Đồ án: tốt nghiệp thiết kế chiếu sáng khu thương mại golden view

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế chiếu sáng khu thương mại golden view, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Thanh Trà
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Nguyễn Ngọc Âu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế Chiếu Sáng Khu Thương Mại Golden View
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Thiết Kế Chiếu Sáng Khu Thương Mại

Thiết kế chiếu sáng khu thương mại là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện công nghiệp, đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và thẩm mỹ. Đồ án tốt nghiệp về tính toán chiếu sáng khu thương mại Golden View tập trung vào việc áp dụng các nguyên tắc cơ bản của chiếu sáng để tạo ra môi trường sáng sáng phù hợp cho các hoạt động thương mại. Mục tiêu chính là đảm bảo độ sáng đủ, phân bố ánh sáng đều và tiết kiệm năng lượng. Đề tài này bao gồm nghiên cứu lý thuyết, các tiêu chuẩn quốc tế, quy chuẩn thiết kế và phương pháp tính toán chiếu sáng hiện đại. Thông qua phần mềm Dialux, sinh viên có thể mô phỏng và tối ưu hóa các phương án chiếu sáng khác nhau, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu nhất.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Chiếu Sáng Trong Khu Thương Mại

Chiếu sáng khu thương mại không chỉ cung cấp ánh sáng mà còn tạo không gian và tâm lý tích cực cho khách hàng. Ánh sáng tốt giúp tăng sức hấp dẫn của sản phẩm, cải thiện trải nghiệm mua sắm và tạo môi trường an toàn. Đó là lý do thiết kế chiếu sáng cần phải được thực hiện với sự chuyên nghiệp, tuân thủ các tiêu chuẩn về độ sáng, chỉ số màu sắc và sự phân bố ánh sáng đều trên toàn khu vực.

1.2. Mục Tiêu Của Đồ Án Tốt Nghiệp

Đồ án này nhằm xây dựng hàm chi phí cho các loại đèn T5, T8 và Led, so sánh hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của từng phương án. Sinh viên sẽ sử dụng phần mềm tính toán để phân tích chi tiết, từ đó cung cấp công cụ hỗ trợ quyết định đầu tư hợp lý cho các dự án thương mại.

II. Các Loại Đèn Và Công Nghệ Chiếu Sáng Hiện Đại

Trong đề tài tính toán chiếu sáng khu thương mại, việc lựa chọn loại đèn đóng vai trò quyết định đến hiệu quả kinh tế và chất lượng ánh sáng. Đèn fluorescent T5 và T8 là những lựa chọn truyền thống, cung cấp ánh sáng ổn định với chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, đèn LED hiện đại ngày càng trở nên phổ biến nhờ tiết kiệm năng lượng vượt trội, tuổi thọ dài và khả năng điều chỉnh ánh sáng linh hoạt. Đồ án thiết kế chiếu sáng Golden View đã so sánh chi tiết ba loại công nghệ này để xác định giải pháp tối ưu nhất cho khu thương mại. Mỗi loại đèn có những ưu nhược điểm khác nhau về mặt hiệu suất, tuổi thọ, chi phí ban đầu và chi phí vận hành.

2.1. Đèn Huỳnh Quang T5 và T8

Đèn T5 và T8 là công nghệ chiếu sáng được sử dụng rộng rãi trong các khu thương mại. Chúng có hiệu suất cao, khả năng sinh sắc tốt và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, tuổi thọ của chúng ngắn hơn so với LED và yêu cầu thay thế thường xuyên, dẫn đến chi phí bảo trì cao hơn trong dài hạn.

2.2. Công Nghệ Đèn LED Tiết Kiệm Năng Lượng

Đèn LED cung cấp ánh sáng với hiệu suất năng lượng tối ưu, tuổi thọ lên đến 50.000 giờ. Mặc dù chi phí ban đầu cao hơn, nhưng trong dài hạn, chiếu sáng LED mang lại tiết kiệm đáng kể về điện năng và bảo trì, giúp tối ưu hóa tổng chi phí sở hữu.

III. Phương Pháp Tính Toán Và Công Cụ Phần Mềm

Tính toán chiếu sáng là quy trình phức tạp đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo không gian thương mại đạt tiêu chuẩn về độ sáng. Phần mềm Dialux là công cụ chuyên dụng được sử dụng rộng rãi trong ngành để mô phỏng và tối ưu hóa các hệ thống chiếu sáng. Đồ án thiết kế chiếu sáng khu thương mại Golden View sử dụng Dialux để phân tích các kịch bản khác nhau, tính toán mức độ chiếu sáng (lux), đều đặn ánh sáng và công suất tiêu thụ. Bên cạnh đó, đề tài cũng xây dựng công cụ tính toán nhanh bằng Matlab, cho phép tra cứu nhanh các chi phí và so sánh các phương án một cách hiệu quả, hỗ trợ đưa ra quyết định đầu tư tối ưu.

3.1. Ứng Dụng Phần Mềm Dialux Trong Tính Toán

Phần mềm Dialux cho phép mô phỏng 3D chính xác các không gian thương mại, tính toán mức độ sáng chi tiết tại từng vị trí. Công cụ này giúp kiểm định xem phương án chiếu sáng có đáp ứng tiêu chuẩn về độ sáng (300-500 lux cho khu thương mại), chỉ số màu sắc CRI ≥ 80 và đều đặn ánh sáng.

3.2. Công Cụ Tính Toán Matlab Và Phân Tích Chi Phí

Bên cạnh Dialux, công cụ Matlab được xây dựng để tính toán nhanh hàm chi phí cho các loại đèn T5, T8 và Led. Công cụ này cho phép so sánh chi phí ban đầu, chi phí điện năng hàng năm và chi phí bảo trì, giúp xác định phương án đầu tư hiệu quả nhất.

IV. Xây Dựng Hàm Chi Phí Và So Sánh Các Phương Án Chiếu Sáng

Xây dựng hàm chi phí cho các loại đèn là phần quan trọng của đề tài, cho phép so sánh chi phí toàn diện (Total Cost of Ownership) giữa các phương án. Đồ án tính toán chiếu sáng khu thương mại Golden View phân tích chi phí ban đầu (mua sắm, lắp đặt), chi phí vận hành hàng năm (tiêu thụ điện) và chi phí bảo trì, thay thế. Kết quả cho thấy rằng mặc dù đèn LED có chi phí ban đầu cao hơn, nhưng tiết kiệm năng lượng đáng kể giúp đạt điểm hòa vốn trong 3-4 năm và mang lại lợi nhuận dài hạn. Phương án chiếu sáng tối ưu sẽ được chọn dựa trên các tiêu chí: độ sáng đủ, chi phí thấp nhất, tuổi thọ dài và tác động môi trường tối thiểu. Thông qua phân tích chi tiết này, dự án có thể đưa ra quyết định đầu tư khoa học và hiệu quả.

4.1. Phân Tích Chi Phí Ban Đầu Và Vận Hành

Hàm chi phí được xây dựng dựa trên dữ liệu thị trường hiện tại. Chi phí ban đầu bao gồm mua sắm đèn, bộ ballast, thiết bị điều khiển. Chi phí vận hành hàng năm được tính từ công suất tiêu thụ (W) × giờ hoạt động × giá điện (đồng/kWh), là yếu tố quyết định lợi ích dài hạn của chiếu sáng LED.

4.2. Kết Quả So Sánh Và Khuyến Nghị

Kết quả phân tích cho thấy phương án LED là lựa chọn tối ưu cho khu thương mại Golden View trong dài hạn, với tổng chi phí sở hữu thấp nhất sau 10 năm. Tuy nhiên, thiết kế chiếu sáng có thể sử dụng sự kết hợp giữa LED và T8 tại một số khu vực để cân bằng giữa chi phí ban đầu và hiệu quả vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG 1. Các Đại Lượng Cơ Bản 1. Định nghĩa Kỹ thuật chiếu sáng là khoa học nghiên cứu sự sinh ra, phân bố và lan truyền trong không gian của bức xạ điện từ trong dải quang phổ. Dải quang phổ: dải phổ điện từ trường với độ dài của bước sóng từ λ 1 = 0,001µm ÷ λ2 = 1mm.

Bức xạ dải quang này được gọi là bức xạ quang. Bức xạ quang là được chia làm ba vùng: - Bức xạ tử ngoại: 0,001µm ÷ 0,38µm. - Bức xạ nhìn thấy: 0,38µm ÷ 0,78µm. - Bức xạ hồng ngoại: 0,78µm ÷ 1mm.

Quang thông Φ (lm) Quang thông là công suất sáng của nguồn sáng. Theo Hội Chiếu sáng Quốc Tế, quang thông là tác động của bức xạ lên bộ thu chọn lọc (mắt) có độ nhạy nhỏ được tiêu chuẩn hóa bằng hàm hiệu quả ánh sáng phổ tương đối. 2 - V(λ): đối với sự nhìn ban ngày L ≥ 10cd/m. 2 - V(λ): đối với sự nhìn ban đêm L ≤ 0,01cd/m.

Hay nói cách khác quang thông là lượng ánh sáng phát ra từ một nguồi sáng. Đơn vị Φ: 1 lumen là quang thông của một nguồi sáng điểm có cường độ ánh sáng 1 candela phát ra trong một đơn vị góc khối (steradian). Qua nhiều lần đo đạc đã xây dựng được: 1WΦλ=0,555µm = 683lmΦ Do đó, giá trị lớn nhất của độ nhạy cảm phổ là: K(λ)max = 683 lm/W Quang thông của một bức xạ phức tạp là: Φ = 683 ∫ φe(λ)V(λ)dλ Φ = ∑ 683VλiΦeλi 2 Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP. Quang hiệu của nguồn sáng H (lm/W) Quang hiệu (còn gọi là hiệu suất phát sáng) của một nguồn sáng được xác định bằng tỷ số quang thông phát ra trên công suất của nguồn sáng.

Cường độ ánh sáng I (cd) Định nghĩa: nguồn sáng điểm là nguồn sáng mà khoảng cách từ điểm cho trước đến nguồn đó so với kích thước lớn nhất của nguồn sáng (a) bằng l/a ≥ 5. Cường độ ánh sáng theo hướng α bằng tỷ số quang thông phát ra trong một đơn vị góc khối theo hướng α: dΦ Iα = dω Đơn vị: candela (cd) Hình 1.1: Cường độ ánh sáng theo hướng α 2 Góc khối: đó là góc tạo bởi bề mặt nón, có giá trị: dω = ds/r với: ds là diện tích bề mặt cầu mà góc khối tựa lên, r là bán kính hình cầu, đơn vị góc khối là steradian (st). Góc khối lớn nhất = 4π Nếu từ một nguồn sáng điểm về các hướng khác nhau trong không gian, ta đặt các vector nối lại, ta có vật quang của bức xạ. vật quang biểu thị sự phân bố quang thong của nguồn đó trong không gian.

Theo các đặc tính phân bố cường độ ánh sáng của nguồn sáng điểm, người ta phân chia thành hai nhóm: Nguồn đối xứng: cường độ ánh sáng phân bố qua một trục nào đó. Nguồn không đối xứng: cường độ ánh sáng phân bố không đối xứng qua bất kỳ một trục nào. Độ rọi E (lx) Mật độ quang thông rơi lên bề mặt được chiếu sáng gọi là độ rọi: dΦ E= (1.4 dS Đơn vị độ rọi: lux (lx) Khi chiếu sáng trên bề mặt không đều, nên tính trung bình số học độ rọi ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình. Trong trường hợp quang thông phân bố đều trên bề mặt chiếu sáng, ta có khái niệm độ rọi trung bình trên bề mặt chiếu sáng: 3 Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP.HCM Φ CS E = tb S CS Khi nguồn sáng là nguồn sáng điểm, ta có thể sử dụng công thức sau để xác định độ rọi tại một điểm trên một mặt chiếu sáng: dΦ Iαdω E= = Mà ta có: dω = dSl2o; dS0 = dScosθ dS dS Do đó, độ rọi tại một điểm do nguồn sáng điểm tạo nên: Hình 1.2 Độ rọi tại một điểm E= Iαcosθ l2 Với: Iα – cường độ ánh sáng theo hướng α.

θ – góc tạo bởi hướng α và pháp tuyến n của mặt thẳng được chiếu sáng tại điểm ta xác đinh độ rọi. l – khoảng cách từ nguồn sáng đến điểm ta xét. Huy độ L (còn gọi là độ chói) (cd/m ) Đó là huy độ bức xạ trong hệ ánh sáng. Huy độ theo một hướng cho trước của nguồn sáng bằng tỷ số cường độ ánh sáng theo hướng α trên diện tích biểu kiến của nguồn sáng đó: Hình 1.3 Huy độ trên một diện tích dIα Lα = dAα Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP.HCM Với dAα là diện tích biểu kiến (diện tích hình chiếu của nguồn sáng lên mặt phẳng vuông góc với hướng α).

Huy độ là một đại lương rất quan trọng vì nó tác dụng trực tiếp lên mắt người. Độ trưng M (lm/m ) Độ trưng bằng mật độ quang thông trên diện tích phát sáng: M = dΦ (1. Chỉ số hoàn màu Chỉ số hoàn màu (color rendering index) ký hiệu là CRI Hay RA là chỉ số phản ánh độ trung thực của màu sắc vật được chiếu sáng. giá trị CRI càng cao chất lượng càng tốt.

Nhóm Chỉ số hoàn màu chung Ứng dụng đặc trưng hoàn CIE(Ra) màu 1A Ra > 90 Bất kỳ nơi nào cần có sự hoàn màu chính xác, ví dụ việc kiểm tra in màu. 1B 80 < Ra < 90 Bất kỳ nơi nào cần đánh giá màu chính xác hoặc cần có sự hoàn màu tốt vì lý do thể hiện, ví dụ chiếu sáng trưng bày. 2 60 < Ra < 80 Bất kỳ nơi nào cần sự hoàn màu tương đối. 3 40 < Ra < 60 Bất kỳ nơi nào sự hoàn màu ít quan trọng nhưng sự biểu hiện màu sắc sai lệch rõ rệt là không thể chấp nhận được.

4 20 < Ra < 40 Bất kỳ nơi nào sự hoàn màu không hề quan trọng và sự biểu hiện màu sắc sai lệch rõ rệt là chấp nhận được.1: Các nhóm chỉ số hoàn màu Chi tiết: CRI = 100: Ánh sáng bán ngày là ánh sáng có độ trung thực nhất. CRI = 0: Ánh sáng đơn sắc như: xanh, đỏ, tím, vàng.là ánh sáng có độ trung thực thấp nhất. CRI <50: Màu sắc của vật bị biến đổi hoàn toàn (khi chiếu sáng vật thể sẽ bị nhợt nhạt, không giống thực tế). CRI từ 50-70: ánh sáng hơi bị biến đổi, có thể dùng trong các ngành sản xuất công nghiệp không cần màu chính xác.

CRI từ 70-85:Ánh sáng thông dụng, gần như trung thực. 5 Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP.HCM CRI từ 85-95: sử dụng cho các khu vực cần phần biệt màu sắc chuẩn như xưởng in màu, xưởng pha chế sơn… Chỉ số hoàn màu của 1 đèn LED lại tỉ lệ nghịch với hiệu suất chiếu sáng hay độ sáng (Lm/W). Nghĩa là nếu chỉ số CRI càng lớn thì chỉ số Lm/W càng giảm và ngược lại. Vì vậy để cân đối giữa chất lượng ánh sáng (chỉ số CRI) và hiệu suất chiếu sáng để có chỉ số tối ưu nhất.

Một đèn led có thông số: CRI từ 75-85 còn độ sáng 90-100Lm/W là tối ưu nhất cho chiếu sáng thông dụng, ngoại trừ các ngành cần độ chính xác cao mới cần chọn CRI>85.2 Các Phương Pháp Tính Toán Chiếu Sáng Các bài toán chiếu sáng gồm hai loại: Xác định số bộ đèn theo giá trị độ rọi cho trước (thường gọi là bài toán thuận). Xác định các giá trị độ rọi trên mặt phẳng tính toán theo sự phân bố đèn, công suất đèn và xác định sự phân bố đèn, công suất đèn và xác định sự phân bố huy độ trong vùng nhìn (bài toán kiểm tra). Trong cả hai loại đòi hỏi xác định sự phân bố quang thông rơi trực tiếp từ các bộ đèn lên mặt phẳng sử dụng, trần, tường và quang thông do sự phản xạ nhiều lần giữa các mặt được chiếu sáng.1 Phương pháp hệ số sử dụng Đây là phương pháp tính toán khá chính xác, thường được áp dụng cho các đối tượng không quan trọng, nơi cần độ sáng cao và phòng có dạng hình hộp. Tuy nhiên ta có thể sử dụng phương pháp này để tính toán các dạng phòng khác, nếu qui đổi tương đương về dạng hình hộp.

Phương pháp hệ số sử dụng (Pháp) Quang thông tổng của các đèn được xác định: EtcSd Φtổng = U Trong đó hệ số sử dụng quang thông: - U= ηud + ηui - ηud , ηui - Hiệu suất trực tiếp và gián tiếp của bộ đèn. - ηud , ηui - Hệ số có ích của bộ đèn theo cấp trực tiếp và gián tiếp. - Etc- Độ rọi tiêu chuẩn trên bề mặt làm việc (lux). Thường là độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc.

2 - S - Diện tích bề mặt làm việc (m ). - d - Hệ số bù. 6 Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP.HCM Thông thường với một bộ đèn đã cho, nhà chế tạo cho trực tiếp hệ số sử dụng U= ab ηud + ηui hoặc hệ số có ích ud, ui theo các chỉ số địa điểm với (K= htt(a+b) ) và các hệ số phản xạ các bề mặt. Số bộ đèn được tính như sau: Φ tổng Nbộ đèn = cácbóng/1bộđèn Φ (1.11) Lựa chọn số bộ đèn sao cho có thể phân bố được và đảm bảo sai số nằm trong  khoảng cho phép ( -10% +20%).

Từ công thức (1.10) ta có thể xác định độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc sau một năm: bộ đènΦbộ đènU N Etb = Sd Phương pháp hệ số sử dụng (Liên xô) Phương pháp này cũng giống phương pháp sử dụng của Pháp, chỉ hơi khác một chú về quan niệm độ rọi tiêu chuẩn. Ở đây độ rọi tiêu chuẩn là độ rọi ở nơi tối nhất trên bề mặt làm việc, nhưng công thức tính vẫn giống nhau. Quang thông trong mỗi bộ đèn được tính theo công thức sau: EtckS∆E Φ= bộ đènKϕ N (1.13) Trong đó: - Etc – độ rọi nhỏ nhất cho trước (lux). 2 - S – diện tích mặt được chiếu sáng (m ).

- k – hệ số dự trữ. E tb - ∆E = E min - Nbộ đèn – số bộ đèn được ấn định trước khi tính. - KΦ – hệ số sử dụng. Theo giá trị quang thông tính được, ta lựa chọn quang thông tiêu chuẩn của đèn có  sự sai số không vượt quá (-10% +20%).

Khi các bộ đèn được phân thành dãy, ta thay thế số bộ đèn N bộđèn bằng số dãy đèn Ndây. Khi đó Φ sẽ là quang thông của một dãy đèn. Số bộ đèn trong một dãy đèn sẽ được xác định: ϕ Nbộđèn/1dây = ϕ bộ đèn 7 Khoa ĐT CLC - ĐH SPKT TP.HCM Khi tổng số độ dài các bộ đèn trong một dãy lớn hơn chiều dài căn phòng, cần tăng giá trị công suất đèn hoặc tăng số dãy đèn, hoặc tăng số bóng đèn trong một bộ đèn. Khi tổng độ dài các bộ đèn trong một dãy bằng chiều dài căn phòng, phân bố các bộ đèn thành một dãy liên tục.