Do Thi Duong Cong Kruithof

8/8/2019 Do Thi Duong Cong Kruithof

http://slidepdf.com/reader/full/do-thi-duong-cong-kruithof 1/27

VEEPL Chươ ng II. Nguồn sáng

9

II. NGUỒN SÁNG

II.1 CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNGDướ i đây chúng ta xem xét những vấn đề cơ bản của công nghệ chiếu sáng.

Đại lượ ng thông lượ ng ánh sáng dùngtrong k ỹ nghệ chiếu sáng đượ c đotrong đơ n vị lumens (lm). Một lumencủa ánh sáng, không phụ thuộc vào

bướ c sóng của nó (màu), tươ ng ứngvớ i độ sáng mà mắt ngườ i cảm nhậnđượ c. Mắt ngườ i cảm nhận khác nhau

đối vớ i các ánh sáng có bướ c sóngkhác nhau, cảm nhận mạnh nhất đốivớ i bướ c sóng 555 nm (hình H. II.1.1).Khi mắt thu nhận ánh sáng ta nóichúng làm việc trong tr ườ ng sáng,ngượ c lại ta nói chúng làm việc trongtr ườ ng tối. Giữa chúng là tr ườ ng tranh tối tranh sáng. Bướ c sóng tươ ng ứng vớ icảm nhận cực đại của mắt ngườ i dịch từ 555 nm về 510 nm khi tr ườ ng chiếusáng thay đổi từ tr ườ ng sáng về tr ườ ng tối. Tiêu chuẩn một lumen bằng 1/683của một watt năng lượ ng bức xạ tại 555 nm.

Để cảm nhận định lượ ng ta để ý r ằng mắt ngườ i có thểthu nhận đượ c một thông lượ ng 10 photon trong mộtgiây của tia sáng bướ c sóng 555 nm tươ ng ứng vớ i bứcxạ công suất 3.58×10-18 W. Tươ ng tự, mắt ngườ i thunhận đượ c tối thiểu thông lượ ng gồm 214 và 126

photon trong một giây tại bướ c sóng 450 và 650 nm.

Tổng thông lượ ng (hình H. II.1.2)

Tổng thông lượ ng là đại lượ ng đo công suất của mộtnguồn sáng. Như trên đã nói, thông lượ ng tr ườ ng sáng,đo trong đơ n vị lumen, tươ ng ứng vớ i cảm nhận của mắt ngườ i có độ cảm nhậncực đại đối vớ i màu xanh lá cây. Thông lượ ng tr ườ ng tối tươ ng ứng vớ i độ nhậycủa mắt ngườ i trong tr ạng thái tr ườ ng tối.

Đơ n vị của thông lượ ng:

1 lm = 1.464 x 10-3 W tại bướ c sóng 555 nm

Cườ ng độ sáng:

Cườ ng độ sáng, I, đo trong đơ n vị candela (cd). Đó là thông lượ ng

ánh sáng của một nguồn sáng phát ra trong một đơ n vị góc không

H. II.1.1 Đườ ng cong độ nhậy của m t ngườ itrong tr ườ ng sáng và tr ườ ng tối.

H. II.1.2 T ng thông lượ ng ánhsáng phát từ một nguồn sáng.

H. II.1.3






11

ánh sáng khuyết tán hoàn toàn thì bề mặt phản xạ khi nhận độ r ọi một lux sẽ tạora độ chói bằng 1/p candela trên một mét vuông.

Độ chói là đại lượ ng đo mật độ của cườ ng độ sáng. Độ chói không phụ thuộc

vào khoảng cách vì diện tích bề mặt lấy mẫu tăng tỷ lệ vớ i khoảng cách bù tr ừ lạigiảm cườ ng độ theo khoảng cách.

Đơ n vị của độ chói là candela/m2 (cd/m2)

Như trên đã trình bày, ánh sáng như là một dạng bức xạ năng lượ ng đượ c hìnhdung trên phổ bức xạ điện từ. Lantruyền dướ i dạng sóng, ánh sáng phân

biệt vớ i những bức xạ khác như nhiệt vàtia X bở i tần số hoặc bướ c sóng của nó.Tồn tại một vùng hẹ p trên dải phổ điện

từ dành cho ánh sáng nhìn thấy baogồm từ màu tím vớ i bướ c sóng 380nanomét đến màu đỏ 620-760 nanomét.Một cân bằng cườ ng độ của những màunày tạo ra ánh sáng tr ắng. Để nhận biếtđượ c điều đơ n giản này ta quan sát cầu vồng tạo ra bở i ánh sáng tr ắng của mặttr ờ i khúc xạ qua các giọt nướ c li ti trong không khí, hoặc đơ n giản hơ n chiếu mộtchùm sáng tr ắng qua một lăng kính (xem hình H. II.1.7) và quan sát việc táchmàu ở phía đối diện của lăng kính.

Tuy nhiên ánh sáng vùng nhìn thấy lại không đượ c nhìn thấy. Nếu chúng ta chiếumột chùm sáng trong một phòng tối om thì chùm sáng mà ta quan sát đượ c làchùm những tia sáng phản xạ bở i vô số hạt bụi nhỏ lơ lửng trong không khí. Vìvậy ta trông thấy các đồ vật chỉ khi ánh sáng đượ c phản xạ hoặc đượ c phát ra từchính những vật đó. Cũng trên nguyên tắc này mà ta nhìn thấy màu.

Để hiểu đượ c ảnh hưở ng của ánh sángcủa đèn lên màu của các vật trong khônggian xung quanh ta sử dụng 3 đại lượ ng,

phân bố phổ, nhiệt độ màu và độ hoànmàu..

Phân bố phổ trình diễn phổ của bức xạvùng nhìn thấy là bức tranh nêu tươ ngquan giữa công suất bức xạ (ở đơ n vịtươ ng đối) phụ thuộc vào bướ c sóng(xem hình H. II.1.8). các đỉnh phổ tươ ngứng vớ i các màu có cườ ng độ lớ n.

Nhiệt độ màu biểu diễn ở đơ n vị Kelvin (K), là màu của ánh sáng mà nguồnsáng phát ra. Theo Hiệ p hội k ỹ thuật chiếu sáng bắc Mỹ (IESNA), nhiệt độ màulà "nhiệt độ tuyệt đối của một vật bức xạ đen có phổ bức xạ giống như phổ của

nguồn sáng."

H. II.1.8. Phân bố phổ của đèn có nhiệt độmàu 400K tráng lớ p bột huỳnh quang bamàu (đỏ, xanh, xanh lá cây) để tăng độhoàn màu.

H. II.1.7. Một chùm hẹ p ánh sáng tr ắng sau khiđi qua lăng kính sẽ phân thành các tia vớ i bướ csóng riêng của nó.




12

Hình dung r ằng một khối thép đượ c đốt nóng đầu tiên sáng lên màu vàng cam,sau đó màu vàng và cuối cùng màu xanh r ồi xanh tr ắng. Tại mỗi thờ i điểm củaquá trình đốt nóng ta đo nhiệ độ của khối thép đó ở đơ n vị Kelvin và quy cho là

giá tr ị màu đã đượ c xác định và gọi là "nhiệt độ màu". Hiện nay thườ ng có phầnmềm trên máy tính tự động xác định nhiệt độ màu của các loại đèn ghi trong cácthông tin chào hàng.

Đối vớ i đèn sợ i đốt, nhiệt độ màu là đại lượ ng "thật" và ta có thể nói r ằng trongthực tế nhiệt độ màu của đèn dùng sợ i đốt Wolfram có nhiệt độ giống như nhiệtđộ chính của sợ i đốt. Đối vớ i đèn huỳnh quang và đèn phóng điện công suất cao(HID) đại lượ ng nói trên chỉ là gần đúng và thườ ng gọi là nhiệt độ màu tươ ngđối. Trong công nghiệ p, cả hai đại lượ ng này có thể dùng lẫn nhau. Nhiệt độ màucủa đèn khiến chúng tr ực quan thuộc loại nguồn sáng "ấm," "bình thườ ng" hoặc"lạnh".

Các đèn có nhiệt độ màu thấ p (3500K hoặc ít hơ n) có bức xạ ấm thuộc màu đỏvàng/ tr ắng da cam. Ánh sáng vùng đỏ và da cam làm cho những vật mang màuđỏ và da cam lại càng ấm áp hơ n. Ánh sáng bão hoà vùng xanh da tr ờ i và xanh lácây làm cho những vật mang màu xanh này lại càng lạnh hơ n.

Những đèn có nhiệt độ màu trong khoảng trung bình (3500K đến 4000K) có màutrung hòa hoặc tr ắng. Ánh sáng tr ở nên cân bằng hơ n trong phổ màu của mình.

Các đèn có nhiệt độ màu cao hơ n (4000K hoặc lớ n hơ n) có màu tr ắng lạnh hoặctr ắng xanh. Ánh sáng mặt tr ờ i mùa hè r ất tr ắng có nhiệt độ khoảng 5500K.

Một khi nhiệt độ màu đã xác định ta thườ ng sử dụng thêm phân bố phổ đề lựachọn đèn.

Độ hoàn màu biểu diễn bằng chỉ số hoàn màu (CRI) từ 0 đến 100, diễn tả độhoàn màu của các vật đượ c chiếu sáng trong mắt ngườ i so vớ i màu thực của nó.CRI càng cao, khả năng hoàn màu càng lớ n.

Theo IESNA, chỉ số hoàn màu là "đại lượ ng đo độ dịch màu của vật đượ c chiếusáng bở i nguồn sáng đang xét so vớ i tr ườ ng hợ p chiếu sáng bở i nguồn sángchuẩn có cùng nhiệt độ màu."

Hình dung hai vật có CRI thấ p. Vật màu đỏ trông đục đi trong khi vật màu xanh

trông như xanh hơ n. Nếu thay nguồn sáng có CRI cao thì vật màu xanh trôngcàng xanh hơ n còn vật màu đỏ thì trông đỏ thật hơ n.

Đèn sợ i đốt tiêu chuẩn có CRI khoảng 100. Đèn huỳnh quang có CRI khoảng 52 – 95. Những tiến bộ trong công nghệ chế tạo bột huỳnh quang cho phép nâng caoCRI của đèn huỳnh quang và dèn phóng điện công suất cao.

Như đã khẳng định trong các định ngh ĩ a của IESNA, để so sánh hai đèn chotr ướ c chúng phải có cùng nhiệt độ màu để sự so sánh của chúng có ý ngh ĩ a.

Những nguồn sáng ấm thườ ng đượ c ưa dùng trong gia đình, khách sạn và cửahàng để tạo không khí ấm áp và tiện nghi, trong khi những nguồn sáng trung hòahoặc lạnh thườ ng đượ c dùng trong công sở và những ứng dụng tươ ng tự tạo cảm




13

giác tỉnh táo hoặc những ứng dụng tại những nơ i mà ngườ i sử dụng muốn nhìncác vật đúng màu, những nơ i mà chất lượ ng màu là một đòi hỏi. Vớ i những ứngdụng khác mà màu không quan tr ọng thì có thể sử dụng nguồn sáng có CRI thấ p.

Màu có thể ảnh hưở ng gây ấn tượ nglên độ chói. Nhiều thí nghiệm đãchứng minh tồn tại cực đại và cựctiểu của độ r ọi cho mỗi giá tr ị nhiệtđộ màu. Đườ ng cong tao nhãKruithof (hình H. II.1.9) cho thấy sựthay đổi của vùng nhìn tốt tươ ngứng vớ i nhiệt độ màu của nguồnsáng sử dụng. Thấy r ằng ánh sángấm nên dùng cho độ chói thấ p.Trong một căn phòng chiếu sángđồng đều vớ i độ r ọi khoảng 20footcandles (1footcandles »10.76lux) ta sẽ thấy khó chịu khi chiếusáng bằng đèn dầu hoả (có CT khoảng 2000K) hoặc đèn có ánh sáng ban ngày(CT khoảng 5000K). Vớ i đèn dầu hỏa có tông ấm độ r ọi cảm thấy cao, khônggian xung quanh thấy quá sáng. Ngượ c lại, vớ i ánh sáng ban ngày thấy độ r ọi yếuvà căn phòng xám tối. Cả hai loại đèn huỳnh quang ấm (khoảng 3000K) và đènsợ i đốt thông thườ ng (2700K-3000K) cho CT trong khoảng 2700K đến 3700K là

khoảng chấ p nhận đượ c.Lựa chọn đèn là việc không đơ n giản nhưng việc thiết k ế lắ p đặt chúng mớ iquyết định sự thành công. Cảm giác chung thườ ng đánh giá quan tr ọng mối quanhệ giữa màu của ánh sáng và màu của công trình, của các tườ ng xung quanh vànhững yếu tó khác có ảnh hưở ng đến quy hoạch trang trí. Mọi vật liệu có màu

phải đượ c lựa chọn ăn nhậ p vào điều kiện của chiếu sáng.

Không tồn tại một màu tốt nhất của đèn, cũng như không có khái niệm về mộtmàu “thật”. Mỗi một phân bố phổ của nguồn sáng này sẽ làm “méo” màu của vậtso vớ i dùng nguồn sáng khác dù cho đó là những nguồn sáng tự nhiên như ánh

sáng của chính mặt tr ờ i hay sau khi đã khúc xạ qua bầu khí quyển, hoặc nhữngnguồn sáng nhân tạo như đèn sợ i đốt, huỳnh quang hoặc HID. Một nguồn sángmàu “tuyệt diệu” cho một ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào ngườ i tiêu dùng và -nói r ộng hơ n nữa – phụ thuộc vào hiệu suất thươ ng mại, dễ dàng trong việc chechắn, điều khiển, bảo dưỡ ng, giá cả và chỉ số hoàn màu.

Hiệu suất của đèn

Hiệu suất đèn là tham số đo hiệu suất của nguồn sáng trong đơ n vị lumen trênwatt (LPW) xác định lượ ng ánh sáng phát ra khi tiêu thụ một watt năng lượ ngđiện. LPW càng cao thì hiệu suất càng lớ n. Quan tr ọng ở đây là LPW ảnh hưở ng

H. II.1.9. Đườ ng cong Kruithof




14

nhiều lên chi phí của cả hệ thống chiếu sáng. Sử dụng đèn hiệu suất cao có thể r ấtkinh tế mặc dù giá của đèn r ất đắt.

Thờ i gian sống trung bình

Đèn đượ c đánh giá theo thòi gian sống trung bình là thờ i gian mà 50% số lượ ngđèn sử dụng (cho là số lưọng đèn là đủ lớ n) bị cháy. Đại lượ ng này đượ c xácđịnh tại các phòng thí nghiệm trang bị các thiết bị tự động bao gồm cả thiết bị tắt

bật đèn huỳnh quang ba tiếng một lần. Thông thườ ng các hệ thống đèn huỳnhquang làm việc lâu hơ n thờ i gian sống xác định cho nó.

Trong các chươ ng dướ i đây ta xem xét tỷ mỷ hơ n những nguồn sáng sử dụngtrong công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượ ng.

II.2. NGUỒN SÁNGCông nghệ chiếu sáng đang thay đổi r ất nhanh. Các nhà sản xuất ngày càng đưara nhiều sản phẩm và cải thiện các đặc tr ưng của sản phẩm. Những loại đèn cũđượ c hạn chế nhườ ng cho những sản phẩm phù hợ p hơ n cho các ứng dụng đạitrà. Đối vớ i mỗi hệ thống, những sản phẩm chiếu sáng mớ i này mỏ ra một

phươ ng thức chiếu sáng mớ i làm giảm năng lượ ng tiêu thụ, giảm giá thành bảodưỡ ng và tăng chất lượ ng ánh sáng mà hệ thống cung cấ p.

Tr ướ c khi lựa chọn một loại đèn nào đó để cho ứng dụng thực tế điều r ất quantr ọng là cần hiểu về cơ chế làm việc của nó và những yêu cầu chính về chất

lượ ng và hiệu suất của chúng.

II.2.1 CƠ CHẾ LÀM VIỆC CỦA CÁC NGUỒN SÁNG

II.2.1.1 Nguồn sáng dùng sợ i đốtĐèn sợ i đốt phát ánh sáng do dùng dòng điện để đốt nóngsợ i chỉ Wolfram đạt trong bóng đèn chứakhí tr ơ . Tiế p xúcvớ i nguồn điện ậưt ở đui đèn, dòng điện chạy qua dây dẫnnối vào sợ i đốt. Sợ i đốt đượ c đốt nóng đến 3000oC và phátra ánh sáng. Ánh sáng phát từ đèn sợ i đốt có phân bố đẹ p,

liên tục trong cả dải phổ từ xanh đến đỏ.

II.2.1.2 Nguồn sáng phóng điện khí Đèn phát sáng do phóng điện trong khí chia ra làm hai loại: (1) loại phóng điệntrong khí áp suất thấ p và (2) loại phóng điện trong khí áp suất cao. Áp suất thấ pcó ngh ĩ a là ống phóng điện đượ c rút khí một phần. Áp suất cao có ngh ĩ a ống

phóng điện đượ c nạ p khí có áp suất cao hơ n áp suất khí quyển một chút.

Những thuộc tính cơ bản của các nguồn sáng phóng điện thay đổi theo từng loại.uy vậy chúng cũng có một số đặc tính chung. Chúng phát ánh sáng do hồ quangđiện kích thích các nguyên tử khí, khi các nguyên tử này quay tr ở về tr ạng thái cơ




15

bản thì chúng phát ra photon (lượ ng tử ánh sáng). Trong một số loại đèn bướ csóng của photon nằm trong vùng cực tím, trong một só loại khác thuộc vùng nhìnthấy, còn trong một số loại khác nữa thì cả cực tím và nhìn thấy. Trong tr ườ ng

hợ p ánh sáng vùng nhìn thấy không có hoặc r ất ít thì mặt trong của bóng đènđượ c phủ bột huỳnh quang phát ánh sáng nhìn thấy khi bị kích thích bở i tia cựctím.

NGUỒN SÁNG PHÓNG ĐIỆN TRONG KHÍ ÁP SUẤT THẤP

Có hai loại thuộc nguồn sáng này: (1) Đèn huỳnh quang (2) Đèn Natri áp suấtthấ p.

Đèn huỳnh quang

Buổi trình diễn đầu tiên của đèn huỳnh quangđượ c tổ chức vào năm 1938-1939 tại hội chợ

thế giớ i tại New York. Các đèn huỳnh quangđượ c mắc dọc các cột cờ dải trên con đườ ngmặt tiền.

Ngoại tr ừ bóng đèn, đèn huỳnh quang còn yêucầu thêm 3 phần tử nữa để có thể phát sáng:(1) điện cực, (2) khí, và (3) bột huỳnh quang (xem hình H. II.2.2):

Điện cự c. Điện cực dùng để phát điện tử. Hiện nay thông dụng có hai loạiđiện cực. Loại điện cực nóng đượ c làm từ dây Wolfram quấn xoắn phủ một lớ pôxýt kiềm thổ, chúng phát xạ điện tử khi đượ c nung nóng đến khoảng 900oC.

Loại điện cực lạnh đượ c làm từ những ống sắt sạch chứa chất phát xạ điện tử ở bên trong. Dướ i tác động của hiệu điện thế lớ n chúng sẽ phát xạ điện tử tạikhoảng 150oC. Đèn điện cực lạnh đượ c sử dụng trong các ứng dụng chuyêndùng, thí dụ làm đèn chữ vì có thể uốn cong theo các hình khác nhau. Đèn huỳnhquang điện cực nóng đượ c dùng thườ ng xuyên hơ n.

Khí. Một lượ ng nhỏ các giọt thuỷ ngân đượ c cho vào trong ống huỳnh quang.Trong khi làm việc thủy ngân bốc hơ i và tạo áp suất riên phần thấ p. Dòng điệnchạy qua khí kém này khiến chúng phát bức xạ tại một bướ c sóng cực tím (253.7nm). Áp suất hơ i thủy ngân đượ c giữ ổn định trong quá trình làm việc bằng chính

nhiệt độ của thành bóng đèn.Đèn cũng chứa một lượ ng nhỏ những khí hiếm và sạch khác. Thườ ng dùng khíargon và argon-neon, đôi khi krypton cũng đượ c dùng. Những khí này đượ c iônhóa ngay khi bật đèn. Khí đã iôn hóa này giảm điện tr ở r ất nhanh cho phép dòngđiện chạy qua và thủy ngân bay hơ i.

Phosphor. Đó là một hợ p chất hóa học tráng lên mặt trong của thành ống. Khi bị kích thích bở i tia cực tím chúng sẽ phát ánh sáng vùng nhìn thấy theo cơ chếhiùnh quang. Dùng hỗn hợ p các phosphor có thể thay đổi màu ánh sáng hoặc phổcủa đèn. Những đặc tr ưng chính của các loại bột phosphor nền aluminate và

phosphate đang sử dụng hiện nay để sản xuất đèn huỳnh quang đượ c liệt kê dướ iđây.

H. II.2.2 Đèn huỳnh quang

Electrode Gas




16

Barium Magnesium Aluminate hoạt hóa bở i Europium là bột phosphor phát ánh sáng xanh lá cây khi bị kích thích bở i tia cực tím 253.7 nm vàdùng để chế tạo đèn huỳnh quang phát ánh sáng tr ắng.

Công thức hóa học (BaEu)MgAl10O17

Toạ độ màu x = 0.15, y = 0.07Diện tích bề mặt riêng (cm2/g) 4300Kích thướ c hạt trung bình (mm) 3.6Đỉnh phổ bức xạ (nm) 450

Magnesium Aluminate hoạt hóa Cerium and Terbium là bột phát màuxanh vàng khi bị kích thích bở i tia cực tím 253.7 nm và dùng cho đèn huỳnhquang tr ắng.

Côngthức hóa học (CeTb)MgAl11O19

Tọa độ màu x = 0.33, y = 0.595Diện tích bề mặt riêng (cm2/g) 3200Kích thướ c hạt trung bình (mm) 4.4Đỉnh phổ bức xạ (nm) 545




17

Strontium Barium Calcium Halophosphate hoạt hóa Europium là bột phátánh sáng màu xanh khi bị kích thich bở i tia cực tím 253.7 nm và dùng chođèn huỳnh quang tr ắng.

Công thức hóa học (SrBaCa)(PO)6Cl2:EuToạ độ màu x = 0.15, y = 0.07Diện tích bề mặt riêng (cm2/g) 4000Kích thướ c hạt trung bình (mm) 3.6Đỉnh phổ bức xạ (nm) 450

Lanthanum Phosphate hoạt hóa Cerium and Terbium là bột phát ánh sángmàu xanh khi bị kích thich bở i tia cực tím 253.7 nm và dùng cho đèn huỳnh

quang tr ắng.Công thức hóa học (LaCeTb)(PO)4

Toạ độ màu x = 0.344, y = 0.582Diện tích bề mặt riêng (cm2/g) 3700Kích thướ c hạt trung bình (mm) 3.2Đỉnh phổ bức xạ (nm) 542

Yttrium Oxide hoạt hóa Europium là bột phát ánh sáng màu đỏ khi bị kích

thich bở i tia cực tím 253.7 nm và dùng cho đèn huỳnh quang tr ắng.




18

Công thức hoá học Y2O3:EuToạ độ màu x = 0.654, y = 0.345

Diện tích bề mặt riêng (cm2/g) 3500Kích thướ c hạt trung bình (mm) 3.4Đỉnh phổ bức xạ (nm) 611

Bột Phosphors hỗn hợ p ba màu LPTB-69 (CT = 6800 - 7000 K) dùng chođèn huỳnh quang.

toạ độ màu x = 0.308, y = 0.317Kích thướ c hạt trung bình (mm) 6.0

Nhiệt độ màu (K) 6800 - 7000Chỉ số hoàn màu 90

Phosphors ba màu LPTB-65 (CT = 6500-6700 K) dùng cho đèn huỳnhquang.

Toạ độ màu x = 0.314, y = 0.334Kích thướ c hạt trung bình (mm) 6.0

Nhiệt độ màu (K) 6500 - 6700Chỉ số hoàn màu 90




19

Phosphors ba màu LPTB-28 (CT= 2700 - 2900 K) dùng cho đèn huỳnh quang

Toạ độ màu x = 0.465, y = 0.445Kich sthướ c hạt trung bình (mm) 6.0

Nhiệ độ màu (K) 2700 - 2900Chỉ số hoàn màu 85

Đèn Natri áp suất thấp

Đèn hơ i Natri áp suất thấ p (LPS) (hình H. II.2.3) đượ c sử dụng r ộng rãi ở ChâuÂu từ những năm1940. Chiến dịch

quảng cáo chủ yếu bắtđầu ở Mỹ từ nhữngnăm 1970, tuy vậy thịtr ườ ng vẫn còn nhỏ

bé.

Phần tử phát ánh sánglà ống phát hồ quang. Ống này có hình chữ U làm từ thủy tinh borát. Ống cónhững điểm lún để chứa và phân bố đều Natri dọc theo ống. Ống có chứa mộtlượ ng nhỏ khí argon và neon để khở i động đèn. Áp suất trong ống khoảng 10-

3

mm Hg, khoảng giữa ống phóng điện và ống phía ngoài là chân không. Ánh

H. II.2.3 Cấu trúc của đèn LPS




20

sáng đượ c phát ra bở i điện tử tác động lên các nguyên tử Natri gây ra hồquang. Nguyên tử Natri ở tr ạng thái kích thích khi chuyển về tr ạng thái cơ bản sẽ

phát ra ánh sáng đơ n sác màu vàng, trong đó 95% tại bướ c sóng 589nm còn lại

5% phát tại bướ c sóng 586nm.

NGUỒN SÁNG PHÓNG ĐIỆN TRONG KHÍ ÁP SUẤT CAO

Có ba loại đèn phóng điện trong khí áp suất cao, chúng thườ ng có ký hiệu chunglà HID. Những đèn HID là (1) đèn hơ i thủy ngân, (2) đèn hơ i kim loại Halide, và(3) đèn Natri áp suất cao.

Đèn hơ i thủy ngân:

Phần tử phát ánh sáng cũng là ống

phóng điện có chứa hai điện cựclàm việc và một điện cực khở iđộng. Ống phóng điện đượ c làm từthạch anh cho phép tia tử ngoại điqua (xem hình H.II.2.4). Chúngchứa thủy ngân và một lượ ng nhỏargon, neon và krypton. Khi đènnối vào nguồn điện hồ quang điện

phóng giữa điện cực chính và điệncực khở i động. Khi các nguyên tử

thủy ngân đượ c ion hóa, điện tr ở trong ống phóng giảm. Khi điệntr ở trong ống phóng nhỏ hơ n điệntr ở mạch ngoài thì hồ quang sẽchuyển sang phát giữa hai điện cựcchính. Nguyên tử thủy ngân tiế ptục iôn hóa làm tăng thông lượ ngánh sáng phát ra. Ánh sáng phát ra chứa các vạch phổ đặc tr ưng của thủy ngân(tại các bướ c sóng 404.7 nm, 435.8 nm, 546.1 nm, and 577.9 nm) cùng vớ i cáctia cực tím. Các ống phóng điện có áp suất trong khoảng từ 1 đến 10 átmốtphe .

Đèn thủy ngân bóng trong suốt phát ánh sáng màu xanh – xanh lá cây. Để cảithiện chất lượ ng ánh sáng một lớ p phosphor đượ c tráng lên mặt trong của bóngngoài. Phần tia cực tím doống phóng điện phát ra sẽkích thích bột phosphor tạora ánh sáng làm cải thiệnchỉ số hoàn màu của đènthủy ngân.

H. II.2.4 ng phóng điện (a) và k ết cáu (b) củađèn thủy ngân.

H. II. 2.5 K ết cấu của đèn halide. Hai kiểu phóng điệnthẳng đứng và nằm ngang.




21

Đèn hơ i kim loại Halide

Đèn halide (hình H. II.2.5) có k ết cấu tươ ng tự như đèn thủy ngân ở chỗ phần tử phát ánh sáng của chúng cũng là ống phóng điện cũng chứa hai điện cực làm việc

và một điện cực khở i động. Ống phóng của chúng cũng có k ết cấu tươ ng tự nhưcủa đèn thủy ngân. Ngoài hơ i thủy ngân, argon, neon và krypton, ống phóngđiện của đèn halide còn chứa muối halôgen (muối iốt) của kim loại. Đầu tiên đâylà muối iode của thủy ngân, natri và scandi, tiế p theo là muối iốt của thalli, indi,and cesi. Khi đượ c hồ quang điện kích thích những muối này sẽ phát ra nhữngvạch phổ khác vớ i các vạch của thủy ngân, đó là các vạch màu đỏ, da cam vàvàng. Do vậy ánh sáng của đèn halide tr ở nên tr ắng hơ n. Do cải thiện đượ c chấtlượ ng của ánh sáng mà không cần tráng thêm lớ p bột huỳnh quang đèn halide cóthể dùng như nguồn sáng điểm dùng r ộng rãi trong các ứng dụng phản xạ quanghọc. Đối vớ i kiểu phóng điện nằm ngang hồ quang trong ống phóng điện tr ở nên

đồng đều hơ n.

Đèn thủy ngân và đèn halide (công suất 175 - 1500 watt) có điện cực đặt tại ở một đuôi của ống phóng điện để tr ợ giúp khở động đèn. Những đèn này yêu cầuthế mạch hở (OCV) gấ p khoảng 2 lần so vớ i thế hiệu làm việc để khở i động đèn.

Đèn Natri áp suất cao và đèn halide hiện đại không có điện cực khở i động. Đểtạo thế hiệu khở i động gấ p đôi thế hiệu làm việc những đèn này dùng bộ khở iđộng (tắc te) tạo ra xung điện thế cao giữa hai điện cực chính (về vật lý mà nóicao thế này cần thiết để "nhảy quãng" hoặc khở i động hồ quang giữa hai điểm,sau đó thế hiệu cần thiết duy trì hồ quang mớ i đượ c thiết lậ p). Sau khi hồ quangđã đượ c thiết lậ p, tắc te ngừng hoạt động và đèn phát đầy đủ thông lượ ng ánhsáng của mình sử dụng mối quan hệ giữa thế hiệu và công suất tạo bở i cuộn dâyvà lõi từ của chấn lưu.

Đèn Natri này sử dụng thế mạch hở gấ p thế hiệu làm việc của đèn từ 3 đến 7 lầnđể khở i động đèn.

Đèn phóng điện có đặc tr ưng điện tr ở âm khiến nếu nối thẳng chúng vớ i lướ iđiện thì dòng điện qua chúng tăng không ngừng. Chấn lưu (xem k ỹ trongchươ ng sau) chính là phần tử hạn chế dòng. Công suất của đèn có thể không thayđổi khi dùng vớ i chấn lưu của cùng một loại đèn. Không thể dùng đèn khác loại

vớ i chấn lưu đã đượ c thiết k ế cho một loại đèn cho tr ướ c. Đối vớ i các đèn halidetr ướ c đây có thể dùng chung vớ i chấn lưu của đèn thủy ngân nhưng đối vớ i đènhalide hiện giờ thì thườ ng đượ c khuyến cáo là không nên dùng. Xung cao thế

phát từ tắc te của đèn halide hiện đại có thể gây hỏng (nổ) ống phóng điện củađèn. Trong một vài tr ườ ng hợ p khi làm việc vớ i chấn lưu đượ c thiết k ế cho loạiđèn khác hoặc công suất khác thì thờ i gian sống của đèn và của chấn lưu đều bịgiảm. K ết quả thườ ng thấy là ống phóng điện phồng ra và đen đi, ánh sáng phátra bị suy giảm và có thể ống phóng điện và bóng đèn phía ngoài bị vỡ .

Tất cả các đèn HID trong đó có đèn LPS cần có vài phút để làm nóng đèn tr ướ c

khi phát đủ thông lượ ng ánh sáng danh định. Một khi thông lượ ng đã phát đủ,




22

nếu điện nguồn vào chấn lưư bị ngắt thì hồ quang bị ngắt. Lúc này đèn vẫn cònnóng và hồ quang không thể phát ngay lại đượ c. Đèn cần phải nguội lại để giảmáp suất bên trong ống phóng điện về đến mức mà hồ quang có thể phát lại đượ c.

Thờ i gian nghỉ để phát lại phụ thuộc vào từng đèn và công suất của đèn. Bảngdướ i đây liệt kê thờ i gian đốt nóng và thờ i gian nghỉ để phát lại của đèn HID vàLPS. Công suất của đèn đượ c lẩn vào trong khoảng thờ i gian tính theo phút.Công suất càng nhỏ hai đại lượ ng thờ i gian nói trên càng ngắn.

Loại đèn

Thủy ngânHalide

Natri áp suất cao

Natri áp suất thấ p

Thờ i gian đốt nóng(phút)

5-73-43-4

7-10

Thờ i gian nghỉ đểphát lại (phút)

3-610-201/2-1

3-12 giây

Đèn Natri áp suất cao (HPS)

Phần tử phát ánh sáng là ống phóng điện đườ ng kính nhỏ chịu đượ c nhiệt độcao. Do đườ ng kính của ống nhỏ nên chúng không có điện cực khở i động. Natritại áp suất thấ p và nhiệt độ cao sẽ ăn mòn thành ống nếu chúng đượ c làm từ thủytinh bình thườ ng hoặc thạch anh. Ống phóng điện chứa xenon, hỗn hống thủyngân và natri làm việc tại áp suất 200 mm thủy ngân.

Trong đèn HPS động năng trung bình của điện tử tự do (gọi là nhiệt độ của điện

tử) thườ ng lớ n hơ n một chút so vớ i nhiệt độ của khí phóng điện. Có thể coi hainhiệt độ này tươ ng tự nhau và coi chung như nhiệt độ của phóng điện. Việc nhiệtđộ của điện tử lớ n hơ n một chút để tạo ra hiệu ứng truyền tải năng lượ ng từ điệntử cho các nguyên tử khí.

Rất đúng nếu ngh ĩ r ằng chất khí là vật bức xạ phát ra những vạch phổ đặc tr ưng.Thông thườ ng độ dài phóng điện gấ p khoảng 50 lần quãng đườ ng tự do trung

bình. Nói chung không có tươ ng tác nhiệt, quang, cơ giữa hồ quang và ống phóng điện ngoại tr ừ phần cuối của hồ quang.

Để phát ánh sáng có hiệu suất, công suất vào phải lớ n hơ n lượ ng nhiệt truyền từ

hồ quang cỡ khoảng 10 watts trên 1 cm độ dài vùng hồ quang. Vì vậy công suấtvào của HPS thườ ng khoảng 20 watts trên 1 cm độ dài vùng hồ quang. Điều kiệnnày phải đượ c thoả mãn ngay cả khi áp suất nhỏ hơ n 1 atm.

Ở áp suất thấ p nhiệt độ điện tử và nhiệt độ khí của đèn r ất khác nhau. Trong đènáp suất thấ p có môi tr ườ ng khí là thủy ngân hoặc natri, hơ i kim loại đượ c tr ộn vớ ikhí tr ơ thườ ng là neon hoặc argon. Áp suất hơ i kim loại thườ ng dướ i 1/1000 atmhoặc nói cách khác là phần lẻ của mm thủy ngân. Hỗn hợ p thườ ng có 1% hoặc íthơ n như 0.1% hơ i kim loại, 99 đến 99.9% khí tr ơ .




23

II.2.2 ĐẶC TR Ư NG CHỦ YẾU CỦA CÁC NGUỒN SÁNG

II.2.2.1 ĐÈN SỢ I ĐỐT

Đèn sợ i đốt nói chung là đèn có sợ i đốt Wolfram tiêu chuẩn,chúng có nhiều dạng bóng đèn khác nhau (trong suốt, mờ ,tr ắng đục, màu, v..v.). Phần lớ n hiện nay là loại tr ắng đục cócông suất trong khoảng 15 đến 1000 watts có đui xoáy hoặcđui ngạnh. Một số của đèn này thuộc loại để trang trí có hìnhdạng như ngọn nến hoặc hình chữ nhỏ. Những đèn này r ấtkhông hiệu quả, hiệu suất chỉ khoảng 11-19 lm/W. Thôngthườ ng chúng có thờ i gian sống tươ ng đối ngắn khoảng 1000

giờ , nhưng chúng có giá thành ban đầu thấ p và CRI=100, CT=2700K. Vớ i nhữngtiến bộ hiện thờ i của đèn huỳnh quang thu gọn và đèn sợ i đốt pha hơ i halogen thìviệc tiế p tục sử dụng đèn sợ i đốt thông thườ ng là khó chấ p nhận.

Đèn sợ i đốt có lớ p phản xạ là loại đèn sợ i đốt Wolfram tiêuchuẩn có bóng đèn đượ c tráng ở mặt trong hay mặt ngoài mộtlớ p phản xạ để tăng cườ ng tậ p trung ánh sáng theo một hướ ngnhất định. Đèn này thườ ng có hai loại: Loại bóng có dạng

chụm có lớ p phản xạ nhôm và loại bóng phản xạ dạng nở xòe.Cũng giống như các đèn sợ i đốt khác loại đèn này có thờ i giansống ngắn, hiệu suất r ất thấ p. Công suất của đèn trong khoảng40-300W

Đèn sợ i đốt halogen sử dụng điện lướ i thườ ng có một hoặchai đầu dùng ngay nguồn điện lướ i không qua bộ biến đổiđiện. Cũng thuộc loại đèn sợ i đốt nên chúng có hiệu suất thấ pso vớ i các loại đèn khác. Tuy nhiên nhờ có các nguyên tử khí

halogen nên so vớ i đèn sợ i đốt thông thườ ng chúng có hiệusuất cao hơ n 20% và đặc tính quang học cũng ổn định hơ n vớ ithờ i gian. Ngoài ra những đèn halogen loại mớ i vớ i lớ p tráng

phản xạ tia hồng ngoại làm tăng hiệu suất của chúng lên đến25-30% so vớ i đèn halogen thông thườ ng.

So vớ i đèn huỳnh quang thu gọn, hiệu suất của đèn halogen thấ p hơ n chúng làmviệc không phụ thuộc vào nhiệt độ và định hướ ng của đèn. Ngoài ra chúng hướ ngđượ c ánh sáng trên quãng đườ ng dài và không quan tâm đến sự tươ ng thích vàchất lượ ng của nguồn điện.




24

Nguồn sáng điểm dùng sợ i đốt Wolfram đượ c dùng để tạo ánh sáng chiếu r ọi vàquảng cáo. Phần lớ n loại đèn sợ i đốt Wolfram pha halogen dùng đượ c cho mụcđích này nhất là khi việc điều khiển nghiêm ngặt để định hướ ng chùm sáng cần

thiết. Một số ứng dụng tốt khác là chiếu hắt từ tr ần cao và chiếu r ọi như đèn pha. Những đặc tr ưng chính của loại đèn này là: công suất 25-250 Watt (loại mộtđầu), 60-2000Watt (loại hai đầu); CT=3000 Kelvin, CRI=100, hiệu suất 11-17lm/W (một đầu) và 14-23 lm/W (hai đầu), thờ i gian sống khoảng 2000 giờ (mộtđầu) và 3000 giờ (hai đầu)

Đèn huỳnh quang đườ ng kính 38mm (còn gọi là T12).

Đó là loại đèn huỳnh quang ống dài có đườ ng kính lớ n nhất vàlà đượ c thiết k ế đầu tiên. Những đèn loại này đang lưu dùng

hiện nay đượ c tráng bột huỳnh quang halophosphate thôngthườ ng và nạ p khí argon. Chúng là những đèn huỳnh quanghiệu suất thấ p nhất và đượ c khuyến cáo không nên lắ p đặt mớ i

và nên thay bằng đèn huỳnh quang có đườ ng kính 26 mm.

Đặc tr ưng của chúng như sau:

Công suất P = 20 - 140 W,CT=3000 - 4100 K,CRI = 60 – 85,Hiệu suất = 45 - 100 lm/W (phổ biến là 70 lm/W dùng chấn lưu điện từ)

Tuổi thọ trung bình - 8000 giờ .

Đèn huỳnh quang đườ ng kính ống 26mm (T8)

Đây là loại đèn huỳnh quang ống dài thông dụng nhất ở ChâuÂu. Đườ ng kính của chúng bằng 26 mm.

Đèn T8 là một trong các nguồn sáng huỳnh quang hiệu suấtcao. Hơ n nũa giá của chúng hiện nay thấ p hơ n giá của đèn

T12. Đèn T8 đượ c phân ra làm ba loại tuỳ thuộc vào loại bột phosphor tráng lên mặt trong thành ống:

· Bột huỳnh quang halophosphate: Bột này đượ c sử dụng đã nhiều năm naynhưng có nhượ c điểm là để đạt đượ c chỉ số hoàn màu tốt thì lại phải hysinh chỉ tiêu về hiệu suất. Chỉ số hoàn màu trong khoảng từ 50 đến 75.

· Bột huỳnh quang ba màu (còn gọi là triphosphors): loại bột này vừa có chỉsố hoàn màu tốt vừa có hiệu suất cao tuy nhiên nó đắt hơ n bột huỳnhquang thông thườ ng. Chỉ số màu nằm trong khoảng từ 80 đến 85.

· Bột huỳnh quang đa màu: chúng có chỉ số hoàn màu cao nhưng hiệu suất

hơ i thấ p hơ n so vớ i bột ba màu. CRI của chúng thườ ng bằng 90 hoặc hơ n.




25

Trong quá trình làm việc bột huỳnh quang già hóa và thông lượ ng của đèn giảm.Hai loại bột sau cùng thườ ng già hóa chậm hơ n so vớ i loại đầu nên chúng duy trìđượ c thông lượ ng ánh sáng lâu hơ n.

Đèn đườ ng kính 26mm tráng bột huỳnh quang thông thườ ng phát cùng thônglượ ng ánh sáng tính trên một đơ n vị độ dài như đèn đườ ng kính 38 mm nhưngchúng tiêu thụ năng lượ ng ít hơ n 8%. Cùng loại đèn nhưng tráng bột ba màukhông những tiêu thụ năng lượ ng ít hơ n 8% nhưng phát hơ n 10% thông lượ ng vàcó CRI cao hơ n.

Đèn dùng bột huỳnh quang đa màu có CRI r ất cao thườ ng dùng trong triển lãm, bảo tàng, phòng tr ưng bày tranh v..v. và những ứng dụng khác đòi hỏi chỉ sốhoàn màu cao.

Đướ i đây là những đặc tr ưng chính của đèn huỳnh qyang T8:

P = 10 - 58 W,CT = 2700 - 6500 K,CRI = 50 – 98,Hiệu suất 100 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện tử),

97 lm/W (bột ba màu, chấn lưu điện từ),77 lm/W (bột halophosphate, chấn lưu điện từ),

Tuổi thọ trung bình 8000 giờ .

Đèn huỳnh quang đườ ng kính 16mm (T5)

Xuất hiện trên thị tr ườ ng năm 1995 loại đèn này là sản phẩmmớ i của đèn huỳnh quang ống dài đườ ng kính chỉ có 16 mm.

Loại đèn nhỏ này có hiệu suất tăng hơ n 7% so vớ i T8 (hiệusuất của nó là 95 so vớ i 89%của T8). Thêm vào đó T5 cũng cólớ p phản xạ tráng cùng lớ p bột huỳnh quang nên hiệu suất củanó cũng cao hơ n so vớ i loại T8 có lớ p phản xạ. Đèn T5 yêu

cầu ổ cắm, chấn lưu và máng đèn riêng của nó. Do vậy loại đèn này thườ ng dùngđể lắ p đặt mớ i. Những thông số chủ yếu của nó là:

P =14 - 80 Watts,CT =3000 - 6000 K,CRI = 85,Hiệu suất = 80 - 100 lm/W,Tuổi thọ trung bình = 8000 hours.

Đèn huỳnh quang thu gọn chân cắm

Đây là loại đèn huỳnh quang thu gọn có chân cắm vào chấnlưu điện tử.




26

Nhìn chung, so sánh vớ i đèn sợ i đốt đèn huỳnh quang thu gọn phát tmột thônglượ ng ánh sáng tươ ng tự vớ i tiêu phí năng lượ ng chỉ bằng 20 – 30%. Thờ i giansống của đèn này lớ n gấ p 8 lần so vớ i đèn sợ i đốt, công bảo dưỡ ng do vậy đượ c

giảm đi mặc dù giá ban đầu của đèn cao hơ n. Vớ i việc sử dụng bột huỳnh quangloại mớ i đặc tr ưng màu của đèn huỳnh quang thu gọn đượ c cải thiện rõ r ệt và nóthôi bị xem xét như là một nguồn sáng “thô k ệch” như tr ướ c đây. CT của chúngthay đổi trong khoảng 2700 K (tr ắng ấm như của đèn sợ i đốt) đến 6000 K (tr ắnglạnh như của ánh sáng ban ngày). Thêm vào đó CRI của loại đèn này có thể đạtđến 98 (so vớ i cực đại là 100). Thờ i gian sống của chấn lưu lâu hơ n thờ i giansống của đèn, một chấn lưu có thể phục vụ cho vài đèn. Giá của loại đèn này hiệnnay đã đượ c giảm nhiều và xu hướ ng vẫn tiế p tục hạ.

Vì những nguyên nhân nói trên những đèn huỳnh quang thu gọn đượ c lắ p đặtmớ i thườ ng đượ c dùng riêng vớ i chấn lưu. Đèn huỳnh quang thu gọn đượ c ứng

dụng r ất r ộng rãi để chiếu sáng bên tườ ng ngoài, chiếu hắt từ tr ần và để trang trí. Nằm trong xu hướ ng tiế p tục của các nhà sản xuất nhằm thu gọn loại đèn này nhỏgọn hơ n nữa và có thể dùng nó để chiếu điểm như chiếu sáng các bảng thông báov..v. Tại những nơ i nào nhiệt độ môi tr ườ ng thấ p cần nhớ r ằng đèn huỳnh quangthu gọn làm việc ở nhiệt độ thấ p hơ n đèn sợ i đốt.

Hiện nay có r ất nhiều dạng đèn huỳnh quang thu gọn dùng chấn lưu r ờ i. Do dùngchấn lưu r ờ i nên không gian xế p đặt của chấn lưu r ộng rãi hơ n và dễ chỉnh hệ sốcông suất hơ n nếu đó là chấn lưu điện tử. Hệ số công suất đượ c chỉnh về gầngiống như trong tr ườ ng hợ p nếu chấn lưu điện tử đượ c sử dụng. Đèn huỳnhquang thu gọn dùng chấn lưu r ờ i có ưu điểm tối ưu đượ c phân bố ánh sáng vàngăn ngườ i dùng vô ý cắm nhầm đèn sợ i đốt.

Những ứng dụng lắ p đặt mớ i (xem đèn huỳnh quang chấn lưu gắn liền): Đui đènchứa chấn lưu cắm thẳng vào ổ cắm, có thể cắm vào đui đèn này một vài loại dènhuỳnh quang thu gọn chân cắm để thay thế cho các đèn sợ i đốt tiêu chuẩn đangdùng trong các bộ đèn. Giống như đèn huỳnh quang thu gọn chân liền, những đuiđèn này có tuổi thọ thấ p hơ n chấn lưu và thườ ng chỉ kéo dài đủ dùng vớ i 5 đènmà thôi.

Những đặc tr ưng chính:

P = 5 - 55 Watt,CT = 2700 - 6000 Kelvin,CRI =85 – 98,Hiệu suất = 45 -87 lm/W ( 70 cho đèn tráng bột huỳnh quang 3 màu),Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ .

Đèn huỳnh quang thu gọn tích hợ p chấn lư u

Loại đèn này gắn liền vớ i chấn lưu và đui ngạnh hoặc xoáy đểcắm thẳng vào ổ cắm của đèn sợ i đốt tiêu chuẩn.




27

So vớ i đèn sợ i đốt đèn huỳnh quang thu gọn phát một thông lượ ng ánh sángtươ ng tự vớ i tiêu phí năng lượ ng chỉ bằng 20 – 30%. Thờ i gian sống của đèn nàylớ n gấ p 8 lần so vớ i đèn sợ i đốt, công bảo dưỡ ng do vậy đượ c giảm đi mặc dù giá

ban đầu của đèn cao hơ n.Đặc tr ưng màu của loại đèn này ngày càng đượ c cải thiện. CT của chúng thay đổitrong khoảng từ 2700 K (tr ắng ấm như đèn sợ i đốt) đến 4000 K (tr ắng lạnh).

Đèn vớ i chấn lưu liền đượ c thiết k ế để thay đèn sợ i đốt. Giá của chúng giảmnhiều trong thờ i gian gần đây khiến việc thay thế của chúng ngày càng thuận lợ i.tuy nhiên để lắ p đặt đèn mớ i thì loại chấn lưu r ờ i nói ở trên vẫn đượ c ưa chuộnghơ n.

Những đặc tr ưng chính như sau:

P =3 - 23 Watt, CT =2700 - 4000 K, CRI = 85, Hiệu suất = 30 - 65 lm/W,Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 giờ .

Những ảnh bêntrình bày phân bố

phổ của đènhuỳnh quang.

Standard High Pressure Mercury Lamps

Không giống như các loại pha tr ộn, đèn thủy ngân cao áp tiêuchuẩn không có điện cực khở i động. Do chúng có hiệu suấtthấ p, CRI thấ p và ảnh hưở ng không tốt lên môi tr ườ ng do chứa

thủy ngân nên loại đèn này hiện đã tr ở nên lỗi thờ i.




28

Đặc tr ưng chính:

P = 50 - 1000 W,CT = 3900 - 4300 K,CRI = 33 – 50,Hiệu suất = 32 - 60 lm/W,Tuổi thọ trung bình 10000 - 24000giờ .

Đèn Metal Halide (MH)

Đây là loại đèn phóng điện mà phần lớ n ánh sáng đượ c phát bở i hỗn hợ p hơ i thủy ngân và các sản phẩm phân ly của muối

kim loại nhóm halogen (halide). So vớ i đèn thủy ngân cao áp,đèn halide có hiệu suất cao hơ n nhiều.

So vớ i đèn Natri cao áp đèn halide có cùng nhiều ưu điểmnhưng có các đặc tr ưng khác nhau. Hiệu suất của MH tươ ngđươ ng của đèn HPS, chúng có công suất trong khoảng r ộng từ

50 đến 2000 W. MH có ánh sáng tr ắng và lạnh hơ n đèn HPS và có tính hoàn màutốt hơ n HPS và do đó đượ c dùng ở những chỗ đòi hỏi hiệu suất và tính chất hoànmàu của đèn. Tuy nhiên vớ i thờ i gian ánh sáng của MH cũng thay đổi. Nhữngnhượ c điểm của MH so vớ i HPS là chúng có thờ i gian sống ngắn hơ n để tr ả giálại cho việc có tính hoàn màu tốt hơ n.


P = 35 - 3500 W,CT = 2900 - 6000 K,CRI = 60 – 93,Hiệu suất = 65 - 120lm/W (tiêu biểu là 70),Tuổi thọ trung bìnhkhoảng 3000 - 20000giờ .

Standard High Pressure Sodium Lamps (HPS)

Trong các loại HPSthì loại HPS tiêuchuẩn có đặc tr ưngmàu cơ bản nhất(ngượ c vớ i loại HPStr ắng thông thườ ng).

Loại đèn này có hiệu suất tốt hơ n và

Phân bố phổ của đèn thủy ngân

Phân bố phổ của đèn MH tiêuchuẩn.

Phân bố phổ của đèn MH cảithiện màu.

Phân bố phổ của đèn HPS




29

thờ i gian sống dài hơ n so vớ i đèn MH nhưng màu của chúng ít lạnh và ít tr ắnghơ n và độ hoàn màu cũng không tốt bằng. So vớ i đèn thủy ngân cao áp chúng cóhiệu suất cao hơ n. So vớ i đèn Natri thấ p áp hiệu suất của chúng thấ p hơ n nhưng

độ tr ả màu tốt hơ n.Đèn HPS tiêu chuẩn có công suất trong khoảng từ 50 đến 1000 W. Những đèncông suất cao đượ c đặt trong vỏ bảo vệ để dùng trong các môi tr ườ ng côngnghiệ p. Tính chất hoàn màu của các đèn trong dải công suất nói trên làm tăngthêm khả năng ứng dụng của chúng. Những đèn HPS có màu ấm, thờ i gian bậtlại ngắn, tuổi thọ dài. Chúng tươ ng thích vớ i các bộ đèn đườ ng tầng cao và tầngthấ p và có thể dùng để chiếu sáng tầng cao và hắt từ tr ần nhà trong các công sở công nghiệ p. Đồng thờ i có thể dùng chúng trong các gian thể thao, bể bơ i, tậ pnhị p điệu và để chiếu sáng ngoài tr ờ i ngay cả trong các bãi đỗ xe.

Những đặc tr ưng chính của đèn như sau:

P = 50 - 1000 W,CT = 1700 - 2200 K,CRI = 20 – 65,Hiệu suất = 65 - 150 lm/W (thông thườ ng là 110),Tuổi thọ trung bình khoảng 10000 - 24000 giờ .

Đèn HPS ánh sáng trắng

So vớ i đèn tiêu chuẩn loại đèn này có ánh sáng tr ắng hơ n.

Đèn HPS có hiệu suất thấ p hơ n đèn HPS tiêu chuẩn nhưngtiêu thụ công suất ít hơ n và có đặc tr ưng màu cải thiện hơ n.Do vậy mà chúng đượ c sử dụng trong các ứng dụng giốngnhư đèn MH k ể cả các cửa hàng bán lẻ tư nhân.

Đặc tr ưng của chúng là:P = 35 - 100 W,CT = 2500 K,CRI = 80,Hiệu suất = 57 - 76 lm/W (thông thườ ng là 65),Tuổi thọ trung bình khoảng 15000 giờ .

Đèn Natri áp suất thấp (LPS)

Đây là một trong các đèn phóng điện. Áng sáng phát ra do bứcxạ của hơ i natri. LPS là loại đèn hiệu suất cao nhất hiện nay cógiá tr ị đến 200 lm/W. Bở i vì ánh sáng của đèn là màu vàng đơ nsắc nên chỉ dùngchúng ở những chỗkhông cần đến sự phân

biệt màu sắc. Thông

thườ nh chúng dùng để

Phân bố phổ của đèn LPS




30

chiếu sáng đườ ng.


P = 18 - 185 W,Hiệu suất = 100 - 200 lm/W,Tuổi thọ trung bình là 12000 - 24000 giờ .

Đèn cảm ứ ng tích hợ p

Đây là đèn loại cảm ứng yêu cầu tích hợ p hình học đặc biệt.Chúng có hiệu suất tốt cao đến 71 lm/W và chỉ số hoàn màutốt (cao hơ n 80). Do không có điện cực nên đèn có thể khở iđộng nhanh và có thể bật tắt nhiều lần mà không gây già hóanhư trong tr ườ ng hợ p đèn có điện cực. Tuổi thọ của chúngkhoảng 60000 giờ dài hơ n nhiều so vớ i loại đèn cảm ứng dùngchấn lưu gắn liền.

Những l ĩ nh vực ứng dụng là chiếu sáng ngoài tr ờ i cũng như trong nhà ở nhữngchỗ mà việc thay đèn r ất tốn phí hoặc r ất nguy hiểm. Do những cải tiến mớ i đây(kích thướ c nhỏ hơ n, giá hạ hơ n) và hình dạng của chúng nên ánh sáng phát ra dễ

điều khiển hơ n so vớ i tr ườ ng hợ p đèn huỳnh quang ống dài và cho phép tự dohơ n trong việc thiết k ế bộ đèn khiến chúng đôi khi đượ c ưn chuộng hơ n đènhuỳnh quang thông thườ ng. Vì vậy, hiện nay, chúng có mặt tại các ứng dụngtruyền thống như trong cửa hàng, thư viện, ở đâu mà phí tổn bảo dưỡ ng là quantr ọng.

Những đặc tr ưng của đèn:

P = 100 - 150 W,CT = 2700 - 3000 - 4000 K,CRI = 85,

Hiệu suất = 71 lm/W,Tuổi thọ trung bình 60000 giờ .

Một dạng khác của loại đèn này là đèn cảm ứng chấn lưu liền. Chúng là nhữngđèn cảm ứng liền vớ i mạch tích hợ p. Hiệu suất của chúng gần khoảng 50 lm/Wcao hơ n nhiều so vớ i đèn sợ i đốt và giống đèn huỳnh quang hiệu suất thấ p. Tuynhiên do không có điện cực nên chúng bền hơ n và cho phép bật tắt r ất nhiều lầnso vớ i tr ườ ng hợ p đèn có điện cực. Tuổi thọ của chúng khoảng 10.000 giờ nhỏhơ n loại đèn cảm ứng nói ở phần trên, nguyên nhân là do khó khăn trong việcđiều khiển nhiệt độ của một vài phần tử quan tr ọng trong mạch của chấn lưu.




31

Do những đặc tr ưng của chúng (thờ i gian sống cỡ 10.000 hours, CT = 3000K,CRI = 82), những đèn này thườ ng sử dụng tốt ở những chỗ mà việc động chạmđến đèn là khó khăn. Loại có chấn lưu gắn liền đượ c coi như loại đèn hiệu suất

cao để thay thế đèn sợ i đốt có phản xạ trong nhiều ứng dụng cần đến chiếu sángrộng. Đèn cảm ứng có thể làm ở dạng giống như đèn sợ i đốt mà nó thay thế.

Đèn Sulphur

Đèn Sulphur là loại đèn không cóđiện cực, ánh sáng phát ra do bứcxạ của các nguyên tử sulphur trong môi tr ườ ng khí argon khi bịkích thích bở i sóng vi ba.

Đèn này không chứa thủy ngân, bền màu không ai sánh bằng, già

hóa hầu như bằng không, thờ i gian khở i động r ất ngắn, bức xạ hồng ngoại cực ít, bức xạ cực tím cũng r ất yếu, hiệu suất cao (khoảng 100 lm/W), công suất cao, r ấtsáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy (xem hình trên). Đây là đèn lýtưở ng để chiếu sáng trong nhà tại những nơ i diện tích r ộng như nhà máy, khohàng, tr ườ ng đấu và phố buôn bán. Nó cũng lý tưở ng cho chiếu sáng ngoài tr ờ ivà tiềm tàng cho ứng dụng chiếu sáng kiến trúc và an ninh.

Hai đèn sulphur lắ p đặt tại tổng cục điện năng Washington là những nguồn sáng

chất lượ ng cao mà lại r ất tiết kiệm năng lượ ng đầutiên. “Ống sáng” cũng là một thành tựu mớ i biểudiễn một khái niệm mớ i trong việc phân bổ ánhsáng. Ống sáng hoạt động như một nguồn “tướ itiêu” ánh sáng. Chúng dẫn ánh sáng đến đúng nơ imà ta muốn.

Đèn sulphur có thể điều chỉnh độ sáng về đến mức 30% cung cấ p ánh sáng cónhiệt độ màu đến 6.000 Kelvin vớ i CRI = 80. Do không có dây tóc nên loại đènnày không thay đổi màu và cườ ng độ sáng vớ i thờ i gian và hoàn màu gần đúngmàu của các vật mà chúng chiếu sáng.

Đèn sulfur không điện cực đượ c phát minh năm 1990 (ta nhớ lại r ằng đèn điệnđàu tiên đượ c phát minh vào năm 1879 đánh dấu sự ra đờ i của chiếu sáng dùngđiện, đèn huỳnh quang đượ c trình diến lần đầu tiên vào năm 1933 và đến năm1950 tr ở thành sự lựa chọn của đông đảo ngườ i dùng). Đèn sulfur đượ c trình diễnlần đầu tiên vào năm 1994) bở i các nhà nghiên cứu làm việc cho hãng FusionSystems Corporation đóng tại Rockville, Maryland. Công nghệ này hiện nayđượ c phát triển như mặt hàng riêng của hãng mớ i mang tên Fusion Lighting cũngcó tr ụ sở tại Rockville, Maryland.

Liệt kê danh sách để lựa chọn các đèn hiện có xung quanh ta là điều nhàm chán.

Làm sao để thông tin cho ngườ i tiêu dùng có sự lựa chọn đúng? Đèn đã lựa chọn

Phổ của đèn Sul hur

Ống sáng dùng đèn sulphur




32

liệu có phải là tốt nhất chưa? Đèn mớ i thay liệu có mang lại tiện ích hơ n đèn vừathay thế không? Nhà quản lý cần phải xem xét ít nhất bảy đặc tr ưng tr ọng điểmtrong quá trình lựa chọn đèn. Tầm quan tr ọng của mỗi đặc tr ưng phụ thuộc cụ thể

vào tr ạng thái của các thiết bị và cơ quan sử dụng. Mỗi khi nhà quản lý và ngườ ichịu trách nhiệm đã xem xét bảy đặc tr ưng một cách k ỹ càng họ sẽ dễ dàng vàđúng đắn hơ n để thiết lậ p sự ưu tiên và lựa chọn đèn. Bảy đặc tr ưng tr ọng điểmnày (theo thứ tự) là: Giá, CRI, Thông lượ ng ánh sáng, Hiệu suất, Tuổi thọ, Bảodưỡ ng và CT.

Để có một cách nhìn chung về sự lựa chọn đèn dùng trong chiếu sáng công cộngta liệt kê dướ i đây những giá tr ị chung của các tham số để so sánh các nguồnsáng. Những giá tr ị này đượ c xem như là đại diện cho các loại đèn.

Nhiệt độ màu tiêu biểu (K)

Đèn sợ i đốt 2700 Đèn thủy ngân 3700, 7000 Đèn huỳnh quang 2700 - 5000 Đèn Metal Halide 3600 - 4200

HPS 2200LPS r ất ấm

Chỉ số hoàn màu - CRI

Sơ đồ miêu tả phân bố phổ của các nguồn sáng khác nhau cónhiệt độ màu gần như nhau. Hiển nhiên r ằng nhiệt độ màu chỉ làmột trong các đặc tr ưng của nguồn sáng.




33

Giá trị đại diện Đèn sợ i đốt 99 Đèn thủy ngân 50

Đèn huỳnh quang 75 Đèn Metal Halide 65

HPS 20, 60

LPS đơ n sắc, không hoàn

màu

Hiệu suất đại diện (lm/W)Đèn sợ i đốt < 20Đèn thủy ngân 50Đèn huỳnh quang 80Đèn Metal Halide 90Đèn HPS 120Đèn LPS 150

HPS

MH

Fluorescent

Mercury Vapor

Incandescent

Hiệu suất phụ thuộc vào CRI160

140

120

100

80

60

40

20

20 40 60 80 100

LPS

CRI




34

Giá thành của một số đèn tính cho việc chúng cấp

1200 triệu lumen-giờ

Loạiđèn

Công suất Số lượ ngGiá thànhcủa một

đèn

Giá thànhtổng cộng

Giá thànhđèn vàchi phílắ p đặt

Giá thànhđèn cộng chi phí lắ p đặt

và nănglượ ng

Incan- 100 930.0 $0.78 $739 $2316 $7,287

So sánh hiệu suất của cả hệ thống chiếu sángĐèn HID có khoảng hiệu suất rộng và lớ n nhất trên thươ ng

trườ ng hiện nay.

So sánh hiệu suất của riêng đèn (tính theo đơ n vị lm/W)




descent

MR-16 50 340.0 $2.09 $717 $1288 $5,488

F32T8 32 24.0 $3.52 $80 $117 $1,132CFL 28 74.0 $29.65 $2224 $2349 $3,714

MetalHalide

400 1.7 $34.60 $69 $73 $1,192

HPS 400 1.0 $28.80 $32 $34 $780

LPS 135 3.4 $96.50 $362 $368 $935

Giả thiết: Giá điện $0.07/kWh, thờ i gian phí tổn thay một bóng đèn là 5 phút,

tiền công thuê khoán lắ p đặt $20/giờ

Documents

Do Thi Duong Cong Kruithof