Các đại lượng kỹ thuật cơ bản trong chiếu sáng

Những số liệu sau đây nói lên vai trò của chiếu sáng quan trọng của chiếu sáng trong xí nghiệp công nghiệp. Người ta đã tính rằng ở xí nghiệp dệt, nếu độ rọi tăng 1,5 lần thì thời gian để làm các thao tác chủ yếu sẽ giảm 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, hại sức khoẻ, kết quả là gây ra hàng loạt phế phẩm và năng suất lao động giảm sút… Đó là chưa kể đến nhưng công việc không thể làm được nếu không đủ ánh sáng hoặc ánh sáng không giống ánh sáng tự nhiên.

Chẳng hạn công tác ở bộ phận kiểm tra chất lượng máy, nhuộm mầu và sắp chữ in…

Vì thế vấn đề chiếu sáng đã được chú ý nghiên cứu trên nhiều lĩnh vựch đi sâu như: nghiên cứu về ngồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, chiếu sáng nhà ở, chiếu sáng côngtrình nghệ thuật văn hoá v.v…

Trong chương này chỉ đề cập đến những vấn đề cơ bản nhất trong chiếu sáng công nghiệp mà thôi.

12.1.1. Phân loại và các hình thức chiếu sáng

a. Chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng hỗn hợp

Việc chọn các hệ thống chiếu sáng điện công nghiệp (nguồn sáng sử dụng, thể loại vật chiếu sáng) cần phải thích hợp với những điều kiện rất thay đổi (khác nhau) của môi trường xung quanh. Cho nên người ta phân ra các hình thức chiếu sáng khác nhau cho phù hợp với từng loại hình cụ thể.

Chiếu sáng chung: hình thức chiếu sáng tạo nên độ rọi đồng đều trên toàn bộ điện tích sản xuất của phân xưởng. ở hình thức này thôgn thường các đèn được treo cao trên trần nhà theo một qui luật nào đó (HV). để tạo ra độ rọi đồng đều trong phân xưởng.

Chiếu sáng cục bộ:

Chiếu sáng hỗn hợp:

b. Chiếu sáng sự cố

c. Chiếu sáng trong nhà, chiếu sáng ngoài trời:

12.1.2. Bóng đèn và chao đèn a. Bóng đèn:

b. Chao đèn:

Hai dòng đèn cơ bản được sử dụng: Đèn sợi đốt và Đèn huỳnh quang (ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng).

12.2. Các đại lượng kỹ thuật cơ bản trong chiếu sáng

Chúng ta đều biết răng ánh sáng là những bức xạ điện từ, tuy nhiên chỉ có những bức xạ điện từ có dải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm (1nm = 10^-9m) mới gây nên tác dụng nhìn thấy ở mắt người. Các bức xạ trong dải bước sóng này sẽ có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc mắt và gây ra cảm giác nhìn thấy ở mắt người. Và được gọi là “ánh sáng”. Trong dải bức xạ này tương ừng với các bước sóng khác nhau sẽ tạo ra các mầu sắc khác nhau:

Hình 11.1 - Phổ nhìn thấy ở mắt người

Trong phổ nhìn thấy của mắt người, thì mắt người lại có cảm giác nhậy cảm nhất với bức xạ có bước sóng 550 nm (tương ứng với mầu vàng chanh). Tức là mắt sẽ có cảm giác sáng nhất ở ánh sáng mầu vàng chanh.

Bằng thực nghiệm người ta đã xây dựng được đường cong độ nhậy của mắt (được cong được xây dựng và kiểm tra với một số đông người mắt tốt).

a. Độ nhậy tương đối

Định nghĩa: Độ nhậy tương đối của mắt Vλ với ánh sáng bước sóng λ là tỷ số giữa công suất bức xạ bước sóng 550 nm với công suất bức xạ bước sóng λ, cần thiết để có được cảm giác về độ sáng như nhau của mắt”

λ

λ P

V = P⁵⁵⁰

V_λ ≤ 1 ; V550 = 1

Hình 11.2 - Độ nhạy tương đối của các ánh sáng đơn sắc

b. Quang thông F

Thông thường các nguồn sáng đều bức xạ ra với các ánh sáng có bước sóng khác nhau có thể từ 0 → ∞ và tỷ lệ phân bổ các bước sóng cũng khác nhau,

chính vì thế, để đánh giá độ sáng của một nguồn sáng người ta đưa ra khái niệm về quang thông. Quang thông thực chất là phần công suất được qui đổi về bức xạ mầu vàng chanh (bước sóng 550 nm) của nguồn sáng và được xác định bằng biểu thức sau:

( ) ( )

∫

∞

=

0

λ λ λ P d V

F

Trong đó: V(λ) - độ nhậy của mắt theo λ.

P(λ) - hàm phân bố năng lượng bức xạ theo λ. (phân bố công suất theo λ).

F - được gọi là quang thông của nguồn sáng.

Định nghĩa: Quang thông đặc trưng cho độ lớn của thông lượng hữu ích (công suất hữu ích) của nguồn sáng qui về ánh sáng mầu vàng chanh.

+ Đơn vị đo của quang thông là lumen viết tắt là: lm

( )

^{ml W}

680

1 = 1 của bức xạ vàng chanh.

c. Góc khối: dω

“ Là phần không gian hình nón có đỉnh nằm tại tâm của nguồn sáng và có đường sinh tựa trên chu vi của mặt được chiếu sáng”.

Hình 11.3 – Góc khối dω

+ Đơn vị đo của góc khối là Steradian viết tắt là st.

+ Góc khối 1 st là góc khối có đỉnh tại tâm một mặt cầu tưởng tượng chắn trên mặt cầu đó một diện tích bằng bình phương bán kính của mặt cầu đó.

d) Cường độ sáng: I_α

Ta thấy rằng quan thông của nguồn sáng phát ra theo các hướng trong không gian thường là không đồng đều (do các nguồn sáng thường là không đối xứng).

Vì vậy người ta đưa ra một đại lượng đặc trưng cho sự phân bố quang thông nhiều hay ít theo các hướng khác nhau của nguồn sáng.

Định nghĩa: “Cường độ sáng của nguồn sáng theo một phương nào đó, là lượng quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phương ấy”.

ω^α

α d

I = dF

+ Đơn vị đo là candera viết tắt là cd (1 candera = 1 steradian / 1 lumen) e. Đường cong phân bố cường độ sáng của đèn

Để thận tiện cho thiết kế chiếu sáng, thông thường các nhà chế tạo bóng đèn thường đưa ra các biểu đồ phân bố cường độ sáng theo các hướng khác nhau trong không gian. Tuy nhiên cùng một kiểu đèn lại được thiết kế vời nhiều kích cỡ về công suất khác nhau mặc dù chúng vẫn cùng một có một qui luật phân bố cường độ sáng. Chính vì vậy các tài liệu thiết kế chiếu sáng lại xây dựng biểu đồ chiếu sáng của đèn qui ước có quang thông là 1000 lm cho các kiểu loại đèn.

Hình 11.4 – Đường cong phân bố cường độ sáng của đèn

g) Độ rọi: E

Để đánh giá độ chiếu sáng của một nguồn sáng lên một bề mặt của một vật bất kỳ, người ta đưa ra khái niệm về độ rọi. Thực chất là lượng quan thông (mật độ quang thông trên bề mặt của một vật).

Định nghĩa: “Độ rọi của một mặt là phần quang thông đến trên một đơn vị diện tích của mặt đó”.

dS E= dF

Đơn vị của độ rọi là (lux) viết tắt là lx.

) m ( 1

) lm ( ) 1 lx (

1 = ₂

g) Tính chất quang học của vật

Năng lượng bức xạ đi đến bề mặt của vật được chiếu sáng sẽ gồm ba phần:

+ Phần bị vật phản xạ lại;

+ Phần bị vật hấp thu

+ Phần khác sẽ đi xuyên qua vật.

Với các loại vật chất khác nhau tỷ lệ này sẽ khác nhau, mặc dù tổng các bức xạ này vẫn không đổi theo định luật bảo toàn năng lượng.

τ ρ

α W W

W

W= + +

Trong đó: W - năng lượng chiếu tới vật.

Wα - năng lượng bị vật hấp thụ.

W_ρ - năng lượng bị vật phản xạ lại.

W_τ - năng lượng đi xuyên qua vật.

Để đánh giá tính chất quang học khác nhau của vật. Người ta đưa ra các hệ số được đánh giá bằng tỷ số giữa các năng lượng và tổng năng lượng nhận được từ vật.

Hệ số hấp thụ:

W W_α α = Hệ số phản xạ:

W W_ρ ρ= Hệ số xuyên qua :

W W_τ τ =

Các hệ số trên có liên hệ với nhau thông qua hệ thức sau: α+ρ+τ =1 h) Độ rọi tiêu chuẩn: Etc

Căn cứ vào tính chất công việc, vào điều kiện đảm bảo sức khoẻ của công nhân, vào khả năng cung cấp điện của mỗi nước → Ban bố những tiêu chuẩn về độ rọi tiêu chuẩn cho các loại hình công việc khác nhau (Bảng 10-3; 10-4) là tiêu chuẩn độ rọi của nước ta.

Khi thiết kế cần phải căn cứ vào các tiêu chuẩn đó để tính toán.

Trong thực tế vận hành xuất hiện bụi, bồ hóng, khói … có thể bám vào bóng đèn, làm giảm quang thông của đèn. Vì vậy khi thiết kế chiếu sáng cần phải tăng thêm tiêu chuẩn độ rọi bằng cách nhân nó với các hệ số dự trữ.

12.3. Thiết kế chiếu sáng

Trong tài liệu Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp (Trang 186-190)