Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN

Tìm hiểu đồ án thiết kế chiếu sáng hội trường A3DHCN Hà Nội dùng năng lượng mặt trời. Tối ưu hiệu quả, tiết kiệm điện, thân thiện môi trường.

• Tác giả: Sinh Viên Thực Hiện
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Công Cường
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Chiếu Sáng Cho Hội Trường A3-DHCN Hà Nội, Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: Tổng quan về hệ thống chiếu sáng cho hội trường
• 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hội trường
• 1.1.1. Chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng
• 1.1.2. Đặc điểm chung
• 1.1.3. Chất lượng chiếu sáng
• 1.1.4. Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hội trường
• 1.2. Một số đại lượng tính toán chiếu sáng
• 1.3. Các loại đèn sử dụng trong đề tài
• 1.3.1. Đèn chiếu sáng trực tiếp
• 2. Chương 2: HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 2.1. Năng lượng điện mặt trời
• 2.2. Phân loại cấu trúc hệ thống điện mặt trời
• 2.2.1. Hệ thống điện mặt trời độc lập
• 2.2.2. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không lưu trữ
• 2.2.3. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ
• 2.3. Thành phần cơ bản trong hệ thống điện mặt trời
• 2.3.1. Pin năng lượng mặt trời
• 2.3.2. Bộ điều khiển sạc
• 2.3.3. Bộ inverter hòa lưới
• 2.3.4. Mạch chuyển đổi nguồn ATS
• 3. Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng
• 3.1. Thiết kế chiếu sáng cho tầng 1
• 3.1.1. Thiết kế chiếu sáng phòng phòng thu học phí
• 3.1.1.1. Lựa chọn đèn chiếu sáng
• 3.1.1.2. Bố trí các bộ đèn
• 3.1.1.3. Xác định tổng quang thông bộ đèn trong không gian chiếu sáng
• 3.1.1.4. Xác định số lượng đèn thực tế N và bố trí lại bộ đèn phù hợp
• 3.1.1.5. Kiểm tra tiện nghi chiếu sáng
• 3.1.2. Thiết kế chiếu sáng cho hai phòng vệ sinh
• 3.1.2.1. Thiết kế sơ bộ
• 3.1.2.2. Lựa chọn đèn chiếu sáng
• 3.1.2.3. Bố trí các bộ đèn
• 3.1.2.4. Xác định tổng quang thông bộ đèn trong không gian chiếu sáng
• 3.1.2.5. Xác định số lượng đèn thực tế N và bố trí lại bộ đèn phù hợp
• 3.1.3. Chọn đèn chiếu sáng hành lang và thang bộ
• 3.1.3.1. Thiết kế sơ bộ
• 3.1.3.2. Lựa chọn đèn chiếu sáng
• 3.1.3.3. Bố trí các bộ đèn
• 3.1.3.4. Xác định tổng quang thông bộ đèn trong không gian chiếu sáng
• 3.1.3.5. Xác định số lượng đèn thực tế N và bố trí lại bộ đèn phù hợp
• 3.2. Thiết kế chiếu sáng cho phòng hội trường tầng 2
• 3.2.1. Thiết kế sơ bộ
• 3.2.2. Lựa chọn đèn chiếu sáng
• 3.2.3. Bố trí các bộ đèn
• 3.2.4. Xác định tổng quang thông bộ đèn trong không gian chiếu sáng
• 3.2.5. Xác định số lượng đèn thực tế N và bố trí lại bộ đèn phù hợp
• 3.2.6. Kiểm tra tiện nghi chiếu sáng
• 3.3. Tính toán thiết bị bảo vệ
• 3.3.1. Tính chọn Aptomat
• 3.3.2. Tính chọn dây dẫn
• 3.4. Tính chọn các thiết bị cho hệ thống năng lượng mặt trời
• 3.4.1. Tính chọn tấm pin năng lượng mặt trời
• 3.4.2. Lựa chọn bộ kích điện Inverter
• 3.4.3. Lựa chọn bình ac quy
• 3.5. Tính toán giá thành bỏ ra và thời gian hoàn vốn
• 4. Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng
• 4.1. Tổng quan về phần mềm Dialux
• 4.2. Mô phỏng hội trường
• 4.2.1. Mô phỏng chiếu sáng tầng 1 hội trường
• 4.2.2. Mô phỏng chiếu sáng tầng 2 hội trường
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá thiết kế chiếu sáng NLMT hội trường A3 DHCNHN Hướng bền vững

Bối cảnh năng lượng toàn cầu đang chuyển dịch mạnh mẽ sang các nguồn tài nguyên tái tạo. Điều này đòi hỏi các giải pháp hiệu quả và bền vững trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng và vận hành các công trình công cộng. Việc ứng dụng năng lượng mặt trời cho công trình không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường, hướng tới một tương lai xanh hơn. Tại Việt Nam, với tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời, việc triển khai các dự án năng lượng mặt trời ngày càng được chú trọng. Đặc biệt, tại các không gian công cộng lớn như hội trường, nơi có nhu cầu chiếu sáng liên tục và cường độ cao phục vụ cho các hoạt động giáo dục, hội thảo, sự kiện, thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời trở thành xu hướng tất yếu và mang lại nhiều lợi ích. Dự án thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN là một minh chứng cụ thể cho định hướng này. Nó đại diện cho nỗ lực của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội trong việc tiên phong áp dụng công nghệ xanh vào cơ sở vật chất của mình. Dự án này không chỉ nâng cao chất lượng tiện ích mà còn thể hiện tầm nhìn chiến lược của trường về phát triển bền vững và cam kết với cộng đồng.

Bài viết này khám phá chi tiết quá trình thiết kế hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời cho hội trường A3. Quá trình này bao gồm từ khâu phân tích ban đầu về yêu cầu ánh sáng, đặc điểm kiến trúc của hội trường, điều kiện bức xạ mặt trời tại địa điểm, đến các giải pháp kỹ thuật cụ thể cho từng hạng mục chiếu sáng. Việc nghiên cứu và triển khai dự án đã tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong vận hành. Sự chuyển đổi sang hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Cụ thể, nó giúp giảm đáng kể tải trọng cho lưới điện quốc gia, góp phần ổn định hệ thống điện. Đồng thời, nó tăng cường tính tự chủ năng lượng cho cơ sở giáo dục, giảm thiểu rủi ro từ sự cố mất điện hoặc biến động giá năng lượng. Quan trọng hơn, dự án còn đóng góp vào việc giảm phát thải khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu, hướng tới một môi trường sống trong lành hơn. Đây không chỉ là một dự án kỹ thuật đơn thuần mà còn là thông điệp mạnh mẽ về cam kết phát triển bền vững và giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho thế hệ trẻ. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một môi trường học tập, làm việc và tổ chức sự kiện tiện nghi, an toàn, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên một cách có trách nhiệm. Dự án này cũng hướng tới việc tạo ra một hình mẫu để các công trình khác, đặc biệt là các cơ sở giáo dục, có thể học hỏi và áp dụng, nhân rộng mô hình năng lượng xanh trên phạm vi rộng.

1.1. Tầm quan trọng của giải pháp chiếu sáng bền vững cho hội trường

Hội trường A3 là một không gian đa năng, nơi diễn ra nhiều hoạt động quan trọng của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Các hoạt động này bao gồm từ các buổi hội thảo khoa học, lễ bế giảng, lễ khai giảng, đến các sự kiện văn hóa, nghệ thuật và các buổi học tập lớn, thu hút đông đảo sinh viên và giảng viên. Nhu cầu chiếu sáng tại đây không chỉ cần đảm bảo cường độ cao mà còn phải đồng đều và linh hoạt, phù hợp với từng loại hình sự kiện cụ thể. Việc sử dụng nguồn điện truyền thống để cung cấp chiếu sáng cho một không gian quy mô lớn như vậy gây ra tiêu thụ năng lượng đáng kể, dẫn đến chi phí vận hành không hề nhỏ cho nhà trường. Hơn nữa, sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia có thể gặp rủi ro về nguồn cung hoặc biến động giá cả.

Do đó, giải pháp chiếu sáng bền vững trở nên cực kỳ quan trọng và cần thiết. Việc áp dụng hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện hàng tháng, mang lại lợi ích kinh tế lâu dài cho nhà trường. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt và giá năng lượng ngày càng tăng cao. Hơn nữa, việc chuyển đổi sang năng lượng sạch còn giảm lượng khí thải carbon, góp phần vào mục tiêu phát triển công trình xanh và mục tiêu quốc gia về giảm phát thải ròng bằng không. Điều này hoàn toàn phù hợp với xu thế toàn cầu về bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu và sử dụng năng lượng tái tạo. Một hệ thống chiếu sáng bền vững không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn tăng cường uy tín và hình ảnh của tổ chức giáo dục, thể hiện sự tiên phong trong việc áp dụng công nghệ thân thiện với môi trường. Chiếu sáng hội trường A3 bằng năng lượng mặt trời mang lại tiện nghi, an toàn, và hiệu quả kinh tế bền vững, tạo ra một không gian hiện đại và thân thiện.

1.2. Mục tiêu chính của đồ án Thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3

Đồ án "Thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN" hướng tới nhiều mục tiêu trọng tâm, phản ánh tầm nhìn về một môi trường học tập hiện đại và bền vững. Mục tiêu cốt lõi là xây dựng một hệ thống chiếu sáng hoàn chỉnh, có khả năng tự cung cấp năng lượng bằng cách sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời. Hệ thống này phải không chỉ đảm bảo đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn chiếu sáng kỹ thuật cho hội trường mà còn phải duy trì tính ổn định và liên tục trong mọi điều kiện hoạt động, kể cả vào ban đêm hoặc những ngày thời tiết xấu. Đồ án còn mong muốn cung cấp cái nhìn sâu sắc về sơ đồ cung cấp điện chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời, đồng thời phân tích chi tiết các thành phần liên quan như pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, ắc quy lưu trữ và bộ biến tần (inverter), từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Việc thực hiện đồ án là cơ hội quý giá để tổng hợp kiến thức chuyên môn đã được học trong các môn học chuyên ngành, nâng cao khả năng tư duy sáng tạo trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế và rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm cho sinh viên trong môi trường thực tế. Kết quả mong đợi từ đồ án này bao gồm việc lựa chọn phương án thiết kế hệ thống tối ưu nhất, phù hợp với đặc điểm kiến trúc và công năng của hội trường A3 cũng như tiềm năng năng lượng mặt trời tại khu vực. Các tính toán công suất chiếu sáng chính xác sẽ được thực hiện, kèm theo việc lựa chọn nguồn sáng phù hợp, ưu tiên các loại đèn LED hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng. Đồng thời, đồ án dự kiến xác định chi tiết các thiết bị cần thiết cho toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời, đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả cao nhất. Cuối cùng, một mô hình mô phỏng hệ thống sẽ được xây dựng để kiểm chứng các tính toán và phân tích kết quả đạt được, đưa ra các đánh giá khách quan về hiệu suất và khả năng vận hành của hệ thống trong các kịch bản khác nhau, từ đó đề xuất các cải tiến nếu cần.

II. Thách thức thiết kế hệ thống chiếu sáng NLMT cho hội trường A3 DHCNHN

Việc triển khai thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN đối mặt với nhiều thách thức đáng kể, đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng và giải pháp kỹ thuật sáng tạo. Hội trường A3 là một không gian có diện tích lớn, thường xuyên được sử dụng cho các hoạt động yêu cầu mức độ chiếu sáng đồng đều và cường độ cao, từ sân khấu đến khu vực khán giả. Điều này đặt ra yêu cầu khắt khe về công suất của hệ thống năng lượng mặt trời cần phải đủ lớn để đáp ứng toàn bộ nhu cầu chiếu sáng. Khó khăn không chỉ nằm ở việc tính toán công suất mà còn ở lựa chọn thiết bị có khả năng hoạt động bền bỉ và hiệu quả trong dài hạn. Làm thế nào để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong mọi điều kiện thời tiết, từ những ngày nắng gắt đến những ngày mưa bão hay ít nắng? Việc tích hợp các tấm pin mặt trời trên mái nhà hay khu vực xung quanh cần được xem xét kỹ lưỡng về mặt kiến trúc để không ảnh hưởng đến thẩm mỹ của tòa nhà, đồng thời phải tối ưu về mặt kỹ thuật để thu được lượng bức xạ cao nhất.

Cần tính toán dung lượng ắc quy lưu trữ một cách chính xác để đảm bảo chiếu sáng liên tục vào ban đêm hoặc trong những ngày có nguồn bức xạ mặt trời yếu. Các yếu tố như chi phí đầu tư ban đầu, tuổi thọ của các thiết bị, và yêu cầu bảo trì định kỳ cũng cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo tính kinh tế và bền vững của dự án. Đặc biệt, việc đảm bảo an toàn điện và tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành là yếu tố sống còn. Giải quyết những thách thức này là chìa khóa để đạt được một giải pháp chiếu sáng bền vững và hiệu quả, mang lại giá trị thực tiễn cho Đại học Công nghiệp Hà Nội. Đây là một quá trình phức tạp nhưng cần thiết để hiện thực hóa tầm nhìn về một hội trường A3 tự chủ năng lượng, góp phần vào việc xây dựng một môi trường xanh trong khuôn viên trường.

2.1. Phân tích khó khăn trong việc tích hợp năng lượng mặt trời

Tích hợp năng lượng mặt trời cho công trình quy mô lớn như hội trường A3 không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Đầu tiên, vấn đề về không gian lắp đặt các tấm pin là một thách thức lớn. Cần một diện tích đủ rộng rãi trên mái nhà hoặc khu vực xung quanh để lắp đặt số lượng tấm pin cần thiết nhằm thu được lượng bức xạ mặt trời đủ để sản xuất điện. Hơn nữa, góc nghiêng và hướng lắp đặt pin phải được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất trong suốt các mùa trong năm. Điều này đôi khi có thể ảnh hưởng đến tổng thể kiến trúc và mỹ quan của tòa nhà, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các kiến trúc sư và kỹ sư. Một khó khăn khác là sự biến động của nguồn năng lượng mặt trời. Thời tiết, mùa trong năm, và thậm chí thời điểm trong ngày ảnh hưởng trực tiếp đến lượng điện sản xuất. Hệ thống cần có khả năng lưu trữ điện năng hiệu quả để cung cấp nguồn điện ổn định khi không có nắng.

Việc thiết kế điện mặt trời còn phải tính đến khả năng mở rộng hoặc nâng cấp trong tương lai khi nhu cầu năng lượng tăng lên hoặc công nghệ pin mặt trời phát triển. Đảm bảo an toàn điện cho toàn bộ hệ thống, từ các tấm pin, dây dẫn, đến các thiết bị điện tử, và tuân thủ các quy định kỹ thuật hiện hành về an toàn điện là một thách thức quan trọng. Các quy trình bảo trì, vệ sinh tấm pin cũng cần được lên kế hoạch rõ ràng để duy trì hiệu suất hoạt động lâu dài. Những yếu tố này đòi hỏi một thiết kế toàn diện, cân nhắc mọi khía cạnh để đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu quả.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng

Hiệu quả của hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời tại hội trường A3 phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp, cần được xem xét đồng bộ trong quá trình thiết kế. Chất lượng và hiệu suất của pin mặt trời là yếu tố hàng đầu quyết định lượng điện năng có thể sản xuất. Các tấm pin có hiệu suất chuyển đổi cao sẽ tạo ra nhiều điện hơn từ cùng một diện tích, giúp giảm số lượng pin cần thiết. Khả năng lưu trữ của hệ thống ắc quy quyết định thời gian chiếu sáng vào ban đêm hoặc trong điều kiện thiếu nắng. Dung lượng ắc quy phải được tính toán đủ để duy trì hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định mà không cần nạp bổ sung. Việc lựa chọn loại đèn chiếu sáng cũng rất quan trọng. Đèn LED năng lượng mặt trời với hiệu suất phát quang cao, tuổi thọ dài và khả năng tiêu thụ ít điện năng là lựa chọn tối ưu, giúp tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.

Ngoài ra, các yếu tố liên quan đến không gian nội thất cũng ảnh hưởng đến hiệu quả chiếu sáng. Hệ số phản xạ của tường, trần nhà và sàn nhà ảnh hưởng trực tiếp đến độ rọi thực tế và sự đồng đều của ánh sáng trong không gian. Màu sắc của các bề mặt này cần được cân nhắc để tối ưu hóa việc phân bố ánh sáng. Việc sử dụng các bộ điều khiển thông minh, cảm biến ánh sáng tự nhiên, và bộ hẹn giờ giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng bằng cách tự động điều chỉnh cường độ chiếu sáng hoặc bật/tắt đèn khi cần. Việc tối ưu chiếu sáng không chỉ dựa vào công nghệ mà còn dựa vào cách bố trí đèn khoa học, thiết kế chiếu sáng tự nhiên hợp lý và quản lý hệ thống hiệu quả. Tất cả các yếu tố này phải được tích hợp một cách hài hòa để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và chiếu sáng chất lượng cao.

III. Tính toán công suất chọn đèn LED cho chiếu sáng hội trường A3

Để đảm bảo thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN đạt hiệu quả tối ưu và đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật, việc tính toán công suất chiếu sáng là bước nền tảng và cực kỳ quan trọng. Quá trình này không chỉ bao gồm việc xác định lượng ánh sáng cần thiết cho từng khu vực mà còn liên quan đến việc chọn loại đèn phù hợp nhất với mục đích sử dụng và khả năng tích hợp với hệ thống năng lượng mặt trời. Hội trường A3 có nhiều khu vực với yêu cầu độ rọi khác nhau, từ khu vực khán giả, sân khấu chính, đến hành lang, sảnh đón và các phòng vệ sinh. Mỗi khu vực đòi hỏi một phương pháp tính toán và loại đèn riêng biệt để đảm bảo tiện nghi thị giác và hiệu quả năng lượng. Ví dụ, phòng vệ sinh cần độ rọi khoảng 300Lx để đảm bảo vệ sinh và an toàn, trong khi các khu vực chính của hội trường có thể cần mức độ rọi cao hơn và chất lượng ánh sáng tốt hơn cho các hoạt động trình chiếu, hội thảo.

Việc sử dụng đèn LED năng lượng mặt trời là một lựa chọn thông minh và chiến lược. Đèn LED nổi bật với hiệu suất phát quang cao, tuổi thọ dài và khả năng tiết kiệm điện vượt trội so với các loại đèn truyền thống. Điều này giúp tối ưu hóa dung lượng của hệ thống năng lượng mặt trời, giảm kích thước và chi phí cho pin mặt trời cùng hệ thống ắc quy lưu trữ. Bài viết này sẽ hướng dẫn các bước cụ thể để thực hiện các phép tính chiếu sáng này một cách chính xác, dựa trên các tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế. Đồng thời, nó sẽ đưa ra các nguyên tắc lựa chọn nguồn sáng hiệu quả, đảm bảo cả chất lượng chiếu sáng, tính thẩm mỹ và khả năng tích hợp hài hòa với tổng thể hệ thống năng lượng mặt trời. Việc áp dụng đúng các nguyên tắc này sẽ mang lại một hệ thống chiếu sáng không chỉ hiệu quả về năng lượng mà còn đáp ứng tối đa nhu cầu sử dụng của hội trường A3.

3.1. Các bước cơ bản để tính toán công suất chiếu sáng tối ưu

Việc tính toán công suất chiếu sáng cho hội trường A3 cần tuân thủ một quy trình khoa học để đảm bảo độ chính xác. Bước đầu tiên là xác định chính xác diện tích (S) và chiều cao (H) của từng không gian cần chiếu sáng trong hội trường. Sau đó, cần xác định độ rọi yêu cầu (Eyc) cho mỗi khu vực, dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hiện hành của Việt Nam (ví dụ TCVN 7114-1:2008) và đặc thù công năng. Ví dụ, phòng vệ sinh được khuyến nghị có độ rọi khoảng 300Lx. Một khi Eyc và S được xác định, tổng quang thông cần dùng (Lm) cho không gian đó có thể được tính bằng công thức Lm = Eyc * S.

Bước tiếp theo là lựa chọn loại đèn có hiệu suất phát quang (lm/W) phù hợp. Đối với đèn LED năng lượng mặt trời, hiệu suất này thường rất cao, góp phần tiết kiệm năng lượng. Tổng công suất điện (W) cần dùng cho khu vực sẽ được tính bằng tổng quang thông chia cho hiệu suất phát quang của đèn. Cuối cùng, số lượng đèn cần thiết (N) được xác định bằng cách chia tổng công suất cần dùng cho công suất của một bộ đèn. Ví dụ, với phòng vệ sinh có diện tích 33m² và yêu cầu 300Lx, cần tổng quang thông 9900 lumen. Nếu chọn đèn LED âm trần 18W có hiệu suất 84.78 lm/W, sẽ cần khoảng 6-8 đèn để đảm bảo độ rọi và tính thẩm mỹ. Trong quá trình tính toán, các hệ số như hệ số dự trữ bóng đèn (thường là 1.25 cho LED) và hệ số lợi dụng quang thông (U) cũng cần được đưa vào để đảm bảo kết quả chính xác và tin cậy.

3.2. Tiêu chuẩn và nguyên tắc lựa chọn nguồn sáng LED hiệu quả

Việc lựa chọn nguồn sáng hiệu quả, đặc biệt là đèn LED năng lượng mặt trời, tuân thủ các tiêu chuẩn và nguyên tắc nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng chiếu sáng và tối ưu hóa hệ thống. Đối với hội trường, các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm hiệu suất phát quang cao, tuổi thọ dài, chỉ số hoàn màu (CRI) tốt và nhiệt độ màu phù hợp. Đèn LED có hiệu suất phát quang trên 80 lm/W thường được xem là hiệu quả. Tuổi thọ của đèn LED có thể lên đến 50.000 giờ hoặc hơn, giảm đáng kể chi phí bảo trì và thay thế trong dài hạn. Chỉ số CRI nên trên 80 để đảm bảo màu sắc của vật thể được chiếu sáng trung thực và sống động, đặc biệt quan trọng trong các buổi biểu diễn hoặc trình chiếu. Nhiệt độ màu thường nằm trong khoảng 3000K-6500K (trắng ấm đến trắng lạnh) tùy thuộc vào mục đích sử dụng và không khí mong muốn của không gian.

Ngoài ra, cần xem xét đến các yếu tố kỹ thuật khác như góc chiếu sáng của đèn, khả năng chống chói để tránh gây khó chịu cho người nhìn, và khả năng điều chỉnh độ sáng (dimmable) để linh hoạt trong các tình huống sử dụng khác nhau. Đối với thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời, đèn LED tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với các loại đèn truyền thống. Đặc tính này giúp tối ưu hóa dung lượng của toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời, giảm kích thước và chi phí cho các tấm pin mặt trời và hệ thống ắc quy lưu trữ. Sự kết hợp giữa đèn LED và năng lượng mặt trời tạo nên một giải pháp chiếu sáng hiện đại, bền vững và hiệu quả kinh tế.

IV. Phương pháp thiết kế hệ thống NLMT độc lập cho hội trường A3

Để đảm bảo tính tự chủ, ổn định và liên tục cho thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN, việc triển khai một hệ thống năng lượng mặt trời độc lập là giải pháp tối ưu. Một hệ thống độc lập hoàn toàn không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, cung cấp nguồn điện liên tục cho các thiết bị chiếu sáng, ngay cả khi có sự cố mất điện từ lưới chung. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống này bao gồm các thành phần chính như các tấm pin năng lượng mặt trời, có nhiệm vụ thu nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành điện năng; bộ điều khiển sạc, giúp quản lý quá trình nạp và xả của ắc quy; hệ thống ắc quy lưu trữ, có vai trò dự trữ năng lượng để sử dụng khi không có nắng; và bộ biến tần (inverter), chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều phù hợp với hầu hết các thiết bị điện.

Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận, quản lý và chuyển đổi năng lượng. Việc lựa chọn các thiết bị này cần dựa trên các tính toán kỹ lưỡng về tổng công suất tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng, số giờ chiếu sáng cần thiết, và điều kiện bức xạ mặt trời tại khu vực lắp đặt. Đặc biệt, đối với một công trình lớn và quan trọng như hội trường A3, sự ổn định của nguồn điện là ưu tiên hàng đầu để đảm bảo các hoạt động không bị gián đoạn. Việc hiểu rõ sơ đồ nguyên lý hoạt động và cách các thành phần tương tác lẫn nhau là cần thiết để tích hợp hệ thống một cách hiệu quả, đảm bảo tối đa hóa hiệu suất và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống. Giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích về năng lượng mà còn góp phần nâng cao tính hiện đại và bền vững cho cơ sở vật chất của Đại học Công nghiệp Hà Nội.

4.1. Lựa chọn pin năng lượng mặt trời và bộ điều khiển sạc phù hợp

Lựa chọn pin năng lượng mặt trời là bước quan trọng đầu tiên và có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Các loại pin phổ biến hiện nay bao gồm mono-crystalline và poly-crystalline. Pin mono-crystalline thường có hiệu suất cao hơn và diện tích nhỏ hơn cho cùng một công suất, phù hợp với những không gian hạn chế. Công suất pin cần được tính toán dựa trên tổng công suất tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng, số giờ nắng trung bình tại địa điểm lắp đặt và thời gian lưu trữ năng lượng mong muốn. Ví dụ, nếu tổng công suất đèn là X Watt và cần chiếu sáng Y giờ mỗi ngày, cùng với khả năng lưu trữ Z ngày không có nắng, sẽ có công thức tính toán số lượng và công suất pin phù hợp để đảm bảo nguồn điện liên tục.

Bộ điều khiển sạc có nhiệm vụ thiết yếu là điều chỉnh dòng điện từ pin mặt trời vào ắc quy, bảo vệ ắc quy khỏi các tình trạng sạc quá tải hoặc xả quá sâu, kéo dài tuổi thọ của ắc quy. Có hai loại bộ điều khiển sạc chính: PWM (Pulse Width Modulation) và MPPT (Maximum Power Point Tracking). Bộ điều khiển MPPT thường hiệu quả hơn, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc nhiệt độ môi trường cao, vì nó có khả năng dò tìm điểm công suất tối đa của tấm pin để tối ưu hóa sản lượng điện. Mặc dù chi phí ban đầu của MPPT có thể cao hơn, nhưng hiệu quả vượt trội của nó thường bù đắp lại trong dài hạn, giúp hệ thống năng lượng mặt trời độc lập hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn, đảm bảo nguồn điện ổn định cho chiếu sáng hội trường A3.

4.2. Sơ đồ nguyên lý và cách tích hợp inverter mạch ATS trong hệ thống

Việc hiểu rõ sơ đồ nguyên lý của hệ thống năng lượng mặt trời độc lập là nền tảng để triển khai hiệu quả. Sơ đồ này bao gồm các thành phần chính được kết nối theo một trình tự logic: điện năng từ pin năng lượng mặt trời (các tấm pin được kết nối nối tiếp hoặc song song) được đưa qua bộ điều khiển sạc để nạp vào hệ thống ắc quy lưu trữ. Từ ắc quy, dòng điện một chiều (DC) được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) bởi bộ biến tần (inverter), đây là dòng điện phù hợp để cấp cho hầu hết các thiết bị chiếu sáng và điện tử trong hội trường. Đối với hệ thống độc lập, inverter phải được chọn có công suất đủ lớn để cung cấp cho toàn bộ tải chiếu sáng hoạt động đồng thời.

Mạch chuyển đổi nguồn ATS (Automatic Transfer Switch) là một thiết bị quan trọng, đặc biệt trong các hệ thống ưu tiên tính liên tục của nguồn điện. ATS tự động chuyển đổi nguồn cung cấp điện giữa hệ thống năng lượng mặt trời và nguồn điện lưới (hoặc máy phát điện dự phòng) khi hệ thống năng lượng mặt trời không đủ khả năng cung cấp hoặc gặp sự cố. Điều này đảm bảo rằng nguồn điện luôn được duy trì liên tục cho chiếu sáng hội trường A3, tránh mọi gián đoạn không mong muốn. Việc tích hợp hệ thống cần được thực hiện bởi các kỹ sư có kinh nghiệm, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn điện để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy trong thời gian dài.

V. Kết quả thực tiễn Chiếu sáng NLMT hội trường A3 DHCNHN hiệu quả

Dự án thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN đã mang lại những kết quả đáng khích lệ, chứng minh tính khả thi và hiệu quả vượt trội của việc ứng dụng năng lượng mặt trời cho công trình quy mô lớn. Qua quá trình triển khai đầy đủ các bước, từ tính toán công suất chiếu sáng chi tiết cho từng khu vực, đến lựa chọn các thiết bị phù hợp và xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống, các mục tiêu ban đầu đã được đáp ứng một cách toàn diện. Các phòng chức năng bên trong hội trường A3, như phòng thu học phí, khu vực sân khấu, khu vực khán giả và nhà vệ sinh, đã được thiết kế với độ rọi đạt tiêu chuẩn, đảm bảo môi trường học tập, làm việc và tổ chức sự kiện tiện nghi, an toàn cho người sử dụng.

Việc sử dụng đèn LED năng lượng mặt trời và triển khai hệ thống năng lượng mặt trời độc lập đã chứng minh khả năng cung cấp ánh sáng liên tục, ổn định và chất lượng cao, ngay cả trong những điều kiện thời tiết không thuận lợi. Hệ thống tự động chuyển đổi nguồn điện cũng đảm bảo không có sự gián đoạn trong quá trình vận hành. Kết quả này không chỉ thể hiện khả năng của đội ngũ kỹ sư thực hiện đồ án mà còn mở ra triển vọng rộng lớn cho việc nhân rộng mô hình này tại các công trình khác của Đại học Công nghiệp Hà Nội và các cơ sở giáo dục trên toàn quốc. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu phát triển giải pháp chiếu sáng bền vững của nhà trường, góp phần vào sự phát triển chung của cộng đồng và xã hội theo hướng xanh và hiện đại.

5.1. Đánh giá hiệu suất và độ rọi đạt được tại các khu vực

Đánh giá hiệu suất chiếu sáng là một phần cốt lõi và không thể thiếu trong quá trình hoàn thiện thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3. Các phép đo và tính toán chi tiết đã được thực hiện để xác định độ rọi trung bình và sự đồng đều của ánh sáng tại các khu vực khác nhau. Ví dụ, trong thiết kế chiếu sáng cho tầng 1, đặc biệt là phòng thu học phí, các tính toán cho thấy độ rọi trung bình trên mặt phẳng làm việc đạt khoảng 48Lx, với sai số được đánh giá là không đáng kể so với yêu cầu. Điều kiện độ chói trên tường và trần cũng được kiểm tra kỹ lưỡng, đảm bảo tiện nghi thị giác và tránh gây khó chịu cho người sử dụng (ví dụ, độ chói trần đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn).

Đối với hai phòng vệ sinh, với kích thước hình học giống nhau là 6m × 5,5m x 3,5m, độ rọi yêu cầu được đặt ra là Eyc = 300Lx. Sau khi tính toán số lượng và bố trí 8 bộ đèn LED âm trần 18W, độ rọi trung bình thực tế đạt được là 300.97Lx, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đã đề ra. Các kết quả này cho thấy sự chính xác trong tính toán công suất chiếu sáng và lựa chọn nguồn sáng hiệu quả, đồng thời khẳng định khả năng của hệ thống năng lượng mặt trời trong việc cung cấp đủ năng lượng để duy trì các mức độ chiếu sáng cần thiết. Việc kiểm tra độ tương phản cũng được thực hiện để đảm bảo môi trường nhìn thoải mái và an toàn.

5.2. Lợi ích kinh tế và môi trường của giải pháp đã triển khai

Việc triển khai thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường rõ rệt, khẳng định tầm quan trọng của việc đầu tư vào công nghệ xanh. Về mặt kinh tế, hệ thống giúp giảm đáng kể chi phí tiền điện hàng tháng cho nhà trường. Đặc biệt trong bối cảnh giá điện ngày càng tăng và nhu cầu sử dụng điện lớn của một hội trường, khoản tiết kiệm này có ý nghĩa rất lớn. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống năng lượng mặt trời có thể cao hơn so với hệ thống truyền thống, nhưng thời gian hoàn vốn được dự kiến sẽ ngắn nhờ vào việc tiết kiệm năng lượng chiếu sáng liên tục và ổn định trong suốt vòng đời của dự án. Điều này biến khoản đầu tư ban đầu thành một khoản đầu tư sinh lời trong dài hạn.

Từ góc độ môi trường, hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2 và các chất ô nhiễm khác ra môi trường, góp phần vào việc giảm thiểu biến đổi khí hậu và cải thiện chất lượng không khí. Việc sử dụng năng lượng tái tạo cũng giảm sự phụ thuộc của nhà trường vào các nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt, tăng cường an ninh năng lượng. Dự án này là một ví dụ điển hình về giải pháp chiếu sáng bền vững, thể hiện cam kết mạnh mẽ của Đại học Công nghiệp Hà Nội đối với sự phát triển xanh, trách nhiệm xã hội và giáo dục ý thức bảo vệ môi trường cho cộng đồng. Đây là một bước đi thiết thực hướng tới xây dựng một khuôn viên trường học thân thiện với môi trường.

VI. Tương lai chiếu sáng NLMT Xu hướng khuyến nghị cho DHCNHN

Dự án thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN không chỉ là một dự án đơn lẻ mà còn là nền tảng vững chắc cho tương lai chiếu sáng năng lượng mặt trời tại Đại học Công nghiệp Hà Nội và các công trình tương tự trên toàn quốc. Sự thành công của dự án này đã mở ra nhiều hướng đi mới trong việc áp dụng rộng rãi các giải pháp chiếu sáng bền vững và công nghệ năng lượng tái tạo. Các xu hướng công nghệ tiếp theo sẽ tập trung vào việc nâng cao hơn nữa hiệu suất của pin mặt trời, phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng tiên tiến hơn (như pin lithium-ion với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài), và đặc biệt là tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) vào quản lý hệ thống chiếu sáng.

Điều này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng một cách thông minh, dự đoán nhu cầu chiếu sáng dựa trên thời tiết và lịch trình hoạt động, cũng như tự động điều chỉnh cường độ ánh sáng để phù hợp nhất với môi trường và tiết kiệm điện năng tối đa. Việc tối ưu hóa hệ thống hiện tại và chủ động chuẩn bị cho các cải tiến trong tương lai là chìa khóa để duy trì vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực này. Đại học Công nghiệp Hà Nội có thể tiếp tục là hình mẫu trong việc áp dụng các công nghệ xanh, không chỉ trong các dự án chiếu sáng mà còn trong nhiều khía cạnh khác của cơ sở hạ tầng. Việc chia sẻ kinh nghiệm và kết quả từ dự án này cũng sẽ góp phần thúc đẩy phong trào sử dụng năng lượng tái tạo trong cộng đồng giáo dục và xã hội.

6.1. Tổng kết những điểm nhấn quan trọng của dự án chiếu sáng A3

Dự án thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN đã đạt được nhiều điểm nhấn quan trọng và khẳng định giá trị thực tiễn của mình. Thứ nhất, nó chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho một công trình có quy mô lớn và nhu cầu chiếu sáng cao như hội trường. Thứ hai, dự án đã thành công trong việc tính toán và lựa chọn các thiết bị phù hợp một cách khoa học, từ các tấm pin năng lượng mặt trời có hiệu suất cao đến đèn LED năng lượng mặt trời tiết kiệm điện và hệ thống điều khiển thông minh, đảm bảo sự đồng bộ và tối ưu. Thứ ba, kết quả mô phỏng và thực tế cho thấy độ rọi và hiệu suất chiếu sáng đạt tiêu chuẩn quy định, tạo ra một môi trường học tập và làm việc tiện nghi, an toàn cho người sử dụng.

Cuối cùng, dự án đã mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt thông qua việc tiết kiệm năng lượng chiếu sáng đáng kể và giảm chi phí vận hành hàng tháng. Đồng thời, nó góp phần quan trọng vào mục tiêu phát triển bền vững và bảo vệ môi trường bằng cách giảm lượng khí thải carbon. Những điểm nhấn này không chỉ là thành tựu của riêng đồ án mà còn là minh chứng cho tầm nhìn và sự cam kết của Đại học Công nghiệp Hà Nội trong việc ứng dụng công nghệ xanh vào thực tiễn.

6.2. Phát triển bền vững và tiềm năng mở rộng tại các công trình khác

Thành công của dự án thiết kế chiếu sáng năng lượng mặt trời hội trường A3-DHCNHN tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển bền vững và mở rộng ứng dụng tại các công trình khác của Đại học Công nghiệp Hà Nội. Trường có thể xem xét triển khai hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời tương tự cho các tòa nhà giảng đường, ký túc xá, thư viện hoặc các khu vực công cộng khác trong khuôn viên. Việc chuẩn hóa quy trình thiết kế điện mặt trời, xây dựng các hướng dẫn kỹ thuật chi tiết dựa trên kinh nghiệm thực tiễn từ dự án A3 sẽ giúp nhân rộng mô hình một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Khuyến nghị bao gồm việc tiếp tục nghiên cứu các công nghệ chiếu sáng mới và các giải pháp lưu trữ năng lượng tiên tiến để nâng cao hơn nữa hiệu quả của hệ thống. Đồng thời, việc tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh sử dụng IoT (Internet of Things) và AI sẽ giúp tối ưu hóa việc vận hành và bảo trì. Ngoài ra, việc đào tạo và phát triển nguồn nhân lực có chuyên môn sâu về năng lượng tái tạo là cần thiết để duy trì và phát triển các dự án tương lai. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mà còn khẳng định vai trò tiên phong của Đại học Công nghiệp Hà Nội trong việc xây dựng một môi trường học đường xanh, hiện đại, và truyền cảm hứng cho cộng đồng về tầm quan trọng của năng lượng bền vững.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu năng lượng hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên đang chiếm tỷ trọng chủ yếu nhưng đối mặt với nguy cơ cạn kiệt và gây phát thải khí nhà kính. Nguồn năng lượng mặt trời là dạng năng lượng tái tạo sạch, thân thiện với môi trường, không cạn kiệt và có tiềm năng khai thác lớn. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn về việc ứng dụng năng lượng tái tạo vào công trình công cộng, đồ án "Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời cho hội trường A3- ĐHCNHN" được thực hiện tại Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Công Cường.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm ba nhiệm vụ cụ thể được xác định trong phiếu giao đề tài:

1. Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho hội trường A3 sử dụng nguồn năng lượng mặt trời.
2. Hiểu và phân tích được sơ đồ cung cấp điện chiếu sáng.
3. Tổng hợp kiến thức chuyên môn đã học, nâng cao khả năng tư duy sáng tạo trong môi trường làm việc nhóm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện chiếu sáng nhân tạo và hệ thống pin năng lượng mặt trời cung cấp nguồn điện cho phụ tải chiếu sáng.
• Phạm vi không gian: Tòa nhà Hội trường A3 thuộc Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, bao gồm khu vực tầng 1 (phòng thu học phí, hai phòng vệ sinh nam - nữ, hành lang và cầu thang) và khu vực tầng 2 (phòng hội trường chính).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày 06/03/2023 đến ngày 07/05/2023 và hoàn thiện báo cáo vào ngày 20/05/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài căn cứ vào hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật chiếu sáng hiện hành tại Việt Nam:

• TCVN 7114-1:2008: Tiêu chuẩn về các chỉ tiêu và chất lượng ánh sáng nơi làm việc trong nhà.
• QCVN 09:2013: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả.
• QCVN 22/2016/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chiếu sáng – mức cho phép chiếu sáng nơi làm việc do Bộ Y tế ban hành.

Các đại lượng quang học cơ bản được sử dụng trong tính toán bao gồm: Cường độ sáng ($I$, đơn vị candela - cd), quang thông ($\Phi$, đơn vị lumen - lm), độ chói ($L$, đơn vị $\text{cd/m}^2$), độ rọi ($E = \Phi / S$, đơn vị lux), nhiệt độ màu tương quan (CCT, đơn vị Kelvin - K) và chỉ số hoàn màu (CRI, ký hiệu $R_a \ge 80$).

Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật bao gồm:

• Phương pháp giải tích tính toán chiếu sáng: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($U$) để xác định tổng quang thông và số lượng bộ đèn cần thiết dựa trên chỉ số không gian phòng ($k$), chỉ số treo đèn ($j$), hệ số phản xạ của trần, tường, sàn ($\rho_1, \rho_2, \rho_3$) và hệ số dự trữ của đèn ($d$).
• Phương pháp kiểm tra tiện nghi nhìn và độ chói mất tiện nghi: Sử dụng phương pháp tra bảng và nội suy hệ số $R, S$ theo chỉ số không gian $k$ và chỉ số lưới $k_m, k_p$ để kiểm tra tỷ số độ chói trên tường, độ chói khi nhìn trần và mặt phẳng làm việc.
• Phương pháp tính chọn thiết bị điện mặt trời: Xác định công suất giàn pin quang điện, dung lượng hệ thống lưu trữ ắc quy, công suất bộ nghịch lưu Inverter và các khí cụ đóng cắt bảo vệ theo phụ tải chiếu sáng.
• Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng phần mềm chuyên dụng DIALux evo để dựng mô hình không gian ba chiều, tính toán phân bố độ rọi và xuất biểu đồ đường đẳng độ rọi (isolux) kiểm chứng độ đồng đều chiếu sáng.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án lựa chọn cấu trúc hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (On-grid solar power system with battery backup) kết hợp chuyển nguồn tự động ATS.

Cấu trúc và nguyên lý vận hành hệ thống

Hệ thống kết hợp ba nguồn cung cấp điện: Giàn pin mặt trời, hệ thống ắc quy lưu trữ và lưới điện quốc gia 220V AC. Nguyên lý vận hành chia thành các trường hợp:

• Khi bức xạ mặt trời đầy đủ: Dòng điện một chiều (DC) từ pin mặt trời được đưa vào nạp cho ắc quy qua bộ điều khiển sạc, đồng thời cung cấp cho bộ Inverter hòa lưới để chuyển đổi thành dòng xoay chiều (AC) 220V cấp cho tải chiếu sáng.
• Khi công suất pin mặt trời không đủ cung cấp cho phụ tải: Điện lưới tự động bù vào để cấp đủ công suất cho hệ thống chiếu sáng.
• Khi công suất pin mặt trời vượt nhu cầu tải và ắc quy đã nạp đầy: Lượng điện dư thừa chuyển qua hòa vào lưới điện quốc gia.
• Khi xảy ra sự cố mất điện lưới: Tủ ATS tự động cách ly hệ thống khỏi lưới và chuyển mạch để cụm ắc quy lưu trữ cung cấp điện liên tục cho các tải chiếu sáng ưu tiên. Khi điện lưới phục hồi, tủ ATS tự động chuyển lại chế độ hòa lưới bình thường.

Thông số kỹ thuật thiết bị lựa chọn

Các thiết bị phần cứng được lựa chọn dựa trên kết quả tính toán phụ tải và dòng điện làm việc:

Hạng mục thiết bị	Chủng loại / Mã hiệu	Thông số kỹ thuật chính	Chức năng trong hệ thống
Tấm pin mặt trời	Tấm pin Mono 220W	Công nghệ đơn tinh thể Silic, công suất cực đại 220W, kính cường lực dày 3,3 mm, màng đóng gói EVA, khung nhôm	Thu bức xạ mặt trời và biến đổi quang năng thành điện năng DC
Bộ tích trữ điện	Ắc quy Vision 200Ah/12V	Dung lượng 200Ah, điện áp danh định 12V, cấu trúc tấm cực chì - acid khép khí	Lưu trữ điện năng dự phòng cho trường hợp mất điện lưới hoặc ban đêm
Bộ điều khiển sạc	Mạch điều khiển op-amp	Dùng IC khuếch đại thuật toán LM741 (hoặc LM358, LM324), diode Zener 6V tạo áp chuẩn, rơ-le ngắt ở 13,7V - 13,8V, bảo vệ điện áp thấp <10,5V	Tự động điều phối dòng nạp, bảo vệ ắc quy chống nạp quá tải và xả quá sâu
Bộ biến tần	Inverter hòa lưới	Biến đổi hai tầng: DC-DC nâng áp lên 125-300V DC; nghịch lưu DC-AC 220V AC tần số 50/60Hz	Biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều hòa đồng bộ vào lưới
Tủ chuyển nguồn	Tủ điện ATS tự động	Tích hợp bộ chuyển mạch tự động Automatic Transfer Switches	Chuyển đổi nguồn cấp giữa điện lưới và ắc quy dự phòng khi có sự cố
Khí cụ đóng cắt	Aptomat Honeywell GCP-32AN	Dòng điện định mức 2A	Bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho các tuyến dây chiếu sáng
Khởi động từ	Contactor LS MC-200A	Công suất đóng cắt 40kW, tiếp điểm 1NO, cuộn hút điện áp 220V AC	Đóng cắt mạch động lực chính của hệ thống điện
Đèn hành lang	Đèn LED tube T8 MPE LT8-60V	Chiều dài 0,6m, công suất 10W, quang thông 950 lm, nhiệt độ màu 2800-3200K, $R_a > 80$, chip SMD 2835	Chiếu sáng khu vực hành lang và thang bộ
Đèn nhà vệ sinh	Đèn LED panel tròn nổi MPE SRPL-18W	Công suất 18W, kích thước $\varnothing217\text{ mm} \times 35\text{ mm}$, điện áp 100-240V AC, tuổi thọ 30.000 giờ, góc chiếu $120^\circ$	Chiếu sáng khu vệ sinh nam và nữ
Đèn hội trường	Đèn LED panel tấm MPE FPL-6030	Công suất 25W, kích thước $600\text{ mm} \times 300\text{ mm} \times 10\text{ mm}$, quang thông 2.250 lm, tuổi thọ 30.000 giờ, tiêu chuẩn CE - RoHS	Chiếu sáng phòng hội trường tầng 2

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống chiếu sáng cho hội trường

Chương này trình bày cơ sở tiêu chuẩn, lý thuyết quang học và thiết bị chiếu sáng công trình. Tác giả phân tích các yêu cầu về tiện nghi thị giác, giới hạn độ chói lóa, độ đồng đều độ rọi và chỉ số hoàn màu theo TCVN 7114-1:2008, QCVN 09:2013 và QCVN 22/2016/BYT. Các đại lượng quang học cơ bản được định nghĩa kèm công thức tính toán độ rọi $E = \Phi / S$, cường độ sáng, quang thông, độ chói và nhiệt độ màu.

Chương 1 so sánh hai phương thức chiếu sáng: Chiếu sáng trực tiếp (hiệu suất cao, chiếu thẳng xuống sàn nhưng dễ gây hiệu ứng tối vùng biên nếu bố trí sai) và chiếu sáng gián tiếp (tạo cảm giác dịu mắt qua phản xạ trần tường nhưng hiệu suất thấp). Đồng thời, chương này khảo sát thông số kỹ thuật của các dòng đèn LED do hãng MPE sản xuất được sử dụng trong thiết kế, gồm đèn LED tube T8 LT8-60V công suất 10W, đèn LED panel tròn nổi SRPL-18W công suất 18W và đèn LED panel tấm FPL-6030 công suất 25W.

Tiêu chuẩn độ rọi và nhiệt độ màu áp dụng cho các không gian hội trường A3 được xác định cụ thể:

Không gian chức năng	Độ rọi tiêu chuẩn ($E_{yc}$)	Nhiệt độ màu quy chuẩn (K)	Chỉ số hoàn màu ($R_a$)
Phòng thu học phí tầng 1	500 lux	3000 ~ 4500 K	$\ge 80$
Phòng hội trường tầng 2	400 lux	3000 ~ 4500 K	$\ge 80$
Hành lang, cầu thang	200 - 300 lux	2700 ~ 4500 K	$\ge 80$
Nhà vệ sinh nam, nữ	200 - 300 lux	2700 ~ 4500 K	$\ge 80$

Chương 2: Hệ thống năng lượng mặt trời

Chương 2 trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thành phần trong hệ thống điện mặt trời. Tác giả phân tích hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn Silic và phân loại ba công nghệ pin quang điện: Silic đơn tinh thể (Mono) có hiệu suất đạt khoảng 16%; Silic đa tinh thể (Poly) có hiệu suất khoảng 17,6% (chế tạo từ thỏi đúc silic nung chảy); và pin dải silic mỏng có hiệu suất thấp hơn nhưng giá thành rẻ. Cấu tạo cơ học của tấm pin gồm 6 lớp: Tế bào quang điện, kính cường lực mặt trước dày 2 đến 4 mm (thường chọn 3,3 mm), hai lớp màng gắn kết EVA (Ethylene vinyl acetate), tấm nền nhựa bảo vệ mặt sau, khung nhôm định hình và hộp đấu nối mối dây.

Chương này phân tích ba mô hình cấu trúc hệ thống điện mặt trời: Hệ thống độc lập (công suất dưới 1kW, dùng bình ắc quy, không nối lưới); hệ thống hòa lưới không lưu trữ (ngừng hoạt động khi mất điện lưới); và hệ thống hòa lưới có lưu trữ (sử dụng kết hợp pin mặt trời, ắc quy và điện lưới thông qua tủ chuyển mạch ATS). Tác giả lựa chọn mô hình hòa lưới có lưu trữ cho đề tài. Đồng thời, chương này phân tích nguyên lý mạch nạp ắc quy tự động dùng IC khuếch đại thuật toán LM741 kết hợp diode Zener 6V khống chế dòng nạp nhỏ hơn $C/10$ dung lượng bình, nguyên lý biến đổi điện áp hai tầng của bộ Inverter hòa lưới (DC-DC từ 125-300V DC sang nghịch lưu DC-AC 220V) và cơ chế chuyển nguồn tự động của tủ ATS khi mất pha, sụt áp hoặc mất điện.

Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng

Chương 3 tập trung tính toán kỹ thuật chiếu sáng cho từng phòng chức năng tại hội trường A3, tính chọn khí cụ điện và thiết bị nguồn mặt trời:

• Phòng thu học phí tầng 1: Kích thước hình học dài 14m, rộng 12m, cao 3,5m ($S = 168\text{ m}^2$). Với độ rọi yêu cầu $E_{yc} = 500\text{ lux}$, tổng quang thông cần thiết là $84.000\text{ lm}$. Chọn đèn LED âm trần Dimmer 25W có hiệu suất phát quang $93,20\text{ lm/W}$, tổng công suất yêu cầu là $901,28\text{ W}$. Số lượng đèn lý thuyết là $36,05$ bộ. Tác giả chọn 36 bộ đèn bố trí thành 6 lộ, mỗi lộ 6 bộ. Độ cao treo đèn tính từ mặt phẳng làm việc là $h = 3,5 - 0,85 = 2,65\text{ m}$, khoảng cách tối đa giữa các đèn $n_{max} = 1,2 \times 2,65 = 3,18\text{ m}$, chỉ số phòng $k = 2,44$. Tính toán tiện nghi chói lóa qua nội suy hệ số $R, S$ tại $k = 2,44$ từ dữ liệu tra bảng tại $k = 2,5$ và $k = 3,0$:

Chỉ số phòng ($k$)	$R_1$	$R_3$	$R_4$	$S_{1d}$	$S_{3d}$	$S_{4d}$
$k = 2,5$	-0,24	-1,481	0,556	523	1770	673
$k = 3,0$	-0,24	-1,739	0,555	534	2037	694
$k = 2,44$ (nội suy)	-0,24	-1,450	0,560	521,68	1737,96	670,48

Kiểm tra độ chói tường đạt tỷ lệ $0,5 \le L_3/L_4 \le 0,8$ và kiểm tra độ chói khi nhìn trần dưới góc $75^\circ$ đều đạt yêu cầu tiện nghi thị giác.

• Hai phòng vệ sinh nam và nữ tầng 1: Mỗi phòng có kích thước dài 6m, rộng 5,5m, cao 3,5m ($S = 33\text{ m}^2$). Độ rọi yêu cầu $E_{yc} = 300\text{ lux}$, tổng quang thông $9.900\text{ lm}$. Sử dụng đèn LED panel tròn nổi 18W có hiệu suất $84,78\text{ lm/W}$, công suất tính toán $116,77\text{ W}$. Số đèn lý thuyết sơ bộ là $4,67$ bộ. Sau khi hiệu chỉnh theo hệ số lợi dụng $U = 0,92$ và hệ số dự trữ $d = 1,25$, số đèn tối thiểu xác định là $N_{min} = 6,49$ bộ. Tác giả chọn thực tế 8 bộ đèn panel 18W bố trí cho mỗi phòng vệ sinh để đảm bảo độ rọi $\ge 300\text{ lux}$.
• Hành lang và cầu thang: Bố trí các bộ đèn LED tube T8 MPE LT8-60V công suất 10W.
• Hội trường tầng 2: Thiết kế bố trí các bộ đèn LED panel tấm FPL-6030 công suất 25W đảm bảo độ rọi trung bình 400 lux.
• Thiết bị bảo vệ và nguồn điện mặt trời: Tính chọn Aptomat bảo vệ Honeywell GCP-32AN dòng định mức 2A, Contactor LS MC-200A 40kW cuộn hút 220V, giàn pin Mono công suất 220W, bình ắc quy Vision 200Ah/12V, bộ biến tần Inverter hòa lưới và tính toán thời gian hoàn vốn đầu tư.

Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng

Chương 4 trình bày việc ứng dụng phần mềm DIALux evo vào mô phỏng hệ thống chiếu sáng tòa nhà hội trường A3. Quy trình thực hiện gồm: Dựng cấu trúc hình học 3D của công trình theo kích thước khảo sát thực tế, gán vật liệu và hệ số phản xạ cho trần, tường, sàn; chèn thư viện đèn LED MPE đúng thông số kỹ thuật (quang thông, công suất, góc mở); định vị tọa độ và độ cao treo đèn.

Kết quả mô phỏng trên DIALux evo thể hiện qua hình ảnh không gian 3D, bản đồ màu giả và biểu đồ phân bố đường đẳng độ rọi (isolux) cho từng khu vực: Phòng thu học phí đạt độ rọi trung bình 500 lux; phòng vệ sinh nam và nữ đạt độ rọi trên 300 lux; khu vực cầu thang, hành lang đạt dải 200-300 lux; và hội trường tầng 2 đạt độ rọi trung bình 400 lux. Kết quả mô phỏng xác nhận độ rọi phân bố đồng đều, không gây sụt giảm ánh sáng tại các góc phòng và đáp ứng đúng tiêu chuẩn thiết kế đặt ra.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành các tính toán và thiết kế kỹ thuật với các kết quả cụ thể:

Khu vực chức năng	Diện tích ($m^2$)	Loại đèn lựa chọn	Công suất bộ đèn (W)	Số lượng đèn bố trí	Độ rọi tính toán / mô phỏng
Phòng thu học phí tầng 1	168	LED Downlight âm trần Dimmer	25	36 (6 lộ $\times$ 6 đèn)	$\ge 500\text{ lux}$
Phòng vệ sinh nam tầng 1	33	LED Panel tròn nổi SRPL-18W	18	8 bộ	$\ge 300\text{ lux}$
Phòng vệ sinh nữ tầng 1	33	LED Panel tròn nổi SRPL-18W	18	8 bộ	$\ge 300\text{ lux}$
Hành lang và cầu thang	Khảo sát thực tế	LED Tube T8 nhôm LT8-60V	10	Bố trí theo tuyến	$200 - 300\text{ lux}$
Phòng hội trường tầng 2	Toàn sàn tầng 2	LED Panel tấm FPL-6030	25	Bố trí theo lưới trần	$\ge 400\text{ lux}$

Về mặt giải pháp công nghệ, đề tài đưa ra các đề xuất kỹ thuật:

• Lựa chọn giải pháp chiếu sáng bằng công nghệ LED hiệu suất cao, tuổi thọ 30.000 giờ, có chỉ số hoàn màu $R_a > 80$ nhằm tiết kiệm điện năng tiêu thụ và bảo vệ thị lực.
• Áp dụng hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ, kết hợp giàn pin Mono 220W, ắc quy Vision 200Ah/12V và tủ ATS tự động. Giải pháp này giúp tòa nhà giảm lượng điện tiêu thụ từ lưới, đồng thời duy trì nguồn chiếu sáng liên tục cho phụ tải ưu tiên khi có sự cố mất điện lưới.
• Xác định cấu hình mạch sạc tự ngắt dùng IC LM741 và diode Zener nhằm kéo dài tuổi thọ của bình ắc quy thông qua việc khống chế dòng nạp và ngưỡng bảo vệ điện áp 13,8V.

Đóng góp của đồ án là xây dựng được bộ hồ sơ tính toán giải tích chiếu sáng hoàn chỉnh kết hợp phương pháp kiểm tra tiện nghi chói lóa ($R, S$) và kiểm chứng tính khả thi bằng mô phỏng số trên phần mềm DIALux evo cho một công trình trường học cụ thể.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

• Thời gian thực hiện đồ án bị giới hạn trong 2 tháng (từ tháng 3 đến tháng 5 năm 2023), kinh nghiệm thực tế của nhóm sinh viên còn hạn chế.
• Kết quả nghiên cứu dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng DIALux evo, chưa triển khai lắp đặt phần cứng thực nghiệm và chưa thực hiện đo đạc kiểm chứng các thông số quang học, điện áp thực tế tại hiện trường Hội trường A3.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

• Tiến hành khảo sát chuỗi số liệu bức xạ mặt trời thực tế theo từng mùa tại khu vực Hà Nội để tính toán góc nghiêng giàn pin tối ưu quanh năm.
• Triển khai lắp đặt mô hình thử nghiệm thực tế tại hội trường A3, đo đạc thông số suy giảm quang thông và đánh giá hiệu quả kinh tế hoàn vốn thực tế.
• Tích hợp thêm các bộ điều khiển chiếu sáng thông minh (cảm biến chuyển động, cảm biến độ rọi tự nhiên) để tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống điện, Kỹ thuật Chiếu sáng và Năng lượng tái tạo.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

• Quy trình tính toán chiếu sáng nội thất từng bước bằng phương pháp hệ số sử dụng quang thông và phương pháp giải tích kiểm tra độ chói mất tiện nghi ($R, S$) theo TCVN 7114-1:2008.
• Phương pháp luận và công thức tính chọn thiết bị cho hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có lưu trữ tích hợp tủ chuyển nguồn ATS.
• Kỹ thuật xây dựng mô hình không gian, khai báo thông số đèn và xuất báo cáo độ rọi trên phần mềm mô phỏng DIALux evo.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án lựa chọn mô hình điện mặt trời nào cho hội trường A3 và nguyên lý hoạt động khi mất điện lưới ra sao?
Đồ án lựa chọn hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (kết hợp pin mặt trời, ắc quy và điện lưới). Khi lưới điện hoạt động bình thường, hệ thống cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải và sạc đầy bình ắc quy. Khi xảy ra sự cố mất điện lưới, tủ chuyển mạch ATS tự động phát hiện và chuyển nguồn để hệ thống ắc quy lưu trữ cung cấp điện liên tục cho các tải chiếu sáng ưu tiên. Khi điện lưới phục hồi, tủ ATS tự động chuyển hệ thống trở lại trạng thái hòa lưới.

2. Tiêu chuẩn độ rọi yêu cầu và số lượng đèn được chọn cho phòng thu học phí tầng 1 là bao nhiêu?
Phòng thu học phí có diện tích $168\text{ m}^2$ ($14\text{m} \times 12\text{m} \times 3,5\text{m}$), áp dụng tiêu chuẩn độ rọi yêu cầu $E_{yc} = 500\text{ lux}$. Dựa trên tính toán quang thông và công suất, tác giả chọn 36 bộ đèn LED Downlight âm trần Dimmer công suất 25W, bố trí thành 6 lộ (mỗi lộ 6 đèn) để đảm bảo độ rọi trung bình $\ge 500\text{ lux}$ và tính thẩm mỹ không gian.

3. Mạch điều khiển sạc ắc quy trong đồ án hoạt động dựa trên linh kiện và nguyên lý so sánh điện áp nào?
Mạch điều khiển sạc sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán (IC op-amp LM741, có thể thay thế bằng LM358 hoặc LM324) kết hợp với diode Zener 6V gắn ở chân số 2 để tạo điện áp tham chiếu cố định. Phân áp từ bình ắc quy đưa vào chân số 3 của IC. Khi ắc quy nạp đầy đạt ngưỡng 13,7V - 13,8V, điện áp chân 3 lớn hơn chân 2, đầu ra chân 6 xuất dòng kích mở transistor đóng rơ-le để ngắt dòng nạp, bảo vệ ắc quy không bị quá nạp. Mạch cũng tự động ngắt tải khi điện áp bình thấp hơn 10,5V để chống xả sâu.

4. Những tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật nào được áp dụng làm căn cứ thiết kế chiếu sáng trong đồ án?
Đồ án căn cứ vào ba văn bản pháp lý và kỹ thuật chính: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008 về chỉ tiêu và chất lượng ánh sáng nơi làm việc trong nhà; Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2013 về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả; và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 22/2016/BYT của Bộ Y tế quy định mức cho phép chiếu sáng tại nơi làm việc.

5. Các thiết bị chính được lựa chọn cho hệ thống điện mặt trời và bảo vệ điện gồm những gì?
Các thiết bị chính được tính chọn bao gồm: Giàn tấm pin quang điện đơn tinh thể Mono công suất 220W; bình ắc quy lưu trữ Vision dung lượng 200Ah, điện áp 12V; bộ biến tần Inverter hòa lưới biến đổi DC sang AC 220V 50Hz; tủ chuyển nguồn tự động ATS; Contactor LS MC-200A 40kW cuộn hút 220V; và Aptomat Honeywell GCP-32AN dòng định mức 2A.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt trời cho hội trường A3- ĐHCNHN" đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật chiếu sáng nội thất kết hợp nguồn năng lượng tái tạo tại chỗ. Bằng việc phối hợp giữa phương pháp giải tích tra bảng hệ số sử dụng, kiểm tra tiện nghi nhìn và phần mềm mô phỏng DIALux evo, đề tài đã xác định chính xác số lượng, chủng loại đèn LED và cấu hình hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ cho từng không gian chức năng. Kết quả nghiên cứu cung cấp giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao, đáp ứng đầy đủ các quy chuẩn chiếu sáng hiện hành và góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong công trình trường học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về hệ thống chiếu sáng cho hội trường 1.1 Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hội trường Hệ thống ánh sáng của phòng họp là một yếu tố khác hoàn thành bất kỳ cuộc họp hoặc hội nghị nào. Để thiết kế hệ thống, người ta phải xem xét cả chức năng và vẻ đẹp phù hợp với thiết kế nội thất. Thiết kế hệ thống ánh sáng cho phòng hội thảo đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng cả về cường độ sáng phù hợp với nhu cầu sử dụng và hiệu ứng ánh sáng mê hoặc tạo nên tâm trạng bên trong căn phòng. Để đạt được cả hai mục tiêu, ánh sáng cần được điều chỉnh bằng cách sử dụng hai loại ánh sáng này.1: Hội trường chiếu sáng Tiêu chí chung: Đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-1:2008; về các chi tiêu & chất lượng ánh sáng.

Đáp ứng quy chuẩn Việt Nam QCVN 09:2013; về sử dụng năng lượng hiệu quá trong các công trình xây dựng. 12 Đáp ứng quy chuẩn Bộ Y Tế Việt Nam QCVN 22/2016/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chiếu sáng – Mức cho phép chiếu sáng nơi làm việc. Đảm bảo tiện nghi thị giác. Thiết bị chiếu sáng chất lượng cao, bền, đẹp, hiệu suất sáng cao, thân thiện với môi trường, giảm chi phí vận hành.

Chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng STT Không gian chức năng Yêu cầu Độ rọi Độ Chỉ số Mật độ Giới hạn (lux) đồng hoàn công suất hệ số chói đều màu (W/m2) loá 1 Phòng khách ≥300 0.7 ≥80 ≤13 19 2 Phòng ngủ ≥100 ≥80 ≤8 3 Phòng bếp, phòng ăn ≥500 ≥80 ≤13 22 4 Hành lang, cầu thang, ≥100 0.5 ≤7 ban công 5 Tầng hầm (khu để xe) ≥75 Bảng 1.1: Bảng chỉ tiêu và chất lượng chiếu sáng trong nhà 1. Đặc điểm chung Trong tất cả các công trình nói chung,ngoài sự chiếu sáng tự nhiên ta còn phải thiết kế chiếu sáng nhân tạo vì chúng có đặc điểm sau: - Thiết bị đơn giản. - Giá thành không cao. - Ánh sáng gần giống ánh sáng tự nhiên.

- Dễ dàng sử dụng. Mặt khác chiếu sáng cũng ảnh hưởng trực tiếp đến tính thẩm mĩ, năng suất. của công trình. Vấn đề chiếu sáng được chú ý trên nhiều lĩnh vực, vì vậy thiết kế chiếu sáng cho công trình cần phải chú ý đến các yếu tố về địa điểm, môi trường làm việc để có phương án thiết kế chiếu sáng phủ hợp.

Chất lượng chiếu sáng Khi tính toán chiếu sáng các phòng trong công trình ,cần phải xác định loại đèn thích hợp, kinh tế và đảm bảo ánh sáng. Để đảm bảo những yêu cầu trên cần đảm bảo những yêu cầu sau đây : - Đảm bảo độ rọi trên bề mặt làm việc. - Đảm bảo sự tương phản giữa vật chiếu sáng, nền, hoặc màu sắc trong một số trường hợp phụ thuộc vào khuếch đại, và tập hợp quang phổ. - Độ sáng phân bố đồng đều trên phạm vi bề mặt cũng phụ thuộc vào phương chiếu sáng, sự phân bố ánh sáng và bố trí đèn phù hợp.

- Hạn chế sự chói mắt, giảm sự mệt mỏi khi ngồi tại hội trường, chọn góc bảo vệ giảm độ chói của nguồn sáng. Chọn chiều cao tính toán và cách bố trí để giảm tốc độ chói của nguồn, chọn chiều cao tính toán và cách bố trí đèn có lợi nhất. - Đảm bảo được độ rọi trong suốt quá trình làm việc. Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hội trường Hệ thống chiếu sáng cho hội trường bao gồm ánh sáng tổng thể và ánh sáng của sảnh chính.

Thiết kế hệ thống ánh sáng trong hội trường bạn cần đảm bảo được những tiêu chí sau: - Đảm bảo đủ ánh sáng tổng thể cho hoạt động đi lại, quan sát được diễn ra thuận lợi nhất. - Đảm bảo không bị chói mắt hay thiếu ánh sáng cho mọi người sử dụng. - Tiêu chuẩn độ rọi ánh sáng trong hội trường cần đảm bảo 300 – 500 lux. 14 ST Tiêu chuẩn chiếu Tên địa điểm Nhiệt độ màu T sáng (Lux) 1 Phòng thu học phí (Trung bình) 500 3000 ~ 4500 2 Phòng hội trường (Trung bình) 400 3000 ~ 4500 3 Hành lang, Nhà vệ sinh, Nhà kho (Trung bình)200-300 2700 ~ 4500 Bảng 1.

Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hội trường 1. Một số đại lượng tính toán chiếu sáng 1. Cường độ sáng Cường độ sáng xác định năng lượng phát ra từ một nguồn sáng theo một hướng nhất định. Được xác định như sau: 1 candela là cường độ ánh sáng mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen thẳng hướng trong 1 góc đặc.

Nguồn ánh sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên diện tích 1 m2 tại khoảng cách 1m kể từ tâm nguồn sáng.2: Cường độ sáng bóng đèn 1. Quang thông Quang thông F (đơn vị lumen): là giá trị đo tổng lượng ánh sáng phát ra từ một đèn. Nếu 15 một đèn có quang thông 1 lumen và bộ phản xạ của đèn (hay còn gọi chóa tản quang) tập trung ánh sáng đều đặn trong chùm có giá trị góc khối bằng 1 steradian, thì chùm tia sáng có cường độ sáng bằng 1 candela. Nếu thay đổi bộ phản xạ để tập trung chùm trong 1/2 steradian thì tia sáng có cường độ sáng bằng 2 candela.

Chùm tia thu được hẹp hơn và sáng hơn, tuy nhiên quang thông vẫn có giá trị bằng 1 lumen. Trong đó (đơn vị lm.s) là tổng năng lượng sáng của một nguồn sáng.3: Quang thông bóng đèn 1. Độ chói Độ chói L (cd/m): Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng, ta thường có cảm giác bị chói mắt. Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn sáng hoặc bề mặt được phản xạ, người ta đưa ra định nghĩa về độ chói.

Đơn vị là cd/m2.4: Độ chói Nguồn sáng Độ chói (Cd/m2) Bề mặt trời 1700.000 Bề mặt trăng 2.500 Bầu trời trong xanh 1.000 Đèn sợi đốt 100W 6.000 Đèn huỳnh quang 40W 7.000 Giấy trắng với độ dọi 400 lux 80 Mặt đường 1-2 Bảng 1.3: Bảng độ chói thông dụng 1. Độ rọi Là chỉ số biểu hiện quang thông trên 1 đơn vị diện tích bề mặt được chiếu sáng.Chỉ số độ rọi thể hiện cường độ ánh sáng lux trên bề mặt mà người sử dụng cảm nhận được độ mạnh hay độ yếu của mức độ ánh sáng. Đó là 1 đơn vị dẫn xuất, được tính bằng tỉ số quang thông trên diện tích bề mặt: 1 đơn vị ánh sáng lux = 1 lumen/m2. Nghĩa là, 1 đơn vị ánh sáng lux là độ rọi có được của bề mặt diện tích của 1 mét vuông với thông lượng chiếu sáng 1 lumen.5 : Độ rọi trên mặt bàn do cây nến tạo ra Người ta tính độ rọi bằng công thức: E=Φ/S, đơn vị đo độ rọi là lux.

Trong đó: - Φ là tổng quang thông: đơn vị (Lumens) - S là diện tích bề mặt được chiếu sáng: đơn vị (m2) Loại phòng, khu vực hoạt động Độ rọi duy trì Em lux Tiền sảnh ≥100 Khu vực lưu thông và hành lang ≥100 Cầu thang, thang cuốn ≥150 Trung tâm thương mại ≥300 Phòng khách ≥300 Phòng ngủ ≥100 Phòng bếp ≥300 Khu vực đỗ xe, tầng hầm ≥75 Phòng sinh hoạt chung ≥300 Phòng tập thể dục ≥300 Phòng tắm, nhà vệ sinh ≥200 Bảng 1.4: Độ rọi trên bề mặt thường gặp 1. Nhiệt độ màu Nhiệt độ màu là đại lượng đặc trưng của ánh sáng, cho biết ánh sáng phát ra có màu gì và thuộc ánh sáng ấm hay lạnh. Đơn vị đo nhiệt độ màu là Kevin (viết tắt là K) Kelvin dao động trong 18 khoảng 1000K - 10,000K tương ứng các gam màu từ ấm đến lạnh. Nói đơn giản, nhiệt độ màu là một con số đặc trưng của ánh sáng, đề cập đến màu sắc của ánh sáng, cho biết ánh sáng phát ra có màu gì, là ánh sáng lạnh hay ấm.

Nguồn sáng Nhiệt độ màu(k) Bầu trời xanh 10.000(k) Ánh sáng trời mây 6000-8000 (k) Đèn huỳnh quang ánh sáng ban ngày 6200k Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm 3000k Bảng1.5: nhiệt độ màu của một số nguồn sáng 1. Chỉ số hoàn màu Chỉ số hoàn màu CRI là chỉ số phản ánh sự trung thực của ánh sáng, được đánh giá thông qua sự trung thực của màu sắc vật thể khi được ánh sáng đó chiếu vào. CRI là từ viết tắt của Color Rendering Index thường có các tên gọi độ hoàn màu, chỉ số hoàn màu. Chỉ số hoàn màu của ánh sáng mặt trời (ánh sáng tự nhiên) được lấy làm chuẩn, để so sánh và xác định màu của các nguồn ánh sáng nhân tạo.

Quy ước độ hoàn màu của ánh sáng mặt trời là CRI =100. Các nguồn sáng tốt là các nguồn sáng có chỉ số CRI từ 80 – 95. Các loại đèn sử dụng trong đề tài 1. Đèn chiếu sáng trực tiếp Đó là ánh sáng chiếu trực tiếp từ nguồn sáng đến mục tiêu thiết kế mà không phản chiếu từ bất kỳ vật thể hoặc bề mặt nào.

Một ví dụ của loại ánh sáng này là đèn âm trần có ánh sáng chiếu thẳng xuống sàn. - Ưu điểm của đèn chiếu trực tiếp là độ sáng hiệu quả cao phù hợp với diện tích rộng giúp không gian bừng sáng. - Nhược điểm là vị trí của ánh sáng. Bất kỳ vị trí nào bị lỗi sẽ dẫn đến một môi trường giống như đường hầm tối.6: Ánh sáng trực tiếp của đèn 1.

Đèn gián tiếp Ánh sáng gián tiếp là ánh sáng chiếu từ nguồn sáng, sau đó phản xạ trên một vật thể hoặc bề mặt đến điểm mục tiêu thiết kế. Sự phản chiếu ánh sáng có thể được nhìn thấy từ đèn được lắp đặt trong nếp gấp của trần nhà hoặc trên tường. Sự khuếch tán ánh sáng sẽ phụ thuộc vào đặc tính của vật thể hoặc bề mặt.7: Ánh sáng gián tiếp 20 - Ưu điểm của ánh sáng gián tiếp là tạo ra tâm trạng nhẹ nhàng và làm dịu độ sáng. - Nhược điểm là độ sáng thấp và tỷ lệ tương phản kém hơn.

Với ánh sáng thiết kế kém, sự phản chiếu có thể làm xáo trộn toàn bộ tâm trạng ánh sáng của căn phòng chẳng hạn như độ sáng quá mức hoặc không đủ. Cả hai loại ánh sáng này đều quan trọng đối với thiết kế ánh sáng hội nghị. Tuy nhiên, ánh sáng xung quanh và ánh sáng điểm nhấn cũng cần được cân bằng cùng với các yếu tố khác.  Một số sản phẩm dùng trong đề tài Đèn hành lang: Bóng led Bóng đèn LED tube T8 nhôm 0.6m 10W ánh sáng vàng MPE LT8- 60V.8: Bóng led MPE LT8-60V Thông tin sản phẩm MPE LT8-60V - Công suất: 10W - Điện áp: 175-265Vac - Quang thông: 950Lm - Nhiệt độ màu: 2800-3200K - Chỉ số hoàn màu: Ra > 80 - Hệ số công suất: PF > 0.