Основні методи розрахунку освітленості

Вихідні дані

Для проведення розрахунку необхідно мати наступні вихідні дані:

1) Коефіцієнт відбиття

Можливі випадки:

– стіни і стеля пофарбовані в білий колір, вікна закриті білими шторами, тоді коефіцієнт відбиття ;

– побілені стіни при не зашторених вікнах, побілена стеля в сирих приміщеннях або світла дерев’яна стеля, ;

– бетонна стеля в брудних приміщеннях, бетонні стіни з вікнами, ;

– стіни та стеля з великою кількістю пилу, червоно-коричневі не штукатурені поверхні, стіни з темними шпалерами, .

2) Криві просторових і відносних ізолюкс.

Для розрахунку необхідно для вибраних світильників мати криві просторових ізолюкс (ліній однакової освітленості). Ці криві будуються для умовної лампи зі світловим потоком 1000 лм (рисунок 38). Такі криві будуються для точкових джерел (ламп розжарювання, ДРЛ, ДРИ).

Для люмінесцентних джерел користуються кривими відносних ізолюкс, де по осям відкладаються відносна довжина лінії L^/,що світиться, та відносна відстань від проекції осі лінії до розглядаємої точки (рисунок 39).

Рисунок 38 – Криві просторових ізолюкс світильників

h – висота підвісу світильника, м;

d – відстань від проекції світильника до точки на площині, що розглядається, м.

Рисунок 39 – Криві відносних ізолюкс світильників

; .

3) Крива сили світла (будується для умовної лампи в 1000 лм), вид кривої наведений на рисунку 40.

Рисунок 40 – Крива сили світла

4) План розміщення світильників

При системі загального освітлення світильники можна розміщувати над освітлювальною поверхнею рівномірно або локалізовано. У разі рівномірного освітлення світильники розміщують правильними симетричними рядами, створюючи при цьому відносно рівномірну освітленістьпо всій площі, а при локальному – індивідуально для кожного робочого місця або дільниці виробничого приміщення, забезпечуючи потрібні освітленості лише на робочих місцях.

На рисунку 41а показано розміщення світильників загального освітлення по висоті приміщення. Мінімальна висота підвісу над освітлюваною поверхнею визначається умовами обмеження осліплювальності та вимогами доступності їх обслуговування.

Відстань від стелі до світильника в основному беруть , рівномірність розподілу яскравості по стелі забезпечується при відношенні . У разі використання відбивання стель у світильників, що випромінюють частину світлового потоку у верхню півсферу, має бути (L — відстань між світильниками або радами).

Рисунок 41 – Схеми розміщення світильників:

а – в розрізі; б, в -в плані

У приміщеннях з мостовими кранами світильники слід розміщувати на рівні з фермами , а якщо світильники обслуговуються з мостових кранів, висота світильників над настилом мостових кранів має бути не меншою за 1,8 м. Тоді

де h_к — висота від підлоги до настилу крану.

Для інших приміщень рекомендується брати

Практикою встановлена висота підвісу світильників від підлоги в разі встановлення на стояках уздовж огорож технологічних площ і — в разі встановлення на стінах і стелях площ верхніх позначок.

При загальному рівномірному освітленні кращими варіантами; розміщення світильників з лампами розжарювання і ДРЛ є розміщення їх по кутах прямокутника (рисунок 41, б), в шаховому порядку (рисунок 41, в). Якщо світильники розміщують по кутах квадрата або по кутах рівностороннього трикутника , можна дістати найбільш рівномірний розподіл світла по всій площі приміщення. Вибір відстані між світильниками залежить від типу світильника, висоти його підвісу над робочою поверхнею h (іноді спосіб розміщення світильників залежить від архітектурних або будівельних умов).

Необхідно враховувати, що збільшення відстані між світильниками і потужності кожного з них посилюють нерівномірність розподілу освітленості на освітлювальній поверхні, оскільки при цьому освітленістьпід світильниками набагато більша, ніж освітленість точок між ними. При частому розміщенні світильників нерівномірність розподілу освітленості знижується, однак в цьому разі необхідно застосовувати лампи малої потужності з невеликим світловим потоком, а це спричинює підвищення витрат електроенергії і першочергових витрат (збільшення кількості світильників і обсяги монтажних робіт). Отже, вибираючи відстань між світильниками, необхідно знайти таку, яка забезпечувала б найменшу встановлену потужність освітлювальної установки й достатню рівномірність освітленості.

Існує три методи розрахунку освітленості:

– метод світлового потоку (коефіцієнт використання);

– точковий метод;

– метод питомої потужності.

Методсвітлового потоку

Цей метод враховує параметри приміщення і відбиваючу здатність стелі, підлоги, стін; при цьому освітленість, тип і кількість світильників обираються попередньо.

Перевагою методу є його відносна простота, але він не дає можливості визначити освітленістьв конкретній точці.

Загальний світловий потік знаходиться за формулою

де E_min — мінімальна освітленість, лк;

К_з — коефіцієнт запасу, враховує старіння світильників;

Z — коефіцієнт нерівномірності освітлення

;

h – коефіцієнт використання світлового потоку.

Фізичний зміст h – він показує долю світлового потоку, що падає на робочу поверхню, в загальному світловому потоці усіх світильників

h – визначаєтьсяза таблицямиу функції типу світильника, коефіцієнту відбиття r, індексу приміщення і.

Індекс приміщення визначається формулою

де А, В, h – довжина, ширина приміщення та висота підвісу світильника.

Для точкових джерел зазвичай задається кількість світильників N, тоді потік окремої лампи визначається за формулою

За Ф_л обираємо світильник, світовий потік світильника Ф_св повинен знаходитися в межах , в іншому разі необхідно змінити кількість світильників і повторити розрахунок.

Для люмінесцентних ламп розраховується загальний необхідний світловий потік, а з нього визначається кількість світильників

де n – кількість ламп у світильнику;

Ф_л – світловий потік однієї лампи.

Точковий метод

Даний метод дає можливість визначити освітлення в будь-якій точці робочої поверхні, але не враховує відбиваючу здатність від поверхонь приміщення, тому його використовують за умови, що відбита складова освітленості (від стін і стелі) дуже невелика.

Розрізняють методику розрахунку для точкових джерел та для люмінесцентних ламп.

1) Для точкових джерел світловий потік окремої лампи

де E_min — мінімальна освітленість, лк;

К_з — коефіцієнт запасу;

— сума умовних освітленостей, розрахованих при умовному потоці лампи в кожному світильнику (1000 лм) для контрольної точки;

n – кількість врахованих світильників;

m — коефіцієнт додаткової освітленості, що враховує дію віддалених світильників, не врахованих у складовій .

Умовну освітленістьрекомендується визначати за таблицями освітленості або за кривими просторових ізолюкс (рисунок 38) залежно від відстані від контрольної точки до проекції кожної з ламп d і висоти підвісу світильника h. За графіками просторових ізолюкс знаходять точку із заданими значеннями d i h та визначають її умовну освітленість інтерполюванням між числами, вказаними для найближчих кривих. Визначаючи , враховують усі світильники, що освітлюють точку, в межах шкали d графіків.

Як правило, в якості контрольної точки обирають точку з мінімальною освітленістю, тобто таку, для якої має найменше значення в межах приміщення або робочої поверхні. Точки, що лежать безпосередньо біля стін не враховують. Такою контрольною точкою може бути центр діагоналі або бічної сторони квадрата, прямокутника чи трикутника залежно від особливостей вибраного розміщення світильників. Якщо вони розміщені в один ряд, рекомендується вибирати контрольні точки вздовж лінії, віддаленої від стіни на 1/5 ширини приміщення (рисунок 42).

Рисунок 42 — Характерні контрольні точки

Значення m беруть в межах 1,0…1,2. Воно залежить від коефіцієнтів відбиття поверхонь приміщень, характеру світлорозподілу тощо.

За обчисленим значенням потоку Фпідбирають найближчі стандартні лампи, потік яких має відрізнятися від розрахованого не більше ніж на 10 – 20 %. Якщо не можна вибрати лампу з таким допуском, коригують розміщення світильників та їх кількість.

При використанні кривої сили світла світильника горизонтальна освітленістьвизначається виразом

де с – коефіцієнт, що враховує реальний світловий потік лампи по відношенню до умовного

І_α – сила світла по кривій під кутом ;

– кутпадіння світла на робочу поверхню (рисунок 43).

Для вертикальної освітленості

Рисунок 43 — Схема розрахунку освітленості точковим методом

2) Для люмінесцентних світильників питомий світловий потік (лм/м) визначається виразом

де e — відносна освітленість, обчислена для розрахункової висоти 1 м і густини потоку лампи в ряду світильників 1000 лм/м;

h_р – рекомендована висота підвісу світильників

L – відстань між світильниками;

l — коефіцієнт, що залежить від кривої сили світла [5].

Значення e для люмінесцентних ламп є функцією відносних розмірів

; ,

де p, L, h можна визначити з рисунку 44.

Рисунок 44 - Розрахункова схема

Контрольна точка має знаходитися напроти кінця світильника. В інших випадках можна поділити лінію на дві частини, освітленості від яких додаються, або доповнити лінію уявним відрізком, освітленості яких віднімаються (рисунок 45).

Рисунок 45 - Доведення реальної схеми до розрахункової

Необхідний світловий потік ламп у ряді дорівнює

де L_заг – довжина лінії світильників.

Необхідну кількість світильників в лінії можна знайти

де — світловий потік лампи, лм;

n — кількість ламп у світильнику.

Методпитомої потужності

Метод питомої потужності – найпростіший метод розрахунку загального рівномірного освітлення. Він використовується для оцінювальних розрахунків.

Питома потужність характеризує собою потужність, що приходиться на одиницю площі поверхні, що освітлюється (Вт/м²)

де N – кількість світильників;

P – потужність ламп в кожному світильнику, Вт;

S – площа приміщення, м².

Розрахункове значення питомої потужності визначається

де w_пит – питома потужність при освітленості 100 лк і табличних значеннях коефіцієнту запасу К_з.табл і коефіцієнтів відбиття, Вт/м²;

Е_min – мінімальна освітленістьв приміщенні, лк;

К_з – фактичний коефіцієнт запасу;

К_r – коефіцієнт поправки при реальних коефіцієнтах відбиття по відношенню до табличних.

Для точкових світильників потужність однієї лампи (Вт) визначається виразом

Вибирають лампу з найближчою до розрахункової потужністю. Якщо її потужність буде відрізнятися від розрахункової на 10 %, то перераховують кількість ламп N і повторюють розрахунок.

Для люмінесцентних ламп, якщо задатися потужністю окремого світильника , можна знайти кількість світильників

Для проведення електричних розрахунків для газорозрядних ламп необхідно враховувати і реактивну потужність. Загальне освітлювальне навантаження (кВА)

де Р_осв – розрахункова активна потужність освітлення, кВт;

– розрахункова реактивна потужність освітлення, квар;

tgj — відповідає cosj світильника.

Зовнішнє освітлення

Основним завданням зовнішнього освітлення (ЗО) промислових підприємств є забезпечення безпеки руху механізованого транспорту і пішоходів в темний час доби. Установки стандартного ЗО повинні створювати необхідні умови зорової роботи водіїв механізованого транспорту і пішоходів, які забезпечують своєчасне виявлення перешкод. При цьому водій механізованого транспорту повинен мати можливість виявити перешкоду на шляху руху машин з відстані в кілька десятків метрів, а пішохід розрізнити нерівності тротуару і мостової, побачити огорожі і розпізнати зустрічних людей з відстані в кілька метрів.

Фотометричною характеристикою, що визначає рівень видимості об'єктів, є яскравість дорожнього покриття. Для удосконалених дорожніх покриттів (асфальт, бетон і т.д.) вона в значній мірі залежить від кутів падіння світла, стану поверхні і т.д. У зв'язку з цим яскравість і освітленість покриття не пов'язані прямою залежністю, що не дозволяє здійснювати пряме нормування. Однак у випадку найпростіших покриттів (грунт, щебінь і т.д.), що мають дифузний характер відображення, може бути застосований метод нормування по освітленості.

Проїжджі частини магістралей промислових підприємств, зокрема, є продовженням вулиць населених пунктів, тому їх ЗО проектується виходячи з умови забезпечення середньої яскравості дорожнього покриття згідно з таблиці 6.

Розрахунок середньої яскравості дорожнього покриття виконується за методом коефіцієнта використання світильника по яскравості, значення якого наведені в СН 541-82 (ВСН 22-75) для застарілих типів світильників (РКУ-400 та ін.) Для світильників однотипних з ЖКП 01-400-002 можна використовувати в практичних розрахунках дані (Довідкова книга з світлотехніки / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. М.: Вища школа, 1995.-528с: іл.), які при установці поздовжньої осі некруглосиметричного світильника під кутом φ до горизонту мають значення, показані в таблиці 7 (для гладкого дрібнозернистого асфальтобетонного покриття).

Таблиця 6 - Нормовані значення середньої яскравості дорожнього покриття і середньої горизонтальної освітленості для вулиць, доріг і площ різних категорій

Категорія об'єкта по освітленню	Вулиці, дороги і площі	Найбільша інтенсивність руху в обох напрямках, транспортних одиниць на годину	Середня яскравість покриття, Кд/м²	Середня горизонтальна освітленість, лк
А	Магістральні дороги, магістральні вулиці загальноміського значення	Понад 3000 Понад 1000 до 3000 Від 500 до 1000	1,6 1,2 0,8
В	Магістральні вулиці районного значення	Понад 2000 Понад 1000 до 2000 Від 500 до 1000 Менше 500	1,0 0,8 0,6 0,4

Продовження таблиці 6

Вулиці та дороги місцевого значення

500 і більше менше 500 одиночні автомобілі

0,4 0,3 0,2

Для магістралей категорій А і Б (див. таблицю 6) регламентований показник осліпленості освітлювальної установки (ОУ) не повинен перевищувати 150. Для ОУ вулиць і доріг категорії В, а також для ОУ, нормованих за середньою освітленістю, мінімальна висота розташування ВП обмежується, виходячи з умов обмеження осліпленості відповідно до таблиці 8.