Осветительные приборы. Основные методы светотехнического расчета освещения

Электрические источники оптического излучения, и в частности света, используют в комплекте с устройствами, которые предназначены для установки и подключения к электропитанию самих источников излучения, для перераспределения их потока излучения и для защиты источников от механических повреждений и неблагоприятных воздействий окружающей среды. Такие устройства, перераспределяющие свет в больших телесных углах до 4p стерадиан называют светильниками, а внутри малых углов – прожекторами. В общем случае эти устройства принято называть - световые приборы.

Основная светотехническая функция светильников и прожекторов - перераспределять световой поток источников, так как они излучают свет практически во всех направлениях пространства. Исключение составляют лишь лампы с зеркальным напылением на внутренней поверхности колбы. Поэтому для изменения направления светового потока в нужном направлении, что является экономически целесообразным, в прожектор или светильник устанавливают отражатель. Лампу, а иногда и отражатель, как правило, защищают от внешних воздействий светопропускающим элементом, который в ряде случаев дополнительно защищают от возможных механических повреждений – защитной сеткой.

По форме кривых силы света (КСС) светильники подразделяются на семь типов. Графические изображения указанных типов КСС представлены на рис.3.

Рисунок 3. Типы стандартизованных КСС: К – концентрированная; Г – глубокая; Д – косинусная; Л – полуширокая; Ш – широкая; М – равномерная; С – синусная.

Светильник выбирают в зависимости от характера окружающей среды, требований к светораспределению, ограничению слепящего действия, их стоимости и экономичности.

К светильникам, устанавливаемым в сухих отапливаемых помещениях не предъявляют специальных требований. Сельскохозяйственные помещения могут относиться к сухим, влажным, сырым, особо сырым, пыльным, с химически активной средой, жарким, пожароопасным. Поэтому при выборе светильников нужно учитывать степень защиты светильников от окружающей среды помещения.

Светораспределение потока и форма кривой силы света (КСС) являются основными показателями качества освещения и энергетической экономичности установки. Для освещения помещений, стены и потолок которых имеют невысокие отражающие свойства, целесообразно использовать светильники прямого света (П), при высоких отражающих свойствах стен и потолков — светильники преимущественно прямого света (Н). Для такого типа помещений используются сетильники с типовыми КСС К, Г или Д. Для дминистративных, общественных и жилых помещений используются светильники рассеянного, преимущественно отраженного или отраженного светораспределения с типовыми КСС М, Л, или Ш. Для высоких помещений с точки зрения минимальной установленной мощности источников света наиболее выгодны светильники с типом КСС К, а по мере уменьшения высоты КСС типа Г и Д, но применение светильников с такими типами КСС приводит к уменьшению расстояния между ними и к увеличению капитальных затрат.

СНиП различают две системы освещения – общее и комбинированное (местное и общее освещение). При любой системе освещения допускаются отклонения расчетной освещенности от нормированной в любой точке поверхности не более чем на +20…-10%.

В сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, где нормированная освещенность, как правило, не превышает 50 лк для ЛН и 150 лк для РЛ, рекомендуется использовать общее освещение. При выборе общего освещения предпочтение отдают локализованному, которое обеспечивает повышенную освещенность в главных точках рабочей поверхности, таких как кормовые и навозные проходы, кормушки, стеллажи, верстаки и др. На остальных участках рабочей поверхности помещения освещенность не должна быть меньше 75% от средней. Светильники местного освещения устанавливают на рабочем месте или применяют переносной светильник. Применение только местного освещения в помещениях недопустимо.

В сельскохозяйственных помещениях предусматриваются следующие виды освещения: рабочее освещение двух разновидностей – технологическое и дежурное, а также аварийное и ремонтное.

Технологическое освещение обеспечивает нужную продуктивность животных, птицы, а также условия видения для выполнения обслуживающим персоналом производственных операций. Технологическое освещение располагают в зоне расположения животных.

Рабочее освещение обеспечивает нормированную освещенность во всех точках рабочей поверхности, соответствующее качество, которое определяется отклонениями питающего напряжения, пульсацией светового потока, направлением и спектральным составом света, равномерность освещения и др. Включается только при выполнении персоналом работ в данном помещение.

Дежурное освещение предназначено для наблюдения на объекте в ночное время с минимальной освещенностью. Светильники дежурного освещения выделяются из числа светильников общего освещения. В помещениях для содержания животных они составляют 10%, а в родильных отделениях 15% от общего числа светильников в помещении. Дежурное освещение располагается, как правило, равномерно по проходам производственных помещений. К дежурному освещению может относится наружное освещение входов в помещение.

Аварийное освещение предназначено для продолжения работ или эвакуации. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей для продолжения работ принимается в пределах 5% от рабочей освещенности, но не менее 2 лк внутри помещения и 1 лк для наружных площадок. Аварийное освещение для продолжения работ устанавливают в том случае, если отключение освещения может привести к травматизму, нарушению технологического процесса или работы жизненно важных объектов( пожарная, медицинская службы и др.).

В сельскохозяйственном производстве аварийное освещение для продолжения работ необходимо проектировать на следующих объектах: инкубаторы, электрические станции и подстанции, ветеринарные пункты, зернопункты, имеющие протравливатели, сушильные установки.

Для эвакуации должна обеспечиваться освещенность на полу в основных проходах и на ступеньках помещений не менее 0,5 лк и 0,2 лк на открытых площадках. Для аварийного освещения можно использовать только лампы накаливания. Люминесцентные лампы допускается использовать при питании переменным током напряжением не ниже 90% номинального.

Светильники аварийного освещения должны отличаться от светильника рабочего освещения окраской или типом.

Задача светотехнического расчета – определить потребную мощность источников света для обеспечения нормированной освещенности. В результате расчета находят световой поток источника света, устанавливаемого в светильнике. По рассчитанному световому потоку выбирают стандартную лампу. Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного значения допускается в пределах –10…+20%. Если расхождение больше, то необходимо изменить число светильников, их размещение, тип и выполнить перерасчет, чтобы это расхождение укладывалось в допустимые пределы.

В практике светотехнических расчетов наиболее широко применяют точечный метод, метод коэффициента использования светового потока и метод удельной мощности.

Точечный метод используют для расчета неравномерного освещения: общего локализованного, местного, наклонных поверхностей, наружного. Необходимый световой поток осветительной установки определяют исходя из условия, что в любой точке освещаемой поверхности освещенность должна быть не менее нормированной, даже в конце срока службы источника света. Отражение от стен, потолка и рабочей поверхности не играет существенной роли.

Расчет ведется следующим образом:

1. По справочным данным определяют минимальную нормированную освещенность для данной категории помещений.

2. Выбирают тип источника света и светильник.

3. Рассчитывают размещение светильников в помещении.

4. На плане помещения с размещением выбранных светильников намечают контрольные точки. В качестве них на освещаемой поверхности, в пределах которой должна быть обеспечена нормированная освещенность, берут точки с минимальной освещенностью. Такие точки следует брать в центре между светильниками или посередине одной из крайних сторон.(рис. 4,а). Не следует брать точки с минимальной освещенностью у стены или в углах. Если в таких точках есть рабочие места, то освещенность в них можно довести до нормы путем местного освещения или увеличения мощности источников ближайших светильников.

5. Вычисляют условную освещенность в каждой контрольной точке и точку с наименьшей условной освещенностью принимают за расчетную.

6. По справочным данным устанавливают коэффициенты запаса и дополнительной освещенности.

7. Рассчитывают световой поток лампы.

8. Из справочных таблиц выбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой отличается от полученного расчетного не более чем на - 10…+20%, и определяют ее мощность.

9. Подсчитываю электрическую мощность всей осветительной установки.

На рис. 4 приведены примеры выбора контрольных точек на плане помещения (а) и в вертикальной плоскости (б).

a)
б)
Рисунок 4 - Схемы к выбору и расчёту освещения в контрольных точках.

Если размеры источника меньше 0,5Н_р (точечный источник света), то в начале рассчитывают условную освещенность в каждой контрольной точке:

где e_i - условная освещенность в контрольной точке от i -го источника света с условным световым потоком 1000 лм, которую определяют по кривым изолюкс или по формуле:

где a_i - угол между вертикалью и направление силы света i -го светильника в расчетную точку (рис. 4,б);

1000 - сила света i -го источника света с условной лампой , световой поток которой равен 1000лм, в направлении расчетной точки.

Численные значения I_ai¹⁰⁰⁰ определяются по силе света типовых КСС. Точка, в которой суммарная условная освещенность минимальная, принимается за расчетную.

Световой поток источника света в каждом светильнике рассчитывают по формуле:

где m = 1,1…1,2 - коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отражения от ограждающих конструкций;

1000 - световой поток условной лампы, лм.

По рассчитанному значению светового потока и табличным данным выбирают тип, размеры лампы и её номинальную мощность Р_лн, рассчитывают отклонение табличного светового потока от расчетного:

Метод коэффициента использования светового потока целесообразно применять при расчете общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей с учетом отраженных от стен, потолка и пола световых потоков. Значения коэффициентов отражения для различных материалов и покрытий приводятся в справочных данных на характеристики помещений.

Световой поток Ф источника света в каждом светильнике находится по формуле:

где Е_н – заданная минимальная освещенность, лк; К_з – коэффициент запаса; S - освещаемая площадь, м²; Z – коэффициент неравномерности равный 1,1 - 1,2; N – общее количество светильников, шт.; h_и – коэффициент использования светового потока в относительных единицах, определяется по справочным данным для рассматриваемого помещения.

Для определения коэффициента использования светового потока h_и находятся индекс помещения i и коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка - r_п, стен -r_с и пола (рабочей поверхности) r_пр.

Индекс помещения рассчитывают по формуле:

где А, В – длина и ширина помещения, м; Н_р – расчетная высота, м.

По типу светильника, коэффициентам отражения и индексу помещения определяют коэффициент использования светового потока h_и в относительных единицах.

По найденному световому потоку, пользуясь справочными данными выбирают типоразмер лампы и ее мощность. Если ближайшие лампы имеют световой поток, отличающийся от расчетного на –10%…+20%, то выбирают лампу с другим световым потоком и уточняют число светильников. Затем рассчитывают мощность всей осветительной установки.

Метод удельной мощности является упрощенным методом коэффициента использования светового потока и рекомендуется для расчета осветительных установок второстепенных помещений и для предварительного определения осветительной нагрузки на начальной стадии проектирования.

Расчетная формула метода:

где P_лр - расчетная мощность лампы, Вт; N - количество светильников в помещении, шт; P_уд - удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м²; S – площадь помещения, м².

Значение удельной мощности зависит от типа и светораспределения светильника, размеров помещения, коэффициентов отражения стен, потолка и пола, высоты подвеса светильника и выбирается по справочной литературе.

По расчетной мощности лампы P_лр и каталожным данным выбирают типоразмер лампы и её номинальную мощность P_лн так, чтобы выполнялось условие

.

Лекция 13.