1. các đại lượng chiếu sáng 2. các loại đèn điện thông

Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh

ĐH Bách Khoa TP.HCM 1

0

Bài giảng: QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

Giảng viên: ThS. Trần Công Binh

4/2013

Chương 5: Quản lý và sử dụng hiệu

quả năng lượng hệ thống chiếu sáng

Quản lý và Sử dụng Năng lượng 1

Chương 5: Quản lý và sử dụng hiệu quả năng lượng hệ thống chiếu sáng

1. Các đại lượng chiếu sáng

2. Các loại đèn điện thông dụng

3. Lựa chọn loại đèn chiếu sáng

4. Tiết giảm năng lượng chiếu sáng

5. Các phương pháp điều khiển tiết giảm năng

lượng cho hệ thống chiếu sáng


Phổ điện từ của ánh sáng

Ánh sáng thấy được có bước sóng từ 0,4 đến 0,7 μm. Tia tử

ngoại có bước sóng ngắn hơn, và tia hồng ngoại có bước sóng

dài hơn.


Phổ của trái đất (288 oK)

Xem trái đất như một lỗ đen

Diện tích bên dưới đường cong biểu diễn tổng công suất phát xạ.


Định luật Wien

• Bước sóng lớn nhất mà một vật thể phát xạ là:

max

2898

T

• T = nhiệt độ tuyệt đối (oK)

• λ = bước sóng (μm)

• λmax =0.5 μm với mặt trời, T = 5800oK

• λmax = 10.1 μm với trái đất, T = 288oK


Dãy phổ phát ra từ mặt trời

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/EM_spectrum.svg




1. Quang thông: [lm – lumen]

1W =0,555µm = 683lm

2. Hiệu suất phát sáng: H =𝑃

[𝑙𝑚/𝑊]

3. Cường độ ánh sáng: I =𝑑𝑑

𝑐𝑑 − 𝑐𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎

với là góc khối tạo bởi bề mặt nón.

4. Độ rọi: E =𝑑𝑑𝑆

[lx – lux]

Trưa: 100.000lx, trăng: 0,25lx, đèn đường: 10-30lx



5. Huy độ (độ chói): L =𝑑𝐼𝑑𝐴

[cd/m2]

6. Độ trưng: 𝑀 =𝑑𝑑𝐴

[lm/m2]

7. Màu sắc: đỏ (0,78-0,62µm), cam (0,62-0,59),

vàng (0,59-0,57), lục (0,57-,0495), lam (0,495-

0,45), chàm (0,45-0,42), tím (0,42-0,38).

8. Nhiệt độ màu Tm: thể hiện màu sắc của nguồn

ánh sáng trắng (2500oK-8000oK).

9. Chỉ số màu Ra: (0-100), phản ánh độ trung thực

màu sắc của vật thể được chiếu sáng.




Biểu đồ Kruithof

Để độ rọi càng lớn thì cần nhiệt độ màu càng cao (màu lạnh).


• Chỉ số màu của nguồn sáng càng cao (Ra~100)

thì màu sắc vật chiếu sáng càng trung thực.

Nhưng các đèn loại này thường có hiệu suất

không cao.

• Chỉ số màu của nguồn sáng thấp làm cho màu

sắc cảm nhận từ vật được chiếu sáng bị biến đổi.

Nhưng đèn phát ra nguồn sáng này lại có hiệu

suất khá cao (đèn LPS).



1. Đèn nung sáng (Incandescent Lamp):

2. Đèn tungsten – halogen

3. Đèn huỳnh quang (HQ - Fluorescent Lamp)

4. Đèn huỳnh quang compact (CFL – Compact

Fluorescent Lamp)

5. Đèn thủy ngân cao áp (TNCA-High Pressure

Mercury Lamp)

6. Đèn halogen kim loại (Metal Halida Lamp)



7. Đèn Natri áp suất thấp (LPS – Low Pressure

Sodium Lamp)

8. Đèn Natri áp suất cao (HPS –High Pressure

Sodium Lamp)

9. Đèn LED (Light Emitting Diode)

10.Đèn cảm ứng từ (Magnetic Induction Lamp)





1. Đèn nung sáng (Incandescent Lamp):

• Nhiều loại công suất, nhiều cấp điện áp, bật sáng

ngay, màu sắc ấm, chỉ số màu Ra cao, quang thông ít

suy giảm, hoạt động ở mọi nhiệt độ.

• Quang hiệu thấp (<20lm/W), tuổi thọ thấp (<2000g),

phổ màu vàng đỏ, phát nhiệt cao, độ sáng thay đổi

theo điện áp.



2. Đèn tungsten – halogen:

• Nhiều loại công suất, nhiều cấp điện áp, bật

sáng ngay, chỉ số màu Ra cao, màu sắc đẹp.

• Quang hiệu thấp (<25lm/W), tuổi thọ 2000-

4000g.



3. Đèn huỳnh quang (HQ - Fluorescent Lamp):

• Quang hiệu cao (60-100lm/W), tuổi thọ cao

(6000-25000g), nhiều màu sắc (Tm=2800-

6500K), độ chói thấp (5000-8000cd/m2).

• Quang thông suy giảm, ballast rời, starter, không

thể khởi động khi điện áp thấp, nhiệt độ thấp.



4. Đèn huỳnh quang compact (CFL – Compact

Fluorescent Lamp):


(6000-15000g), độ chói thấp.

• Kiểu dáng gọn, đẹp, thay thế cho đèn sợi đốt.

Có nhiều mức công suất, dễ thay thế với

ballast tích hợp.



5. Đèn thủy ngân cao áp (TNCA-High Pressure

Mercury Lamp):

• Quang hiệu thấp (30-65lm/W), Tm=3400K, chỉ

số màu thấp (Ra=42-60), thời gian khởi động lâu.

• Tuổi thọ cao (>10000g), ít ảnh hưởng nhiệt độ

môi trường, quang thông suy giảm nhiều (còn

70%)



6. Đèn halogen kim loại (Metal Halida Lamp):

• Quang hiệu cao (68-105lm/W), ánh sáng trắng

(Tm=4000-6000K), chỉ số màu cao (Ra=65-

90), công suất lớn.

• Tuổi thọ không cao (7500-20000g), nhiệt độ

màu suy giảm, thời gian khởi động lâu, giá

thành cao.





7. Đèn Natri áp suất thấp (LPS – Low Pressure

Sodium Lamp):


(12000-18000g), độ chói thấp, nhìn rõ trong

sương mù.

• Chỉ số màu rất thấp (Ra=0), màu vàng.



8. Đèn Natri áp suất cao (HPS –High Pressure

Sodium Lamp):

• Quang hiệu cao (80-140lm/W), chỉ số màu rất

thấp (Ra=20-25), tuổi thọ cao (25000g), nhiệt

độ màu thấp (2000K).

• Quang thông suy giảm theo thời gian, thời

gian khởi động lâu.

• Có các loại HPS dùng trong

nhà, và HPS trắng có Ra cao hơn.



8. Đèn Natri áp suất cao (HPS):



9. Đèn LED (Light Emitting Diode):

• Nhiều cấp công suất, điện áp, bật sáng ngay,

quang hiệu cao, tuổi thọ rất cao 50000-

100000g, ánh sáng tập trung, nhiều màu.

• Giá thành cao, phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

môi trường, suy giảm quang thông, dùng

driver điện tử.



10. Đèn cảm ứng từ (Magnetic Induction Lamp):

• Quang hiệu cao (62-87lm/W), chỉ số màu cao

(Ra>80), tuổi thọ cao (>70000g), nhiều màu

sắc (3000-6500K), bật sáng ngay, dùng

ballast.









1. Cần quang thông 3000lm. Giá điện 2000đ/kWh.

MAAR=10%. 3000 giờ/năm. Chọn loại đèn:

• Đèn sợi đốt: 10 lm/W, 10.000đ/bóng 100W, tuổi

thọ 2000 giờ.

• Đèn huỳnh quang: 90lm/W, 15.000đ/bóng 36W,

tuổi thọ 6000 giờ; 100.000đ/máng ballast, tổn hao

8W, tuổi thọ 12.000 giờ.

• Đèn compact CFL: 50lm/W, 30.000đ/bóng 12W,

tuổi thọ 6000 giờ.

• Đèn LED: 90lm/W, 50.000đ/W, tuổi thọ 25000g.



Bảng tính với lãi suất i=10%





2. Cần quang thông 15000lm. Giá điện 2000đ/kWh.


• Đèn sợi đốt: 10 lm/W, 10.000đ/bóng 100W, tuổi

thọ 2000 giờ.

• Đèn huỳnh quang T5: 85lm/W, 14W, tổn hao

ballast 2W, tuổi thọ 25000 giờ, 100.000đ/bộ.

• Đèn compact CFL: 50lm/W, 30.000đ/bóng 12W,


• Đèn LED: 90lm/W, 50.000đ/W, tuổi thọ 25000g.



3. Chiếu sáng đèn đường 14000lm. Giá điện 1500đ/kWh.


• Đèn Metal Halida: 14000lm, 150W, tuổi thọ 10000 giờ,

200.000đ/bóng. Tổn hao ballast 20W, 360.000đ/ballast,

starter 130.000đ, tụ bù 100.000đ, tuổi thọ 20000 giờ. Máng

chóa đèn 2 triệu đồng, tuổi thọ 100 000 giờ.

• Đèn HPS: 15000lm, 150W, tuổi thọ 18000 giờ,




• Đèn LED: 120 lm/W, 50.000đ/W, tuổi thọ 25000 giờ.





4. Chiếu sáng xưởng 140000lm. Giá điện 2000đ/kWh.

MAAR=10%. 4000 g/năm. Chọn loại đèn:

• Đèn huỳnh quang T5: 85lm/W, 28W, tổn hao ballast 2W,

300.000đ/bộ (đèn T5 28W, ballast điện tử và máng đèn),


• Đèn HPS: 15000lm, 150W, tuổi thọ 16000 giờ,




• (Chưa xét cách bố trí, độ cao, chỉ số màu, đặc thù công

việc, suy giảm độ sáng, mức độ hư hỏng của từng loại đèn)



1. Các yếu tố liên quan đến tiết giảm năng lượng

chiếu sáng:

• Kích thước phòng, cửa, tận dụng ánh sáng tự

nhiện, phản xạ từ màu sơn trần, tường, sàn.



1. Các yếu tố liên quan đến tiết giảm năng lượng

chiếu sáng:

• Kích thước phòng, cửa, tận dụng ánh sáng tự

nhiện, phản xạ từ màu sơn trần, tường, sàn.

• Tính chất công việc, độ rọi, độ chói yêu cầu.

• Loại bóng đèn, cách bố trí đèn, chóa đèn, độ

cao lắp đèn, bố trị vị trí làm việc, công tắc đèn

tập trung hay phân tán, mức tiêu thụ điện.

• Suy giảm độ sáng, tỷ lệ hư hỏng, làm vệ sinh.

• Hệ thống điều khiển chiếu sáng nhiều cấp.



2. Điều khiển tiết giảm năng lượng chiếu sáng:

Gia đình, văn phòng, nhà máy:

• Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với sinh

hoạt/công việc.

• Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động.

Đối với hệ thống chiếu sáng công cộng:

• Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ.

• Dùng đèn 2 cấp độ sáng.

• Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động.



3. Điều khiển tiết giảm năng lượng cho hệ thống

chiếu sáng công cộng:

• Đèn HPS 400W, chiếu sáng từ 18:30 đến 5:30.

• Biểu giá điện chiếu sáng: 1516đ/kWh.

• Tính chi phí tiền điện phải trả mỗi năm.





• Để tiết kiệm năng lượng, gắn thiết bị tiết giảm

độ sáng còn 50% công suất từ 22:30 đến 4:30.

• Cho biết chi phí dùng balast 2 cấp độ sáng có

chi phí gia tăng là: 300 ngàn đồng/ballast và

chi phí lắp dây & điều khiển 500 ngàn

đồng/đèn.

• Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP

và BCR với MAAR=10%?







• Để tiết giảm độ rọi về khuya, gắn thiết bị tiết

giảm công suất còn 55% từ 22:30 đến 4:30 cho

đèn HPS 400W, chiếu sáng từ 18:30 đến 5:30.

• Cho biết chi phí gắn thiết bị là 5 triệu đồng. Chi

phí vận hành 50 ngàn đồng/năm. Tổn hao thiết

bị là 2% khi bật đèn. Tuổi thọ thiết bị là 10 năm.

• Giá điện chiếu sáng trung bình là 2500đ/kWh.

Tính SPP và BCR với MAAR=10%?



Điều khiển tiết giảm năng lượng chiếu sáng:

Gia đình, văn phòng, nhà máy:

• Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với sinh

hoạt/công việc.

• Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động.

Đối với hệ thống chiếu sáng công cộng:

• Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ.

• Dùng đèn 2 cấp độ sáng.

• Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động.

5. Các phương pháp điều khiển tiết giảm năng lượng cho hệ thống chiếu sáng


1. Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với nhu cầu:

Giảm bớt độ sáng lúc nghỉ ca



1. Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với nhu cầu:



2. Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động:



3. Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ:

Tiết giảm 50% vào một số thời điểm






Tiết giảm 50% vào một số thời điểm





• Để tiết kiệm, dùng hệ thống đèn chẳn lẻ giảm

50% công suất từ 22:30 đến 4:30.

• Cho biết chi phí gia tăng để đi 2 đường dây là

700 ngàn đồng/đèn.

• Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP và

BCR với MAAR=10%?



Có thể tiết giảm bớt các bóng so le để giảm thiểu điểm mù



4. Dùng đèn 2 cấp độ sáng:



4. Dùng đèn 2 cấp độ sáng:


• Để tiết kiệm, dùng hệ thống đèn 2 cấp độ sáng,

giảm 50% công suất từ 22:30 đến 4:30.

• Cho biết dùng balast 2 cấp độ sáng có chi phí

gia tăng là: 300 ngàn đồng/ballast và chi phí lắp

dây & điều khiển 500 ngàn đồng/đèn

• Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP và

BCR với MAAR=10%?



5. Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động :

Điều khiển thay đổi biên độ điện áp





VD 5.1. Điều khiển thay đổi điện áp tập trung


• Để khiển tiết giảm độ sáng còn 60% công suất

từ 22:30 đến 4:30.

• Cho biết chi phí cho thiết bị điều khiển điện áp

là 1,5 triệu đồng/đèn (tuổi thọ 20 năm). Tổn hao

trên thiết bị là 2% khi bật đèn.

• Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh.

• Tính tiền tiết kiệm năm đầu tiên?

• Tính SPP và BCR với MAAR=10%?




Điều khiển công suất dùng driver/ballast điện tử



VD 5.2. Điều khiển thay đổi công suất phân tán



từ 10:30 đến 4:30, sử dụng ballast điện tử.

• Chi phí ballast điện tử cao hơn ballast sắt từ 3

triệu đồng/đèn (không cần starter, tụ bù), tuổi

thọ 5 năm. Trung tâm điều khiển là 2 triệu

đồng/đèn. Chi phí vận hành 50 ngàn đồng/năm.

• Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính chi phí

lãi/lỗ năm đầu tiên?




Điều khiển góc pha điện áp dùng TRIAC



5. Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động:


Điều khiển thay đổi độ sáng

phân tán đến từng đèn. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 53

VD 5.3. Điều khiển thay đổi công suất từ xa



từ 22:30 đến 4:30 dùng trung tâm điều khiển.

• Cho biết chi phí cho thiết bị dimming từ xa là 5

triệu đồng/đèn. Chi phí vận hành 50 ngàn

đồng/năm. Tổn hao trên thiết bị dimming là 2%

khi bật đèn. Tuổi thọ thiết bị là 10 năm.

• Giá điện chiếu sáng 1516đ/kWh, tăng10%/năm.

Tính SPP và BCR với MAAR=10%?





Mỗi trụ đèn có thể có nhiều bóng nhưng chỉ cần 1 bộ DIM



Tài liệu tham khảo:

[1] Barney L. Capehart,Wayne C. Turner, William J. Kennedy, Guide to Energy

Management, The Fairmont Press, 2003

[2] Wayne C. Turner, Steve Doty, Energy Management Handbook, The Fairmont

Press and Taylor & Francis Ltd., 2006

[3] Richard A. Panke, Energy Management Systems and Direct Digital Control,

The Fairmont Press, Inc, Marcel Dekker, Inc, 2002

[4] Gilbert A. McCoy, Todd Litman, John G. Douglass, Energy-Efficient Electric

Motor Selection Handbook, Washington State Energy Office Olympia, 1993.

[5] Gilbert A. McCoy, John G. Douglass, Energy Management for Motor Driven

Systems, Washington State University, 2000.

[6] Energy Efficiency, Schneider Electric, 2012.

[7] Dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và

vừa Việt Nam – PECSME.

Tài liệu tham khảo

56

TB

Trần Công Binh

GV ĐH Bách Khoa TP.HCM

Phone: 0908 468 100

Email: [email protected]

[email protected]

Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh

57

58 59

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



60 61

1. các đại lượng chiếu sáng 2. các loại đèn điện thông

Documents