Thạc Sĩ Nghiên cứu, thực nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường

LỜI NÓI ĐẦU
Nhờ có những đặc tính ưu việt như độ bền cao, dải công suất rộng và hiệu suất phát quang lớn nên bộ đèn chiếu sáng dùng nguồn Natri cao áp (Sodium Hight Pressure - HPS) đã và đang thay thế dần các bộ đèn truyền thống như đèn Halogen kim loại (Metal Halide -MH) hoặc đèn hơi thuỷ ngân (Mercury Vapor - MV) trên các công trình chiếu sáng công cộng. Theo tính toán, ngoài những lợi ích về môi trường và sự tiện nghi, người ta còn có thể tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng cho một vòng đời của bộ đèn trên một km chiếu sáng công cộng nếu thay thế các bộ đèn khác bằng bộ đèn natri cao áp. Vì những lợi ích như vậy, nên ngay ở nước ta, việc dùng đèn natri cao áp để chiếu sáng công cộng được triển khai khá triệt để. Về ban đêm, chúng ta dễ dàng bắt gặp những công trình chiếu sáng với một màu sáng vàng đặc trưng, đó là màu của đèn natri.
Chiếu sáng nói chung và chiếu sáng đường nói riêng, ngoài việc tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn, còn gây ra những biến cố cho phụ tải của lưới điện vào những giờ cao điểm. Việc sử dụng những thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao đang là một trong những vấn đề được quan tâm thích đáng.
Về mặt công nghệ, hiện nay, ngành công nghiệp của chúng ta chưa có khả năng tự sản xuất nguồn sáng Natri mà mới chỉ gia công các phụ kiện, lắp ráp thành bộ đèn và triển khai lắp đặt. Trong điều kiện như vậy, việc nghiên cứu một cách đầy đủ đặc tính của các bộ đèn để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sáng là việc làm có ý nghĩa thực tiễn lớn.
Với nội dung đề tài đồ án: “Nghiên cứu, thức nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường”. Tôi đã tiến hành những công việc sau:
- Tìm hiểu các thông số quang học như quang thông, nhiệt độ màu, phổ năng lượng đặc trưng, hiệu suất phát quang, của các nguồn sáng thông dụng trong chiếu sáng đường.
- Nghiên cứu cấu trúc của bộ đèn chiếu sáng đường.
- Khảo sát các đặc trưng quang học, khai thác thông tin từ biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn Natri cao áp. Tất cả các công việc nói trên nhằm mục đích xây dựng hồ sơ kỹ thuật cho bộ đèn chiếu sáng công cộng dùng với nguồn sáng Natri.
Đây là tài liệu cho những người làm công tác thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống chiếu sáng công cộng.
Đồ án này được viết thành 4 chương:
Chương I: Bộ đèn Natri cao áp
Chương II: Thiết bị đo đạc thực nghiệm.
Chương III: Tính toán chiếu sáng đường với bộ đèn Natri cao áp
Chương IV: Thực nghiệm
Đồ án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội. Đây là phòng thí nghiệm chuyên ngành đầu tiên ở nước ta, có hệ thống thiết bị hoàn chỉnh để nghiên cứu, đo lường các thông số đặc trưng của bộ đèn như cầu tích phân (Intergrating sphere), góc kế quang học (Goniophotometer) và nhiều thiết bị chuẩn trắc quang.


MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN 1
LỜI NÓI ĐẦU 2
CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP 4
1.1. Nguồn sáng 4
1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV) 4
1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH) 4
1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS) 5
1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS) 6
1.2 Mạch đèn 10
1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ 11
1.4. Hộp đèn 12
1.5. Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp 13
1.5.1 Đặc trưng màu sắc 13
1.5.1.1. Nhiệt độ màu 13
1.5.1.2. Chỉ số hoàn màu CRI 14
1.5.1.3. Màu của ánh sáng 14
1.5.2. Hiếu suất sáng 14
1.5.3. Sự suy giảm quang thông của đèn 15
1.5.4 Tuổi thọ bóng đèn 15
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM 16
2.1 Đo quang thông bằng cầu tích phân 16
2.1.1. Cấu tạo cầu tích phân 16
2.1.2. Nguyên tắc hoạt động 17
2.1.3. Vận hành đo quang thông bằng cầu tích phân 17
2.2 Đo đường cong cường độ sáng bằng góc kế quang học 18
2.2.1. Cấu tạo của các góc kế quang học 18
2.2.2. Nguyên tắc hoạt động 21
2.2.3. Vận hành đo góc kế quang học (Goniophotometer) 21
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG VỚI BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP 24
3.1. Chiếu sáng đường 24
3.1.1. Mục đích của chiếu sáng đường 24
3.1.2. Phương pháp luận về chiếu sáng đường phố 25
3.1.3. Các thiết bị trong thiết kế chiếu sáng đường phố 27
3.2. Các tham số trong chiếu sáng đường 27
3.2.1. Phân loại đường 27
3.2.2. Độ cao của bộ đèn 28
3.2.3. Giãn cách các cột đèn 28
3.2.4. Độ vươn của cần đèn 30
3.2.5. Sự bố trí các cột đèn 30
3.2.6. Một số vấn đề khác cần quan tâm 31
3.2.6.1. Điều chỉnh hộp đèn 31
3.2.6.2. Sự phân bố trường sáng 33
3.2.7. Sự phân loại bộ đèn chiếu sáng đường 35
3.2.8. Yêu cầu chung đối với các bộ đèn chiếu sáng đường 37
3.3 Tính toán chiếu sáng đường với một đèn Natri cao áp 40
CHƯƠNG 4: PHẦN THỰC NGHIỆM 43
4.1. Các bước tiến hành đo biểu đồ cường độ sáng 43
4.2. Kết quả đo biểu đồ cường độ sáng của từng bộ đèn 44
4.2.1. Bộ đèn VEGA 44
4.2.1.1. Mô tả bộ đèn VEGA 44
4.2.1.2. Kết quả đo của bộ đèn 46
4.2.1.3 Xây dựng đường cong cường độ sáng 48
4.2.2. Bộ đèn MASTER 48
4.2.2.1. Mô tả bộ đèn MASTER 48
4.2.2.2. Kết quả đo của bộ đèn 50
4.2.2.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng 52
4.2.3. Bộ đèn MACCOT 53
4.2.3.1. Mô tả bộ đèn MACCOT 53
4.2.3.2. Kết quả đo của bộ đèn 54
4.2.3.3. Xây dựng đường cong cường độ sáng 56
4.3. Tính toán độ rọi với đèn Natri cao áp trong chiếu sáng đường phố 58
4.4. Kết quả đo quang thông đèn bằng cầu tích phân 64
KẾT LUẬN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67