Розрахунок прожекторного освітлення
При розрахунках прожекторного освітлення основним завданням є визначення кількості прожекторів для створення на території, що освітлюється, нормативного значення освітленості в горизонтальній площині згідно з видом робіт (табл.18). Розрахунок прожекторної установки зводиться до визначення:
- кількості прожекторів, що підлягають установці для створення заданої освітленості;
- місць установки прожекторних щогл і прожекторів;
- висоти установки прожекторів над освітлюваною поверхнею;
- кутів нахилу прожекторів у вертикальній і розвороту в горизонтальній площинах.
Для прожекторного освітлення застосовуються щогли висотою від 10 до 50 м. Вони виконуються з дерева, металу, залізобетону і зі сплавів алюмінію. Відстань між щоглами, призначеними для установки прожекторів, має бути у межах 5-8-кратної висоти щогл. Збільшення відстані між ними допускається, якщо освітлення забезпечує тільки необхідні умови для пересування транспорту і пішоходів, тобто допускається значна нерівномірність розподілу освітленості.
Однорядне лінійне розміщення прожекторних щогл (рис. 4, а) застосовується при освітленні вузьких ділянок території виробничого майданчика шириною до 100-150 м, дворядне (рис. 4, б, в) – створює кращі освітлювальні умови, виключаючи різкі тіні на вертикальних поперечних площинах. При дво-трирядній установці (рис. 4, г) щогл варто вибирати шахове розташування, що є більш раціональним, тому що збільшує рівномірність розподілу освітленості.
Таблиця 18 – Освітленість робочих поверхонь місць виконання робіт поза будівлями
| Розряд зорової роботи | Відношення мінімального розміру об’єкта розрізнення до відстані від цього об’єкта до очей робочого | Мінімальна освітленість у горизонтальній площині, лк |
| IX | Менше 0,05·10-2 | |
| X | Від 0,05·10-2 до 1·10-2 | |
| XI | Від 1·10-2 до 2·10-2 | |
| XII | Від 2·10-2 до 5·10-2 | |
| XIII | Від 5·10-2 до 10·10-2 | |
| XIV | Більше 10·10-2 |
Примітка. При небезпеці травмування для робіт XI-XIV розрядів освітленість слід брати за більш високим розрядом.
а - однорядне; б - дворядне прямокутне; в - дворядне шахове; г - комбіноване
Рисунок 4 – Варіанти розміщення прожекторних щогл
Відстань між щоглами одного ряду визначається на основі конкретних вихідних даних техніко-економічного і світотехнічного розрахунків. При прямокутному розташуванні щогл точка мінімальної освітленості Емин знаходиться в горизонтальній площині в центрі прямокутника, на перетинанні його діагоналей. Освітленість у ній точці створюється від прожекторів, розташованих на чотирьох щоглах, тобто Е=4e, де е – освітленість, лк, у розрахунковій точці від прожекторів, що знаходяться на кожній із щогл. Тому для забезпечення нормованої освітленості Ен необхідно, щоб прожектори кожної щогли на відстані, рівній половині діагоналі прямокутника, по вершинах якого встановлені щогли, створювали освітленість e=0,25КЕн, де К – коефіцієнт запасу (для прожекторів з лампами накалювання дорівнює 1,5, з газорозрядними лампами – 1,7).
Відстань між щоглами b одного ряду при прямокутному розташуванні визначається зі співвідношення
, (33)
де l – відстань між щоглами, при якому забезпечується освітленість e=0,25КЕн, визначається за графіками (наприклад, для груп прожекторів ПЗС-35, ПЗС-45 такі залежності представлено на рис. 6), м;
a - відстань між рядами щогл, м.
Прожектори розміщують на щоглах групами. Під групою прожекторів розуміють визначену кількість прожекторів, установлених на одній і тій же прожекторній щоглі на однаковій висоті від рівня освітлювальної поверхні з однаковим кутом нахилу у вертикальній площині. Оптичні осі суміжних прожекторів групи зміщені один стосовно одного на кут t (рис.5). Кут t визначає кількість прожекторів у групі (n =ω/τ, де ω – кут дії прожекторів групи) і кількісне значення освітленості, яка створюється на освітлюваній площі. При зменшенні кута t освітленість території збільшується, при збільшенні – зменшується.
 |
Рисунок 5 – Визначення кута t
Аналіз розподілу освітленості від різних груп прожекторів показує, що при установці прожекторів з кутом t до 20° для прожекторів ПЗС-45, 15° – для ПЗС-35 цілком можливо з достатньої для розрахунків прожекторного освітлення точністю уявляти характер розподілу освітленості у виді кривої Е=f(l), де l – відстань на плані від підстави щогли (рис. 6).
На графіках за віссю абсцис відкладено не l, а l/H, за віссю ординат – не Е, а ЕН2. Для зручності користування графіками зверху дані додаткові шкали значень відстаней від щогл до розрахункової точки й освітленості (у правій частині графіків) для найбільше часто застосовуваних висот установки прожекторів.
Криві Е=f(l) для різних значень кута нахилу Θ наведено для t = 10°. Освітленість при будь-якому іншому значенні кута t (більше чи менше 10) визначається за формулою
Еτ = сEτ=10, (34)
де с=10/ τ.
Кут τ, необхідний для забезпечення у заданій точці нормованої освітленості Ен при коефіцієнті запасу K, може бути обчислений за формулою
τ = 10E τ=10 /(KEн). (35)
Якщо в заданій точці освітленість створюється від прожекторів декількох груп, розташованих на одній чи декількох щоглах, то під величиною Ен розуміється та величина освітленості, що має бути створена від групи прожекторів, що розраховується.
 |  |
а б
а – прожектори типа ПЗС-45 з лампами 1000 Вт, б – прожектори типа ПЗС-35 з лампами 500 Вт
Рисунок 6 – Графіки визначення освітленості від груп прожекторів
Орієнтована кількість прожекторів n, яку треба встановити для створення необхідної освітленості, визначається за формулою
, (36)
де m – коефіцієнт, що враховує світлову віддачу джерел світла, ККД прожекторів і коефіцієнт використання світлового потоку, береться за даними таблиці 19;
К – коефіцієнт запасу (для прожекторів з лампами накалювання дорівнює 1,5, з газорозрядними лампами – 1,7);
Ен – нормована освітленість, визначається за даними таблиці 18;
S – площа, що освітлюється;
Рл – потужність ламп, які застосовувано у прожекторі.
Таблиця 19 – Орієнтовані значення коефіцієнта m
| Джерело світла | Тип прожектору або світильника | Ширина площі, що освітлюється, м | Значення m при розра-хунковій освітленості, лк | |
| 0,5-1,5 | 2,0-5,0 | |||
| ЛН | ПЗС, ПСМ | 75-150 | 0,90 | 0,30 |
| 175-300 | 0,50 | 0,25 | ||
| Галогенні ЛН | ПКН, ИСУ | 75-125 | 0,35 | 0,20 |
| 150-350 | 0,20 | 0,15 | ||
| Лампи типа ДРЛ | ПЗС, ПЗМ | 75-250 | 0,25 | 0,13 |
| 275-350 | 0,30 | 0,15 | ||
| Лампи типа ДРИ | ПЗС, ПСМ | 75-150 | 0,30 | 0,10 |
| 175-350 | 0,16 | 0,06 | ||
| ОУКсН | 150-175 | 0,75 | 0,50 | |
| Ксенонова лампа | (Н = 30м) | 200-350 | 0,50 | 0,40 |
| ДКсТ-20000 | "Аревик" | 150-175 | 0,90 | 0,70 |
| (Н = 30 м) | 200-250 | 0,70 | 0,50 | |
| Ксенонова лампа | СКсН | 100-150 | 0,55 | 0,45 |
| ДКсТ-10000 | (Н = 20-30 м) | 175-250 | 0,40 | 0,35 |
Приклад розрахунку.Розрахувати кількість прожекторів типу ПЗС, необхідну для створення нормованої освітленості для XIII класу зорових робіт на площі 500х100 м. Застосувати прожектори ПЗС-45 з лампами ДРЛ 1000 Вт. Вибрати схему розташування й установки груп прожекторів. Визначити фактичну освітленість в точці, яка однаково віддалена від щогл. Врахувати при цьому освітленість від усіх щогл.
Рішення. Визначаємо кількість прожекторів, необхідну для освітлення даної площі за формулою (36). Нормована освітленість для XIII класу зорових робіт за даними таблиці 18 дорівнює 5 лк. За даними таблиці 19 значення m дорівнює 0,13. Коефіцієнт запасу для ламп ДРЛ К=1,7.
шт.
За даними таблиці 20 визначаємо освітлювальну установку, яку треба використовувати у даному випадку. Вибираємо 9 прожекторних щогл висотою 15 м з шістьма прожекторами ПЗС-45 кожна з кутом між оптичними осями τ=30о з кутом Θ=20о. Розташовуємо щогли в шаховому порядку (рис.7).
Рисунок 7 – Розташування щогл в шаховому порядку
Визначаємо відстань l, на якій три найближчі щогли утворюють нормоване значення освітленості. Для утворення нормованого значення 5 лк від трьох щогл (при прямокутному розташуванні нормоване значення освітленості визначається між чотирма щоглами), одна щогла повинна надавати освітленість у розмірі 5/3=1,67 лк. За графіком (рис.6, а) визначаємо значення відстані l, яке дорівнює 70 м (так як кут τ для обраної освітлювальної установки дорівнює 30о, а на графіках подано значення освітленості для τ=10о, то при визначенні відстані, треба освітленість помножити на 30/10=3 (формула (34)), тобто відстань визначається для освітленості 1,67·3=5 лк від однієї щогли).
За формулою (33) визначаємо максимальну відстань b, на якій слід розташовувати щогли між собою вздовж краю площадки при прямокутному розташуванні
м.
При шаховому розташуванні відстань b можна збільшити на 10...20 %. У нашому випадку при розміщенні 9 прожекторних щогл відстань b=500/4=125м, тобто значення освітленості між щоглами повинна бути в нормі.
Таблиця 20 – Параметри освітлювальних установок загального рівномірного освітлення
| Прожектор, якій встановлюється на щоглі | Параметри установки прожектора | |||||||||
| Ширина площі, м | Висота прожек-торних щогл H, м | Максимально можлива відстань між щоглами b, м | Тип | Кількість | Потужність ламп, Вт | Висота H, м | Кут нахилу прожекторів Q, град | Кут між оптичними осями прожек-торів t, град | Коефіцієнт нерівномір-ності  | Питома потужність, Вт/м2 |
| Прожектори з лампами накалювання | ||||||||||
| ПЗС-35 | 0,60 | 0,86 | ||||||||
| 0,85 | 0,67 | |||||||||
| 0,70 | 0,84 | |||||||||
| 0,75 | 0,70 | |||||||||
| ПЗС-45 | 0,61 | |||||||||
| 0,80 | ||||||||||
| 0,61 | ||||||||||
| Прожектори с лампами ДРЛ | ||||||||||
| 0,30 | 0,35 | |||||||||
| ПЗС-45 | 0,35 | |||||||||
| 0,25 | 0,45 | |||||||||
| 0,40 | ||||||||||
| 0,40 | 0,45 | |||||||||
| 0,55 |
Перевіряємо за допомогою розрахунків значення освітленості в точці, яка найбільш віддалена від щогл. Точка, яка рівновіддалена від прожекторів, знаходиться на відстані, яка розраховується за теоремою Піфагора, і в нашому випадку дорівнює 70 м. За рисунком 6,а визначаємо освітленість у даній точці від одної щогли при τ=10о: е=5 лк.
Освітленість в той же точці при τ = 30°:
Eτ=40° =(10/30) 13=1,67 лк.
Освітленість від трьох щогл Е=1,67·3=5 лк. Таким чином, отримана освітленість відповідає нормам, розрахунок прожекторного освітлення виконано вірно.
Якщо отримана освітленість буде значно перевищувати нормативне значення, треба зменшити кількість прожекторів на одній щоглі або збільшити відстань між щоглами. Якщо навпаки, то треба збільшити кількість прожекторів.