Светотехнический расчет

Светотехнический расчет сводится к выбору вида и системы освещения, выбору нормированной освещенности, выбору коэффициента запаса световых приборов, расчету размещения световых приборов, определению мощности источников света.

Выбор вида и системы освещения

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормальных условий работы обслуживающего персонала. Оно должно обеспечивать нормированную освещенность во всех точках рабочей поверхности и иметь соответствующее качество, определяемое отклонениями питающего напряжения, пульсацией светового потока, спектральным составом света, равномерностью освещения и др.

Рабочее освещение включается только при выполнении персоналом работ в данном помещении.

Технологическое освещение - вид освещения для обеспечения нормального протекания технологического процесса (роста и развития животных, протекания фотосинтеза растений и т.д.).

Технологическое освещение выполняется такими же светильниками, что и рабочее освещение. Управление технологическим освещением производится по программам в зависимости от вида и возраста животных или птицы, вида и времени развития растений.

Дежурное освещение используется для наблюдения за животными в ночное время. Его следует предусматривать во всех животноводческих и птицеводческих помещениях. Светильники дежурного освещения выделяются из числа рабочего освещения. В помещениях для содержания животных количество светильников дежурного освещения должно составлять 15% от количества светильников рабочего освещения, а в родильных отделениях - 20% от этого количества.

Аварийное освещение используется для продолжения работы или эвакуации при аварийном отключении рабочего освещения. Наименьшая освещенность – 5% от рабочего освещения, но не меньше 2 лк внутри помещения и 1 лк снаружи.

Напомним, что освещенность Е в 1 лк (люкс) создается световым потоком Ф в 1 лм (люмен), если он равномерно распределяется на площади S в 1 м² , т.е.

(1.72)

Светильники аварийного освещения должны отличаться от светильников рабочего освещения конструкцией или специальной окраской.

Различают две системы освещения - общую и комбинированную. Общая система может быть равномерной или локализованной.

Общее освещение рекомендуется устраивать во всех животноводческих и других помещениях, где нормированная освещенность при лампах накаливания (ЛН) не превышает 50 лк, а при газоразрядных лампах (ГРЛ) - 150 лк. Если нормированная освещенность выше, то следует предусматривать комбинированную систему освещения. При этом общая освещенность должна составлять не менее 10% нормируемой освещенности независимо от ламп местного освещения.

Выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

Нормированная освещенность Е_Н выбирается в зависимости от размеров объектов помещения, контраста объекта и фона, характеристики фона и других условий. Значение нормированной освещенности регламентируется СНиП и отраслевыми нормами (СНиП 11-4-79. Естественное и искусственное освещение. - М.: Стройиздат, 1980; Отраслевые нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий, сооружений. - М.: Колос, 1980).

Для наиболее типичных сельскохозяйственных объектов, а также некоторых других помещений значения Е_н приведены в табл. 1.37. [4,8].

Таблица 1.37 - Нормируемые значения освещенности, лк

Чтобы пересчитать нормы искусственного освещения в ватты на квадратный метр (Вт/м²), необходимо использовать формулу

(1.73)

где Р_уд - удельная мощность, Вт/м²; Е_н - освещенность, лк; К_л - переводной коэффициент.

Таблица 1.38 - Коэффициент К_л при напряжении, В

Пример. Для доильного зала: при лампах накаливания Е_н=150лк (табл. 1.36); переводной коэффициент при мощности лампы 100 Вт равен К_л=2,5. Тогда Р_уд=150/2,5=60 Вт/м².

При выборе освещенности приходится решать вопрос и об источнике света. В отраслевых нормах для освещения производственных с.-х. помещений и территорий рекомендуется применять газоразрядные лампы. Лампы накаливания следует применять только для освещения вспомогательных помещений.

Это определяется в значительной мере и низким реальным световым КПД ламп накаливания с вольфрамовой нитью - 3,5%, галогенных - до 4%. Световой КПД газоразрядных ламп намного выше: у люминесцентных - до 12%, у газоразрядных ламп высокого давления (например, у ДНаТ - с желто-оранжевым излучением, "дуговая натриевая трубчатая") - до 18%. Энергетический КПД люминесцентных ламп - около 20% против 14% ЛН, а яркость в десятки раз меньше ламп накаливания.

В процессе эксплуатации световой поток осветительных приборов уменьшается, что обусловливается "старением" источников света, запылением светильников, ограждающих поверхностей и др.

Чтобы освещенность не снизилась ниже нормируемого значения, при проектировании вводят коэффициент запаса К_З.

Для ламп накаливания К_З=1,15...1,7; для газоразрядных ламп К_З=1,3...2,0. Для с.-х. помещений рекомендуется применять для ЛН К_З=1,15; для газоразрядных ламп К_З= 1,3. При необходимости проверки освещенности в помещениях или на любом объекте можно воспользоваться люксметром.

Выбор светильников (световых приборов).

Световые приборы (СП) выбирают по трем критериям: конструктивному исполнению, светотехническим характеристикам и экономическим показателям.

От конструктивного исполнения СП зависит их надежность и долговечность в данных условиях среды, безопасность в отношении пожара, взрыва и поражения электрическим током, а также удобство обслуживания.

В практике проектирования решение этой задачи сводится к выбору степени защиты световых приборов (IP) от воздействия окружающей среды с помощью таблиц и каталогов на СП. В зависимости от характеристики помещения выбирается степень защиты СП (например, IP20, IР23, IP51 и т.д.). Затем из каталогов выписываются все СП с выбранной степенью защиты для принятого источника света.

К светотехническим характеристикам СП относятся: 1) распределение светового потока в верхнюю и нижнюю полусферы окружающего пространства и 2) форма кривой силы света. Это определяет качество освещения.

Для освещения административно-конторских помещений, аудиторий, лабораторий используются светильники с КСС типов Д и Л.

Для большинства сельскохозяйственных помещений выбираются СП с кривыми силы света Д, М, реже Г. Для освещения территории ферм, выгульных площадок и дорог применяются СП с широкой кривой силы света Ш (см. рис. 1.28). У светильников прямого света (П) относительное значение потока в нижнюю полусферу Ф₀ > 80% (Ф₀ / Ф_общ > 0,8); у светильников преимущественно прямого света (Н) Ф₀ = 80…60%; у светильников рассеянного света (Р) Ф₀ = 60…40%; у светильников преимущественно отражённого света (В) Ф₀ = 40…20%; у светильников отражённого света (0) Ф₀ < 20%.

Для того чтобы можно было сравнивать КСС светильников с различным числом ламп и спектром излучения, неодинаковой мощности, кривые силы света строят для условной лампы с потоком 1000 лм. Фактическая сила света при использовании конкретной лампы в канделах (кд)

, (1.74)

где - условная сила света, приведенная к световому потоку 1000 лм, кд; Ф_л- фактический световой поток лампы, лм.

Напомним, что световой поток источника связан с силой света выражением

, (1.75)

где dФ_V - элементарный световой поток, лм; I_v- сила света, кд; dω - элементарный пространственный угол, стерадиан.

Единица светового потока - люмен - создается силой света в одну канделу в пределах пространственного угла в один стерадиан (см. разд. 2.1).

Помимо светораспределения СП характеризуются КПД и защитным углом. На рис.2.17 представлена лампа накаливания с арматурой (светильником). Здесь h - расстояние от уровня выходного отверстия арматуры до светового центра; R - радиус выходного отверстия арматуры; r - радиус светящегося тела. Защитный угол

(1.76)

Защитный угол есть мера прикрытия осветительной арматурой ярких частей источника света от глаз наблюдателя. Угол g - это угол с горизонталью и линией, проходящей через крайнюю точку спирали светящегося тела и край арматуры (рис. 1.41).

КПД светильника - отношение светового потока светильника к световому потоку всех ламп в этом светильнике (см.разд.1.8).

По назначению светильники подразделяют на производственные, транспортные, для общественных зданий, для освещения помещений, открытых пространств.

По условиям эксплуатации и условиям среды светильники классифицируют в зависимости от способа установки (подвесные, потолочные, настольные, настенные и др.) и исполнения.

Один из важных экономических показателей СП-энергетическая экономичность

, (1.77)

где U - коэффициент использования светового потока; С - светоотдача источников света, лм/Вт; Z - коэффициент неравномерности ( ); Z=1,1...1,2.

Расчет расположения светильников в помещении

Светильники в помещениях стремятся располагать по вершинам прямоугольников, квадратов или ромбов. В первом случае соотношение сторон прямоугольников не должно быть более 1,5.

В последнем случае ромбы должны иметь острый угол 60° (это даст шахматное расположение светильников).

Оптимальный размер стороны квадрата может быть определен по формуле

L=λH_P, (1.78)

где H_P - расчетная высота, м; λ- относительное расстояние между светильниками.

Более точно L может быть определен из выражения

, (1.79)

где λ_c и λ_э - относительные светотехническое и энергетическое наивыгоднейшее расстояния между светильниками.

Рекомендуемые светильников с типовыми КСС

Типовая кривая силы света (КСС)
Концентрированная (К)	0,6	0,6
Глубокая (Г)	0,9	1,0
Косинусная (Д)	1,4	1,6
Полуширокая (Л)	1,6	1,8
Равномерная (М)	2,0	2,6

Расчетная высота осветительной установки (рис. 1.42)

(1.80)

где - высота помещения, м; h_св - высота свеса СП (0...0,5 м); - высота рабочей поверхности, м.

Крайние светильники устанавливаются на расстоянии (рис. 1.43)

l=(0,3...0,5)L,

меньшее значение берется при наличии рабочих мест вблизи стен.

Определив L, на плане помещения отмечают места установки светильников и определяют их общее количество N.

При лампах люминесцентных светильники располагают рядами параллельно стенам с окнами или длинной стороне помещения (рис 1.44). Длина разрыва между лампами должна удовлетворять условию

.

Определение мощности источника света

Световой поток, лм источника света в каждом светильнике определяется по формуле

(1.81)

где 1000 - световой поток условного источника, лм; - нормированная освещенность, лк; К_З - коэффициент запаса, К_З = 1,15; 1,3, h_с - КПД светильника; m - коэффициент, учитывающий влияние удаленных светильников, m=1,0...1,2; е_i - условная освещенность от i -го светильника в контрольной точке, лк.

Условную освещенность е_i, лк, определяют по формуле

(1.82)

где - сила света от условного источника (Ф=1000 лм) в направлении расчетной точки А, кд; a - угол между вертикалью из точки расположения светильника и линией, соединяющей источник света с расчетной точкой А (рис. 1.45).

По найденному значению потока Ф (2.29) по каталогам на источники света определяют мощность источника света , Вт. При этом отклонение расчётного потока от указанного в каталоге должно быть в пределах от –10% до +20%. Если это условие не выполняется, то следует изменить высоту свеса h_СВ или расстояние между светильниками L.

Метод коэффициента использования светового потока

Этот метод применяется для расчета осветительных установок закрытых помещений, в которых нормируется горизонтальная освещенность.

Метод применим только для расчета общего равномерного освещения.

Световой поток, лм, источника света в светильнике определяют по формуле

(1.83)

где А - площадь помещения, м²; Z - коэффициент неравномерности освещенности, Z=1,0...1,3; N - число светильников; - коэффициент использования светового потока, который учитывает долю светового потока генерируемого источника света, доходящего до рабочей поверхности.

Коэффициент η_Ф зависит от индекса помещения: ,

где aи b – длина и ширина помещения; а также от коэффициентов отражения ограждающих конструкций и типа светильника. Численные значения приведены в таблицах и в зависимости от типа светильника равны =10...73.

По найденному потоку также из таблиц определяют мощность источника света Р_Л, Вт.

Метод удельной мощности

Метод удельной мощности базируется на методе коэффициента использования светового потока. Применяется для расчета осветительных установок вспомогательных помещений (коридоров, лестниц, санузлов, гардеробов, туннелей и пр.). При проектировании электроснабжения этот метод может быть использован для ориентировочного определения электрической нагрузки подстанций.

Мощность источника света, Вт, определяется по формуле

, (1.84)

где Р_УД - удельная мощность, Вт/м², зависящая от Е_Н, Н_Р, типа светильника, коэффициентов отражения стен и потолка, которые находятся по справочным данным; Р_уд=Е_Н/К_л (2.21); А - площадь помещения, м²; N - число светильников.

Светотехнический раздел независимо от методов расчета заканчивается расчетом установленной мощности, Вт,

Р=Р_ЛN. (1.85)

Результаты светотехнического расчета сводят в светотехническую ведомость.

Расчет освещенности точки, лежащей на наклонной

и вертикальной поверхностях

Рассмотрим следующий пример (рис. 1.46). Дан светильник типа РСП-12 с лампой ДРЛ. Кривая светораспределения для указанного светильника (КСС) - Г2. Даны также =53,7°; d = 3м; Н_Р = 2,2м; =60°.

Найти условную освещенность на горизонтальной плоскости Е_АГ,условную освещенность на наклонной и вертикальной плоскостях Е_{А(60 ˚),} Е_{А(90 ˚).}

Рис. 1.47. Определение силы света I_а

По КСС Г2 и α = 53,7⁰

Определяем Е_АГ=(200• 53,7°)/2,2² = 8,68 лк.

2. Определяем Е_А на наклонной плоскости: Е_А=Е_АГ• , где ^.

Е_А(60˚)=Е_АГ•1,68=8,68•1,68=14,58 лк.

3. Определяем Е_А на вертикальной плоскости. При =90° 90°= 0; 90°=1 и = =1,365. Е_А(90˚) в этом случае равно 11,65 лк.