Chương 1 – Tổng Quan thống chiếu sáng nhân tạo. Với kết quả đạt được từ đề tài cho thấy tiềm năng tiết kiệm năng lượng to lớn từ hệ thống chiếu sáng.7 Giá trị thực tiễn của luận văn Trong thực tiễn, mặc dù cơ cấu điện năng cung cấp cho hệ thống chiếu sáng chỉ chiếm từ 15% đến 25% tổng nhu cầu điện năng của hệ thống điện trong công trình, nhưng việc tận dụng chiếu sáng tự nhiên được dự tính có thể thay thế đến 50% tiêu thụ điện năng trong các công trình văn phòng làm việc. Việt Nam là một nước nhiệt đới với thời gian nắng trong ngày kéo dài. Điều này cho thấy tiềm năng rất lớn từ việc khai thác ánh sáng tự nhiên trong công trình.
Việc xây dựng đáp ứng của hệ thống chiếu sáng nhân tạo đối với sự thay đổi của ánh sáng tự nhiên không chỉ mang lại lợi ích từ việc tiết kiệm năng lượng mà còn tăng tuổi thọ vật lý của đèn do thời gian sử dụng bóng được giảm đi.8 Nội dung thực hiện a. Cơ sở lý thuyết: trình bày tổng quan về chiếu sáng nhân tạo và chiếu sáng tự nhiên, giới thiệu nguyên lý điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa trên nền tảng fuzzy logic. Điều khiển chiếu sáng bằng fuzzy logic: xây dựng mô hình đối tượng điều khiển, xác định vùng chiếu sáng tối ưu và phân chia vùng điều khiển, xây dựng lưu đồ giải thuật và xây dựng thuật toán điều khiển cho mô hình 3 phân vùng và mô hình 4 phân vùng điều khiển. Kết quả mô phỏng: trình bày các kết quả mô phỏng cho mô hình 3 phân vùng và mô hình 4 phân vùng điều khiển cũng như so sánh kết quả giữa 2 mô hình điều khiển.
Kết luận và kiến nghị: trình bày các kết luận từ việc mô phỏng 2 mô hình, đồng thời đưa ra hướng phát triển cho đề tài. Trang 4 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo 2.1 Chiếu sáng tự nhiên 2.1 Tổng quan chiếu sáng tự nhiên Ánh sáng tự nhiên trong công trình là ánh sáng được lấy từ ánh sáng ngoài nhà qua hệ thống cửa lấy sáng. Ánh sáng ngoài nhà phụ thuộc rất nhiều nhân tố như độ cao mặt trời, tình hình phản xạ của mặt đất, độ trong suốt của khí quyển, khí hậu, địa hình, cảnh quan,… Các bức xạ ánh sáng trên đường đi từ mặt trời đến trái đất, xuyên qua khí quyển, một phần bị khí quyển hấp thụ và tản xạ, một phần xuyên suốt khi qua khí quyển và truyền thẳng xuống đất. Tuỳ theo điều kiện cụ thể, khi bầu trời có mây hoặc không có mây, ánh sáng được phân tách thành 3 thành phần, bao gồm: : là ánh sáng trực tiếp : là ánh sáng khếch tán : là ánh sáng phản xạ Độ rọi tổng cộng trên một bề mặt bất kỳ ở ngoài nhà, nơi quang đãng, được cho như sau: (2.1) Hệ số độ rọi so sánh: (2.2) Do tính chất bất thường của ánh sáng trực tiếp nên trong tính toán chiếu sáng tự nhiên, người ta không kể tới.
Tuy nhiên, trong thực tế, ánh sáng trực tiếp khi tồn tại có tác dụng tăng cường rất lớn đối với độ rọi lấy trong phòng. Khi tính toán chiếu sáng tự nhiên, người ta quy ước rằng độ rọi ngoài nhà là độ rọi do ánh sáng khếch tán của vòm trời: (2.3) Trang 5 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Độ rọi khếch tán ngoài nhà được xác định bằng công thức: (2.4) Trong đó: là độ chói của bầu trời ở đỉnh đầu là góc cao mặt trời Trên cơ sở tổng kết số liệu thu thập được trong nhiều năm của các trạm đài khí tượng ở địa phương, thành lập một tập hợp giá trị trung bình của độ rọi ngoài nhà biến đổi trong từng giờ, từng ngày, từng tháng, từng năm. Từ giá trị độ rọi trung bình trong tháng, thành lập biểu đồ đường cong độ rọi trung bình ngoài nhà cho mỗi địa phương, gọi là biểu đồ quang khí hậu của địa phương.1 - Biểu đồ độ rọi ánh sáng tản xạ trên mặt nằm ngang tại Hà Nội Qua biểu đồ quang khí hậu, ta thấy ánh sáng mặt trời tăng dần từ sáng đến trưa, giảm dần từ trưa tới tối. Từ biểu đồ quang khí hậu có thể xác định thời gian chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo cần cho công trình.
Trong đó, độ rọi giới hạn ngoài nhà ( ) là độ rọi ngoài nhà mà lúc đó trong nhà phải mở đèn, nghĩa là giới hạn độ rọi vượt quá 85% thời gian làm việc từ 9g sáng đến 17g chiều trong suốt những ngày làm việc trong năm. Độ rọi giới hạn ngoài nhà phụ thuộc các yếu tố sau: Số giờ sử dụng ánh sáng tự nhiên của mỗi địa phương, mỗi quốc gia. Trang 6 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Kích thước của các cửa chiếu sáng. Tiện nghi môi trường ánh sáng trong nhà.
Hiện tại, được quy định phụ thuộc vào từng quốc gia. Cụ thể, tại CHLB Đức chọn = 3000 lux, CIE kiến nghị lựa chọn = 5000 lux và điều này cũng được chấp nhận trên nhiều nước. Hiện tại, quy phạm hiện hành quy định giới hạn độ rọi ở các địa phương trong toàn quốc ở mức = 5000 lux. Trong các mô hình mô phỏng độ rọi giới hạn, giá trị độ rọi được cho trong khoảng từ 12-15000 lux tại khu vực gần đường xích đạo và trong khoảng 3-4000 lux ở vĩ độ .2 - Phân bố giới hạn độ rọi theo địa phương của CIE Theo biểu đồ quang khí hậu tại Việt nam, khi chọn = 5000 lux ứng với thời điểm từ 7g đến 17g thì: Miền Bắc đạt được trong suốt 8 tháng Miền Trung đạt được suốt 9-10 tháng Miền Nam đạt được gần như quanh năm.
Nếu chọn chọn = 3000 lux ứng với thời điểm từ 7g đến 17g thì: Từ Quảng Nam trở về phía Nam đã được suốt năm. Từ Thanh Hoá đến Đà Nẵng đạt được 11 tháng (trừ tháng 12 hoặc 1) Các địa phương còn lại ở miền Bắc đạt được 10 tháng. Trang 7 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết 2.2 Hệ số chiếu sáng tự nhiên a. Hệ số chiếu sáng tự nhiên Hệ số chiếu sáng tự nhiên là phần trăm của tỷ số giữa giá trị độ rọi tại thời điểm tính toán M ( ) trên mặt phẳng nằm ngang trong phòng với độ rọi ngoài nhà, được cho bởi công thức sau: (2.5) Từ đó, có thể tính được giá trị độ rọi trong phòng ( ) tại thời điểm nào bằng tỷ lệ giữa hệ số chiếu sáng tự nhiên và độ rọi ngoài nhà tại thời điểm đó.6) Trị số độ rọi ngoài nhà có thể tìm trong biểu đồ độ rọi ngoài nhà thành lập cho từng địa phương, qua số liệu quang trắc trong nhiều năm.
Định luật hình chiếu góc khối Xét trường hợp thông thường, mặt phẳng làm việc nằm ngang. Lấy điểm cần tìm độ rọi làm tâm, dựng bán cầu bán kính r đơn vị. Giả thiết độ chói B của mặt bán cầu phân bố đều. Độ rọi tại M là do phần diện tích nhìn từ M qua cửa lấy ánh sáng đầu ra, vì khá bé, thừa nhận như nguồn sáng điểm.
Cường độ sáng do phát ra: (2.8) Mà đơn vị, ta có (2.9) Ta lại có là hình chiếu của lên mặt phẳng nằm ngang, do đó: (2.10) Diện tích hình chiếu của bán cầu trên mặt phẳng nằm ngang: ∑ (2.11) Trang 8 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Hình 2.3– Giả thiết độ chói B của mặt bán cầu phân bố đều Do bán kính , nên: ∑ (2.14) Phát biểu: giá trị độ rọi trên mặt phẳng thẳng đứng ngoài trời chỉ bằng một nửa giá trị độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang ngoài trời. Sự phân bố độ chói (q) của bầu trời Thực tế, độ chói của bầu trời phân bố không đều. Sự phân bố độ chói của bầu trời có ảnh hưởng rất lớn đối với độ rọi ngoài nhà và trong nhà. Không kể vị trí của mặt trời, độ chói của bầu trời cực đại ở đỉnh đầu và giảm dần xuống chân trời.
Hệ số độ chói không đều của bầu trời (q), bằng: (2.15) Trong đó, : Độ chói trung bình của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy ánh sáng, bằng độ chói tại điểm trung bình của mảng trời đó. : Độ chói ở đỉnh đầu : Góc cao của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy ánh sáng, bằng góc hợp thành giữa mặt phẳng nằm ngang với đoạn thẳng nối điểm tính toán đến tâm lỗ cửa. Trang 9 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Hình 2.4 - Sự phân bố độ chói (q) của bầu trời Giá trị q (không kể ánh sáng phản xạ) Bảng 2. Bảng hệ số độ chói của bầu trời.74 0,88 1 1,1 1,18 1,24 1,27 1,28 Với độ cao mặt trời xác định thì sự phân bố độ chói của bầu trời phụ thuộc vào vị trí mặt trời và vị trí của mảng trời nhìn thấy qua cửa sổ lấy ánh sáng (tức là hướng của cửa lấy ánh sáng với vị trí mặt trời), khi đó hệ số độ chói không đều của bầu trời có thể lấy theo bảng sau: Bảng 2.
Hệ số độ chói của bầu trời theo hướng lấy sáng. Đông – Hƣớng cửa Đông – Bắc Đông Bắc Nam Nam lấy ánh sáng Tây – Bắc Tây Tây - Nam 1,0 1,1 1,4 1,2 1,3 Từ giá trị trong bảng trên, có thể thấy, nếu đặt cửa lấy ánh sáng ở hướng Đông và hướng Tây sẽ chịu ảnh hưởng lớn nhất của độ chói. Trang 10 Chương 2 – Cơ Sở Lý Thuyết Cường độ bức xạ tử ngoại của mảng trời nhìn thấy qua cửa lấy ánh sáng phụ thuộc vào độ cao của mảng trời so với đường chân trời, có thể tham khảo bảng sau: Bảng 2. Bảng cường độ bức xạ của mảng trời qua cửa lấy sáng.
Độ cao của mảng trời (độ) 15 25 35 50 55 65 75 85 Cƣờng độ tƣơng đối của bức xạ tử ngoại (%) 52 64 74 79 81 85 87 100 2.3 Độ rọi tổng hợp trong phòng Quang thông F tới một điểm nào đó trong phòng bằng tổng hợp những quang thông sau: Quang thông khếch tán của vòm trời trực tiếp vào phòng: Quang thông phản xạ từ các bề mặt trong phòng: Quang thông phản xạ từ bề mặt các công trình đối diện: Quang thông phản xạ từ mặt đất: Hệ số chiếu sáng tự nhiên tại một điểm nào đó trong phòng: (2.