Энергосбережение в системах наружного освещения

Решение вопросов энергосбережения в системах наружного освещения при жесткой регламентации норм горизонтальной освещенности пешеходных переходов, тротуаров, площадей и яркости дорожного покрытия проезжих частей магистралей связано с правильным выбором методики светотехнического расчета и оправданным выбором осветительных установок (светильников) с соответствующими источниками излучения (лампами). Расчет средней горизонтальной освещенности наружного освещения выполняется, как правило, точечным методом, поскольку методы удельной мощности не эффективны в экономическом смысле, так как дают завышенные результаты по мощности ламп светильников. Следует отметить также, что расчет освещенности точечным методом следует разделить на две независимые задачи:

а) поверочный или рекомендательный расчет для существующей системы наружного освещения с целью её оптимизации по энергетическим и экономическим параметрам (использование современных ламп с большей световой отдачей и меньшей мощностью; переход на новый тип современных светильников, например, герметизированных с плоским стеклом и ударопрочным корпусом из композитных материалов типа ЖКУ 001-250);

б) определение высоты установки светильников и расстояния между ними при выбранных типах ламп и светильников для вновь проектируемых или реконструируемых систем наружного освещения.

Расчетная формула точечного метода для прямой составляющей горизонтальной освещенности имеет вид:

, где Ф_л – световой поток выбранной лампы, лм; К_з – коэффициент запаса (по СНиП-23-05-95 для газоразрядных ламп равен 1.5); Н – высота установки светильника; Σε – суммарная относительная

освещенность, лк, определяемая по формуле:

, где I _i определяется либо по формулам приближённой аналитической аппроксимации для выбранного типа светильника из табл. 21 либо по известной КСС для вычисленного значения ; H_li- -условная расчетная высота установки консольного светильника.

Таблица 21

№	Обозначение	Аналитическое выражение КСС
	ЖКУ 001-250
	ЖКУ-01-400 -002-У1
	ЖКУ-02-400-001-У1 РКУ-02-2.50-001-У1
	РКУ-01-250-009-У1 РКУ-01-400-010-У1

Рис.14. Точки наихудшей освещенности

На рис.14 приняты обозначения: d_i – расстояние по горизонтали от проекции i-светильника до контрольной точки (в общем случае не равно геометрическому расстоянию из-за возможного наклона оптической оси светильника); L_I и L₂ – соответственно расстояния между светильниками с одной и другой стороны магистрали; N, М, К – точки наихудшей освещенности магистрали. Расчет начинают с вычисления кратчайшего расстояния от проекции i – условного светильника d_i до контрольной точки и условную высоту установки светильника Н_1i над плоскостью, повернутой на угол θ.

Для пояснения рассмотрим геометрические фигуры на рис.15, где консольный светильник расположен в точке М, на высоте H над поверхностью магистрали с отклонением оптической оси светильника от вертикали на угол θ. Для расчета освещенности в точке А, через данную точку проводим наклонную плоскость под углом θ к горизонту. Тогда из рассмотрения рис.15.а условную расчетную высоту обозначим отрезком СМ, являющегося нормалью к наклонной плоскости, а расстояние d_i можно выразить через отрезки СВ и АВ (смотри рис.15.б и с)

Рис.15. К определению освещенности от консольного светильника

Из рассмотрения рис.15.в можно получить выражения для определения вспомогательных параметров P_i и Н_1i для каждого конкретного светильника.

где: соответственно при расположении контрольной точки по периметру прямоугольника, как это показано на рис.16.

Рис.16. Иллюстрация к определению координат контрольных точек

Из рассмотрения геометрических фигур на рис.15.с следует, что расстояние или ( b₂=0 при расположении контрольной точки в точке (4) на рис.16 и b₂=L/2 во всех остальных случаях расположения контрольных точек на рис.14 и рис.16).

Относительная освещенность _i каждого i-го светильника для известных отношений d_i/H и Н/Н_1i определяется по формуле:

где I _i определяется по формуле приближенной аналитической аппроксимации КСС конкретного светильника для вычисленного значения .

После этого вычисляем суммарную относительную освещенность всех учитываемых светильников для конкретной контрольной точки:

, где n – число учитываемых светильников (n=2 для схемы рис.14.а; n=3 для схемы рис.14.б и n=4 для схемы рис.14.с).

С учетом полученных результатов прямая составляющая горизонтальной освещенности в контрольной точке определяется по формуле: , где: Ф_л – световой поток выбранной лампы, лм;

К_з – коэффициент запаса (по ВСН и СНиП для газоразрядных ламп принимается равным 1,5).

Полученные значения освещенности Е необходимо сравнить с нормированным значением Е_н и если Е<Е_н, то следует уточнить световой поток лампы. По результатам расчета выбирается лампа, значение светового потока которой близко к расчетному в пределах от -10 до +20%.

Численные примеры расчета прямой составляющей горизонтальной освещенности по изложенной выше методике для схем расположения светильников по рис.14 приведены ниже.

Пример 12. Рассчитать прямую составляющую горизонтальной освещенности дорожного покрытия консольными светильниками установленными под углом θ=15° к горизонту на высоте Н=10 м над уровнем покрытия. Ширина проезжей части b=12 м; расстояние между светильниками L=30 м. Светильник типа ЖКУ-001-250 с лампой SON-E-250 (номинальный поток Ф_л=28000 лм); коэффициент запаса K_з=l,5. Кривая силы света (КСС) светильника аппроксимируется выражением:

, где .

Расчет приведем для типовых схем расположения светильников, показанных на рис.14.

а) Для схемы расположения светильников по рис.14.а.

(м);

(м);

(м);

(лк); лк

в) Для схемы расположения светильников по рис.14.в

(м)

(м)

(м)

(м)

(мм)

(лк)

(лк)

лк

с) Для схемы расположения светильников по схеме рис.14.с.

; (м);

(м);

(м);

(лк);

(лк); тогда лк.

В случае отличия полученного значения освещенности Е от нормированной освещенности Е_н следует уточнить световой поток лампы и выбрать подходящую по мощности и световому потоку. После этого следует уточнить расчетное значение освещенности:

При известных значениях коэффициентов использования светильника по яркости U_L и по освещённости U_E, типа покрытия и отношения ширины проезжей части улицы (b) к высоте подвеса светильника (H) значения средней яркости покрытия L_cp может быть получено умножением значения средней освещённости на коэффициент пересчета K_п:

(кд/м²), где .

Поскольку выше определялась наименьшая освещенность, то по её значению можно определить минимальную яркость покрытия:

(кд/м²).

Отметим, что коэффициенты использования консольного светильника U_L и U_E должны учитывать угол наклона светильника к горизонту.