книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

9. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрическое освещение необходимо в большинстве случаев как условие, обеспечивающее зрительное восприятие в помещениях, где находятся животные или люди. При расчете освещенности сельско­ хозяйственных помещений для животных следует учитывать зави­ симость продуктивности животных и птиц от уровня, продолжитель­ ности и периодичности освещения. Поэтому при проектировании осве­ щения животноводческих и птицеводческих помещений должны при­ меняться специальные, научно обоснованные нормы освещенности.

Совершенно особым является технологическое освещение помеще­ ний для выращивания растений. В этих помещениях необходимо соз­ давать условия для оптимального протекания фотосинтеза и других процессов, определяющих рост растений и урожайность, а не условия хорошей видимости. Заметим, что свет в этих случаях является един­ ственным источником энергии, запасаемой растением, и поэтому целе­ сообразнее употреблять термин «облучение» вместо «освещение», а при проектировании облучающих установок учитывать спектр поглоще­ ния растений.

Необходимая освещенность создается в помещениях с помощью светильников.

С в е т и л ь н и к о м называется осветительный прибор, осущест­ вляющий перераспределение светового потока лампы внутри значи­ тельных телесных углов.

Светильники являются приборами ближнего действия (до 20—30 м) в отличие от прожекторов — приборов дальнего действия. Они со­ стоят из источника света и осветительной арматуры. Арматура пред­ назначена для перераспределения и преобразования светового потока лампы, ее крепления и подключения к системе питания, для за­ щиты от механических повреждений, изоляции лампы от окружающей среды и т. д.

С в е т и л ь н и к и к л а с с и ф и ц и р у ю т с я по светораспределению, по типовым кривым силы света, по степени защищенности от внешней среды, по способу установки и т. д. По х а р а к т е р у с в е т о р а с п р е д е л е н и я различают светильники прямого света (80% светового потока направлено в нижнюю полусферу), преимуще­ ственно прямого света (60—80%), рассеянного света (40—60%), пре­ имущественно отраженного света (20—40%), отраженного света

(менее 20%).

По с т е п е н и з а щ и щ е н н о с т и источника от внешней среды ГОСТ 13828—68 предусматривает разделение светильников по степени защищенности от пыли и от влаги. По степени защищенности от пыли различают светильники открытые и перекрытые пыленеза­ щищенные, полностью и частично пылезащищенные, пыленепроницае­ мые; по степени защищенности от влаги и воды — водонезащищенные, каплезащищенные, дождезащищенные, брызгозащищенные, струеза­

1 4 0

щищенные, водонепроницаемые, герметичные. Определения всех тер­ минов по светильникам даны в ГОСТ 16703—71.

Освещение помещений осуществляется по двум системам: системе общего освещения и системе комбинированного освещения.

О б щ е е о с в е щ е н и е подразделяется на: 1) общее равномер­ ное освещение, характеризуемое равномерным распределением свето­ вого потока без учета расположения оборудования; 2) общее локали­ зованное освещение, характеризуемое распределением светового по­ тока с учетом расположения рабочих мест.

С и с т е м а к о м б и н и р о в а н н о г о о с в е щ е н и я ха­ рактеризуется наличием местных светильников на рабочем месте (на станке, столе и т. п.) наряду с общим освещением.

Освещение помещений по назначению может быть двух видов:

1)рабочее, служащее для создания нормальных условий при работе;

2)аварийное, которое может использоваться или для продолжения работ при аварии с рабочим освещением, или при эвакуации людей из помещения.

9.2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

Выбор источника света. В соответствии с требованиями главы II—А. 9-71 Строительных Норм и Правил (СНиП) в системе общего освещения производственных помещений, где выполняются работы раз­ рядов I—V и VII, следует использовать, как правило, газоразрядные лампы. Применение ксеноновых ламп допускается как исключение. При использовании ламп накаливания (в случаях невозможности или технической нецелесообразности применения газоразрядных ламп) освещенность следует принимать по специальным нормам.

Выбор светильника. При выборе светильника учитывают условия окружающей среды. Сельскохозяйственные помещения по условиям эксплуатации электрооборудования подразделяются на следующие категории: 1) с у х и е — относительная влажность воздуха не пре­ вышает 60“о (подсобные помещения в механических мастерских, ком­ наты для обслуживающего персонала и т. д.); 2) п ы л ь н ы е (склады сыпучих негорючих материалов, склады сухих кормов и т. д.); 3) в л а ж-

залы, животноводческие помещения при наличии установок микро­

6) о с о б о с ы р ы е с химически активной средой (склады негорю­ чих минеральных удобрений, животноводческие помещения без уста­ новок микроклимата и т. п.); 7) п о ж а р о о п а с н ы е и в з р ы ­ в о о п а с н ы е .

Выбор типа светильника следует начать с определения категории помещения, а затем по специальным таблицам или информационным материалам выбрать рекомендуемый светильник.

141

Размещение светильников. При расчете электрического освещения помещений после выбора светильников необходимо произвести пра­ вильное размещение светильников. Положение светильника по высоте характеризуется расчетной высотой h (рис. 72), т. е. расстоянием по вертикали между уровнем рабочей поверхности и источником света. Расчетная высота, как показывает рисунок, зависит от высоты свеса йс

ивысоты рабочей поверхности /ір.

Вгоризонтальной плоскости (на плане помещения) положение

светильников характеризуется величиной стороны «поля» (рис. 73). «Полем» называют плоскую фигуру на плане, образованную прямыми линиями, соединяющими близлежащие светильники. Как правило,

ввертикальной плоскости:

И— высота помещения; — вы­ сота свеса; ftp — высота рабочей

поверхности; h — расчетная.

светильники с лампами накаливания и лампами ДРЛ располагают в углах квадрата или прямоугольника, а светильники с люминесцент­ ными лампами размещают рядами. Сторону поля или расстояние между рядами обозначают L, расстояние от стены до ближайшего ряда све­ тильников — /.

Величины L и h определяют расчетную мощность источника света. Рекомендуется принимать наивыгоднейшее значение L : h = X. Спра­ вочники приводят значение Хс (светотехнически наивыгоднейшее соот­ ношение) и ?ѵэ ^энергетически наивыгоднейшее соотношение). Величи­ ной Хс следует пользоваться в том случае, если мощность источника света известна или задана (например, при использовании люминес­ центных ламп вместе с выбором типа светильника определяется и мощ­ ность ламп). Когда мощность источника неизвестна и есть возмож­ ность выбрать ее близкой к расчетной (например, при использовании ламп накаливания), то в расчет принимают величину А,э.

Таким образом, имея план помещения с указанием высоты Н, описание условий окружающей среды в нем и характера работы, можно выбрать тип светильника, определить по справочнику

1 4 2

ника и рассчитать h. Затем по этим данным определить L:

Для люминесцентных ламп это будет наивыгоднейшее расстояние между рядами, для ламп ДРЛ и ламп накаливания — расстояние между светильниками.

Далее нужно принять расстояние от стены до ближайшего ряда

светильников /. Существуют рекомендации принимать/ = у L — для

где В — ширина помещения.

Если для освещения используются лампы накаливания или ДРЛ, то можно определить и число светильников в ряду

где А — длина помещения.

Общее число светильников в помещении будет равно

N = пт.

Таким образом, при расчете люминесцентного освещения стано­ вится известным число рядов и нужно определить число светильников в каждом ряду, а для освещения лампами накаливания и ДРЛ изве­ стно число светильников и их расположение и нужно определить мощность лампы, которая обеспечила бы нормируемую освещен­ ность Е.

Методы расчета электрического освещения помещения. Наиболее распространены следующие методы расчета неизвестных величин: метод коэффициента использования светового потока осветительной установки, метод удельной мощности, метод линейных изолюкс для люминесцентных ламп и метод пространственных изолюкс для ламп накаливания и ДРЛ. Для применения любого из этих методов нужно знать минимальную освещенность Е, которая может быть определена по справочнику или отраслевым нормам.

Метод коэффициента использования светового потока осветитель­ ной установки. Этот метод может быть применен только для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей в по­ мещениях. При расчете учитывают световой поток, отраженный по-

1 4 3

толком и стенами. Основная формула метода при расчете люминесцент­ ного освещения

k — коэффициент запаса;

S — площадь помещения, м2;

г— коэффициент минимальной освещенности (отношение сред­ ней освещенности к минимальной);

пс — число ламп в светильнике; Ф — поток одной лампы, лм;

г) — коэффициент использования светового потока.

При расчете освещения лампами накаливания известно число све­ тильников N , неизвестна мощность лампы, а следовательно, и поток лампы Ф. Поэтому формула (9-4) используется в следующем виде:

EkSz

(9-5)

nNi\ '

Коэффициент использования светового потока ц зависит от очень многих факторов. Он определяется по справочнику для данного типа светильников по известным величинам коэффициентов отражения потолка р п, стен р с и рабочей поверхности р р и индекса помещения і. Коэффициенты отражения также принимаются по таблицам справоч­ ников. Следует принимать р п на ступень выше р с; р р, как правило, равно 10% (только для белых столов рр — 30%).

Индекс помещения і определяется по таблице или подсчитывается по формуле:

S

(9-6)

t _ /i(A-fß)’

где S — площадь помещения; h — расчетная высота;

А— длина помещения;

В— ширина помещения.

Коэффициент запаса k учитывает уменьшение светового потока при эксплуатации светильника за счет износа источника и. его запыления. Принимается по рекомендациям главы II—А. 9-71 СНиП равным

1,3—2,0.

Коэффициент минимальной освещенности z обеспечивает среднюю освещенность, не ниже нормируемой. Для рядов люминесцентных ламп принимают г — 1,1, для ламп накаливания и ДРЛ — z = 1,15.

Световой поток ламп определяется по справочным таблицам. При расчете освещения лампами накаливания действительный световой поток выбранной лампы должен укладываться в пределы 90—120% от расчетного.

144

После нахождения количества люминесцентных светильников N

в помещении, нужно распределить их равномерно по рядам. Число светильников в ряду

Число Np округляется в сторону увеличения. Опыт показывает, что освещенность под концами рядов -люминесцентных ламп значи­ тельно ниже средней в помещении. Поэтому, если там необходимо обеспечить нормируемую освещенность, дополнительно устанавливают светильники поперек рядов.

Метод удельной мощности. В методе используются полученные в результате многочисленных расчетов средние значения мощности ламп, приходящейся на 1 м2 освещаемой поверхности (удельных мощ­ ностей). Значение удельной мощности w зависит от типа светильника, характеристики помещения и нормы освещенности и определяется по таблицам справочника. Зная w, можно подсчитать общую мощность

Общее число люминесцентных светильников определяется по фор­ муле:

где Рл — мощность люминесцентной лампы; яс — число ламп в светильнике.

Число светильников в ряду

При использовании ламп накаливания мощность каждой равна

Следует учесть, что данный метод является довольно приближен­ ным и применяется только для расчета общего равномерного освеще­ ния. Для удлиненных помещений (Л > 2,5 В) удельная мощность находится для условной площади 2В2 и умножается затем на полную площадь.

Метод линейных изолюкс. Для расчета освещения при расположе­ нии светильников рядами в справочнике приводятся изолюксы, пост­ роенные для условной светящейся линии, имеющей плотность потока

Ф' = = 1000 лм/м, ■ lp

где Ф — суммарный поток ряда, лм; Lp — длина ряда, м.

145

чайшее расстояние от освещаемой точки до проекции ряда в горизон­ тальной плоскости). В справочниках изолюксы построены для высоты h = 1 м для одного ряда светильников. При наличии нескольких рядов светильников в точке А ± (рис. 74) создается суммарная условная осве­ щенность Ев. Для расчета реальной освещенности, например в точке А, необходимо учесть влияние реальной плотности потока Ф' и реальной

При использовании метода следует учесть, что линейные изолюксы построены для точки, находящейся в вертикальной плоскости, прохо­ дящей через конец ряда. В реальных расчетах точка А берется в пло­ скости, делящей ряд пополам. Поэтому нужно считать, что условная освещенность в точке А будет создаваться не рядами, а полурядами.

Если метод линейных изолюкс используется в качестве провероч­ ного, то проверяется, обеспечена ли норма освещенности в «наихуд­ шей» точке. Эта точка чаще всего выбирается на освещаемой поверх­ ности в центре геометрической фигуры, образованной проекциями крайних рядов. Брать контрольную точку в углу помещения или под концами рядов не рекомендуется, так как в этих местах освещенность резко снижается. Если в них необходимо обеспечить норму освещен­ ности, то устанавливают или дополнительные светильники, или попе­ речный ряд.

Такая проверка освещенности может быть проведена после расчета методом коэффициента использования. Тогда будет известно число светильников в ряду и плотность потока, а освещенность Е в контроль­ ной точке определится по формуле:

Основной расчет следует признать правильным, если освещенность в контрольной точке получится равной или больше нормируемой.

Метод пространственных толюкс для ламп накаливания (точеч­ ный метод). Этот метод применяется для расчета локализованного, местного, наружного освещения точечными источниками света (лам­ пами накаливания и ДРЛ). Метод основан, как и метод линейных изо­ люкс, на пропорциональности освещенности, создаваемой группой светильников в определенной точке, величине потока источника (при постоянной высоте). Предположим, что светильники, изображен­ ные на рис. 75, имеют источники с потоком Ф = 1000 лм каждый. Они создают в точке А освещенность

2ел = е,+ е2+е3.

Для учета освещенности, создаваемой удаленными источниками,

чета мощности источника после размещения светильников. Для опре­ деления условной освещенности е от каждого светильника нужно воспользоваться кривыми пространственных изолюкс, рассчитанных и построенных для наиболее распространенных светильников с услов­ ным источником света, имеющим поток Ф — 1000 лм. Кривые построены в координатах расчетной высоты h и расстояния d от проекции светиль­ ника до расчетной точки.

Точечный метод часто используется как проверочный, когда нужно рассчитать освещенность в «наихудших» точках. Тогда формула (9-14) принимает вид:

Фц2е

(9-15)

“1000* •

Контрольные (предполагаемые «наихудшие») точки берутся обычно в угловом поле: одна — в его центре, другая — в середине длинной стороны поля. Полученное значение Е должно быть не менее норми­ руемого.

Регламентируемые качественные и количественные характеристики осветительных установок. Новые нормы электрического освещения

1 4 7

в отличие от старых регламентируют не только уровень освещенности

ственных зданиях (этот показатель характеризует слепящее действие светильников общего освещения); 2) к о э ф ф и ц и е н т п у л ь с а ­ ц и и о с в е щ е н н о с т и в производственных и общественных по­ мещениях (этот коэффициент является критерием оценки относитель­ ной глубины колебаний освещенности в результате изменения во вре­ мени светового потока газоразрядных ламп при питании их перемен­ ным током и ограничивается нормами с целью исключения возможности

некоторых помещений общественных зданий позволяет создать впеча­ тление насыщенности светом).

В соответствии с требованиями новых норм после окончательного размещения светильников и определения мощности ламп должны быть рассчитаны показатель ослепленности, или дискомфорта, коэффициент пульсаций освещенности и цилиндрическая освещенность (в случае необходимости), а затем их величины сверены с величинами, указан­ ными в нормах. Инженерные методы расчета этих показателей опуб­ ликованы в специальной литературе.

Контрольные вопросы

1.Что такое светильник и как классифицируются светильники?

2.Какие виды и системы освещения существуют?

3.Как производится выбор источника света?

4.Какими величинами характеризуется положение светильника в помещении

ввертикальной плоскости и на плане?

5.Как определяется необходимое число светильников для ламп накаливания

ичисло рядов люминесцентных светильников?

6.Какими методами может быть рассчитана мощность лампы накаливания или число люминесцентных светильников?

7.Как выбираются контрольные точки при точечном методе и методе линейных изолюкс?

8.Как определяется минимальная освещенность?

9.Какие показатели регламентируются новыми нормами освещения?

10.ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

10.1. УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ

Источники излучения. Основной частью установок для облучения растений в закрытом грунте и других культивационных сооружениях является источник излучения. Для указанных целей раньше применя­ лись лампы накаливания. В настоящее время их не применяют, так как они неэкономичны и имеют менее благоприятный спектр по сравнению с газоразрядными лампами.

148

В теплицах широко использовались также обычные осветительные люминесцентные лампы (ЛБ, ЛТБ, ЛДЦ). Однако специфический спектр поглощения зеленых растений обусловил создание и приме­ нение специальных ламп. Конструктивно они не отличаются от обыч­ ных люминесцентных. К таким лампам относятся ЛФ 40-2 и ЛФ 40-1. Это лампы со специальным люминофорным покрытием, фитоотдача их на 40—50% больше, чем у осветительных люминесцентных ламп той же мощности (40 Вт).

Применение этих ламп показало, что при облучении томатов по 17 ч в сутки урожай их увеличивается на 45% по сравнению с урожаем, полученным при использовании ламп ЛБ-40.

Люминесцентные лампы укрепляются на спе­ циальных рамах и располагаются, как правило, горизонтально над растениями. Рамы могут быть подвижными и неподвижными. Недостатком лю­ минесцентных ламп является то, что из-за малой единичной мощности их приходится располагать довольно плотно в раме; в результате этого рама закрывает растения от естественного света в светлое время суток. Более удобными в этом смысле являются газоразрядные лампы высокого давления, которые имеют единичную мощность до 1000 Вт. Эти лампы сейчас получают наи­ большее распространение в теплицах.

До недавнего времени часто применялась лампа ДРЛ. Но она имеет два существенных недостатка: нетермостойкое стекло наружной колбы и недостаточно высокую эффективную от­ дачу. Плохое качество стекла приводило к тому, что случайное попадание воды на колбу (при по­ ливе) разрушало ее. Обнажалась ртутно-кварце­ вая горелка, которая, являясь источником

ультрафиолетовых лучей, выжигала растения. Рис. 76. Внешний вид

Внастоящее время выпускается лампа облучателя с лампой

2000 Вт). Эти лампы устроены так же, как и лампа ДРЛ, но в газ горелки добавлены иодиды лития и индия для повышения фитоотдачи. На внут­ реннюю поверхность колбы нанесен зеркальный отражатель. Конструк­ ция лампы обеспечивает автоматическое отключение ее в случае по­ вреждения внешней колбы, что предотвращает возможность ожога растений. Средний срок службы лампы составляет 1000 ч. Фитоот­ дача лампы ЛОР-ЮОО на 60—80% выше, чем у Лампы типа ДРЛ-1000. Это позволяет примерно вдвое уменьшить расход энергии на облу­ чение.

Хорошие результаты при облучении растений дают лампы HLRG-400 фирмы «Филипс» (внешний вид на рис. 76) и подобная им отечествен­

149