Nghiên cứu, thức nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường

Nhờcó những đặc tính ưu việt như độbền 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 thếdần các bộ đèn truyền thống như đèn Halogen kim loại (Metal Halide -MH) hoặc đèn hơi thuỷngân (Mercury Vapor - MV) trên các công trình chiếu sáng công cộng. Theo tính toán, ngoài những lợi ích vềmôi trường và sựtiện nghi, người ta còn có thểtiết kiệm được hàng trăm triệu đồng cho một vòng đời của bộ đèn trên một km chiếu sáng công cộng nếu thay thếcác bộ đèn khác bằng bộ đèn natri cao áp. Vì những lợi ích nhưvậy, nên ngay ởnước ta, việc dùng đèn natri cao áp đểchiếu sáng công cộng được triển khai khá triệt để. Vềban đêm, chúng ta dễdàng bắt gặp những công trình chiếu sáng với một màu sáng vàng đặc trưng, đó là màu của đèn natri.

pdf69 trang | Chia sẻ: khactoan_hl | Lượt xem: 2470 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu, thức nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 1 Lêi c¶m ¬n Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy Lª H¶i H−ng vµ c¸c anh thuéc Phßng ThÝ NghiÖm VËt lý vµ Kü thuËt ¸nh s¸ng, ViÖn VËt lý kü thuËt, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh h−íng dÉn, gióp ®ì em cã c¬ héi t×m hiÓu nhiÒu kiÕn thøc, thùc nghiÖm vµ hoµn thµnh §å ¸n nµy. §ång thêi, Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n ®Õn c¸c thÇy c« trong ViÖn VËt lý kü thuËt, Tr−êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ®· truyÒn ®¹t nh÷ng kiÕn thøc chuyªn m«n, nh÷ng kinh nghiÖm quý b¸u cho em trong suèt nh÷ng n¨m häc tËp vµ nghiªn cøu. Xin göi lêi c¶m ¬n tíi nh÷ng ng−êi th©n trong gia ®×nh ®· lu«n t¹o ®iÒu kiÖn vÒ thêi gian, ®éng viªn vµ gióp ®ì em trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ hoµn thµnh §å ¸n. Hµ néi, th¸ng 05 n¨m 2008 Sinh viªn D−¬ng §øc Duy TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 2 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. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 3 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. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 4 CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP Bộ đèn được định nghĩa là một thiết bị chiếu sáng hoàn chỉnh, gồm có nguồn sáng (đèn) và các bộ phận kèm theo như bộ phản xạ, khúc xạ và hộp đèn, có chức năng phân bố ánh sáng, định vị, bảo vệ đèn và nối đèn với nguồn điện cung cấp. 1.1. Nguồn sáng Đa số các lắp đặt trong chiếu sáng đường ngày nay sử dụng một trong 3 loại đèn phóng điện cường độ cao (HID) đó là: metal halide (MH) hay đèn hơi thuỷ ngân (MV), đèn Natri áp suất thấp (LPS), đèn Natri áp suất cao (HPS), trong đó đèn Natri áp suất cao là nguồn sáng được sử dụng phổ biến nhất. 1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV) Đèn hơi thủy ngân là loại đèn HID mà trong đó phần lớn ánh sáng được tạo ra do sự bức xạ của hơi thuỷ ngân hoạt động ở áp suất riêng phần lớn hơn 105 Pa. Các đèn thuỷ ngân đầu tiên được phát triển vào năm 1901 nhưng các ống hồ quang compact thì mãi 30 năm sau mới xuất hiện. Vào năm 1960, khi được cải thiện tuổi thọ, đèn hơi thuỷ ngân được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố và bắt đầu được sử dụng trong chiếu sáng nội thất vào năm 1966 khi màu sắc được cải thiện. Lớp vỏ thuỷ tinh bên ngoài của đèn thuỷ ngân được làm từ thuỷ tinh boro silicate, có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Bầu thủy tinh bên ngoài hấp thụ nhiều các bức xạ tử ngoại phát ra từ hồ quang thuỷ ngân. Một số đèn hơi thuỷ ngân có chế độ tự ngắt để tắt đèn khi bầu thuỷ tinh bên ngoài bị vỡ, tránh bức xạ tử ngoại thoát ra ngoài. Hiệu suất phát sáng cực đại của đèn hơi thủy ngân đạt khoảng 65lm/W, tuổi thọ của đèn cao nhưng sự duy trì quang thông lại kém. Bóng đèn hơi thủy ngân có thể sử dụng rộng rãi ở tất cả các loại đèn giao thông, đường phố và lối đi bộ, công viên và cả trong các công xưởng. 1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH) Là một loại đèn HID mà phần lớn ánh sáng được tạo ra do sự bức xạ của kim loại halogen và của các sản phẩm phân ly của nó kết hợp với các hơi kim loại khác (thuỷ ngân). Các đèn halogen kim loại được phát triển năm 1965 và được quảng cáo là TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 5 “tốt hơn đèn thuỷ ngân” vì chúng có hiệu suất cao hơn, tạo ra ánh sáng trắng và sự duy trì quang thông tốt hơn, thường dùng cho chiếu sáng công nghiệp và chiếu sáng bên ngoài. Giống như các đèn thuỷ ngân, hoạt động của đèn halogen kim loại tạo ra các bức xạ tử ngoại. Phần lớn các bức xạ tử ngoại này bị hấp thụ bởi bầu thủy tinh. Các đèn này có thể được phủ một lớp phốt pho để chuyển bức xạ tử ngoại dư thừa thành ánh sáng khả kiến để cải thiện chỉ số CRI của đèn trong quá trình sử dụng . Trong hỗn hợp hơi thủy ngân và Halogen áp suất cao như Iodua natri hoặc tali, sự phóng điện cho phép ta thu được một màu rất trắng từ 4000 K đến 6000 K. 1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS) Đèn có dạng hình ống và hình chữ U bằng thuỷ tinh borosilicat, chứa một lượng nhỏ Na ở thể rắn và một hỗn hợp khí Neon, Argon được đặt trong một ống đèn bằng thuỷ tinh, hút chân không, mặt trong có phủ lớp phản xạ hồng ngoại làm bằng Oxit Indi (vật liệu bán dẫn cho ánh sáng khả kiến truyền qua và giữ lại các tia hồng ngoại). Hỗn hợp khí Neon-Argon dùng để mồi sự phóng điện trong đèn. Khi được bật lên, đèn phát ra ánh sáng mờ màu hồng. Dòng hồ quang này sẽ nung nóng Natri và trong vài phút, Natri bay hơi phát vạch kép (589,0 nm đến 589,6 nm) màu vàng da cam. Hơi Natri hoạt động ở áp suất riêng phần cỡ (0,1 ÷ 1,5).104 Pa . Đèn Natri áp suất thấp cho ánh sáng gần như đơn sắc, chỉ số hoàn màu CRI = 0, khi được chiếu sáng bằng nguồn này thì màu sắc của vật chỉ hiện lên màu vàng hoặc màu xám, cho nên, các đèn LPS rất ít được sử dụng. Tuy nhiên, đèn Natri áp suất thấp là nguồn sáng tiêu thụ năng lượng điện hiệu quả nhất, hiệu suất sáng của đèn có thể lên tới 180lm/W nên được dùng rộng rãi chiếu sáng đưòng phố, chiếu sáng bảo vệ …những nơi không quan tâm lắm đến sự hoàn màu. Mặt khác, đèn Natri áp suất thấp hầu như không bị giảm quang thông theo thời gian trong quá trình hoạt động . Chú ý: Trong công nghiệp, đèn Natri áp suất thấp thường được coi là loại đèn HID mặc dù về mặt kỹ thuật điều này là không đúng vì đèn này là một nguồn sáng phóng điện ở áp suất thấp. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 6 1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS) Đèn Natri áp suất cao (HPS) là loại đèn phóng điện có cường độ cao HID, được phát triển năm 1961. Ánh sáng trong đèn Natri áp suất cao được tạo ra do sự bức xạ từ hơi Natri hoạt động ở một áp suất riêng phần khoảng 1,33.105 Pa. Loại đèn này có thể có lớp vỏ thủy tinh trong và vỏ thuỷ tinh mờ. Bầu đèn của đèn Natri áp suất cao được chế tạo bằng một loại thuỷ tinh borosilicate, nó có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn. Sự phóng điện hồ quang được tạo bởi một hỗn hống Na –Hg trong ống hồ quang làm bằng oxit nhôm đa tinh thể [10]. Cấu tạo của đèn được mô tả trên hình 1.1. Hình 1.1 Cấu trúc của đèn Natri cao áp. Đèn Natri cao áp có kích thước nhỏ hơn so với đèn Natri áp suất thấp và trong đèn chứa thêm các nguyên tố phụ như Hg. Vì vậy, khi mới bật lên, đèn phát ánh sáng mờ màu hồng sẫm, sau đó chuyển sang màu da cam pha hồng khi đèn nóng. Giữa hai trạng thái này, trong một khoảng thời gian ngắn, ánh sáng đèn có màu hơi trắng pha xanh tím. Đó là do sự phát sáng của hơi Hg trước khi Na ở trong đèn được bốc hơi hoàn toàn. Vạch D của Na là bức xạ chính của đèn Natri cao áp, vạch này bị mở rộng khi áp suất trong đèn cao. Màu sắc của các vật thể khi được chiếu sáng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 7 bằng loại đèn này có thể phân biệt được. Do đó, người ta thường sử dụng đèn Natri cao áp chiếu sáng trong các khu vực cần để ý đến sự hoàn màu. Phổ ánh sáng của Natri được đặc trưng bởi vạch sáng kép – Vạch D với các bước sóng 589,0 nm và 589,6 nm. Trên hình về sự chuyển mức năng lượng thì chính là bức xạ phát ra khi có sự chuyển mức từ 3P xuống 3S. Bức xạ 589,0 nm có cường độ lớn gấp 2 lần bức xạ 589,6 nm. N ăn g lư ợn g Hình 1.2 Sự chuyển mức năng lượng trong đèn Natri cao áp Bước sóng (nm) Hình 1.3 Phổ đèn Natri cao áp N ăn g lư ợn g (% ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 8 Hình 1.4 Hiệu suất sáng của các đèn HID. Ở nhiệt độ trên 1000oC và có áp suất cao, Natri phát các vạch khác trong phổ nhìn thấy cho nên cho ánh sáng trắng hơn, có màu trắng ấm. Sự duy trì quang thông của nó là rất tốt. Thời gian mồi đèn là 10 phút, mồi lại đèn khi đèn đang nóng là 60 giây. Loại đèn Natri cao áp này có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đèn Natri áp suất thấp. Đèn Natri cao áp có hiệu suất khá cao nên được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố, sân chơi thể thao, hiểu biết về sự thay đổi độ nhạy thị kiến về màu sắc của mắt người khi chuyển từ nhìn ngày sang nhìn trong ánh sáng yếu và nhìn đêm rất quan trọng trong tính toán thiết kế chiếu sáng đường phố. H iệ u su ất sá n g (lm /W ) Năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 9 Bảng 1.1: So sánh các đặc trưng của các đèn HID (Các giá trị này sẽ thay đổi theo công suất của đèn và lớp phủ phốt pho) Loại đèn Hơi thuỷ ngân (MV) Halogen kim loại (MH) Natri cao áp (HPS) Natri thấp áp (LPS) Công suất danh định (W) 40 - 1000 23 - 1500 35 - 1000 18 - 180 Quang thông ban đầu (lm) 12000 - 13000 19500 - 26300 23000 - 28500 33000 Hiệu suất sáng (lm/W) 30 - 65 70 - 125 60 - 140 100 - 180 Chỉ số hoàn màu CRI 15 - 20 60 - 96 22 - 65 0 Nhiệt độ màu (K) 5600 - 7000 3000 - 6000 2100 - 2200 1800 Sự hoàn màu Màu xanh Sáng trắng Vàng cam Vàng Thời gian khởi động (s) 3-5 2-10 3-5 7-15 Thời gian tái khởi động (s) 5 15 3-4 Ngay lập tức Thời gian sống trung bình (h) 10000 – 16000 3000 – 20000 10000 – 24000 16000 - 18000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 10 Bảng 1.2: Ưu và nhược điểm của các đèn HID Loại đèn Ưu điểm Nhược điểm Hơi thuỷ ngân -Tuổi thọ dài -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ -Thời gian tái khởi động dài -Sự suy giảm quang thông lớn -Hiệu suất sáng thấp Halogen kim loại -Chỉ số hoàn màu cao -Hiệu suất sáng cao -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ -Thời gian tái khởi động dài -Sự suy giảm quang thông lớn -Hiệu suất sáng thấp Natri cao áp -Tuổi thọ dài -Hiệu suất sáng cao -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ -Suy giảm quang thông nhỏ -Chỉ số hoàn màu thấp -Cần thời gian tái khởi động Natri thấp áp -Thời gian tái khởi động ngắn -Hiệu suất sáng cao -Sự suy giảm quang thông rất nhỏ -Chi phí thay thế cao -Tuổi thọ ngắn -Không hoàn màu 1.2 Mạch điện hoạt động của đèn Natri cao áp Đèn Natri cao áp hoạt động thích hợp từ 300C tới 1000C, xét trong mạch nối tiếp với ballast. Một đèn HPS theo tiêu chuẩn sẽ được kích từ 2kV đến 5kV sau 30 tới 90 giây từ trạng thái ban đầu, phụ thuộc vào đặc tính của đèn.. Điện cực Ống hồ quang Oxit nhôm Phóng hồ quang Hỗn hống Na - Hg TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 11 Hình 1.5 Mạch cho đèn HPS Dưới đây là các bước của một quá trình đèn HPS hoạt động: 1. Khi nguồn điện được cấp vào đèn HPS sau khi được kết nối với ballast thích hợp, một dải hẹp xung cao áp được cấp cho đèn, bắt đầu có sự phóng điện giữa các điện cực. Ngay lập tức sự kích thích tạo các Ion tồn tại, một dòng điện sinh ra bởi ballast sẽ duy trì sự phóng điện trong đèn. Nếu cần thiết, xung khởi động sẽ lập lại theo một chu trình cho đến tận khi sự phóng điện được thiết lập, lúc đó xung phát sẽ tự động dừng lại. 2. Lúc bắt đầu, tia hồ quang tác động lên các phân tử khí Xenon và phát ra ánh sáng lục – trắng yếu. 3. Sau đó lượng nhiệt từ việc tác động hồ quang khí Xenon sẽ làm bốc hơi nhanh chóng Natri và thủy ngân trong ống hồ quang. 4. Như một sự bốc hơi kim loại, đèn phát ra ánh sáng vàng - trắng ấm, cả ánh sáng phát ra và điện áp sẽ tăng tới giá trị hoạt động ổn định. Với phần lớn các đèn HPS, 4 bước trên sẽ xảy ra từ 4 đến 6 phút. 1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ Bộ phản xạ được dùng để thay đổi phương của ánh sáng phát ra, định hướng ánh sáng theo hướng mong muốn. Trong khi đó, bộ khúc xạ điều chỉnh hướng ánh sáng phát ra từ đèn và từ bộ phản xạ nhờ cấu trúc dạng lăng kính của nó. Đồng thời, bộ khúc xạ còn dùng để bảo vệ đèn khỏi các yếu tố bất lợi từ bên ngoài. Các nguồn sáng (bóng đèn) thường phát sáng theo kiểu đối xứng. Khi nguồn sáng được coi là nguồn điểm thì nó có tâm đối xứng, cường độ sáng sẽ phân bố đều theo mọi phương, mặt đẳng quang của chúng là các mặt cầu hình 1.6a. Nếu nguồn sáng là đèn ống thì nó có trục đối xứng, mặt đẳng quang của chúng là các ellipsoit tròn xoay hình 1.6b. a b TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 12 Hình 1.6 Các kiểu phân bố đối xứng của đèn trần. Nói chung, các kiểu phân bố đối xứng như trên ít được sử dụng trong thực tiễn vì đèn chưa được bảo vệ và trường sáng chưa phù hợp. Muốn có trường sáng phù hợp với từng loại hình chiếu sáng, người ta phải lắp bộ phản xạ và khúc xạ để phân bố lại trường sáng phát ra từ đèn Hình 1.7 Trường sáng của nguồn lắp trong bộ đèn. Như vậy, khi phân bố lại trường sáng, choá đèn đã đóng vai trò quyết định hiệu quả sử dụng nguồn sáng của bộ đèn, cũng như sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng do nguồn phát ra. 1.4. Hộp đèn Các hộp đèn điển hình thường được làm bằng nhôm, thép hoặc thép không rỉ. Hộp bằng nhôm chịu được nhiều điều kiện bất lợi của bên ngoài. Hộp bằng thép có thể bị ăn mòn và bị rỉ. Hộp bằng thép không rỉ cho khả năng bảo vệ cao hơn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Vỏ các nguồn sáng làm bằng thuỷ tinh hoặc vật liệu trong suốt, thường có nhiệt độ rất cao khi đèn cháy sáng. Nếu mắc trực tiếp ra ngoài môi trường, chúng sẽ dễ bị nổ, vỡ khi có sự thay đổi của thời tiết. Vì vậy, hộp đèn có chức năng quan trọng là bảo vệ nguồn sáng và các phụ kiện như chấn lưu (ballast), tụ điện, bộ mồi (starter)... Ngoài ra, hộp đèn còn có chức năng ngăn cản hơi nước, bụi, côn trùng lọt vào bộ đèn để đảm bảo sự phát quang ổn định của nguồn sáng. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 13 Ngoài những chức năng như đã trình bày, một hệ thống chiếu sáng với các bộ đèn và cột đèn hài hòa sẽ góp phần đáng kể vào việc làm đẹp cảnh quan đô thị, ngay cả khi các bộ đèn không được bật sáng. 1.5. Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp Các nhân tố ảnh hưởng đến giá thành và hiệu quả của việc lắp đặt, vận hành, duy tu, bảo dưỡng ánh sáng bao gồm: - Hiệu suất sáng của đèn. - Khả năng duy trì thông lượng sáng đèn phát ra trong quá trình sử dụng. - Thời gian sống (tuổi thọ) của đèn. - Màu sắc của ánh sáng. - Sự phân bố quang thông của bộ đèn. - Thời gian khởi phát lại của đèn. - Nhiệt độ môi trường để đèn hoạt động. - Hình dạng vật lý của đèn và bộ đèn. - Độ bền của đèn và bộ đèn. - Giá thành. 1.5.1 Đặc trưng màu sắc 1.5.1.1. Nhiệt độ màu Nhiệt độ màu của một nguồn sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó mà là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi được đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do vật đen tuyệt đối phát ra có phổ hoàn toàn giống với phổ của nguồn khảo sát. Như vậy, để xác định nhiệt độ màu của một nguồn sáng cần phải so sánh phổ ánh sáng của nó với phổ ánh sáng bức xạ của đen tuyệt đối được đốt nóng từ khoảng 2000 đến 10000K. CIE quy định các nguồn ánh sáng trắng tiêu chuẩn như sau: - Ánh sáng chuẩn A: là ánh sáng do bóng đèn dây tóc tungsten bức xạ, có nhiệt độ màu Tm = 2854 K. - Ánh sáng chuẩn B: là ánh sáng Mặt Trời giữa trưa, có Tm = 4879K. - Ánh sáng chuẩn C: là ánh sáng bầu trời trung bình, có Tm = 6740K Thực nghiệm cho thấy, các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích hợp cho những nơi có yêu cầu độ rọi thấp. Ngược lại, những nơi có yêu cầu độ rọi TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Đức Duy Lớp Vật lý kỹ thuật ánh sáng 14 cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh). Vì vậy, trong thiết kế chiếu sáng người ta coi nhiệt độ màu như một tiêu chuẩn đầu tiên để chọn nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được một môi trường ánh sáng tiện nghi. 1.5.1.2. Chỉ số hoàn màu CRI Chỉ số hoàn màu là một thông số cực kì quan trọng đối với sự lựa chọn các nguồn sáng. Cùng với một vật được chiếu sáng bằng các nguồn chuẩn khác nhau hoặc bằng một vật đen có nhiệt độ khác nhau sẽ cho các màu khác nhau [2]. So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến đổi màu của các vật đựoc chiếu sáng, sự biến đổi màu này là do dự phát xạ phổ khác nhau được đánh giá từ độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số hoàn màu CRI. Chỉ số này biến thiên từ 0 (đối với ánh sáng đơn sắc) đến 100 (đối với vật đen). Trên thực tế ta chấp nhận sự phân loại sau đây: + CRI < 50: Chỉ số này không có ý nghĩa thực tế, các màu hoàn toàn bị biến đổi + CRI < 70 : Sử dụng trong công nghiệp khi các thể hiện màu thứ yếu. + 70 < CRI < 80 : Sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu là không quan trọng. + CRI > 80 Sử dụng trong nhà hay trong công nghiệp đặc biệt Một số chỉ số hoàn màu của các nguồn sáng ở nhiệt độ tương ứng : - Ngọn nến ở 1700K có CRI = 100 - Sự nóng sáng ở 2700K có CRI =100 - Ánh sáng mặt trời tự nhiên ở 5000K ÷ 6000K có CRI = 100. - Natri áp suất cao ở 2100K có chỉ số hoàn màu CRI = 25. - Các đèn dây tóc chuẩn CRI= 100. - Các đèn huỳnh quang có CRI = 52 ÷ 95. 1.5.1.3. Màu của ánh sáng Ánh sáng trắng là sự tổ hợp của nhiều bước sóng, mỗi bước sóng được gán cho một màu sắc khi mắt truyền năng lượng sáng dướ