Tài liệu Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng khu ii đại học cần thơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN ---oOo--- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG KHU-II ĐẠI HỌC CẦN THƠ CBHD: Ts. Trần Trung Tính SVTH: Trịnh Quốc Anh MSSV:1064050 Lớp: Kỹ Thuật Điện 1-K32 Tháng 12/2010 Trường Đại Học Cần Thơ Khoa Công Nghệ Bộ Môn: Kĩ Thuật Điện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc -------o0o-------Cần thơ, ngày 2/12/2010 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC: 2010-2011 1. Họ và tên sinh viên: Trịnh Quốc Anh MSSV:1064050 Lớp: Kĩ Thuật Điện - Khóa 32 2. Tên đề tài: Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng khu II- Đại Học Cần Thơ. 3. Địa điểm thực hiện: Bộ Môn Kĩ Thuật Điện-Khoa Công Nghệ-Trường Đại Học Cần Thơ. 4. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Trung tính. 5. Mục tiêu đề tài: Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho khu II- Đại Học Cần Thơ đảm bảo các yêu cầu về kĩ thuật, phục vụ tốt nhu cầu đi lại, sinh hoạt của cán bộ, sinh viên,...đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư, tiết kiệm năng lượng qua đó giảm chi phí vận hành hàng năm cho nhà trường. 6. Các nội dung chính của đề tài: Phần I: Cơ sở lý thuyết - Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng - Chương II: Lý thuyết chiếu sáng công cộng - Chương III: Xác định phụ tải và lựa chọn thiết bị - Chương IV: Giới thiệu và hướng dẫn phần mềm Ulysse - Chương V: Giải thuật tối ưu Phần II: Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng cho khu II-ĐHCT - Chương VI: Giới thiệu quy hoạch phát triển khu II-ĐHCT đến năm 2020 - Chương VII: Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho khu II- ĐHCT - Chương VIII: Dự trù kinh phí 7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Cán bộ hướng dẫn, số liệu và tà liệu tham khảo, kinh phí thực hiện. 8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 500,000 đồng (năm trăm ngàn đồng). Sinh viên thực hiện Trịnh Quốc Anh Ý kiến của bộ môn Cán bộ hướng dẫn TS. Trần Trung Tính Ý kiến của hội đồng LV và TLTN Trường Đại Học Cần Thơ Khoa Công Nghệ Bộ Môn: Kĩ Thuật Điện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc --------o0o-------- NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. 2. 3. 4. 5. Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Trung Tính Tên đề tài: Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng khu II- Đại Học Cần Thơ. Sinh viên thực hiện: Trịnh Quốc Anh Lớp: Kĩ Thuật Điện- Khóa 32 Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. b. Nhận xét về bản vẽ: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. c. Nhận xét về nội dung của luận văn: - Các công việc đã đạt được: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. - Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. e. Kết luận và đề nghị: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 6. Điểm đánh giá: Cần thơ, ngày.......tháng.......năm 2010 Cán bộ hướng dẫn Trần Trung Tính Trường Đại Học Cần Thơ Khoa Công Nghệ Bộ Môn: Kĩ Thuật Điện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc --------o0o-------- NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ phản biện: ThS. Đinh Mạnh Tiến ThS. Lê Vĩnh Trường 2. Tên đề tài: Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng khu II- Đại Học Cần Thơ. 3. Sinh viên thực hiện: Trịnh Quốc Anh 4. Lớp: Kĩ Thuật Điện- Khóa 32 5. Nội dung nhận xét: a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. b. Nhận xét về bản vẽ: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. c. Nhận xét về nội dung của luận văn: - Các công việc đã đạt được: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. - Những vấn đề còn hạn chế: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. e. Kết luận và đề nghị: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 6. Điểm đánh giá: Cần thơ, ngày.......tháng.......năm 2010 Cán bộ chấm phản biện Lời cảm tạ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã gặp rất nhiều khó khăn và trở ngại. Tuy nhiên với sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Trung Tính đã giúp em vượt qua những khó khăn đó. Thầy đã cung cấp cho em những kiến thức, những tài liệu hữu ích để em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Từ đó, em đã học được thêm nhiều kiến thức trong học tập, học hỏi được nhiều kinh nghiệm, đó sẽ là hành trang quan trọng giúp đỡ em rất nhiều trong cuộc sống. Em xin cảm ơn thầy Trần Trung Tính, thầy đã chia sẻ và giúp đỡ em rất nhiều những ngày qua. Em xin cảm ơn thầy!. Em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Kĩ Thuật Điện đã truyền đạt những kiến thức quý giá trong thời gian học tập cũng như trong thời gian làm em luận văn. Xin cảm ơn các anh Nguyễn Ngọc Đạt trưởng VPĐD Công Ty TNHH SX TM Thiết Bị Điện Trọng Tính vì đã tư vấn , giúp đỡ và cung cấp những thông tin bổ ích, những kinh nghiệm làm việc thực tế. Bên cạnh đó, xin cảm ơn các anh chị đã có kinh nghiệm làm việc, các bạn trong lớp Kĩ Thuật Điện vì đã giúp đỡ em rất nhiều để em có thể hoàn thành bài luận văn. Cảm ơn, cha mẹ và gia đình đã luôn ủng hộ con trong thời gian làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trịnh Quốc Anh SVTH: Trịnh Quốc Anh i Tóm tắt đề tài TÓM TẮT ĐỀ TÀI Với sự tăng trưởng khá nhanh của nền kinh tế kéo theo nhu cầu về điện tăng nhanh, trong khi các nhà máy điện không được xây dựng kịp thời làm cho sản lượng điện không đủ cung cấp cho nhu cầu phát triển của Việt Nam. Trước tình hình đó, Chính phủ đã chỉ đạo các ngành, địa phương chủ động tìm mọi biện pháp khắc phục tình trạng thiếu điện trong mọi lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực chiếu sáng công cộng. Trường Đại Học Cần Thơ (ĐHCT) là cơ sở đào tạo đại học và sau đại học trọng điểm của Nhà nước ở ĐBSCL, là trung tâm văn hóa - khoa học kỹ thuật của vùng, với hàng ngàn sinh viên, giảng viên tham gia học tập và nghiện cứu. Do đó nhu cầu đi lại và sinh hoạt của sinh viên và cán bộ là rất lớn, vì vậy mà đề tài "Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng cho Khu II- ĐHCT" là một đề tài quan trọng và cần thiết, có thể áp dụng vào việc xây dựng một hệ thống chiếu sáng đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật, vừa đảm bảo thực hiện đúng chỉ đạo của chính phủ về vấn đề tiết kiệm điện năng, phục vụ tốt cho nhu cầu học tập, sinh hoạt của cán bộ, sinh viên, học viên và người dân. Nôi dung của bài thiết kế gồm 8 chương, được chia làm các phần: - Phần I: Cơ sở lý thuyết Bao gồm các chương từ chương I đến chương V: giới thiệu khái quát phần lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế một hệ thống chiếu sáng. - Phần II: Thiết kế tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng cho khu II- ĐHCT Bao gồm các chương từ chương VI đến chương VIII: phần thiết kế tối ưu hệ thống chiếu sáng cho khu II- ĐHCT. - Kết luận: Tổng kết những nội dung đã làm được, thuận lợi và khó khăn Trong thời gian làm luận văn và liên hệ thực tế đã giúp em học hỏi được nhiều điều hay và nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Trần Trung Tính, thầy cô trong bộ môn Kĩ Thuật Điện , bạn bè..., tuy nhiên do là lần đầu tiên thực hiện một đề tài lớn nên còn hạn chế về kinh nghiệm nên bài luận văn không thể tránh những thiếu sót và hạn chế. Rất mong thầy hướng dẫn, các thầy cô trong bộ môn Điện và bạn đọc đóng góp ý kiến để bài luận văn có thể hoàn chỉnh hơn. SVTH: Trịnh Quốc Anh ii Mục lục MỤC LỤC Trang PHẦN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................... 1 CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG...... 2 1.1. Lịch sử chiếu sáng nhân tạo và vai trò của nó.................................................... 2 1.1.1. Lịch sử chiếu sáng nhân tạo.......................................................................... 2 1.1.2. Vai trò của chiếu sáng đô thị.........................................................................3 1.2. Các khái niệm cơ bản....................................................................................... 3 1.2.1. Bản chất của ánh sáng................................................................................ 3 1.2.2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục................................................ 4 1.2.3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch.................................................... 4 1.2.4. Một số hiện tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo ........................................................................................................................... 5 1.3. Các đại lượng đo ánh sáng và đơn vị................................................................ 7 1.3.1. Góc khối - Ω .............................................................................................. 7 1.3.2. Cường độ sáng - I ...................................................................................... 7 1.3.3. Quang thông -  ..................................................................................... 8 1.3.4. Độ chói - L ................................................................................................ 8 1.3.5. Độ rọi - E................................................................................................... 9 1.3.6. Độ trưng - M.............................................................................................. 9 1.3.7. Quang hiệu ................................................................................................ 9 1.3.8. Nhiệt độ màu ........................................................................................... 10 1.3.9. Độ hoàn màu............................................................................................ 11 1.4. Một số loại đèn chiếu sáng công cộng thông dụng ......................................... 11 1.4.1. Đèn hơi thủy ngân áp suất cao (HPM: High Pressure Mercucy) ............... 11 1.4.2. Đèn Metal Halide (còn gọi là đèn Halogen kim loại)................................ 12 1.4.3. Đèn hơi Natri áp suất cao (HPS: High Pressure Sodium) ......................... 13 1.4.4. Đèn hơi Natri áp suất thấp (LPS: Low Pressure Sodium) ......................... 14 1.4.5. Đèn phóng điện Xenon ............................................................................ 14 1.4.6. Bóng đèn nung sáng kiểu chân không hoặc áp suất khí trơ....................... 14 1.4.7. Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) ..................... 14 1.4.8. Đèn cảm ứng (đèn không điện cực).......................................................... 16 CHƯƠNG II. LÝ THUYẾT CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG ............................ 18 2.1. Lịch sử các phương pháp, trình tự thiết kế ..................................................... 18 2.2. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao ........................................................... 18 2.3. Các nguyên lý cơ bản..................................................................................... 19 2.3.1. Phương và vị trí quan sát của người lái xe................................................ 19 2.3.2. Độ chói mặt đường .................................................................................. 19 2.3.3. Độ đồng đều của độ chói mặt đường ........................................................ 20 2.3.4. Chỉ số chói lóa G của bộ đèn.................................................................... 20 SVTH: Trịnh Quốc Anh iii Mục lục 2.3.5. Hiệu quả dẫn hướng tại các vị trí đặc biệt ................................................ 21 2.4. Các cấp chiếu sáng ........................................................................................ 21 2.5. Phương pháp thiết kế (phương pháp tỉ số R) .................................................. 23 2.5.1. Chiều cao treo đèn ................................................................................... 23 2.5.2. Khoảng cách giữa các đèn........................................................................ 25 2.5.3. Công suất đèn .......................................................................................... 26 2.6. Kiểm tra độ tiện nghi ..................................................................................... 29 CHƯƠNG III. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ................. 30 3.1. Xác định công suất phụ tải ............................................................................. 30 3.1.1. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm ..................................................................................................................... 30 3.1.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ....................................................................................................................... 30 3.1.3. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ................ 31 3.1.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cựa đại k max và công suất trung bình Ptb ( còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq ).......................................... 31 3.2. Xác định lựa chọn dây dẫn............................................................................. 32 3.2.1. Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép U cp ..................... 32 3.2.2. Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện phát nóng cho phép I cp .................. 32 3.2.3. Lựa chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn quốc tế IEC......................................... 33 3.3. Kiểm tra độ sụt áp.......................................................................................... 33 CHƯƠNG IV. GIỚI THIỆU SỬ DỤNG PHẦN MỀM ULYSSE .................... 35 4.1. Giới thiệu phần mềm Ulysse .......................................................................... 35 4.2. Hướng dẫn thiết kế chiếu sáng bằng phần mềm Ulysse .................................. 35 4.2.1. Khởi động ................................................................................................ 35 4.2.2. Chọn phương án bố trí đèn....................................................................... 37 4.2.3. Chọn đèn và các thông số của đèn............................................................ 39 4.2.4. Xem kết quả và lập báo cáo ..................................................................... 41 CHƯƠNG V. GIẢI THUẬT TỐI ƯU ............................................................... 44 5.1. Tình hình sử dụng điện ở nước ta................................................................... 44 5.2. Các giải pháp tiết kiệm điện........................................................................... 44 5.2.1. Sử dụng nguồn điện hiệu suất cao ............................................................ 44 5.2.2. Sử dụng chấn lưu điện tử giảm tổn hao năng lượng.................................. 46 5.2.3. Sử dụng thiết bị hẹn giờ và bộ chuyển mạch ánh sáng khuyếch tán.......... 46 5.3. Bài toán tối ưu ............................................................................................... 46 PHẦN II. THIẾT KẾ TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO KHU II- ĐẠI HỌC CẦN THƠ ..................................................................................... 47 CHƯƠNG VI. GIỚI THIỆU QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN KHU II-ĐHCT ĐẾN NĂM 2020 ................................................................................................... 48 SVTH: Trịnh Quốc Anh iiii Mục lục 6.1. Giới thiệu chung về ĐHCT ............................................................................ 48 6.2. Quy hoạch phát triển khu II- ĐHCT đến năm 2020........................................ 48 6.3. Bản vẽ quy hoạch khu II- ĐHCT đến năm 2020 ............................................ 50 CHƯƠNG VII. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO KHU II-ĐẠI HỌC CẦN THƠ .................................................................................................. 51 7.1. Nhận xét tổng quan về địa điểm chiếu sáng ................................................... 51 7.2. Thiết kế chiếu sáng bằng phần mềm Ulysse và xác định phương án tối ưu..... 52 7.2.1. Thiết kế chiếu sáng cho nhóm 1 ............................................................... 52 7.2.2. Thiết kế chiếu sáng cho nhóm 2 ............................................................. 106 7.2.3. Thiết kế chiếu sáng cho nhóm 3 ............................................................. 124 7.2.4. Thiết kế chiếu sáng cho nhóm 4 ............................................................. 125 7.2.5. Thiết kế chiếu sáng cho nhóm 5 ............................................................. 126 7.3. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ............................................................. 127 7.3.1. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho nhóm 1.................................... 127 7.3.2. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho nhóm 2.................................... 130 7.3.3. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho nhóm 3.................................... 132 7.3.4. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho nhóm 4.................................... 134 7.3.5. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho nhóm 5.................................... 137 CHƯƠNG VIII. DỰ TOÁN CÔNG TRÌNH ................................................... 140 8.1. Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 1 ........................................................... 140 8.2. Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 2 ........................................................... 141 8.3. Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 3 ........................................................... 141 8.4. Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 4 ........................................................... 142 8.5. Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 5 ........................................................... 143 8.6. Dự trù kinh phí đầu tư cho hệ thống chiếu sáng ĐHCT................................ 143 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Trịnh Quốc Anh iiiii Mục lục MỤC LỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Thí nghiệm quang phổ liên tục................................................................. 4 Hình 1.2 Thí nghiệm quang phổ vạch ..................................................................... 5 Hình 1.3 Thí nghiệm phóng điện trong chất khí ...................................................... 6 Hình 1.4 Góc khối .................................................................................................. 7 Hình 1.5 Xác định cường độ sáng........................................................................... 8 Hình 1.1 Biểu đồ Kruithof .................................................................................... 10 Hình 1.2 Cấu tạo đèn hơi thủy ngân và giản đồ năng lượng ................................. 12 Hình 1.3 Cấu tạo và giản đồ năng lượng của đèn Sodium áp suất cao................... 13 Hình 1.4 Hình ảnh đèn Led................................................................................... 15 Hình 1.10 Một số loại đèn LVD ........................................................................... 17 Hình 2.1 Phạm vi qua sát của người lái xe ............................................................ 19 Hình 2.2 Độ chói thực tế của mặt đường............................................................... 20 Hình 2.3 Ô lưới tính toán...................................................................................... 20 Hình 2.4 Các thông số bố trí đèn........................................................................... 23 Hình 2.5 Bố trí đèn một bên đường....................................................................... 24 Hình 2.6 Bố trí đèn 2 bên sole .............................................................................. 24 Hình 2.7 Bố trí đèn 2 bên đối diện ........................................................................ 25 Hình 2.8 Bố trí đèn tại trục đường ........................................................................ 25 Hình 2.9 Phân loại kiểu đèn chiếu sáng ................................................................ 26 Hình 2.10 Cột đặt sát mép đường ......................................................................... 27 Hình 2.11 Cột đặt trên vỉa hè ................................................................................ 28 Hình 2.12 Cột đăt trên dãy phân cách ................................................................... 28 Hình 4.1 Khởi động một dự án chiếu sáng mới ..................................................... 36 Hình 4.2 Cửa sổ thiết kế của Ulysse ..................................................................... 36 Hình 4.3 Cửa sổ Assistant..................................................................................... 37 Hình 4.4 Phương án bố trí đèn .............................................................................. 38 Hình 4.5 Thẻ Luminaire Database ........................................................................ 39 Hình 4.6 Thẻ Lamp Database ............................................................................... 40 Hình 4.7 Thẻ Liminaire file .................................................................................. 40 Hình 4.8 Màn hình CAD của Ulysse..................................................................... 41 Hình 4.9 Kết quả dưới dạng bảng theo tọa độ lưới điểm ...................................... 42 Hình 4.10 Kết quả dạng lưới điểm trên màn hình CAD ........................................ 42 Hình 4.11 Trình bày kết quả dạnh báo cáo............................................................ 43 Bản vẽ nhóm 1 Bản vẽ nhóm 2 Bản vẽ nhóm 3 Bản vẽ nhóm 4 Bản vẽ nhóm 5 SVTH: Trịnh Quốc Anh BẢN VẼ A3 ivii Mục lục MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.3 Bảng 6.1 Bảng 6.2 Bảng 7.1 Bảng 7.2 Bảng 7.3 Bảng 7.4 Bảng 7.5 Bảng 8.1 Bảng 8.2 Bảng 8.3 Bảng 8.4 Bảng 8.5 Bảng 8.6 Trang Ví dụ về quang hiệu của một số nguồn sáng thông dụng ........................ 10 Phạm vi ứng dụng của các nhóm hoàn màu ........................................... 11 So sánh khả năng tiết kiệm điện của đèn LED và đèn Halogen .............. 16 So sánh khả năng tiết kiệm điện của đèn LVD và đèn Metal Halide ...... 17 Quy định về các cấp chiếu sáng ............................................................. 21 Quy định về độ chói và độ rọi................................................................ 22 Chiều cao treo đèn thông dụng .............................................................. 24 Các kiểu bộ đèn ..................................................................................... 25 Xác định khoảng cách đèn ..................................................................... 26 Độ rọi của một số mặt đường................................................................. 26 Hệ số già hóa theo thời gian................................................................... 29 Hệ số già hóa do bám bẩn...................................................................... 29 So sánh khả năng tiết kiệm điện của đèn LVD và đèn Metal Halide ...... 45 So sánh khả năng tiết kiệm điện của đèn LED và đèn Halogen .............. 45 Lượng điện tiết kiệm khi sử dụng chấn lưu điện tử ................................ 46 Tổng hợp quy hoạch sử dụng đất ........................................................... 49 Thống kê diện tích đất các khoa............................................................. 49 Dự toán chi phí vật tư phương án 1........................................................ 69 Dự toán chi phí vật tư phương án 2........................................................ 80 Dự toán chi phí vật tư phương án 3........................................................ 96 So sánh chi phí giữa 3 phương án .......................................................... 96 So sánh các thông số kĩ thuật giữa 3 phương án..................................... 97 Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 1.....................................................140 Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 2.....................................................141 Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 3.....................................................142 Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 4.....................................................142 Bảng tổng hợp chi phí vật tư nhóm 5.....................................................143 Dự trù kinh phí đầu tư cho hệ thống chiếu sáng ĐHCT.........................143 SVTH: Trịnh Quốc Anh vii Phần I: Cơ sở lý thuyết PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 1 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ KĨ THUẬT CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1.1. Lịch sử chiếu sáng nhân tạo và vai trò của nó 1.1.1. Lich sử chiếu sáng nhân tạo Từ thời kì sơ khai con người đã biết tạo ra ánh sáng từ lửa, tuy nhiên lúc đó con người dùng lửa với tư cách là nguồn nhiệt chứ không phải là nguồn sáng. Trải qua một thời kì dài của lịch sử, con người mới phát minh ra loại đèn thắp sáng bằng chất khí. Sau khi nhà hóa học người Áo K.Auer phát minh ra đèn măng sông chế tạo bằng chất chịu được nhiệt độ cực cao đã cho ánh sáng trắng khi đốt trong ngọn lửa chất khí thì đèn măng sông trở nên phổ biến ở khắp các thành phố lớn trên thế giới. Tuy nhiên vào cuối thế kỉ 19 người ta bắt đấu nhận thấy ưu điểm khi thắp sáng bằng điện. Người có công lớn nhất và là người đã đăng kí bản quyền phát minh đầu tiên về bóng đèn dây tóc vào năm 1878 là Thomas Edison - một nhà phát minh vĩ đại của Mĩ. Đêm 24/12/1879 Edison mời hàng trăm người thuộc đủ mọi thành phần trong xã hội ở NewYork tới dự bữa tiệc tại nhà ông nhằm quảng cáo sản phẩm đèn điện do ông chế tạo, tại đây ông đã cho thắp sáng hàng loạt bóng đèn ở tất cả các khu nhà ở xưởng máy, phòng thí nghiệm, sân vườn,…. Kết quả bữa tiệc đã giúp ông nhận được sự tài trợ của chính quyền địa phương trong đề án thắp sáng thành phố. Cuối cùng, đến 5h sáng ngày 04/09/1882 hàng trăm ngọn đèn trên các phố đồng loạt bật sáng làm cả một góc thành phố NewYork tràn ngập ánh sáng điện, đánh dấu thời khắc lịch sử ánh sáng điện chinh phục bóng đêm. Đây cũng được xem là thời điểm ra đời của nghành chiếu sáng đô thị. Tại Việt Nam trước đây, chiếu sáng đô thị được xây dưng trên cơ sở lưới đèn chiếu sáng công cộng được xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn dây tóc. Đến năm 1975, những ngọn đèn cao áp đầu tiên được lắp đặt tại khu vực quảng trường Ba Đình và lăng chủ tịch Hồ Chí Minh. Ngoài chiếu sáng đường phố, các loại chiếu sáng khác của đô thị như chiếu sáng công viên, vườn hoa, sân vận động…. hầu như chưa có gì. Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ nhất (04/1992) là một mốc khởi đầu cho nghành chiếu sáng đô thị Việt Nam nhưng vẫn còn kém và lạc hậu. Sau hội nghị chiếu sáng đô thị toàn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức tại Đà Nẵng, cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị ở nước ta đã thật sự hình thành và phát triển. Hiện nay chúng ta đã có hội chiếu sáng đô thị Việt Nam. SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 2 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng 1.1.2. Vai trò của chiếu sáng đô thị Tại các nước phát triển, điện năng dùng cho chiếu sáng chiếm từ 8-13% tổng điện năng tiêu thụ. Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, trong đó có thể kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng các cơ quan chức năng của đô thị… Chiếu sáng đường phố tạo ra sự sống động, hấp dẫn và tráng lệ cho các đô thị về đêm, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân đô thị, quảng bá, thúc đẩy sự phát triển của thương mại, dịch vụ và du lịch. Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng còn tạo ra không khí lễ hội, sự khác biệt về cảnh quan giữa các đô thị trong các dịp lễ tết, các ngày kỉ niệm lớn hoặc trong thời điểm diễn ra các hoạt động kinh tế, văn hóa xã hội cũng như các sự kiện quốc tế. 1.2. Các khái niệm cơ bản 1.2.1. Bản chất của ánh sáng Bản chất sóng – hạt của ánh sáng: - Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng Radio, sóng truyền hình,… tất cả đều là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng, được đặc trưng bởi bước sóng λ, tần số ν, chu kỳ T với ν = 1/T hoặc c = λ.ν. - Có thể chia bước sóng thành các phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng chỉ là dãy hẹp từ 380nm – 780nm: Từ 3000m đến 1000m Sóng dài (LW: Long Wave) Từ 1000m đến 100m Sóng trung (MW: Medium Wave) Từ 100m đến 10m Sóng ngắn (SW = Short Wave) Từ 10m đến 0,5m Sóng vô tuyến (FM) Từ 0,5m đến 1,0mm Sóng rada Từ 1000µm đến 0,78µm Sóng hồng ngoại Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy Từ 380 nm đến 10 nm Tia cựa tím (tia tử ngoại, UV) 0 0 Từ 100 A đến 0,01 A Tia X 0 0 Từ 0,01 A đến 0,001 A Tia γ, tia vũ trụ 6 9 (1 µm = 10 m ; 1 nm = 10 m ; 1 A 0 = 10 10 m) Tại sao các vật thể phát ra ánh sáng? Ta dùng thuyết lượng tử để giải thích như sau: - Một phôton bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích thích ở quỹ đạo xa nhân hơn dẫn đến sự hấp thu năng lượng ánh sáng của vật chất. - Một phôton được sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo khác gần nhân hơn và tải đi một năng lượng mà nguyên tử bị mất dưới SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 3 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng dạng tia sáng mà bước sóng tỉ lệ nghịch với năng lượng được truyền đi dẫn đến sự phát ra năng lượng ánh sáng của vật chất. 1.2.2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc mắt người. Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm – 780nm. Thí nghiệm đã chứng minh rằng dãy phổ của ánh sáng mặt trời là dãy phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380nm – 780nm (Hình 1.1). Ánh sáng mặt trời được coi là nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng của nguồn sáng nhân tạo. Ánh sáng mặt trời có nhiều công dụng khác ngoài chiếu sáng: sinh ra Vitamin D khi tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có một lượng bé tia cực tím), phát điện, thu nhiệt, sấy khô... Lăng kính Ánh sáng mặt trời Tia sáng đơn sắc đầu ra lăng kính Phổ ánh sáng Hình 1.1 Thí nghiệm quang phổ liên tục 1.2.3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). Hình 1.2 là kết quả thí nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo khi đi qua lăng kính. Nói chung ánh sáng nhân tạo không tốt bằng ánh sáng mặt trời (xét dưới góc độ chiếu sáng). Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh của con người đã thích nghi hoàn toàn với ánh sáng mặt trời nên bất kì nguồn sáng nào không phải là ánh sáng mặt trời đều không tốt đối với mắt. Con người luôn luôn hướng đến việc tạo ra nguồn sáng giống như ánh sáng ban ngày, do đó để đánh giá chất lượng của nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh. SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 4 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng Vật đen Nguồn sáng nhân tạo Khe hẹp Lăng kính Hidrogen Sodium Helium Neon Mercury 350 400 450 500 550 600 650 Hình 1.2 Thí nghiệm quang phổ vạch 1.2.4. Một số hiên tượng phát sáng và phạm vi ứng dụng trong chiếu sáng nhân tạo Hiện tượng phát sáng do nung nóng: - Bất kì vật thể nào có nhiệt độ lớn hơn 0 K đều bức xạ năng lượng dưới dạng sóng điện từ, khi được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000 K sẽ phát ra bức xạ ánh sáng, nhiệt độ càng cao thì độ sáng càng tăng và màu sắc bề ngoài cũng trở nên sáng hơn. Năng lượng bức xạ có thể bao gồm quang năng, nhiệt năng và bức xạ hồng ngoại. - Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn sợi đốt như đèn sợi đốt chân không, đèn sợi đốt Halogen (còn gọi là đèn Halogen – Vonfram). 0 0 Hiện tượng phát sáng do phóng điện: - Hiện tượng này do nhà khoa học người Anh Edward Townsend phát hiện lần đầu tiên. Hiện tượng phóng điện trong chất khí là một quá trình diễn ra rất phức tạp phụ thuộc vào áp suất khí, công suất nguồn điện và dạng điện trường. Tuy nhiên có thể mô tả tóm tắt thông qua thí nghiện sau đây: Cho ống phống điện thủy tinh chứa hơi kim loại hoặc một khí trơ nào đó ở áp suất thấp, bên trong có đặt 2 điện cực và được nối với nguồn điện thông qua một biến trở điều chỉnh được. + Khi điện áp tăng lên thì dòng điện tăng theo (đoạn AB). Nguyên nhân có dòng điện là do tồn tại các ion tự do trong chất khí. + Đến điểm B (điểm xảy ra phóng điện) thì dòng điện tăng lên rất nhanh do hiện tượng ion hóa chất khí làm làm cho số điện tử tăng lên nhanh, còn điện áp giảm xuống đến vị trí M (điểm duy trì phong điện). SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 5 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng + Đến điểm D (bằng cách giảm R) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang. Nguyên nhân là do điện cực bị đốt nóng quá mức làm phát xạ điện tử bằng hiệu ứng nhiệt – ion. Khi xảy ra phóng điện các nguyên tử bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về trạng thái ban đầu thì phát ra phôton gây nên hiện tượng phát sáng hướng từ cực âm sang cực dương. Ánh sáng phát ra thường là đơn sắc và mang màu đặc trưng của khí trong ống thủy tinh. - Năng lượng bức xạ gồm quang năng, nhiệt năng, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại có tỉ lệ thay đổi theo áp suất và loại khí sử dụng. - Ứng dụng hiện tượng này để chế tạo các loại đèn hơi phóng điện Natri áp suất thấp, Natri áp suất cao, đèn Halogen kim loại,... Hình 1. 1 Thí nghiệm phóng điện trong chất khí Hiện tượng phát sáng huỳnh quang: - Khi cho ánh sáng tử ngoại ( không nhìn thấy) chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dãy quang phổ nhìn thấy được. - Ứng dụng tạo ra các đèn huỳnh quang gồm có thủy tinh không cho tia tử ngoại xuyên qua, trong đó chứa chất thủy ngân ở áp suất thấp. Khi phóng điện, các điện tử phát xạ từ điện cực kích thích nguyên tử thủy ngân và tạo ra tia tử ngoại, các tia tử ngoại đập vào thành ống có quét bột huỳnh quang làm đèn phát sáng. Hiện tượng phát sáng lân quang: - Lân quang là một dạng phát quang, trong đó các phân tử chất lân quang hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng của phôton thành năng lượng của các electron sang trạng thái lượng tử có mức năng lượng cao nhưng khá bền vững. Sau đó electron chậm chạp rơi về trạng thái lượng tử ở mức năng lượng thấp hơn và giải phóng một phần năng lượng trở lại dưới dạng các phôton. - Chất dạ quang là chất có chứa các nguyên tử lân quang. SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 6 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng - Hiện tượng lân quang không được ứng dụng trong kĩ thuật chiếu sáng vì hiệu quả thấp và trạng thái phát sáng không bền. Nó chỉ dùng trong chế tạo các đồ chơi trẻ em. Hiện tượng phát sáng thứ cấp: - Khi một vật được chiếu sáng thì bản thân nó cũng có thể phản xạ một phần ánh sáng gọi là phát sáng thứ cấp. Chỉ có vật đen tuyệt đối mới hấp thụ toàn bộ ánh sáng. - Dựa vào hiện tượng này ta có thể giải thích màu sắc của các vật trong trong tự nhiên: sự thể hiện màu là do ánh sáng phản xạ tạo thành. Ví dụ vật màu đỏ thì phản xạ tia màu đỏ, các màu khác thì nó hấp thụ. 1.3. Các đại lượng đo ánh sáng và đơn vị 1.3.1. Góc khối - Ω Kí hiệu góc khối: Ω. Đơn vị: Sr (steradian) Steradian là góc khối mà dưới góc đó người quan sát đứng ở tâm O của một quả cầu R = 1m thì thấy diện tích S = 1m 2 trên mặt cầu. (1.1) Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian đặc trưng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối). Trong kĩ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó. K 2 .S O R   S S R K. S Hình 1. 2 Góc khối 1.3.2. Cường độ sáng – I Kí hiệu: I (Intensity: cường độ) SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 7 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng Đơn vị: cd (cadela) Cadela là cường độ sáng theo một phương đã cho của nguồn bức xạ đơn sắc có tấn số 540.10 12 Hz (  =555nm) và cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 W/Sr. Ý nghĩa: Cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản, các đại lượng quang học khác đều là đại lượng dẫn suất xác định qua cường độ sáng. dS  dF I d O A d Hình 1. 3 Xác định cường độ sáng 1.3.3. Quang thông -  Kí hiệu quang thông:  Đơn vị: lm (lumen) Lumen là quang thông do nguồn này phát ra trong một góc kho bằng một Steradian. Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lượng nhưng ở đây đơn vị tính không phải bằng Oát mà bằng Lumen. Đây là đại lượng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh. 1.3.4. Độ chói – L Kí hiệu: L Đơn vị đo: cd/m 2 , 1cd/m 2 là độ chói của một mặt phẳng phát sáng đều có diện tích là 1m 2 và cường độ sáng 1cd theo phương vuông góc với nguồn đó. Ý nghĩa: - Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ một đơn vị diện tích của bề mặt đó theo một hướng xác định đến một người quan sát. - Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang của bề mặt và hướng quan sát ( không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát). - Nhìn chung mọi vật thể chiếu sáng đều ít nhiều phản xạ ánh sáng (đóng vai trò như nguồn sáng thứ cấp) nên cũng có thể gây chói mắt người. - Độ chói đóng vai trò rất quan trọng khi thiết kế chiếu sáng, là cơ sở khái niệm về tri giác và tiện nghi nhìn. Ví dụ về độ chói một số bề mặt: - Bề mặt đèn huỳnh quang: 5000-15000cd/m 2 . SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 8 Chương I: Giới thiệu về kĩ thuật chiếu sáng công cộng m2 . - Bề mặt đường nhựa chiếu sáng với độ rọi 30lux có độ chói khoảng 2cd/ - Mặt trời mới mọc: khoảng 5.10 6 cd/ m 2 . - Mặt trời giữa trưa: khoảng 1,5-2.10 9 cd/ m 2 . Độ chói trung bình trên mặt đường là tiêu chuẩn đầu tiên để đánh giá chất lượng của chiếu sáng đường phố. 1.3.5. Độ rọi – E Kí hiệu độ rọi: E Đơn vị: lx hay lux, Lux là đơn vị đo ánh sáng của một bề mặt. Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông. E=  S lm m (1lux = 1lm/1m 2 ) (1.2) 2 Ý nghĩa: Thể hiện lượng quang thông chiếu đến một đơn vị diện tích của một bề mặt được chiếu sáng, nói cách khác độ rọi là mật độ phân bố quang thông trên bề mặt chiếu sáng. Một số giá trị độ rọi thường gặp: - Trưa nắng không mây: 100.000 lux - Đêm trăng tròn không mây: 0,25 lux - Ban đêm với hệ thống chiếu sáng công cộng: 10 - 30 lux - Nhà ở bình thường ban đêm: 159 - 300 lux - Phòng làm việc: 400 - 600 lux 1.3.6. Độ trưng – M Kí hiệu độ trưng: M Đơn vị đo: lm/m 2 là độ trưng của một nguồn sáng hình cầu có diện tích mặt ngoài là 1m 2 phát ra quang thông 1lumen phân bố đều theo mọi phương.  M= (1.3) S Ý nghĩa: - Độ trưng đặc trưng cho sự phát sáng theo mọi phương của vật phát sáng (bao gồm nguồn sáng và ánh sáng phản xạ của vật được phát sáng). - Độ rọi E trên bề mặt được chiếu sáng không phụ thuộc vào hệ số phản xạ bề mặt nhưng độ trưng của bề mặt được chiếu sáng thì phụ thuộc vào hệ số phản xạ bề mặt. 1.3.7. Quang hiệu Định nghĩa: Quang hiệu là tỷ số giữa quang thông do nguồn sáng phát ra và công suất điện mà nguồn sáng tiêu thụ. SVTH: Trịnh Quốc Anh Trang 9