Nguyễn Huy Thiện CA-140017

MỤC LỤC
MỤC LỤC

i

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

iv
v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

vii

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

vii

LỜI CAM ĐOAN

viii

LỜI CẢM ƠN

ix

LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1

CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................15
ĐẶC TÍNH MỘT SỐ LOẠI ĐÈN TRONG CHIẾU SÁNG ....................................15
2.1. Khái niệm: ..........................................................................................................15
2.1.1 Hiệu suất sáng của đèn .....................................................................................15
2.1.2. Tuổi thọ của đèn: .............................................................................................15
2.1.3. Sự suy giảm quang thông: ..............................................................................15
2.1.4 Màu sắc ............................................................................................................17
2.2. Các loại đèn chiếu sáng: .....................................................................................17
2.2.1 Đèn thủy ngân cao áp: .....................................................................................17
2.2.2. Đèn halogen kim loại (Metal halogen) ..........................................................17
2.2.3. Đèn Sodium áp suất cao .................................................................................19
2.2.4. Đèn Sodium áp suất thấp.................................................................................19
2.2.5. Đèn không điện cực đèn Sulfur .....................................................................23
2.2.6. LED .................................................................................................................24
2.3. Các bộ đèn ..........................................................................................................25
2.3.1. Hiệu suất sáng của bộ đèn ...............................................................................25
2.3.2. Đƣờng cong trắc quang ...................................................................................26
2.3.3. Hiệu suất và cấu tạo của bộ đèn ......................................................................27
2.3.4. Lựa chọn bộ đèn ..............................................................................................29
2.3.5. Khoảng cách giữa hai đèn liên tiếp ................................................................30
2.4. Giới thiệu một số loại đèn chiếu sáng đƣờng giao thông..................................31
CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................42
PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG VÀ CHIẾU SÁNG ĐƢỜNG ...........42
3.1. Phƣơng pháp thiết kế chiếu sáng........................................................................42

ii


Nguyễn Huy Thiện CA-140017



1
2

CRI

Colour Rendering Index (Chỉ số hoàn màu)

CIE

3

LED

Commission Internationale de I’E’clairage
(Ủy ban chiếu sáng thế giới)
Light Emitting Diode (Diode phát quang)

4

LER

Luminaire Efficacy Rating (Hiệu suất bộ đèn)

iv


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 3.15 Phân bố độ rọi giữa hai cột ......................................................................55
Hình 3.16 Đƣờng cong trắc quang và ảnh đèn ..........................................................55
Hình 3.17 Phân bố độ rọi của một đèn ......................................................................57
Hình 3.18 Phân bố độ rọi giữa hai cột ......................................................................57
Hình 3.19 Đƣờng cong trắc quang và ảnh đèn ..........................................................58
Hình 3.20 Phân bố độ rọi của một đèn ......................................................................58
Hình 3.21 Phân bố độ rọi giữa hai cột ......................................................................59
v


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

Hình 3.22 Đƣờng cong trắc quang và ảnh đèn ..........................................................59
Hình 3.23 Phân bố độ rọi của một đèn ......................................................................60
Hình 3.24 Phân bố độ rọi giữa hai cột ......................................................................60
Hình 3.25 Giao diện phần mềm Dialux 4.12 ............................................................62
Hình 3.26 Giao diện chèn thêm đƣờng và các thành phần .......................................62
Hình 3.27 Giao diện hiệu chỉnh thông số các thành phần.........................................63
Hình 3.28 Giao diện hiệu chỉnh bề mặt của từng thành phần ...................................63
Hình 3.29 Giao diện hiệu chỉnh các yếu tố của đƣờng .............................................64
Hình 3.30 Giao diện chọn đèn...................................................................................65
Hình 3.31 Giao diện phân bố đèn..............................................................................65
Hình 3.32 Giao diện Pole Arrangement ...................................................................66
Hình 3.33 Giao diện Boom ......................................................................................66
Hình 4.1 Tuyến đƣờng Tân Mai................................................................................68
Hình 4.2 Bố trí đèn hai bên đối diện .........................................................................69
Hình 4.3 Bố trí đèn hai bên đối diện và thêm một dãy đèn ở phân làn.....................69

vi



vii


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Huy Thiện
Sinh ngày: 10/02/1976
Học viên lớp cao học khóa 2014A - Ngành Kỹ thuật điện – Trƣờng Đại Học Bách
Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan luận văn ―Nghiên cứu đặc tính và ứng dụng một số loại
đèn sử dụng trong chiếu sáng đƣờng giao thông” do TS Phạm Hùng Phi hƣớng
dẫn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu
nêu trong luận văn là trung thực của cá nhân tôi và chƣa đƣợc công bố trong bất cứ
tài liệu nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn này.

Tác giả

Nguyễn Huy Thiện

viii


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý các thầy cô Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội đã giúp đỡ tôi hoàn thành chƣơng trình cao học và thực hiện luận văn này, đặc

ta. Nhiều khu công nghiệp, nhiều công trình kiến trúc cơ sở hạ tầng, xa lộ đang
đƣợc xây dựng....
Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành kinh tế. Ngành kỹ thuật
chiếu sáng c ng không ngừng phát triền, việc chiếu sáng các công trình không chỉ
là cung cấp đủ ánh sáng mà hiện nay c n đ i hỏi nhiều về thẩm mỹ c ng nhƣ cao về
chất lƣợng. Việc chiếu sáng các công trình này đã trở nên mối quan tâm hàng đầu
của các nhà thiết kế c ng nhƣ giới mỹ thuật. Với một công trình đƣợc chiếu sáng tốt
mang lại cho con ngƣời nhiều tiện ích, thoái mái trong công việc, học tập cung nhƣ
thƣ giãn, giờ đây chiếu sáng là một bộ phận quan trọng trong sữ phát triển chung
của xã hội.
Chiếu sáng đƣờng là một bộ phận của kỹ thuật chiếu sáng, ngày nay với hệ
thống giao thông phát triển hiện đại, mật độ giao thông lớn.. Yều cầu đầu tiên đ i
hỏi với hệ thống chiếu sáng đó là phải hạn chế tối đa tai nạn giao thông ban đêm,
tạo cho các lái xe có một tầm nhìn thoải mái ....
Biết đƣợc tầm quan trọng to lớn đó, tôi đã lựa chọn đề tài:
"Nghiên cứu đặc tính và ứng dụng một số loại đèn sử dụng trong chiếu sáng
đƣờng giao thông" để làm luận văn tốt nghiệp cao học.
2. Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của luận văn
2.1 Mục đích
- Nghiên cứu đặc tính, ứng dụng một số loại đèn chiếu sáng đƣờng giao thông
- Thiết kế chiếu sáng đƣờng phố sử dụng một số loại đèn

1


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

2.2 Đối tƣợng nghiên cứu
- Một số loại đèn trong chiếu sáng đƣờng giao thông.
- Phƣơng pháp thiết kế chiếu sáng đƣờng giao thông.

1.1. Tổng quan về chiếu sáng.
Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành, trƣớc hết đó là mối quan tâm của các kỹ sƣ
điện, các nhà nghiên cứu quang và quang phổ học, các cán bộ kỹ thuật của công ty
công trình công cộng và các nhà quản lý đô thị. Chiếu sáng c ng là mối quan tâm
của các nhà kiến trúc, xây dựng và giới mỹ thuật. Nghiên cứu về chiếu sáng c ng là
một công việc của các bác sỹ nhãn khoa, các nhà tâm lý học, giáo dục thể chất học
đƣờng...
Trong thời gian gần đây, với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng hiệu
suất cao, các phƣơng pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuật
chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sáng chiếu sáng hiệu quả và
tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích.
Theo số liệu thống kê, năm 2005 điện năng sử dụng cho chiếu sáng trên toàn thế
giới là 2650 tỷ kWh, chiếm 19% sản lƣợng điện. Hoạt động chiếu sáng xảy ra đồng
thời vào giờ cao điểm buổi tối đã khiến cho đồ thị phụ tải của lƣới điện tăng vọt,
gây không ít khó khăn cho việc truyền tải và phân phối điện. Chiếu sáng tiện ích là
một giải pháp tổng thể nhằm tối ƣu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụng
nguồn sáng có hiệu suất cao, thay thế các loại đèn sợi đốt có hiệu quả năng lƣợng
thấp bằng đèn compact. Sử dụng rộng rãi các loại đèn huỳnh quang thế hệ mới, sử
dụng chấn lƣu sắt từ tổn hao thấp và chấn lƣu điện tử, sử dụng tối đa và hiệu quả
ánh sáng tự nhiên, điều chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu sử dụng, nhằm
giảm điện năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo tiện nghi nhìn. Kết quả chiếu sáng tiện ích
phải đạt tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm năng lƣợng, hạn chế các loại khí nhà kính,
góp phần bảo vệ môi trƣờng.
1.1.1. Ánh sáng.
Các sóng điện từ có bƣớc sóng X từ 380nm đến 780 nm mà ―mắt - não’ con ngƣời
có thể cảm nhận đƣợc gọi là ánh sáng.
Có thể chia bƣớc sóng thành các phạm vi sau:

3


2

  683  W v .d   lm 

(1.2)

1

Ngƣời ta không dùng đơn vị oát nữa mà dùng môt đơn vị mới gọi là lumen (lm)
sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng tiếp theo.

4


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

1.1.3. Cƣờng đô sáng I - candela, cd
Đó là đại lƣợng mới nhất đƣa vào hệ đơn vị SI. hợp lý hóa (M.K.S.A), từ khái
niệm về quang thông.
Tức là:

I OA  lim
d 0

d
d

(1.3)

Candela: là cƣờng độ sáng theo môt phƣơng đã cho của nguồn phát một bức xạ đơn

d 

(1.5)

lm
2

dScos d 

D2


5


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

từ đó suy ra[Trang 27 sách Kỹ thuật chiếu sáng]



d  cos

dS
D2

(1.6)

Hình1.2 Quan hệ độ rọi và khoảng cách
Biểu thức này đúng với các nguyên tố bề mặt, chứng tỏ độ rọi thay đổi với


1.1.5. Độ chói - L, cd/m2:
là mật độ phân bố I trên bề mặt theo một phƣơng cho trƣớc

L cd / m  
2

dI .  cd 
dS .cos  m2 

(1.7)

6


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

Nhân xét:
- Độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hƣớng quan sát bề mặt đó.
- Độ chói không phụ thuộc khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát.

Hình 1.3 Định nghĩa độ chói
1.1.6. Nhiệt độ màu và tiện nghi môi trƣờng sáng
Nhiệt độ màu của nguồn sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó
mà là ánh sáng của nó đƣợc so sánh với màu của vật đen tuyệt đối đƣợc nung nóng
từ 2000 đến 10000 oK, 2500 - 3000 oK mặt trời lặn, đèn sợi nung là ánh sáng
―nóng‖ (giàu bức xạ đỏ) 4500 — 5000 oK ánh sáng ban ngày khi trời sáng 6000 —
1000 oK ánh sáng trời đầy mây là ánh sáng ―lạnh‖ (bức xạ xanh da trời). Nguồn
sáng có nhiệt độ màu thấp thích hợp cho chiếu sáng có yêu cầu độ rọi thấp. Chiếu
sáng yêu cầu độ rọi cao cần nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh). Trong


8


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

1.2. Tổng quan chiếu sáng đƣờng.
1.2.1. Khái niệm chung về chiếu sáng đƣờng
Năm 1965 ủy ban chiếu sáng quốc tế CIE đƣa ra phƣơng pháp tỷ số R, là
phƣơng pháp tính toán sơ bộ dựa theo hệ số sử dụng ánh sáng của bộ đèn, đáp ứng
cho các tính toán thông dụng, trong đó khái niệm độ chói trung bình của mặt đƣờng
đƣợc chú trọng, tri giác nhìn đƣợc quan tâm.
Từ 1975 CIE công bố phƣơng pháp độ chói điểm, trong đó việc tính toán chiếu
sáng đƣợc tiến hành từng bƣớc theo các lƣới điểm và là phƣơng pháp tính toán
chính xác dùng cho các phòng thiết kế. Nhiều phần mềm thiết kế chiếu sáng đã
đƣợc xây dựng đảm bảo việc thiết kế chiếu sáng đƣợc chính xác và nhanh chóng.
1. Thành phần ánh sáng phản xạ nói chung không đƣợc chú ý trong thiết kế chiếu
sáng ngoại thất, ngoại trừ khả năng phản chiếu của mặt đất hoặc phản chiếu của các
công trình bên cạnh.
2. Chiếu sáng ngoại thất thƣờng rất đa dạng tuỳ theo công năng của công trình.
3. Độ chói bề mặt đóng vai tr quan trọng trong chiếu sáng ngoại thất
4. Tầm nhìn của ngƣời quan sát thƣờng theo mọi hƣớng do đó vấn đề hạn chế chói
loá phải đặc biệt quan tâm.
5. Trong chiếu sáng ngoại thất, nói chung các đối tƣợng nhìn thƣờng chuyển động,
ví dụ xe cộ trên đƣờng, quả bóng trên sân.
6. Đối với các hoạt động bên ngoài, độ rọi trung bình nói chung là thấp, vì các công
trình cần chiếu sáng công cộng thƣờng có không gian rộng.
7. Vấn đề an toàn, đặc biệt là an toàn điện trong chiếu sáng ngoại thất cần đặc biệt
quan tâm.
1.2.2. Các yêu cầu chung đối vối hệ thống chiếu sáng đƣờng phố

thức:
U1  min

Lmin
Lmax

(1.9)

Độ đồng đều nói chung không đƣợc nhỏ hơn 0,4 và độ đồng đều dọc không nhỏ
hơn 0,7. Nếu độ đồng đều nhỏ ngƣời trên xe sẽ nhận thấy phong cảnh thấp thoáng
còn gọi là hiệu ứng bậc thang làm mỏi mắt ngƣời lái xe. Nếu độ đồng đều dọc lớn
hơn 0,7 hiệu ứng bậc thang không còn nữa.
Quan hệ giữa độ rọi và độ chói theo định luật Lambert:

L

E E
  Eq

R

(1.10)

10


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

Trong đó: E là độ rọi tại một điểm, q là hệ số độ chói của mặt đƣờng phụ thuộc vào
các góc  ,  ,  .


(1.12)


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

Các tuyến đƣờng chính quan trọng phải đảm bảo G >7, các tuyến khác phải đảm
bảo G = 5-6.
1.2.3. Các tiêu chuẩn chiếu sáng đƣờng
Độ chói: là tiêu chuẩn đầu tiên và quan trọng nhất
Độ đồng đều của độ chói: Độ đồng đều chung
Bảng1.3 Tiêu chuẩn CIE 115; 1995 chiếu sáng đƣờng [Trang 177 sách Kỹ thuật
chiếu sáng]
Tất cả các Đƣờng không có Đƣờng không có

Cấp

Tất cả các

Tất cả các

cs

đƣờng

đƣờng

đƣờng

hoặc ít giao cắt

M2

1,5

0,4

10

0,7

0,5

M3

1,0

0,4

10

0,5

0,5

M4

0,75

0,4



Độ chói

Độ rọi

Độ rọi

tối thiểu

ngang

ngang

(cd/m2)

TB(lx) min(lx)

không có đƣờng cắt ngang, với kiểm soát
đầy đủ, đƣờng ôtô, đƣờng cao tốc. Mật
độ giao thông và độ phức tạp của mặt
đƣờng:

-

Cao

2,0

Trung bình



-

-

Kém

1,5

-

-

Tốt

1,0

-

-

-

20

7,5

-

10

0,5

II

Đƣờng dành cho ngƣời đi xe đạp, đi bộ

1

Đƣờng trong các trung tâm đi bộ của các
đô thị lớn

2

Đƣờng dành cho ngƣời đi xe đạp, đi bộ
về đêm với lƣu lƣợng ngƣời qua lại :
Cao
Trung bình
Thấp

13


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

1.2.4. Độ cao treo đèn tối thiểu:
Bảng 1.5 Độ cao treo đèn tối thiểu
Tính chất của

Tổng quang thông


4,0

4,0

Đèn bán rộng

Dƣới 5000

6,5

7,0

Từ 5000 đến 10000

7,0

7,5

Trên 10000 đến 20000

7,5

8,0

Trên 20000 đến 30000

9,0

Trên 30000 đến 40000


10,5

Trên 30000 đến 40000

11,5

Trên 40000

13,5

14


Nguyễn Huy Thiện CA-140017

CHƢƠNG 2
ĐẶC TÍNH MỘT SỐ LOẠI ĐÈN TRONG CHIẾU SÁNG
ĐƢỜNG GIAO THÔNG

2.1. Khái niệm:
2.1.1 Hiệu suất sáng của đèn
Quá trình biến đổi điện năng thành ánh sáng trong các loại đèn dựa theo các
nguyên lý vậl lý khác nhau. Đèn tiêu thụ một công suất điện tính bằng oát (W) để
tạo nên quang thông tính bằng lumen (lm). Theo quan điểm năng lƣợng đèn có tỷ số
quang thông trên đơn vị công suất (lumen / oát) cao nhất là đèn có hiệu suất sáng tốt
nhất và là sự lựa chọn ƣu tiên của nguồn sáng. Đối với các đèn phải dùng chấn lƣu
thì khi xét hiệu suất sáng cần phải kể đến công suất tiêu thụ của chấn lƣu.
2.1.2. Tuổi thọ của đèn:
Khoảng thời gian (tính bằng giờ) mà số lƣợng đèn trong nhóm còn có thể hoạt
động trƣớc khi 50% đèn bị hỏng.


H.Quag

H.Quang

SỢI ĐỐT HALOGEN

Loại bóng
đèn

Hiệu suất Nhiệt độ Chỉ số thể Tuổi thọ
ánh sáng màu T(K) hiện màu TB (h)
(lm/W)
CRI

Công suất
P (W)

Quang
thông F
(lm)

100

1600

16,0

2800


24,2

1500

36300

24,2

2000

48400

24,2

20

1350

67,5

2700

40

3350

83,8

6500


3700

46,3

3900

125

6200

49,6

4300

250

12700

50,8

400

22000

55,0

70

5600


70

5100

72,8

3000

150

11000

73,3

6500

250

17000

68,0

400

30500

76,3

1000


8000

65-90

4000