CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG MỚI NHẤT 1.1 VAI TRÒ CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG TRONG GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG HIỆN ĐẠI Ở VIỆT NAM Theo số liệu thống kê, với dân số 85 triệu người, cả nước ta đang sử dụng khoảng 55 đến 60 triệu bóng đèn trong chiếu sáng dân dụng. Lượng thiết bị chiếu sáng khổng lồ này cộng với hệ thống chiếu sáng công cộng khắp trên cả nước tiêu thụ khoảng 20 - 25% tổng công suất của các nhà máy phát điện và có chiều hướng gia tăng khoảng 10 - 15% hàng năm. Trong khi đó, hiện nay ngành điện Việt Nam chưa cung cấp đủ nhu cầu sử dụng của xã hội và vẫn phải nhập khẩu điện từ Trung Quốc. Tập đoàn điện lực Việt Nam luôn phải khắc phục sự thiếu hụt điện năng bằng cách cắt điện luân phiên cũng như yêu cầu các hộ tiêu thụ sử dụng điện tiết kiệm.
Trước thự tế đó, vấn đề tiết kiệm điện trong chiếu sáng đã trở nên hết sức cấp thiết và đóng vai trò rất quan trọng trong việc sử dụng và khai thác hợp lý các tài nguyên thiên nhiên của đất nước, góp phần bảo vệ môi trường. Để giảm bớt năng lượng điện trong chiếu sáng, cần một giải pháp tổng thể từ khâu sản xuất và cung ứng các thiết bị chiếu sáng, đến các biện pháp khoa học trong tiêu dùng, đồng thời giáo dục ý thức tiết kiệm trong cộng đồng. Trong các vấn đề trên, việc nâng cao chất lượng và hiệu quả chiếu sáng và sử dụng nguồn điện năng một cách hợp lý, tiết kiệm, tránh lãng phí là vấn đề quan trọng nhất và mang tính cấp thiết. Để thực hiện triệt để việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng, ta cần thiết phải thực hiện đồng bộ 3 yếu tố: · Sử dụng các loại bóng đèn có hiệu suất chiếu sáng cao để tiết kiệm điện.
Các loại ánh sáng tạo ra từ bóng đèn phải thích hợp, đúng nhu cầu sử dụng. Phương pháp hiệu quả nhất là thay thế sử dụng bóng đèn sợi đốt, tiêu thụ nhiều điện năng sang sử dụng bóng đèn huỳnh quang compact có tính năng tiết kiệm điện 80% và độ bền hơn 6 lần so với bóng đèn sợi đốt hoặc sử dụng nhiều chủng loại đèn huỳnh quang có hiệu suất chiếu sáng cao. Các sản phẩm bóng đèn tiết kiệm điện có màu sắc phù hợp với thị lực của mắt. · Hệ thống chiếu sáng phải phân bổ các điểm sáng đồng đều, bảo đảm trên bề mặt phẳng làm việc một độ rọi đồng đều và đạt tối thiểu từ 300 lux trở lên.
Để đạt được điều này, việc sử dụng một hệ thống máng đèn, chao chụp hợp lý góp phần phân bổ lại độ sáng trong phòng. Nhưng để đạt được mục đích điều chỉnh độ sáng theo mục đích sử dụng, theo yêu cầu chiếu sáng như độ sáng cần thiết trong phòng học, phòng làm việc sẽ khác với độ sáng tại các hành lang, tiền sảnh, sân vườn, ta cần có một hệ thống điều khiển chiếu sáng sử dụng một hệ 1 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN thống các sensor đo độ sáng, các bộ điều chỉnh độ sáng (dimmer) đảm bảo môi trường lao động an toàn, tiết kiệm. · Cuối cùng là nguồn sáng của bóng đèn cần được sử dụng đúng mục đích, đúng thời điểm, đúng nhu cầu như chỉ chiếu sáng khi có người sử dụng, tránh lãng phí, hạn chế các trường hợp hao phí điện năng do người sử dụng quên tắt đèn,… Do đó, các tòa nhà nên sử dụng một hệ thống điều khiển chiếu (tắt/mở điều khiển độ sáng) cho phép người dùng đặt các chế độ hoạt động theo từng nhu cầu sử dụng một cách tự động, giúp giảm thiểu lãng phí điện năng trong sử dụng. Hệ thống điều khiển chiếu sáng có thể là công tắc điều khiển được định giờ có thể tự động tắt/mở nguồn sáng hoặc chủ động tắt/mở theo từng nhu cầu sử dụng như trong quảng cáo, phân xưởng sản xuất vào lúc cao điểm, có thể hoạt động sử dụng các sensor phát hiện người, vừa tiết kiệm vừa mang lại nhiều tiện lợi cho người sử dụng.
Hiện nay ở một số doanh nghiệp có ý thức cao trong tiết kiệm điện năng để giảm chi phí, việc ứng dụng các giải pháp, hệ thống chiếu sáng rất linh hoạt, hiệu quả theo nhu cầu của sản xuất (giờ cao điểm thì nguồn sáng hoạt động 100% công suất, hết ca thì hệ thống chiếu sáng được phân vùng cắt cục bộ nhằm tiết kiệm điện). Hệ thống chiếu sáng công cộng ở những quốc gia phát triển luôn ứng dụng giải pháp điều khiển chiếu sáng được tự động tắt, mở theo mùa, theo mật độ lưu thông trên đường,… Như vậy, tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng cần được cụ thể hóa từ ý thức tiết kiệm điện năng đến việc đầu tư, ứng dụng những giải pháp chiếu sáng đồng bộ không đòi hỏi tính phức tạp và tốn nhiều chi phí. Trong giải pháp tổng thể trên, thành phần đóng vai trò quan trọng, quyết định mức độ tiết kiệm, hiệu quả, quyết định tính tiện lợi của hệ thống chiếu sáng chính là hệ thống điều khiển chiếu sáng trong tòa nhà. Với mục tiêu tiết kiệm điện năng, tránh lãng phí và tận dụng những công nghệ mới, kỹ thuật điều khiển tiên tiến, hệ thống điều khiển tự động việc sử dụng điện đang là một giải pháp vừa tiết kiệm điện tối ưu vừa đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng.
Các ưu điểm của hệ thống điều khiển chiếu sáng: Các nghiên cứu về ứng dụng các hệ thống chiếu sáng trong tòa nhà cho thấy, so với các hệ chiếu sáng truyền thống chỉ sử dụng điều khiển bằng tay và mức độ tiết kiệm chỉ phụ thuộc vào ý thức của người sử dụng, không điều chỉnh được cường độ sáng của bóng đèn trong các bối cảnh khác nhau, giải pháp sử dụng chiếu sáng chuyên nghiệp, sử dụng hệ thống điều khiển chiếu sáng với các sensor chuyên dụng tỏ ra hơn hẳn, với các ưu điểm đáng quan tâm như sau: · Tiết kiệm được năng lượng do sử dụng các sensor phát hiện người, và các bộ điều chỉnh độ sáng, hạn chế lãng phí do việc quên tắt đèn, do sử dụng nguồn sáng không đúng mục đích, không đúng nhu cầu chiếu sáng.08RD/HĐ-KHCN · Giảm tối thiểu nhu cầu tiêu thụ điện · Tối đa hóa tính năng và hiệu quả sử dụng các thiết bị chiếu sáng · Đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng một cách độc lập trong các bối cảnh khác nhau. · Góp phần nâng cao năng suất lao động, sức khỏe, thị lực của người khi sinh hoạt. · Cải thiện môi trường làm việc, tạo ra một môi trường chiếu sáng tiện nghi và thân thiện với môi trường (giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường, góp phần bảo vệ môi trường). Các hệ thống điều khiển chiếu sáng luôn cung cấp đầy đủ các tính năng điều khiển tự động hoặc bằng tay hoặc kết hợp cả hai kiểu điều khiển giúp người sử dụng có thể tạo ra một môi trường chiếu sáng theo nhu cầu của mình.
Với các ưu điểm và lợi ích này, giải pháp sử dụng các hệ điều khiển chiếu sáng đang dần thay thế các hệ thống chiếu sáng truyền thống, trở thành sự lựa chọn số một cho các tòa nhà, công sở, trường học, các khu vui chơi công cộng và các hộ gia đình.2 KHẢO SÁT CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG MỚI NHẤT 1.1 Các hệ điều khiển chiếu sáng mới nhất Các hệ điều khiển chiếu sáng có thể được phân ra làm các loại: điều khiển tại chỗ, điều khiển tập trung và điều khiển hai chiều. Điều khiển tại chỗ cho phép người sử dụng điều khiển mức độ sáng tại khu vực của mình. Điều khiển tập trung bật tắt đèn trong một khu vực rộng lớn như một tòa nhà, một tầng hoặc một khu vực ngoài trời,…Các trạng thái của đèn là không xác định. Đối với điều khiển 2 chiều các chấn lưu (ballast) sẽ gửi và nhận các thông tin về trạng thái của mình tới bộ điều khiển trung tâm (có thể là máy tính).
Để đưa ra thiết kế tối ưu của hệ điều khiển chiếu sáng, chúng tôi đã tiến hành khảo sát, tìm hiểu một số hệ thống chiếu sáng hiện đại hiện nay của DOUGLAS, LINET, Z-WAVE. … DOUGLAS cung cấp các hệ điều khiển cho phép điều khiển đóng ngắt tự động các rơle theo lịch trình thời gian, theo giờ thiên văn học (dựa vào thời gian mặt trời mặt, mặt trời mọc) theo độ sáng.08RD/HĐ-KHCN Hình 1: Điều khiển đóng cắt đơn giản Các phụ tải chiếu sáng có thể đóng ngắt bằng một switch, switch có thể là một công tắc gắn tường, một rơle, một đồng hồ thời gian (lịch trình), một sensor phát hiện người ,… Hình 2: Điều khiển chiếu sáng lập trình được (dạng panel đơn) Các bộ Relay Scanners được sử dụng để điều khiển các nhóm rơle lập trình được, các sensor trong hệ thống đo các điều kiện môi trường như độ sáng, nhiệt độ, phát hiện người. Các bóng đèn có thể được điều khiển bằng công tắc tại chỗ hoặc bằng công tắc điều khiển từ xa. Một hệ thống chiếu sáng có thể gồm 1 panel hoặc nhiều panel cùng kết nối với máy tính thông qua các đường tuyền tín hiệu số.
Dưới đây là mô hình của hệ thống điều khiển chiếu sáng của DOUGLAS : 4 ĐỀ TÀI CB 187.08RD/HĐ-KHCN Hình 3: Hệ thống chiếu sáng của DOUGLAS Hubbell cung cấp một hệ điều khiển chiếu sáng đơn giản và sử dụng các công nghệ tiên tiến, với một bộ điều khiển sử dụng màn hình điều khiển cảm ứng, thân thiện, dễ sử dụng. Hệ thống cung cấp sẵn nhiều lịch trình cho phép người sử dụng có thể soạn thảo theo mục đích sử dụng. Hệ thống cũng có thể hoạt động theo đồng hồ thiên văn hỗ trợ cho việc lập trình thời gian mặt trời mọc, mặt trời lặn. Các rơle được phân bố trên các panel khu vực kết nối với từng thiết bị hoặc một nhóm các thiết bị chiếu sáng.
Trạng thái của các rơle trong hệ thống được quan sát thông qua các đèn LED trạng thái. Dưới đây là mô hình một hệ chiếu sáng của Hubbell.2 ZONE 1 load 1 load 2 load 3 load 4 Breaker Panel Breaker Panel load 1 load 2 load 3 load 4 ZONE 1 ZONE 2 ZONE 2 load 7 load 8 load 9 load 7 load 8 load 9 ZONE 3 ZONE 3 (Switch Stations) load 5 load 6 load 5 load 6 Hình 4: Hệ thống chiếu sáng của Hubbell 5 ĐỀ TÀI CB 187.
