Nguồn sáng (Phần 1)

Phần 1: CƠ SỞ CỦA CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG

Dưới đây chúng ta xem xét những vấn đề cơ bản của công nghệ chiếu sáng.

Đường cong độ nhậy của mắt người trong trường sáng và trường tốiĐại lượng thông lượng ánh sáng dùng trong kỹ nghệ chiếu sáng được đo trong đơn vị lumens (lm). Một lumen của ánh sáng, không phụ thuộc vào bước sóng của nó (màu), tương ứng với độ sáng mà mắt người cảm nhận được. Mắt người cảm nhận khác nhau đối với các ánh sáng có bước sóng khác nhau, cảm nhận mạnh nhất đối với bước sóng 555 nm (hình H. II.1.1). Khi mắt thu nhận ánh sáng ta nói chúng làm việc trong trường sáng, ngược lại ta nói chúng làm việc trong trường tối. Giữa chúng là trường tranh tối tranh sáng. Bước sóng tương ứng với cảm nhận cực đại của mắt người dịch từ 555 nm về 510 nm khi trường chiếu sáng thay đổi từ trường sáng về trường tối. Tiêu chuẩn một lumen bằng 1/683 của một watt năng lượng bức xạ tại 555 nm.

Để cảm nhận định lượng ta để ý rằng mắt người có thể thu nhận được một thông lượng 10 photon trong một giây của tia sáng bước sóng 555 nm tương ứng với bức xạ công suất 3.58×10-18 W. Tương tự, mắt người thu nhận được tối thiểu thông lượng gồm 214 và 126 photon trong một giây tại bước sóng 450 và 650 nm.

Tổng thông lượng (hình H. II.1.2)

Tổng thông lượng là đại lượng đo công suất của một nguồn sáng. Như trên đã nói, thông lượng trường sáng, đo trong đơn vị lumen, tương ứng với cảm nhận của mắt người có độ cảm nhận cực đại đối với màu xanh lá cây. Thông lượng trường tối tương ứng với độ nhậy của mắt người trong trạng thái trường tối.

Đơn vị của thông lượng:

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

Cường độ sáng:

Cường độ sáng, I, đo trong đơn vị candela (cd). Đó là thông lượng ánh sáng của một nguồn sáng phát ra trong một đơn vị góc không gian (góc đặc). Steradian là đơn vị của góc đặc (xem hình H. II.1.3) có độ mở rẻ quạt kể từ tâm của một hình cầu và cắt mặt cầu một diện tích có độ lớn bằng đúng bán kính của hình cầu. Góc steradians của một chùm sáng bằng đúng diện tích mặt cắt của nó chia cho bình phương của khoảng cách kể từ nguồn sáng. Hình H. II.1.4 diễn tả một bóng đèn phát sáng với cường độ 1 candela. Candela là một đơn vị cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng và được xác định như sau: 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát 1 lumen đẳng hướng trong một góc đặc. Do 1 steradian có diện tích mặt cắt bằng một mét vuông tại khoảng cách 1 mét nên một nguồn sáng một candela tương ứng sẽ phát 1 lumen trên một diện tích một mét vuông tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng. Để ý rằng cường độ của nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng.

Đơn vị của cường độ chiếu sáng là:

1 cd = 1 lm/ 1steradian

Độ rọiĐộ rọi:

Độ rọi E là mật độ của thông lượng ánh sáng (hình H. II.1.5), nói cách khác, số lumen trên một đơn vị diện tích. Một lumen trên một mét vuông là một lux. Một mét vuông diện tích trên bề mặt của mặt cầu bán kính một mét có một nguồn sáng cường độ một candela đặt ở tâm sẽ được rọi một lux. Độ rọi của một nguồn điểm giảm theo bình phương của khoảng cách.

Đơn vị của độ rọi:

1 lux = 1 lm/m2

Độ chói:

Độ chóiĐộ chói L là cường độ của một nguồn sáng phát ánh sáng khuyếch tán mở rộng hoặc của một vật phản xạ ánh sáng. Nếu là ánh sáng khuyết tán hoàn toàn thì bề mặt phản xạ khi nhận độ rọi một lux sẽ tạo ra độ chói bằng 1/p candela trên một mét vuông.

Độ chói là đại lượng đo mật độ của cường độ sáng. Độ chói không phụ thuộc vào khoảng cách vì diện tích bề mặt lấy mẫu tăng tỷ lệ với khoảng cách bù trừ lại giảm cường độ theo khoảng cách.

Đơn vị của độ chói là candela/m2 (cd/m2)

Như trên đã trình bày, ánh sáng như là một dạng bức xạ năng lượng được hình dung trên phổ bức xạ điện từ. Lan truyền dưới dạng sóng, ánh sáng phân biệt với những bức xạ khác như nhiệt và tia X bởi tần số hoặc bước sóng của nó. Tồn tại một vùng hẹp trên dải phổ điện từ dành cho ánh sáng nhìn thấy bao gồm từ màu tím với bước sóng 380 nanomét đến màu đỏ 620-760 nanomét. Một chùm hẹp ánh sáng trắng sau khi đi qua lăng kính sẽ phân thành các tia với bước sóng riêng của nóMột cân bằng cường độ của những màu này tạo ra ánh sáng trắng. Để nhận biết được điều đơn giản này ta quan sát cầu vồng tạo ra bởi ánh sáng trắng của mặt trời khúc xạ qua các giọt nước li ti trong không khí, hoặc đơn giản hơn chiếu một chùm sáng trắng qua một lăng kính (xem hình H. II.1.7) và quan sát việc tách màu ở phía đối diện của lăng kính.

Tuy nhiên ánh sáng vùng nhìn thấy lại không được nhìn thấy. Nếu chúng ta chiếu một chùm sáng trong một phòng tối om thì chùm sáng mà ta quan sát được là chùm những tia sáng phản xạ bởi vô số hạt bụi nhỏ lơ lửng trong không khí. Vì vậy ta trông thấy các đồ vật chỉ khi ánh sáng được phản xạ hoặc được phát ra từ chính những vật đó. Cũng trên nguyên tắc này mà ta nhìn thấy màu.

Để hiểu được ảnh hưởng của ánh sáng của đèn lên màu của các vật trong không gian xung quanh ta sử dụng 3 đại lượng, phân bố phổ, nhiệt độ màu và độ hoàn màu.

 Phân bố phổ của đèn có nhiệt độ màu 400K tráng lớp bột huỳnh quang ba màu (đỏ, xanh, xanh lá cây) để tăng độ hoàn màuPhân bố phổ trình diễn phổ của bức xạ vùng nhìn thấy là bức tranh nêu tương quan giữa công suất bức xạ (ở đơn vị tương đối) phụ thuộc vào bước sóng (xem hình H. II.1.8). các đỉnh phổ tương ứng với các màu có cường độ lớn.

Nhiệt độ màu biểu diễn ở đơn vị Kelvin (K), là màu của ánh sáng mà nguồn sáng phát ra. Theo Hiệp hội kỹ thuật chiếu sáng bắc Mỹ (IESNA), nhiệt độ màu là “nhiệt độ tuyệt đối của một vật bức xạ đen có phổ bức xạ giống như phổ của nguồn sáng.”

Hình dung rằng một khối thép được đốt nóng đầu tiên sáng lên màu vàng cam, sau đó màu vàng và cuối cùng màu xanh rồi xanh trắng. Tại mỗi thời điểm của quá trình đốt nóng ta đo nhiệ độ của khối thép đó ở đơn vị Kelvin và quy cho là giá trị màu đã được xác định và gọi là “nhiệt độ màu”. Hiện nay thường có phần mềm trên máy tính tự động xác định nhiệt độ màu của các loại đèn ghi trong các thông tin chào hàng.

Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu là đại lượng “thật” và ta có thể nói rằng trong thực tế nhiệt độ màu của đèn dùng sợi đốt Wolfram có nhiệt độ giống như nhiệt độ chính của sợi đốt. Đối với đèn huỳnh quang và đèn phóng điện công suất cao (HID) đại lượng nói trên chỉ là gần đúng và thường gọi là nhiệt độ màu tương đối. Trong công nghiệp, cả hai đại lượng này có thể dùng lẫn nhau. Nhiệt độ màu của đèn khiến chúng trực quan thuộc loại nguồn sáng “ấm,” “bình thường” hoặc “lạnh”.

Các đèn có nhiệt độ màu thấp (3500K hoặc ít hơn) có bức xạ ấm thuộc màu đỏ vàng/ trắng da cam. Ánh sáng vùng đỏ và da cam làm cho những vật mang màu đỏ và da cam lại càng ấm áp hơn. Ánh sáng bão hoà vùng xanh da trời và xanh lá cây làm cho những vật mang màu xanh này lại càng lạnh hơn.

Những đèn có nhiệt độ màu trong khoảng trung bình (3500K đến 4000K) có màu trung hòa hoặc trắng. Ánh sáng trở nên cân bằng hơn trong phổ màu của mình.

Các đèn có nhiệt độ màu cao hơn (4000K hoặc lớn hơn) có màu trắng lạnh hoặc trắng xanh. Ánh sáng mặt trời mùa hè rất trắng có nhiệt độ khoảng 5500K. Một khi nhiệt độ màu đã xác định ta thường sử dụng thêm phân bố phổ đề lựa chọn đèn.

Độ hoàn màu biểu diễn bằng chỉ số hoàn màu (CRI) từ 0 đến 100, diễn tả độ hoàn màu của các vật được chiếu sáng trong mắt người so với màu thực của nó. CRI càng cao, khả năng hoàn màu càng lớn.

Theo IESNA, chỉ số hoàn màu là “đại lượng đo độ dịch màu của vật được chiếu sáng bởi nguồn sáng đang xét so với trường hợp chiếu sáng bởi nguồn sáng chuẩn có cùng nhiệt độ màu.”

Hình dung hai vật có CRI thấp. Vật màu đỏ trông đục đi trong khi vật màu xanh trông như xanh hơn. Nếu thay nguồn sáng có CRI cao thì vật màu xanh trông càng xanh hơn còn vật màu đỏ thì trông đỏ thật hơn.

Đèn sợi 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 cao CRI của đèn huỳnh quang và dèn phóng điện công suất cao.

Như đã khẳng định trong các định nghĩa của IESNA, để so sánh hai đèn cho trước chúng phải có cùng nhiệt độ màu để sự so sánh của chúng có ý nghĩa.

Những nguồn sáng ấm thường được ưa dùng trong gia đình, khách sạn và cửa hàng để tạo không khí ấm áp và tiện nghi, trong khi những nguồn sáng trung hòa hoặc lạnh thường được dùng trong công sở và những ứng dụng tương tự tạo cảm giác tỉnh táo hoặc những ứng dụng tại những nơi mà người sử dụng muốn nhìn các vật đúng màu, những nơi mà chất lượng màu là một đòi hỏi. Với những ứng dụng khác mà màu không quan trọng thì có thể sử dụng nguồn sáng có CRI thấp.

Đường cong KruithofMàu có thể ảnh hưởng gây ấn tượng lên độ chói. Nhiều thí nghiệm đã chứng minh tồn tại cực đại và cực tiểu của độ rọi cho mỗi giá trị nhiệt độ màu. Đường cong tao nhã Kruithof (hình H. II.1.9) cho thấy sự thay đổi của vùng nhìn tốt tương ứng với nhiệt độ màu của nguồn sáng sử dụng. Thấy rằng ánh sáng ấm nên dùng cho độ chói thấp. Trong một căn phòng chiếu sáng đồng đều với độ rọi khoảng 20 footcandles (1footcandles »10.76 lux) ta sẽ thấy khó chịu khi chiếu sáng bằng đèn dầu hoả (có CT khoảng 2000K) hoặc đèn có ánh sáng ban ngày (CT khoảng 5000K). Với đèn dầu hỏa có tông ấm độ rọi cảm thấy cao, không gian xung quanh thấy quá sáng. Ngược lại, với ánh sáng ban ngày thấy độ rọi yếu và căn phòng xám tối. Cả hai loại đèn huỳnh quang ấm (khoảng 3000K) và đèn sợi đốt thông thường (2700K-3000K) cho CT trong khoảng 2700K đến 3700K là khoảng chấp nhận được.

Lựa chọn đèn là việc không đơn giản nhưng việc thiết kế lắp đặt chúng mới quyết định sự thành công. Cảm giác chung thường đánh giá quan trọng mối quan hệ giữa màu của ánh sáng và màu của công trình, của các tường xung quanh và những yếu tó khác có ảnh hưởng đến quy hoạch trang trí. Mọi vật liệu có màu phải được lựa chọn ăn nhập vào điều kiện của chiếu sáng.

Không tồn tại một màu tốt nhất của đèn, cũng như không có khái niệm về một màu “thật”. Mỗi một phân bố phổ của nguồn sáng này sẽ làm “méo” màu của vật so với dùng nguồn sáng khác dù cho đó là những nguồn sáng tự nhiên như ánh sáng của chính mặt trời hay sau khi đã khúc xạ qua bầu khí quyển, hoặc những nguồn sáng nhân tạo như đèn sợi đốt, huỳnh quang hoặc HID. Một nguồn sáng màu “tuyệt diệu” cho một ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào người tiêu dùng và nói rộng hơn nữa – phụ thuộc vào hiệu suất thương mại, dễ dàng trong việc che chắn, điều khiển, bảo dưỡng, giá cả và chỉ số hoàn màu.

Hiệu suất của đèn

Hiệu suất đèn là tham số đo hiệu suất của nguồn sáng trong đơn vị lumen trên watt (LPW) xác định lượng ánh sáng phát ra khi tiêu thụ một watt năng lượng điện. LPW càng cao thì hiệu suất càng lớn. Quan trọng ở đây là LPW ảnh hưởng nhiều lên chi phí của cả hệ thống chiếu sáng. Sử dụng đèn hiệu suất cao có thể rất kinh tế mặc dù giá của đèn rất đắt.

Thời gian sống trung bình

Đèn được đánh giá theo thòi gian sống trung bình là thời gian mà 50% số lượng đèn sử dụng (cho là số lưọng đèn là đủ lớn) bị cháy. Đại lượng này được xác định 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 thường các hệ thống đèn huỳnh quang làm việc lâu hơn thời gian sống xác định cho nó.

Trong các chương dưới đây ta xem xét tỷ mỷ hơn những nguồn sáng sử dụng trong công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng.

Bạn quan tâm? Liên hệ ngay!

Trò chuyện với Chuyên Gia

Hãy để chúng tôi giúp đỡ bạn bắt đầu với sản phẩm đèn LED chiếu sáng.

Mua ở đâu

POTECH có nhiều nhà phân phối trên toàn quốc. Bạn có thể liện hệ trực tiếp đến một trong các địa chỉ sau đây nếu như có nhu cầu về đặt mua sản phẩm.

Xem Nhà Phân Phối

Chat Trực Tiếp

Bạn muốn trao đổi trực tiếp với nhân viên hỗ trợ ngay tại đây?

Chat Ngay

Hãy để chúng tôi giúp bạn bắt đầu với sản phẩm đèn LED

Gọi ngay để được tư vấn miễn phí:


Tư vấn kỹ thuật

Điện thoại cố định


Đảm bảo Tư vấn miễn phí 24/7.