Tầm quan trọng của hệ số sử dụng (UF) trong chiếu sáng và phương pháp tính toán

Hệ số sử dụng (UF) là một chỉ số quan trọng trong thiết kế hệ thống chiếu sáng, đặc biệt trong việc tính toán lượng ánh sáng cần thiết để chiếu sáng một không gian cụ thể. UF phản ánh tỷ lệ giữa lượng ánh sáng thực tế đến được các bề mặt như trần, sàn, tường so với lượng ánh sáng phát ra từ các nguồn sáng.

UF(i)= Fi​​/​FL

Trong đó:

Fi: Quang thông mà bề mặt nhận được

FL: Quang thông đèn

Nói cách khác, UF cho biết hiệu quả của hệ thống chiếu sáng trong việc đưa ánh sáng từ nguồn sáng đến bề mặt cần chiếu sáng. Lượng ánh sáng thực tế là tổng lượng ánh sáng mà một bề mặt nhận được từ tất cả nguồn sáng, bao gồm ánh sáng trực tiếp từ bóng đèn và ánh sáng gián tiếp phản xạ từ các bề mặt khác. Đây chính là lượng ánh sáng được đo trên bề mặt làm việc, quyết định liệu không gian có được chiếu sáng đủ để thực hiện công việc cần thiết hay không.

Các công thức đề cập đến mô tả sự cân bằng bức xạ bên trong một phòng được chiếu sáng, làm nổi bật cách ánh sáng tương tác với các bề mặt khác nhau như trần nhà, sàn nhà và tường. Sự cân bằng này được xác định bởi hai yếu tố chính: quang thông trực tiếp từ đèn chiếu sáng và quang thông được phản xạ từ các bề mặt khác.

Ví dụ, quang thông trực tiếp từ đèn được biểu diễn qua DF(i) cho mỗi bề mặt, trong đó i biểu thị vị trí bề mặt (1 cho trần, 2 cho sàn và 3 cho tường). Bên cạnh đó, phần quang thông thông phản xạ được tính toán thông qua các biểu thức như F₂ x ρ₂ x D_{s_21}, mô tả lượng ánh sáng phản xạ từ sàn nhà đến trần nhà, với ρ _2 là hệ số phản xạ của sàn nhà và  D_{s_21} là hàm truyền quang thông giữa sàn và trần nhà.

Hàm truyền quang thông, _{Ds_ij}, đặc biệt quan trọng vì nó tính đến hiệu quả truyền ánh sáng giữa các bề mặt dựa trên kích thướt hình học của căn phòng thông qua chỉ số RI và các yếu tố khác. Trong mô hình này, thậm chí cả bề mặt tường cũng được tính đến khả năng “nhận” ánh sáng từ chính nó qua hệ Ds_33, điều này cho thấy tường cũng phản xạ ánh sáng trở lại chính nó.

Ví dụ, nếu chúng ta xét đến bề mặt sàn nhà, lượng ánh sáng thực tế cụ thể mà sàn nhận được sẽ bao gồm:

Ánh sáng trực tiếp từ các bóng đèn được biểu diễn qua hệ số phân phối DF(2).

Ánh sáng phản xạ từ trần nhà đến sàn nhà được tính toán qua  UF(1) x ρ ₁x D_{s_12}.

Ánh sáng phản xạ từ tường đến sàn nhà được tính toán qua UF(3) x ρ ₃ x D_{s_32}.

Tương tự, lượng ánh sáng thực tế cụ thể cho trần nhà và tường cũng được tính toán theo cách tương tự, bằng cách cộng dồn ánh sáng trực tiếp và gián tiếp từ các bề mặt khác. Điều này giúp ta hiểu được cách ánh sáng được phân phối trong một không gian và là cơ sở để thiết kế hệ thống chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

Chuyển đổi cách ánh sáng tướng tác trong không gian để tính UF

UF là tỷ lệ của thông lượng ánh sáng nhận được bởi một bề mặt so với tổng thông lượng ánh sáng phát ra từ đèn từ phương trình UF(i)= Fi​​/​FL và các phương trình mà ánh sáng tương tác trong không gian ta được:

Hệ số sử dụng cuối cùng là:

Công thức tính UF giúp chúng ta hiểu cách ánh sáng từ đèn được sử dụng trên các bề mặt cần chiếu sáng. Tuy nhiên, đôi khi chúng ta cần biết điều ngược lại: Với mức độ chiếu sáng mong muốn (tức là các giá trị UF đã định sẵn thông qua các yêu tố có thể thay đổi được như kích thước phòng, màu sắc phòng…), chúng ta cần bao nhiêu lượng ánh sáng trực tiếp (DF) từ đèn để đạt được yêu cầu đó.

Để làm điều này, chúng ta chuyển đổi hệ phương trình từ sang và biểu diễn chúng dưới dạng ma trận. Việc sử dụng ma trận nghịch đảo giúp đơn giản hóa việc tính toán và đảm bảo rằng các giá trị đã định sẵn được đạt được thông qua các giá trị F tương ứng.

Sau khi thay các giá trị vào ma trận nghịch đảo chúng ta có được hệ số truyền (TF) của tất cả các các thành phần từ trần, sàn, tường sau đó nhân với tất cả các giá trị của DF(1), DF(2), DF(3) ta được hệ số sử dụng cuối cùng.

Cuối cùng:

UF(C) = TF(C, C) x DF(C) + TF(F, C) x DF(F) + TF(W, C) x DF(W)

UF(F) = TF(C, F) x DF(C) + TF(F, F) x DF(F) + TF(W, F) x DF(W)

UF(W) – TF(C, W) x DF(C) + TF(F, W) x DF(F) + TF(W, W) x DF(W)

Với tính toán phức tạp sử dụng nhiều biến số, chúng tôi khuyến khích bạn sử dụng công cụ bảng tính của chúng tôi để thuận tiện trong việc xác định hệ số sử dụng UF một cách chính xác và hiệu quả. Bảng tính này được thiết kế để hỗ trợ bạn trong việc tính toán, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian. Truy cập tại đây

Giải thích thuật ngữ và các biến chuyển đổi

Số 1: Chỉ các thành phần, yếu tố liên quan đến trần nhà  (C)

Số 2: Chỉ các thành phần, yếu tố liên quan đến sàn nhà  (F)

Số 3: Chỉ các thành phần, yếu tố liên quan đến tường nhà  (W)

Tính toán các hệ số bề mặt khác dựa trên hệ số bề mặt trần sàn(hàm truyền)

D_{s_12}=D_{s_21}
D_{s_13}=D_{s_23}
D_{s_31}=((RI))/2 D_{s_13}  nơi  D_{s_13}=(1-D_{s_12} )
D_{s_33}=(1-D_{s_31}-D_{s_32} )=(1-2D_{s_31} )=(1-(RI)D_{s_13} )