
- •Глава 7 производственное освещение
- •7.1. Основные светотехнические понятия и гигиенические требования к производственному освещению
- •7.2. Влияние освещения на производственный травматизм и производительность труда
- •7.3. Классификация производственного освещения
- •7.4. Принципы нормирования производственного освещения
- •7.5. Устройство и расчет естественного освещения
- •7.6. Источники искусственного освещения и светильники
- •7.7. Расчет искусственного освещения
- •§ 8. Обслуживание осветительных установок
7.7. Расчет искусственного освещения
Светотехнические расчеты являются основополагающими при проектировании осветительных установок. Задачей расчета является выбор светильников и их расположение таким образом, чтобы достигались нормируемые количественные и качественные параметры осветительных установок при минимальных затратах на их сооружение и эксплуатацию. При расчетах освещения определяют число ламп и мощность светильников, необходимых для обеспечения заданного значения освещенности, однако могут выполняться и поверочные расчеты - вычисляется ожидаемая освещенность в определенных точках при заданных параметрах осветительной установки.
Расчетам предшествует подготовительный этап, при котором решаются следующие вопросы:
1. Выбор источников света.
2. Определение системы освещения.
3. Выбор типа светильника.
4. Определение количества светильников и схемы их расположения в производственном помещении.
5. Определение нормированного значения освещенности на рабочих местах.
6. Выбор способа расчета.
Для расчета искусственного освещения применяют два основных метода:
1. Метод коэффициента использования светового потока.
2. Точечный метод.
Все методы основаны на формулах, связывающих освещенность с характеристиками светильников и ламп.
Метод коэффициента использования светового потока
Данный метод применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, учитывает световой поток, отраженный от потолка и стен.
Если в помещении установлено N светильников со световым потоком в каждом из них Ф, общий световой поток равен NФ. Однако, не весь этот поток попадает на освещаемую поверхность: часть теряется в светильниках, падает на стены и потолок. Отношение потока, падающего на освещаемую поверхность, ко всему потоку ламп называется коэффициентом использования . В этом случае полезный поток Фп будет равен:
Этот поток, распределяясь по площади S, создает на ней среднюю освещенность:
(7.1)
Обычно
расчет ведут на минимальную освещенность
Еmin,
которая всегда меньше средней, и вводят
коэффициент минимальной освещенности
.
Тогда выражение (7.1) примет вид:
(7.2)
Минимальная освещенность должна соответствовать нормированной (Ен) и обеспечиваться во все время эксплуатации осветительной установки, поэтому необходимо ввести коэффициент запаса к, окончательно получим:
(7.3)
Величина светового потока светильника определяется из (7.3)
(7.4)
Коэффициент минимальной освещенности z характеризует неравномерность освещения и составляет 1,15 для ламп накаливания, 1,1 для люминисцентных ламп и 1,0 при освещении отраженным светом.
Коэффициент запаса k учитывает возможное уменьшение освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки, его величина составляет 1,3-1,8. Коэффициент использования светового потока зависит от КПД и кривой распределения силы света светильника, коэффициентов отражения потолка пот, стен с и расчетной поверхности п или пола, высоты подвеса светильнике, геометрических параметров помещения (индекс помещения i). Значения выбираются из таблиц, связывающих индекс помещений с их оптическими характеристиками (пот, с, п) и кривыми силы света (КCС) светильников (табл.7.3 и 7.4). По таблице 7.3 определяют тип кривой силы света применяемого светильника и по таблице 7.4 определяют .
Индекс помещения i находят по формуле
,
(7.5)
где АиВ- длина и ширина помещения, м;
h- расчетная высота светильника над рабочей поверхностью, м.
Расчетная высота h может быть определена из выражения:
,
(7.6)
где Н - высота помещения, м;
hc - расстояние от светильника до потолка, принимается в пределах от 0 (при установке светильника на потолке или заподлицо с фермами) до 1,5 м;
hp - высота рабочей поверхности над полом, м.
Для неслишком удлиненных помещений (А/В 3) индекс i можно определить по упрощенной формуле:
(7.7)
После определения светового потока лампы (по формуле 7.4) по стандартам на источники света (таблицы 7.1 и 7.2) выбирают ближайшую стандартную лампу. При выборе ламп допускается отклонение номинального потока в пределах -10 + +20%.
Если невозможно выбрать лампу, поток, который лежит в указанных пределах, изменяется число светильников. Если мощность выбранной лампы превышает допустимую, на которую рассчитан применяемый светильник (таблица 7.3), то, задавшись потоком максимально возможной мощности лампы для данного типа светильника, из выражения (7.4) находят число ламп N и уточняют схему размещения.
Табл.7.4. Коэффициент использования , %
КСС |
пот = 0,7; с =0,5; п = 0,3 |
пот = 0,7; с =0,5; п = 0,1 | ||||||||||
Индекс помещения i | ||||||||||||
0,6 |
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
5 |
0,6 |
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
5 | |
М |
35 |
50 |
61 |
73 |
83 |
95 |
34 |
47 |
56 |
66 |
75 |
86 |
Д-1 |
36 |
50 |
58 |
72 |
81 |
90 |
36 |
47 |
56 |
63 |
73 |
79 |
Д-2 |
44 |
52 |
68 |
84 |
93 |
103 |
42 |
51 |
64 |
76 |
84 |
92 |
Г-1 |
49 |
60 |
75 |
90 |
101 |
106 |
48 |
57 |
71 |
82 |
89 |
94 |
Г-2 |
58 |
68 |
82 |
96 |
102 |
109 |
55 |
64 |
78 |
86 |
92 |
96 |
Г-3 |
64 |
74 |
85 |
95 |
100 |
105 |
62 |
70 |
79 |
86 |
90 |
93 |
Г-4 |
70 |
77 |
84 |
90 |
94 |
99 |
65 |
71 |
78 |
83 |
86 |
87 |
К-1 |
74 |
83 |
90 |
96 |
100 |
106 |
69 |
76 |
83 |
88 |
91 |
92 |
К-2 |
75 |
84 |
95 |
104 |
108 |
115 |
71 |
78 |
87 |
95 |
97 |
100 |
К-3 |
76 |
85 |
96 |
106 |
110 |
116 |
73 |
80 |
90 |
94 |
99 |
102 |
Л |
32 |
49 |
59 |
71 |
83 |
91 |
31 |
46 |
55 |
65 |
74 |
83 |
При применении светильников с трубчатыми люминисцентными лампами (ЛТБ, ЛДЦ и др.) в выражении 7.4 число ламп заменяют на число рядов и определяют необходимый поток в каждом из рядов. Тогда число светильников в ряду можно определить по формуле:
,
(7.8)
где N' - число светильников в ряду, шт.;
Фр - суммарный световой поток светильников ряда, лм;
Ф - поток лампы соответствующей мощности, устанавливаемой в светильник, лм;
n - число ламп в светильнике, шт.
Пример:
Дано помещение размерами А = 30 м, В = 15 м, Н = 4,5 м; коэффициенты отражения пот = 0,7; с =0,5; п = 0,1. Требуется осветить помещение люминисцентными лампами, создав освещенность Ен = 300 лк; к = 1,5; z = 1,1.
Выбираем светильник УСП ШБ с кривой светораспределения типа Д (Д-2). Светильники размещаем в четыре ряда.
Для нахождения индекса помещения определим расчетную высоту подвеса светильника h из выражения 7.6, приняв hc = 0, т.к. светильник УСП ШБ устанавливается на потолке:
h = 4,5 - 0,8 = 3,7 м.
Индекс помещения i определим по формуле 7.7, т.к. А/В < 3
По таблице 7.4 для Светильника с КCС Д-2 определяем коэффициент использования :
= 84% : 100 = 0,84 (если значения даны в %, их необходимо разделить на 100).
Определим необходимый световой поток в каждом из рядов из выражения 7.4:
лм
Согласно таблицы 7.3 светильник УСП ШБ выпускается в модификациях с лампами 4х20 Вт, 2 и 4х65 Вт, 3 и 4х80 Вт. Выбираем светильник с двумя лампами типа ЛБ по 65 Вт. Световой поток лампы ЛБ 65 равен 4550 лм (табл.7.2), тогда согласно 7.8 число светильников в ряду будет:
N' = 7 шт
При длине одного светильника 1,57 м 6 их общая длина составит:
1,57 7 = 11 м, следовательно между светильниками ряда могут быть оставлены разрывы по 2,5 м, а между крайними и стеной - 2 м. Общее число светильников N = 7x4 = 28 шт.
Точечный метод
Точечный метод служит для определения освещенности в конкретных точках освещаемой поверхности, применяется для расчета локализованного и комбинированного освещения и при поверочных расчетах общего равномерного освещения, когда отраженным световым потоком можно пренебречь. Он позволяет определять освещенность в точке: горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскости, создаваемую светильником с известными параметрами: силой света, светораспределением и геометрическими характеристиками, определяющими расположение светильника.
Для точечного круглосимметричного излучателя (светильника с лампами накаливания, ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) освещенность в расчетной точке выражается законом квадрата расстояний:
,
(7.9)
где J - сила света в направлении от источника к данной точке рабочей поверхности; кд;
r - расстояние от светильника до расчетной точки, м;
- угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением светового потока от источника.
Для определения освещенности в точке А на горизонтальной поверхности (рис.7.9) формула 7.9 приобретает вид:
(7.10)
Значения J могут быть определены по характеристике светораспределения (КСС светильника) для условной лампы со световым потоком Ф = 1000 лм. В этом случае формула 7.10 будет иметь вид:
,
(7.11)
где е - условная освещенность, создаваемая на поверхности в расчетной точке от светильника Ф = 1000 лм,
,
(7.12)
где е100 - условная освещенность излучателя, имеющего во всех направлениях силу света 100 кд (определяется по таблицам).
Так как освещенность создается не от одного источника, то берется е условных освещенностей ближайших источников. Влияние удаленных источников учитывается коэффициентом = 1,1-1,5. Удаленными можно считать источники, которые дают освещенность менее 5% одного из ближайших. С учетом коэффициента запаса к и коэффициента полезного действия светильника в нижней полусфере выражение (7.11) будет иметь вид:
(7.13)
Расчет точечным методом ведется в следующей последовательности:
1. На масштабном чертеже или плане помещения с обозначенным размещением светильников выбирают контрольные расчетные точки и измеряют расстояние d от проекций точек светильников на чертеже до контрольных точек (рис.7.3 ). При общем равномерном освещении больших помещений контрольными точками следует принимать центр углового поля и середину длинной стороны.
2. По заданному параметру h и значениям d находят угол и e100 (таблица 7.5).
3. Для данного типа светильника определяют тип кривой силы света и (таблица 7.3).
4. По значениям и типу КCС определяют J (таблица 7.6).
5. Определяют e и e ближайших источников (7.12).
6. Выбирают коэффициент запаса k (k = 1,3-1,8) и для заданного значения освещенности Е определяют величину светового потока лампы в светильнике из выражения (7.13), решая его относительно Ф:
(7.14)
Т а б л и ц а 7.5
Угол о^ и горизонтальная освещенность е^г^ в люксах для источника с силой света 100 кд
h, м
|
Расстояние ^ от контрольной точки до светильника, м
| ||||||||||||
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
7
|
10
|
11
|
12
|
13
|
| |
2
|
о0 25
|
270 17,85
|
45° 8,85
|
5б0 4,28
|
630 2,25
|
680 1,3
|
740 0,53
|
790 0,19
|
800 0,14
|
8l0 0,11
|
8l0 0,09
|
| |
3
|
о0 11,11
|
18° 9,5
|
34° 6,4
|
450 3,93
|
530 2,4
|
590 1,52
|
670 0,68
|
730 0,26
|
750 0,21
|
7б0 0,16
|
770 0,13
|
| |
4
|
о0 6,25
|
140 5,71
|
27" 4,47
|
370 3,2
|
450 2,21
|
51^ 1,52
|
600 0,76
|
680 0,32
|
700 0,25
|
720 0,11
|
730 0,16
|
| |
5
|
о0 4,0
|
ll0 3,77
|
22° 3,2
|
3l0 2,52
|
390 1,90
|
450 1,41
|
540 ^78
|
630 0,36
|
6б0 0,28
|
670 0,23
|
690 0,18
|
| |
6
|
о0 2,78
|
90 2,67
|
18° 2,37
|
270 1,99
|
340 1,6
|
400 1,26
|
490 0,77
|
590 0,38
|
6l0 0,31
|
630 0,25
|
6б0 0,21
|
| |
7
|
о0 2,04
|
80 1,98
|
16° 1,81
|
230 1,59
|
300 1,34
|
ЗбО 1,1
|
450 0,72
|
550 0,39
|
580 0,32
|
600 0,26
|
620 0,22
|
| |
8
|
о0 1,56
|
70 1,53
|
14° 1,43
|
2l0 1,28
|
270 1,12
|
320 0,96
|
4l0 0,67
|
5l0 0,38
|
540 0,32
|
5б0 0,27
|
580 0,23
|
| |
10
|
о0 1,0
|
50 0,99
|
11° 0,94
|
170 0,88
|
220 0,80
|
270 0,72
|
350 0,55
|
450 0,35
|
480 0,31
|
500 0,26
|
520 0,23
|
| |
12
|
о0 0,69
|
40 0,69
|
9° f, <''"' u,^^
|
140 0,63
|
180 0,59
|
230 0,54
|
300 0,45
|
400 0,32
|
430 0,28
|
450 0,25
|
470 0,22
|
| |
15
|
о0 0,44
|
30 0,44
|
80 0,43
|
ll0 0,42
|
150 0,40
|
180 0,38
|
250 0,33!
|
340 0,26
|
ЗбО 0,23
|
390 0,21
|
4l0 0,19
|
|
Т а б л и ц а 7.6
Сила света типовых КОС
Угол ^
|
Тип кривой силы света
| |||||||||
М
|
Д-1
|
Д-2
|
Г-1
|
Г-2
|
Г-3
|
Г-4
|
К-1
|
К-2
|
Л
| |
0
|
159,2
|
233,4
|
333,5
|
377,3
|
503,0
|
670,7
|
894,2
|
1192
|
1583
|
154,8
|
5
|
159,2
|
232,9
|
332,0
|
375,5
|
499,8
|
664,8
|
883,8
|
1173
|
1549
|
155,5
|
10
|
159,2
|
229,2
|
328,2
|
370,3
|
490,2
|
647,5
|
852,5
|
1118
|
1449
|
158,2
|
15
|
159,2
|
228,5
|
321,2
|
361,6
|
474,4
|
618,5
|
801,1
|
1026
|
1288
|
164,5
|
2С
|
159,2
|
224,7
|
311,8
|
349,8
|
452,7
|
579,5
|
731,2
|
902
|
1052
|
175,5
|
25
|
159,2
|
220,0
|
300,0
|
334,3
|
425,1
|
530,2
|
643,8
|
750
|
810
|
190,7
|
30
|
159,2
|
214,1
|
285,5
|
316,0
|
392,1
|
471,4
|
541,3
|
574
|
515
|
210,8
|
35
|
159,2
|
207,1
|
268,8
|
294,7
|
354,1
|
404,7
|
439,9
|
380
|
196
|
235,1
|
40
|
159,2
|
199,3
|
249,8
|
270,7
|
311,7
|
330,9
|
301,0
|
174
|
0
|
261,8
|
45
|
159,2
|
190,6
|
228,9
|
244,2
|
265,3
|
251,4
|
168,8
|
0
|
^*
|
281,6
|
50
|
159,2
|
180,0
|
206^0
|
215,4
|
215,5
|
167,3
|
32,6
|
—
|
—
|
282,1
|
55
|
159,2
|
170,5
|
181,7
|
184,6
|
162,9
|
81,8
|
-
|
—
|
—
|
257,2
|
60
|
159,2
|
159,2
|
155,4
|
1.52,0
|
108,3
|
0
|
—
|
—
|
-
|
212,9
|
65
|
159,2
|
147,1
|
128,1
|
118,2
|
52,6
|
—
|
-
|
|
|
161,7
|
70
|
159,2
|
134,3
|
99,8
|
83,1
|
0
|
-
|
-
|
|
|
113,6
|
75
|
159,2
|
121,0
|
70,6
|
47,4
|
—
|
-
|
—
|
|
|
71,5
|
80
|
159,2
|
106,9
|
40,8
|
11,1
|
—
|
-
|
-.
|
|
|
35,8
|
85
|
159,2
|
92,5
|
10,8
|
—
|
—
|
—
|
—
|
|
|
10,0
|
90
|
159,2
|
77,7
|
-
|
—
|
—
|
-
|
-
|
|
|
0
|
По найденному значению потока Ф выбирают наименьшую мощность лампы применяемого светильника (таблица 7*3).
Если световой поток светильников при принятом расположении или при выбранной стандартной лампе данного типа светильника отличается от рассчитанного на -10 - +20% корректируют расположение и тип светильников и производят дополнительную проверку результатов.
В представленном виде точечный метод решает задачу определения мощности светильников при заданном их расположении. В тех случаях, когда расчету предшествует выбор типа светильника и лампы, выражение (7.13) используется для вариации размещения светильников и определения освещенности. В этом случае оно решается относительно ^е или Е:
^ = У^^/^^ (7.15)
Однако, дальнейшее решение (7.15) легко выполнимо, если известно, что в ^ одинаково участвуют 2,3 или 4 светильника. Тогда определяется условная освещенность светильника ^ и по ней находится значение ^ .
Кроме изложенного выше способа определения условной освещенности по таблицам значение ^ может быть найдено с помощью характеристик светораспределения или кривых равной условной горизонтальной освещенности, представленных в светотехнических справочниках. При их использовании в формулах (7.13 и 7.14) коэффициент ^не учитывается.
Пример.
Рассчитать точечным методом общее освещение в точке А производственного помещения (рис.7.10) светильниками РСП 18 с лампами ДРЛ при следующих условиях: расчетная высота ^ =5 м, нормируемая освещенность Е = 200 лк, коэффициент запаса ^=1,5.
^
В помещении установлено 12 светильников, которые размещены в вершинах прямоугольных полей размером 7х8 м. Контрольная точка А выбрана в середине поля четырех светильников. Расстояния <Д, измеренные по плану помещения (в масштабе) от точки А до проекций учитываемых светильников, указаны на рисунке.
Для ^ =5 м и всех значений <? по таблице 7.5 находим << и ^/^.
' ^.
Результаты вычислений оформляем в виде таблицы (таблица 7.7). Таблица 7.7
^.-^ : <^ : ^ : ^ ^ ^=^^/^
5,3 45° 1,41 265,3 1,41*265,3/100=3,74 II 66° 0,28 50 0,28'50/100=0,14 12,5 67° 0,23 48 0,23-48/100=0,II
Для светильника РСП 18 тип КОС Г-2 и ^=0,7 (70% таблица 7.3) Для КОС Г-2 по значениям ^ определяем ^,(таблица 7.6). Определяем ^ по формуле (7^12) и находим ^^ ближайших источников: в точке А освещенность создается четырьмя светильниками, находящимися на расстоянии ^=5,3 м, двумя - на расстоянии <^ е11 м и двумя - на расстоянии 12,5 м, остальные являются удаленными ( ^<5%).
2^= ^^-^'^4-^.^ = ^46 Принимаем ^^ = 1,2 Подставляем в (7.14) найденные значения и определяем световой
поток лампы:
ЮОО'200'1,5 ф = ————————— = 23102 лк
1,2-15,46-0,7
С учетом 10% отклонения светового потока выбираем лампы мощностью 400 Вт и Ф = 22000 лм (таблица 7.3)