3.2 Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока

Этот метод применяют при расчете общего равномерного освещения горизонтальных плоскостей закрытых помещений с симметрично размещенными светильниками при условии отсутствия в помещении громоздкого оборудования, затеняюще­го рабочие места. Метод определяет освещенность поверх­ности с учетом как светового потока, падающего от светильников непо­средственно на освещаемую поверхность Ф_П, так и отраженного от стен, потолков и самой освещаемой поверхности Ф_ОТР:

Ф_Р = Ф_П + Ф_ОТР (3.1)

где Фр  суммарный световой поток, падающий на освещаемую по­верхность.

На горизонтальную рабочую поверхность падает не весь световой поток от ламп, размещенных в освещаемом помещении, так как некото­рая часть светового потока поглощается осветительной структурой, сте­нами и потолком. Следовательно, Фр < п • Ф_Л.

Коэффициентом использования светового потока осветительной установки  отношение светового потока, падающего на гори­зонтальную поверхность, равную площади освещаемого помещения, к суммарному световому потоку всех источников света, размещенных в этом помещении:

К_И = Фр/п • Ф_Л. (3.2)

Из (3.2): коэффициент использования светово­го потока всегда меньше единицы и зависит от типа и КПД светильника, высоты подвеса, окраски стен, пола и потолка, площади и геомет­рических размеров помещения.

Каждый тип светильника характеризуется кривой си­лы света. Чем большая часть светового потока, излучаемая светильником, падает на освещаемую поверхность, тем меньше света поглощается стенами и потолком  следовательно, коэффициент исполь­зования возрастает.

С увеличением КПД потери светового потока в светильнике уменьшаются, а коэффициент использования возрастает. Чем выше подвешены светильники над рабочей поверхностью, тем ниже коэффициент использования. Чем светлее окраска стен и потолка, тем выше значения коэффици­ента отражения, растет и коэффициент использования.

Зависимость коэффициента использования от геометрических раз­меров помещения учитывается индексом (показателем) помещения i. Для прямоугольных помещений ин­декс i определяет эмпирическая формула:

i = L_L  L_B / Н_Р (L_L + L_B) (3,3)

где L_L и L_B  длина и ширина помещения, м.

Для каждого типа светильника в зависимости от индекса помеще­ния и коэффициентов отражения потолков, стен и расчетной поверхности вычислены коэффициенты использования светового потока, приведенные в таблицах (Приложения П1 и П2). В таблицах 2.132.15 даны характе­ристики светильников.

Средняя освещенность Е_СР горизонтальной поверхности:

Е_СР = (Фр/S) = К_И n  Ф_Л / S. (3,4)

Строительные нормы и правила (СНиП) устанавливают наимень­шие величины освещенности рабочих поверхностей. Поэтому при расче­те необходимо обеспечить нормированную минимальную, а не среднюю освещенность. Так как Ecp > Emin, то вводится поправочный коэффициент Z, пред­ставляющий собой отношение средней освещенности к минимальной:

Z = Ecp /Emin. (3.5)

Поправочный коэффициент Z зависит от типа светильника и относительного рас­стояния между светильниками. Значения Z для некоторых стандартных светильников приведены в таблица 3.1

При расчете осветительных установок с люминес­центными лампами коэффициент Z может быть ориентировочно принят в пределах 1,11,2. С течением времени освещенность от осветительной установки за счет загрязнения снижается. Для учета этого в расчетную формулу вводится коэффициент запаса К_ЗАП > 1. В таблице 3.2 приведены рекомендуемые величины К_ЗАП в зависимо­сти от степени загрязнения освещаемого помещения и периодичности чистки светильников с лампами накаливания и люминесцентными

Таблица 3.1 Значения поправочного коэффициента Z

Тип светильника	Отношение L/HР
	0,8	1,2	1,6 2,0
	Значения Z
Универсаль без затемнителя	1,2	1,15	1,25	1,5
Глубокоизлучатель эмалированный	1,15	1,1	1,2	1,4
Люцегга цельного стекла	1,0	1,0	1,2	2,2
Шар молочного стекла	1,0	1,0	1,1	1,3
Лампа зеркальная	1,2	1,4	1,5	1,8
СК-300	1,0	1,0	2,2	1,3
Пм	1,0	1,0	1,1	1,2

Из (3.5) E_СР = Z • Е_MIN; введя коэффициент запаса К_ЗАП, после преобразований из (3.4) получим основное расчетное уравнение для определения светового потока каждой лампы освещаемого помещения

Ф_Л = Е_MIN Z К_ЗАП S / К_И n . (3.6)

По вычисленному значению светового потока Ф_Л, выбирают стан­дартную лампу с ближайшим значением светового потока Ф₀. После это­го проверяют фактическую освещенность [лк] при выбранных лампах

Е_ФАКТ = Ф₀ Е_MIN / Ф_{Л .} (3.7)

Таблица 3.2 Значения коэффициентов запаса K_3АП

Характеристика объекта	Коэффициент запаса		Сроки чистки светиль­ников
	Люминес­центные лампы	Лампы накали­вания
Помещения с большим выделением пы­ли, дыма, копоти (цементные заводы, литейные цеха, дробильные корпуса ОФ, дозировочные отделения и пр.)	2,0	1,7	4 раза в месяц
Помещения со средним выделение пыли, дыма, копоти (прокатные цеха, механо­сборочные цеха, флотомагнитообогатительные фабрики и пр.)	1,8	1,5	3 раза в месяц
Помещения с малым выделением (машино- и приборостроительные заводы, конторы, конструкторские бюро и пр.)	1,5	1,3	2 раза в месяц
Открытые пространства	1,5	1,3
Общественные и жилые здания	1,5	1,3

Пример 1. Определить число светильников и мощность ламп для освещения электроремонтного цеха длиной А = 72 м, шириной Б = 48 м и высотой Н = 12 м. Стены, потолок и пол имеют коэффициенты отражения соответственно Sc = 30 %, Sп = 50 % и Sр = 10 %. Размещение светильника приведено на рисунке 3.1

hС = 1,2 м Н НР hР = 0,8 м Рисунок 3.1 Размещение светильников

Решение. Учитывая разряд зрительной работы (таблица 1.1, п.36) и большую высоту помещения, принимаем для освещения цеха газоразрядные лампы типа ДРЛ. По таблице 1.1 устанавливаем норму осве­щенности в цехе, которая при газоразрядных лампах составляет 300 лк на уровне h₁= 0,8 м от пола. Для освещения цеха принимаем светильники типа СДДРЛ.

В соответствии с рисунком 3.1 определяем высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью: Нр=Н – hр  hс = 12  0,8 – 1,2 = 10 м.

По формуле (3.3) определяем индекс помещения:

i = АВ/ Н_Р (А + Б) = 72  48 / 10 (72 + 48) = 3456 / 1200 = 2,88 = 3

По таблице П2 находим коэффициент использования светового пото­ка Ки.

При Sп = 50 %, Sc =30 %, Sp =10 % и i = 3 коэффициент использования Ки = 0,74.

Применяя формулу (3.6) при n = 1, находим суммарный световой поток, необходимый для создания освещенности в Е_MIN = 300 лк:

Ф_{Л СУММ} = Е_MIN Z К_ЗАП S / К_И n =

= 300  1,5  1,1 72  48 / 0,74 1 = 1541189 лм.

Принимаем для освещения лампу ДРЛ мощностью 700 Вт и по табл. 2.7 находим ее световой поток Ф_Л = 40000 лм.

Необходимое число ламп определяем как частное от деления Ф_{Л СУММ}

на световой поток одной лампы Ф_Л = 40000 лм:

n _Л = Ф_{Л СУММ} / Ф_Л0 =1541189 / 40000 = 38,6 = 40 шт.

Распределяем эти лампы по длине цеха в 4 ряда по 10 ламп в каж­дом ряду.

Пример 2. Рассчитать освещение учебной аудитории вуза, которая имеет: длину А = 15 м, ширину В = 6 м, высоту Н = 4 м. Коэффициенты отражения потолка, стен и пола имеют значе­ния соответственно Sп = 70 %, Sс = 50 % и Sр = 10 %. Расчеты выполнить для двух вариантов: для ламп накаливания и люминесцентны­х ламп.

Решение. Вариант 1. Светильники размещаем на вершинах треугольника (Рисунок 3.2). Освещение аудитории осуществляется лампами нака­ливания. Используются светильники типа ПО02 (шар молочного стекла). Норма освещенности согласно таблицы 1.5 при использовании ламп накали­вания составляет Е_MIN = 150 лк на уровне рабочей поверхности h_P = 0,8 м от пола.

При указанном размещении светильников их общее количество в аудитории будет равно п_СВ = 14 шт, в каждом по одной лампе п_ЛС = 1 шт, итого число ламп; п_Л = п_СВ п_ЛС = 14  1 = 14 шт.

Высота подвеса светильника над рабочим столом:

Нр = Н – hс hр = 4  0,4 – 0,8 = 2,8 м.

Индекс помещения по формуле (3.3) составит:

i = L_L L_B / Н_Р (L_L+ L_B) = 15  6/ 2,8 (15 + 6) = 1,53 = 1,5

По табл. ПI для светильника ПО02 (шар) находим коэффициент использования светового потока, который равен К_И = 0,36 . По формуле (3.6) рассчитываем световой поток лампы, необходимый для освещения:

Ф_{Л СУММ} = Е_MIN Z К_ЗАП S / К_И n =

= 150  1,3  1 15  6 / 0,36 14 = 3482 лм.

LCT LCB LCT hC LB H HP hP LL Рисунок 3.2 Схема размещения светильников в аудитории H = 4 м; hC = 2,8 м; LB = 6 м; LL = 15 м; LСТ = 1,5 м; LСВ = 3 м

В этой формуле К_ЗАП = 1,3 (для ламп накаливания) и Z = 1 в соответ­ствии с таблицей 3.1.

В соответствии с расчетным световым потоком Ф_Л =3482 лм по таблице 2.1 выбираем лампу типа Г300 мощностью 300 Вт со световым по­током 4600 лм. С этой лампой освещенность будет выше нормативной:

Е_ФАКТ = Ф_Л0 Е_MIN / Ф_Л = (4600150/3482) = 198,16. [лк]

Если поставить лампу мощностью 200 Вт со световым потоком Ф_0Л = 2920 лм, то фактическая освещенность составит согласно формуле (3.7):

Е_ФАКТ = Ф_Л0 Е_MIN / Ф_Л = (2920150/3482) = 126 , [лк]

что меньше Е_MIN = 150 лк.

Мощность Р, затрачиваемая на освещение аудитории лампами нака­ливания, составит: Р = п_ЛР_Л = 14300 = 4200 Вт = 4,2 кВт .

Вариант 2. Освещение аудитории выполняется люминесцентными лампами со светильниками типа ЛДО. Норма освещенности при исполь­зовании газоразрядных ламп составляет Е_MIN = 300 лк (таблица 1.5). Раз­мещение светильников аналогично первому варианту. Коэффициент ис­пользования светового потока для светильников ЛДО, по таблице П2, составляет К_И = 0,57. Тогда световой поток будет равен:

Ф_{Л СУММ} = Е_MIN Z К_ЗАП S / К_И n_СВ =

= 300  1,5  1,1 15  6 / 0,57 14 = 5583 лм.

Коэффициент запаса К₃ = 1,5 и Z = 1,1 для газоразрядных ламп.

По световому потоку Ф_{Л СУММ} = 5583 лм выбираем мощность

люминес­центных ламп. Принимаем лампу типа ЛБ-40-4 мощностью P_Л = 40 Вт со све­товым потоком Ф_0Л = 2850 лм. В светильнике ЛДО устанавливаются две таких лампы, тогда Ф_0С = 5700 лм. Фактическая освещенность составит:

Е_ФАКТ = Ф_Л0 Е_MIN / Ф_{Л СУММ} = (5700300/5583) = 306 . [лк]

Мощность P, затрачиваемая на освещение аудитории люминесцент­ными лампами будет равна ; P = п_СВ п_ЛС  P_Л =14  2 40 = 1120 Bт = l,12 кВт .

Второй вариант наиболее экономичен.