LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, em đã đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của cô PGS. Phan Thị Thanh Bình và cô Dƣơng Lan Hƣơng – giảng viên trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp.
Hồ Chí Minh. Dƣới sự hƣớng dẫn của Cô, đề tài đã đƣợc nghiên cứu và hoàn thành đúng mục tiêu đề ra ban đầu. Em xin gửi lòng tri ân sâu sắc đến PGS. Phan Thị Thanh Bình vì những kiến thức quý báu và các phƣơng pháp nghiên cứu mà cô đã truyền dạy.
Em xin gửi lòng tri ân đến quý thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, quý thầy cô trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức, phƣơng pháp nghiên cứu và các kinh nghiệm trong suốt hai năm học. Những kiến thức và kinh nghiệm này chính là nền tảng giúp ngƣời thực hiện hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn quý anh chị, chân thành cảm ơn bạn bè và ngƣời thân đã tận tình giúp đỡ trong suốt khoá học cũng nhƣ trong quá trình thực hiện luận văn. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2014 Ngƣời thực hiện DƢƠNG MINH TUẤN iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 v NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.
HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 vi NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 vii TÓM TẮT Đề tài trình bày phƣơng thức điều khiển chiếu sáng dựa trên việc cân bằng giữa ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo trong công trình nhờ đó tiết giảm năng lƣợng cho hệ thống chiếu sáng nhân tạo. Do tính chất nguồn sáng tự nhiên luôn thay đổi nên cần thiết xét đến vùng lấy sáng tự nhiên để phân vùng điều khiển, nhờ đó đƣa ra phƣơng thức điều khiển chiếu sáng thích hợp cho mỗi phân vùng dựa trên giá trị đo đƣợc của cảm biến ánh sáng. Tìm hiểu các các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng trong chiếu sáng, so sánh lựa chọn các bộ đèn thích hợp để kết hợp với hệ thống điều khiển.
Đèn LED là sự lựa chọn tối ƣu trong việc điều chỉnh cƣờng độ ánh sáng đèn, sử dụng mạch điều khiển làm thay đổi các thông số dòng điện đầu vào (điện áp, tần số,…) để tăng giảm cƣờng độ ánh sáng của đèn cho phép tiết kiệm tối đa năng lƣợng chiếu sáng mà vẫn đảm bảo mục đích sử dụng và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Phƣơng án điều khiển đƣợc chọn là băm xung điện áp một chiều ( 0-12VDC ) cấp ra đèn với tần số 500Hz để điều khiển cƣờng độ sáng của đèn LED. Đề tài đề xuất phƣơng thức xây dựng bộ điều khiển chiếu sáng dựa trên tín hiệu đọc về từ cảm biến ánh sáng nhƣ là một giải pháp tiềm năng trong lĩnh vực tiết kiệm năng lƣợng mà không đòi hỏi cấu trúc hệ thống quá phức tạp. Để thấy rõđƣợc hiệu quả, đề tài đã xây dựng 2 mô hình phân vùng không gian điều khiển dựa trên mức tác động của ánh sáng tự nhiên.
Trong 2 mô hình này, đề tài đƣa ra những chiến lƣợc điều khiển tƣơng thích với từng vùng tác động của ánh sáng tự nhiên. Dựa vào mức đáp ứng độ rọi của ánh sáng tự nhiên từ quang trở đƣa về mà mạch điều khiển phân tích, đƣa ra phƣơng pháp điều khiển chiếu sáng nhân tạo thích hợp. Việc xây dựng chƣơng trình mô phỏng trên Dialux cho phép nghiên cứu tác động của ánh sáng tự nhiêntheo thời gian trong ngày. Điều này cho thấy rõ hơn mức tác động của ánh sáng tự nhiên trong từng thời điểm trong ngày mà không cần phải tính ƣớc chừng.
viii MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu. Các bước tiến hành .3 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Tổng quan về chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo. Chiếu sáng tự nhiên.
Tổng quan chiếu sáng tự nhiên. Hệ số chiếu sáng tự nhiên. Ánh sáng nhân tạo. Cơ sở tính toán độ rọi của ánh sáng nhân tạo trong phòng và ánh sáng tự nhiên.
Tính toán độ rọi của chiếu sáng trong phòng. Tính toán độ rọi phân bố của ánh sáng tự nhiên. Độ rọi tại một điểm bất kỳ trong phòng. Đánh giá hệ thống chiếu sáng.
Lượng ánh sáng cần thiết. Thiết kế chiếu sáng nội thất. Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả. Giới thiệu PWM .Điều khiển hệ thống chiếu sáng để tiết kiệm điện năng .33 CHƢƠNG 3: XÁC ĐỊNH VÙNG CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN.
Xác định vùng chiếu sáng tự nhiên. Giải pháp và nguyên lý điều khiển cho vùng lấy sáng tự nhiên. Giải pháp điều khiển cho vùng lấy sáng tự nhiên. Nguyên lý điều khiển.
Xây dựng thiết kế mạch điều khiển. Các mạch con trong bộ điều khiển. Sơ đồ mạch điều khiển tổng thể. Đo đạc thông số và dạng sóng ngõ ra .Trường hợp SV > PV đèn bật sáng.
Trường hợp SV < PV .53 CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA HỆ THỐNG. Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng của các loại đèn. Áp dụng mô hình điều khiển chiếu sáng. Hệ thống chiếu sáng đèn Led khi chưa áp dụng hệ thống điều khiển công suất đèn.
Mô hình áp dụng hệ thống điều khiển công suất đèn Led. Phân vùng điều khiển .3Năng lượng điện tiết kiệm giữa ba mô hình .86 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO .91 x DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang 2. Hệ số độ chói của bầu trời. Hệ số độ chói của bầu trời theo hướng lấy sáng.
Cường độ bức xạ của mảng trời qua cửa lấy sáng. Mức chiếu sáng cho các loại công việc. Số liệu phòng. Chỉ số phản xạ.
Chỉ số LLF. Thông tin về các loại đèn thường được sử dụng. Sự khác biệt về hiệu suất sáng và tiêu thụ điện. Lượng điện tiết kiệm khi sử dụng chấn lưu điện tử.
So sánh điện năng tiêu thụ của 3 mô hình đèn. Lượng điện tiêu thụ trong ngày khi áp dụng dimming 1. Lượng điện tiêu thụ trong ngày khi áp dụng dimming 2. So sánh lượng điện tiết kiệm của 3 mô hình khi áp dụng dimming .86 xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang 2.
Biểu đồ độ rọi ánh sáng tản xạ trên mặt nằm ngang tại Hà Nội. Phân bố giới hạn độ rọi theo địa phương của CIE. Giả thiết độ chói B của mặt bán cầu phân bố đều. Sự phân bố độ chói q của bầu trời.
Thông số phòng. Bố trí đèn. Điều chỉnh độ rộng xung. Định nghĩa bộ biến đổi áp một chiều.
Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM. Giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM. Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh. Phân bố độ rọi tổng hợp.
Hiệu quả của các phương pháp điều khiển. Lưu đồ điều khiển chiếu sáng tự động với cảm biến quang. Sự giao động của Ett xung quanh giá trị Eyc. Sơ đồ hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động.
Mạch ổn áp thi công. Sơ đồ mạch cảm biến quang. Mạch thi công cảm biến quang. Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm.
Mạch thi công bộ điều khiển trung tâm. Sơ đồ mạch bộ dimming. Mạch thi công bộ dimming. Sơ đồ mạch bộ điều khiển tổng thể.
Sơ đồ mạch in tổng thể. Mạch điều khiển tổng thể thi công. Trường hợp SV(450 lux), PV (250 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 10%.
Trường hợp SV(450 lux), PV (430 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 20%. Trường hợp SV(450 lux), PV (400 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 50%.
Trường hợp SV(450 lux), PV (330 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 80%. Trường hợp SV(450 lux), PV (480 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 1%.
Trường hợp SV ( 450 lux ), PV ( 520 lux ). Dạng sóng ngõ ra PWM = 0%. Phân bố các bộ đèn huỳnh quang T5 ( đèn âm trần ). Phân bố giá trị độ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc.
Kết quả tính toán trong Dialux. Phân bố các bộ đèn compact (âm trần ). Phân bố giá trị độ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc. Kết quả tính toán trong Dialux.
Phân bố các bộ đèn Led (âm trần ). Phân bố giá trị độ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc. Kết quả tính toán trong Dialux. Phân bố giá trị độ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc khi không có sự tác động của ánh sáng tự nhiên ( Eav = 437 lx ).
Phân bố giá trị độ rọi tại các điểm trên bề mặt làm việc khi có sự tác động của ánh sáng tự nhiên tại thời điểm 11h00:AM ( Eav = 712 lx ). Phân vùng điều khiển ( zone 1, zone 2, zone 3 ). Độ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 8:00AM (Eav = 112 lx). Độ rọi của đèn ( Eav = 437 lx).
Phân bố độ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 75%, zone3 = 100%. Độ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 75%, zone3 = 100%. Độ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 11:00 ( Eav = 276 lx). Độ rọi của đèn ( Eav = 437 lx).
Phân bố độ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 45%, zone3 = 100%. Độ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 45%, zone3 = 100%. Độ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 01:00PM ( Eav = 301 lx). Độ rọi của đèn ( Eav = 437 lx).
Phân bố độ rọi của phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 38%, zone3 = 100%. Độ rọi tổng hợp trong phòng khi zone1 = 0%, zone2 = 38%, zone3 = 100%. Phân vùng điều khiển đèn. Độ rọi của ánh sáng tự nhiên lúc 8:00AM (Eav = 112 lx) .