Cần lựa chọn đúng hệ số sử dụng của bộ đèn trong thiết kế chiếu sáng

11

Cần phân biệt hệ số sử dụng và hiệu suất của bộ đèn
Hiệu suất của bộ đèn là đại lượng đo bằng tỷ số giữa quang thông Φ thoát ra khỏi bộ đèn và quang thông Φ0 của ngồn sáng (lắp trong bộ đèn):

H = Φ/Φ0(%)

Thông thường Φ0 được đo bằng quả cầu tích phân và Φ được đo bằng góc kế quang học (goniophotometer).
Theo công thức trên, hiệu suất của bộ đèn luôn nhỏ hơn 1. Hiển nhiên là, bộ đèn càng tốt nếu có hiệu suất càng cao. Trong TCVN, quy định hiệu suất của bộ đèn HPS hoặc Metal Halide hoặc bộ đèn huỳnh quang lắp trong chóa phải có hiệu suất H ≥ 0,72 tức 72%
Trong thực tế, ta có thể tính “áng chừng” hiệu suất của bộ đèn thông qua hệ số phản xạ của chóa, sự hấp thụ của kính (trong trường hợp các bộ đèn HPS hoặc Metal Halide) hoặc thông qua hệ số hấp thụ của thấu kính và của kính bảo vệ (trong trường hợp đèn LED). Ví dụ: Một chíp LED COB (Chips On Board) có quang thông Φ0 = 5000lm được đậy bằng nột thấu kính bằng thủy tinh (hệ số truyền qua T = 85%), ta có ngay quang thông thoát ra khỏi thấu kính Φ = 5000 x 0,85 = 4250 lm và hiệu suất của bộ đèn là 85%.
Hệ số sử dụng của bộ đèn (Utilization Factor) là đại lượng được đo bằng tỷ số giữa quang thông trên mặt làm việc (quang thông hữu ích) Φh và quang thông Φd của bộ đèn

Uf = Φhd

Cần chú ý rằng, hệ số sử dụng Uf của bộ đèn không phải là một đại lượng cố định mà phụ thuộc vào cấu trúc quang học của bộ đèn, vào cách lắp đặt và tính chất quang học của không gian được chiếu sáng.
Ví dụ: Với những bộ đèn chiếu sáng, đường, ta sẽ dễ dàng thấy rằng:
– Cùng với một lượng quang thông phát ra nhưng nếu góc của chùm sáng nhỏ thì quang thông tập trung và chiếu xuống mặt đường nhiều, làm cho hệ số sử dụng cao và ngược lại, nếu góc mở quá rộng thì một phần ánh sáng chiếu ra ngoài làm giảm hệ số sử dụng
– Nếu đèn được treo thấp thì lượng ánh sáng chiếu xuống lòng đường nhiều, dẫn tới hệ số sử dụng cao, nhưng nếu treo quá cao thì phần ánh sáng vượt ra khỏi lòng đường càng nhiều, làm cho hệ số sử dụng bị suy giảm
– Nếu góc nghiêng của bộ đèn đúng thì chùm ánh sáng chủ yếu chiếu xuống lòng đường, làm cho hệ số sử dụng cao, nhưng nếu góc nghiêng không đúng thì một phần lớn ánh sáng vượt ra khỏi lòng đường cũng dẫn đến hệ số sử dụng thấp
– Nếu cạnh đường có những công trình phản xạ tốt ánh sáng thì lượng ánh sáng phản xạ trở lại mặt đường cũng làm tăng hệ số sử dụng của bộ đèn…
Chú ý trong tính toán chiếu sáng
Trong tính toán chiếu sáng (thiết kế chiếu sáng) việc không xác định đúng hệ số sử dụng của bộ đèn có thể dẫn đến những sai lệch đáng kể gữa tính toán và thực tế.
Chúng tôi nêu một “sự cố” khi tham gia tư vấn cho công trình chiếu sáng hầm Đèo Cả 2017:
Trong công trình chiếu sáng đường hầm Đèo Cả, chuyên gia tư vấn nước ngoài đã chọn hệ số sử dụng của bộ đèn Uf = 0,45 dẫn đến việc tính toán trị số độ rọi và độ chói đều thấp hơn quy định và đã không chấp nhận bản thiết kế chiếu sáng bằng kết luận không đạt “not OK with the design requiments” (Không đạt yêu cầu thiết kế) (Xem văn bản chụp). Thực tế, khi đo nghiệm thu thì công trình đã đạt các thông số thiết kế.
Ta hãy cùng phân tích:
Theo chúng tôi, nhóm chuyên gia đã sai lầm khi chọn hệ số sử dụng của các bộ đèn Uf = 0,45. Cần nhớ rằng, đây là hệ số sử dụng của đèn HPS (High Pressure Sodium) góc mở lớn trong trường hợp chiếu sáng đường (không có vật phản xạ sáng). Chúng ta dễ dàng thấy rằng, khi chiếu sáng trong đường hầm hệ số sử dụng của chính bộ đèn HPS góc mở rộng cũng luôn lớn hơn trị số 0,45, vì hầm là không gian kín, ánh sáng được phản xạ từ thành hầm xuống lòng đường luôn làm tăng hệ số sử dụng của bộ đèn. Thông thường, trong chiếu sáng đường, các bộ đèn LED luôn có hệ số sử dụng lớn hơn so với đèn HPS. Trong trường hợp Hầm Đèo cả được chiếu sáng bằng LED, hệ số sử dụng không nhỏ hơn 0,65, ta tính được độ rọi trung bình của mặt đường hầm không nhỏ hơn 39,4 lux và độ chói trung bình không nhỏ hơn L =3,03 cd/m2, nghĩa là đạt theo yêu cầu. Như vậy, tư vấn phải kết luận “OK” chứ không phải là “not OK” như đã nêu.

Tác giả Đo độ chói mặt hầm Đèo Cả.

Trong trường hợp chiếu sáng trong nhà, tức là công trình có nhiều vật phản xạ ánh sáng xung quanh như tường, trần nhà… người ta thường dùng công thức:

Φ = ESd / Uf

trong đó:
– Φ là tổng quang thông cần tính cho công trình
– E là độ rọi yêu cầu
– d là hệ số dự trữ hay dệ số bù quang thông
– Uf là hệ số sử dụng của các bộ đèn
Trong công thức này, ngoài việc để ý đến hệ số sử dụng Uf ta còn đưa vào tử số của công thức một đại lượng “d” gọi là hệ số bù quang thông. Giá trị của d luôn lớn hơn 1 để tính đến phần được bù khi có ánh sáng phản xạ. Vì vậy, những căn phòng có tường và trần có hệ số phản xạ ánh sáng cao luôn lợi về quang thông, nghĩa là cần quang thông ít hơn so với trường hợp không có tường bao hoặc tường bao màu tối có hệ số phản xạ thấp.

TS. Lê Hải Hưng
(Ban KHCN Hội CSVN)