Luận văn: Thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng đèn LED.pdf (Thiết kế chiếu sáng)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………….. Luận văn Thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng đèn LED Lời Mở Đầu Trong công cuộc đổi mới đất nước, song song với quá trình công nghiệp hóa_hiện đại hóa thì việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng được tiến hành. Quá trình nâng cấp, xây dựng hệ thống chiếu sang ở các khu đô thị cũng không nằm ngaoì kế hoạch. Hiện nay, nền kinh té nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao một cách nhanh chóng. Yêu cầu của họ trong các lĩnh vực: công nghiệp dịch vụ, du lịchvà sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Chính do những yêu cầu này, đòi hỏi các nhà kĩ thuật, mỹ thuật, nhà khoa học phải nghiên cứu, tìm hiểu để tạo ra các sản phẩm nhằm đáp ứng các nhu cầu của họ Thiết kế hệ thống điện chiếu sáng là một công việc làm khó. Nó không chỉ đòi hỏi chiếu sáng đơn thuần mà còn phải đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật mức độ tiện nghi, đảm bảo không bị chói lóa…. Ngoài ra nó còn phải đảm bảo các yêu cầu về thẩm mỹ và có tính kinh tế cao như: tiết kiệm được điện năng, chi phí đầu tư nhỏ, cho ánh sáng đẹp, dẩm bảo mỹ quan…. Để có được một bản thiết kế trên đòi hỏi người thiết kế ngoài kiến thức chuyên môn còn phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, về môi trường và về các đối tượng thiết kế. Tránh thiết kế sai gây dư thừa lãng phí nguyên vật liệu và làm mất tính thẩm mỹ…. Với đề tài “thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng đèn LED” tôi đã trình bày khái quát cơ sở lý thuyết chiếu sáng và vận dụng những kiến thức đã học về kỹ thuật chiếu sáng và cung cấp điện để thiết kế cho tuyến đường trên. Đề tài bao gồm các chương sau: - Chương1: Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng Trong chương này đề cập đến các vấn đề thường dung trong kỹ thuật chiếu sáng. Nó có thể giúp ta nắm được những cái chung nhất về kỹ thuật chiếu sáng như: độ chói, độ rọi, chiều cao cột đèn….Trước khi chúng ta bước sang chương sau. - Chương 2: Tổng quan chiếu sáng đường Lê Hồng Phong. Trong chương này giới thiệu về việc chiếu sáng của đường Lê Hồng Phong hiện tại. - Chương 3: Đề xuất các phương án sử dụng đèn LED. Trong chương nay giới thiệu về công nghệ sản xuất đèn LED hiện nay, nhưng ưu điểm khi sử dụng đèn LED. Từ đó ta sẽ đề xuất các phương án để thay toàn bộ dền trên tuyến đường đang sử dụng bằng đèn LED. - Chương 4: Nội dung thiết kế chiếu sáng đường Lê Hồng Phong sử dụng đèn LED. Chương cuối này là các phương án thiết kế chiếu sáng để ta chọn ra một phương án tối ưu nhất để sử dụng chiếu sáng cho toàn bộ tuyến đường. Trong quá trình thiết kế tôi đã thể hiện nội dung cơ bản đáp ứng yêu cầu chiếu sáng công cộng hiện nay ở nước ta. Các vấn đề được trình bày rõ ràng chính xác, có tính hệ thống. Tuy nhiên, do lần đầu thiết kế còn nhiều thiếu sót, em mong được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có thêm kinh nghiệm và bản thiết kế sau này sẽ hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ công ty chiếu sáng đô thị Hải Phòng Thạc sỹ Đào Bá Bình, các thầy cô giáo trong khoa điện công nghiệp trường đại học DLHP đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án trên. Hải Phòng,tháng 7, năm 2010 Sinh viên Nguyễn Công Thương 1 Chƣơng 1:Tổng quan về chiếu sáng đô thị 1.1. Mở đầu. 1.1.1. Sơ lƣợc về lịch sử chiếu sáng. Kỹ thuật chiếu sang nói chung cũng như kỹ thuật chiếu sang công cộng nói riêng từ một nủa thế kỷ nay đã và đang không ngừng phát triển. Do việc nâng cao các tính năng của các đèn, bộ đèn, cải tiến liên tục của các phương pháp chiếu sáng. Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế kỹ thuật, đời sống nhân dân được nâng cao. Vì vậy nhu cầu chiếu sáng ngày càng đòi hỏi cao hơn, việc chiếu sáng các đô thị, khu công nghiệp, công trình văn hoá thể thao, các xa lộ v.v… là một nhu cầu cấp thiết đòi hỏi các nhà thiết kế chiếu sáng phải quan tâm làm sao vừa đảm bảo mỹ thuật vừa đảm bảo kỹ thuật lại có tính kinh tế cao. Ngày trước chiếu sáng chỉ nhằm đáp ứng nhu cầu “ xua tan bóng tối” thì ngày nay chiếu sáng không chỉ đẩy lùi bóng tối mà còn đảm bảo tiện nghi, tính mỹ thuật ở mức cao nhất. Từ những năm 1940 đã xuất hiện các chỉ dẫn nhằm đảm bảo độ đồng đều của ánh sáng, yêu cầu cho an toàn giao thông lúc bấy giờ. Từ năm 1965 uỷ ban quốc tế về chiếu sáng (CIE) đã công bố một phương pháp gọi là tỷ số R, trong đó khái niệm về độ rọi đã phải nhượng bộ một bước cho độ chói trung bình của mặt đường có xét đến hiện tượng tương phản và do đó đã chú ý đến chi giác nhìn. Các thống kê và thực nghiệm đã được tiến hành, các tiêu chuẩn về tiện nghi của việc bố trí đã được đề ra. Năm 1975 CIE công bố một phương pháp các “độ chói điểm”. Trong đó việc tính toán dần những điểm do máy tính 2 thực hiện, đối với một cách bố trí chiếu sáng cho trước cho phép kiểm tra chất lượng của thực hiện chiếu sáng. 1.1.2. Tầm quan trọng của việc chiếu sáng. Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá ngành điện chiếu sáng giữ một vai trò rất lớn. Nó không chỉ chiếu sang đơn thuần mà nó còn góp phần vào công việc sản xuất, xây dựng, bảo vệ đất nước. Đối với chiếu sáng trong nhà, ngoài chiếu sáng tự nhiên còn phải sử dụng chiếu sáng nhân tạo. Hiện nay người ta thường dùng điện để chiếu sáng nhân tạo. Sở dĩ như vậy vì chiếu sáng điện có nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện.Ví dụ trong xí nghiệp dệt, nếu độ rọi tăng lên 1,5 lần thì thời gian để làm các thao tác chủ yếu sẽ giảm từ 8%→ 25%,năng suất lao động tăng 4%→ 5%. Trong phân xưởng nếu ánh sáng không đủ, công nhân sẽ phải làm việc trong trạng thái căng thẳng, hại mắt, sức khoẻ, kết quả gây ra hàng loạt phế phẩm và năng suất lao động sẽ giảm v.v… Ngoài ra còn rất nhiều công việc không thể tiến hành được nếu thiếu ánh sáng hoặc ánh sáng không gần giống với ánh sáng tự nhiên ( bộ phận kiểm tra chất lương máy, nhuộm màu v.v… ). Nếu chiếu sáng ngoài trời được đảm bảo một cách tối đa thì sẽ giảm được rất nhiều tai nạn giao thông, giúp việc giao thông thuận tiện hơn, giảm nhiều tệ nạn xã hội. Mặt khác nếu chiếu sáng đô thị được bố trí một cách hợp lý hơn thì sẽ làm tăng được vẻ đẹp của đô thị cũng như các công trình văn hoá khác. Vì vậy vấn đề chiếu sáng là một vấn đề quan trọng nên được các nhà nghiên cứu chú ý nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực chuyên sâu như nguồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, nhà ở, các công trình văn hoá nghệ thuật, chiếu sáng sân khấu v.v… 1.1.3. Thành tựu của chiếu sáng ở Việt Nam và Hải Phòng. 3 Nhận biết được tầm quan trọng của chiếu sáng các nhà chiếu sáng Việt Nam cũng đã áp dụng nhũng thành tựu của khoa học chiếu sáng trên thế giới và lĩnh vực chiếu sáng nước nhà. Hiện nay, hầu hết các thành phố lớn, các đô thị cũng như các tuyến đường giao thông đã được chiếu sáng với các mức độ khác nhau nhưng cũng phát huy được tối đa hiệu quả của chiếu sáng như giảm được tai nạn giao thông, tăng vẻ đẹp của các đô thị, giảm tệ nạn xã hội v.v… Trong chương trình đưa điện về nông thôn thì điện chiếu sáng cũng đã xuất hiện nhằm phục vụ sản xuất. Cũng như các thành phố lớn khác, thành phố Hải Phòng cũng rất quan tâm đến lĩnh vực chiếu sáng. Hiện nay thành phố cũng đang tiến hành nâng cấp hệ thống chiếu sáng đồng thời xây dựng các hệ thống chiếu sáng mới với công nghệ hiện đại, thay cho việc đóng cắt bằng tay ở đây đã dụng hệ thống đóng cắt tự động. Tất cả các công viên, vườn hoa, các tuyến đường, nhà máy, xí nghiệp, trường học, bệnh viện…trong thành phố cũng như ngoại thành đều đã được chiếu sáng. 1.2. Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng.  Các đại lƣợng đo ánh sáng. Khái niệm quang thông là quan niệm đầu tiên của con người có quan hệ đối với nguồn sáng, đó là ngọn nến và đèn măng sông không cho cùng một đại lượng ánh sáng. Những khái niệm này không nêu lên bất kỳ sự phân bố ánh sáng trong các miền khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó không thể đo được. Điều đó đã thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đưa ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học hình học và sinh lý. 1. Góc khối Ω,steradian(Sr). Góc khối không chỉ dùng cho phép đo ánh sáng, nó cần thiết cho sự lập luận trong không gian ( là góc trong không gian). 4 Ký hiệu là Ω Góc khối được định nghĩa là tỷ số của S trên bình phương của bán kính: Ω= (1.1) K2S R KS Hình 1.1 Trong đó: S: là số nguyên tố mặt của hình cầu. R: bán kính mặt cầu. Nếu bánkính mặt chắn là mét thì mặt chắn là K2.m2 . 2. Cƣờng độ sáng I – Candela(cd). Khi xét sự phát xạ thông lượng dΦ của nguồn O theo phương của điểm A là tâm của miền dS được nhìn từ O dướ khóc khối dΩ. Khi cho dS tiến tới không, dΩ cũng tiến tới không, song tỷ số dΦ/dS tiến tới một giá trị tới hạn gọi là cường độ sáng của điểm O tới A. O A Hình 1.2 Tức là : 5 IOA = (1.2) Cường độ sáng luôn luôn liên quan với một phương cho trước được biểu diễn bằng một vecto theo phương này và có độ lớn tính bằng candenla. Candela là cường độ ánh sáng theo một phương đã cho của nguồn phát của bức xạ đơn sắc có tần số 540.1012Hz (λ = 555 nm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 oắt trên steradian. 3. Quang thông Φ,lemen(lm). Đơn vị cương độ sáng candela do nguồn phát theo mọi hướng tương ứng với đơn vị quang thông tính bằng lumen. Lumen là quang thông do nguồn này phát ra trong không gian ta có thể suy ra không gian của nó. Trong trường hợp đặc biệt khi cường độ bức xạ I không phụ thuộc vào phương thì quang thông là : Φ= =4Π.I (1.3) 4. Độ rọi – E,lux(lx). Mật độ quang thông rơi trên một bề mặt là độ rọi, có đơn vị là : lx. Biểu thức tính : Elx = (1.4) Khi sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình. Khái niệm về độ rọi ngoài nguồn ra còn liên quan tới vị trí cảu mặt được chiếu sáng. Ta coi một nguồn sáng điểm O, bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng r, một cường độ sáng I. Gọi α là góc hợp bởi pháp tuyến n của dS với phương r. Góc khối dΩ chắn trên một hình cầu bán kính r, một diện tích bằng dS.cosα. 5. Độ chói – L (cd/m2). 6 Trong một phương diện cho trước, của một diện tích mặt phát cho dS. Độ chói là tỷ số của cường độ sáng dI phát bởi dS theo phương này trên diện tích biểu kiến của dS. Hình 1.3 L(cd/m2) = 1.3. (1.5) Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về chi giác và tiện nghi thị giác. Các nguyên lý cơ bản về chiếu sáng ngoài trời. Các tiêu chuẩn chất lượng chiếu sáng đường bộ thực chất đòi hỏi cho phép một thị giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi. Về phương diện này ta lưu ý: Độ chói trung bình của mặt đường do người lái xe quan sát khi nhìn mặt đường ở tầm xa một trăm mét khi thời tiết khô. Mức yêu cầu phụ thuộc vào loại đường ( mật độ giao thông,tốc đô, vùng đô thị hay nông thôn…) trong các điều kiện làm việc bình thường. 7 1,5m 170m 0.5 độ 1 độ 1.5 độ Hình 1.4 Mặt đường khi thiết kế chiếu sáng được quan sát dưới góc 0.5o + 1.5o và trải dài từ 60 + 170m (hình 1.4). - Độ đồng đều phân bố biểu diễn của độ chói lấy từ các điểm khác nhau của bề mặt, do độ chói không giống nhau theo mọi hướng (sự phản xạ không phải là vuông góc mà là hỗn hợp ) nên trên đường giao thông người ta phải kiểm tra độ đồnh đều của ánh sáng trên hai điểm đo theo chiều ngang và một tập hợp điểm cách nhau gần 5m giữa các cột đèn theo chiều dọc. - Phải hạn chế loá mắt và sự mệt mỏi do số lượng và quang cảnh của các đèn xuất hiện trên thị trường, khi phải đảm bảo độ chói trung bình của mặt đường. Do đó người ta định nghĩa một “ chỉ số loá mắt “ G ( glare index) chia theo thang từ 1 (không chịu được ) đén mức 9 ( không cảm nhận được ) và cần phải giữ ở mức 5 (chấp nhận được). - Hiệu quả hướng nhìn khi lái xe phụ thuộc vào các vị trí sáng trên các đường cong, loại nguồn sáng trên một tuyến đường và tín hiệu báo trước những nơi cần báo trước những nơi cần chú ý (đường cong, chỗ thu thuế, ngã tư …) cũng như các nối vào của con đường. 1.4. Các cấp chiếu sáng. Đối với các tuyến đường quan trọng, CIE xác định 5 cấp chiếu sáng khi đưa ra các giá trị tối thiểu cần phải thoả mãn chất lượng phục vụ ( bảng 1.4). Tất nhiên do sự già hoá của các thiết bị, các chuyên viên thiết kế phải tăng cường độ chói trung bình khi vận hành cũng như chiếu sáng trong nhà. 8