Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Ký hiệu viết tắt

Nội dung thay thế

BHLĐ

Bảo hộ lao động

AT - VSLĐ

An toàn vệ sinh lao động

NLĐ

Người lao động

NSDLĐ

Người sử dụng lao động

TNLĐ

Tai nạn lao động

KHKT BHLĐ

Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động

KTAT

Kỹ thuật an toàn

MTLĐ

Môi trường lao động

KTVS

Kỹ thuật vệ sinh


BVMT

Bảo vệ môi trường

PTBVCN

Phương tiện bảo vệ cá nhân

ATVSV

An toàn vệ sinh viên

PCCC

Phòng cháy chữa cháy

PCCN

Phòng chống cháy nổ

Đặng Hồng Nhung

1

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết quặng mangan là một trong những khoáng sản
quý. Tất cả đồ thép đều chứa nó. Tuy nhiên, rất ít người biết đến Măng-gan.
Măng-gan đã được sử dụng từ Thời kỳ Đồ đá như một loại màu tô
trong các bức tranh vẽ trên hang động. Ngày nay, khoảng 90% Măng-gan
được dùng trong sản xuất gang thép; 10% còn lại được dùng làm pin, hóa
chất, lon nhôm và mạch điện tử.
Từ những giá trị nêu trên việc khai thác và chế biến quặng mangan
chính là phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiên đại hóa nền kinh tế đất
nước.
Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng là một trong những công ty khai
thác và chế biến quặng Măng Gan của nước ta, đáp ứng nhu cầu sử dụng
trong nước và xuất khẩu. Công ty luôn được chú trọng cải thiện điều kiện lao
động và môi trường làm việc để tăng năng suất lao động và chất lượng sản
phẩm. Trong đó, ánh sáng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến sản xuất và sức khỏe người lao động.
Qua quá trình thực tập tại Công ty cổ phần Măng Gan Cao Bằng, em
được biết Công ty muốn cải tạo lại, thiết kế mới hệ thống chiếu sáng nhằm
phục vụ tốt cho công tác sản xuất cũng như sức khỏe người lao động. Cùng
với sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.Nguyễn Hồng Sơn và các cô chú anh
chị đang công tác tại Công ty em đã đưa gia ý kiến và đề xuất cải thiện môi
trường lao động đồng thời tính toán : “ Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân
tạo cho Xí nghiệp chế biến nghiền Công ty Cổ phần Măng Gan Cao
Bằng”.

2. Mục tiêu của đề tài
Đặng Hồng Nhung


2

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

- Góp phần cải thiện điều kiện làm việc và đảm bảo sức khỏe cho người
lao động, ngăn ngừa tai nạn lao động và bệnh nghề nghiệp.
- Thiết kế mới hệ thống chiếu sáng cho xí nghiệp chế biến nghiền của
công ty nhằm phù hợp với đặc điểm sản xuất của xí nghiệp, tăng năng suất
lao động, đạt hiệu quả kinh tế cao.
3. Nội dung nghiên cứu
- Lý thuyết cơ bản về kĩ thuật chiếu sáng công nghiệp thiết kế chiếu
sáng trong phân xưởng sản xuất.
- Thực trạng công tác an toàn vệ sinh lao động tại công ty Cổ phần
Măng Gan Cao Bằng .
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho xí nghiệp chế biến nghiền
công ty Măng gan Cao Bằng.
4. Phạm vi nghiên cứu
Xí nghiệp chế biến nghiền Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp hồi cứu tài liệu.
- Phương pháp khảo sát thực tế.
- Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu.
- Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp.
6. Đối tượng nghiên cứu
- Điều kiện làm việc tại công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng.

- Hệ thống chiếu sáng của Xí nghiệp chế biến nghiền công ty Cổ phần
Măng Gan Cao Bằng.

Đặng Hồng Nhung

3

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

CHƯƠNG I :
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÁNH SÁNG
1.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật chiếu sáng
Có thể coi việc phát triển và chế ngự ngọn lửa là bước đầu cho kỹ thuật
chiếu sáng của nhân loại.
Nguồn sáng nhân tạo đầu tiên là ngọn nến được sử dụng từ 5000 năm
trước theo chiều dài lịch sử ngành kỹ thuật chiếu sáng có bước phát triển rực
rỡ khởi đầu từ thời đại ánh sáng điện.
Isaac Newton, từ năm 1669 đã phát hiện ánh sáng trắng là tổ hợp của
ánh sáng bẩy mầu khi cho tia sáng mặt trời chiếu qua lăng kính.
Năm 1756, nhà bác học Nga M.lômonosov là người đầu tiên phát hiện
tế bào thị giác và đề xuất thuyết ba mầu của ánh sáng.
Bắt đầu từ thế kỷ XIX các định luật cơ bản về điện từ được công bố.
Năm 1873 nhà khoa học Scotlald J.C Maxwell đã đề xuất lý thuyết trường
điện từ thống nhất và tiên đoán sự tồn tại của ánh sáng điện từ. Năm 1888
nhà khoa học Đức Heỉnrich Hertz lần đầu tiên đã thí nghiệm thành công thu

và phát sóng điện từ … Công cụ phân tích phổ được các nhà khoa học Đức
phát hiện và ứng dụng trong việc nghiên cứu ánh sáng nhờ đó bức màn bí
mật của ánh sáng được phát hiện.
Ánh sáng trắng mà mắt người cảm nhận được cơ bản chất sóng điện từ
có bước sóng khác nhau đi từ tia tím có bước sóng 380 nm tới tia màu đỏ có
bước sóng 780 nm thuyết lượng tử ra đời cuối thế kỷ 19 bởi Mark Plank.
Chính Albert Einstein là ngưới đầu tiên đề xuất bản chất sóng hạt của ánh
sáng và giải thích ánh sáng gồm vô số hạt nhỏ mang năng lượng là các
photon.
Hiện tượng phát nóng và tạo nên ánh sáng đỏ khi dòng điện chạy qua
sợi dây kim loại được phát hiện năm 1802. Đèn sợi đốt đầu tiên được chế tạo
vào năm 1879 từ sợi cacbon, tạo nên nhiệt độ 3900 0K, hiệu quả ánh sáng 2
Đặng Hồng Nhung

4

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

lm/w tuổi thọ 6000 h. Năm 1908 nhà khoa học Đức đã sử dụng sợi đốt
vonfram - niken kéo dài tuổi thọ của đèn sợi đốt. Nhà khoa học Hoa Kỳ
nghiên cứu bức xạ nhiệt điện tử của sợi đốt trong chân không và đề xuất sợi
đốt xoắn kép và được dụng rộng dãi cho đến ngày nay. Các đèn sợi đốt hiện
đại trong môi trường Halogen có chỉ số thể hiện màu xấp xỉ 100, cho ánh
sáng ấm và đạt hiệu quả 20 lm/w.
Hồ quang thủy ngân được phát hiện từ năm 1901 nhưng 30 năm sau

mới được ứng dụng thực tế, từ năm 1960 các đèn phóng điện thủy ngân mới
được ứng dụng trong chiếu sáng công cộng, chúng có thể chuyển hóa 20%
điện năng thành quang năng là nguồn sáng lạnh. Hiện tượng ion hóa phát
sáng trong chất khí được nhà khoa học Anh phát hiện và úng dụng để chế tạo
các loại đèn phóng điện. Đèn hơi Natri áp suất thấp được chế tạo năm 1923
cho ánh sáng đơn sắc màu vàng chúng có thể chuyển hóa 80% điện năng
thành quang năng, vì vậy có hiệu quả ánh sáng rất cao đạt tới 200 lm/w
nhưng hệ số thể hiện màu rất thấp gần bằng 0. Đèn sodium áp suất cao có thể
chuyển hóa 50% điện năng thành quang năng cho ánh sáng gần với màu
trắng hơn, hiệu quả ánh sáng đạt tới 120 lm/w chủ yếu dùng cho chiếu sáng
công cộng.
Năm 1933 các đèn ống huỳnh quang đầu tiên được bán ra thị trường và
ngày nay đã trở thành nguồn sáng chủ yếu được sử dụng rộng rãi để chiếu
sáng trong nhà các đèn huỳnh quang thế hệ mới có hiệu quả ánh sáng tới 80
lm/w, chỉ số thể hiện màu 70 - 85.
Các đèn Halogen kim loại chế tạo năm 1960 có hiệu suất ánh sáng
không lớn hơn đèn sodium áp suất cao, nhưng có sáng trắng hơn và được sử
dụng rộng rãi trong chiếu sáng công cộng, chúng có thể được chế tạo với
công suất lớn cỡ 2 kw, hiệu quả ánh sáng đạt tới 95 lm/w, thích hợp cho
chiếu sáng các công trình văn hóa, thể thao …

Đặng Hồng Nhung

5

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại học Công Đoàn

Gần đây các nguồn sáng dựa trên hiện tượng phát quang trong chất bán
dẫn được ứng dụng trong các điốt phát quang (Led) cũng đã được sử dụng
trong chiếu sáng. Hiệu suất phát quang của các led siêu sáng có thể đạt hiệu
quả ánh sáng tới 115 lm/W. Ưu điểm quan trọng nhất của các led là chúng có
kích thước nhỏ, tuổi thọ rất cao có thể đạt tới 100000 h, vì vậy chúng được
sử dụng trong các đèn trang trí, quảng cáo, đèn tín hiệu và hi vọng đây sẽ là
một nguồn sáng phổ biến trong tương lai gần.
Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành trước hết là mối quan tâm của các
kỹ sư điện, các nhà vật lý nghiên cứu quang và quang phổ học, các cán bộ kỹ
thuật của công ty công trình công cộng và các nhà quản lý đô thị. Chiếu sáng
cũng là mối quan tâm của các nhà kiến trúc xây dựng và giới mỹ thuật
nghiên cứu về chiếu sáng cũng là công việc của các bác sĩ nhãn khoa, các
nhà tâm sinh lý học, giáo dục thể chất học đường.
Trong thời gian gần đây với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng
hiệu suất cao, các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng
mới, kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang
chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích.
Theo các số liệu thống kê năm 2005 điện năng sử dụng cho chiếu sáng
toàn thế giới là 2650 tỷ kWh, chiếm 19% sản lượng điện. Hoạt động chiếu
sáng xảy ra đồng thời vào giờ cao điểm buổi tối đã khiến cho đồ thị phụ tải
của lưới điện tăng vọt gây khó khăn cho việc truyền tải và phân phối điện.
Chiếu sáng tiện ích là một giải pháp tổng thể nhằm tối ưu hóa hoàn toàn kỹ
thuật chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu suất sáng cao, thay thế
các loại đèn sợi đốt có hiệu quả năng lượng thấp bằng đèn compact, sử dụng
rộng rãi các đèn huỳnh quang thế hệ mới, sử dụng trấn lưu sắt từ tổn hao
thấp và trấn lưu điện tử, sử dụng tối đa hiệu quả ánh sáng tự nhiên, điều
chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu sử dụng, nhằm giảm điện năng tiêu
thụ mà vẫn bảo đảm tiện nghi nhìn. Kết quả của chiếu sáng tiện ích phải đạt


Đặng Hồng Nhung

6

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm năng lượng hạn chế các loại khí nhà kính,
góp phần bảo vệ môi trường.
1.2. Bản chất của ánh sáng
Thuyết điện từ trường thống nhất do Maxwell đưa ra là cơ sở cho nhận
thức ánh sáng là sóng điện từ. Ánh sáng là sóng điện từ được phát ra khi có
sự chuyển mức năng lượng của các điện tử trong các nguyên tử của nguồn
sáng. Ánh sáng là sóng điện từ phẳng được đặc trưng bởi vectơ cường độ
điện trường

và vectơ cảm ứng từ

luôn luôn vuông góc với nhau và

vuông góc với phương truyền sóng.
Tỉ số độ lớn của hai véctơ :

là độ từ thẩm của chân không
là hằng số điện môi trong chân không


1/36 .

Theo tính toán của Maxwell , tốc độ lan truyền sóng điện từ bằng

Trong chân không, sóng điện từ lan truyền đẳng hướng với vận tốc
c = 3.108m/s
Trong môi trường chiết suất
Tần số

và bước sóng

ánh sáng có vận tốc :

liên hệ bởi biểu thức

Trong chân không

Đặng Hồng Nhung

7

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Thuyết điện từ về ánh sáng giải thích được các hiện tượng nhiễu xạ,

giao thoa, phân cực và tán sắc ánh sáng nhưng không giải thích được một số
hiện tượng khác như bức xạ của các vật đen, hiệu ứng quang điện…
Nội dung của thuyết lượng tử:
Các nguyên tử phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ năng lượng
một cách liên tục mà thành những phần tử riêng biệt, đứt quãng có năng
lượng hoàn toàn xác định gọi là lượng tử ánh sáng hay photon . Năng lượng
của photon chỉ phụ thuộc duy nhất vào tần số :

Với h là hằng số planck h = 6,6256.10-34 J.s.
c là vận tốc ánh sáng trong chân không.
là bước sóng ánh sáng.
Bất kỳ một nguồn sáng nào cũng bao gồm một số vô cùng lớn các
photon lan truyền theo các quy luật của sóng điện từ.
Thuyết lượng tử không những giải thích thành công sự tương tác giữa
ánh sáng và vật chất mà còn đặt nền tảng cho các nghiên cứu vật lý quan
trọng khác.
Theo quan điểm của vật lý học hiện đại sóng - hạt là hai mặt đối lập
nhưng lại thống nhất trong cùng một đối tượng vật chất. Trên quan điểm này,
năm 1924 nhà vật lý người pháp đã đưa ra giả thuyết lưỡng tính sóng - hạt
của ánh sáng. Theo thuyết này :
Mỗi vi hạt tự do có năng lượng và động lượng xác định tương ứng với
một sóng phẳng đơn sắc xác định.
Năng lượng của hạt liên hệ với tần số dao động của sóng tương ứng
theo hệ thức

Đặng Hồng Nhung

8

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Động lượng p của vi hạt liên hệ với bước sóng λ của sóng tương ứng

theo hệ thức
Sau đây đưa ra các bức xạ điện từ thường gặp có bước sóng nằm trong
dải sóng radio đến tia
Bảng 1.1: Các bức xạ điện từ thường gặp có bước sóng nằm trong
dải sóng radio đến tia
3000 m - 1000 m
1000 m – 100 m
100 m – 10 m
10 m – 0,5 m
0,5 m – 1 mm
1000 µm - 0,78 µm
0,78 µm – 0,38 µm
0,38 µm – 0,01 µm
100 A0 – 0,01 A0
Nhỏ hơn 0,01 A0

Sóng dài (LW)
Sóng trung (MW)
Sóng ngắn (SW)
Sóng TV ( FM )
Sóng rađa
Hồng Ngoại ( IR )

Ánh sáng nhìn thấy.
Tử ngoại ( UV ).
Tia X
Tia

( 1 µm = 10 -6 m, 1 A0 = 10 -10 m )

Mắt người là bộ phận cảm biến quang sinh học vô cùng tinh tế và linh
hoạt, cảm nhận được ánh sáng trong dải bước sóng từ 380 nm đến 780 nm.
Sự cảm nhận ánh sáng của mỗi người cũng khác nhau.
Trong ánh sáng nhìn thấy, mỗi bước sóng đơn sắc

được mắt người

cảm nhận bằng một màu riêng. Nhiều ánh sáng đơn sắc tổ hợp lại thành ánh
sáng phức hợp.
Ánh sắc nhìn thấy chiếm một dải rất hẹp trong phổ bức xạ điện từ có
bước sóng liên tục từ 380 nm đến 780 nm, ứng với các dải màu liên tục từ
Đặng Hồng Nhung

9

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

tím, chàm, lam, lục, vàng, da cam, đỏ của bảy sắc cầu vồng. Đây chỉ là các

màu chính của phổ ánh sáng trắng, thực ra trong phổ ánh sáng trắng có vô số
màu biến thiên liên tục mà mắt chúng ta không thể phân biệt được.
Tính chất và màu của ánh sáng phức hợp được quyết định bởi cường độ
quang phổ của các thành phần ánh sáng đơn sắc có trong phổ của nó.

Hình 1.1. Giới hạn phổ màu của ánh sáng nhìn thấy
1.3. Hệ thống thị giác
1.3.1. Mắt và cấu tạo của mắt
Mắt là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vô cùng tinh vi. Mắt
người có dạng hình cầu đường kính khoảng 2,4 cm, nặng khoảng 7 g. Ngoài
cùng là lớp giác mạc mềm và trong suốt, rồi đến một lớp màng mống mắt
hay còn gọi là lòng đen, có tác dụng chắn sáng. Chính giữa lòng đen có lỗ hở
nhỏ, hình tròn, gọi là con ngươi. Phía sau con ngươi gọi là thủy tinh thể có
tác dụng như một thấu kính hội tụ. Thủy tinh thể được đặt trong một chất
lỏng trong suốt chiết suất

= 1,336 gọi là thủy tinh dịch. Đáy mắt phía trong

được phủ một lớp màng gọi là võng mạc, vừa là màn ảnh, vừa là bộ phận thu
nhận sóng. Chính giữa võng mạc có một vòng tròn nhỏ, đường kính chừng 1
mm, gọi là điểm vàng, đây là nơi nhạy sáng nhất của võng mạc. Võng mạc
được bao phủ bằng các tế bào thần kinh dạng protein, thực chất đây là các tế
bào quang điện liên hệ với bộ não bằng các dây thần kinh thị giác, biến đổi
Đặng Hồng Nhung

10

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

tín hiệu sáng thành tín hiệu điện phù hợp với ánh sáng kích thích vào nó. Các
cơ có thể giúp mắt xoay trong hốc mắt để định hướng trục nhìn.

1.3.2. Hệ thống quang học của mắt
Ta có thể hình dung mắt giống như một camera, trong đó con ngươi
tương tự cơ cấu điều chỉnh độ mở ống kính, thủy tinh thể là một thấu kính
hai mặt lồi bằng chất trong suốt, đàn hồi và có thể thay đổi độ cong để điều
tiết hình ảnh hội tụ đúng trên võng mạc. Hoạt động điều tiết của thủy tinh thể
tương tự bộ phận điều chỉnh tụ tiêu, còn võng mạc tương tự lớp nhạy ánh
sáng hay màn ảnh của camera. Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho
các hình ảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta
nhìn rõ các vật.
Có hai loại tế bào thị giác:
Tế bào hình nón có số lượng khoảng 7 triệu, chúng được phân bố chủ
yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn
gọi là thị giác ngày, các tế bào hình nón đảm bảo chức năng nhận biết màu.
Tế bào hình que nhiều hơn tế bào hình nón ( khoảng 130 triệu) và bao
phủ vùng còn lại của võng mạc, tuy nhiên vùng này vẫn có lẫn một số tế bào
hình nón. Các tế bào hình nón được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp,
còn gọi là thị giác đêm và chỉ tạo nên nhận biết màu đen trắng, vì vậy khi
chiếu sáng ở mức độ quá thấp, ta không thể phân biệt các màu của các vật,
không có một danh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này, chúng hoạt động
nhiều hay ít còn phụ thuộc vào mức chiếu sáng, nhất là trong miền trung
gian giữa thị giác ngày và thị giác đêm.
Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.


Đặng Hồng Nhung

11

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Bảng 1.2 a. Đặc tính thị giác của mắt người.
Đặc tính thị giác
Tế bào cảm quang

Thị giác ngày (Photopic)
Thị giác đêm ( Scotopic)
Hình nón, đáy 0,005 mm, cao Hình que dài 0,07 mm, đường

Số lượng tế bào
Phân bố tế bào

0,07 mm.
7 triệu
150 nghìn/mm2,

kính 0,002 mm.
130 triệu
Ngoài tâm võng mạc


giữa võng mạc
Độ nhạy cảm nhận >3,4 cd/m2
Thời gian thích ứng Dưới 2 phút
Độ nhạy phổ
Cực đại ở

<0,034 cd/m2
30 đến 40 phút

Cảm nhận màu
Phân biệt chi tiết

Kém ít nhạy với độ tương phản
Không

Cực đại ở

Tốt nhạy với độ tương phản
Tốt

Với các bước sóng đơn sắc khác nhau thì tiêu cự của thủy tinh thể ứng
với chúng cũng khác nhau. Ánh sáng vàng đạt hiệu quả lớn nhất vì chúng hội
tụ đúng trên võng mạc. Tia sáng màu xanh da trời hội tụ trước võng mạc một
chút.
Các tế bào hình nón chỉ cảm nhận được các tia sáng có bước sóng nằm
giữa 380 nm, ở đó mắt bắt đầu cảm nhận được, đến bước sóng 780 nm, ở đó
mắt mất nhạy cảm. Độ nhạy là cực đại của mắt người với ánh sáng vàng lam
có bước sóng 555 nm.
Trong ánh sáng ban ngày mắt nhạy cảm nhất với ánh sáng màu vàng lục
(


. Đường cong hiệu quả cảm nhận ánh sáng ngày V ( ) khoảng

50 nm ( Bảng 1.1b trình bày độ nhạy cảm của mắt đối với các bước sóng ánh
sáng trong vùng nhìn thấy trong điều kiện ban ngày và ban đêm). Khi chuyển
từ thị giác đêm ( tế bào hình quang ) sang thị giác ngày ( tế bào hình nón )
hoặc ngược lại, cảm giác sáng không xảy ra tức thời mà phải có một thời
gian gọi là thời gian thích ứng, đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật chiếu
sáng.
Bảng 1.2b. Độ rõ tương đối của mắt người.
Đặng Hồng Nhung

12

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

380
400
420
440
460
500
520
540
560
580


Trường Đại học Công Đoàn

V

V

0,00004
0,00004
0,004
0,023
0,06
0,323
0,071
0,954
0,995
0,87

0,000589
0,00929
0,0966
0,3281
0567
0,982
0,935
0,65
0,3288
0,121

(nm)
600

620
640
660
680
720
740
760
780

V

V

0,631
0,381
0,175
0,061
0,017
0,00105
0,00025
0,00006
0,000015

0,03315
0,00737
0,001479
0,0003129
0,0000178
0,00000478
0,000001379

0,000000428
0,000000139

Ánh sáng ban ngày có tác dụng đối với sức khỏe và việc chữa bệnh
bằng nhật quang liệu pháp. Đối với một số bệnh tắm nắng mặt trời là một
giải pháp chữa bệnh tốt. Mắt không chỉ có tác dụng nhìn rõ các vật mà còn
có tác dụng điều khiển nhịp đồng hồ sinh học và sinh sản các hoóc môn có
ích giúp ta cảm thấy minh mẫn hơn.
Một số hệ thống chiếu sáng hợp lý không những đảm bảo tiện nghi
trong lao động, tiết kiệm năng lượng mà còn góp phần tạo nên sự phấn chấn
của người lao động, giảm phế phẩm và bảo đảm an toàn lao động.
1.4. Các đại lượng đo ánh sáng
Ánh sáng là bức xạ điện từ mang năng lượng và được đặc trưng bằng
các đại lượng đo năng lượng. Tất cả các nguồn sáng đều biến đổi năng lượng
mà nó tiêu thụ thành một hoặc nhiều ứng trong ba hiệu ứng hóa, nhiệt hoặc
điện từ. Tia sáng chỉ là phần nhỏ của bức xạ điện từ do vậy chúng chỉ mang
theo một phần công suất của nguồn. Thông lượng năng lượng bức xạ được
tính bằng oát (W) Theo công thức:
Thông lượng năng lượng:

Trong đó

là một phân bố phổ của năng lượng bức xạ.

Đặng Hồng Nhung

13

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp
1.4.1. Quang thông

Trường Đại học Công Đoàn
, lumen (lm).

Trong kỹ thuật chiếu sáng, cùng một năng lượng bức xạ nhưng lại gây
ra hiệu quả cảm nhận ánh sáng khác nhau đối với mắt tùy theo bước sóng
của nó. Đường cong hiệu quả ánh sáng V( đánh giá hiệu quả này. Về
phương diện sinh lý, các đại lượng tương quan bức xạ được đánh giá theo tác
động của chúng đến thị giác.
Vậy: Quang thông

là phần năng lượng của sóng điện từ được đánh giá

bằng mắt người theo tác động của nó.
Trong phổ ánh sáng nhìn thấy quang thông bằng :

d
Trong đó:
V là hàm độ nhạy cảm tương đối của mắt theo bước sóng.
K = 683 lm/W là hệ số chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm
nhận thị giác
Đơn vị của quang thông là lumen (lm)
Quang thông là đại lượng đặc trưng cho khả năng của nguồn bức xạ ánh
sáng trong không gian.

Đặng Hồng Nhung


14

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Bảng 1.3. Quang thông của một số nguồn sáng thông dụng
Nguồn sáng

Quang thông (lumen)

Đèn sợi đốt 60W

685

Đèn compact 11W

560

Đèn huỳnh quang 40W

2700

Đèn Na cao áp 400W

47000


Đèn halogen kim loại 2kW

180.000

1.4.2. Cường độ sáng I , Candela (cd)
Để đặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn sáng và luôn gắn liền với
một phương thức cho trước, người ta dùng khái niệm cường độ sáng.
Có một nguồn điểm O đặt tại tâm hình cầu rỗng bán kính R và chắn
diện tích S trên mặt cầu

Ω

S
R

Hình 1.1. Biểu diễn hình học của góc khối

Xét góc khối , là góc không gian thường được sử dụng trong kỹ thuật
chiếu sáng. Hình khối đỉnh O cắt mặt S trên hình cầu biểu diễn góc khối .
được định nghĩa bằng tý số diện tích S và bình phương bán kính:

Đặng Hồng Nhung

15

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp


Trường Đại học Công Đoàn

Giả thiết một nguồn sáng O bức xạ một lượng quang thông d tới một
điểm A là tâm của một diện tích dS. Gọi dΩ là góc khối nhìn diện tích dS từ
O. Chúng ta định nghĩa Cường độ sáng I là :

Với : dΩ - là góc khối không gian tâm O, nhìn diện tích dS trên mặt
phẳng làm việc. Góc khối được định nghĩa là một góc không gian có giá trị
bằng tỷ số của diện tích hình cầu tâm O và bình phương bán kính hình cầu
đó (hình cầu chứa diện tích dS).
d
dF
dΩ

0

α

I

dS

A

Hình 1.2. Biểu diễn hình học của cường độ sáng
Cường độ sáng luôn gắn liền với một hướng đã cho, được biểu diễn
bằng một vectơ mà môđun của nó được đo bằng candela (viết tắt là cd). Nói
cách khác, cường độ sáng là mật độ không gian của quang thông.
Một trong những số liệu quan trọng nhất của một loại bóng đèn là "biểu
đồ cường độ sáng" của nó, được lập bởi các giá trị của cường độ sáng theo

tất cả các hướng không gian, tính từ điểm gốc là tâm quang học của nguồn.
Đó là một đường cong vẽ trên nửa mặt phẳng theo tọa độ cực, trong đó cho
các giá trị cường độ sáng I theo các góc γ lập với trục của mặt tròn xoay.

Đặng Hồng Nhung

16

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

1.4.3. Độ rọi (độ chiếu sáng) E, lux(lx)
Độ rọi là khái niệm đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng (nhận ánh
sáng). Đây là đại lượng cơ bản duy nhất liên quan tới vật nhận ánh sáng.

P
S

dS

Hình 1.3. Biểu diễn hình học của cường độ sáng tại điểm P

Vậy : Độ chiếu bức xạ (độ rọi) tại một điểm của bề mặt tiếp nhận là
thông lượng bức xạ (quang thông) đi tới một đơn vị diện tích tại điểm đó.
Nghĩa là tỉ số giữa quang thông đi tới một yếu tố bề mặt chứa điểm đã
cho và diện tích của yếu tố bề mặt đó.


Đơn vị đo độ chiếu bức xạ: oát/m2 (W/m2)
Đơn vị đo độ rọi lux (lx) (1 lx=1 lm/m2)
Bảng 1.4. Độ rọi trên một số bề mặt thường gặp
Đặc điểm được chiếu sáng
Ngoài trời giữa trưa nắng
Ngoài trời giữa trưa đầy mây
Trăng tròn
Phòng làm việc
Lớp học
Đường phố về ban đêm
1.4.4. Độ chói L, cd/m2

Độ rọi(lux)
100.000
10.000
0,25
300 - 500
300 - 400
20 - 50

Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu sáng, ta có
cảm giác bị chói mắt. Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn
Đặng Hồng Nhung

17

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra
định nghĩa độ chói.
Vậy: Độ chói tại một điểm của bề mặt phát sáng theo một hướng là
cường độ bức xạ (cường độ sáng) do một đơn vị diện tích phát ra theo hướng
đó.
Nghĩa là tỉ số giữa cường độ sáng do một yếu tố bề mặt chứa điểm đó
phát ra và diện tích biểu kiến (nhìn thấy ) của mặt đó theo hướng đã cho.

Đơn vị đo độ chói bức xạ: W/sr-m2
Đơn vị đo độ chói : candela/m2 (cd/m2)

Lcos

dScos
dS
Hình 1.4. Biểu diễn hình học của độ chói trên diện tích dS

Bảng 1.5. Độ chói của một số nguồn thông dụng
Nguồn sáng
Bề mặt mặt trời
Bề mặt mặt trắng

Đặng Hồng Nhung

Độ chói cd/m2
165.107

2500

18

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Bầu trời xanh
Bầu trời xám
Đèn sợi đốt 100W
Đèn huỳnh quang 40W
Giấy trắng khi độ rọi 400 lux
Độ chói của mặt đường

1500
1000
6.106
7000
80
1-2

1.4.5. Độ trưng M, lumen/m2 (lm/m2)

P
dS


S

Hình 1.5. Biểu diễn hình học của cường độ sáng tại điểm P
Độ trưng tại một điểm của bề mặt phát xạ M là quang thông phát ra bởi
một đơn vị diện tích tại điểm đó, là tỉ số giữa quang thông phát ra bởi một
nguyên tố bề mặt chứa điểm đó và diện tích của nó.

Đơn vị đo bức xạ :W/m2
Đơn vị đo độ trưng ánh sáng lumen/m2(lm/m2)
1.5. Một số tính năng thị giác
Khả năng phân biệt (thị lực) được xác định bằng góc mà người quan sát
có thể phân biệt được hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau. Hai điểm trong
không gian được nhìn một cách phân biệt nếu hình ảnh do nó tạo nên cảm
giác của hai tế bào thần kinh thị giác khác nhau, tương ứng với góc trông cỡ
117.10-3 độ, đó là khả năng phân biệt của mắt.

Đặng Hồng Nhung

19

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Sự nhìn bình thường nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách cần góc
phân biệt là 3-5 phút. Khả năng phân biệt được xem xét khi định tiêu chuẩn
độ rọi cho các công việc khác nhau.

1.5.1. Sự thích nghi thị giác
Mắt phải hoạt động trong những điều kiện chiếu sáng hết sức khác
nhau, từ nơi có độ rọi cao hàng vạn lux như ngoài trời nắng đến nơi có độ rọi
rất thấp vài phần mười lux như trong bóng tối. Để đảm bảo hoạt động ấy,
mắt đồng thời thay đổi độ nhạy của các tế bào nhạy sáng trên võng mạc,
đồng thời thay đổi thông lượng. Chùm sáng rọi vào mắt: ở chỗ tối con ngươi
tự động mở ra, ở chỗ sáng lại tự động thu nhỏ lại. Cả hai quá trình thay đổi
độ nhạy và thay đổi kích thước con người đều diễn biến một cách tự động
nhưng nhanh chậm không đều. Nếu con ngươi mở rộng hoặc thu hẹp khá
nhanh thì các tế bào nhạy sáng, nhất là các tế bào que tăng lại giảm độ nhạy
khá chậm. Khi điều kiện chiếu sáng thay đổi, mắt không thích nghi một cách
tức thời mà phải mất một thời gian có khi khá dài. Hiện tượng này gọi là sự
thích nghi thị giác. Nếu chuyển đột ngột từ chỗ sáng vào chỗ tối hoặc ngược
lại thì mắt không kịp thích nghi, trong vài dây đầu hầu như mắt không nhìn thấy
gì. Trong trường hợp chuyển đột ngột từ chỗ tối sang chỗ sáng, ta nói mắt bị lóa.
Vì vậy, người thiết kế chiếu sáng cần chú ý đến đặc điểm này để tránh
gây đột ngột trong cảm nhận ánh sáng.

1.5.2. Độ tương phản
Hai tờ giấy trắng giống nhau đặt cách nhau nhưng được chiếu sáng với
độ rọi khác nhau làm mắt cảm nhận khác nhau. Ngược lại mắt ta không phân
biệt được sự khác nhau giữa tờ giấy mầu ghi sáng được chiếu sáng ít đặt
cạnh tờ giấy mầu ghi sẫm nhưng được chiếu sáng tốt hơn. Đó là vì độ nhạy

Đặng Hồng Nhung

20

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

của mắt với sự tương phản, sự chênh lệch tương đối của 2 độ chói của các
vật đặt cạnh nhau mà mắt có thể cảm nhận được.
Gọi Ln là độ chói của nền. Lv là độ chói của vật, ta chỉ có thể phân biệt
được vật so với nền nếu thỏa mãn điều kiện độ chênh lệch độ chói tương đối.
Độ tương phản được định nghĩa bằng :

Có ba loại độ tương phản:
- Tương phản độ sáng do có sự thay đổi lượng ánh sáng phản xạ hoặc
bức xạ từ một bề mặt.
- Tương phản hình ảnh được cảm nhận do sự thay đổi hình ảnh của vật
khi chuyển động, ví dụ hình ảnh ngôi sao thay đổi khi lá cờ bay.
- Tương phản màu dựa trên sự hòa trộn các màu khi để gần nhau. Từng
nhóm màu ví dụ đỏ - xanh, hoặc xanh - vàng tạo nên sự tương phản lớn nhất.
Việc tăng độ tương phản giữa vật và môi trường xung quanh làm tăng khả
năng nhìn và giảm yêu cầu chiếu sáng.
1.5.3. Hiện tượng chói lóa
Khi có sự chênh lệch quá mức về độ chói nhất là trong tầm nhìn thì
không tránh khỏi nguy cơ bị lóa mẳt làm cho tiện nghi nhìn bị suy giảm.
Chói lóa xuất hiện khi các đèn, cửa sổ hoặc các nguồn sáng khác nhìn
thấy trực tiếp hoặc phản xạ với độ lóa có thể gây khó chịu, cản trở sự nhìn và
gây mất tiện nghi thị giác.
Lóa mắt tiện nghi càng tăng khi nguồn sáng gây lóa nằm sâu trong thị
trường của mắt. Trong thực tế khi góc bảo vệ nhỏ hơn 45% thì sự lóa mắt
tiện nghi không đáng kể, vì thế các đèn chụp hở trong các gian xưởng công
nghiệp phải đảm bảo góc bảo vệ nhỏ hơn 600 .

Ta có thể phân biệt hai mức độ gây chói lóa:

Đặng Hồng Nhung

21

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

- Chói lóa bất lực hoặc lóa mờ: là hiện tượng phụ thuộc vào độ chói của
nguồn và góc tới của tia sáng đối với người quan sát. Nếu phương tia sáng
hợp lại với phương nhìn một góc lớn hơn 60 0 sẽ không bị lóa. Khi gặp nguồn
sáng có độ chói cao, phản ứng tự vệ của mắt là thu hẹp con ngươi để độ rọi
trên võng mạc giảm đi làm mờ hình ảnh quan sát. Khi đó khả năng quan sát
cũng giảm.
- Chói lóa mất tiện nghi: là hiện tượng lóa khi nhìn những đối tượng
tương phản độ chói cao, nói chung không làm giảm khả năng quan sát nhưng
gây cảm giác khó chịu. Mức chói lóa không tiện nghi giảm khi độ chói xung
quanh cao, ví dụ về ban đêm ta thấy đèn pha rất chói sáng nhưng lại ít thấy
hiện tượng này vào ban ngày.
1.6. Màu của nguồn sáng
1.6.1. Màu và sắc
Màu và sắc không phải là những khái niệm đồng nhất. Trong tự nhiên ta
gặp các màu được chia thành hai nhóm: màu vô sắc và màu có sắc.
Màu vô sắc như màu đen, trắng và xám (giữa đen và trắng) chúng
không có trong phổ ánh sáng mặt trời nên coi là "không màu”.

Màu có sắc là tất cả các màu có trong phổ ánh sáng và các màu pha trộn
giữa chúng.
Ánh sáng ban ngày mà chúng ta nhìn thấy là ánh sáng phức hợp của
nhiều ánh sáng đơn sắc có phổ tần số liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy
tuy vậy chất lượng ánh sáng ban ngày thay đổi đáng kể theo điều kiện khí
hậu, thời tiết.
Nguồn ánh sáng trắng W do đèn xenon phát ra có phổ năng không đổi trong
phổ nhìn thấy, trong khi đó nguồn sáng trắng A có liên quan đến đèn sợi đốt giàu
bức xạ màu đỏ. Nguồn sáng trắng B biểu diễn ánh sáng ban ngày. Khi trời sáng,
nguồn sáng trắng C khi trời u ám giàu bức xạ xanh da trời.
Khi cảm thụ ánh sáng, con người chịu tác động tâm lí của màu sắc ánh
sáng do cơ chế “liên tưởng”. Ví dụ màu đỏ, da cam cho ta liên tưởng đến

Đặng Hồng Nhung

22

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

ngọn lửa và gây cảm giác nóng. Các màu lam làm ta liên tưởng đến bầu trời,
biển khơi và gây cảm giác lạnh.
Sự liên tưởng tạo ra mối liên hệ nhiệt độ - màu, có nghĩa là ứng với mỗi
màu tương ứng với một nhiệt độ.
1.6.2. Nhiệt độ màu
Nhiệt độ màu của nguồn tính theo Kelvin diễn tả màu sắc của các nguồn

sáng so với màu của vật đen được nung nóng từ 2000 - 100000K.
Nói chung nhiệt độ màu không phải là nhiệt độ thực của nguồn sáng mà
là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối cho, khi được đốt nóng đến nhiệt độ này thì
ánh sáng do nó bức xạ có phổ hoàn toàn giống phổ của nguồn sáng khảo sát.
Nhiệt độ màu cho ta cảm giác định tính về vùng cực đại trong phổ năng
lượng của nguồn sáng. Ta nói ánh sáng đèn sợi đốt là ánh sáng ấm vì có phổ
năng lượng cực đại nằm ở vùng bức xạ màu đỏ, còn ánh sáng đèn huỳnh
quang là ánh sáng “lạnh” vì phổ năng bức xạ của nó giàu màu xanh da trời.
1.6.3. Tác dụng tâm sinh lý của màu sắc
Người ta phân biệt ba loại nguồn sáng:
- Ánh sáng nóng sẽ làm tăng thêm màu đỏ và cam cho đồ vật, làm sẫm đi các
màu xanh và lam. Màu nóng cho cảm giác nặng nề về khối lượng hơn so với các
màu khác và gây tâm lý kích thích, tạo ra cảm giác vui tươi, hưng phấn, gây tăng
huyết áp, tăng nhịp thở. Tuy nhiên màu nóng lại gây chứng mệt mỏi. Màu cam ảnh
hưởng tốt đến hệ tiêu hóa, màu vàng kích thích sự làm việc trí óc. Vì những lý do
trên ánh sáng nóng ấm thường được sử dụng ở không gian nhỏ hẹp, tạo cảm giác
gần gũi, trang trọng, tôn nghiêm, huyền bí và cổ kính.
- Ánh sáng trung tính (trắng) gây ấn tượng lạnh lùng và trống rỗng
nhưng nó làm tăng độ chói và sự tác động của các màu sắc đứng bên cạnh
ánh sáng trung tính, thường được sử dụng khi cần có sự đồng đều, không
nhấn mạnh một màu sắc nào đặc biệt. Việc chiếu sáng các công trình có kiểu
dáng đơn giản với yêu cầu chiếu sáng đồng đều trên các mặt công trình
thường sử dụng nguồn sáng này.

Đặng Hồng Nhung

23

Lớp BH17



Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

Ngược với màu nóng, màu lạnh cho ta cảm giác nhẹ về khối lượng và
xa xôi về khoảng cách. Màu lục, màu lam cho ta cảm giác tươi mát, làm dịu
đi sự kích thích, tạo cảm giác bình yên, thư giãn. Màu tím ngoài cảm giác
lạnh còn gây tâm lý buồn chán, thụ động, uể oải.
- Ánh sáng lạnh: được dùng khi muốn tạo cảm giác nghỉ ngơi, để tạo ra
khung cảnh mang phong cách hiện đại, phù hợp với khu công cộng có không gian
rộng, khu vực có nhiều cây xanh. Tuy nhiên còn tránh dùng ánh sáng lạnh để
chiếu sáng trên các ngôi nhà ốp gạch đỏ hoặc sơn màu sẫm đặc biệt là các khu
kiến trúc cổ. Tác dụng của màu sắc lên tâm lý của con người chủ yếu là sự liên
tưởng.
Các công trình nghiên cứu sinh lí thị giác cho thấy các nguồn sáng có
nhiệt độ thấp chỉ chấp nhận với độ rọi thấp, trong khi đó độ nhiệt cao cần có
nhiệt độ màu cao hơn.
Bảng 1.6. Nhiệt độ màu của một số nguồn sáng
Nguồn sáng
Bầu trời xanh
Ánh sáng trời mây
Đèn huỳnh quang ánh sáng ngày
Đèn huỳnh quang ánh sáng ấm
Đèn Metal Halide
Đèn sợi đốt
Ngọn nến

Nhiệt độ màu(K)
10.000 – 30.000

6000 - 8000
6200
3000
4100
2500
1500

1.6.4. Chỉ số truyền đạt màu CRI (thể hiện màu, hoàn màu, trả màu)
Chỉ số hoàn màu của một nguồn sáng là đại lượng đánh giá mức độ
trung thực về màu sắc của vật được chiếu sáng bằng nguồn sáng ấy, so với
trường hợp được chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày.
- CRI < 50: màu bị biến đổi nhiều.
- 50 < CRI < 70: màu bị biến đổi.
- 70 < CRI < 85: màu ít biến đổi, đây là môi trường chiếu sáng thông dụng.
Đặng Hồng Nhung

24

Lớp BH17


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Công Đoàn

- CRI > 85: sự thể hiện màu rất tốt, sử dụng trong các công trình chiếu
sáng yêu cầu chất lượng màu cao.
1.6.5. Ánh sáng màu.
Khả năng cảm nhận màu của con mắt được đặc trưng bởi ba thông số.
-


Độ chói của ánh sáng màu biểu thị cường độ sáng.
Hệ số hoàn màu CRI.
Độ thuần khiết của ánh sáng trắng, đánh giá mức độ liên tục

của phổ bức xạ của nguồn.
Ba thông số trên đặc trưng cho đặc tính sinh lí của mắt khi cảm nhận
ánh sáng màu.
1.6.6. Tính chất ba màu.
Nếu trên một nền trắng ta đặt lên hai hoặc ba màu chồng lên nhau thì
mắt sẽ nhận thấy hỗn hợp các màu đơn sắc. Ví dụ: có thể được màu xanh lá
cây khi phối hợp màu da trời và màu lam. Tương tự nếu phối hợp giữa màu
xanh lá cây với màu đỏ với liều lượng thích hợp ta sẽ được màu vàng.
Uỷ ban chiếu sáng quốc tế CIE đưa ra hệ thống ba màu cơ sở RGB gồm:
+ R (Red) có bước sáng 700 nm.
+ G (Green) có bước sáng 546 nm.
+ B (Blue) có bước sáng 436 nm.
CIE quy định các nguồn sáng trắng tiêu chuẩn sau đây:
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn A là ánh sáng do bóng đèn sợi đốt Vonfram
phản xạ, có nhiệt độ màu 2854K.
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn B là ánh sáng bầu trời giữa trưa, có nhiệt độ
màu 4879K.
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn C là ánh sáng bầu trời trung bình có nhiệt
độ màu 6740K.
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D56 là ánh sáng trời có nhiều tia tím, nhiệt
độ màu 6504K. Đây là màu trắng tiêu chuẩn hệ PAL, SECAM.
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D55 là ánh sáng có nhiệt độ màu 5500K, là
màu trắng tiêu chuẩn của hệ NTSC.
- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D75 là ánh sáng bầu trời các nước miền
Bắc, nhiệt độ màu 7500K.


Đặng Hồng Nhung

25

Lớp BH17