6.7. Общие принципы проектирования и методы расчета искусственного освещения

При проектировании осветительной установки необходимо: выбрать тип источника света, систему освещения, норму освещенности, тип светильника; произвести размещение светильников; рассчитать освещенность рабочих мест; уточнить

Таблица 6.11

Значение коэффициента запаса для светильников

Помещения, территории	Коэффициент запаса, Кзап
	Газоразрядные лампы	Лампы накаливания
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне: а) пыль, дым, копоть в количестве выше 5 мг/м3 б) то же, от 1 до 5 мг/м3 в) то же, менее 1 мг/м3 г) значительные концентрации паров кислот и щелочей, газов, способных при соприкосновении с влагой образовывать слабые растворы кислот, щелочей, а также обладающих большой коррозирующей способностью	2 1,8 1,5 1,8	1,7 1,5 1,3 1,5
Производственные помещения с особым режимом по чистоте воздуха при обслуживании светильников: а) с технического этажа б) с низа помещения Помещения общественных и жилых зданий Территории: а) металлургических, химических, горнообрабатывающих предприятий, шахт, рудников, железнодорожных станций и прилегающих к ним улиц и дорог б) промышленных предприятий (кроме указанных в пункте 4а) и общественных зданий	1,3 1,4 1,5 1,5 1,5	1,15 1,2 1,3 1,4 1,3

Таблица 6.12

Наибольшая допустимая яркость рабочей поверхности

Площадь рабочей поверхности, м2	Наибольшая допустимая яркость рабочей поверхности, кд/м2
Менее 0,0001 От 0,0001 до 0,001 От 0,001 до 0,01 От 0,01 до 0,1 Более 0,1	2000 1500 1000 750 500

Таблица 6.13

Минимальная высота подвеса светильников с лампами накаливания

(при расположении освещаемой поверхности от пола на высоте  0,8 м)

Характеристика светильников	Минимальная высота подвеса, м
	Ламп мощностью  200 Вт	Ламп мощностью  200 Вт
Светильники с диффузными отражателями, у которых защитный угол  = 10–300, без рассеивателей То же, с защитным углом более 300 Светильники с рассеивателями и с диффузными отражателями или без них: - с коэффициентом пропускания до 80 % в зоне распределения свето вого потока 0–600 и до 55 % в зоне 60–900 - с коэффициентом пропускания до 55 % в зоне 0–600	2 не ограничена 2 1,5	3 2 3 2
Светильники с зеркальными отражателями: - глубокого излучения - широкого излучения Открытые лампы с колбой из мато-вого стекла	1,5 3 2,5	2 5 4,5

Таблица 6.14

Минимальная высота подвеса светильников с люминесцентными

лампами

Характеристика светильников	Защитный угол светильника , град.	Минимальная высота подвеса, м, при числе ламп в светильнике
		4	4
Светильники прямого света с диффузными отражателями Светильники рассеянного света с коэффициентом пропускания рассеивателей: - менее 55 % - 55–80 %	15–25 25,1–40 более 40 - -	3 2 не ограничена 1,6 2,5	3,5 2,5 2,2 3

после этого размещение и число светильников и определить единичную мощность светильников и ламп

При выборе источников света для освещения производственных помещений, как правило, используют газоразрядные лампы, но в случаях, когда температура воздуха может понижаться до +5^о С и менее и напряжение в сети переменного тока падать ниже 90 % номинального, а также для местного освещения следует отдавать предпочтение лампам накаливания.

При выборе системы освещения следует учитывать, что комбинированная система экономичнее системы общего освещения, но в гигиеническом отношении последняя более совершенна, так как обеспечивает равномерное распределение световой энергии по рабочим поверхностям. При системе общего освещения возможны два способа размещения светильников: равномерное размещение над поверхностью освещаемого пространства и локализованное размещение над освещаемыми объектами.

Использование локализованного общего освещения позволяет добиться высоких уровней освещенности на рабочих местах без значительных затрат. Этот способ можно считать наиболее целесообразным для цехов с крупным оборудованием. При выполнении зрительных работ I–IV, Vа и Vб разрядов следует применять комбинированную систему освещения.

Местные светильники повышают освещенность, создают требуемую направленность светового потока, исключают отраженную блескость, а также дают возможность выполнять работы, связанные с просвечиванием материалов и деталей.

Типы светильников для производственных помещений выбираются по технологическим условиям с учетом характеристик светораспределения, экономических показателей, условий среды, а также с учетом требований взрыво- и пожаро-безопасности.

При размещении светильников в помещении они могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно. При этом для обеспечения равномерного распределения освещенности следует выдерживать определенные соотношения между высотой подвеса h_св светильника над освещаемой поверхностью и расстоянием L_св между светильниками. Оптимальные значения отношения  = L_св /h_св приведены в табл. 6.15.

Выбрав в зависимости от типа светильника величину , нетрудно определить расстояние между светильниками, м:

L_св =  h_{св (6.13)}

Кроме расстояния L_св между светильниками, необходимо выбрать и расстояние L₁ от стены до первого ряда светильников. Если рабочие поверхности горизонтальны и расположены непосредственно у стен, рекомендуется принимать L₁ = (0,25– 0,3)L_св; если у стен расположены проходы, L₁ = (0,4–0,5)L_св.

Расстояние между крайними рядами светильников по ши-рине помещения, равняется:

L₂ = В – 2L₁, м, (6.14)

Где В  ширина помещения, м.

Таблица 6.15

_{Оптимальные значения  = Lсв /h}св

Тип светильника	Значение 
Светильники с лампами накаливания
«Универсаль»: - У (без затенителя) - Уз (с затенителем) «Глубокоизлучатель»: - Гз (эмалированный) - Гс - Гк Фарфоровый Фм Промышленный уплотненный: - без отражателя ПУ, СПБ - с отражателем ПУ Для химически активной среды: - без отражателей СХ - с отражателями СХ, СХМ Взрывозащищенные: - без отражателей - с отражателями	1,5 1,4 1,4 0,9 0,7 2 2 1,5 2 1,4 2 1,4
Светильники с люминесцентными лампами
ОД, ОДР, ОДО, ОДОР, МОД, ПВЛ- 6, НОГЛ, ПЛУ ВОД, ВЛН, ПВЛ-1	1,4 1,5

Число рядов светильников, которые можно расположить между крайними рядами по ширине помещения, вычисляется по формуле

п_св.ш = (6.15)

Общее число светильников по ширине:

п_св.ш.о = п_св.ш + 2. (6.16)

Расстояние между крайними рядами светильников по длине помещения :

L₃ = А – 2L₁, м, (6.17)

где А – длина помещения, м.

Число рядов светильников, которые можно расположить между крайними рядами по длине помещения:

п_св.д = L₃ /L_св – 1. (6.18)

Общее число рядов светильников по длине:

п_св.д.о = п_св.д + 2. (6.19)

Общее число устанавливаемых в помещении светильников: N_св = п_св.ш.о п_{св.д.о. (6.20)}

Для расчета искусственного освещения используют в основном три метода.

При расчете общего равномерного освещения горизонтальных рабочих поверхностей применяется метод коэффициента использования светового потока, по которому определяется поток, необходимый для создания заданной освещенности поверхности с учетом света, отраженного стенами и потолком. Расчет выполняют по следующим формулам:

- для одноламповых светильников

; (6.21а)

- для многоламповых светильников

, (6.21б)

где F_л – световой поток одной лампы, лм; Е_н – нормированная освещенность (лк), принимаемая по СНиП 23-05-95 или отраслевым нормам; S_п – площадь освещаемого помещения, м²;  – коэффициент неравномерности освещенности, принимаемый для ламп накаливания и ДРЛ – 1,15, для люминесцентных ламп – 1,10; К_зап – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации (табл. 6.11); N_св – число светильников в помещении; m – число ламп в одном светильнике;  – коэффициент использования светового потока (%), принимаемый по справочным таблицам [12]. Он зависит от типа светильника, индекса помещения i и коэффициентов отражения стен ρ_cn и потолка ρ_n (табл. 6.16).

Индекс помещения определяется по формуле

, (6.22)

где А и В – длина и ширина помещения, м; h_св – высота подвеса светильников, м.

Таблица 6.16

Значения коэффициент отражения потолка и стен (%)

Состояние потолка	п, %	Состояние стен	с,%
Свежепобеленный Побеленный в сырых по- мещениях Чистый бетонный Светлый деревянный Бетонный грязный Деревянный неокрашенный Грязный (кузницы, склады)	70 50 50 50 30 30 10	Свежепобеленные с окнами, закрытыми белыми шторами Свежепобеленные с окна- ми без штор Бетонные с окнами Оклеенные светлыми обоями Грязные Кирпичные неоштукату- ренные С темными обоями	70 50 30 30 10 10 10

После определения светового потока лампы F_л по справочнику или каталогу подбирают ближайшую стандартную лампу и определяют электрическую мощность всей осветительной установки. В практике допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного до –10 % и +20 %, в противном случае выбирают другую схему расположения светильников.

Второй способ расчета – точечный метод, позволяющий определить освещенность в любой точке произвольно расположенной плоскости, когда отраженным от стен и потолка светом можно пренебречь.

Этот метод используют при расчете: общего локализованного освещения, целесообразного для цехов с крупногабаритным оборудованием; местного освещения; освещения вертикальных и наклонных поверхностей; наружного освещения.

При этом вводится понятие условной освещенности е точки горизонтальной поверхности, рассчитываемой для лампы со световым потоком 1000 лм:

е = J_α·cos³α/h_св², (6.23)

где J_α – сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности, кд, заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм; α – угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением светового потока от источника.

Для определения фактической освещенности Е для лампы со световым потоком Fл и с учетом коэффициента запаса будем иметь

Е = F_л·е/(1000·К_зап), (6.24)

где К_зап – коэффициент запаса, принимаемый по табл. 6.11.

На практике условная освещенность определяется с помощью пространственных изолюкс, данные о которых приводятся в светотехнических справочниках для каждого типа светильника.

Они показывают условную освещенность е в зависимости от высоты подвеса светильника h_св и расстояния l от проекции светильника на горизонтальную плоскость до заданной точки.

В качестве примера на рис. 6.14 изображен график пространственных изолюкс для светильников типа «Универсаль».

Рис. 6.14. График пространственных изолюкс для светильников

типа «Универсаль»

Расчет освещения по точечному методу производится в следующей последовательности:

- выбирается тип, схема размещения и высота подвеса светильников h_св;

- в масштабе вычерчивается план помещения со светильниками, на который наносится контрольная точка и определяется расстояние l от нее до проекций светильников;

- по пространственным изолюксам определяется условная освещенность е от каждого светильника и вычисляется общая условная освещенность Σе от всех светильников;

- рассчитывается горизонтальная освещенность в контрольной точке

Е = F_л· μ·Σе/(1000·К_зап), (6.25)

где μ – коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отраженного света (принимается в пределах 1,1–1,2).

Можно решить и обратную задачу: по нормированной величине освещенности найти требуемый световой поток и мощность лампы. Расчетная формула при этом имеет вид

Fл = 1000 · (6.26)

Зная величину F_л, по справочным данным можно подобрать лампу и определяеть ее мощность.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным, поэтому его применяют только для приближенных или поверочных расчетов освещенности в помещениях с равномерным расположением светильников как с лампами накаливания, так и с люминесцентными лампами.

Этот метод позволяет определить расчетную мощность одной лампы Р_л.р (Вт) для создания в помещении нормируемой освещенности:

Р_л.р = (6.27)

где W – удельная мощность осветительной установки (отношение общей мощности осветительной установки к площади освещаемого помещения), Вт/м²; S_п – площадь помещения, м²; n_л–число ламп в осветительной установке (n_л = N_св·m).

Значения удельной мощности приводятся в светотехнических справочниках в зависимости от типа светильника, высоты его подвеса, площади помещения и требуемой освещенности.

По значению Р_л.р выбирают тип и мощность Р_л стандартной лампы, ближайшую к этой расчетной величине.

Действительная освещенность Е (лк) определяется по формуле

Е = Е_н (6.28)

где Е_н – нормированная освещенность, лк.