Методика расчета облучательных установок

Как отмечалось выше, основная функция облучательной установки – передать заданное количество лучистой энергии приемнику [7]:

(1.38)

где А, α, τ – соответственно площадь, направление и время облучения.

Расчет по (1.38) сложен и поэтому в большинстве случаев задача упрощается заменой полной энергии, упавшей на приемник, ее поверхностной плотностью. Для каждой облучательной установки доза облучения лимитируется «нормированной дозой» или «нормой облучения», которая может быть выражена в эффективных Дж/м² (табл.1.17) норма облучения может быть задана также сомножителями формулы (1.38): облученностью и временем или другими параметрами (табл. 1.22) [8].

Нормированная доза облучения для живых организмов часто называется биодозой. Фактическая доза облучения отличается от биодозы. Например, витальное облучение животных начинается с 0,25 биодозы с постепенным увеличением до полной биодозы в течение 2…4 недель. Бактерицидные дозы страхуются путем их увеличения против нормы на 10…15%. Ультрафиолетовая обработка материалов и биологических объектов допускает колебание расчетной дозы в пределах ± 20%. Инфракрасная облученность биологических объектов может быть увеличена не более чем на 40%. В облучательных установках исходный параметр расчета – облученность, которая либо задается (см. табл. 1.17), либо определяется из дозы Е=Н/τ, либо выявляется специальными расчетами.

Таблица 1.17 - Нормированные параметры облучения

Таблица 1.18. - Коэффициенты отражения ρ_а, поглощения α_а и τ_а для некоторых материалов в различных областях спектра

Эта облученность от ранее выбранных источников излучения может быть рассчитана с той или иной степенью точности обычными светотехническими методами. Однако, применяя эти методы расчета, необходимо учитывать изменение активных коэффициентов отражения, пропускания и поглощения арматуры светильника, среды и поверхности приемника при изменении состава спектра (табл 1.18).

Изменение КПД светильника с изменением спектра излучения лампы учитывается поправкой:

, (1.39)

где η_х – КПД светильника для спектра Х-излучения; η_св – КПД светильника по справочнику; Ф΄_пр, Ф΄_отр – доли прямого и отраженного потоков от арматуры светильника в видимой зоне и при спектре Х соответственно.

Состав спектра излучения существенно влияет и на коэффициенты запаса. Начальные потоки ламп при длинноволновых излучениях меняются незначительно. Наоборот, в ультрафиолетовой зоне коэффициент пропускания стекла быстро падает, незначительное количество пыли сильно поглощает УФ-излучение. Это отражается на коэффициентах запаса (табл. 1.19).

С учетом вышеуказанных поправок для расчета потребной облученности применяются все три известных в светотехнике метода расчета с использованием справочных таблиц, составленных для расчета освещения.

Метод коэффициента использования потока излучения облучательной установки.Этот метод, кратко называемый методом СКИ (светового коэффициента использования), применяется для площадей с небольшой неравномерностью облучения (Z≤2). При этом коэффициент неравномерности облученности Z в

Таблица 1.19 - Средние значения коэффициента запаса для облучательных

установок

основную формулу не включается, так как расчет ведется для средней облучённости:

(1.40)

где Ф_л-поток лампы в эффективных единицах; N – число ламп в установке; А_р – расчетная площадь облучения; К_з – коэффициент запаса; η_оу – коэффициент использования светового потока, скорректированный формулой для «черной» комнаты.

Обычно в облучательных установках боковые поверхности отсутствуют и нет отражающей поверхности в верхней части. В этом случае все коэффициенты отражения принимаются равными нулю («черная» комната).

Расчет облученности по формуле в отличие от расчета ОУ зачастую приблизителен и требует проверки точечным методом.

Точечный метод расчета облучательных установок. При расчете облученности в контрольных точках облучаемой поверхности пользуются известными светотехническими приемами. Пересчет световых единиц в единицы облученности производится по формулам пропорциональности с учетом изменения КПД светильников в разных участках спектра.

Основная расчетная формула метода:

, (1.41)

где Е – искомая облученность в эффективных единицах, Вт/м²;

Ф_л – эффективный поток лампы; Вт; K – поправка по формуле (1.39);

К₃ – коэффициент запаса; ψ – поправка для наклонной поверхности;

е = (I_α^(1К)cos³α/h²) – условная освещенность, лк, ее можно определять по изолюксам.

Формула может быть решена и относительно Ф_л, как это обычно делается при расчетах освещения.

Расчет стационарных облучательных установок (витальных)

Проектирование облучательных установок обычно производят в следующей последовательности:

1. Устанавливают исходные данные: возраст животных, способ их содержания, размеры площади занятой животными, высоту помещения.

2. Выбирают дозу витального облучения Н_в^´. Она зависит от вида и возраста животных, а также от способа их содержания. Численные значения суточной дозы приведены в табл. 1.22. [9,10].

3. Определяют расчетную высоту h_p. За расчетную высоту принимается расстояние от облучателя до уровня спины животных (рис.1.32).

Рис.1.32 План и вертикальный разрез помещения с облучательной установкой

4. Выбирают тип облучателя. Для стационарных витальных облучательных установок целесообразно использовать облучатели ЭО1-3ОМ, ОЭ-1; ОЭ-2; ОЭСП02.

5. Определяют расстояние между облучателями. Облучатели размещаются над облучаемой поверхностью равномерно (см.рис.1.32) Наиболее распространенным вариантом размещения облучателей является размещение по вершинам квадрата. Сторона квадрата определяется по формуле

L=λ·h_p, (1.42)

где λ – относительное наивыгоднейшее расстояние для большинства облучателей; λ=1,2 … 1,4.

6. Определяют число облучателей по формуле:

, (1.43)

где – n_a – число облучателей в ряду;

n_b – число рядов облучателей;

a и b – размеры облучаемой поверхности.

7. Рассчитывают мощность облучательной установки точечным методом, что обусловлено малым коэффициентом отражения ультрафиолетовых лучей ограждающими поверхностями. Выбирают контрольные точки, что обусловлено необходимостью иметь информацию о максимальной и минимальной облученности. Наибольшая облученность будет под облучателем в точке 3, наименьшая – в одной из точек 1,2.

Определяют облученность в контрольных точках как сумму облученностей, создаваемых каждым облучателем в данной точке:

, (1.44)

где E_вi- суммарная облученность в I-й контрольной точке:

Е_вк – облученность в I-й точке, созданной К – облучателем:

(1.45)

где I_вα – сила витального излучения облучателя в данном направлении;

α_к - угол между вертикалью и линией, соединяющей облучатель с i - точкой.

Значение I_вα определяется по табл. 1.25.

Рассчитывают коэффициент неравномерности витальной облученности по формуле

(1.46)

где E_{в min}, E_{в mах} – минимальная и максимальная облученности.

Если в результате расчетов получилось, что E_{в mах} > Е_пр, или Z ≤ Z_пр, то все расчеты следует выполнить снова, изменив число облучателей и расстояние между ними. Значения предельно допустимой облученности и предельно допустимой неравномерности облучения приведены в табл. 1.22.

Рассчитывают общую мощность установки

Р = Р_л ∙ N, (1.47)

где Р_л – мощность одной установки (табл. 3).

8. Продолжительность работы облучательной установки

t = (1.48)

где Н′в – суточная доза (табл.1.22):