Методика розв’язання світлотехнічних задач

Наведемо приклади світлотехнічних задач із збірника [6], їх розв’язання за розглянутим вище методичним алгоритмом.

 

Задача 1. Комп’ютерний зал має розміри в плані A = 18 м, B = 12 м, висота приміщення H = 3 м. Для штучного освітлення застосовують світильники типу ОДР з двома люмінесцентними лампами типу ЛБ-40. Кількість світильників N = 20. Висота звису світильника h_с = 0, а висота робочої поверхні над рівнем підлоги h_p = 0,8 м. Коефіцієнти відбиття світлового потоку від стелі r_стелі = 70%, стін r_ст. = 50 % і підлоги r_підл. = 10%. Затемнення робочих місць немає. Визначити фактичну освітленість приміщення (за умови загального рівномірного освітлення) та порівняти з нормативною величиною.

Розв’язок задачі

1. Умови задачі відповідають вимогам горизонтальності робочих місць і рівномірності освітлення. Тому допустимо застосування методу коефіцієнта використання світлового потоку.

2. Розглядаємо робоче штучне освітлення, за типом – загальне, за видом – рівномірне.

3. Як джерело світла доцільно вибрати тип ламп – люмінесцентні лампи (ЛЛ) і вид ламп – лампи білого світла, потужністю 40 Вт, тобто ЛБ-40.

4. Норми освітленості комп’ютерного залу, тобто освітленості E_н в приміщенні для роботи з персональними комп’ютерами (відеодисплейними терміналами) знаходиться за табл.13 (ДБН В.2.5-28-2006), і складає E_н = 400 лк.

5. Вибір приладу освітлення (типу світильника) визначається, передусім, ПУЕ. У відношенні небезпеки ураження людей електричним струмом комп’ютерні зали (класи) відносяться до приміщень без підвищеної небезпеки, в яких відсутні умови, які створюють підвищену або особливу небезпеку [7]. Світильники типу ОДР відповідають вище вказаним вимогам. За таблицею 12 знаходимо позицію 73, відповідно з якою світильник повинен мати дві однакові люмінесцентні лампи (ЛЛ) потужністю 40 Вт кожна (у нашому випадку ЛБ-40), а світильник типу ОДР має криву світлорозподілу (КСС), яка за видом функції І_a є глибока (Г-1), тобто І_a = І₀ × cos (1,104×a) і показана на рис. 2. Арматура світильника повинна відповідати ступеню захисту IP 20 (захист від твердих тіл розміром більше 12 мм і предметів довжиною не більше 80 мм, захист від проникнення пальців руки; захист від попадання води відсутній).

6. Вибираємо висоту підвісу світильників h та варіант їх відносного розташування. Для люмінесцентного світильника висота звису h_c = 0. За умовою задачі висота робочої поверхні над рівнем підлоги h_p = 0,8 м. Тоді розрахункова висота світильника h = h_п = H – h_p – h_c = 3 м – 0,8 м = 2,2 м. Світильники розташовуються уздовж паралельних ліній по довжині приміщення комп’ютерного залу.

7. Світильник типу ОДР-2X40 складається з відбивача, корпусу, підвісу і екрануючих грат. У корпусі змонтований дволамповий пускорегулювальний апарат типу 2УБК-40/220 запалення стартера люмінесцентних ламп. Розмір світильника 1,23 м ´ 0,2 м (рис. 4).

Рис. 4. Світильник ОДР-2X40: 1 – відбивач; 2 – корпус; 3 – вузол підвісу; 4 – грати

Електрична схема світильника показана на рис. 5.

Рис. 5. Електрична схема світильника ОДР-2X40

8. Коефіцієнти відбиття стелі r _стелі, стін r _стін і підлоги r _{підлоги} звично визначаються за табл. 8, проте їх значення задані в умові задачі.

9. Розрахуємо значення індексу приміщення за формулою 2. Попередньо знайдемо висоту підвісу світильника над робочою поверхнею

h_п = H – h_p = 3 м – 0,8 м = 2,2 м (h_с = 0). Тоді індекс приміщення:

i = A × B / (A + B) × h_п = 18 м × 12 м / (18 м + 12 м) × 2,2 м = 3,27.

10. Визначення значення коефіцієнта використання світлового потоку будемо здійснювати за довідковими таблицями.

Світильник типу ОДР з двома люмінесцентними лампами типу ЛБ-40 має криву сили світла (КСС) виду Г-1 (див. табл. 12, позиція 73). За відомими значеннями коефіцієнтів відбиття світлового потоку від стелі r_стелі = 70%, стін r_ст. = 50 % і підлоги r_підл. = 10 %, значенням індексу приміщення i = 3,27» 3 та КСС, що відповідає Г-1, знаходимо за табл. 9 коефіцієнт використання світлового потоку освітлювальної установки: h = 89 % (h = 0,89).

11. Із табл. 10 для громадських приміщень, що освітлюються люмінесцентними лампами, знаходимо коефіцієнт запасу k_з=1.4. Коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп складає z = 1,1.

12. Коефіцієнт нерівномірності освітлення z для люмінесцентних ламп приймається рівним z = 1,1.

13. За табл. 4 визначаємо номінальний світловий потік однієї люмінесцентної лампи типу ЛБ-40 (номінальної потужності 40 Вт), а саме маємо значення потоку Ф = 3120 лм.

14. Визначаємо значення розрахункової (фактичної) освітленості E_р робочого місця, маючи такі дані: N = 20 – загальне число світильників; n = 2 – число ламп у світильнику; h = 0,89 – коефіцієнт використання освітлювальної установки; Ф = 3120 лм – світловий потік однієї лампи; S = А × В = 18 м × 12 м = 216 м² – площа комп’ютерного залу; z = 1,1 – коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп; k_з= 1.4 – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення із-за забруднення та старіння лампи. Підставляємо дані у формулу (20): E_р = N × n × h × Ф / (S × z × k_з) = 20 × 2 × 0,89 × 3120 / (216 × 1,1 × 1,4) = 333,9 лк.

15. Розрахункова (фактична) освітленість у приміщенні для роботи з персональними комп’ютерами E_р = 333,9 лк. Згідно з табл. 14, нормована освітленість робочих поверхонь при загальному освітленні в комп’ютерному залі громадського приміщення становить E_н = 400 лк. Як бачимо, E_н > E_р.

Таким чином, для збільшення освітленості до рівня нормативного необхідно збільшити кількість світильників, або збільшити потужність ламп. Підрахуємо ступінь збільшення освітленості:

q = E_н / E_р = 400 лк / 333,9 лк» 1,2 рази.

Тепер підрахуємо необхідну кількість світильників:

N₁ = N × q = 20 × 1,2 = 24 шт.

Тоді фактична освітленість буде рівна:

E_ф = N₁ × n × h × Ф / (S × z × k_з) = 24 × 2 × 0,89 × 3120 / (18 × 12 × 1,1 × 1.4) = 400,7 лк.

Таким чином, фактична освітленість не менша за нормативну, що і вимагають ДБН В.2.5-28-2006.

Очевидно, такий же ефект можна досягнути, замінюючи діючі лампи на лампи з відносно більшим світловим потоком при незмінній кількості світильників (N = 20 = const).

Cвітловий потік однієї нової лампи: Ф₁ = Ф × q = 3120 лм × 1,2 = 3744 лм. Так, якщо всі лампи типу ЛБ-40 в комп’ютерному залі замінити на лампи типу ЛДЦ-80 з номінальним світловим потоком Ф₁ = 3740 лм (див. табл. 4), то фактична освітленість буде рівна:

E_ф1 = N × n × h × Ф₁ / (S × z × k_з) = 20 × 2 × 0,89 × 3740 / (18 × 12 × 1,1 × 1.4) = 400,26 лк.

Таким чином, фактична освітленість E_ф1 практично буде відповідати нормативній величині освітленості E_н = 400 лк.

Примітка. Якщо вумові задачі немає кількості світильників N, то поступати треба так.

Визначають приблизну відстань між рядами світильників L та між світильниками у ряді Z за нерівністю: L / h_п = Z / h_п £ 1,4. Звідси маємо: L = Z £ 1,4 × h_п £ 3,08 м. Тоді за довжиною приміщення розміститься така кількість світильників: N₂ = 18 м / (3,08 м + 1,23 м) = 4,17» 4 (штук). По ширині відстані між світильниками візьмемо рівним 2,5 м. Тоді по ширині розмістяться така кількість світильників N₃ = 12 м / (2,5 м + 0,2 м) = 12 / 2,7 = 4,4» 4 (штук). Таким чином за планом приміщення маємо загальну кількість світильників, яка рівна N^* = N₂ × N₃ = 4 × 4 = 16 штук.

Інший спосіб – визначення оптимальної кількості світильників за нерівністю l = L / h_п, де h_п = 2,2 м. За табл. 7, для світильника з типом глибокої кривої (Г-1) сили світла маємо l = 0,91. Тоді L = Z = l × h_п = 0,91× 2,2 м = 2,002 м. Аналогічно розглянутому вище, розраховуємо кількість світильників за довжиною і шириною приміщення: N₄ = 18 м / (2,002 м + 1,23 м) = 5,569» 6 (штук); N₅ = 12 м / (2,5 м + 0,2 м) = 12 / 2,7 = 4,4» 4 (штук). За планом приміщення маємо загальну кількість світильників, яка рівна N^** = N₄ × N₅ = 6 × 4 = 24 штук.

Як бачимо, оптимальна кількість світильників N^** співпадає з отриманій нами необхідної кількості світильників: N^** = N₁ = 24 штук.

_______________________________________________________________

Задача 2. В громадському (робочому) приміщенні з розмірами довжиною A = 48 м, шириною B = 24 м і висотою H = 6 м встановлені світильники типу ПВЛМ. Кількість люмінесцентних ламп в світильнику n = 2. Коефіцієнти відбиття світлового потоку від стелі r_стелі = 70%, стін r_ст. = 50 % і підлоги r_підл. = 10 %. Затемнення робочих місць немає. Визначити необхідний світловий потік ламп.

Розв’язок задачі

Розв’язувати цю задачу ми будемо відносно менш деталізовано, ніж розв’язок попередньої задачі.

1. Знайдемо значення індексу приміщення:

i = A × B / (A + B) × h_п = 48 × 24 / (48 + 24) × 5,2» 3,08.

2. Знаходимо коефіцієнт запасу k_з за табл. 10: k_з= 1.4.

3. Коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп складає: z = 1,1.

4. Маючи значення коефіцієнтів відбиття світлового потоку від стелі r_стелі = 70%, стін r_ст. = 50 % і підлоги r_підл. = 10 %, значення індексу приміщення i = 3,08» 3, а також КСС, що відповідає Г-1 за табл. 9, знаходимо коефіцієнт використання освітлювальної установки: h = 89 % (h = 0,89).

5. Розраховуємо необхідний світловий потік однієї лампи для розряду зорової роботи VI (груба праця, табл. 16) в робочому приміщенні, площею S = 48 × 24 = 1152 м². Нормативне значення загального штучного освітлення для розряду зорової роботи середньої точності (VI) за мінімумом складає E_min = 200 лк (табл. 15).

6. Відповідно (19), фактична (розрахункова) освітленість робочого місця: E_р = E_min× z × k_з / (N × n × h). За умови рівномірності освітлення ми можемо фактичну освітленість робочого місця виразити через світловий потік Ф, тобто Е_р = Ф / S. Звідси Ф = Е_р × S = E_min × S × z × k_з / (N × n × h).

7. Підставляємо значення і знаходимо необхідний світловий потік люмінесцентних ламп (потік, який випромінює кожна лампа):

Ф = 200 × 1152 × 1,1 × 1.4 / (48 × 2 × 0,89) = 4152,8 лм» 4153 лм.

8. За табл. 17 вибираємо люмінесцентну лампу потужністю 80 Вт для напруги 220 В типу ЛТБ-80, яка має світловий потік 4440 лм, що на 0,9 % більше необхідного, який знаходиться в межах такого допуску: (– 10 % ¸ + 20 %).

Зазначимо, що основною перевагою люмінесцентних ламп є їх висока світлова віддача (до 75 лм / Вт) і великий строк служби (до 10000 год).

Таблиця 17