3.10. Расчеты искусственного освещения.

3.10.1. Расчеты искусственного освещения при проектировании.

Проектировочный расчет освещения включает:

– выбор системы освещения с учетом особенностей производственного процесса и характера зрительных работ;

– выбор типа светильников;

– расчет схемы установки;

– расчет числа светильников и ламп необходимой электрической мощности для обеспечения заданных условий видения.

Расчеты системы общего равномерного освещения проводят методами коэффициента использования светового потока, удельной мощности, точечным, световой линии.

При разработке системы комбинированного освещения выполняют проектировочный расчет общего равномерного освещения методами коэффициента использования светового потока или удельной мощности с учетом того, что освещенность рабочей поверхности должна составлять не менее 10% нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяют для местного освещения; при этом освещенность от ламп общего освещения должна находиться в пределах: для газоразрядных ламп – от 200 до 300 лк; для ламп накаливания – от 75 до 100 лк;

3.10.2. Проверочные расчеты искусственного освещения.

При проверочном расчете определяют соответствие существующей осветительной установки требованиям /1/ при изменении проектных решений. Существующее освещение будет удовлетворять проектным требованиям, если выполняется условие:

Е_ф ≥ Е_н,

где Е_ф, Е_н – фактическая и нормативная освещенность рабочей или условной рабочей поверхности.

3.10.3. Расчет методом коэффициента использования светового потока.

Данный метод применяют для расчета общего равномерного искусственного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии затенений с учетом как прямого, так и отраженного света. Метод основан на соотношении: Е=Ф/S, где Е – средняя освещенность, лк; Ф – световой поток, падающий на освещаемую поверхность, лм; S – площадь освещаемой поверхности, м². Световой поток, достигающий освещаемой поверхности, значительно меньше суммарного потока ламп данной осветительной установки за счет различных потерь. Поэтому коэффициент использования светового потока η, %, определяется соотношением:

η= Ф_р.п./ Ф_ист (3.10.3.1.)

где Ф_р.п – световой поток, достигающий расчетной поверхности, лм;

Ф_ист– суммарный световой поток источников света осветительной

установки, лм.

Коэффициент η прямо пропорционален к.п.д. светильника и зависит от следующих факторов:

– окраски стен, потолка, рабочей поверхности;

– характера светораспределения светильника: чем уже кривая светораспределения, тем выше η (у светильников типа К, Г, Д);

– расчетной высоты h, с уменьшением которой η увеличивается;

– площади помещения, с возрастанием которой η увеличивается;

– формы помещения: чем меньше помещение отличается от квадрата, тем выше η.

Влияние формы помещения на значение η учитывается индексом помещения i.

Основные исходные данные для расчета:

1. Помещение:

длина А, м.; ширина В, м.; высота Н, м.; коэффициенты отражения потолка, стен и пола – ρ_пот, ρ_стен, ρ_пола;

2. нормированное значение освещенности - Е, лк;

3. светильники: коэффициент использования светильника (светового потока) – η;

– расчетная высота (расстояние между светильниками и рабочей поверхностью) h, м;

4. лампы: тип лампы; мощность.

Порядок расчета:

– определяют норму освещенности на рабочих поверхностях в зависимости от разряда зрительной работы. С учетом требований /1/ нормируемые значения освещенности в люксах, отличающиеся на одну ступень, следует принимать по шкале: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000.

– выбирают типы источника света и светильников, определяют их расположение и число;

– определяют коэффициенты отражения потолка и стен;

– определяют индекс помещения i и коэффициент использования светового потока η;

– определяют коэффициенты запаса К_з и минимальной освещенности Z;

– рассчитывают требуемый световой поток источника света в светильнике;

– подбирают по таблицам выпускаемых промышленностью ламп выбранного типа ближайшую по световому потоку; если ближайшие стандартные лампы имеют световой поток, отличающийся от расчетного более чем на -10…+20%, то выбирают лампу с большим световым потоком, подставляют его значение в расчетную формулу 3.10.3.2 и решают ее относительно числа светильников N, корректируют схему расположения светильников;

– определяют суммарную мощность осветительной установки.

Световой поток Ф (лм) светильника рассчитывают по формуле:

Ф = (Е_Н·S·K_З·Z·100)/(N·η), (3.10.3.2).

где Е_Н – нормированное значение освещенности, лк;

S – освещаемая площадь помещения, м²;

К_З – коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и снижение светоотдачи в процессе эксплуатации, зависящий от вида технологического процесса, выполняемого в помещении (обычно К_З=1,3–1,8);

Z – коэффициент неравномерности освещения,

Z = E_cp/E_min;

где Е_ср­ – средняя освещенность помещения, лк;

Е_min – минимальная освещенность в какой-либо точке помещения, лк;

Z = 1,1 – при освещении люминесцентными лампами для работ I – III разрядов; Z = 1,16 – то же для работ IV – VII разрядов;

Z = 1,15 – при освещении лампами накаливания и ДРЛ для работ I – III разрядов; Z = 1,4 – то же для работ IV – VII разрядов;

N – число светильников;

η – коэффициент использования светового потока осветительной системы, %, учитывающий долю общего светового потока, приходящегося на расчетную плоскость и зависящий от типа светильника, размеров помещения, высоты подвеса светильника, отражающих способностей потолка, стен, пола.

Способы размещения светильников:

– симметричный – светильники располагают как вдоль, так и поперек помещения на одинаковом расстоянии, по углам прямоугольника или в шахматном порядке; этот способ обеспечивает одинаковое освещение станков, оборудования, рабочих мест и проходов; не требует большого расхода электроэнергии;

– локализованный – светильники размещают с учетом местонахождения станков, оборудования, рабочих мест; способ сокращает расход электроэнергии, его применяют в цехах с несимметричным размещением оборудования.

Основные требования к размещению светильников:

– создание нормируемой освещенности наиболее экономичным путем;

– соблюдение необходимого качества освещения (равномерность, направление света, ограничение пульсации, блескости, теней и др.);

– безопасный и удобный доступ для обслуживания;

– надежность крепления.

Светильники с лампами накаливания ДРЛ и ДРИ в системе общего равномерного и общего в системе комбинированного освещения обычно располагают в шахматном порядке или по углам прямоугольника (квадрата), а с люминесцентными лампами – непрерывными рядами под перекрытием в горизонтальной плоскости и (или) точечно на стенах.

Расстояние между светильниками или рядами светильников (точнее – между центральными точками соседних светильников) L, м, и расстояние от стены до ближайшего светильника ℓ, м, определяют по формулам

L=λ·h (3.10.3.3) ℓ=(3.10.3.4)

где λ – параметрический коэффициент;

h – высота расположения светильника над освещаемой поверхностью, м;

Характер кривой силы света определяется светотехнической схемой светильника, видом и материалом отражателя и рассеивателя; носит условные названия (см. рис. 3.9.1): концентрированная (К); глубокая (Г); косинусная (Д); равномерная (М); синусная (С); широкая (Ш) и т.д. Параметр λ выбирают в зависимости от типовой кривой силы света, полученной от светильника.

Для групп светильников рекомендуют значения λ: λ_(К)= 0,6–0,8; λ_(Г) = 0,9–1,0; λ_(Д) = 1,4–1,6; λ_{(Л, Ш)} = 1,6–1,8; λ_{(М, С)} = 2,0–2,6 и т.д.

В зависимости от типа светильника упрощенно λ – это отношение L/h при расположении светильников прямоугольником может быть принято равным 1,4–2,0, а при шахматном расположении – 1,7–2,5.

При прямоугольных полях расположения светильников расстояние между светильниками по длине помещения, L_а/L_в ≤ 1,5

Высоту расположения светильника над освещаемой поверхностью (расчетную высоту) h определяют соотношением:

h=Н– h_с– h_р (3.10.3.5).

где: Н– общая высота помещения, м.;

h_с– высота от потолка до светового центра светильника, м;

h_р– высота от пола до освещаемой поверхности, м.

Высоту h_с определяют по формуле:

h_с= 0,2…0,25 (H- h_р) (3.10.3.6.)

или h_с ≤ 1,5

Рекомендуемая высота расположения (установки) светильников:

– h=2,5м – при установке на станках вдоль технологических площадок;

– h≤ 3,5м – при установке на колоннах, стенах и потолках помещений;

– h~2,1м – при установке вблизи открытых токоведущих частей;

– h от 2,5 до 4м –для ламп накаливания мощностью до 200 Вт;

– h от 3,0 до 6,0 – то же при мощности ламп более 200 Вт.

Требуемое число светильников по длине N_a и по ширине N_b помещения находят по формулам:

N_a=А/L; N_b=В/L (3.10.3.7, 3.10.3.8)

Полученные расчетные значения N_a и N_b округляют до целых значений.

Общее число светильников N= N_a·N_b (3.10.3.9)

Рассчитывают индекс помещения i:

i = (A·B)/(h·(A+B)), (3.10.3.10)

где А и В – соответственно, длина и ширина помещения, м; h – высота размещения светильников над рабочей поверхностью, м.

Полученную расчетную величину i округляют до ближайшей табличной, затем по табл. 3.14 определяют величину коэффициента использования светового потока η.

Световой поток Ф (лк) источника света в светильнике рассчитывают по формуле 3.10.3.2, затем по (табл. 3.15 или 3.16) выбирают ближайшую стандартную лампу с учетом требований, изложенных выше (см. порядок расчета) и определяют мощность лампы. Если в светильнике размещают несколько ламп, величину светового потока Ф (лк) делят на количество ламп в светильнике n и рассчитывают световой поток лампы Ф_л (лк). По величине Ф_л по табл. 3.15 или 3.16 подбирают лампу определенной мощности.

Выполняют проверочный расчет фактической освещенности, решая уравнение 3.10.3.2 относительно Е_Н и подставляя в него фактическое значение светового потока лампы Ф_л:

(3.10.3.11)

где N_л – общее количество ламп осветительной установки (N_л= N · n).

Электрическую мощность системы освещения помещения определяют, умножая мощность лампы на общее количество ламп.

Р₀=Р_л×N_л×к_п (3.10.3.12)

где Р₀ и Р_л мощность системы освещения помещения и мощность лампы;

к_п – коэффициент, учитывающий потери пускорегулирующей аппаратуры (ПРА): для ламп накаливания к_п=1; для люминесцентных ламп к_п=1,25.

Рис. 3.9.1. План-схема освещения помещения:

а) в вертикальном разрезе; б) в плане;

условные обозначения - см. раздел.3.10.3.