Giáo trình Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình "Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: chiếu sáng tiết kiệm hiệu quả; các giải pháp thực hiện chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả; sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh Chương 4 CHIẾU SÁNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 4.1. Đại cương về chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả Theo suốt chiều dài lịch sử phát triển kỹ thuật, ngành Kỹ thuật chiếu sáng tiến những bước chậm chạp với nguồn sáng đơn sơ ban đầu bằng những bó đuốc, ngọn nến hay đèn dầu… và nhanh chóng chuyển qua kỷ nguyên phát triển rực rỡ của thời kỳ Ánh sáng điện. Nếu trước đây chiếu sáng chỉ nhằm “đẩy lùi bóng tối”, thì giờ đây với sự phát triển vượt bậc của Cách mạng khoa học kỹ thuật, đời sống vật chất và tinh thần của con người được cải thiện với nhiều bước đột phá, mục đích và yêu cầu về chiếu sáng cũng thay đổi. Chức năng chiếu sáng ngoài việc đảm bảo điều kiện tiện nghi lao động, tiện nghi sinh hoạt của con người, nâng cao giá trị thẩm mỹ cho các công trình kiến trúc, các hoạt động nghệ thuật văn hóa còn phải tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng không phải là tắt, không sử dụng các bóng đèn khi không có nhu cầu mà cần áp dụng đồng bộ các giải pháp công nghệ tiên tiến, sử dụng các nguồn sáng và các thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng và hiệu quả theo phương châm “tiêu tốn ít điện năng nhưng chất lượng ánh sáng tốt hơn” đáp ứng nhu cầu sử dụng, đồng thời giảm điện năng tiêu thụ trong chiếu sáng ở cả thành thị và nông thôn nhất là vào giờ cao điểm. Theo đà phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa đất nước, các đô thị khu công nghiệp, các xa lộ, các công trình văn hóa và thể thao đang phát triển nhanh chóng. Hiện nay trên quy mô toàn quốc, các huyện, xã và trên 85% hộ dân đã được cung cấp điện quốc gia, với tổng số trên 700 đô thị đang trên đà quy hoạch xây dựng và phát triển (trong đó có 5 thành phố lớn và 60 thành phố, 47 thị xã và trên 620 thị trấn) nhu cầu về chiếu sáng tăng trưởng rất lớn. Với số dân đô thị chỉ chiếm 26% dân số cả nước nhưng sử dụng trên 80% tổng số điện năng, trong đó chiếu sáng sử dụng tới 27% tổng điện năng. Với tốc độ phát triển như trên, việc đầu tư xây dựng các nhà máy điện không theo kịp tốc độ phát triển nhanh của nền kinh tế, tình trạng thiếu điện còn diễn biến lâu dài cho nên việc sử dụng điện năng hiệu quả và tiết kiệm là quốc sách hàng đầu. Kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ chiếu sáng tiện nghi trong đó chú trọng tiện nghi nhìn sang chiếu sáng tiện ích cần đảm bảo tiện nghi nhìn, thỏa mạn điều kiện lao động tốt nhưng triệt để tiết kiệm điện. 4.1.1. Các phương pháp tạo ra ánh sáng Ánh sáng chỉ là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ bay trong không gian. Những loại sóng này có cả tần suất và chiều dài, hai giá trị này giúp phân biệt ánh sáng với những dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ. Nguồn bức xạ ánh sáng thường là các nguyên tử bị kích thích. Theo thuyết lượng tử ánh sáng, khi các điện tử của nguyên tử từ mức năng lượng cao trở về mức năng lượng thấp hơn chúng phát ra proton và ánh sáng Sự biến thiên năng lượng của điện tử từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp hơn được biểu diễn bằng phương trình: hv 1240 E  E 2  E1  hv  (J)  (eV) λ λ 96 với h  6,6256.1034 J.s là hằng số Plank, c  3.108 m / s là tốc độ ánh sáng trong chân không, λ là bước sóng ánh sáng. Hình 4-1 mô tả sự biến thiên năng lượng của các điện tử (electron) trên quỹ đạo. Bình thường các điện tử trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản với năng lượng thấp, khi nhận thêm năng lượng, chúng “nhảy” lên các mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Các điện tử chỉ tồn tại ở mức kích thích trong thời gian rất ngắn rồi trở về năng lượng cơ bản và phát ra photon. Hình 4-1. Sự chuyển mức năng lượng của điện tử. Hình 4-1 cũng biểu diễn bức xạ kích thích từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao hơn và bức xạ tự phát từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn. Trường hợp chất khí (ở áp suất thấp), khoảng cách giữa các nguyên tử lớn, số lượng lớn hạt chuyển động mức năng lượng giới hạn vì vậy chúng thường phát ra quang phổ vạch. Trường hợp áp suất chất khí cao, khoảng cách giữa các nguyên tử ngắn, tương tác giữa các nguyên tử làm mở rộng mức năng lượng vì vậy quang phổ phát ra thường rộng hơn. Hình 4-2 biểu diễn quang phổ của ánh sáng mặt trời, thủy ngân và khí hydro: Hình 4.2: Bức xạ phóng điện trong từng loại chất khí Hình 4-2. Quang phổ của ánh sáng mặt trời, ánh sáng thủy ngân và khí hydro 97 Một cách tổng quát, để tạo nên điện tử kích thích, người ta thường dùng một trong bốn phương pháp sau đây: a, Kích thích nhiệt: Tạo ra bởi dao động nhiệt của các hạt vật chất trong chất rắn khi bị nung nóng. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn sợi đốt. Phổ ánh sáng do các vật được nung nống phát ra là phổ liên tục và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. b, Kích thích điện: Tạo ra bởi va chạm của các hạt mang điện gia tốc trong điện trường. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn phóng điện chất khí. Phổ ánh sáng giàn đoạn và phụ thuộc vào bản chất cũng như nồng độ chất khí. c, Kích thích quang: Tạo ra bởi sự hấp thụ photon (bức xạ thứ cấp). Đây là nguyên lý làm việc của các đèn huỳnh quang. Trong đèn huỳnh quang, bức xạ sơ cấp của hơi thủy ngân trong miền tử ngoại kích thích lớp bột huỳnh quang phát sáng thứ cấp. Ánh sáng do sự phát xạ thứ cấp có thể là quang phổ liên tục hoặc quang phổ vạch, nhưng bao giờ cũng có bước sóng dài hơn, thường là ở vùng nhìn thấy. d, Kích thích trong chất bán dẫn: Khi lớp chuyển tiếp p-n của một số chất bán dẫn được đặt vào điện trường ngoài theo chiều thuận sẽ phát các photon. Đây chính là nguyên lý làm việc của các đèn ...