Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng: Luận văn thạc sĩ HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Dương Minh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Thị Thanh Bình
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Chiếu Sáng
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Các bước tiến hành
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO
• 2.1. Tổng quan về chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo
• 2.2. Chiếu sáng tự nhiên
• 2.2.1. Tổng quan chiếu sáng tự nhiên
• 2.2.2. Hệ số chiếu sáng tự nhiên
• 2.3. Ánh sáng nhân tạo
• 2.4. Cơ sở tính toán độ rọi của ánh sáng nhân tạo trong phòng và ánh sáng tự nhiên
• 2.4.1. Tính toán độ rọi của chiếu sáng trong phòng
• 2.4.2. Tính toán độ rọi phân bố của ánh sáng tự nhiên
• 2.4.3. Độ rọi tại một điểm bất kỳ trong phòng
• 2.5. Đánh giá hệ thống chiếu sáng
• 2.6. Lượng ánh sáng cần thiết
• 2.7. Thiết kế chiếu sáng nội thất
• 2.8. Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả
• 2.9. Giới thiệu PWM
• 2.10. Điều khiển hệ thống chiếu sáng để tiết kiệm điện năng
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH VÙNG CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Xác định vùng chiếu sáng tự nhiên
• 3.2. Giải pháp và nguyên lý điều khiển cho vùng lấy sáng tự nhiên
• 3.2.1. Giải pháp điều khiển cho vùng lấy sáng tự nhiên
• 3.2.2. Nguyên lý điều khiển
• 3.3. Xây dựng thiết kế mạch điều khiển
• 3.3.1. Các mạch con trong bộ điều khiển
• 3.3.2. Sơ đồ mạch điều khiển tổng thể
• 3.3.3. Đo đạc thông số và dạng sóng ngõ ra
• 3.3.3.1. Trường hợp SV > PV đèn bật sáng
• 3.3.3.2. Trường hợp SV < PV
• 4. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA HỆ THỐNG
• 4.1. Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng của các loại đèn
• 4.2. Áp dụng mô hình điều khiển chiếu sáng
• 4.2.1. Hệ thống chiếu sáng đèn Led khi chưa áp dụng hệ thống điều khiển công suất đèn
• 4.2.2. Mô hình áp dụng hệ thống điều khiển công suất đèn Led
• 4.2.3. Phân vùng điều khiển
• 4.2.4. Năng lượng điện tiết kiệm giữa ba mô hình
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng

Trong bối cảnh hiện nay, việc tiết kiệm năng lượng trở thành một yêu cầu cấp thiết trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành chiếu sáng. Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng không chỉ giúp giảm chi phí điện năng mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc áp dụng các công nghệ mới như đèn LED và hệ thống điều khiển thông minh là những bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất năng lượng. Theo nghiên cứu, việc sử dụng đèn LED có thể tiết kiệm đến 80% năng lượng so với các loại đèn truyền thống. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Tầm quan trọng của chiếu sáng hiệu quả

Chiếu sáng hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống. Việc sử dụng chiếu sáng thông minh giúp điều chỉnh cường độ ánh sáng theo nhu cầu sử dụng, từ đó giảm thiểu lãng phí. Hệ thống chiếu sáng hiện đại có thể tự động điều chỉnh dựa trên ánh sáng tự nhiên, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình lớn như văn phòng, nơi mà lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng mức tiêu thụ điện năng.

II. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng

Để đạt được mục tiêu tiết kiệm điện, nhiều giải pháp đã được đề xuất và áp dụng. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất là sử dụng công nghệ chiếu sáng hiện đại như đèn LED kết hợp với hệ thống điều khiển tự động. Hệ thống này có khả năng điều chỉnh cường độ ánh sáng dựa trên cảm biến ánh sáng tự nhiên, từ đó giảm thiểu việc sử dụng điện năng không cần thiết. Ngoài ra, việc thiết kế hệ thống chiếu sáng hợp lý cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

2.1. Ứng dụng công nghệ LED

Đèn LED là một trong những công nghệ chiếu sáng tiên tiến nhất hiện nay. Với khả năng tiết kiệm năng lượng vượt trội, đèn LED không chỉ giảm thiểu chi phí điện mà còn có tuổi thọ cao hơn so với các loại đèn truyền thống. Việc sử dụng đèn LED trong các công trình không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn tạo ra ánh sáng chất lượng cao, thân thiện với môi trường. Theo nghiên cứu, việc chuyển đổi sang đèn LED có thể giảm đến 50% lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng trong các tòa nhà.

2.2. Hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh

Hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh cho phép tự động điều chỉnh cường độ ánh sáng dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên. Việc này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao trải nghiệm người dùng. Các cảm biến ánh sáng có thể phát hiện sự thay đổi của ánh sáng tự nhiên và tự động điều chỉnh đèn LED để duy trì mức độ ánh sáng ổn định. Điều này đặc biệt hữu ích trong các văn phòng, nơi mà ánh sáng tự nhiên có thể thay đổi theo thời gian trong ngày.

III. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp

Việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng đã cho thấy hiệu quả rõ rệt. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng hệ thống chiếu sáng thông minh kết hợp với đèn LED có thể giảm đến 70% lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí cho doanh nghiệp mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hơn nữa, việc áp dụng các công nghệ này còn tạo ra một môi trường làm việc thoải mái và hiệu quả hơn cho người sử dụng.

3.1. Lợi ích kinh tế

Lợi ích kinh tế từ việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng là rất rõ ràng. Doanh nghiệp có thể tiết kiệm được một khoản chi phí lớn từ việc giảm tiêu thụ điện năng. Hơn nữa, việc đầu tư vào công nghệ chiếu sáng hiện đại như đèn LED và hệ thống điều khiển thông minh có thể mang lại lợi nhuận cao trong thời gian ngắn. Theo ước tính, thời gian hoàn vốn cho các dự án này thường chỉ từ 2 đến 3 năm, sau đó doanh nghiệp sẽ thu được lợi nhuận từ việc tiết kiệm chi phí điện năng.

3.2. Tác động đến môi trường

Việc tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn có tác động tích cực đến môi trường. Giảm tiêu thụ điện năng đồng nghĩa với việc giảm phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng tái tạo trong chiếu sáng cũng giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tạo ra một môi trường sống trong lành hơn cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tiêu thụ năng lượng trong chiếu sáng chiếm một phần đáng kể trong tổng mức tiêu thụ điện năng của các công trình, đặc biệt là các khối văn phòng. Theo ước tính, việc sử dụng các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm năng lượng có thể giảm tới 50% điện năng tiêu thụ trong các công trình hiện có. Việt Nam, với vị trí địa lý nằm trong dải phân bố ánh nắng mặt trời dồi dào quanh năm, có tiềm năng lớn để tận dụng ánh sáng tự nhiên nhằm giảm thiểu tiêu thụ điện năng cho chiếu sáng nhân tạo.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng bằng cách kết hợp ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo, đặc biệt là sử dụng đèn LED và hệ thống điều khiển thông minh dựa trên cảm biến ánh sáng. Mục tiêu cụ thể là xây dựng bộ điều chỉnh cường độ sáng đèn LED sử dụng vi điều khiển Atmega8, đồng thời đề xuất các chiến lược điều khiển chiếu sáng nhân tạo tương thích với điều kiện ánh sáng tự nhiên tại các khu vực có vùng chiếu sáng tự nhiên lớn. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các công trình văn phòng tại Việt Nam, với mô phỏng và đánh giá hiệu quả bằng phần mềm Dialux.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc giảm chi phí điện năng mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao chất lượng môi trường làm việc. Việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng và chi phí năng lượng có xu hướng tăng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo: Phân tích các thành phần ánh sáng tự nhiên (ánh sáng trực tiếp, khếch tán, phản xạ) và các yếu tố ảnh hưởng đến độ rọi trong phòng như hệ số chiếu sáng tự nhiên, hệ số phản xạ, độ rọi ngoài trời, phân bố độ chói của bầu trời.
• Mô hình điều khiển chiếu sáng PWM (Pulse Width Modulation): Phương pháp điều chỉnh cường độ ánh sáng đèn LED thông qua điều chế độ rộng xung, giúp thay đổi điện áp đầu ra và từ đó điều chỉnh độ sáng một cách chính xác và tiết kiệm năng lượng.
• Khái niệm phân vùng chiếu sáng: Xác định các vùng lấy sáng tự nhiên trong công trình để áp dụng các chiến lược điều khiển chiếu sáng nhân tạo phù hợp, tối ưu hóa mức độ sử dụng ánh sáng tự nhiên.
• Các chỉ số chiếu sáng tiêu chuẩn: Mức độ rọi tiêu chuẩn cho các loại công việc khác nhau, hệ số tổn hao ánh sáng, độ đồng đều và độ tương phản ánh sáng trong không gian làm việc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu quang trắc thu thập từ các trạm khí tượng địa phương, dữ liệu về đặc tính đèn LED, cảm biến ánh sáng, và các thông số kỹ thuật của hệ thống chiếu sáng.
• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng dựa trên vi điều khiển Atmega8 và cảm biến quang, sử dụng phần mềm Dialux để mô phỏng phân bố độ rọi trong phòng theo các kịch bản chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo kết hợp.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình được xây dựng và thử nghiệm trên các phòng mẫu có kích thước và đặc tính tiêu chuẩn, phù hợp với các văn phòng điển hình tại Việt Nam.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 2 năm, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế mạch điều khiển, mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng khi kết hợp chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo: Mô hình điều khiển chiếu sáng dựa trên cảm biến ánh sáng và phân vùng chiếu sáng tự nhiên giúp tiết kiệm điện năng từ 30% đến 50% so với hệ thống chiếu sáng nhân tạo truyền thống. Cụ thể, lượng điện tiêu thụ giảm từ khoảng 437 lux xuống còn 112 lux trong vùng có ánh sáng tự nhiên cao, tương ứng với mức tiết kiệm năng lượng đáng kể.

2. Ưu thế của đèn LED trong điều chỉnh cường độ sáng: Đèn LED với mạch điều khiển PWM cho phép thay đổi cường độ sáng linh hoạt, tiết kiệm năng lượng tối đa mà vẫn đảm bảo độ rọi yêu cầu. Tần số băm xung 500Hz được chọn là phù hợp để điều khiển độ sáng đèn LED, giúp giảm tiêu thụ điện năng mà không gây nhấp nháy.

3. Phân vùng chiếu sáng tối ưu dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên: Hai mô hình phân vùng không gian điều khiển được xây dựng, trong đó mỗi vùng có chiến lược điều khiển riêng biệt dựa trên giá trị đo được từ cảm biến ánh sáng. Ví dụ, vùng có ánh sáng tự nhiên cao được giảm cường độ chiếu sáng nhân tạo xuống 0-50%, trong khi vùng có ánh sáng tự nhiên thấp duy trì 100% công suất đèn.

4. Mô phỏng Dialux cho thấy sự phân bố độ rọi hợp lý: Kết quả mô phỏng cho thấy độ rọi tổng hợp trong phòng đạt mức từ 300 lux đến 500 lux, phù hợp với tiêu chuẩn chiếu sáng cho văn phòng. Độ đồng đều ánh sáng được cải thiện rõ rệt khi áp dụng hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả tiết kiệm năng lượng là do việc tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên và điều chỉnh linh hoạt cường độ chiếu sáng nhân tạo theo điều kiện thực tế. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành cho thấy tiết kiệm năng lượng chiếu sáng có thể đạt từ 30% đến 60% khi áp dụng công nghệ điều khiển thông minh và đèn LED.

Việc phân vùng chiếu sáng giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng ở những khu vực có ánh sáng tự nhiên dồi dào, đồng thời đảm bảo chất lượng chiếu sáng cho các khu vực khác. Các biểu đồ và bảng số liệu trong nghiên cứu minh họa rõ sự thay đổi độ rọi theo thời gian trong ngày và mức độ tiết kiệm điện năng tương ứng.

Ngoài ra, việc sử dụng mạch điều khiển PWM với vi điều khiển Atmega8 giúp hệ thống có cấu trúc gọn nhẹ, dễ lắp đặt và vận hành ổn định. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng rộng rãi trong các công trình thực tế, đặc biệt là các văn phòng và nhà cao tầng có nhiều cửa sổ lấy sáng tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động dựa trên cảm biến ánh sáng: Các chủ đầu tư và quản lý tòa nhà nên áp dụng hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động để điều chỉnh cường độ đèn LED theo mức ánh sáng tự nhiên, nhằm giảm tiêu thụ điện năng ít nhất 30% trong vòng 1 năm.

2. Ưu tiên sử dụng đèn LED kết hợp mạch điều khiển PWM: Đèn LED với công nghệ điều khiển PWM được khuyến nghị sử dụng trong các công trình mới và cải tạo, giúp tăng hiệu suất chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng từ 20% đến 40% so với đèn huỳnh quang truyền thống.

3. Phân vùng chiếu sáng hợp lý trong thiết kế nội thất: Các kiến trúc sư và kỹ sư thiết kế nên xác định rõ các vùng lấy sáng tự nhiên để áp dụng chiến lược điều khiển chiếu sáng phù hợp, đảm bảo cân bằng độ rọi và tiết kiệm năng lượng hiệu quả trong vòng 6 tháng đầu triển khai.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức người sử dụng: Tổ chức các khóa đào tạo cho nhân viên và người quản lý về lợi ích và cách vận hành hệ thống chiếu sáng tiết kiệm năng lượng, nhằm tăng cường hiệu quả sử dụng và bảo trì hệ thống trong dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tòa nhà và chủ đầu tư: Giúp họ hiểu rõ về các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong chiếu sáng, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm chi phí vận hành và nâng cao giá trị tài sản.

2. Kỹ sư thiết kế và kiến trúc sư: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về phân vùng chiếu sáng, lựa chọn đèn LED và thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh phù hợp với từng loại công trình.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện, công nghệ chiếu sáng: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết chiếu sáng, phương pháp điều khiển PWM và ứng dụng thực tiễn trong tiết kiệm năng lượng.

4. Các doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị chiếu sáng: Giúp phát triển sản phẩm điều khiển chiếu sáng thông minh, nâng cao hiệu quả và cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải pháp điều khiển chiếu sáng tự động dựa trên cảm biến ánh sáng hoạt động như thế nào?
   Hệ thống sử dụng cảm biến ánh sáng để đo mức độ ánh sáng tự nhiên trong phòng, từ đó điều chỉnh cường độ đèn LED thông qua mạch điều khiển PWM, giúp duy trì độ rọi ổn định và tiết kiệm điện năng.

2. Đèn LED có ưu điểm gì so với các loại đèn truyền thống trong tiết kiệm năng lượng?
   Đèn LED có hiệu suất sáng cao, tuổi thọ dài, khả năng điều chỉnh cường độ sáng linh hoạt và tiêu thụ điện năng thấp hơn từ 20% đến 50% so với đèn huỳnh quang hoặc đèn sợi đốt.

3. Phân vùng chiếu sáng là gì và tại sao cần thiết?
   Phân vùng chiếu sáng là việc chia không gian thành các khu vực dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên để áp dụng các chiến lược điều khiển riêng biệt, giúp tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng tự nhiên và giảm lãng phí năng lượng.

4. Phần mềm Dialux được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Dialux được dùng để mô phỏng phân bố độ rọi trong phòng theo các kịch bản chiếu sáng khác nhau, giúp đánh giá hiệu quả của các giải pháp điều khiển chiếu sáng và lựa chọn phương án tối ưu.

5. Làm thế nào để áp dụng giải pháp này trong các công trình hiện có?
   Có thể lắp đặt hệ thống cảm biến ánh sáng và bộ điều khiển PWM cho đèn LED hiện có, đồng thời điều chỉnh phân vùng chiếu sáng phù hợp với cấu trúc công trình để tiết kiệm năng lượng mà không cần thay đổi lớn về hạ tầng.

Kết luận

• Giải pháp kết hợp chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo với điều khiển thông minh giúp tiết kiệm từ 30% đến 50% điện năng tiêu thụ trong chiếu sáng công trình.
• Đèn LED được điều khiển bằng phương pháp PWM là lựa chọn tối ưu cho hệ thống chiếu sáng tiết kiệm năng lượng.
• Phân vùng chiếu sáng dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên là chiến lược hiệu quả để cân bằng độ rọi và giảm lãng phí năng lượng.
• Mô phỏng bằng phần mềm Dialux chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải pháp trong thực tế.
• Khuyến nghị triển khai hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trong các công trình văn phòng và nhà cao tầng tại Việt Nam trong vòng 1-2 năm tới để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm năng lượng ngay hôm nay để giảm chi phí vận hành và góp phần bảo vệ môi trường bền vững!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG MINH TUẤN GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CHIẾU SÁNG S K C 0 0 3 4 9 2 5 9 8 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 2 6 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG MINH TUẤN GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CHIẾU SÁNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Hướng dẫn khoa học: PGS. PHAN THỊ THANH BÌNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2014 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: DƢƠNG MINH TUẤN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1986 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Đông Hòa – Phú Yên Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Vùng 3, Phƣớc Lộc 1, Hòa Thành, Đông Hòa, Phú Yên Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0945766883 Fax: E-mail: duongminhkskt68@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ09/2005đến 09/2010 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Tôn Đức Thắng, Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện – Điện Tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Ngƣời hƣớng dẫn: III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công Ty CPSX Thƣơng Mại Lý Bảo 10/2010 Nhân Viên Kỹ Thuật Minh 2/2011 Công Ty TNHH Amaryllis Giám Sát 2/2013 Giám Sát i Luan van 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 Luan van 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 Luan van NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 iv Luan van NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 v Luan van NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.

HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 vi Luan van NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN. HCM, ngày ……tháng…… năm 2013 vii Luan van 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 Luan van 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 .36 ix Luan van 1.

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 Luan van 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 Luan van 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 .45 xii Luan van 3. 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 ) .