

23000

12000

Quang thông ban đầu

33000

(lm)

26300

28500

13000

100

Hiệu suất sáng

(lm/W)

125

140

180

Chỉ số hoàn màu CRI

3000

2100

5600

Nhiệt độ màu

1800

(K)

6000

2200

7000

Vàng

Sự hoàn màu

Màu xanh

Sáng trắng

Vàng cam

2-10

3-5

7-15

Thời gian khởi động (s)

3-5

Ngay lập

Thời gian tái khởi động

3-4

tức

(s)

3000

10000

16000

10000

Thời gian sống trung bình

–

(h)

20000

24000

18000

16000

Dương Đức Duy

9 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bảng 1.2: Ưu và nhược điểm của các đèn HID

Ưu điểm

Nhược điểm

Loại đèn

-Tuổi thọ dài

-Thời gian tái khởi động dài

-Kiểm soát ánh sáng tốt

-Sự suy giảm quang thông lớn

Hơi thuỷ ngân

-Kích thước nhỏ

-Hiệu suất sáng thấp

-Chỉ số hoàn màu cao

-Thời gian tái khởi động dài

Halogen kim

-Hiệu suất sáng cao

-Sự suy giảm quang thông lớn

loại

-Kiểm soát ánh sáng tốt

-Hiệu suất sáng thấp

-Kích thước nhỏ

-Tuổi thọ dài

-Hiệu suất sáng cao

-Chỉ số hoàn màu thấp

Natri cao áp

-Kiểm soát ánh sáng tốt

-Cần thời gian tái khởi động

-Kích thước nhỏ

-Suy giảm quang thông nhỏ

-Thời gian tái khởi động ngắn

-Chi phí thay thế cao

Natri thấp áp

-Hiệu suất sáng cao

-Tuổi thọ ngắn

-Sự suy giảm quang thông rất nhỏ

-Không hoàn màu

1.2 Mạch điện hoạt động của đèn Natri cao áp Đèn Natri cao áp hoạt động thích hợp từ 300C tới 1000C, xét trong mạch nối tiếp với

ballast. Một đèn HPS theo tiêu chuẩn sẽ được kích từ 2kV đến 5kV sau 30 tới 90

giây từ trạng thái ban đầu, phụ thuộc vào đặc tính của đèn..

Ống hồ quang Oxit nhôm

Điện cực

Phóng hồ quang

Hỗn hống Na - Hg

Dương Đức Duy

10 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 1.5 Mạch cho đèn HPS

Dưới đây là các bước của một quá trình đèn HPS hoạt động:

1. Khi nguồn điện được cấp vào đèn HPS sau khi được kết nối với ballast thích

hợp, một dải hẹp xung cao áp được cấp cho đèn, bắt đầu có sự phóng điện

giữa các điện cực. Ngay lập tức sự kích thích tạo các Ion tồn tại, một dòng

điện sinh ra bởi ballast sẽ duy trì sự phóng điện trong đèn. Nếu cần thiết,

xung khởi động sẽ lập lại theo một chu trình cho đến tận khi sự phóng điện

được thiết lập, lúc đó xung phát sẽ tự động dừng lại.

2. Lúc bắt đầu, tia hồ quang tác động lên các phân tử khí Xenon và phát ra ánh

sáng lục – trắng yếu.

3. Sau đó lượng nhiệt từ việc tác động hồ quang khí Xenon sẽ làm bốc hơi

nhanh chóng Natri và thủy ngân trong ống hồ quang.

4. Như một sự bốc hơi kim loại, đèn phát ra ánh sáng vàng - trắng ấm, cả ánh

sáng phát ra và điện áp sẽ tăng tới giá trị hoạt động ổn định.

Với phần lớn các đèn HPS, 4 bước trên sẽ xảy ra từ 4 đến 6 phút.

1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ

Bộ phản xạ được dùng để thay đổi phương của ánh sáng phát ra, định hướng

ánh sáng theo hướng mong muốn. Trong khi đó, bộ khúc xạ điều chỉnh hướng ánh

sáng phát ra từ đèn và từ bộ phản xạ nhờ cấu trúc dạng lăng kính của nó. Đồng thời,

bộ khúc xạ còn dùng để bảo vệ đèn khỏi các yếu tố bất lợi từ bên ngoài.

Các nguồn sáng (bóng đèn) thường phát sáng theo kiểu đối xứng. Khi nguồn

sáng được coi là nguồn điểm thì nó có tâm đối xứng, cường độ sáng sẽ phân bố đều

theo mọi phương, mặt đẳng quang của chúng là các mặt cầu hình 1.6a. Nếu nguồn

sáng là đèn ống thì nó có trục đối xứng, mặt đẳng quang của chúng là các ellipsoit

tròn xoay hình 1.6b.

a

b

11 Dương Đức Duy

Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 1.6 Các kiểu phân bố đối xứng của đèn trần.

Nói chung, các kiểu phân bố đối xứng như trên ít được sử dụng trong thực

tiễn vì đèn chưa được bảo vệ và trường sáng chưa phù hợp. Muốn có trường sáng

phù hợp với từng loại hình chiếu sáng, người ta phải lắp bộ phản xạ và khúc xạ để

phân bố lại trường sáng phát ra từ đèn

Hình 1.7 Trường sáng của nguồn lắp trong bộ đèn.

Như vậy, khi phân bố lại trường sáng, choá đèn đã đóng vai trò quyết định

hiệu quả sử dụng nguồn sáng của bộ đèn, cũng như sử dụng hiệu quả nguồn năng

lượng do nguồn phát ra.

1.4. Hộp đèn

Các hộp đèn điển hình thường được làm bằng nhôm, thép hoặc thép không rỉ.

Hộp bằng nhôm chịu được nhiều điều kiện bất lợi của bên ngoài. Hộp bằng thép có

thể bị ăn mòn và bị rỉ. Hộp bằng thép không rỉ cho khả năng bảo vệ cao hơn trong

điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Vỏ các nguồn sáng làm bằng thuỷ tinh hoặc vật liệu trong suốt, thường có

nhiệt độ rất cao khi đèn cháy sáng. Nếu mắc trực tiếp ra ngoài môi trường, chúng sẽ

dễ bị nổ, vỡ khi có sự thay đổi của thời tiết. Vì vậy, hộp đèn có chức năng quan

trọng là bảo vệ nguồn sáng và các phụ kiện như chấn lưu (ballast), tụ điện, bộ mồi

(starter)... Ngoài ra, hộp đèn còn có chức năng ngăn cản hơi nước, bụi, côn trùng lọt

vào bộ đèn để đảm bảo sự phát quang ổn định của nguồn sáng.

Dương Đức Duy

12 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Ngoài những chức năng như đã trình bày, một hệ thống chiếu sáng với các

bộ đèn và cột đèn hài hòa sẽ góp phần đáng kể vào việc làm đẹp cảnh quan đô thị,

ngay cả khi các bộ đèn không được bật sáng.

1.5. Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp

Các nhân tố ảnh hưởng đến giá thành và hiệu quả của việc lắp đặt, vận hành,

duy tu, bảo dưỡng ánh sáng bao gồm:

- Hiệu suất sáng của đèn.

- Khả năng duy trì thông lượng sáng đèn phát ra trong quá trình sử dụng.

- Thời gian sống (tuổi thọ) của đèn.

- Màu sắc của ánh sáng.

- Sự phân bố quang thông của bộ đèn.

- Thời gian khởi phát lại của đèn.

- Nhiệt độ môi trường để đèn hoạt động.

- Hình dạng vật lý của đèn và bộ đèn.

- Độ bền của đèn và bộ đèn.

- Giá thành.

1.5.1 Đặc trưng màu sắc

1.5.1.1. Nhiệt độ màu

Nhiệt độ màu của một nguồn sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó mà

là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi được đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do

vật đen tuyệt đối phát ra có phổ hoàn toàn giống với phổ của nguồn khảo sát.

Như vậy, để xác định nhiệt độ màu của một nguồn sáng cần phải so sánh phổ

ánh sáng của nó với phổ ánh sáng bức xạ của đen tuyệt đối được đốt nóng từ

khoảng 2000 đến 10000K.

CIE quy định các nguồn ánh sáng trắng tiêu chuẩn như sau:

- Ánh sáng chuẩn A: là ánh sáng do bóng đèn dây tóc tungsten bức xạ, có

nhiệt độ màu Tm = 2854 K.

- Ánh sáng chuẩn B: là ánh sáng Mặt Trời giữa trưa, có Tm = 4879K.

- Ánh sáng chuẩn C: là ánh sáng bầu trời trung bình, có Tm = 6740K

Thực nghiệm cho thấy, các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích

hợp cho những nơi có yêu cầu độ rọi thấp. Ngược lại, những nơi có yêu cầu độ rọi

Dương Đức Duy

13 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh). Vì vậy, trong

thiết kế chiếu sáng người ta coi nhiệt độ màu như một tiêu chuẩn đầu tiên để chọn

nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được một môi

trường ánh sáng tiện nghi.

1.5.1.2. Chỉ số hoàn màu CRI

Chỉ số hoàn màu là một thông số cực kì quan trọng đối với sự lựa chọn các

nguồn sáng. Cùng với một vật được chiếu sáng bằng các nguồn chuẩn khác nhau

hoặc bằng một vật đen có nhiệt độ khác nhau sẽ cho các màu khác nhau [2].

So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến đổi

màu của các vật đựoc chiếu sáng, sự biến đổi màu này là do dự phát xạ phổ khác

nhau được đánh giá từ độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số hoàn màu CRI.

Chỉ số này biến thiên từ 0 (đối với ánh sáng đơn sắc) đến 100 (đối với vật đen).

Trên thực tế ta chấp nhận sự phân loại sau đây:

+ CRI < 50: Chỉ số này không có ý nghĩa thực tế, các màu hoàn toàn bị biến đổi

+ CRI < 70 : Sử dụng trong công nghiệp khi các thể hiện màu thứ yếu.

+ 70 < CRI < 80 : Sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu là không

quan trọng.

+ CRI > 80 Sử dụng trong nhà hay trong công nghiệp đặc biệt

Một số chỉ số hoàn màu của các nguồn sáng ở nhiệt độ tương ứng :

- Ngọn nến ở 1700K có CRI = 100

- Sự nóng sáng ở 2700K có CRI =100

- Ánh sáng mặt trời tự nhiên ở 5000K ÷ 6000K có CRI = 100.

- Natri áp suất cao ở 2100K có chỉ số hoàn màu CRI = 25.

- Các đèn dây tóc chuẩn CRI= 100.

- Các đèn huỳnh quang có CRI = 52 ÷ 95.

1.5.1.3. Màu của ánh sáng

Ánh sáng trắng là sự tổ hợp của nhiều bước sóng, mỗi bước sóng được gán

cho một màu sắc khi mắt truyền năng lượng sáng dưới dạng một tín hiệu tới não. Sự

trộn lẫn các bước sóng này sẽ xác định môi trường là ấm hay mát và con người nhìn

thấy mọi vật xung quanh tốt như thế nào.

1.5.2. Hiếu suất sáng

Dương Đức Duy

14 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Khi phân tích các loại bóng đèn về hiệu quả năng lượng cần phân biệt hai

khái niệm năng lượng điện và thông lượng ánh sáng.

Năng lượng điện = (công suất điện)×(thời gian sử dụng).

đơn vị của năng lưọng điện ( Wh hoặc kWh). Năng lượng điện cho biết lượng điện

năng tiêu thụ của đèn.

Thông lượng ánh sáng = (quang thông )×(thời gian chiếu sáng)

đơn vị của thông lượng ánh sáng (lm.h). Thông lượng ánh sáng cho biết năng lượng

ánh sáng phát ra khi tiêu thụ năng lượng điện nói trên

Đèn có hiệu suất phát sáng cao là đèn cho thông lượng ánh sáng lớn mà tiêu

thụ năng lượng điện ít. Hiệu suất phát sáng của đèn dùng để đánh giá hiệu quả năng

lượng chiếu sáng của đèn :

Quang thông do đèn do đèn phát ra

Hiệu suất sáng =

Công suất điện tiêu thụ

Hiệu suất sáng đo bằng tỉ số giữa quang thông do đèn phát ra và công suất

tiêu thụ điện, đơn vị là lumen /Watt (lm/W). Hiệu suất sáng càng cao thì càng có

lợi. Ngày nay đã đạt được hiệu suất 200lm/W đối với đèn phóng điện. Tuy nhiên,

hiệu suất của đèn thay đổi theo năng lượng điện tiêu thụ.

1.5.3. Sự suy giảm quang thông của đèn

Quang thông của đèn phát ra trong các điều kiện hoạt động giảm dần theo

thời gian. Sự già hóa của đèn cũng như sự cáu bẩn của chúng làm thay đổi chất

lượng quang học của các bộ đèn. Vì vậy việc duy tu, làm sạch cho các bộ đèn trong

quá trình hoạt động là rất cần thiết đối với hệ thống chiếu sáng.

1.5.4 Tuổi thọ bóng đèn

Tuổi thọ bóng đèn mang tính thống kê. Đó là con số chỉ số giờ một nhóm

đèn hoạt động trước khi giảm yếu 50% quang thông. Như vậy sẽ có một số đèn có

tuổi thọ thấp hơn, một số khác lại có tuổi thọ lớn hơn trị số đánh giá.

Dương Đức Duy

15 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM

2.1 Đo quang thông bằng cầu tích phân

2.1.1. Cấu tạo cầu tích phân

Cầu tích phân dùng trong thí nghiệm này là loại cầu tích phân hiện đại, kích

thước lớn (hình 2.1). Cầu tích phân trên có đưòng kính 2m, có thể tương thích với

tất cả các loại đèn hiện nay. Cầu tích phân được cấu tạo từ hai bán cầu có thể đóng

mở dễ dàng nhờ các khớp quay. Phía trong cầu tích phân được lắp một detector

quang điện để cho thông tin về quang thông của nguồn sáng. Ngoài ra người ta còn

lắp thêm một cửa sổ quang học, lấy ánh sáng của nguồn vào một máy quang phổ

UV-Vis nhờ hệ thống cáp quang. Cơ cấu này cho ta biết thông tin về phổ năng

lượng, nhiệt độ màu và chỉ số CRI của nguồn sáng.

Hình 2.1. Cầu tích phân LSI-4600

Để đo quang thông toàn phần của một nguồn sáng, người ta đã chế tạo nhiều

bộ tích phân với những biến thể khác nhau, nhưng chỉ có quả cầu là biến thể cơ bản

đảm bảo tích phân quang thông của nguồn sáng. Sở dĩ như vậy là vì độ rọi nhận

được trên một miền nào đó của quả cầu không phụ thuộc vị trí tương đối của miền

đó và sử dụng nguyên lí này, chúng ta có thể thiết lập mối liên hệ giữa độ rọi nhận

được qua một cửa sổ với quang thông toàn phần từ một nguồn sáng, miễn là cửa sổ

lối ra được che chắn, không bị chiếu sáng trực tiếp.

Dương Đức Duy

16 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Q

Điểm sáng S

Quả cầu tích phân Q

S

Detector quang điện D

I

D

Đồng hồ I

Hình 2.2. Nguyên lý của quả cầu tích phân.

2.1.2. Nguyên tắc hoạt động

Dựa trên nguyên lý phản xạ nhiều lần trên lớp phủ tán xạ khuếch tán theo

định luật Lambert, quả cầu tích phân được sử dụng để đo quang thông trong toàn

không gian phát ra từ nguồn bức xạ đặt bên ngoài hoặc bên trong quả cầu.

Trong quang kế quả cầu tích phân, hệ đèn cần đo được đặt ở khoảng tâm quả

cầu. Các tấm chắn được bố trí ở bên trong quả cầu tích phân sao cho ánh sáng đèn

và ánh sáng phản xạ lần đầu tiên không chiếu trực tiếp vào đầu thu quang học. Đầu

thu quang học dùng trong các quả cầu tích phân trắc quang phải có đặc trưng phổ

giống như đặc trưng độ nhậy phổ của mắt người, được che bằng một bản tuyền qua

khuếch tán. Thông thường, tấm chắn được đặt ở vị trí 2/3 bán kính tính từ tâm quả

cầu, diện tích càng nhỏ càng tốt nhưng phải đủ lớn để chắn được các bức xạ và phản

xạ trực tiếp lọt vào đầu thu, đặc biệt là trong trường hợp hệ đèn cần đo có kích

thước lớn. Trước hết, cần chuẩn độ tín hiệu đầu thu quang học bằng đèn chuẩn

quang thông. Các đèn này có thể được thay thế lẫn nhau trong quả cầu tích phân.

Ngoài ra, trong quả cầu tích phân còn có một đèn phụ dùng để bổ chính sự sai lệch

gây ra do thay thế đèn (các đèn chuẩn và đèn cần đo có hệ số tự hấp thụ khác nhau).

2.1.3. Vận hành đo quang thông bằng cầu tích phân

Một thiết bị đo trắc quang các hệ đèn trong chiếu sáng công cộng dùng quả

cầu tích phân gồm các thành phần sau đây:

- Quả cầu tích phân;

- Các đèn chuẩn;

- Các nguồn nuôi ổn áp. Để cung cấp điện cho hệ thống hoạt động, người ta

dùng bộ nguồn ổn áp vô cấp.

Dương Đức Duy

17 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Đầu thu có đáp ứng giống như đáp ứng thị kiến;

- Máy tính xử lý số liệu và thiết bị hiển thị. Toàn bộ các thông số đo điện,

quang của bộ đèn đựoc xử lý và hiển thị trên máy tính.

Các đặc trưng kỹ thuật chung của thiết bị đo trắc quang dùng quả cầu tích phân:

1. Đầu đo quang thông của nguồn sáng bằng cách so sánh với một đèn chuẩn;

2. Cấu trúc hệ đo tuân theo tiêu chuẩn DIN 5032, phần I và khuyến nghị CIE

81, phần đo quang thông;

3. Cấu tạo trên một khung kim loại với cơ chế bản lề có thể mở quả cầu;

4. Khóa cơ học, kín ánh sáng;

5. Bộ giá lắp hệ đèn có ba vị trí cho phép: treo đèn, lắp đèn nằm ngang và lắp

đèn thẳng đứng;

6. Lớp phủ phản xạ khuếch tán trắng theo định luật Lambert, hệ số phản xạ

80% với biến thiên nhỏ hơn 1.5% trong dải bước sóng từ 400nm - 700nm;

7. Đường kính quả cầu là 2m, vật liệu làm quả cầu là nhôm, có nhiệt kế hiện

số với độ phân giải là 0.10;

8. Tấm chắn ở bên trong quả cầu có thể dịch chuyển được;

9. Đèn phụ để bổ chính.

Khi đo bằng quả cầu tích phân, bộ đèn chuẩn để đo quang thông có giá thành

rất cao, việc chi phí tính cho mỗi lần đo thử nghiệm là rất đắt. Do đó, những phép

đo chỉ mang tính chất tham khảo và thử nghiệm thì không nhất thiết phải sử dụng

các đèn chuẩn mà có thể dùng với đèn chuẩn lấy mẫu của phòng thí nghiệm.

Quá trình đo được thực hiện như sau:

- Gắn đèn lấy mẫu vào giá.

- Điều chỉnh điện áp nuôi 220V (lấy qua bộ ổn áp).

- Chờ 15 đến 20 phút cho đèn ổn định rồi đóng quả cầu lại.

- Ghi kết quả đo dòng quang điện và quang thông hiển thị trên máy tính

2.2 Đo đường cong cường độ sáng bằng góc kế quang học

Góc kế quang học (Goniophotometer) là thiết bị để đo và vẽ các đường cong

cường độ sáng của bộ đèn lắp trong choá, tức là vẽ phân bố không gian của trường sáng.

2.2.1. Cấu tạo của các góc kế quang học

Dương Đức Duy

18 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Góc kế quang học nào cũng có các bộ phận chính là gương, giá để mẫu và

đầu thu (detector). Thông thường, góc kế quang học được phân loại theo hoạt động

của gương. Có hai loại: loại thứ nhất có gương quay quanh giá để mẫu theo góc từ 0o - 360o, loại thứ hai có gương cố định và mẫu sẽ quay quanh vị trí đặt nó (loại này

dùng trong phần thực nghiệm ở chương 3).

Detector trong góc kế quang học là thiết bị đo rất nhạy quang. Bề mặt của nó

được phủ lớp cảm quang là Selen hoặc Silic sao cho đường cong độ nhạy của

detector trùng với đường cong thị kiến của mắt người.

a

b

Hình 2.3 Cấu tạo (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của Goniophotometer LSI5900, Light

Science USA.

Dương Đức Duy

19 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Cấu tạo của góc kế quang học gồm có:

1- Thân máy.

2- Trục quay gương.

3- Gương phản xạ bề mặt. 4- Đĩa chia độ trong mặt phẳng thẳng đứng 0÷360o, độ phân giải 2,5o.

5- Giá đèn, có thể điều chỉnh dọc theo thân máy.

6- Đèn cần đo. 7- Đĩa chia độ để điều chỉnh góc của đèn 0÷360o, độ phân giải là 2,5o.

8- Detector đo cường độ sáng.

9- Máy tính xử lý số liệu và vẽ các đường cong cường độ sáng.

Thiết bị kèm theo đó là các đèn chuẩn cường độ sáng dùng để hiệu chuẩn

góc kế quang học trước khi tiến hành khảo sát các bộ đèn thử nghiệm.

Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của bộ đèn chuẩn cường độ sáng

Điện áp

Cường độ dòng điện

Ký hiệu đèn

Cường độ sáng

(DC)

(A)

165A 123,3 0,837 160,4

165B 123,9 0,837 152,1

Hình 2.4 Bộ đèn chuẩn cường độ sáng

165C 126,6 0,846 175,5

Dương Đức Duy

20 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

2.2.2. Nguyên tắc hoạt động

Goniophotometer là thiết bị có thể cho phép đo các phân bố không gian của nguồn

bức xạ và hiển thị các tính chất trắc quang của ánh sáng theo các góc xác định.

Goniophotometer cho phép chúng ta đo độ sáng của các nguồn sáng mà tương ứng

với đáp ứng sáng của mắt người, đo độ rọi, đo các toạ độ màu của các nguồn bức xạ

quang học mà có phân bố ánh sáng định hướng, đo quang thông, độ chói, kiểm tra

và lấy mẫu các đầu thu bức xạ.

Thông thường, trong kĩ thuật ánh sáng, goniophotometer được dùng để đo sự

phân bố cường độ sáng và cường độ sáng trung bình của nguồn theo các hướng

khác nhau.

Ánh sáng từ đèn tới gương và đi vào detector. Detector cho dòng điện tỷ lệ

thuận với cường độ ánh sáng tới.

Với một vị trí nhất định của đèn, khi gương quay một vòng, nó sẽ hướng các

chùm sáng xung quanh đèn trong một mặt phẳng kinh tuyến với bước đo góc đã

định. Máy tính sẽ cho từng cặp số liệu (góc, cường độ sáng) và căn cứ vào tập số

liệu này để vẽ đường cong cường độ sáng theo góc trong mặt phẳng đo.

2.2.3. Vận hành đo góc kế quang học (Goniophotometer)

Bước 1: Kiểm tra dòng tối

Dòng tối là dòng điện xuất hiện trên detector quang điện ngay khi chưa bật

đèn đo. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này như: phòng đặt máy bị lọt

sáng hoặc bản thân dectector xuất hiện dòng điện khi chưa được chiếu sáng. Như

vậy, nếu xuất hiện dòng tối ta phải triệt tiêu các nguyên nhân trên. Trường hợp

không thể khử hết dòng tối thì phải ghi giá trị này vào biểu mẫu báo cáo và phải

hiệu chỉnh khi tính toán.

Bước 2: Hiệu chuẩn góc kế bằng bộ đèn chuẩn cường độ sáng.

a) Lắp đèn chuẩn số 165A vào giá đỡ, dùng nguồn laser chuẩn trực vị trí để

kiểm tra sự thẳng hàng và nằm ngang giữa trục máy, tâm đèn và detector quang điện.

Nếu yêu cầu này chưa đạt thì phải điều chỉnh vị trí đèn bằng các vít trên giá đỡ.

b) Khi thao tác (a) đã hoàn thành, bật đèn chuẩn, điều chỉnh các chế độ dòng

điện và điện áp định mức, sau đó quay gương từ từ sao cho vệt sáng xuất hiện đối

Dương Đức Duy

21 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

xứng xung quanh detector quang điện. Nếu yêu cầu này chưa đạt phải kiểm tra vị trí

thẳng đứng của đèn chuẩn.

c) Điều chỉnh gương về góc 900 (ứng với vị trí thẳng đứng và cao nhất của

gương). Bật đồng hồ, ghi giá trị cường độ dòng quang điện ứng với vị trí này của

gương. Giá trị dòng quang điện này tỉ lệ với cường độ sáng của đèn chuẩn.

Bước 3: Đo đèn thử nghiệm.

a) Điều chỉnh vị trí bộ đèn

Gá bộ đèn cần kiểm định vào giá đỡ, điều chỉnh độ cao của giá đỡ bằng vít

vô tận sao cho tâm bộ đèn (nguồn sáng), trục máy và detector thẳng hàng và nằm

ngang. Điều chỉnh cho bộ đèn quay xung quanh trục thẳng đứng sao cho trục này đi

qua nguồn sáng (thao tác này có thể thực hiện nhanh chóng bằng cách đánh dấu vị

trí tâm đèn sao cho khi quay bộ đèn điểm này không thay đổi vị trí và giá trị dòng

quang điện không đổi)

b) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng thẳng đứng

- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng thẳng đứng, cố định vị trí này trong

suốt quá trình đo.

- Bật đèn, điều chỉnh giá trị điện áp và dòng điện theo đúng giá trị định mức ghi

trên đèn. Chờ khoảng 15 phút cho đèn sáng ổn định (đèn sáng ổn định khi cường độ

dòng quang điện không thay đổi hoặc thay đổi rất ít quanh giá trị ổn định).

- Xoay gương từ từ, mỗi lần ứng với góc quay 2,50 trong khoảng từ 0 ÷ 1800

và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu

trong biểu mẫu báo cáo

- Tắt đèn, chờ 30 phút cho đèn thực sự nguội

c) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng nằm ngang.

- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng nằm ngang, cố định vị trí này trong

suốt quá trình đo và thực hiện các bước giống như đo trong mặt phẳng thẳng đứng.

Ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu

trong biểu mẫu báo cáo

- Tắt đèn, kết thúc quá trình đo.

Bước 4: Xử lý kết quả đo và vẽ các biểu đồ cường độ sáng.

a) Xử lý kết quả đo:

Dương Đức Duy

22 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Chuyển tập số liệu góc, cường độ dòng quang điện [α(0), i(µA)] thành tập số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)] bằng cách so sánh với nguồn chuẩn theo công thức

(2.1)

icI .= ci

trong đó:

Id : là cường độ sáng của đèn thử nghiệm

Ic : là cường độ sáng của đèn chuẩn

id : là cường độ dòng quang điện ứng với đèn đo

ic : là cường độ dòng quang điện ứng với đèn chuẩn

Chuyển tập số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)] theo quang thông thực

của bộ đèn đo thử nghiệm thành tập số liệu góc, cường độ sáng ứng với đền có

quang thông 1000lm theo quy định của CIE, theo công thức:

I .

1000

(

)

cd 1000

Trong đó:

: là giá trị cường độ sáng quy chuẩn cho nguồn 1000lm

(

)

cd 1000

F (2.2) F

: là quang thông chuẩn theo quy ước của CIE

1000

- Id : là cường độ sáng thực của đèn thử nghiệm

: là quang thông thực của đèn thử nghiệm

Chú ý: Quang thông thực của đèn là giá trị ghi trên bao bì, trường hợp chưa biết

quang thông thực của đèn thì phải tiến hành đo đại lượng này bằng cầu tích phân.

b). Vẽ các biểu đồ cường độ sáng

- Nạp tập số liệu đã xử lý theo quy định của CIE vào máy tính và thực hiện

chương trình vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm chuyên dụng.

Chú ý: Có thể vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm thông dụng như: Exel,

Matlab…thậm chí có thể vẽ trực tiếp trên biểu mẫu của Phòng thí nghiệm.

- In và tập số liệu và các biểu đồ cường độ sáng vào biểu mẫu báo cáo.

Dương Đức Duy

23 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG VỚI BỘ

ĐÈN NATRI CAO ÁP

3.1. Chiếu sáng đường

Chiếu sáng đường là một trong những ứng dụng chiếu sáng công cộng quan

trọng nhất, không chỉ nhằm cung cấp ánh sáng cho các phương tiện giao thông mà

còn góp phần tạo dựng sự hài hòa cảnh quan trong cấu trúc tổng thể.

Các hệ thống chiếu sáng đường được thiết kế, lắp đặt, vận hành, khai thác, duy

tu, bảo dưỡng bởi các công ty điện lực hoặc do chính quyền thành phố địa phương.

Lượng điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng đường phố cũng rất lớn, hàng vài trăm triệu

Kwh hàng năm. Các phương pháp đảm bảo hiệu suất chiếu sáng trong khi vẫn duy trì

được cấu trúc thẩm mỹ và cảnh quan không những mang lại các lợi ích tiết kiệm năng

lượng mà cả những lợi ích kinh tế tiềm năng bằng cách tăng cường các hoạt động

dịch vụ thương mại, du lịch, ... trong vùng. Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều

những tiến bộ, thành tựu khoa học cũng như nghệ thuật trong chiếu sáng đường phố.

Những nguồn sáng mới hiệu quả hơn, các bộ đèn kiểu dáng mới và những hệ thống

điều khiển thiết kế hiện đại cũng như các tiêu chuẩn mới về lĩnh vực chiếu sáng

đường phố đã mở ra rất nhiều vấn đề cần quan tâm và tăng cường nghiên cứu.

Chương 3 này nêu tổng quan về vấn đề thiết kế chiếu sáng cho người và

phương tiện giao thông nhằm đảm bảo an toàn và chiếu sáng đường phố một cách

hiệu quả, không bao hàm các loại chiếu sáng đặc thù như chiếu sáng cảnh quan,

chiếu sáng cho phương tiện thô sơ chiếu sáng công viên, sân thể thao… Các loại

đường quan tâm gồm có đường cao tốc, đường chính, đường gom, đường phụ…

3.1.1. Mục đích của chiếu sáng đường

Theo thống kê của Ủy ban quốc tế về chiếu sáng CIE (Commission

Internationale de I’Eclairage - CIE), trong nhiều quốc gia, giao thông khi trời tối

chiếm tỉ trọng khoảng 25% và tai nạn giao thông xảy ra thường gấp ba lần ban

ngày. Theo thống kê nhiều năm ở nước ta, mỗi ngày trên toàn quốc xảy ra trung

bình 40-50 vụ tai nạn giao thông, làm cho khoảng 30 người bị chết, 40-50 người bị

thương [1]. Thông thường, chúng ta quan tâm nhiều đến thiệt hại lớn nhất của tai

nạn giao thông là con người (tử vong, thương tật). Nhưng ở các nước tiên tiến, thiệt

hại toàn diện về tai nạn giao thông được tính theo phần ngân sách quốc gia chi phí

Dương Đức Duy

24 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

liên quan đến vấn đề này (bệnh viện, thuốc men, lao động). Các nghiên cứu cho

thấy, một trong những nguyên nhân chủ yếu của tai nạn giao thông là chất lượng

chiếu sáng đường phố chưa được đảm bảo.

Như vậy, có thể nói chiếu sáng đường phố có những vai trò rất quan trọng

sau đây:

- Đảm bảo cho người và các phương tiện tham gia giao thông có được một

tầm nhìn chuẩn xác, tiện nghi, an toàn.

- Cải thiện mật độ và lưu lượng xe cộ đi lại, cho phép người và phương tiện

tham gia giao thông định hướng tốt, tránh được các chướng ngại vật trên đường,

giảm đến mức thấp nhất tai nạn giao thông.

- Cung cấp ánh sáng thích hợp cho hoạt động của xe cộ trên các đoạn đường,

giảm thiểu tội ác xảy ra trên đường phố, góp phần tạo dựng cảnh quan hấp dẫn, tăng

cường năng lực du lịch thương mại trong khu vực.

3.1.2. Phương pháp luận về chiếu sáng đường phố

Kỹ thuật chiếu sáng công cộng đã phát triển từ một nửa thế kỷ nay và đang

không ngừng phát triển do tính năng của các đèn và bộ đèn, do cải tiến liên tục các

phương pháp nghiên cứu theo yêu cầu sử dụng và do sự tiến bộ của các phương

pháp tính toán.

Nếu như trước đây vai trò của việc chiếu sáng chỉ nhằm đẩy lùi bóng tối thì

ngay từ năm 1940, đã xuất hiện các chỉ dẫn nhằm tạo độ đồng đều chiếu sáng để

đảm bảo sự an toàn cho giao thông lúc ấy. Chính điều đó đã đặt nền móng cho sự

phát triển của khoa học chiếu sáng sau này.

Một phương pháp luận được xem như tiêu chuẩn được quốc tế công nhận là

phương pháp độ rọi. Độ rọi E tại một điểm P trên mặt đường do đèn S tạo ra (hình

3.1) có thể xác định theo công thức:

( CI

(3.1)

cos 2

) h

)g,CI (

)g,C

trong đó

là cường độ sáng của đèn theo tọa độ (

theo hướng tới điểm P

còn h là độ cao của đèn.

Trường hợp tổng quát, độ rọi tại P do nhiều đèn của hệ thống chiếu sáng tạo

ra là:

Dương Đức Duy

25 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

( CI

(3.2)

∑=

cos 2

) i h

Tính toán độ rọi được tiến hành cho nhiều điểm nút mạng lưới trên mặt

đường. Kết quả tính toán được thể hiện theo:

+ Độ rọi trung bình: giá trị trung bình của độ rọi tính toán cho tất cả các điểm

trên mạng lưới.

+ Độ đồng đều chung: là tỉ số độ rọi tính toán nhỏ nhất tại một điểm của

mạng lưới và độ rọi trung bình.

+ Độ đồng đều dọc: là tỉ số giữa độ rọi cực tiểu và độ rọi cực đại.

Hình 3.1: Độ rọi tại một điểm trên mặt đường.

Ngoài ra, người ta còn sử dụng hai phương pháp khác là:

+ Phương pháp cường độ ánh sáng: tính toán cường độ ánh sáng tới mặt đường.

+ Phương pháp độ nhìn rõ cục bộ: đây là một cách tiếp cận mới kết hợp với đặc

điểm thị giác của mắt người nhằm cải thiện độ an toàn cho người lái xe. Trong phương

pháp này, khái niệm độ rọi đã được thay thế bởi khái niệm độ chói mặt đường.

Khi độ chói không đều, trên mặt đường sẽ tạo thành những mảng sáng tối

xen kẽ, làm giảm khả năng phát hiện các vật chướng ngại, che giấu các hiểm họa, vì

vậy sự đồng đều độ chói theo phương dọc đường là hết sức quan trọng.

Theo phương dọc, độ chói được khảo sát tại nhiều điểm khác nhau giữa hai

cột đèn (cách nhau khoảng 5m) và ít nhất hai điểm theo phương ngang trên làn xe

chạy. Độ đồng đều độ chói được đánh giá theo :

- Độ đồng đều chung U0 =Lmin/Ltb

- Độ đồng đều dọc U1=Lmin/Lmax

Dương Đức Duy

26 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

trong đó Lmin, Lmax, Ltb tương ứng là độ chói cực tiểu, cực đại và trung bình tại các

điểm khảo sát [8].

3.1.3. Các thiết bị trong thiết kế chiếu sáng đường phố

Sự hiểu biết và lựa chọn một cách chính xác các thiết bị chiếu sáng cũng như

các thành phần của nó là một điều hết sức cần thiết cho kết quả tổng hợp của công

việc thiết kế chiếu sáng đường phố. Các thiết bị chiếu sáng trong chiếu sáng đường

phố có thể được chia thành 3 nhóm sau:

+ Hệ thống điện: gồm ballast (chấn lưu), dây dẫn, bộ điều khiển quang điện

và một số thiết bị khác.

Các đèn phóng điện khí dùng trong chiếu sáng đường luôn đòi hỏi phải có

các bộ mồi và chấn lưu để khởi phát và ổn định chế độ hoạt động cho đèn. Các

chấn lưu được thiết kế để có thể hoạt động trong các dải tham số danh định (công

suất, điện áp và dòng điện). Như vậy, giữa đèn và chấn lưu trong một bộ đèn phải

tương thích với nhau nếu không đèn có thể bị giảm tuổi thọ, thậm chí có thể bị

cháy. Tất cả các bộ phận bằng kim loại trên cột đèn và các thiết bị điện của bộ đèn

đều phải được nối đất.

+ Hệ thống quang học: gồm có nguồn sáng (đèn), các bộ phản xạ, khúc xạ và

bầu đèn (hệ thống này được đề cập ở chương 1).

+ Hệ thống cấu trúc: gồm có bộ đèn và các thiết bị liên kết với nó như cần

đèn, cột đèn và đế móng.

Trong thiết kế chiếu sáng đường, độ cao của cột đèn ảnh hưởng tới cường độ

chiếu sáng, diện tích được chiếu sáng, sự đồng đều độ rọi và độ lóa. Các bộ đèn

được lắp đặt trên các cột càng cao thì trường sáng càng được mở rộng, đồng đều

hơn và đỡ lóa nhưng độ rọi trên mặt đường lại bị giảm đi.

Để nâng cao hiệu quả chiếu sáng, cần phải căn cứ vào các tham số cụ thể

của đối tượng và hệ thống chiếu sáng như: loại đường, độ cao cột đèn, độ vươn của

cần đèn, giãn cách các cột, cách bố trí cột, ...

3.2. Các tham số trong chiếu sáng đường

3.2.1. Phân loại đường

Sự phân loại đường có thể dựa trên nhiều yếu tố:

- Theo vận tốc (đường cao tốc, tốc độ trung bình, tốc độ rất thấp và đường đi bộ);

Dương Đức Duy

27 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Theo sự phân cấp (cấp đô thị, cấp khu vực và đường nội bộ);

- Theo tiêu chuẩn chiếu sáng (loại A, loại B, loại C, loại D, loại E);

Bảng 3.1. Theo TCXDVN 259:2001

Các yêu cầu của hệ thống chiếu sáng đường sẽ được đặt ra tương ứng với sự

phân loại đường cụ thể.

3.2.2. Độ cao của bộ đèn

Độ cao của bộ đèn là khoảng cách tính từ bộ đèn đến mặt đất. Việc xác định

độ cao này phụ thuộc vào loại đường và chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi độ rộng đường

cần được chiếu sáng. Độ cao khuyến nghị thường là 9,14m; 10,50m; 12,19m; …

3.2.3. Giãn cách các cột đèn

Giãn cách các cột đèn đóng vai trò chủ chốt trong chiếu sáng đường. Khi

giãn cách tăng, sự đồng đều độ rọi dọc theo mỗi làn đường sẽ giảm. Nếu vượt quá

giá trị độ cao cho phép thì trên đường sẽ có những vết tối làm nhiễu loạn sự nhìn

thấy và ảnh hưởng đến người tham gia giao thông với tốc độ cao vào ban đêm.

Giãn cách giữa các cột đèn phụ thuộc vào:

+ Bộ đèn sử dụng;

+ Cách bố trí chiếu sáng;

+ Độ cao của bộ đèn;

Cơ quan SINA khuyên rằng giãn cách giữa các cột đèn cần < 4,5 độ cao cột

đèn (MH) đối với các bộ đèn phân bố ngắn; < 7,5MH đối với các bộ đèn phân bố

trung bình; < 12,0MH đối với các bộ đèn phân bố dài. Điều đó sẽ đảm bảo các

Dương Đức Duy

28 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

đường cực đại cường độ của hai bộ đèn kế tiếp nhau gặp nhau trên mặt đường.

Hình 3.2: Giãn cách đèn

Hình 3.3: Vùng tối và sáng giữa các đèn

Hình 3.4 Các thông số hình học của đèn

MH = h là độ cao của bộ đèn; l - chiều rộng của đường; s - giãn cách giữa

hai cột; a - độ nhô của đèn ra lòng đường; e - độ vươn của cần đèn.

Dương Đức Duy

29 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

3.2.4. Độ vươn của cần đèn

Độ vươn của cần đèn là khoảng cách nằm ngang tính từ điểm chiếu của đèn

trên đường tới chân cột (hình 3.4). Theo khuyến nghị, để tránh rung và gây vướng

tầm nhìn, độ vươn không được quá 1/4 độ cao bộ đèn.

3.2.5. Sự bố trí các cột đèn

a. Kiểu đơn tuyến (hình 3.5a)

Bố trí đèn chỉ về một phía của đường giao thông. Điều kiện áp dụng là :

- Đường phố tương đối hẹp.

- Có cây cối ở một bên đường.

- Có đoạn đường uốn cong (phải bố trí đèn ở phía ngoài đường cong)

Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ l, trong đó h

là độ cao cột đèn so với mặt đường, l là chiều rộng mặt đường.

b. Kiểu so le (hình 3.5b)

Đèn được bố trí so le về hai bên của đường giao thông, áp dụng cho đường hai chiều

chuyển động. Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ 2l/3.

c. Kiểu đối diện (hình 3.5c)

Áp dụng khi đường giao thông có độ rộng lớn. Yêu cầu để đảm bảo đồng đều

độ rọi theo phương ngang là h ≥ 0,5l.

d. Kiểu trục giữa (hình 3.5d)

Áp dụng với đường đôi, ở giữa có dải phân cách. Yêu cầu để đảm bảo đồng

đều độ chói theo phương ngang là h ≥ l.

Hình 3.5a. Kiểu đơn tuyến

Dương Đức Duy

30 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 3.5b. Kiểu so le

Hình3.5c. Kiểu đối mặt

Hình 3.5d. Kiểu trục giữa

3.2.6. Một số vấn đề khác cần quan tâm

3.2.6.1. Điều chỉnh hộp đèn

Dương Đức Duy

31 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trong trường hợp có sự chiếu sáng không đều trên đường, người ta có thể

thay đổi độ nghiêng, độ quay hộp đèn để đảm bảo độ rọi chiếu sáng đều, cần thiết

trên vỉa hè cũng như dưới lòng đường.

a). Độ nghiêng

Là vị trí góc của hộp đèn so với trục đi qua tâm bóng đèn, dọc theo phương ngang. Khi hộp đèn nằm ngang, sự dịch chuyển đầu nằm ngang của góc nghiêng là 00.

Nếu hộp đèn hất lên phía trên được tính là dương, xuống phía dưới được tính là âm.

+ 100

-100

Hình 3.6. Độ nghiêng của bộ đèn

b). Độ quay hộp đèn

Được tính theo góc quay hộp đèn quanh trục đi qua tâm của đèn. Nếu nhìn từ

phía đầu của cần đèn thì chiều quay theo kim đồng hồ là chiều dương, ngược lại là

chiều âm.

+ 100

-100

Hình 3.7. Độ quay của bộ đèn

c). Ánh sáng không mong muốn

Là ánh sáng gây ra do đóng góp về phổ, về hướng, cũng như về cường độ

làm khó chịu, không tiện nghi, làm đãng chí hoặc giảm tầm nhìn cho người lái xe.

Các kỹ sư thiết kế chiếu sáng phải quan tâm đến vấn đề này ngay khi thiết lập kế

hoạch và thi công.

Dương Đức Duy

32 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

3.2.6.2. Sự phân bố trường sáng

Không như các loại đèn chiếu sáng khác, bộ đèn chiếu sáng đường được đặt

cố định ở trên cao. Các bộ đèn đường có sự phân bố cường độ đặc biệt để thiết kế

chiếu sáng trên các dải dài, hẹp ở một phía của đèn, còn phía kia, cường độ được

giảm tối thiểu. Các phân bố cường độ ở phía trên và dưới ở dải hẹp nhìn chung là

như nhau.

Một bộ đèn chiếu sáng đường được bố trí điển hình là cột đèn lùi vào phía sau mép đường còn đèn thì nhô ra ngoài đường. Điểm 0o theo phương thẳng đứng ở phía dưới bộ đèn và tại điểm chiếu của đèn trên mặt đường (hình vẽ 3.8a). Vạch 0o

theo phương ngang hướng về phía trước của đèn và hướng sang phía bên kia đường. Vạch 180o hướng về phía chân cột đèn ở phía sau điểm chiếu của đèn. Các vạch

ngang TRL (Transverse Road Line) và dọc LRL (Longitudinal Road Line) của

đường được vẽ lại như đã chỉ ra trong hình 3.8b. Chúng được tính theo đơn vị độ

cao MH của cột và được phân làm 3 loại bộ đèn đường, do Ủy ban chiếu sáng

đường IESNA (IES Roadway Lighting Committee 1983) đưa ra, dựa vào sự phân

bố cường độ của đèn đường theo phương thẳng đứng, theo phương ngang và theo góc gần 900 theo phương thẳng đứng [8].

Khoảng cách lùi

Khoảng cách nhô

(a) (b)

Hình 3.8. Sự phân bố trường sáng

Dương Đức Duy

33 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Sự phân bố theo phương thẳng đứng của bộ đèn đường được xác định bởi vị

trí cường độ cực đại của đèn. Nếu vị trí đó nằm giữa 1,0 và 2,25MH của các vạch

TRL, thì sự phân bố theo phương thẳng đứng được gọi là “ngắn” (short – S), nếu

nằm giữa 2,5 và 3,75MH của các vạch TRL thì gọi là “trung bình” (medium – M),

và nếu nằm giữa 3,75 và 6,0MH của các vạch TRL thì gọi là “dài” (long – L). Các vạch TRL 1.0, 2.25, 3.75 và 6.0MH lần lượt tương ứng với các góc tới 450, 660, 750 và 800 trên đường. Như vậy, nếu một bộ đèn có sự phân bố trung bình thì cường độ cực đại của nó nằm ở một góc ở khoảng giữa 600 và 750 theo phương thẳng đứng.

Một ví dụ cho loại đèn này được chỉ ra trong hình 3.9.

Hình 3.9. Đèn đường loại II dạng phân bố trung bình

Sự phân bố của bộ đèn theo phương ngang (hai bên) dựa vào số đo của độ

rộng chùm sáng và được xác định bởi vị trí của đường cong đẳng cường độ ở nửa

cường độ cực đại. Đây được gọi là “vết đẳng cường độ ở nửa cực đại”. Theo sự

phân bố này, các bộ đèn được chia ra bốn loại (xem hình 3.8b và hình 3.11).

Loại I (Type I): Vết nửa cường độ cực đại không giao cắt với các vạch LRL

1.1MH trong miền có cường độ cực đại (S, M hoặc L). Các bộ đèn này thường được

lắp đặt ở gần mép đường.

Dương Đức Duy

34 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Loại II (Type II): Vết nửa cường độ cực đại không giao cắt với vạch LRL

1,75MH trong miền có cường độ cực đại. Các bộ đèn này cũng thường được lắp đặt

ở gần mép đường.

Loại III (Type II): Vết nửa cường độ giao cắt với vạch LRL 1.75MH nhưng

lại không cắt vạch LRL 2,75MH trong miền có cường độ cực đại được. Một ví dụ

của đèn loại III được chỉ ra trong hình 3.11.

Loại IV (Type II): Vết nửa cường độ giao cắt với vach LRL 2,75MH nằm

trong miền mà ở đó có cường độ cực đại.

Ngoài ra, còn một sự phân bố cường độ theo loại V (Type V, xem hình 3.11)

đã không đưa ra ở hình 3.8b. Các bộ đèn loại này thường được đặt ở các ngã tư

đường do có sự phân bố quang thông theo mọi phương.

Cuối cùng, các bộ đèn đường còn được phân loại dựa trên sự phân bố cường độ sáng ở góc lớn gần bằng 900 theo phương thẳng đứng. Bộ đèn được gọi là cutoff

(xem hình 3.12a) nếu như cường độ của nó không lớn hơn 100cd/1000lm phía trên góc 800 theo phương thẳng đứng và không lớn hơn 25cd/1000lm ở phía trên góc 900

ở tất cả các hướng theo mặt phẳng nằm ngang. Bộ đèn được gọi là semi-cutoff (xem hình 3.12b) nếu như các số liệu trên là 200 Cd/100lm trên phương 800 và 50Cd/1000lm trên phương 900. Bộ đèn được gọi là non-cutoff nếu như không bị

giới hạn cường độ (xem hình 3.12c).

3.2.7. Sự phân loại bộ đèn chiếu sáng đường

Các bộ đèn đường có thể được phân loại dựa theo hình dáng hình học, dựa

trên sự phân bố cường độ sáng hoặc dựa trên mức độ hạn chế chùm sáng.

Căn cứ vào hình dáng, các bộ đèn có những tên gọi như: bộ khúc xạ (còn gọi

là bộ đèn đầu rắn, hình 3.10.a ), bộ đèn thấu kính phẳng (hình 3.10b, c)

Dựa trên sự phân bố cường độ sáng, có các loại bộ đèn như: loại phân bố hai

bên (có loại I, loại II, loại III, loại IV, loại V), loại phân bố theo phương thẳng đứng

(theo phương dọc đường, lại được chia thành phân bố ngắn, phân bố trung bình và

phân bố dài ).

Dương Đức Duy

35 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 3.10. Bộ đèn khúc xạ và bộ đèn thấu kính phẳng.

Loại I

Loại I – ngã tư Loại V

Loại II

Loại II – ngã tư

Hình 3.11. Các kiểu đèn phân bố hai bên

Loại III Loại IV

Dương Đức Duy

36 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Cường độ ánh sáng < 2,5 % quang thông tương ứng

Cường độ ánh sáng < 10 % quang thông tương ứng

Cường độ ánh sáng < 5 % quang thông tương ứng

Cường độ ánh sáng < 20 % quang thông tương ứng

Không giới hạn cường độ

Hình 3.12. Các bộ đèn cutoff (a), semi-cutoff (b) và non-cutoff (c).

3.2.8. Yêu cầu chung đối với các bộ đèn chiếu sáng đường

Các bộ đèn chiếu sáng đường cần được lưu ý những đặc điểm sau đây:

(1). Đặc điểm quang học: liên quan đến các chi tiết phản xạ, khúc xạ, khuếch

tán và cấu tạo để điều chỉnh bóng đèn.

Cấu tạo để điều chỉnh cho phép hoặc sử dụng nhiều bóng đèn có công suất

khác nhau hoặc để thay đổi đặc điểm phân bố quang thông của đèn với mục đích :

- Đặt bóng đèn vào đúng vị trí quang học.

- Điều chỉnh phân bố quang thông của đèn trên bề mặt cần chiếu sáng.

Dương Đức Duy

37 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

(2). Đặc điểm cách điện: thường dùng cấp I (cách điện đơn giản) và cấp II

(cách điện kép không có đầu nối đất).

(3). Đặc điểm cơ học: chống sự xâm nhập của bụi, nước vào đèn. Thường kí

hiệu bằng chữ IP, tiếp theo là hai con số: số thứ nhất biểu thị cấp chống xâm nhập

bụi, số thứ hai cho biết cấp chống xâm nhập nước. Thường có 8 cấp, cấp càng lớn

càng tốt [4].

Bảng 3.2.Chỉ số IP

Miêu tả

Chỉ số thứ hai

Chỉ số thứ nhất

Bảo vệ chống vật rắn có đường

Bảo vệ chống những giọt nước

kính lớn hơn 50 mm

rơi thẳng

Bảo vệ chống vật rắn có đường

Bảo vệ chống những giọt nước rơi nghiêng 15o so với phương

kính lớn hơn 12 mm

thẳng đứng

Bảo vệ chống vật rắn có đường

Bảo vệ chống những giọt nước rơi nghiêng 60o so với phương

kính lớn hơn 2,5 mm

thẳng đứng

Bảo vệ chống tia nước phun từ

Bảo vệ chống vật rắn có đường

mọi hướng với áp lực 0,3 bar

kính lớn hơn 1 mm

từ khảng cách 3m

Lượng bụi để lọt không gây ảnh

Bảo vệ chống ngấm nước

hưởng tới thiết bị

(<1m)

Vật liệu có thể chịu ngập bảo vệ

Bảo vệ chống bụi tuyệt đối

chống ngấm kéo dài dưới áp lực

Ví dụ: IP43 tức là chống bụi cấp 4 (bụi >1mm); chống nước cấp 3 (chống

nước mưa).

(4). Đặc điểm về nhiệt: điều kiện làm việc của đèn và chấn lưu theo nhiệt độ.

(5). Đặc điểm thẩm mỹ: vẻ đẹp cả ban đêm và ban ngày, mang lại sự hài hòa

cho cấu trúc tổng thể.

(6). Đặc điểm phân bố quang thông và phân bố cường độ sáng: đây là đặc

điểm quan trọng, có liên quan đến sự phân loại bộ đèn và tính toán thiết kế chiếu

sáng đường.

Dương Đức Duy

38 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Xuất bản phẩm CIE 43-1979 quy định sử dụng hệ tọa độ C – γ để biểu diễn

phân bố cường độ sáng của đèn đường (hình vẽ 1) : các hướng phân bố cường độ

sáng trong không gian được xác định bởi hai tọa độ C và γ. Điểm không O, gốc hệ

tọa độ, là tâm quang học của đèn. Các mặt phẳng đứng ‘C’ quay quanh trục đứng gốc (trục dọc đường tương ứng C=0o và C=180o, trục ngang đường tương ứng với C=90o và C=270o). Các góc nghiêng trên mỗi mặt phẳng đứng biểu thị bằng ‘γ’ mà đỉnh là tâm quang học của đèn ( γ=0o khi trục hướng xuống dưới, γ=180o khi

trục đứng hướng lên trên) [2].

Hình 3.13. Hệ thống trục tọa độ C - γ

Biểu đồ phân bố cường độ sáng của đèn thể hiện trị số cường độ sáng (theo

cd) đối với quang thông tiêu chuẩn 1000lm tương ứng với một hoặc nhiều mặt

phẳng đứng ‘C’, trong đó đặc biệt quan tâm mặt phẳng theo phương dọc đường (C=0o và C=180o), theo phương ngang (C=90o và C=270o) và theo phương có

Dương Đức Duy

39 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

cường độ cực đại, gọi là phương chính. Phân bố cường độ sáng của đèn có thể được

xem như là thẻ căn cước của đèn.

3.3 Tính toán chiếu sáng đường với một đèn Natri cao áp

Giả thiết rằng các bộ đèn đã khảo sát với góc kế quang học được dùng trong

thiết kế chiếu sáng đường. Để đơn giản trong tính toán, giả định rằng đèn được đặt

ở độ cao h = 12 m so với mặt đường, cần đèn vuông góc cột đèn (tức đèn song song

với mặt đường). Dựa trên bảng số liệu thực nghiệm về sự phân bố cường độ sáng

theo góc, tính độ rọi tại các điểm cách nhau a = 1 m tính từ điểm chiếu của đèn trên

mặt đường theo các phương dọc và ngang của đường.

Hình 3.14. Mô hình tính toán độ rọi

Để tính độ rọi tại một điểm trên mặt đường ta áp dụng công thức:

)

I ( j=

(3.3)

cos 2

với r là khoảng cách từ đèn tới điểm tính toán, theo hình (3.11) thì r = h / cosφ, do đó :

)

I ( j=

(3.4)

cos 2

h - là chiều cao của cột đèn.

¨ ¨

- góc hợp bởi phương điểm chiếu của đèn và phương của điểm xét.

I(j ) - là cường độ sáng tại điểm xét.

Chú ý: Khi tính theo phương dọc đường thì I(j ) được lấy trên mặt phẳng nằm

ngang còn tính theo phương ngang đường thì I(j ) được lấy trên mặt phẳng thẳng đứng

Dương Đức Duy

40 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

trên bảng số liệu đo. Trong khuôn khổ của đồ án này, việc tính toán chỉ mang tính chất

tham khảo, vì vậy các giá trị của I(j ) chỉ là gần đúng. Mặt khác, do cấu trúc, các bộ

đèn phân bố cường độ ánh sáng khá đối xứng, vì vậy, chỉ tính toán theo các vị trí ở

một phía so với điểm chiếu của đèn trên phương dọc và ngang của đường.

j j j

i

Áp dụng tính toán cho các bộ đèn sẽ khảo sát theo các bước như sau: Bước 1: Tìm các giá trị j Xác định j

(3.5)

i từ hình vẽ, ta có: tgj

i. Số liệu tính toán được ghi vào bảng.

j j j

i = xi / h với xi = 0 ÷ 15 m, h biết trước suy ra góc j Bước 2: Tính các giá trị cos3j i /h2 Thay j

i đã tìm được từ công thức (3.4) tính các giá trị:

cos

(3.6)

j j j

i)

Bước 3: Tìm các giá trị I(j Với chú ý rằng j

i =90o-j

i , tôi tra bảng cường độ sáng theo góc. Tuy nhiên,

i) được lấy ở các góc gần nhất dựa trên bảng số liệu đã đo trên mặt

các giá trị của I(j phẳng nằm ngang và trên mặt phẳng thẳng đứng. Ví dụ: j o =90o suy ra I(j o)= I(90

o - 4,76

o ) o )

o - 9,09

o - 13,49

o - 17,74

o o ) ~ I(85 ) = I(85,24 o o ) ~ I(80 ) = I(80,91 o o ) ~ I(77,5 ) = I(76,51 o o ) ~ I(72,5 ) = I(72,26 o o ) ~ I(67,5 ) = I(68,20

o ) o ) o )

o - 21,80

o ) j 1 = 4,76o suy ra I(j 1)= I(90 j 2 = 9,09o suy ra I(j 2)= I(90 j 3 = 13,49o suy ra I(j 3)= I(90 j 4 = 17,74o suy ra I(j 4)= I(90 j 5 = 21,80o suy ra I(j 5)= I(90 ……………………………………………………….

Bước 4; Tính độ rọi Ei Thay các giá trị I(j

i) và ki vào công thức (3.3), ta được:

(3.7)

Ei =

ik . I(j

i) trong mặt phẳng ngang.

i) trong mặt phẳng thẳng đứng.

Tính độ rọi Ei theo phương dọc đường, tra I(j Tính độ rọi Ei theo phương ngang đường, tra I(j Các số liệu tính toán với các bộ đèn thử nghiệm được ghi lần lượt vào bảng số liệu.

Dương Đức Duy

41 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

* Tính toán khi cần đèn được đặt chếch lên so với phương ngang một góc mở α :

Với chiều cao cột đèn là h; cần đèn dài là e, mô tả như hình vẽ :

e

r

2 h’

h

1 d

0

Hình 3.15. Mô hình tính toán độ rọi với góc mở α

Ta áp dụng công thức 3.3:

I ( j=

cos 2

r =

ở đây,

trong đó h’ = (h + e.sinα), vậy lúc đó ta sẽ có:

'h a cos .

cos

( j

(3.8)

cos )2 a

cos ) ( + eh

sin

Rõ ràng khi cần đèn chếch một góc mở nào đó thì tập hợp trường sáng có sự thay

đổi, mở rộng hơn.

. e

cos

( + eh

sin.

) a tg

(3.9)

Vi trí điểm 0 cách chân cột đèn là:

)

Dương Đức Duy

42 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CHƯƠNG 4: PHẦN THỰC NGHIỆM

4.1. Các bước tiến hành đo biểu đồ cường độ sáng

Điều kiện chung trong quá trình đo:

-Nhiệt độ: 25 ÷ 30 oC.

-Độ ẩm : 60 ÷ 70%.

-Điện áp: 220V ± 1%.

-Tần số dòng điện : 50Hz

-Phòng tối hoàn toàn.

Tiến hành lần lượt các bước đo như đã nêu trong nguyên lý đo của góc kế

quang học.

Đo cường độ dòng quang điện theo góc quay của gương đối với các bộ đèn.

Các số liêu đo được ghi vào cột 1 và 2 của các bảng số liệu.

Trên thực tế, bộ đèn chuẩn cho góc kế quang học có giá thành rất cao, việc

chi phí tính cho mỗi lần đo thử nghiệm là rất đắt. Do đó, đối với những phép đo của

các nghiên cứu chỉ mang tính chất tham khảo và thử nghiệm thì không cần hiệu

chuẩn góc kế quang học như đã nêu trong phần nguyên lý đo mà có thể chuẩn

cường độ sáng theo độ rọi như sau:

- Dùng máy đo độ rọi hiển thị số (Luxmeter của hãng Testo, Đức) để đo độ rọi

tại mặt của tế bào quang điện ta được giá trị Ec, đọc số chỉ cường độ dòng quang

điện ic trên điện kế, khi đó có thể tính được độ rọi tại mặt của tế bào quang điện ứng

với một giá trị ii bất kì như sau:

. i i

c .

(4.1)

i c

Trong đó:

Ec : là độ rọi đo bằng Luxmeter

ic : là cường độ dòng quang điện ứng với giá trị Ec

ii : là cường độ dòng quang điện đo được.

Ei : là độ rọi ứng với dòng quang điện ii.

Để tính cường độ sáng thực của đèn theo góc quay ứng với các giá trị độ rọi

đã tính như sau:

Dương Đức Duy

43 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Ta biết rằng giữa độ rọi và cường độ sáng có mối liên hệ với nhau

cos 2 r

a cos =1

với r =5,6m là khoảng cách cố định tính từ đèn tới tế bào quang điện, còn

do chùm sáng vuông góc với bề mặt detector, vì vậy, cường độ sáng thực của đèn

theo góc quay tương ứng là:

(4.2)

Ii = Ei.r2

Các kết quả tính khi thay các giá trị Ei tính từ công thức (4.1) vào công thức (4.2)

được ghi vào cột 3 của các bảng số liệu.

Xác định cường độ sáng quy chuẩn ( cd/1000lm ) theo công thức (2.2) với

các bộ đèn và ghi số liệu vào cột 4 của các bảng số liệu.

4.2. Kết quả đo biểu đồ cường độ sáng của từng bộ đèn

4.2.1. Bộ đèn VEGA

4.2.1.1. Mô tả bộ đèn VEGA

a) Các thông số kỹ thuật

- Chỉ số kín khít:

+ Bộ phận quang học: IP 66

+ Bộ phận điện: IP55

- Cấp cách điện: Class I

- Khả năng chịu va đập: 10J - Diện tích cản gió: 0,11 m2.

- Công xuất max: 600W.

- Nguồn điện: 220V – 50Hz.

- Hãng sản xuất: HAPULICO (Công ty chiếu sáng và thiết bị đô thị), Việt Nam.

-Mã sản phẩm: 111513

-Phạm vi ứng dụng: chiếu sáng các đại lộ, quảng trường, đường cao tốc,

đường phố, khu công nghiệp, khu đô thị…

b) Cấu trúc sản phẩm

- Thân và hộp đèn bằng nhôm đúc áp lực cao đảm bảo độ chính xác khi lắp

ghép, độ bền cao, sơn tĩnh điện và có nhiều màu để lựa chọn.

Dương Đức Duy

44 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Kính thuỷ tinh an toàn chịu lực, trong suốt, có khả năng tự làm sạch, duy trì

độ sáng lâu dài. Được gắn chặt với phản quang bằng keo silicon chịu nhiệt đảm bảo

độ kín của bộ phận quang học đạt IP66 duy trì lâu dài.

- Cần đèn được lắp trực tiếp vào cuống đèn (độ sâu 105 mm). Hai vít bằng

Inox đảm bảo độ cứng cao khi lắp đặt. Khớp nối có kết cấu cho phép điều chỉnh dễ dàng góc của đèn so với cần đèn từ -90O đến 90O, mỗi nấc điều chỉnh 5O, kích

thước cần đến Ф60.

- Khoá đèn và nắp che bằng nhựa kỹ thuật (PC) đảm bảo độ bền, khả năng

chống lão hoá cao.

- Phản quang đèn bằng nhôm được gia công trên máy song động của pháp

đảm bảo độ chính xác biên dạng, bề mặt được đánh bóng điện hóa và anốt hóa tăng

khả năng phản xạ.

- Đui đèn được lắp trên hệ thống giá đỡ đui có các ưu điểm nổi bật như sau:

+ Kết cấu kín khít nhờ có gioăng silicol đảm bảo độ kín của bộ phận quang học.

+ Có thể điều chỉnh vị trí bóng đèn từ đó đảm bảo sự phân bố ánh sáng tối ưu

nhất tùy theo từng vị trí lắp đặt đèn.

+ Dễ dàng thao tác khi thay bóng đèn hoặc bảo dưỡng.

- Sản phẩm loại này có 4 màu xanh lá cây, vàng kem, ghi sáng, xanh lam. Bộ

dùng để tiến hành đo có màu vàng.

Hình 4.1. Bộ đèn VEGA

c) Bóng đèn dùng để đo - NAV-T 250W, E40 (Natri áp suất cao), hãng OSRAM.

- Quang thông 33200 lm.

Dương Đức Duy

45 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Tuổi thọ 32 000h.

- Nhiệt độ màu: 2000K.

- Chỉ số hoàn màu CRI ≤ 25. - Hiệu suất sáng 133 lm/W

4.2.1.2. Kết quả đo của bộ đèn

Xác định quan hệ cường độ sáng quy chuẩn và dòng quang điện :

Ec = 294 lux tương ứng với ic = 4,425 mA, do đó từ công thức (4.1) ta có:

(4.3)

i i

44,66 i i

294 425 ,4

và theo công thức (4.2):

(4.4)

Ii =66,44.ii.(5,6)2 = 2083,56.ii

còn cường độ sáng quy chuẩn ( cd/1000lm ) là:

,62

(4.5)

758 i i

1000 33200

Số liệu của bộ đèn VEGA đượo ghi vào dưới đây.

Bảng 4.1. Số liệu cường độ sáng theo góc của bộ đèn VEGA (250W - 33200lm)

Mặt phẳng nằm ngang

Mặt phẳng thẳng đứng

α (0)

Cường độ sáng thực (cd)

Cường độ dòng quang điện (mA) 0.02

Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm) 1.19

Cường độ dòng quang điện (mA) 0.01

Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm) 0.81

39.59 27.09 0

0.03 52.09 1.56 0.02 31.25 0.94 2.5

0.04 89.59 2.69 0.02 50.01 1.50 5

0.09 187.52 5.63 0.05 102.09 3.06 7.5

0.17 360.46 10.81 0.12 245.86 7.38 10

0.41 860.51 25.82 0.28 583.40 17.50 12.5

1.04 2166.90 65.01 0.50 1035.53 31.07 15

2.85 5942.31 178.27 0.67 1402.24 42.07 17.5

4.26 8878.05 266.34 0.76 1583.51 47.51 20

5.53 11526.25 345.79 0.80 1673.10 50.19 22.5

6.73 14024.44 420.73 0.81 1679.35 50.38 25

7.61 15851.72 475.55 0.83 1733.52 52.01 27.5

7.82 16287.19 488.62 0.89 1858.54 55.76 30

7.34 15282.91 458.49 0.99 2060.64 61.82 32.5

6.61 13776.50 413.29 1.09 2260.66 67.82 35

5.87 12224.25 366.73 1.20 2506.52 75.20 37.5

Dương Đức Duy

46 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

40 5.38 11209.55 336.29 1.33 2775.30 83.26

42.5 5.20 10840.76 325.22 1.45 3014.91 90.45

45 5.22 10874.10 326.22 1.56 3246.19 97.39

47.5 5.23 10901.19 327.04 1.66 3460.79 103.82

50 5.23 10899.10 326.97 1.76 3673.32 110.20

52.5 5.16 10753.25 322.60 1.86 3875.42 116.26

55 4.87 10149.02 304.47 1.96 4075.44 122.26

57.5 4.53 9444.78 283.34 2.04 4254.63 127.64

60 4.51 9394.77 281.84 2.09 4362.97 130.89

62.5 4.34 9050.98 271.53 2.16 4500.49 135.01

65 4.09 8519.68 255.59 2.22 4621.34 138.64

67.5 4.23 8819.71 264.59 2.33 4844.28 145.33

70 4.29 8938.47 268.15 2.47 5154.73 154.64

72.5 4.14 8630.11 258.90 2.72 5667.28 170.02

75 4.07 8486.34 254.59 3.02 6284.02 188.52

77.5 4.14 8625.94 258.78 3.42 7129.94 213.90

80 4.33 9021.81 270.65 3.72 7740.43 232.21

82.5 4.31 8973.89 269.22 4.03 8392.58 251.78

85 4.26 8871.80 266.15 4.23 8817.63 264.53

87.5 4.26 8865.55 265.97 4.38 9121.83 273.65

90 4.36 9084.32 272.53 4.47 9313.51 279.41

92.5 4.29 8942.64 268.28 4.55 9473.95 284.22

95 4.20 8744.70 262.34 4.52 9411.44 282.34

97.5 4.22 8784.29 263.53 4.40 9163.50 274.90

100 4.29 8942.64 268.28 4.18 8715.53 261.47

102.5 4.25 8861.38 265.84 3.86 8036.29 241.09

105 4.00 8327.99 249.84 3.41 7094.52 212.84

107.5 3.96 8257.15 247.71 3.03 6313.19 189.40

110 4.13 8594.69 257.84 2.66 5542.27 166.27

112.5 4.38 9128.08 273.84 2.36 4921.37 147.64

115 4.25 8850.96 265.53 2.16 4492.16 134.76

117.5 4.21 8773.87 263.22 1.99 4140.03 124.20

120 4.53 9428.11 282.84 1.89 3944.18 118.33

122.5 4.70 9786.48 293.59 1.83 3808.75 114.26

125 4.77 9930.25 297.91 1.78 3704.57 111.14

127.5 4.91 10236.53 307.10 1.70 3531.63 105.95

130 5.03 10478.22 314.35 1.63 3392.04 101.76

132.5 4.99 10392.80 311.78 1.55 3221.18 96.64

135 4.89 10196.94 305.91 1.47 3069.08 92.07

137.5 4.75 9896.91 296.91 1.36 2829.47 84.88

140 4.74 9873.99 296.22 1.24 2573.20 77.20

142.5 4.86 10134.44 304.03 1.10 2294.00 68.82

Dương Đức Duy

47 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

145 5.37 11182.47 335.47 0.99 2066.89 62.01

147.5 5.83 12147.15 364.41 0.88 1831.45 54.94

150 6.27 13070.17 392.11 0.78 1614.76 48.44

152.5 6.22 12959.74 388.79 0.66 1375.15 41.25

155 6.70 13964.02 418.92 0.55 1152.21 34.57

157.5 4.90 10215.69 306.47 0.45 937.60 28.13

160 3.93 8180.06 245.40 0.35 727.16 21.81

162.5 2.91 6061.08 181.83 0.25 529.22 15.88

165 1.19 2479.44 74.38 0.16 327.12 9.81

167.5 0.45 941.77 28.25 0.07 152.10 4.56

170 0.18 364.62 10.94 0.04 81.26 2.44

172.5 0.08 158.35 4.75 0.03 58.34 1.75

175 0.04 77.09 2.31 0.02 43.75 1.31

177.5 0.02 45.84 1.38 0.01 27.09 0.81

4.2.1.3 Xây dựng đường cong cường độ sáng

Từ bảng số liệu cường độ sáng theo góc, lập trình trên phần mềm Matlab để

vẽ biểu đồ cương độ sáng theo góc lần lượt với các bộ đèn.

Chú thích:

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng nằm ngang

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng thẳng đứng

Hình 4.2. Biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn VEGA (250W - 33200lm).

180 0.02 37.50 1.13 0.01 25.00 0.75

4.2.2. Bộ đèn MASTER

4.2.2.1. Mô tả bộ đèn MASTER

a) Các thông số kỹ thuật

Dương Đức Duy

48 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Chỉ số kín khít: IP 66

- Cấp cách điện: Class II

- Khả năng chịu va đập: 20J - Diện tích cản gió: 0,11m2

- Công xuất max: 400W.

- Nguồn điện: 220V – 50Hz.

- Hãng sản xuất: HAPULICO (Công ty chiếu sáng và thiết bị đô thị), Việt Nam.

- Mã sản phẩm: 111432

- Phạm vi ứng dụng: chiếu sáng đường cao tốc, đường phố, cầu, bãi đỗ xe…

b) Cấu trúc sản phẩm

- Thân và nắp đuôi sử dụng vật liệu composite, gia cường bằng sợi thuỷ

tinh, ép dưới áp lực cao, có 4 màu xanh lá cây, vàng kem, ghi sáng, xanh lam. Bộ

dùng trong phép đo có màu xanh (blue).

- Phản quang bằng nhôm, bề mặt được đánh bóng điện hóa và anốt hóa đảm

bảo phân bố ánh sáng tốt.

- Đui sứ E40, có cơ cấu điều chỉnh vị trí.- Bộ điện (chấn lưu, tụ, mồi) 220V –

50Hz dễ tháo lắp khi bảo dưỡng

- Kính đèn bằng thuỷ tinh an toàn chịu nhiệt độ cao bằng nhựa PC.

- Gioăng hơi bằng silicon.

- Khóa kẹp bằng thép không gỉ. c) Bóng đèn dùng để đo - NAV-T 250W, E40 (Natri áp suất cao), hãng OSRAM.

-Quang thông 33200 lm.

-Tuổi thọ 32000h.

- Nhiệt độ màu: 2000K.

-Chỉ số hoàn màu CRI ≤ 25.

- Hiệu suất sáng 133 lm/W.

Dương Đức Duy

49 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 4.3. Bộ đèn MASTER

4.2.2.2. Kết quả đo của bộ đèn

Xác định quan hệ cường độ sáng quy chuẩn và dòng quang điện :

Ec = 230 lux tương ứng với ic = 3,320 mA, do đó khi thay vào công thức

(4.1) ta có:

(4.6)

. i i

28,69 i i

230 . 320 .3

Thay các giá trị Ei tính từ công thức (4.8) vào công thức (4.2), suy ra:

(4.7)

Ii = 69,28.ii.(5,6)2 = 2172,62.ii

cường độ sáng quy chuẩn ( cd/1000lm ):

. I

.44,65 i i

1000 33200

Số liệu của bộ đèn MASTER đượo ghi vào bảng số liệu dưới đây:

Bảng 4.2. Số liệu cường độ sáng theo góc của bộ đèn MASTER (250W - 33200lm)

Mặt phẳng nằm ngang

Mặt phẳng thẳng đứng

α (0)

Cường độ sáng thực (cd)

Cường độ dòng quang điện (mA) 0.25

538.79

Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm) 16.16

Cường độ dòng quang điện (mA) 0.04

Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm) 2.35

78.21

2.5 0.35 751.69 22.55 0.04 84.73 2.54

5 0.38 823.39 24.70 0.05 104.28 3.13

7.5 0.52 1129.71 33.89 0.08 173.80 5.21

10 0.70 1520.77 45.62 0.13 271.57 8.15

12.5 1.10 2385.43 71.56 0.17 378.02 11.34

Dương Đức Duy

50 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

15 1.96 4266.84 128.01 0.25 538.79 16.16

17.5 3.08 6687.04 200.61 0.32 684.35 20.53

20 4.61 10024.04 300.72 0.42 912.46 27.37

22.5 5.93 12880.91 386.43 0.45 981.98 29.46

25 6.71 14573.31 437.20 0.48 1034.12 31.02

27.5 7.13 15485.77 464.57 0.53 1147.09 34.41

30 7.28 15820.34 474.61 0.60 1307.86 39.24

32.5 7.06 15331.52 459.95 0.65 1414.31 42.43

35 7.00 15201.17 456.04 0.79 1724.99 51.75

37.5 6.62 14375.61 431.27 0.85 1835.79 55.07

40 6.05 13148.13 394.44 0.92 2000.90 60.03

42.5 5.68 12348.64 370.46 0.99 2142.11 64.26

45 5.35 11618.67 348.56 1.02 2209.46 66.28

47.5 5.20 11301.48 339.04 1.12 2422.37 72.67

50 5.10 11069.02 332.07 1.18 2567.93 77.04

52.5 4.86 10567.17 317.02 1.27 2765.63 82.97

55 4.68 10158.73 304.76 1.38 2991.57 89.75

57.5 4.57 9932.79 297.98 1.50 3258.79 97.76

60 4.39 9530.87 285.93 1.60 3484.73 104.54

62.5 4.24 9211.51 276.35 1.73 3749.78 112.49

65 4.36 9478.73 284.36 1.85 4008.31 120.25

67.5 4.11 8924.74 267.74 1.99 4329.85 129.90

70 4.03 8761.80 262.85 2.17 4710.04 141.30

72.5 3.94 8566.27 256.99 2.36 5116.30 153.49

75 3.83 8329.47 249.88 2.61 5665.95 169.98

77.5 3.71 8064.42 241.93 2.81 6109.15 183.27

80 3.63 7879.75 236.39 3.05 6617.52 198.53

82.5 3.49 7590.81 227.72 3.23 7015.09 210.45

85 3.49 7573.43 227.20 3.37 7325.76 219.77

87.5 3.38 7351.83 220.55 3.45 7499.56 224.99

90 3.46 7516.94 225.51 3.47 7532.15 225.96

92.5 3.37 7317.07 219.51 3.38 7345.31 220.36

95 3.34 7262.76 217.88 3.25 7058.54 211.76

97.5 3.44 7469.15 224.07 3.06 6656.62 199.70

100 3.58 7766.78 233.00 2.86 6217.77 186.53

102.5 3.71 8062.25 241.87 2.61 5678.98 170.37

105 3.85 8359.88 250.80 2.38 5177.13 155.31

107.5 3.97 8624.93 258.75 2.21 4796.94 143.91

110 4.06 8826.98 264.81 2.01 4364.61 130.94

112.5 4.25 9239.76 277.19 1.86 4036.55 121.10

115 4.25 9224.55 276.74 1.74 3773.68 113.21

117.5 4.28 9287.55 278.63 1.62 3515.15 105.45

Dương Đức Duy

51 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

120 4.45 9667.74 1.52 3308.76 99.26 290.03

122.5 4.57 9924.10 1.42 3078.47 92.35 297.72

125 4.62 10043.59 1.32 2874.25 86.23 301.31

127.5 4.83 10497.65 1.25 2713.49 81.40 314.93

130 4.75 10328.19 1.18 2567.93 77.04 309.85

132.5 4.72 10243.46 1.14 2465.82 73.97 307.30

135 4.85 10530.24 1.07 2320.26 69.61 315.91

137.5 4.79 10412.92 1.00 2174.70 65.24 312.39

140 4.85 10541.10 0.92 1990.03 59.70 316.23

142.5 5.16 11216.76 0.84 1824.92 54.75 336.50

145 5.45 11829.41 0.78 1701.09 51.03 354.88

147.5 5.83 12665.83 0.74 1598.98 47.97 379.97

150 6.44 13982.38 0.66 1423.01 42.69 419.47

152.5 6.97 15138.17 0.61 1316.55 39.50 454.14

155 7.05 15305.45 0.55 1192.72 35.78 459.16

157.5 5.73 12455.10 0.49 1068.88 32.07 373.65

160 4.33 9413.56 0.42 901.60 27.05 282.41

162.5 2.79 6057.00 0.33 721.28 21.64 181.71

165 1.69 3665.05 0.25 536.61 16.10 109.95

167.5 1.13 2457.13 0.18 380.19 11.41 73.71

170 0.77 1661.98 0.13 284.60 8.54 49.86

172.5 0.49 1062.37 0.08 162.94 4.89 31.87

175 0.34 743.00 0.05 108.63 3.26 22.29

177.5 0.23 493.16 0.05 97.76 2.93 14.79

4.2.2.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng

Từ bảng số liệu cường độ sáng theo góc, lập trình trên phần mềm Matlab để

vẽ biểu đồ cương độ sáng theo góc lần lượt với các bộ đèn.

Chú thích:

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng nằm ngang

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng thẳng đứng

180 0.17 378.02 0.04 86.90 2.61 11.34

Dương Đức Duy

52 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 4.4. Biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn MASTER (250W - 33200lm).

4.2.3. Bộ đèn MACCOT

4.2.3.1. Mô tả bộ đèn MACCOT

a). Các thông số kỹ thuật

- Chỉ số kín khít: IP 66

- Cấp cách điện: Class II

- Khả năng chịu va đập: 6J - Diện tích cản gió: 0,08 m2

- Công xuất max: 250W

- Nguồn điện: 220V – 50Hz

- Hãng sản xuất: HAPULICO (Công ty chiếu sáng và thiết bị đô thị), Việt Nam.

- Mã sản phẩm: 110903

- Phạm vi ứng dụng: chiếu sáng đường phố, cầu, khu đô thị, bãi đỗ xe…

b) Cấu trúc sản phẩm

- Thân đèn bằng nhôm.

- Phản quang bằng nhôm bề mặt được đánh bóng điện hóa và anốt hóa đảm

bảo phân bố ánh sáng tốt nhất.

- Sơn bảo vệ bên ngoài 2 màu: ghi hoặc kem. Bộ dùng trong phép đo có màu

ghi (grey).

- Đui sứ E27 hoặc E40.

- Bộ điện (chấn lưu, tụ, mồi) 220V~50Hz dễ tháo lắp khi bảo dưỡng.

Dương Đức Duy

53 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- Kính đèn bằng nhựa PC đúc phun.

- Gioăng hơi bằng Silicon.

- Khóa kẹp bằng nhựa kỹ thuật.

Hình 4.5. Bộ đèn MACCOT

c) Bóng đèn dùng để đo

- NAV-T 150W, E40 (Natri cao áp), hãng OSRAM.

- Quang thông 17500 lm.

- Tuổi thọ 32000h.

- Nhiệt độ màu: 2000K.

- Chỉ số hoàn màu CRI ≤ 25.

- Hiệu suất sáng 116 lm/W.

Cụ thể như sau:

4.2.3.2. Kết quả đo của bộ đèn

Xác định quan hệ cường độ sáng quy chuẩn và dòng quang điện :

Ec =168 lux tương ứng với dòng quang điện ic = 2,257mA, do đó, khi thay

vào công thức (4.1) ta có:

(4.8)

. i i

43,74 i i

.168 257 ,2

Thay các giá trị Ei tính từ công thức (4.10) vào công thức (4.2) cho ta:

(4.9)

Ii =74,43.Ei.(5,6)2 =2334,12.ii

với cường độ sáng quy chuẩn ( cd/1000lm ) là:

. I

378,133

(4.10)

. i i

1000 17500

Số liệu của bộ đèn MACCOT đượo ghi vào bảng số liệu dưới đây:

Dương Đức Duy

54 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bảng 4.3. Số liệu đo cường độ sáng theo góc của bộ đèn MACCOT (150W - 17500lm)

Mặt phẳng ngang Mặt phẳng thẳng đứng

Cường độ sáng thực (cd) Cường độ sáng thực (cd) Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm)

Cường độ dòng quang điện (mA) 0.21 Cường độ sáng quy chuẩn (cd/1000lm) 27.28 Cường độ dòng quang điện (mA) 0.02 0 478.56 56.03 3.19

2.5 574.27 0.25 32.73 0.03 70.03 3.99

5 690.99 0.30 39.39 0.03 79.37 4.52

7.5 868.41 0.37 49.50 0.04 81.71 4.66

10 1178.89 0.51 67.20 0.03 79.37 4.52

12.5 1599.09 0.69 91.15 0.04 86.37 4.92

15 2348.45 1.01 133.86 0.04 95.71 5.46

17.5 4839.29 2.07 275.84 0.06 130.73 7.45

20 7155.06 3.07 407.84 0.11 247.45 14.10

22.5 8042.15 3.45 458.40 0.22 504.24 28.74

25 8544.05 3.66 487.01 0.34 798.38 45.51

27.5 8394.65 3.60 478.49 0.44 1027.15 58.55

30 7446.86 3.19 424.47 0.55 1290.95 73.58

32.5 6571.45 2.82 374.57 0.63 1463.69 83.43

35 5642.34 2.42 321.61 0.61 1424.01 81.17

37.5 4988.70 2.14 284.36 0.60 1398.33 79.70

40 4643.20 1.99 264.66 0.59 1377.32 78.51

42.5 4386.41 1.88 250.03 0.62 1435.68 81.83

45 4201.99 1.80 239.51 0.64 1501.04 85.56

47.5 3868.17 1.66 220.49 0.67 1552.40 88.49

50 3475.98 1.49 198.13 0.68 1596.76 91.02

52.5 3174.84 1.36 180.97 0.72 1683.13 95.94

55 3139.82 1.35 178.97 0.74 1720.48 98.07

57.5 3191.18 1.37 181.90 0.76 1776.51 101.26

60 3291.56 1.41 187.62 0.81 1890.90 107.78

62.5 3219.19 1.38 183.49 0.86 2016.96 114.97

65 3445.63 1.48 196.40 0.95 2206.05 125.74

67.5 3560.02 1.53 202.92 1.07 2490.85 141.98

70 3686.08 1.58 210.11 1.21 2831.68 161.41

72.5 3763.12 1.61 214.50 1.37 3191.18 181.90

75 3910.19 1.68 222.88 1.53 3581.03 204.12

77.5 4052.59 1.74 231.00 1.69 3942.87 224.74

80 4463.45 1.91 254.42 1.83 4274.36 243.64

82.5 5014.38 2.15 285.82 1.92 4472.79 254.95

85 5336.53 2.29 304.18 2.00 4659.54 265.59

87.5 5621.33 2.41 320.42 2.10 4909.33 279.83

Dương Đức Duy

55 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

90 2.32 5408.90 308.31 2.27 5292.18 301.65

92.5 2.38 5548.96 316.29 2.39 5576.98 317.89

95 2.11 4925.67 280.76 2.50 5829.10 332.26

97.5 1.98 4610.52 262.80 2.57 5992.51 341.57

100 1.77 4141.30 236.05 2.59 6048.53 344.77

102.5 1.65 3842.49 219.02 2.54 5920.14 337.45

105 1.60 3723.43 212.24 2.41 5621.33 320.42

107.5 1.58 3690.75 210.37 2.21 5159.11 294.07

110 1.50 3489.99 198.93 1.99 4638.53 264.40

112.5 1.47 3419.95 194.94 1.71 3982.55 227.01

115 1.47 3422.29 195.07 1.45 3373.27 192.28

117.5 1.52 3536.68 201.59 1.21 2822.34 160.87

120 1.47 3438.63 196.00 1.04 2418.48 137.85

122.5 1.57 3674.41 209.44 0.91 2122.01 120.95

125 1.58 3688.42 210.24 0.84 1960.93 111.77

127.5 1.66 3877.50 221.02 0.79 1839.54 104.85

130 1.73 4045.58 230.60 0.74 1725.15 98.33

132.5 1.78 4159.97 237.12 0.70 1638.78 93.41

135 1.89 4407.42 251.22 0.67 1564.07 89.15

137.5 1.89 4414.43 251.62 0.63 1463.69 83.43

140 1.98 4612.85 262.93 0.58 1358.64 77.44

142.5 2.09 4885.98 278.50 0.54 1265.27 72.12

145 2.36 5499.94 313.50 0.51 1195.23 68.13

147.5 2.69 6279.64 357.94 0.46 1073.84 61.21

150 3.16 7381.50 420.75 0.42 980.46 55.89

152.5 3.40 7939.43 452.55 0.37 866.08 49.37

155 3.34 7801.70 444.70 0.34 784.37 44.71

157.5 3.04 7089.69 404.11 0.28 662.98 37.79

160 2.61 6081.22 346.63 0.21 478.56 27.28

162.5 1.23 2878.36 164.07 0.15 359.50 20.49

165 0.77 1799.85 102.59 0.12 287.14 16.37

167.5 0.56 1302.62 74.25 0.08 184.42 10.51

170 0.37 859.07 48.97 0.03 72.37 4.12

172.5 0.28 660.65 37.66 0.02 53.69 3.06

175 0.23 539.26 30.74 0.02 44.35 2.53

177.5 0.19 448.21 25.55 0.01 32.68 1.86

4.2.3.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng

Từ bảng số liệu cường độ sáng theo góc, lập trình trên phần mềm Matlab để

vẽ biểu đồ cương độ sáng theo góc lần lượt với các bộ đèn.

Chú thích:

180 0.16 375.84 21.42 0.01 30.35 1.73

Dương Đức Duy

56 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng nằm ngang

: Biểu đồ cường độ sáng trên mặt phẳng thẳng đứng

Hình 4.6. Biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn MACCOT (150W - 17500lm).

4.2.4. Nhận xét

- Mỗi bộ đèn có cấu hình khác nhau nên sự phân bố cường độ sáng trong

không gian khác.

- Quan sát trên các biểu đồ cường độ sáng theo góc đo được bằng góc kế

quang học, ta có thể thấy rằng các bộ đèn đo đều là loại phân bố trung bình..

- Căn cứ trên hình dáng của các biểu đồ cường độ sáng theo góc thu được

bằng thực nghiệm của các bộ đèn và so sánh với các biểu đồ cường độ sáng theo

góc mà nhà sản xuất cung cấp, tôi thấy có sự khác biệt chút ít. Nguyên nhân sai lệch

có thể là :

1). Nhà sản xuất chỉ đưa ra một biểu đồ phân bố cường độ sáng cho từng loại

bộ đèn, nhưng bản thân mỗi loại lại có nhiều mã sản phẩm khác nhau. Do đó sản

phẩm đo có thể không cùng loại với sản phẩm lấy mẫu.

2). Nếu giả thiết sản phẩm đo có cùng mã sản phẩm với sản phẩm lấy mẫu,

thì sự sai lệch còn tùy thuộc vào sự định vị bóng đèn lắp trong bộ đèn, cấu trúc của

sản phẩm cho phép điều chỉnh vị trí của bóng đèn sao cho phân bố trường sáng đạt

tối ưu đối với thiết kế đã chọn.

Dương Đức Duy

57 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

3). Các thao tác trong quá trình đo dù đã hết sức thận trọng nhưng cũng

không thể tránh khỏi những sai lệch khi vận hành các thiết bị thực nghiệm.

4). Những sai khác trong khâu sản xuất so với bản thiết kế sản phẩm cũng có

thể xảy ra.

Như vậy, việc khảo sát lại sự phân bố trường sáng trong không gian của các

bộ đèn dùng trong chiếu sáng đường bằng cách đo kiểm biểu đồ cường độ sáng theo

góc như đã được tiến hành là hết sức cần thiết đối với nhà sản xuất cũng như người

thiết kế chiếu sáng đường phố. Có như vậy mới đạt được chiếu sáng hiệu suất cao,

phù hợp với xu hướng phát triển của đất nước ta. Sự lựa chọn các bộ đèn phù hợp

với mục đích chiếu sáng có thể rõ hơn khi khảo sát với một thiết kế cụ thể.

4.3. Tính toán độ rọi với đèn Natri cao áp trong chiếu sáng đường phố

Theo phương pháp tính toán đã nêu tại mục 3.3 (chương 3), ta sẽ xây dựng được kết

quả theo bảng số liệu 4.4 và 4.5 dưới đây.

Dương Đức Duy

58 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bảng 4.4. Tính độ rọi trên mặt đường khi dùng các bộ đèn khác nhau (đèn nằm ngang – α = 00)

i j

4,76

9,09

13,49 17,74 21,80 25,64 29,24 32,62 35,75 38,65 41,34 43,38 46,13 48,23 50,19

6,94

6,87

6,68

6,38

6,00

5,55

5,09

4,61

4,45

3,71

3,30

2,94

2,67

2,31

2,05

1,82

cos h (*10-3)

85,24

80,91 76,51 72,26

68,2

64,36 60,76 57,38 54,25 51,35 48,66 46,62 43,88 41,77

38,8

90 -

77,5

72,5

67,5

57,5

55,0

47,5

42,5

37,5

64,63 60,94

60,26 55,02 51,78 48,94 43,19 43,30 42,02 37,65 35,96 32,04 29,03 25,04 22,97 22,24

64,63 60,57

51,70 45,48 34,00 26,88 23,52 20,10 18,93 15,11 12,12 10,17

8,66

6,96

5,68

4,56

V e g a

52,16 52,02

52,63 51,44 51,39 49,52 48,24 43,93 44,19 37,68 36,52 32,22 31,02 28,52 26,95 26,16

52,27 50,32

44,20 38,97 30,69 20,02 20,40 16,06 14,49 11,09

8,47

7,12

5,89

4,94

4,10

3,33

37,53 36,65

29,81 25,85 22,57 19,75 17,53 15,17 14,19 11,64 11,46 11,37 11,24 10,13

9,51

9,09

28,55 25,14 19,14 13,81 11,22

8,70

7,90

6,38

5,26

4,56

4,00

3,31

2,82

2,54

37,53 32,00

M a s t e r M a c c o t

Dương Đức Duy

59 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VEGA

MASTER

MACCOT

MASTER

MACCOT

VEGA

Hình 4.7. Độ rọi theo phương dọc đường – α=00

VEGA

MASTER

MACCOT

Hình 4.8. Độ rọi theo phương ngang đường - α=00

Dương Đức Duy

60 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bảng 4.5. Tính độ rọi trên mặt đường khi dùng các bộ đèn khác nhau (đèn nằm ngang – α = 150)

Vị trí 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

φ(0) 0.00 4.48 8.90 13.21 17.38 21.37 25.16 28.72 32.05 35.16 38.05 40.73 43.21 45.50 47.62 49.58 51.39 53.07 54.63 56.08 57.43 58.68 59.85 60.95 61.97 62.93

EVega – dọc (lux) 55.23 53.44 52.89 48.39 45.60 43.30 38.41 37.12 34.96 33.71 31.92 28.84 25.67 22.77 20.19 18.58 18.06 16.12 16.24 16.14 14.50 13.90 12.54 11.04 10.00 8.04

EMaster – dọc (lux) 45.70 45.62 46.20 45.24 45.26 43.82 42.74 37.77 36.77 33.75 31.37 29.29 26.61 24.33 23.00 21.79 21.23 18.95 17.92 16.20 14.54 13.51 12.18 10.78 9.77 8.87

EMaccot – dọc (lux) 32.88 32.15 26.17 22.73 19.88 17.48 15.54 13.20 11.81 10.43 9.43 9.20 9.11 8.80 8.17 7.70 7.37 6.58 6.65 5.96 6.23 6.36 5.73 5.84 5.30 4.81

EVega – ngang (lux) 56.62 53.12 45.38 39.99 29.95 23.78 20.84 18.46 15.75 13.54 11.51 9.72 8.15 6.80 5.61 4.60 3.70 3.30 2.67 2.39 1.95 1.59 1.43 1.21 1.09 0.99

EMaster – ngang (lux) 45.79 44.13 38.80 34.27 27.03 21.26 18.07 15.38 12.06 9.94 8.21 6.79 5.70 4.63 3.99 3.32 2.71 2.42 2.03 1.82 1.34 1.12 1.01 0.80 0.72 0.66

EMaccot – ngang (lux) 32.17 28.07 25.06 22.12 16.86 12.23 9.95 8.27 6.58 5.72 5.00 4.22 3.66 3.14 2.67 2.28 2.07 1.84 1.68 1.50 1.39 1.10 0.99 0.72 0.65 0.59

Dương Đức Duy

61 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VEGA

MASTER

) x u l (

E

MACCOT

15 Vị trí (m)

Hình 4.9. Độ rọi theo phương dọc đường – α = 150

VEGA

) x u l (

E

MASTER

MACCOT

Vị trí (m)

Hình 4.10. Độ rọi theo phương ngang đường – α = 150

Dương Đức Duy

62 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

) x u l ( E

-30

-20

-10

Vị trí (m)

Hình 4.11. Độ rọi theo phương ngang đường – α = 150 (của bộ đèn Vega)

Biện luận

Với thiết kế chiếu sáng giả định đã đưa ra, dựa trên các số liệu tính toán gần

đúng thu được, chúng ta có thể thấy rằng:

- Khi dùng một bóng đèn với công suất và quang thông danh định đã cho (ví

dụ loại khảo sát là NAV - T250W-33200lm) nhưng lắp vào các bộ đèn khác nhau

(VEGA, MASTER) thì độ rọi phân bố trên mặt đường là khác nhau. Cụ thể là :

+ Bộ đèn VEGA cho phân bố độ rọi ở trung tâm cao hơn và độ đồng đều độ

rọi thì kém hơn các bộ đèn khác.

+ Bộ đèn MASTER có sự phân bố độ rọi ở trung tâm gần giống nhau nhưng

độ rọi của bộ đèn MASTER thì đồng đều hơn.

- Các dạng bộ đèn khác nhau cho phân bố trường sáng trong không gian khác

nhau. Mặt khác, sự lựa chọn công suất cũng như quang thông danh định của đèn

không phải là tùy ý mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

+ Công suất danh định của ballast.

+ Kết cấu của sản phẩm, mức độ chịu nhiệt của kính và vỏ.

Như vậy, nếu ta thiết kế bố trí đèn theo kiểu đơn tuyến hoặc theo kiểu so le

thì sẽ đảm bảo sự đồng đều độ rọi tốt hơn.

Dương Đức Duy

63 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tuy nhiên, các tính toán trên chỉ mang tính chất tham khảo vì rằng, để đơn giản

trong tính toán, trong hình 3.3, bộ đèn được đặt trên cột cao 12 m, trên mặt phẳng ngang và trường hợp cần đèn dài 1.5 m, góc mở 150. Thực tế, để mở rộng trường sáng,

cột đèn có thể cao hơn và cần đèn được đặt chếch lên so với phương ngang một góc

mở α nào đó tuỳ thuộc vào mục đích chiếu sáng. Khi đó, các số liệu thu được sẽ khác với trường hợp góc mở bằng 00.

* Đề xuất : xét khi một đường được bố trí bằng đèn Natri cao áp đã nghiên cứu

trên, ta sẽ cung cấp được các số liệu cần thiết để thiết kế hệ thống đèn chiếu sáng.

Phương pháp : từ kết quả thu được như trên ta có thể tính toán cho một hệ đèn

đường bố trí sao cho đạt theo tiêu chuẩn về độ đồng đều dọc Ud = 0,7

min

Ta có :

= 0,7

U d

E E

max

Theo phương pháp cộng đồ thị, ta đèn sẽ có thể xác định được khoảng cách tối ưu

nhất để bố trí đèn sao cho đạt tiêu chuẩn. Trong giới hạn của Đồ án, việc nghiên cứu

này chưa thực hiện được. Việc làm trên sẽ được viết bằng phần mềm và được phát

triển thêm trong thời gian tới.

4.4. Kết quả đo quang thông đèn bằng cầu tích phân

Thực hiện các bước đã trình bày với các đèn cần đo, kết quả là:

Với đèn danh định 250W - 33200lm (NAV-T250W, E40 - OSRAM)

= 28220 lm.

đo được id = 12,472mA tương ứng quang thông

Như vậy, sai lệch so với quang thông danh định là:

33200

28220

= %15%100

(4.19)

33200

Với đèn danh định 150W - 17500lm (NAV-T150W, E40 - OSRAM)

Dương Đức Duy

64 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

= 15200 lm.

đo được id = 6,7178mA tương ứng quang thông

Như vậy,sai lệch so với quang thông danh định là:

17500

15200

= %14,13%100

(4.20)

17500

Dương Đức Duy

65 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KẾT LUẬN

Qua thời gian học tập, nghiên cứu và thực tập tại phòng thí nghiệm Vật lý và

kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý Kỹ Thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tôi đã

hoàn thành các công việc đặt ra trong đề tài của Đồ án “Nghiên cứu, thức nghiệm

bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường”. Bao gồm các công việc sau:

1) Tìm hiểu về kỹ thuật chiếu sáng đường.

2) Thu thập tài liệu, tìm hiểu những kiến thức mới về kỹ thuật ánh sáng.

3) Làm quen và tham gia hiệu chỉnh các thiết bị đo lường ánh sáng tại

phòng thí nghiệm.

4) Tiến hành đo và lập biểu đồ cường độ sáng theo góc cho 3 bộ đèn chiếu

sáng đường do HAPULICO Việt Nam sản xuất, các bóng đèn Natri cao

áp OSRAM bằng góc kế quang học.

5) Tính độ rọi tại các điểm trên mặt đường trên một giả thiết chiếu sáng cụ

thể khi được chiếu sáng bằng các bộ đèn Natri cao áp đã chọn.

6) Đo kiểm quang thông của các đèn bằng cầu tích phân.

7) So sánh sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Việc xác định các đặc trưng của các bộ đèn là một công việc mới mẻ trong

kỹ thuật chiếu sáng ở Việt Nam. Vì vậy, đây là một lĩnh vực mới đối với bản thân

cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm. Trong khuôn khổ của đề tài Đồ án và do kiến

thức trang bị của bản thân còn hạn chế, vì vậy, trong Đồ án này còn có nhiều thiếu

sót. Rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô và bạn đọc. Nếu có điều

kiện, tôi rất muốn được mở rộng đề tài này lên mức cao hơn.

Dương Đức Duy

66 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Đức Nguyên (2006), Chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, NXB Khoa học

kỹ thuật, Hà nội.

[2] Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào (2000), Kỹ thuật chiếu sáng, NXB Khoa học

kỹ thuật, Hà nội.

[3] Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường

Đại học Bách khoa Hà nội (8-2007), Quy trình kiểm định choá đèn, Thoả thuận

Hợp tác Viện Vật lý kỹ thuật và UNDP.

[4] Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường - Chất lượng Việt Nam (2005), Tiêu chuẩn

xây dựng Việt Nam TCXDVN 333:2005, NXB Xây dựng,

[5] TCXDVN 259: 2001 (2001), Tiểu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường

phố, đường, quảng trường, NXB Xây dựng, Hà nội.

[6] Arizona (2005), Goniophotometer, Manual. Lighting Sciences, USA.

[7] Craig Di Louire, The lighting management handbook, The Fairmont,

Indian

[8] Joseph B. Murdoch (2001), Ilumination Engineering.. New York – London

[9] R.H Simons and A.R Bean (2001), Lighting Engineering, Applied

Calculations.

[10] Road Lighting Guidelines (2006), Philippine.

[11] Advanced Lighting Guidelines (2003), The New Buildings Institute - USA

Dương Đức Duy

67 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................2 CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP.................................................................................4 1.1. Nguồn sáng............................................................................................................4 1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV) ......................................................4 1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH) ......................................................4 1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS) ............................5 1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS) ............................6 1.2 Mạch đèn..............................................................................................................10 1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ .................................................................................11 1.4. Hộp đèn ...............................................................................................................12 1.5. Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp ................................................13 1.5.1 Đặc trưng màu sắc.......................................................................................... 13 1.5.1.1. Nhiệt độ màu ........................................................................................ 13 1.5.1.2. Chỉ số hoàn màu CRI............................................................................ 14 1.5.1.3. Màu của ánh sáng .................................................................................. 14 1.5.2. Hiếu suất sáng ............................................................................................... 14 1.5.3. Sự suy giảm quang thông của đèn ................................................................. 15 1.5.4 Tuổi thọ bóng đèn .......................................................................................... 15 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM............................................................16 2.1 Đo quang thông bằng cầu tích phân ......................................................................16 2.1.1. Cấu tạo cầu tích phân .................................................................................... 16 2.1.2. Nguyên tắc hoạt động.................................................................................... 17 2.1.3. Vận hành đo quang thông bằng cầu tích phân................................................ 17 2.2 Đo đường cong cường độ sáng bằng góc kế quang học........................................18 2.2.1. Cấu tạo của các góc kế quang học ................................................................. 18 2.2.2. Nguyên tắc hoạt động.................................................................................... 21 2.2.3. Vận hành đo góc kế quang học (Goniophotometer) ....................................... 21 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG VỚI BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP ....24 3.1. Chiếu sáng đường ................................................................................................24 3.1.1. Mục đích của chiếu sáng đường .................................................................... 24 3.1.2. Phương pháp luận về chiếu sáng đường phố.................................................. 25 3.1.3. Các thiết bị trong thiết kế chiếu sáng đường phố ........................................... 27 3.2. Các tham số trong chiếu sáng đường....................................................................27 3.2.1. Phân loại đường ............................................................................................ 27 3.2.2. Độ cao của bộ đèn ......................................................................................... 28 3.2.3. Giãn cách các cột đèn.................................................................................... 28 3.2.4. Độ vươn của cần đèn..................................................................................... 30 3.2.5. Sự bố trí các cột đèn ...................................................................................... 30

Dương Đức Duy

68 Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

3.2.6. Một số vấn đề khác cần quan tâm.................................................................. 31 3.2.6.1. Điều chỉnh hộp đèn ................................................................................ 31 3.2.6.2. Sự phân bố trường sáng ......................................................................... 33 3.2.7. Sự phân loại bộ đèn chiếu sáng đường........................................................... 35 3.2.8. Yêu cầu chung đối với các bộ đèn chiếu sáng đường..................................... 37 3.3 Tính toán chiếu sáng đường với một đèn Natri cao áp ..........................................40 CHƯƠNG 4: PHẦN THỰC NGHIỆM ..................................................................................43 4.1. Các bước tiến hành đo biểu đồ cường độ sáng .....................................................43 4.2. Kết quả đo biểu đồ cường độ sáng của từng bộ đèn .............................................44 4.2.1. Bộ đèn VEGA ............................................................................................... 44 4.2.1.1. Mô tả bộ đèn VEGA .............................................................................. 44 4.2.1.2. Kết quả đo của bộ đèn............................................................................ 46 4.2.1.3 Xây dựng đường cong cường độ sáng ..................................................... 48 4.2.2. Bộ đèn MASTER .......................................................................................... 48 4.2.2.1. Mô tả bộ đèn MASTER ......................................................................... 48 4.2.2.2. Kết quả đo của bộ đèn............................................................................ 50 4.2.2.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng ................................................... 52 4.2.3. Bộ đèn MACCOT ......................................................................................... 53 4.2.3.1. Mô tả bộ đèn MACCOT ........................................................................ 53 4.2.3.2. Kết quả đo của bộ đèn............................................................................ 54 4.2.3.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng ................................................... 56 4.3. Tính toán độ rọi với đèn Natri cao áp trong chiếu sáng đường phố ......................58 4.4. Kết quả đo quang thông đèn bằng cầu tích phân ..................................................64 KẾT LUẬN...............................................................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................67