Розрахунок штучного освітлення

Загальні положення розрахунку. Завдання світлотехнічного розрахунку системи штучного освітлення полягає у визначенні потужності джерел світла за заданою освітленістю, або у визначенні за заданим розміщенням світильників і відомій потужності джерел світла освітленості на розрахунковій площині і розподілу яскравості в полі зору.

Вирішення як першого, так і другого завдань, які в світлотехніці називаються прямим та перевірочним розрахунками, вимагає в загальному випадку як розрахунку розподілу світлових потоків, що безпосередньо падають від світильників на розрахункову площину, стелю, стіни, так і розрахунку потоків світла, що багаторазово відбиваються між поверхнями, які обмежують освітлюване приміщення.

Сумарна освітленість у заданій точці розрахункової площини (Е_р) може, в загальному вигляді, розглядатись, як сума двох доданків:

,

де (Е_р)_пр. – пряма складова освітленості; (Е_р)_в – відбита складова освітленості.

Розподілення відбитої складової освітленості на розрахунковій площині, як правило, вважається рівномірним, розподілення ж прямої складової освітленості може бути нерівномірним, оскільки залежить як від світлорозподілу так і від розміщення світильників у просторі, що освітлюється.

Якщо обидві складові освітленості (пряма та відбита) розподіляються майже рівномірно, то для розрахунку середньої освітленості прийнято користуватись коефіцієнтом використання світлового потоку, під яким розуміють відношення світлового потоку, що падає на розрахункову площину до сумарного світлового потоку джерел світла:

де Ф_p – розрахункове значення світового потоку, лм; Ф_л – світловий потік джерела світла (лампи), лм; n – кількість джерел світла.

Коефіцієнт використання освітлювальної установки, визначає ефективність використання світлового потоку джерела світла. Його величина залежить від багатьох факторів, основними з яких є світлорозподіл та розміщення світильників в приміщенні, ККД світильників, співвідношення розмірів приміщення і відбиваючих властивостей поверхонь, що обмежують приміщення.

В тих випадках, коли умови рівномірності розподілення прямої складової освітленості не витримується, або коли необхідно проаналізувати фактичне розподілення освітленості на розрахунковій площині, виникає необхідність у окремих розрахунках прямої та відбитої складових освітленості.

Для розрахунку прямої складової освітленості використовують різноманітні методи, які визначаються, в основному, типом світильників і їх розміщенням у просторі, що освітлюється.

Вибір методу розрахунку. Для розрахунку штучного освітлення використовують, в основному, три методи: світлого потоку (коефіцієнта використання), точковий та питомої потужності.

Метод світлового потоку використовують для розрахунку потужності освітлювальної установки при рівномірному розміщенні світильників загального освітлення над горизонтальною площиною, коли відсутні крупно габаритні предмети, що затіняють. При розрахунку за цим методом враховується як пряме так і відбите світло. Перехід від середньої освітленості до мінімальної здійснюється в цьому методі наближено.

Метод питомої потужності використовується в тих же випадках, що і метод світлового потоку. Цей метод вважається наближеним, оскільки простота розрахунку досягається за рахунок деякої втрати точності.

Загальне локалізоване освітлення, а також загальне рівномірне при наявності суттєвих затінень повинні розраховуватись за точковим методом. Цей же метод використовується при розрахунку освітленості похилих площин та відкритих просторів, а також місцевого освітлення. Відбита складова освітленості у точковому методі враховується наближено.

Метод світлового потоку. Основне розрахункове рівняння методу світлового потоку, за яким можна визначити світловий потік однієї лампи світильника, має вигляд:

де Е – нормована освітленість, лк;

S – площа приміщення, що освітлюється, м²;

К₃ – коефіцієнт запасу, що враховує зниження освітленості в результаті забруднення та старіння ламп (табл. 3.2);

Z – коефіцієнт нерівномірності освітлення (Z = 1,15 для ламп розжарювання та ДРЛ; Z= 1,1 для люмінесцентних ламп, якщо відношення L/hне перевищує встановлених значень);

N – кількість світильників;

n – кількість ламп у світильнику;

– коефіцієнт використання світлового потоку.

Нормована освітленість Е приймається відповідно до СНиП ІІ-4-79, або розроблених на їх основі галузевих норм.

Коефіцієнт визначається за світлотехнічними таблицями залежно від показника приміщення і, коефіцієнтів відбиття стін та стелі. Показник приміщення і вираховується за формулою:

де а і b – довжина і ширина приміщення, м;

h – висота світильника над робочою поверхнею, м.

При величині показника приміщення і>5 коефіцієнт використання приймається як при і=5.

Значення коефіцієнтів використання для найбільш розповсюджених типів світильників наведені в табл. 4. та 5.

Таблиця 2.

Рекомендовані та допустимі значення L/h для світильників з різними КСС

Тип КСС світильника (ГОСТ 13828-74)	L/h
Рекомендовані значення	Найбільші допустимі значення
Концентрована (К) Глибока(Г) Косинусна (Д) Рівномірна (М) Напівширока (Л)	0,4—0,7 0,8—1,2 1,2—1,6 1,8—2,6 1,4—2,0	0,9 1,4 2,1 3,4 2,3

Визначивши світловий потік лампи Ф_л, за таблицею вибирають найближчу стандартну лампу (табл. 6. та 7.), причому її світловий потік не повинен відрізнятись від розрахункового менше ніж на 10% та не більше ніж на 20%. При неможливості вибрати лампу з таким наближенням коректується кількість ламп у світильнику (n), або ж кількість світильників (N). Якщо вже є відомим вид світильника та кількість і тип ламп в ньому, тобто відомий світловий потік світильника, то розрахунок зводиться до визначення N.

Коли як джерела світла використовуються люмінесцентні лампи, то їх доцільно розташовувати рядами. Оскільки довжина цих ламп значна необхідно порівнювати сумарну довжину ряду світильників з люмінесцентними лампами з довжиною приміщення. При цьому можливі такі випадки:

- сумарна довжина світильників, що розташовані в ряд перевищує довжину приміщення: необхідно застосовувати більш потужні лампи, у яких світловий потік на одиницю довжини більший, або збільшувати кількість рядів, чи компонувати ряди із подвоєних, потроєних і т. д. світильників;

- сумарна довжина ряду світильників рівна довжині приміщення: необхідно встановити неперервний ряд світильників;

- сумарна довжина ряду світильників менша довжини

Таблиця 3.

Значення коефіцієнта запасу К₃ залежно від характеристики приміщення

Характеристика приміщення	Приклади приміщень	Значення К3 при освітленні лампами
газорозрядними	розжарювання
1. Виробничі приміщення з особливим режимом за чистотою повітря при обслуговуванні світильників: а) з технічного поверху б) знизу приміщення	– –	1,3 1,4	1,15 1,2
2. Приміщення громадських і житлових будівель	Кабінети і робочі приміщення громадських будівель, житлові кімнати, навчальні приміщення, читальні зали, зали нарад, торговельні зали тощо	1,5	1,3

Таблиця 4. Коефіцієнти використання світлового потоку світильників з лампами розжарювання		Таблиця 5. Коефіцієнти використання світлового потоку світильників з люмінесцентними лампами
Тип світильника	У; УПМ-15 "Астра-1,12"		Тип світильника	ПВЛМ-Р
ρСТЕЛІ, %	70 50 30		ρСТЕЛІ, %	70 50 30
ρстін %	50 30 10		ρстін %	50 ЗО 10
і	Коефіцієнти використашя, %		і	Коефіцієнти використання, %
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 2,5 3,0	22 20 17 32 26 23 39 34 30 44 38 34 47 41 37 49 43 39 50 45 41 52 47 43 55 50 46 58 53 48 60 55 51 62 57 53 64 59 55 66 62 58		0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0 1,1 1,25 1.5 1,75 2,0 2,25 2.5 3,0 3,5 4.0 5,0	25 18 13 29 22 17 34 26 20 36 28 23 40 31 25 43 34 28 45 36 30 47 38 32 51 42 35 54 45 38 56 47 40 58 49 42 60 51 44 63 53 46 64 54 48 66 56 49 68 59 52
Фн.л. %			Фнп, %
Фв.п. %			Фвп,%

Примітка. Ф_нп – світловий потік світильника у нижню півсферу; Ф_вп – світловий потік світильника у верхню півсферу.

Таблиця 6.

Технічні дані деяких ламп розжарювання та люмінесцентних ламп

Лампи розжарювання	Люмінесцентні лампи загального призначення
загального призначення (U=220В)	місцевого освітлення
Потуж- ність, (Вт)	Тип лампи	Світловий потік, (лм)	Потуж-ність, (Вт)	Тип Лампи	Напруга, (В)	Світловий потік, (лм)	Потуж- ність, (Вт)	Тип лампи	Світловий потік, (лм)	Довжина лампи, (м)
	Б			МО				ЛД		0,6
	БК			МО				ЛБ		0,6
	Б			МО				лд		0,9
	БК			МО				ЛБ		0,9
	Б			Моз				лд		1.2
	БК			Моз				ЛБ		1,2
	Г			Моз				лд		1,5
	Б			МОЗ				ЛБ		1,5

Таблиця 7.

Технічні дані ртутних дугових ламп (ДРЛ) та металогалогенних ламп (ДРН)

Тип ламп	Потуж- ність, Вт	Напруга живлення, В	Світловий Потік, лм
ДРН 250			18 700
ДРН 400			32 000

- приміщення: необхідно світильники розмістити в ряд через рівномірні проміжки, які, як правило, не повинні перевищувати 0,5 розрахункової висоти.

Приклад.Розрахувати систему загального рівномірного освітлення з лампами розжарювання для виробничого приміщення, в якому виконуються зорові роботи високої точності (розряд ІІІв).

Розміри приміщення: довжина а=12м, ширина b=5м, висота Н=3,2м. Приміщення має світлу побілку: коефіцієнт відбиття р_СТЕЛІ=70%, р_стш=50%. Висота робочих поверхонь (столів) h_p=0,7м. Для освітлення прийнято світильники типу УПМ-15, які підвішуються до стелі; відстань від світильника до стелі h_c=0,5м. (рис. 3.2). Мінімальна освітленість за нормами Е=200лк.

Визначаємо висоту підвісу світильників над підлогою:

h₀=Н-h_с=3,2-0,5=2,7(м).

Для світильників загального освітлення з лампами розжарювання потужністю до 200Вт мінімальна висота підвісу над підлогою відповідно до СНиП П-4-79 повинна бути 2,5 – 4,0м, залежно від характеристики світильника. В нашому випадку h_Q відповідає цій вимозі.

Висота підвісу світильника над робочою поверхнею дорівнює (рис. 3.1):

h=h₀-h_p=2,7-0,7=2,0(м).

Рівномірність освітлення досягається при відповідному співвідношенні відстані між світильниками Lі висоти їх підвісу h (табл. 1). Визначимо рекомендовану відстань між світильниками:

L=0,7h=0,7×2=1,4(м).

Необхідна кількість світильників становить:

Приймаємо 14 світильників, враховуючи розміри приміщення розміщуємо їх у два ряди по 7 штук (рис. 3.3).

Показник приміщення і становить:

За табл. 3 знаходимо коефіцієнт використання η= 0,58 для світильника УПМ-15 при і = 1,75, _РстЕЛ, = 70%, р_стш= 50%.

Рис. 3.2.Схема визначення висоти підвісу світильника

Рис. 3.3. Схема розташування світильників УПМ-15 у приміщенні

Світловий потік одного світильника, а значить і лампи, оскільки за конструктивним виконанням у світильнику встановляється лише одна лампа, дорівнює

За табл. 3.5 вибираємо лампу Б-150 потужністю 150Вт, світловий потік якої становить 2100лм. Хоча це значення на 5% менше розрахункового, однак не перевищує встановлену норму – 10% < АФ_Л < + 20%.

Сумарна електрична потужність усіх світильників, встановлених у приміщенні становить:

Питання для контролю та самоконтролю

1. Що таке освітленість і в яких одиницях вона вимірюється?

2. Дайте визначення основних світлотехнічних понять і величин.

3. Розкажіть про природне і штучне освітлення, їх види.

4. Що являється критерієм оцінки природної освітленості?

5. В чому переваги і недоліки ламп розжарювання і газорозрядних ламп.

6. Як нормується штучне освітлення в виробничих приміщеннях?

7. Пояснити розряди і підрозряди зорових робіт для штучною освітлення.

8. В чому полягає принципова різниця в нормуванні природної і штучної освітленості? Як нормується комбіноване освітлення?

9. Пояснити метод світлового потоку для розрахунку штучного освітлення.

10. Пояснити розрахунок штучного освітлення за методом питомої потужності.

11. Яких правил необхідно дотримуватись при вимірюванні освітленості люксметром?

Практична робота № 3