Phần I: Kiến thức cơ bản
Ánh sáng luôn là một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Từ thời sơ khai của văn minh, con người đã dùng lửa để tạo ra ánh sáng. Trên thực tế, lửa có nhiều nhiệt năng hơn ánh sáng. Đến thế kỷ 21, chúng ta vẫn sử dụng nguyên tắc đó để tạo ra ánh sáng và nhiệt qua các loại đèn. Trong vài thập kỷ gần đây, công nghệ chiếu sáng đã tiến bộ đáng kể và trở nên phức tạp hơn. Tuy nhiên, một hệ thống chiếu sáng tốt vẫn giúp tiết kiệm năng lượng và tăng độ sáng. Việc sử dụng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp thay thế đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng có thể giảm chi phí và tăng độ sáng. Việc lắp đặt thiết bị điều khiển quang điện và hệ thống quản lý năng lượng cũng mang lại hiệu suất tiết kiệm đáng kể. Tuy nhiên, không chỉ có hiệu suất cao là yếu tố quan trọng trong hệ thống chiếu sáng.
1. Lý thuyết về ánh sáng
Ánh sáng chỉ là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ trong không gian. Loại sóng này có tần suất và chiều dài khác nhau, giúp chúng ta phân biệt ánh sáng với các loại năng lượng khác trên quang phổ điện từ. Ánh sáng được phát ra từ các vật thể do các hiện tượng như: nóng sáng, phóng điện, phát quang điện, và phát sáng quang điện.
Như bạn có thể thấy trên dải quang phổ điện từ, ánh sáng nhìn thấy được là một dải băng hẹp nằm giữa ánh sáng tia cực tím và năng lượng hồng ngoại. Ánh sáng này có khả năng kích thích võng mạc của mắt, gọi là khả năng nhìn. Để có thể quan sát, cần có mắt hoạt động bình thường và ánh sáng nhìn thấy được.
2. Các thuật ngữ trong chiếu sáng
- Lumen: Đơn vị quang thông; tổng lượng ánh sáng phát ra trong một góc nhất định từ một nguồn ánh sáng với cường độ sáng đồng đều.
- Hiệu suất tải lắp đặt: Độ chiếu sáng trung bình do một đơn vị công suất cung cấp trên một mặt phẳng làm việc.
- Hệ số hiệu suất tải lắp đặt: Tỷ số giữa hiệu suất tải mục tiêu và tải lắp đặt.
- Nguồn phát sáng: Bộ đèn hoàn chỉnh với các bộ phận để phân phối, định vị, và bảo vệ đèn, nối đèn với nguồn điện.
- Lux: Đơn vị đo độ chiếu sáng trên một bề mặt.
- Độ cao lắp đặt: Độ cao của đèn so với mặt phẳng làm việc.
- Hiệu suất phát sáng danh nghĩa: Tỷ số giữa công suất lumen danh nghĩa của đèn và tiêu thụ điện danh nghĩa.
- Chỉ số phòng: Hệ số quan hệ giữa các kích thước của phòng và độ cao giữa mặt làm việc và mặt của đồ đạc.
- Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị của hiệu suất tải lắp đặt được coi là có thể đạt được với hiệu suất cao nhất.
- Hệ số sử dụng (UF): Tỷ lệ quang thông được phát ra tới mặt làm việc.
Quang thông và cường độ sáng:
Đơn vị quốc tế của cường độ sáng là Candela (cd). Một lumen tương đương với quang thông chiếu sáng trên mỗi mét vuông của một hình cầu có bán kính một mét và nguồn phát ánh sáng đất hướng 1 Candela. Đường kính của hình cầu có bán kính r là 4πr², vì vậy tổng quang thông từ một nguồn ánh sáng đẳng hướng có cường độ I được tính theo công thức:
Quang thông (lm) = 4π × cường độ sáng (cd)
Sự khác biệt giữa lux và lumen phụ thuộc vào diện tích mà quang thông trải ra. 1000 lumen tập trung tại một diện tích một mét vuông tạo ra độ chiếu sáng 1000 lux. 1000 lumen trải đều trên diện tích mười mét vuông sẽ tạo ra độ chiếu sáng 100 lux.
Định luật tỷ lệ nghịch với bình phương xác định quan hệ giữa cường độ sáng từ một nguồn và khoảng cách. Cường độ ánh sáng trên mỗi đơn vị diện tích tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách tính từ nguồn.
E = I / d²
Trong đó E là độ chiếu sáng, I là cường độ sáng, và d là khoảng cách. Một cách viết khác của công thức này là E1 d1² = E2 d2²
Phần II: Các loại hệ thống chiếu sáng
Phần này sẽ mô tả các loại và thành phần của nhiều hệ thống chiếu sáng khác nhau.
1. Đèn sợi đốt (GLS)
Đèn sợi đốt hoạt động như một “vật thể xám” phát ra ánh sáng trong khoảng có thể nhìn thấy. Bóng đèn này có một phần chân không hoặc được nạp khí. Mặc dù phần này ngăn chặn sự oxi hóa của dây tóc đèn, nhưng nó không ngăn ngừa bay hơi. Vì vậy, bóng đèn sẽ bị tối dần do việc bay hơi của dây tóc. Nhờ phần nạp khí, tình trạng bay hơi được ngăn chặn và trọng lượng phân tử càng lớn thì hiệu quả càng cao. Đèn sợi đốt thông thường sử dụng hỗn hợp Argon và Nitơ với tỷ lệ 9/1 vì chi phí thấp. Kripton hoặc Xenon chỉ được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt.
2. Đèn Halogen-Vonfam
Đèn Halogen là loại đèn nóng sợi đốt. Đèn này có dây tóc bằng vonfam tương tự như đèn sợi đốt thông thường, nhưng được bơm đầy khí halogen.
3. Đèn huỳnh quang
Đèn huỳnh quang có hiệu suất cao hơn đèn sợi đốt tiêu chuẩn từ 3 đến 5 lần và tuổi thọ từ 10 đến 20 lần. Đèn này tạo ra bức xạ điện từ tại các bước sóng nhất định dựa trên thành phần cấu tạo hoá học và áp suất khí.
4. Đèn huỳnh quang compact
Đèn huỳnh quang compact là loại đèn nhỏ gọn mới xuất hiện trên thị trường. Đèn này cho phép thiết kế bộ đèn nhỏ hơn nhiều và cạnh tranh với các loại đèn thông thường và đèn hơi thủy ngân.
5. Đèn hơi Natri cao áp
Đèn hơi Natri cao áp (HPS) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng ngoài trời và công nghiệp. Đèn này có hiệu suất cao vì không yêu cầu độ hoàn màu cao.
6. Đèn hơi thủy ngân
Đèn hơi thủy ngân là loại đèn HID cổ điển. Đèn này có tuổi thọ cao và chi phí ban đầu thấp, nhưng hiệu suất kém và phát ra ánh sáng màu xanh yếu.
7. Đèn kết hợp
Đèn kết hợp kết hợp hai loại nguồn sáng, ống phóng thủy ngân và dây tóc Vonfam, trong một bóng đèn.
8. Đèn LED
Đèn LED là loại đèn mới nhất được sử dụng hiện nay. Đèn LED có tuổi thọ cao và tiết kiệm năng lượng.
Phần III: Thiết kế chiếu sáng
Thiết kế chiếu sáng là một quá trình quan trọng để đảm bảo hệ thống chiếu sáng hoạt động tốt. Mỗi bộ đèn sẽ được thiết kế để phù hợp với một tỷ lệ không gian so với chiều cao. Trong thiết kế hiện đại, tính tiết kiệm năng lượng và độ đồng đều là quan điểm chủ đạo. Một hệ thống chiếu sáng tốt đảm bảo độ đồng đều từ 1/3 đến 1/10 tuỳ thuộc vào loại công việc. Nguồn ánh sáng không nên chiếm quá nửa không gian gần tường.
Tổng hợp thông tin từ khóa học về kiến thức chung về chiếu sáng và các loại hệ thống chiếu sáng giúp bạn hiểu thêm về cách ánh sáng hoạt động và cách thiết kế hệ thống chiếu sáng tốt. Dnulib.edu.vn cung cấp nền tảng kiến thức về nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm chiếu sáng. Ghé thăm Dnulib để tìm hiểu thêm!
