Giáo trình Kỹ thuật chiếu sáng đô thị

ay vùng có sương mù. Độ kín được ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc tế là IPxy, trong đó x và y là các con số có ý nghĩa sau : X Y Giá trị Ý nghĩa : chống vật thể lạ xâm nhập Giá trị Ý nghĩa : Chống nước xâm nhập 0 1 2 3 4 5 6 - - Không được bảo vệ Vật có đường kính ≥50mm Vật có đường kính ≥12,5mm Vật có đường kính ≥2,5mm Vật có đường kính ≥1,0mm Chống được bụi Hoàn toàn kín --- --- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Không được bảo vệ Nước rơi thẳng đứng Nước rơi nghiêng 150 Nước phun hạt nhỏ li ti Phun nước dạng mưa Phun nước dạng tia Phun nước áp lực Ngâm chìm tạm thời Ngâm chìm lâu dài Theo TCXDVN259 :2001, đối với môi trường ô nhiễm trung bình thì chọn đèn có độ kín IP44 nhưng đối với môi trường ô nhiễm nặng (như sương muối, ăn mòn, ven biển, trong khu công nghiệp) thì chọn đèn độ kín ngăn quang học IP54, ngăn linh kiện điện là IP43. Riêng với loại đèn tiết kiệm năng lượng phải có IP66 theo quy định tại Quyết định số 13/2008/QĐ-BCT. Nếu các thông số này không được kiểm tra và nghiệm thu chặt chẽ sẽ gây hậu quả lớn vì sau một thời gian khói bụi xâm nhập làm mờ bóng đèn, hơi nước (thường có chất hóa học) xâm nhập sẽ đọng lại lâu dài trong kính đèn làm suy giảm quang thông nghiêm trọng. Ngoài ra lớp mạ của tấm phản quang có thể bị gỉ, bong tróc làm giảm hiệu suất phát sáng. Theo quan sát từ thực tế, hiện nay các chỉ số này hoàn toàn bị thả lỏng trong quá trình xây dựng các công trình chiếu sáng công cộng nên chất lượng hệ thống chiếu sáng giảm rõ rệt mặc dù thời gian đưa vào vận hành ngắn hơn tuổi thọ đã ghi trong lý lịch của đèn rất nhiều. Do số lượng các tuyến đường đô thị phát triển rất nhanh nên theo đó là hệ thống chiếu sáng cũng tăng lên, khi chúng đồng loạt giảm chất lượng thì trở thành một gánh nặng cho ngân sách. Ở đây cũng cần lưu ý một điểm : chỉ số IP không chỉ dùng trong thiết bị chiếu sáng mà là chỉ số quốc tế dùng chung cho mọi ngành kỹ thuật có các bộ phận cần đo lường độ kín. 2. Cấp bảo vệ cơ học chống nổ (còn gọi là độ chịu va đập của kính đèn): Ký hiệu là IKO và được phân loại theo bảng sau: Mã IKO Cấp bảo vệ Mã IKO Cấp bảo vệ IKO0 Không bảo vệ IKO6 1J IKO1 0,15J IKO7 2J Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 50 IKO2 0,2J IKO8 5J IKO3 0,35J IKO9 10J IKO4 0,5J IKO10 20J IKO5 0,7J Chỉ số IKO biểu thị khả năng bảo vệ cơ học chống nổ của bộ đèn. Trong quá trình vận hành, bóng đèn có thể phát nổ và kính đèn phải chịu được sức công phá từ sự phát nổ này. Nếu không đủ độ bền thì các mảnh vỡ của ống phóng điện hồ quang văng ra (có nhiệt độ trên 10000C) có thể làm nguy hiểm đến người đi đường thậm chí gây hoả hoạn, đặc biệt là hơi thuỷ ngân thoát ra ngoài sẽ rất nguy hiểm vì nó là một chất có độc tính rất cao. Tuy nhiên chỉ số này trong thực tế còn được nhìn nhận dưới một góc độ khác đó là độ chịu va đập của kính đèn từ các lực tác động bên ngoài. Nói chung, nếu xét theo góc độ này thì chỉ tiêu IKO không quan trọng lắm vì các bộ đèn thường lắp trên cao, ít có khả năng chịu va đập mạnh. Trong điều kiện làm việc bình thường chỉ có mỗi lực tác dụng của gió lên kính đèn và theo tính toán lực này nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng chịu lực của kính. Thông thường với đèn chiếu sáng công cộng có cấp bảo vệ chống nổ là IKO8. 3. Diện tích cản gió Đây là chỉ tiêu khá quan trọng nếu nơi lắp đặt đèn thường xuyên có gió bão. Về mặt khí động học thì diện tích cản gió càng bé càng tốt để giảm bớt lực tác dụng của gió đến kết cấu cơ học của đèn và cột đèn. Nhờ đó mà kích thước của cột và móng nhỏ hơn, dáng cột thanh mảnh hơn, thẩm mỹ hơn. 4. Chỉ tiêu lão hóa kính bảo vệ: Chỉ tiêu này thường rất khó xác định, tuy nhiên khi thiết kế phải đưa vào yêu cầu cụ thể để nhà chế tạo lựa chọn vật liệu phù hợp. Thực tế các kính bảo vệ sau một thời gian vận hành thường bị mờ cho dù lau chùi vẫn không hết. Tình trạng này là do kính bị lão hóa, vật liệu làm kính bị biến chất dưới tác động của nhiệt tỏa ra, tia cực tím do đèn phát ra và môi trường không khí bị ô nhiễm. Kính bị lão hóa thường là loại kính làm bằng nhựa, nếu làm bằng thủy tinh thì không xảy ra hiện tượng này nhưng kính thủy tinh làm cho trọng lượng bộ đèn tăng. Gần đây có loại kính chịu lực bằng composit có tính năng như kính thủy tinh nhưng nhẹ, bền. Cần phân biệt với trường hợp kính đèn bị mờ do bụi bám bẩn sau một thời gian dài vận hành mà không đuợc duy tu bảo dưỡng. Trường hợp này có thể khắc phục được nhưng trách nhiệm thuộc về đơn vị quản lý vận hành công trình chiếu sáng. 5. Trọng lượng: Đây cũng là một chỉ tiêu cần quan tâm vì xu hướng hiện nay người ta càng ngày càng chuộng các loại đèn có trọng lượng bé. Nhờ đó mà cột chiếu sáng, cần đèn có kích thước nhỏ hơn, thanh mảnh hơn phù hợp với mỹ quan đô thị. Trong lượng trung bình hiện nay của các bộ đèn chiếu sáng công cộng khoảng 3-8 kg tuỳ vào công suất và nhà chế tạo. 4.4. Các thông số điện chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng: Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 51 1. Cấp cách điện : Cấp bảo vệ Đặc điểm O Không bảo vệ I Nối đất các bộ phận dẫn điện II Cách điện gấp đôi hoặc tăng cường III Điện áp nguồn dưới 50V Tại vị trí lắp đặt đèn mà người sử dụng không thể tiếp xúc có thể dùng cấp O, nếu người sử dụng có thể tiếp xúc được với bộ đèn thì phải dùng cấp I. Trường hợp có yêu cầu an toàn cao mới dùng cấp II. Nếu có yêu cầu an toàn tuyệt đối thì phải dùng cấp III, khi đó do điện áp thấp (<50V) nên dù có tiếp xúc vẫn không gây nguy hiểm. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, các bộ đèn thường có cấp cách điện I hoặc II. 2. Độ dao động điện áp: Chỉ tiêu này có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế khi thiết kế chiếu sáng nhưng lại chưa được khai thác đúng mức. Thông thường các bộ đèn được nhà chế tạo đảm bảo mức dao động điện áp ± 10% Uđm mà vẫn làm việc bình thường như khi điện áp Uđm (tức quang thông không đổi). Trong khi đó quy phạm trang bị điện thường yêu cầu điện áp điểm xa nhất là ±5%Uđm và người thiết kế thường chỉ quan tâm đến giá trị này của quy phạm. Nếu tính theo quy phạm thì phải chọn cỡ dây điện có tiết diện lớn trong khi tính theo ± 10% Uđm thì chỉ cần chọn dây điện với tiết diện nhỏ hơn. Như vậy trong quá trình thiết kế cần tận dụng yếu tố dao động điện áp của bộ đèn ±10%Uđm để chọn dây dẫn cho hợp lý, tránh chủ quan dựa theo quy định ±5%Uđm của lưới cung cấp điện làm cho suất đầu tư tăng lên một cách lãng phí.. 4.5. Các thông số về quang học của bộ đèn chiếu sáng công cộng: Các thông số cơ bản về quang học của nguồn sáng đã được nêu trong phần các loại nguồn sáng và các đại lượng cơ bản đo ánh sáng. Ở đây chỉ bổ sung một số thông số quang học của bộ đèn. Các bộ phận này có nhiệm vụ đảm bảo sự phân bố hợp lý theo không gian của ánh sáng, đảm bảo chiếu sáng đúng mục đích, có khả năng hạn chế chói lóa,... không phải là nơi phát ra ánh sáng 1. Hệ số suy giảm quang thông: Sau một thời gian vận hành quang thông của đèn sẽ bị giảm. Để đánh giá sự suy giảm đó người ta đưa ra khái niệm độ suy giảm quang thông V=V1 năm/Vban đầu là tỉ số giữa quang thông của bộ đèn sau 1 năm sử dụng với quang thông ban đầu của đèn. Để đảm bảo chất lượng chiếu sáng, khi thiết kế phải tính đến hệ số này. Hiện tượng suy giảm quang thông do nhiều nguyên nhân nhưng trong thiết kế chiếu sáng người ta chỉ xét đến 2 nguyên nhân chủ yếu sau : Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 52 + Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng: Hiện tượng này được đặc trưng bằng hệ số V1 và có thể được nhà chế tạo cung cấp. Tuy nhiên nếu nhà chế tạo không cho thì V1 có thể xác định theo bảng sau : Hệ số V1 Thời gian sử dụng thực tế của đèn Sodium cao áp Đèn ống huỳnh quang Bóng huỳnh quang Sodium thấp áp 3000 h 0,95 0,90 0,85 0,85 6000 h 0,90 0,85 0,80 0,8 9000 h 0,85 0,80 0,75 + Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không khí : Hiện tượng này đặc trưng bằng hệ số V2 và được xác định theo điều kiện môi trường nơi lắp đặt đèn như bảng sau : Hệ số V2 Kiểu bộ đèn Loại môi trường Không có chụp Có chụp Bị ô nhiễm 0,65 0,70 Không ô nhiễm 0,90 0,95 Như vậy ta tính được V = V1.V2 = quang thông sau 1 năm/quang thông ban đầu. 2. Hệ số phản quang : Tính chất phản xạ của các bộ đèn thường là phản xạ khuyếch tán hỗn hợp với giá trị < 1. Theo quy định của TCVN5828-1994 đối với đèn đường phố thì hệ số phản quang phải ≥0,8 và sau 6000 giờ sử dụng thì hệ số phản quang phải còn ≥ 90% so với ban đầu. 3. Đường cong trắc quang : Ta biết rằng một bộ đèn chiếu sáng phát xạ cường độ sáng ra không gian xung quanh nó. Lấy tâm đèn làm gốc toạ độ cực thì đầu mút các vectơ cường độ sáng sẽ vạch nên một mặt cong xung quanh gốc toạ độ. Nếu ta dùng một mặt phẳng cắt qua trục thẳng đứng đi qua tâm đèn thì đường cong giao giữa mặt cong cường độ sáng và mặt phẳng này được gọi là đường cong trắc quang. Tập hợp các đường cong trắc quang trên nhiều mặt phẳng cắt xoay quanh trục đèn thì tạo thành họ đường cong trắc quang (hình 4.6). Theo quy định của Uỷ ban kỹ thuật chiếu sáng quốc tế CIE thì đường cong trắc quang phải được lập nên bởi nguồn sáng 1000lm đặt tại tâm của bộ đèn. Trong địa lý ta đã biết: để xác định một điểm nào đó trên mặt cầu ta phải xác định qua 2 toạ độ (góc kinh tuyến γ, góc vĩ tuyến ϕ). Ứng dụng vào trong kỹ thuật chiếu sáng, để xác định cường độ sáng tại một điểm nào đó ta phải dùng 3 toạ độ (I, γ, ϕ) do mặt cong này không tròn xoay nên có thêm thành phần thứ ba là I. Có một số điểm khác với quả địa cầu thể hiện qua cách xây dựng toạ độ như sau : Lấy tâm đèn làm tâm, vạch các đường tròn đồng tâm ứng với giá trị cường độ sáng bằng nhau (trên hình 4.6 là các giá trị từ 90-270cd). Tiếp tục vạch các đường thẳng từ tâm ra ứng với các góc kinh tuyến (trên hình 4.7 là 00-900). Góc vĩ tuyến Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 53 được thể hiện bằng cách ghi giá trị góc ϕ bên cạnh đường cong trắc quang tương ứng với góc vĩ tuyến. Đối với bộ đèn không đối xứng thì hình dáng đường cong trắc quang phụ thuộc vào vị trí mặt phẳng cắt so với kinh tuyến gốc, tức phụ thuộc vào góc vĩ tuyến ϕ. Kinh tuyến gốc ứng với ϕ=0 quy ước là phương vuông góc với trục đèn. Khi đó cứ mỗi giá trị của ϕ ta lại có một đường cong trắc quang khác nhau. Với loại đèn này nhà chế tạo thường cho 3 đường cong trắc quang cơ bản : một đường cong dọc trục đèn và hai nửa đường cong có Imax. Đặc trưng cho loại đèn này có : đèn tuyp, đèn đường phố, Ví dụ trên hình 4.7 là họ đường cong trắc quang của bộ đèn chiếu sáng đường phố điển hình gồm 4 đường cong trắc quang : một đường theo phương vuông góc trục đèn (ϕ=00 và ϕ=1800 cùng mặt phẳng), một đường theo phương trục đèn (ϕ=900 và ϕ=2700 cùng mặt phẳng), hai nửa đường có Imax (ϕ=150 và ϕ=1650 khác mặt phẳng). Thực ra để cho chính xác cần cắt nhiều mặt phẳng hơn nữa, khi đó tuy các đường cong trắc quang khác nhau nhưng tất cả chúng đều có 2 điểm cố định là tâm đèn và điểm có ϕ=00. Nói chung với đèn đường phố chỉ cần 3 đường trắc quang cơ bản là ta có thể hình dung sự phân bố cường độ sáng trong không gian. Đối với bộ đèn đối xứng thì mọi mặt cắt theo đường kinh tuyến đều cho cùng dạng đường cong trắc quang nên chỉ cần 1 mặt cắt là ta biết được phân bố cường độ sáng trong không gian nên góc vĩ tuyến ϕ không cần thiết. Đặc trưng cho loại đèn này có : đèn sợi đốt, đèn compact, bộ đèn dùng nguồn sáng điểm, Căn cứ vào đường cong trắc quang, bộ đèn có thể được phân thành 7 loại khác nhau. Tuy nhiên với hệ thống chiếu sáng đường phố nó được phân thành 3 loại cơ bản là loại phân bố ánh sáng hẹp, phân bố ánh sáng rộng và phân bố ánh sáng bán rộng. Bộ đèn phân bố ánh sáng hẹp là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-650, loại ánh sáng bán rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-750, còn loại ánh sáng rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 0-trên 750 (trong đó Imax là tập hợp các vectơ cường độ sáng cực đại trên mọi mặt 270 225 180 135 90 Cd/1000lm 900 750 600 450 300 150 00 ϕ=900/2700 Hình 4.7_ Họ đường cong trắc quang của đèn chiếu sáng đường phố ϕ=150/1650 Imax ϕ=00/1800 Imax Hình 4.6_ Cách xây dựng đường cong trắc quang Đèn 2 trục đối xứng Đèn 1 trục đối xứng Mặt phẳng kinh tuyến Góc vĩ tuyến ϕ Đường kinh tuyến γ Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 54 phẳng kinh tuyến của bộ đèn). Theo TCXDVN259 :2001 hệ thống chiếu sáng đường phải dùng đèn ánh sáng bán rộng để hạn chế chói loá, riêng các loại đường nhỏ, tốc độ phương tiện thấp thì có thể dùng đèn ánh sáng rộng. Bất kỳ loại đèn chiếu sáng đường phố nào trước khi đưa vào sử dụng đều phải có lý lịch kèm theo, trong đó bắt buộc phải có đường cong trắc quang do nhà chế tạo cung cấp, nó được xem như “chứng minh thư” chứng nhận chất lượng của bộ đèn. Việc xây dựng đường cong trắc quang là công việc phức tạp, đòi hỏi nhà sản xuất phải có các thiết bị đo đạc kỹ thuật cao và thể hiện trình độ cũng như năng lực của nhà sản xuất. Đường cong trắc quang của bộ đèn được thiết lập với nguồn sáng có quang thông 1000lm nên để xác định cường độ sáng của bộ đèn này khi sử dụng nguồn sáng có quang thông bất kỳ Φ ta phải quy đổi theo công thức ( ) ( )1000 .1000I Iγ γΦ Φ= 4. Hiệu suất của bộ đèn : Hiệu suất bộ đèn là tỉ số giữa quang thông phát ra của bộ đèn và quang thông của nguồn sáng. Giá trị hiệu suất này thường dao động trong khoảng từ 0,5-0,9 do vật liệu chế tạo chế tạo bộ đèn thường hấp thụ một lượng quang thông nhất định của nguồn sáng. Theo quy định tại Quyết định số 13/2008/QĐ-BCT thì đèn chiếu sáng đường phố phải có hiệu suất ≥ 0,7 mới được gọi là đèn tiết kiệm năng lượng. Hiệu suất có thể do nhà chế tạo xác định hoặc có thể tính toán theo đường cong trắc quang như dưới đây. a) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng điểm : Sử dụng phương pháp tích phân số trên đường cong trắc quang sẽ tính được hiệu suất khá chính xác. Ví dụ trên hình 4.8 ta chia toàn bộ không gian xung quanh đèn thành 2 vùng ứng với 2 nửa bán cầu trên và dưới. Với nửa bán cầu dưới ta lại lần lượt chia không gian thành các hình nón có góc khối π/6, 2π/6, 6π/6 (Sr). Tiếp theo ta tính quang thông F’1 phát ra bởi bộ đèn 1000lm trong vùng bán cầu dưới theo phương pháp sau : Xét hình nón thứ nhất ứng với góc khối π/6 có góc kinh tuyến γ=16,60, tra đường cong trắc quang ứng với γ ta tìm được Iγ tương ứng. Tiếp tục xét góc khối π/6 nằm giữa hình nón thứ nhất và thứ 2 (tức hiệu góc khối 2π/6 -π/6) có có góc kinh tuyến γ=290 ta cũng tra đường cong trắc quang được Iγ, quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi hết nửa bán cầu dưới và quá trình đó được tóm tắt như bảng sau : Vùng không gian Góc kinh tuyến (γ0) Cường độ sáng Quang thông Bán cầu dưới 16,6 29 37,5 44,9 51,3 57,2 I1 I2 I3 I4 I5 I6 F’2 6 π Hình 4.8_ Xác định hiệu suất của bộ đèn γ0 O 2 6 π 6 6 π F’1 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 55 62,7 68 73 78 82,8 87,6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 12 ' 1 16 k k F Iπ = = ∑ Bán cầu trên 93,2 99,6 106,1 112,9 120 127,7 136,2 146,4 160,8 I13 I14 I15 I16 I17 I18 I19 I20 I21 21 ' 2 13 2 9 kk F Iπ = = ∑ Thực ra ta càng chia nhỏ không gian thì kết quả càng chính xác, nhưng với phép chia thành các góc khối π/6 nói trên đã có độ chính xác đủ dùng trong chiếu sáng đường phố. Đối với vùng bán cầu trên, do cường độ sáng bé nên không gian được chia thành các góc khối lớn hơn là 2π/9 mà sai số vẫn cho phép và quá trình tính toán hoàn toàn tương tự như bán cầu dưới và xác định được quang thông F’2. Các bộ đèn chiếu sáng đường phố có choá phản xạ ánh sáng tốt thì có thể lấy gần đúng F’2 ≈ 0 Như vậy hiệu suất của bộ đèn là : ' ' 1 2 1000 F Fη += b) Tính hiệu suất của bộ đèn chiếu sáng bất kỳ : Trường hợp nguồn sáng không đối xứng, ví dụ đèn ống, thì rất khó xác định chính xác hiệu suất từ đường cong trắc quang. Thông thường nhà chế tạo cho giá trị hiệu suất trong lý lịch của đèn. Với loại đèn này nếu nhà chế tạo không cung cấp giá trị hiệu suất thì có thể xác định gần đúng bằng cách vẽ đường cong trắc quang trung bình từ 2 đường cong trắc quang cơ bản của bộ đèn (2 đường cong trắc quang qua 2 trục đối xứng), sau đó tính toán hiệu suất trên đường cong trắc quang trung bình như đối với nguồn sáng điểm. 5. Cấp bộ đèn : Hiệu suất của bộ đèn càng cao thì chứng tỏ bộ đèn sử dụng tốt quang thông của bóng đèn. Tuy nhiên không nên lạm dụng hệ số này vì đối với bộ đèn ngoài hiệu suất ta còn phải quan tâm đến sự phân bố ánh sáng có đúng mục đích không. Chẳng hạn nếu bộ đèn sử dụng tốt quang thông với hiệu suất cao nhưng phân bố ánh sáng không đúng mục đích (quang thông tập trung chủ yếu lên vỉa hè chẳng hạn) thì đó là một bộ đèn không có chất lượng. Như vậy đánh giá chất lượng bộ đèn chỉ căn cứ vào hiệu suất là chưa đủ mà phải xét đến sự phân bố ánh sáng nữa. Để có chỉ số đánh giá tổng hợp, Uỷ ban kỹ thuật chiếu sáng quốc tế (CIE) đã chia bộ đèn thành nhiều cấp khác nhau căn cứ vào tỷ lệ giữa quang thông chiếu trực tiếp xuống dưới và quang thông chiếu gián tiếp lên phía trên. Cấp bộ đèn có ý nghĩa rất lớn Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 56 trong chiêu sáng nghệ thuật, trang trí, công trình kiến trúc, khách sạn, nhà hát, vấn đề này cần tìm hiểu thêm trong tài liệu chuyên ngành. Với đèn chiếu sáng đường phố do quang thông chỉ chiếu trực tiếp xuống dưới nên cấp của bộ đèn không có ý nghĩa quan trọng nên khi thiết kế ta cũng chỉ quan tâm đến hiệu suất là đủ. 6. Hệ số sử dụng của bộ đèn: Xét một diện tích S được chiếu sáng bởi một bộ đèn có quang thông tổng phát ra là Φ, gọi ΦS là quang thông do đèn chiếu đến mặt S (quang thông hữu ích). Như vậy lượng quang thông Φ-ΦS không chiếu đến mặt S nên phần quang thông này là quang thông vô ích. Trên cơ sở này người ta đưa ra hệ số sử dụng K của bộ đèn và được định nghĩa bằng tỉ số giữa quang thông hữu ích với tổng quang thông do đèn phát ra K= ΦS/Φ. Đối với hệ thống chiếu sáng đường phố thì lòng đường chính là diện tích hữu ích S cần chiếu sáng, do đó tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng sẽ khác nhau mặc dù cùng một loại đèn. Ví dụ trên hình 4.9 hình chiếu của đèn có thể ở dưới lòng đường hoặc ở trên vỉa hè, khi đó hệ số sử dụng trong 2 trường hợp này sẽ khác nhau. Vỉa hè Lòng đường h l1 l2 l Vỉa hè Lòng đường h l l1 l2 Hình 4.9_Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng α β2 β1 α β2 β1 Quang thông tổng Φ Quang thông tổng Φ Quang thông hữu ích ΦS Quang thông hữu ích ΦS a) b) 2l h 1 l h k1 k2 3 2 1 0 1 2 3 4 5 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Hình 4.10_Đường cong hệ số sử dụng k1 và k2 của bộ đèn chiếu sáng đường Đèn Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 57 Để tính toán hệ số sử dụng một cách tổng quát ta xét các góc nhị diện tạo bởi các mặt phẳng sau : + Mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm đèn và song song với đường, ký hiệu α + Hai mặt phẳng song song với đường, đi qua tâm đèn và chứa các chùm tia sáng cắt lề đường, ký hiệu β1 và β2. Góc nhị diện (α, β1) gọi là góc nhị diện trước và (α, β2) gọi là góc nhị diện sau. Nhìn vào hình vẽ ta thấy hệ số sử dụng của đèn phụ thuộc vào độ lớn của các góc nhị diện này, tức phụ thuộc vào tỷ số l1/h và l2/h. Do vậy nhà chế tạo thường cho trước các đường cong k1 = f(l1/h) và k2 = f(l2/h) tương ứng gọi là các hệ số sử dụng trước và hệ số sử dụng sau (hình 4.10). Tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng tổng hợp k sẽ khác nhau. Ví dụ hình 4.11a (hình chiếu đèn nằm dưới lòng đường) ta có k = k1A + k2A nhưng hình 4.11b (hình chiếu đèn nằm trên vỉa hè) ta có k = k1 A- k1B. Ngoài ra còn có rất nhiều hình thức bố trí đèn khác nhau như bố trí 2 bên đường, bố trí 2 đèn trên dải phân cách, bố trí sole, mà mỗi một cách đều có phương pháp xác định hệ số sử dụng riêng biệt (xem thêm phần cuối tập bài giảng này). Trong thực tế thiết kế nếu nhà chế tạo không cho các đường cong hệ số sử dụng thì TCXDVN259 :2001 cho phép tính gần đúng với giả thiết hai đường cong k1 và k2 đối xứng nhau và giá trị của chúng được tra theo bảng sau : Hệ số k1 và k2 l/h Bóng đèn 0.5 1 1,5 Sodium áp suất thấp 0,15 0,25 0,30 Bóng đèn mờ 0,20 0,25 0,40 Bóng đèn trong 0,25 0,40 0,45 Các giá trị không có trong bảng thì dùng phương pháp nội suy tuyến tính để xác định. 7. Góc bảo vệ Góc bảo vệ β của bộ đèn là góc hợp bởi đường thẳng nằm ngang đi qua tim bóng đèn và đường thẳng nối tim đèn đến mép miệng mở của choá đèn. Gọi R là bán kính choá đèn, r là bán kính bóng đèn và h là chiều cao tính từ miệng mở Vỉa hè Lòng đường K2 K1 K1A K2A k=k1A + k2A Vỉa hè Lòng đường K2 K1 K1A K1B k=k1A - k1B k Hình 4.11_ Xác định hệ số sử dụng tổng hợp a) b) Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 58 của choá đèn đến tim bóng thì đèn ta có công thức tính góc bảo vệ : htg R r β = + Góc bảo vệ β cùng với chiều cao treo đèn là hai thông số có ảnh hưởng tới hiện tượng chói loá, do đó trong quy định của nhà nước ứng với mỗi giá trị của β có một độ cao treo đèn nhất định. 4.6. Phân loại các bộ đèn chiếu sáng công cộng: Bộ đèn nói chung có nhiều phương pháp phân loại tuỳ vào mục đích nghiên cứu. Với bộ đèn trong nhà, cách phân loại phổ biến là căn cứ vào phương pháp phân bố quang thông của nguồn sáng, tức là so sánh tỉ lệ giữa quang thông chiếu lên phía trên và quang thông chiếu xuống phía dưới để phân thành 5 loại cơ bản : chiếu trực tiếp (>90% quang thông xuống dưới); bán trực tiếp (60-90% quang thông xuống dưới); hỗn hợp (40-60% quang thông xuống dưới); bán gián tiếp (60-90% quang thông lên trên); gián tiếp (> 90% quang thông lên trên). Với đèn chiếu sáng công cộng do độ chói của bộ đèn là một trong những tiêu chí để đánh giá chất lượng của hệ thống chiếu sáng, do đó người ta căn cứ vào phương của Imax trên đuờng cong trắc quang làm căn cứ để phân loại như sau : + Bộ đèn chiếu sáng hẹp : là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng 0-650. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này có khả năng hạn chế chói loá rất tốt nhưng nó lại làm giảm độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên ít được dùng. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp sâu. + Bộ đèn chiếu sáng bán rộng : là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng 0-750. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này cũng có khả năng hạn chế chói loá, đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường nên nó được dùng phổ biến. Tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cũng quy định đối với dường giao thông thì phải dùng loại đèn này. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp vừa. + Bộ đèn chiếu sáng rộng : là bộ đèn có Imax nằm trong khoảng 0-trên 750. Sự phân bố ánh sáng của bộ đèn này gây ra chói loá cho người lái xe nhưng khả năng đảm bảo độ đồng đều.của độ rọi trên mặt đường tốt. Phạm vi sử dụng là các đuờng đi bộ, đường dân cư, đường có ít phương tiện qua lại,. Bộ đèn này còn có tên gọi khác là bộ đèn kiểu chụp rộng. Lưu ý {Imax} là tập hợp các vectơ cường độ sáng cực đại trên mọi mặt phẳng kinh tuyến của bộ đèn. h R r β Hình 4.12 Góc bảo vệ của bộ đèn Tim đèn Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 59 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 5.1. Sơ lược về lịch sử các phương pháp, trình tự thiết kế: Thiết kế hệ thống chiếu sáng công cộng thực chất là một chuyên ngành hẹp của chiếu sáng nhân tạo ngoài nhà. Trải qua thời gian, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phương pháp và nội dung thiết kế có những biến đổi nhất định. Các thiết bị chiếu sáng ngày càng hiện đại, phương pháp tính toán và thiết kế ngày càng hoàn thiện và chính xác, yêu cầu về chất lượng chiếu sáng ngày càng cao hơn. Trước đây khi mới phát minh ra đèn điện thì hệ thống chiếu sáng chỉ nhằm mục đích là đẩy lùi bóng tối, chính vì vậy phương pháp thết kế lúc đó chỉ đơn giản dựa trên tiêu chí độ rọi của nguồn sáng xuống mặt đường. Khoa học - kỹ thuật ngày càng phát triển, đường phố ngày càng chất lượng, tốc độ lưu thông của phương tiện càng lớn, cuộc sống ngày càng hối hả, tất cả những vấn đề nêu trên đều đặt ra thách thức đối với thiết kế chiếu sáng bằng phương pháp độ rọi vì nó không còn đảm bảo an toàn giao thông. Đây chính là tiền đề để CIE đưa ra phương pháp tỉ số R vào năm 1965. Phương pháp này có xét tới độ chói trung bình, hệ số phản xạ của mặt đuờng, độ tương phản của ánh sáng trong t