KHCN02. CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG LĨNH VỰC CÔNG NGHIỆP

Chiếu sáng đóng vai trò “đẩy lùi bóng tối”, tạo không gian tiện nghi thị giác cho mọi hoạt động kinh tế xã hội. Đối với lĩnh vực công nghiệp, chiếu sáng là yếu tố quyết định đến năng suất lao động và chất lượng sản phẩm và còn nhiều dư địa tiết kiệm năng lượng. Ở Việt Nam kể từ khu chế xuất đầu tiên Tân Thuận ra đời cách đây 30 năm đến nay cả nước đã có 374 khu công nghiệp với diện tích 114 ngàn héc ta, tỷ lệ lấp đầy 73,3% [1]. Trong thời gian gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chiếu sáng LED đã thúc đẩy kỹ thuật chiếu sáng nói chung và chiếu sáng công nghiệp nói riêng chuyển sang một thời kỳ phát triển bùng nổ. Công nghệ Internet kết nối vạn vật IoT cũng là yếu tố thúc đẩy sự phát triển của công nghệ chiếu sáng thông minh và tiết kiệm năng lượng.

Chiếu sáng công nghiệp phải thỏa mãn các tiêu chuẩn:

TCVN 7114:2008 - bộ Tiêu chuẩn Chiếu sáng vùng làm việc về độ lớn và chất lượng ánh sáng.
QCVN 09:2013/BXD - Quy định về Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
QCVN 22:2016/BYT - về Chiếu sáng.

Tính đến những yếu tố mới trong công nghệ chiếu sáng, từ năm 2020 Bộ Xây dựng đã tổ chức rà soát lại bộ Tiêu chuẩn Chiếu sáng và dự kiến công bố vào thời gian sắp tới.

Tóm tắt một số chỉ tiêu cơ bản của các tiêu chuẩn này như sau:

Độ rọi E (lux), quy định độ rọi tối thiểu trên bề mặt làm việc tùy theo tính chất, mục đích công việc trong lĩnh vực sản xuất cụ thể, đảm bảo ánh sáng về số lượng.
Về mặt chất lượng, ánh sáng nhân tạo phải có màu sắc phù hợp môi trường lao động, đảm bảo tiện nghi nhìn. Chỉ số thể hiện màu CRI (Color Rendering Index) được đánh giá bằng cách so sánh màu của ánh sáng đèn so với ánh sáng tự nhiên, CRI > 80 ánh sáng trung thực.
Đảm bảo tiện nghi thị giác, khả năng chống chói lóa, ánh sáng không nhấp nháy, không gây hiệu ứng quay chuyển làm mắt không nhận rõ vật đang quay.

Bảng 1. Tóm tắt các chỉ tiêu cơ bản của chiếu sáng công nghiệp trích từ TCVN 7114:2008.

Bộ Tiêu chuẩn Chiếu sáng vùng làm việc

Có nhiều giải pháp công nghệ chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả nói chung và chiếu sáng công nghiệp nói riêng. Trong thời gian vừa qua Dự án Chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả do UNDP tài trợ, các cơ quan phối hợp thực hiện là Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Hội Chiếu sáng Việt Nam đã tổ chức nhiều khóa đào tạo, biên soạn tài liệu [2], trình diễn sản phẩm về công nghệ LED. Có thể tóm tắt một số giải pháp chính là:

Đây là giải pháp quan trọng nhất và khả thi vì các đèn LED tương thích với các đèn phóng điện nên không phải thay hệ thống cung cấp mới. Các sản phẩm bộ đèn LED thay thế do các công ty trong nước chế tạo như Rạng Đông, Điện Quang ... đáp ứng đầy đủ TCVN, có chất lượng và độ tin cậy cao, sẵn có trên thị trường [3]. Đối với chiếu sáng công nghiệp các bộ đèn Highbay LED của Rạng Đông đã đạt giải thưởng Topten về hiệu quả năng lượng 2020 do Ban chỉ đạo Tiết kiệm năng lượng Bộ Công Thương và Hội Khoa học và Công nghệ Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam (VECEA) trao tặng. Hiện nay nhiều xí nghiệp công nghiệp, đặc biệt các nhà máy xây dựng trước năm 2000 vẫn còn sử dụng các loại đèn phóng điện như đèn thủy ngân, đèn sodium, đèn huỳnh quang, đèn compact... Do nhiều lý do về kinh phí và nhận thức của lãnh đạo về công nghệ LED nên các hệ thống chiếu sáng cũ vẫn còn được sử dụng khá phổ biến. Lợi ích tiết kiệm điện 50% của đèn LED thay thế so với các đèn phóng điện chất khí tương thích và tuổi thọ tăng từ 12.000 giờ lên 30.000 giờ của LED sẽ nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư. Khả năng thu hồi vốn đầu tư của việc thay thế hệ thống chiếu sáng cũ bằng công nghệ LED vào khoảng 1 năm nếu nhà máy làm việc 3 ca.

Một ví dụ điển hình là Dự án nâng cấp chiếu sáng nhà máy Thủy điện Hòa Bình năm 2016 do công ty Bóng đèn phích nước Rạng Đông thực hiện theo sáng kiến của Hội Điện lực Việt Nam. Nhà máy thủy điện Hòa Bình đã thay thế 400 bộ đèn huỳnh quang của Nga trong các gian máy bằng bộ đèn tube LED của Rạng Đông và thay thế đèn chiếu sáng hầm Sodium 250 W bằng đèn đường LED 150 W của Rạng Đông. Trên kết quả này Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã định hướng các Công ty Điện lực địa phương nhanh chóng thay thế hệ thống chiếu sáng cũ, kể cả chiếu sáng trụ sở EVN bằng công nghệ LED. Kết quả dự án được cho trong bảng 2.

      Bảng 2. Lợi ích tiết kiệm điện do thay thế hệ thống chiếu sáng cũ bằng đèn LED của Thủy điện Hòa Bình

(Hiệu quả tiết kiệm điện của dự án là: (350.400 + 131.400) – (140.160 + 65.700) = 276.000 kWh)

Điều quan trọng khi sử dụng giải pháp thay thế hệ thống chiếu sáng cũ bằng công nghệ đèn LED là cần lựa chọn sản phẩm của các thương hiệu uy tín. Hiện nay ở Việt Nam có trên 300 nhà cung cấp đèn LED, số đông chỉ làm công việc đóng gói các sản phẩm trôi nổi nên cần cảnh giác trước khi lựa chọn sản phẩm.

Khi sử dụng đèn LED trong công nghiệp cần lưu ý là một số ngành công nghiệp chế tạo cơ khí như rèn dập sử dụng các động cơ lớn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, lò cao tần, tụ bù... dao động điện áp lớn, làm xuất hiện các xung điện áp cao ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của đèn LED, vì vậy tủ điện chiếu sáng phải bố trí thêm bảo vệ xung điện áp SPD (Surge Protective Device).

Khi bắt đầu một dự án chiếu sáng mới cần phân tích chi tiết các yêu cầu về chất lượng của hệ thống chiếu sáng. Ngoài việc lựa chọn nguồn sáng là các bộ đèn LED thích hợp cũng cần chú ý cách bố trí đèn chiếu sáng trực tiếp và chiều cao treo đèn hợp lý. Vì độ rọi tỷ lệ nghịch với bình phương độ cao treo đèn nên cố gắng bố trí đèn ở độ cao hợp lý, điều đó sẽ giảm số lượng đèn cần thiết. Bảng 3 hướng dẫn độ cao treo đèn theo công suất của đèn. Nên sử dụng các phần mềm chiếu sáng như DIALUX, CALCULUX... có kèm mô phỏng không gian của hệ thống chiếu sáng.

               Bảng 3. Chiều cao treo đèn

2.3. Triệt để sử dụng ánh sáng ban ngày

Thiết kế nhà xưởng công nghiệp có kích thước lớn cần được tính toán sử dụng ánh sáng ban ngày bằng các giải pháp:

- Ô lấy ánh sáng từ mái bằng kính hoặc tấm nhựa trong (Hình 1) tạo đường đi cho ánh sáng vào sâu bên trong công trình. Tấm nhựa này phải bền, chịu ảnh hưởng nhiệt độ và tia UV (Hình 2).

- Cửa số rộng bằng kính mờ.

- Sử dụng hệ thống dẫn ánh sáng. Hệ thống chiếu sáng này gồm 3 bộ phận:

Vòm thu ánh sáng bằng nhựa acrilic trong suốt đặt trên mái. Đây là vật liệu có khả năng chắn tia UV, giảm nhiệt lượng truyền trong ống. Cấu tạo của vòm thu gồm nhiều thâu kính Fresnel, ví dụ của Solar Master cho phép tụ tiêu triệt để ánh sáng có tia tới theo nhiều góc tới kể từ sáng sớm đến cuối buổi chiều (Hình 3).
Ống dẫn truyền dẫn ánh sáng từ vòm thu tới các ô sáng đặt trong các phòng. Ống bằng nhôm anôt hóa bền mặt bên trong phủ một lắp đặc biệt cho phép đạt hệ số phản xạ 99,7%.
Các ô sáng đặt xen kẽ các đèn được tự động bật tắt theo yêu cầu độ rọi. Khi có đủ ánh sáng mặt trời các đèn đều tắt nhờ đó giảm điện năng tiêu thụ.

Năm 2018 Hội Chiếu sáng Việt Nam đã thực hiện đề tài Thiết kế và lắp đặt hệ thống chiếu sáng bằng hệ thống dẫn ánh sáng cho Công ty chế tạo máy biến áp ABB. Đã lắp đặt thành công hệ thống này tại phân xưởng chính chế tạo biến áp của ABB 81 Ngọc Hồi Hà Nội.

Sử dụng rộng rãi dàn pin năng lượng mặt trời: Các gian xưởng công nghiệp có diện tích mái rộng rất thích hợp bố trí dàn pin năng lượng mặt trời. Nhờ nguồn điện tái tạo này có thể đủ điện tự dùng trong xí nghiệp và khi thừa có thể bán cho lưới điện (Hình 4). Hiện nay giá thành của hệ thống dàn pin năng lượng kể cả ắc quy dự trữ và biến tần giảm nhiều, cho phép khuyến khích đầu tư hệ thống chiếu sáng có sử dụng dàn pin mặt trời.

             

           Hình 1. Ô sáng từ mái                                               

Hình 2. Tấm nhựa lấy ánh sáng    

    Hình 3. Vòm thu ánh sáng

2.4. Tự động hóa hệ thống chiếu sáng xí nghiệp

Trong cách mạng công nghiệp 4.0, hệ thống cảm biến (cảm biến quang, cảm biến tiếp cận hồng ngoại,cảm biến siêu âm...) kết hợp với kỹ thuật vi điều khiển và mạng WiFi và phần mềm trí tuệ nhân tạo cho phép thực hiện hệ thống chiếu sáng thông minh, chất lượng cao và tiết kiệm năng lượng. Hình 5 là hình ảnh công tắc thông minh của công ty Lumi điều khiển bằng điện thoại thông minh. Đây là công ty Việt Nam do các kỹ sư trẻ tốt nghiệp ĐHBK khởi nghiệp và đang chiếm lĩnh thị phần quan trọng về các thiết bị tự động hóa hệ thống chiếu sáng [4].

                                          

             Hình 4. Chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời      

                                         

                 Hình 5. Công tắc thông minh của Lumi                        

Tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho chiếu sáng nói chung và chiếu sáng công nghiệp nói riêng rất lớn. Vấn đề là cần thay đổi nhận thức của đội ngũ lãnh đạo và cán bộ kỹ thuật và truyền thông về lĩnh vực này. Về công nghệ có nhiều giải pháp có thể áp dụng, các sản phẩm Việt Nam đang có trên thị trường hoàn toàn đáp ứng cho lĩnh vực chiếu sáng công nghiệp./.

Hội KHCN sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Các khu công nghiệp Việt Nam TS. Phạm Hữu Thăng, nguyên Cục trưởng Cục đầu tư, Bộ KHĐT

[2] Kỹ thuật chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000 - Lê Văn Doanh chủ biên

[3] Catalô sản phẩm của Rạng Đông, Điện Quang

[4] https://www.lumi.vn Nhà thông minh Lumi