Светотехнические расчеты осветительных установок

В практике расчета общего электрического освещения помещений наиболее распространены следующие методы расчета:

• — точечный метод, подразделяемый в зависимости от вида излучателей на методы пространственных (лампы накаливания, ДРЛ, ДРИ, и ДНаТ) и линейных (люминесцентные лампы) изолюкс;
• — метод коэффициента использования светового потока осветительной установки;
• — метод удельной мощности.

Точечный метод позволяет определить световой поток источников, необходимый для создания требуемой освещенности в любой точке произвольно расположенной плоскости при известном расположением светильников и условий, что отраженный от стен, потолка и рабочей поверхности световой поток не создаст существенной освещенности рассматриваемой точке.

Точечный метод применяется при расчете равномерного и локализованного освещения вертикальных и наклонных горизонтов плоскостей наружного освещения.

Расчет осветительной установки с круглосимметричными точечными излучателями точечным методом производят в следующей последовательности:

1) После размещения светильников на плане помещения намечают контрольные точки и вычисляют в них условную освещенность.

При использовании точечным методом недостаточно ясным и обоснованным элементом расчета является выбор характеристик контрольных точек для расчета условной освещенности е. Характерные контрольные точки для случая общего равномерного освещения показаны на рисунке 2.2.

Если контрольная точка, А на горизонтальной поверхности освещается одновременно несколькими круглосимметричными светильниками, то ее освещенность будет равна сумме освещения е, создаваемых каждых светильников в отдельности.

Для упрощения расчетов по нахождению е определены пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности /1/.

По кривым пространственных изолюкс находится точка с заданными d и НР, а условная горизонтальная освещенность е определяются путем интерполирования. Значения d — кратчайшее расстояние между контрольной точкой, А и точкой проекции светового центра светильника на горизонтальную плоскость, на которой расположена точка А, определяется обмером по масштабному плану.

К выбору контрольных точек для различных вариантов размещения светильников с лампами накаливания (а также ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) и люминесцентными лампами.

HP.

Если значения d и HP выходят за пределы координат кривых пространственных изолюкс условной горизонтальной освещенности, то можно обе эти координаты увеличить (уменьшить) в n раз так, чтобы точка оказалась в пределах графика, а определенная по графику значение е увеличить (уменьшить) в n2 раз.

Трудно определить, какие светильники следует считать «ближайшим» и учитывать в е. Часто можно считать, что эти светильники с трех наименьших расстояний d на рисунке 2.2 контрольные точки соединены линиями с теми светильниками, от которых обычно определяются значения е. Вообще же, чем шире кривая света распределения светильников (типы Д, Л, Ш), тем большую роль играют «удаленные» светильники и тем тщательнее следует их учитывать. Во всех случаях при определении е не должны учитываться светильники, реально не создающие освещенности в контрольной точке из-за ее затенения оборудованием или самим рабочим при его нормальном фиксированном положении у рабочего места.

Если нормируется освещенность вертикальной поверхности, то условная освещенность от каждого «ближайшего» светильника пересчитывается по формуле.

. (2.8).

2) Из контрольных точек в качестве расчетных выбирают те точки освещаемой площадки, в которых е имеет наименьшее значение.

В принципе не следует выискивать точки абсолютного минимума у стен или углах: если в подобных точках есть рабочие места, то задача доведения освещенности в этих точках до нормы может быть решена увеличением мощности источника в ближайших светильниках или установкой дополнительных светильников.

3) Требуемый световой поток источника света ФР с учетом коэффициента запаса k3 определяется по формуле.

(2.9).

где Еmin — нормативное значение освещенности рабочей поверхности, лк;

k3 — коэффициент запаса;

— коэффициент добавочной освещенности, учитывающий воздействие «удаленных» источников и отраженных световых потоках на освещаемую поверхность (принимается равным 1,1…1,2);

— коэффициент полезного действия светильников в нижнюю полусферу учитывается в формуле, если условную освещенность определяют по детализированным кривым условной горизонтальной освещенности с различными кривыми силы света, о.е.

4) По расчетному потоку подбирается стандартная лампа, световой поток которой ФЛ отличается от расчетного в пределах от -10 до +20%, то есть.

. (2.10).

При невозможности выбора лампы с указанным допуском корректируется расположение светильников.

При выборе мощности источников необходимо стремиться, чтобы мощность выбранной лампы по возможности совпадала с допустимой номинальной мощностью для данного светильника. Например, если у нас принят светильника типа НСП21, а в результате светотехнического расчета получили мощность лампы, равную 100 Вт, то необходимо принять светильник НСП21 100…, а не НСП21 200… В противном случае в реальной установке возможно получить освещенность, отличающуюся от расчетного значения.

Если мощность источника отличается от номинальной для данного типа светильника, и особенно, если этот принятый источник имеет отличающиеся координаты светового центра (например, из-за несоответствия размеров, как у ламп 100 и 200 Вт), то искажается форма пространственной кривой силы света. При этом новая форма пространственной кривой силы света светильника становится отличной от паспортных (справочных) данных, следовательно, изменяются и кривые относительной освещенности, а также условная и фактическая освещенность в рассматриваемой точке.

5) Подсчитывают суммарную мощность осветительной установки.

Точечный метод является самым точным методом расчета осветительных установок. При его применении погрешность расчета минимальная. Однако точечный метод трудоемок, что и определяет его не частое применение (в основном, для осветительных приборов и проверочных расчетов, а также тогда, когда другие методы применять не возможно, например, в случае локализованного и местного освещения, освещения наклонных поверхностей и т. п.).

Освещенность по известной силе света источника излучения можно определить по формуле.

(2.11).

где I — сила света источника в направлении освещаемой площади, кд;

— угол между нормалью к элементу поверхности и направлением силы света;

lрасстояние от источника до контрольной точки, м.

Расчет осветительной установки точечным методом в применении к осветительным установкам с линейными излучателями (люминесцентными лампами) называют методом линейных изолюкс и производят следующие последовательности.

1) Проверяют применимость метода.

Метод применяется только тогда, когда длина излучателей превышает половину расчетной высоты подвеса и их нельзя рассматривать как точечные. Анализ показывает, что если ряд линейных излучателей имеет разрывы, то его можно считать непрерывным, если длина разрыва линии менее половины расчетной высоты.

2) После размещения на плане помещения светящихся линий намечают контрольные точки и вычисляют условную освещенность.

При выборе контрольных точек следует учесть, что в случае большой длины светящейся линии начиная примерно от 2НР, сильно сказывается уменьшение освещенности у них концов (примерно в двое по сравнению с освещенностью центральных участков при рядах неограниченной длины). Для компенсации этого достаточно продлить линию на 0,8НР за пределы освещаемой поверхности или на расстоянии 0,5НР до конца светящейся линии обеспечить двойное значение Ф (удвоить расчетное количество излучателей или светильников), или дополнительно продольные ряды светильников замыкающими их поперечными. В случае принятия одной из этих мер при общем равномерном освещении контрольные точки, как правило, выбираются посредине между рядами светильников и линий.

При общем освещении больших помещений часто указанных компенсаций не предусматривается в предположении, что непосредственно у торцевых стен работ не производится. В этом случае ряды до торцевых стен и контрольные точки выбираются на расстоянии примерно НР от последних. При заданных характеристиках светящейся линии освещенность точки зависит от трех параметров: расчетной высоты подвеса НР длины линии L и кратчайшего расстояния р от контрольной точки, А до проекции светящейся линии на горизонтальную поверхность с рассматриваемой точки А. Для облегчения расчета по методу линейных изолюкс получены расчетные графики позволяющие при известных значениях НР, L, и р определить условную освещенность в контрольной точке рабочей поверхности с учетом допущений о том, что рассматриваемая точка расположена против конца светящейся линии, условная линейная плотность светового потока которой равна Ф/ = 1000лмм-1, а НР = 1 м. Освещенность других точек определяется путем разделения светящийся линии на части дополнения их воображаемыми отрезками, освещенность от которых затем суммируется или вычитается.

Расчет осветительной установки со светящимися линиями удобно производить с помощью графиков линейных изолюкс /1/. При использовании кривыми линейных изолюкс по плану обмеряют размеры р и L, определяют отношение р/ = р/НР и L/ = L/HP, по кривым находят значения условной освещенности е при координатах р/ и L/ путем интерполирования между ближайшими линейными изолюксами. Линии, для которых L/ 4, при расчетах рассматриваются как неограниченно длинные и значение условной освещенности находят для L/ = 4.

Суммирование значений е от ближайших рядов или их частей, освещающих точку, даете.

3) Необходимая линейная плотность светового потока определяется как.

(2.12).

К определению условной освещенности в точке, не лежащей против конца светящийся линии.

4) По известному значению Ф осуществляется компоновка линии. Для компоновки линии вначале определяется необходимый световой поток ламп в линии, как произведение ФL. После этого определяется количество светильников в ряду.

(2.13).

Значение NА округляют в сторону увеличения и определяют действительные расстояния между светильниками и суммарное количество светильников в помещении N.

Метод коэффициента использования светового потока осветительной установки применяют при расчете общего равномерного освещения горизонтальной поверхности в помещении при отсутствии крупных затеняющих предметов и с учетом отраженных от стен и потолка световых потоков. Метод нельзя применять при расчете локализованного освещения, освещения наклонных поверхностей и местного освещения.

Прядок расчета по методу коэффициента использования светового потока следующий:

• — проверяют применимость метода;
• -о пределяют коэффициенты отражения потолка n, стен с и рабочей поверхности р (таблица 1.1) и индекс помещения.

Индекс помещения определяют по формуле.

(2.14).

где, А и В — длина и ширина освещаемого помещения, м.

— Определяют коэффициент использования светового потока и вычисляют требуемый световой поток источника света или число светильников в освещаемом помещении.

Коэффициент использования светового потока указывает ту часть светового потока источников, которая достигает рабочей поверхности с учетом различных потерь. Его значение определяют по справочным таблицам, интерполируя при необходимости в соответствии с требуемым индексом помещения (приложение Г).

В справочные таблицы по определению коэффициента использования светового потока входят индекс помещения i и коэффициенты отражения потолка n, стен с и рабочей поверхности р. Дальнейший расчет освещения, выполненного люминесцентными лампами, ведется по пункту 5.

Расчетный световой поток каждой лампы накаливания ФР рассчитываемой осветительной установки определяется по формуле.

(2.15).

где Еmin — нормируемая освещенность, лк;

kЗ — коэффициент запаса ;

S — площадь освещаемого помещения, м2;

z — коэффициент минимальной освещенности (при расчете освещения от светильников с лампами накаливания, ДРЛ, ДРИ, и ДНаТ z = 1,15, с люминесцентными лампами z = 1,1, а для всех светильников отраженного света z = 1,0);

nc — число ламп в светильнике, шт;

N — общее число светильников в помещении, шт;

— коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Выбирают лампу накаливания, имеющую световой поток с учетом требований.

(2.16).

При невозможности выбора лампы с указанным допуском корректируется расположение светильников По методу коэффициента использования светового потока определить число светильников с люминесцентными лампами в освещаемом помещении можно по формуле.

(2.17).

Тогда число светильников в ряду.

(2.18).

Значение N’А обычно округляют в сторону увеличения, тогда.

N =NАNВ.

Методом коэффициента использования светового потока можно также произвести проверочный расчет осветительной установки, для чего известные формулы преобразуют в следующий вид.

. (2.19).

Методом удельной мощности пользуются для приближенного расчета осветительных установок помещений, у которых отсутствуют существенные затенения рабочих поверхностей и к освещению которых не предъявляются особые требования, например, вспомогательные и складские помещения, кладовые, коридоры и т. д.

В основу метода удельной мощности положены результаты многочисленных расчетов средних значений мощности источников, приходящихся на 1 м² освещаемой поверхности. На основе подобных результатов составлены справочные таблицы (приложение Д), позволяющие соответствии всех параметров осветительной установки паспортным данным таблиц определить необходимую удельную мощность источников (Р'уд), обеспечивающую требуемые условия освещения.

К паспортным данным таблиц удельной мощности при лампах накаливания относят: тип светильников; нормируемую освещенность; коэффициент запаса (при его значениях, отличных от указанных в таблицах, допускается пропорциональный пересчет значений удельной мощности); коэффициенты отражения поверхностей помещения (таблицы рассчитаны для коэффициентов отражения потолка р =50% стен с = 30% и рабочей поверхности р = 10%; допускается при более светлых поверхностях уменьшать, а при более темных — увеличивать Р’уд на 10%); напряжение питания источников света (для ламп накаливания принято напряжение 220 В).

Для ламп типа ДРЛ сохраняет силу все вышесказанное, но со следующими отличиями: таблицы приводятся только для освещенности 100 лк, так как в данном случае имеет место прямая пропорциональность между Еmin и Руд; таблицы составлены без учета напряжения сети, к которому подключают источник.

Порядок расчета по методу удельной мощности будет такой:

1) По расчетной высоте подвеса и площади освещаемого помещения для выбранного типа светильника по справочной таблице определяют табличное значение удельной мощности источника Р’уд, которое затем корректируют для приведения в соответствие всех параметров осветительной установки паспортных данных таблиц. После корректировки получаем расчетное значение удельной мощности источников РУД. Таким образом Руд = Рудk1k2k4, (2.20).

где k1 — коэффициент приведения коэффициента запаса к табличному значению;

k2 — коэффициент приведения коэффициентов отражения поверхностей помещения к табличному значению;

k4 — коэффициент приведения напряжения питания источников к табличному значению (например, для пересчета UH = 127 В на.

UH = 220 В принять k4 = 0,86).

2) Расчетную единичную мощность источника Рр, Вт, определяют по формуле.

(2.21).

• 3) По расчетной мощности лампы РР с учетом шкалы мощностей выпускаемых промышленностью источников света выбирают подходящую лампу такой, чтобы
• 0,9РрРл1,2Рр. (2.22)

Если осветительная установка выполняется посредством отдельных светильников с люминесцентными лампами, а соотношение их размеров и расстояний до рабочей поверхности позволяет отнести излучатели к точечным (длина светильника не превышает половину расчетной высоты подвеса), то для расчета осветительных установок могут быть применены методы коэффициента использования светового потока и удельной мощности.

По методу удельной мощности к паспортным данным таблиц удельной мощности при люминесцентных лампах относятся: тип светильников; коэффициент запаса (при его значениях, отличающихся от указанных в таблицах, допускается пропорциональный пересчет значений удельной мощности); коэффициенты отражения поверхности помещения (таблицы рассчитаны для коэффициентов отражения потолка n = 50%, стен с = 30% и рабочей поверхности р = 10%; допускается при более светлых поверхностях уменьшать, а при более темных — увеличивать Р’уд на 10%); таблицы приведены для освещенности 100 лк, так как в данном случае имеет место прямая пропорциональность между Еmin и Руд; в качестве паспортных данных учтены тип и мощность лампы, а также соответствующие им световой поток и световая отдача.

Метод удельной мощности часто используют только для приближенного определения установленной мощности осветительной установки сельскохозяйственного освещения.

Расчетное значение удельной мощности Pуд определяется как и ранее по табличному значению удельной мощности источника и коэффициентов, приводящих в соответствие все параметры осветительной установки паспортным данным таблиц, т. е.

(2.23).

При расчете осветительной установки со светильниками с люминесцентными лампами по расчетной удельной мощности определяют число светильников.

(2.24).

и компонуют осветительную установку в соответствии со строительным модулем помещения.

Рассмотренные методы позволяют рассчитать осветительную установку большинства сельскохозяйственных помещений.

При изготовлении осветительных установок важно, чтобы они соответствовали требованиям СНиП 11−4-79 не только к минимальным значениям освещенности рабочих поверхностей, но и к регламентируемым качествен ным показателям: дискомфорта и ослепленности, коэффициента пульсации освещенности и цилиндрической освещенности. Из указанных качественных показателей освещения рабочих поверхностей для относительно невысоких помещений сельскохозяйственного производства к наиболее значимым следует отнести коэффициент пульсации освещенности.

Коэффициент пульсации освещенности — критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, определяемый по формуле.

(2.25).

где kп — коэффициент пульсации освещенности, %;

— максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период её колебания, лк.

Пульсации светового потока газоразрядных ламп, питаемых током промышленной частоты, отрицательно сказывается на зрительной работоспособности и повышает утомление человека, животного или птицы. Пульсация светового потока способна вызвать стробоскопический эффект — явление искажения зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени.

Снижение пульсации светового потока газоразрядных ламп (таблица. 2.7) достигается:

• — поочередным подключением светильников соседних в ряду и соседних рядов к разным фазам сети;
• — питанием различных люминесцентных ламп в многоламповом светильнике от разных фаз сети;
• — включением люминесцентных ламп в светильнике по схемам, обеспечивающим питание половины ламп отстающим, а второй половины — опережающим током;
• — установки в одной точке двух и более светильников с лампами ДРЛ, ДРИ и ДНаТ с питанием от разных фаз.

Условия расположения светильников и схем включения ламп в светильниках, при которых соблюдаются нормированные значения коэффициента пульсации освещенности, приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.7 — Значение коэффициента пульсации светового потока для различных газоразрядных ламп и способов их включения.

Таблица 2.8 — Условия, при которых соблюдаются нормированные значения коэффициента пульсации.