Bài giảng Kiểm tra năng lượng - Chương 3: Quản lý sử dụng hệ thống chiếu sáng

Đặt vấn đề
• Chiếu sáng là một trong những lĩnh vực không thể bỏ qua của các chương trình tiết kiệm năng lượng vì tỉ lệ quan trọng của nó trong tông tiêu hao và chi phí năng lượng của các toà nhà thương mại, công sở (khoảng 30%) và ngân sách của các thành phố, thị trấn (chiếu sáng đường phố, đèn báo hiệu, biển quảng cáo, ...)
Đặt vấn đề ...
Phạm vi chiếu sáng trong sản xuất và đời sống xã hội rất đa dạng từ chiếu sáng nội thất nhà ở, phòng làm việc, chiếu sáng công xưởng, trường học, bệnh viện cho đến chiếu sáng đường phố, quảng trường, sân bay, nhà ga, ...
Mỗi loại chiếu sáng đều có thời gian sử dụng, yêu cầu về cường độ ánh sáng và tiện nghi sử dụng khác nhau. Do vậy, hiện tại có nhiều loại thiết bị và kỹ thuật chiếu sáng khác nhau đang được sử dụng và chúng không ngừng được cải tiến.
Nội dung trình bày
Khái niệm về ánh sáng và các đại lượng đặc trưng Các thiết bị chiếu sáng
Thiết kế hệ thống chiếu sáng
Các tiết kiệm năng lượng của lĩnh vực chiếu sáng Bài tập nhóm
Khái niệm vê ánh sáng và các đại lượng đặc
trưng
Ánh sáng
Các đại lượng đo ánh sáng
Cường độ ánh sáng
Quang thông
Độ rọi
Màu của ánh sáng
Anh sáng
Ánh sáng là hỗn hợp liên tục các sóng điện từ có các bước sóng khác nhau mà mắt người cảm nhận được (ánh sáng trắng) trong dải từ 380 mm đến 760 mmm.
ứng với mỗi khoảng bước sóng mắt người cảm nhận màu khác nhau đi từ màu tím đến màu đỏ.
Cường độ ánh sáng
I = lim
í/Q^-0 dQ
Chúng ta xét sự phát xạ thông lượng do của nguồn o theo phương của điếm A là tâm điểm của miền ds được nhìn từ o dưới góc khối dQ. Khi ds tiến tới không, dQ cũng tiến tới không. Lúc đó tỉ số dO/dQ tiến tới một giá trị tới hạn gọi là cường độ sáng của o tới A
Độ lớn của cường độ sáng tính bằng candela (cd)
Quang thông
Là thông lượng do một nguồn sáng phát ra trong một góc mở bằng 1 Steradian. Ký hiệu của quang thông là 0
Đơn vị đo của Quang thông là lumen (Im).
Do đó, nếu biết được phân bố cường độ sáng của một nguồn sáng trong không gian có thể suy ra quang thông của nó.
Độ rọi
• •
Là mật độ quang thông <D rơi trên 1 đơn vị diện tích bề mặt s. Ký hiệu là E.
Đơn vị đo là Lux (Ix).
E = 0/S
1 lux = llm/m2
Đô rọi
■
Độ rọi giảm theo khoảng cách
Độ rọi
■ ■
Quy định độ rọi trên bề mặ thữu ích có độ cao trung bình khoảng 0,85m
Khu vực cần chiêu sáng
Độ rọi
Giao thông, cửa hàng, kho tàng
100 lux
Phòng ăn, xưởng sx nói chung
200 - 300 lux
Phòng học, Phòng thí nghiệm
300 - 500 lux
Phòng vẽ, siêu thị
750 lux
Công nghiệp màu
1000 lux
Công việc với các chi tiết nhỏ
> 1000 lux
Màu của ánh sáng
Ký hiệu Ra
Chỉ số này có giá trị từ 0 đến 100 được dùng để đo mức độ trung thực về màu sắc của 1 vật được chiếu sáng mà 1 nguồn sáng thể hiện lại. Khi chỉ số Ra = 100 có nghĩa nguồn sáng thể hiện được hoàn toàn màu sắc của vật thể.
Khái niệm này có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn các nguồn sáng
Vỉ dụ vê chỉ sô màu của một sô loại đèn
Loại đèn
Chỉ số
màu
Sợi đốt và Halogen
94 đến 97
Huỳnh quang
48 đến 90
Compact
80 đến 85
Thuỷ Ngân
22 đến 43
Halogen kim loại
65 đén 70
Sodium thấp áp
Vàng đơn sắc
Các đại lượng đo ánh sáng
Khái niệm
Phương trình
Đơn vị đo
Quang thông (ộ)
Lumen (Im)
Độ rọi (E)
E = dộ/dS
Lux (Ix) = lm/m2
Cường độ ánh sáng (I)
1= dộ/dtó
Candela (cd) = Im/sr
Độ chói (L)
L = dl/dS.cosọ
Cd/m2
Các thành phần cơ bản của hệ thống chiêu sáng
Bóng đèn
Các loại đèn trong hệ thống chiếu sáng
Đèn sợi đốt
Đèn huỳnh quang
Đèn phóng điện qua chất khí
Đèn huỳnh quang Compact
Đèn LEDs
Đèn sợi đôt
• Đèn sỢi đốt (dây tóc) là thiết bị có hiệu suất năng lượng và tuổi thọ kém (750 - 1.000 giờ). Thuận tiện cho việc chiếu sáng ở mức thấp và mức trung bình ở các khu vực dân CƯ.
Ưu điểm:
Nối trực tiếp vào lưới điện
Kích thước nhỏ
Bật sáng ngay
Giá rẻ
Tạo ra mầu sắc ẩm áp.
Nhược điểm:
Tốn điện, phát nóng.
Tính năng thay đổi đáng kể theo điện áp.
Cân băng năng lương bóng đèn sợi
đốt
Đèn huỳnh quang
• Đèn huỳnh quang: thường được gọi không đúng là đèn Neon (bởi chúng không chứa Neon). Đây là loại đèn thông dụng nhất với tính nầng ngày càng được nâng cao. Loại đèn này hiện nay là phổ biến nhẩt trong các xí nghiệp công nghiệp và dân dụng
- Hiệu quà ánh sáng 40 - 95 lm/w
Chỉ số màu giữa 2800 - 6500K
Tuổi thọ lý thuyết 7.000 Giờ
Đèn huỳnh quang...
Đèn huỳnh quang thường được sử dụng có hai loại: bóng mập T10 (40W), bóng gầy T8 (32-36W).
Ngoài bóng đèn, thiết bị chấn lưu cũng góp phần làm tăng tiêu thụ điện của hệ thống chiếu sáng.
Hệ thông bóng mập thường được sử dụng với chấn lưu sắt từ,
Hệ thổng bóng gầy được sử dụng với chân lưu điện tử.
Điện cực Khi trơ(argon)
Lóp huỳnh quang
5-
s
ă
s
Tiêu thụ điện của các loại đèn
■ ■ ■
huỳnh quang
Thiết bị
Bóng mập
Bóng gây
Bóng đèn
40 w
32 - 36 w
Chấn lưu
10 w
4 w
Tổng tiêu thụ
50 w
36 - 40 w
Tiết kiệm
10 -14 w
*
Đèn huỳnh quang T10-T5
Chẩn lưu sẳt từ
Chẩn lưu điên tử
Đèn huỳnh quang...
• ưu điểm của đèn huỳnh quang:
> Hiệu suất phát sáng có thể đạt tới 40 đẻn 95 Im/yv
Diện tích phát quang lớn
Độ chói tương đối ít
Tuổi thọ cao (khoảng 5000 h)
Khi điện áp thay đổi trong phạm vi cho phép, quang thông giảm ít.
Được sử dụng nhiều với nhiều mẫu mã phong phú.
Đèn huỳnh quang...
• Nhược điêm của đèn huỳnh quang:
Chế tạo phức tạp, sơ đồ đấu nối rườm rà
Hệ số COS(p thấp (0,45 - 0,50)
Tuổi thọ bóng phụ thuộc nhiều vào so lần bật tắt.
Giá thành cao
Đèn phóng điện qua chât khí
Gồm các loại đèn: Thuỷ ngân áp suất thấp, Thuỷ ngân áp suất cao, Thuỷ ngân siêu cao áp, Hơi Natri áp suất thấp, Hơi Natri áp suất cao, Halogen kim loại
Cấu tạo: Gồm một ống thuỷ tinh chứa hỗn hợp khí ở các mức áp suất khác nhau, hai điện cực
Đèn phóng điện qua chât khí
• Đặc tính:
Hiệu quả phát sáng cao >100 hn/w
Công suất lớn
Tuổi thọ cao • Công dụng:
> Dùng trong chiếu sáng công cộng, sân thể thao
Đèn huỳnh quang Compact
• Đèn huỳnh quang compact thực chất là một biến thể của đèn huỳnh quang ống dài. Hai loại này có cơ chế hoạt động như nhau, nhưng công dụng khác nhau.
Đèn huỳnh quang Compact
So sánh hiệu suất đèn com-pắc với đèn sợi đốt.
Dây tóc
Com-pắc tương đương
40 w
7 - 9 w
60 w
11 - 15 w
75 w
18 - 20 w
100 w
23 - 25 w
Đèn huỳnh quang compact Đèn ông huỳnh quang	50 đố của máng đèn huỳnh quang
So sánh hiệu quả các loại đèn
Lumens/W
Đèn LEDs
LED là viết tắt của cụm từ: Light Emitting Diode - Điốt chiếu sáng
Xuất hiện vào những năm cuối của thế kỷ 20
LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Hiện tại, đèn LED cho ánh sáng trắng có tuổi thọ tới 50 nghìn giờ sử dụng, gấp 50 lần so với bóng đèn thông thường
Phạm vi áp dụng của đèn LED
• Đèn LED sẽ thay thế dần đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang bởi những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng tiêu thụ từ 70 đến 80% so với loại đèn thông thường; tuổi thọ cao; kích cỡ nhỏ; nhiệt năng sinh ra trong quá trình hoạt động không đáng kể; hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ thấp; sử dụng dòng điện một chiều với hiệu điện thế nhỏ (3 - 24 V); không gây ô nhiễm môi trường vì không sinh ra tia cực tím, không có thủy ngân...
Thay đèn Metal halide 400 đến 1000 w bằng đèn LED 80 w
Thành phần
Metal halide
Led
Ưu diễm
Số lượng đèn
106
54
Giảm trọng lượng tàu đánh cá
Tổng trọng lượng
Đèn + ballast
400 kg
125 kg
Máy phát cho chiếu sáng
Máy 10 kw
Máy 50 kw
Máy 10 kw
Tổng công suất cho chiếu sáng
51,02 kw
4,32 kw
Giảm khoảng 90%
Lượng dầu sử dụng (Tiêu chuẩn 10 h/ngày)
100 lít
20 lít
Giảm 80 lít
Chi phí dầu
(Tiêu chuẩn 10 h/ngày)
1.500.000
VNĐ
300.000
VNĐ
Giảm 1.200.000 VNĐ
Chi phí dầu trong một đợt đánh cá (50 ngày)
75.000.000 VNĐ
15.000.000
VNĐ
Giảm 60.000.000 VNĐ (tiết kiệm hơn 80% chi phí dầu cho chiếu sáng)
Chân lưu
Thiết bị dùng để điều chỉnh điện áp khi khởi động và hoạt động của các loại đèn huỳnh quang.
Có 2 loại chấn luu: Chấn lưu sắt từ và Chấn lưu điện tử.
Chấn lưu sắt từ tuy có độ bền cao và sử dụng tốt cho hệ thống chiếu sáng công cộng ngoài trời, nhưng tổn hao trên chấn lưu lớn và đặc biệt nó chỉ hoạt động với tần số thông thường của lưới điện (50 hoặc 60 Hz) nên có ảnh hưởng xấu đến sự điều tiết của mắt.
Chân lưu
• Chấn lưu điện tử hoạt động với tần số từ 20 000 đến 40 000 Hz nên có thể làm tăng hiệu quả chiếu sáng và giảm điện năng tiêu hao. Tuy vậy, với những chấn lưu điện tử chất lượng thấp thường gây nhiểu sóng, có hệ số COSọ thấp và làm giảm tuổi thọ bóng đèn.
Chao đèn
Cấu tạo gồm có gương phản xạ, gá đỡ và các bộ phận bảo vệ.
Gương phản xạ có vai trò phản chiếu và hướng luồng ánh sáng lên bề mặt cần chiếu sáng
Nhờ có gương phản xạ mà người ta có thể giảm được số lượng bóng đèn cần lắp.
Hiệu quả chiêu sáng
• Khi thiết kế một hệ thống chiếu sáng người ta phải quan tâm tới hiệu quả chiếu sáng của thiết bị và hệ thống. Hiệu quả chiếu sáng được xác định:
Ánh sáng phát ra từ thiết bị chiếu sáng
Hiệu quả chiếu sáng (r|) =	
Điện năng tiêu hao của thiết bị chiếu sáng
Lumen
(lm/W)
Wat
Đặc tính một sô loại đèn
• • •
Loại đèn
Công suất
(W)
Hiệu suất phát sáng (lm/w)
Tuổi thọ
Chỉ số
màu
Sợi đốt và Halogen
3 đến 1500
10 đen 35
200 đến 6000
94 đến 97
Huỳnh quang
4 đến 215
65 đến 100
7500 đến 20000
48 đến 90
Compact
5 đến 55
25 đến 75
8000 đến 20000
80 đến 85
Thuỷ Ngân
40 đến 1000
25 đến 52
16000 đến 24000
22 đến 43
Halogen kim loại
32 đến 1500
45 đến 100
7500 đến 20000
65 đén 70
Sodium thấp áp
18 đến 180
80 đến 150
14000 đến 18000
Vàng
Thiết kế hệ thống chiếu sáng
Khi thiết kế, những yêu cầu đặt ra đối với một hệ thống chiếu sáng hợp lí là:
Đảm bảo yêu cầu về độ nhìn rõ, mắt phải điều tiết ít nhất
Đảm bảo tính hiệu quả về năng lượng. Có nghĩa rằng đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật chiếu sáng nhưng tiêu tốn năng lượng ít nhất
Đảm bảo tính thẩm mỹ, dễ sử dụng và dễ bảo quản của hệ thống chiếu sáng.
Thiết kế hệ thống chiếu sáng
Mức chiếu sáng trung bình:
DẠNG PHÒNG
Độ CHIẾU SÁNG ĐỊNH MỨC (LUX)
Công sở
500
Phòng máy
500
Phòng bán vé
1000
Phòng thí nghiệm
500
Lớp học
450
Giới thiệu phân mêm thiêt kê hệ thông
chiếu sáng
• Áp dụng tính toán thiết kế chiếu sáng cho khu giảng đường của ĐHBK Hà Nội
Các giải pháp tiêt kiệm năng lượng
của lĩnh vực chiêu sáng
a. Chọn phương án chiếu sáng hợp !ỷ'.
Viêc lắp đặt và phân bố đèn trong nhà xưởng phù hợp với yêu cầu sản xuất. Chọn thiết bị chiếu sáng phù hợp, hiệu năng cao.
Cu thể là:
Phân bố đèn trên mãt bằng sàn xuất. Chọn chiều cao treo đèn hợp lý đẻ' đạt độ rọi tối đa mà không gây lóa mắt
Mua những loai đèn có hiêu suất phát quang tốt, sử dụng chấn lưu hiệu năng cao ...V...V...
- Bố trí số lượng đèn hợp lý theo từng khu Vực sản xuất và theo từng công tắc chung sao cho chì bật sáng đèn ở những khu vực sản xuất.
Các giải pháp tiêt kiệm năng lượng
của lĩnh vực chiêu sáng
b. Nâng cao hệ sô' công suất cho các đèn huỳnh quang bằng cách sử dụng tụ bù hoặc chấn lưu điện từ'.
Tụ điện vừa có chức năng bù hệ số công suất vừa lọc được nhiễu sóng hài tần số cao làm giảm công suất tiêu thụ cùa đèn. Theo kết quả thí nghiệm tại các nhà máy khi kiếm toán thì khi nối tụ 4liF vào 2cực cùa bóng đèn huỳnh quang 40W thì công suất đèn giảm từ 5 - 8W.
Các bộ đèn đã được lắp tụ luôn có công suất tiêu thụ gần đúng định mức.
Các bộ đèn huỳnh quang thông thường công suất tiêu thụ cao hơn nhiều so với định mức (Thường từ 48 - 65W)
Ví dụ vê sử dụng tụ bù và chân
lưu hiệu suât cao
■
Thông sô
Kết quả đo đèn thường
Kết quả đo đèn đã có tụ và chấn lưu hiệu năng cao
u ( V)
216
216
1 (mA)
671
321
p (W)
106
68
Q (VAr)
100
13,87
s (VA)
146
69,56
Coscp
0,73
0,98
Các giải pháp tiêt kiệm năng lượng của lĩnh
vực chiếu sáng
Tận dụng ánh sáng ban ngày
Ví dụ:
Thiết kế hệ thong cửa sổ
Tắt đền điện khi có ánh sáng ban ngày
Sử dụng thiết bị đặt giờ và khống chế cường độ sáng Ví dụ:
Tự cat điện sau khi ra khỏi phòng
Tắt đèn khi không dùng đến
Giảm tiêu thụ điện bằng giảm độ sảng
Các giải pháp tiêt kiệm năng lượng của lĩnh
vực chiếu sáng...
Sử dụng các nguồn sáng hiệu quả cao
Ví dụ:
Thay đèn sợi đốt bằng đèn Huỳnh quang Compact
Thay đèn huỳnh quang “béo ” bằng đèn “gầy ”
Dùng chao đèn có hiệu quả
Dùng chiếu sáng không đồng đều
Tăng cường việc bảo dưỡng các thiết bị chiếu sáng
Các giải pháp thay thê có thê
Loại đèn cơ sở
Đèn có thể thay thế
% Tiết kiệm
ứng dụng
Đèn sợi đốt
Đèn CFL
75%
Khách sạn, phòng làm việc, gia đinh
Đèn hơi thuỷ ngàn
Đèn hơi kim loại Halogen
30%
Chiếu sáng xởng san xuất
Đèn hơi thuỷ ngàn
Đèn hơi Natri cao áp
50%
Công cộng, đờng phố, ngoài trời
Đèn huỳnh quang thông dụng
Đèn màu 840 F1
10%
Nhà máy, phòng làm việc, khách sạn
Đèn sợi đốt nhỏ dùng chỉ thị trên bang điện
Đèn LED
90%
Các tấm panel điện
Đèn halogen (Mắt cầul)
Đèn đỏ dùng halogen (IRC)
30%
Khách sạn, Chợ
Hiệu quả của một sô giải pháp tiêt kiệm
điện trong chiếu sáng công sở
Giải pháp
Thời gian hoàn vốn (năm)
Thay thế đền sợi đốt bằng:
• Đèn huỳnh quang
2 đến 3
• Đèn Sodium cao áp
4 đến 5
• Đèn Halogen
4 đen 5
Sử dụng các chấn lưu tổn hao thấp (sắt từ và điện tử)
1 đến 2 năm
Thay thế đèn huỳnh quang thường bằng đèn T8 dùng chấn lưu điện tử
5 đến 7 năm
Đặt các thiết bị định giờ tắt trong chiếu sáng hành lang, cầu thang, kho,...
< 1 năm
Đặt thiết bị điều chỉnh cường độ sáng tuỳ theo ánh sáng tự nhiên
5 đến 6 năm
Trang bị trung tâm điều khiển hệ thống chiếu sáng
< 5 năm
Dùng đèn bàn để chiếu sáng điểm và giảm cường độ chiếu sáng chung của toàn bộ khu vực
1 đến 2 năm
Các yêu tô cân xem xét với các dự án thay
thế bóng đèn
Công suất sử dụng
Chi phí đầu tư (bóng đèn và các phụ kiện)
Độ dài thời gian sử dụng trong năm
Giá điện
Chi phí bảo dưỡng (tần suất, giá nhân công)
Bài tập
• Khảo sát điều kiện thay thế có hiệu quả giữa bóng đèn sợi đốt too w và bóng đèn Compact 20 w từ các thông số:
Chi phí mua đèn: + Sợi đốt: 3000 đ/bóng
+ Compact: 50 000 đ/bóng
Tiền điện: 800 đ/kWh
Bỏ qua chi phí bảo dưỡng hàng năm.
Xác định thời gian sử dụng tối thiểu để việc thay thế có hiệu quả
Bài tập
4 350 000 000 đ
10 giờ
365 ngày
Một nửa số đèn đường của thành phố Hà Nội là đèn Thuỷ ngân cao áp. Đây là loại đèn đòỉ hỏi nhiều công bảo dưỡng và rất tốn điện (công suất mỗi bóng 300 w). Chính vì vậy mà Hội đồng thành phố đã quyết định thạy thế bằng bóng Sodium cao áp công suẫt 122w. Toàn bô dự án do một công ty chiếu sang tư nhân bỏ vốn đầu tư vơi điều kiện được thành pho chi trả 2 ooò 000 đồng cho mỗi kw công suất tiết kiệm và cho hưởng phẩn chi phí tiền điện tiết kiệm trong 42 tháng. Các thông sô của dự án như sau: Tổng số cụm bóng đèn thay thế 3000 với chi phí đầu tư:
Trước thay thế
Sau thay thế
7765
4500
Số giờ thắp sáng mỗi ngày: Số ngày vận hành mỗi năm: Số lần bảo dưỡng hàng năm:
Thời gian thực hiện 1 lần bảo dưỡng: Tiền công bảo dưỡng:
0,5 giờ
100 000 đ/giờ
Giá điện:
800 đ/kWh
Xác định thời gian hoàn vốn của dự án. Lợi nhuận công ty đạt được từ dự án