Учебное пособие: Проектирование и расчет электрического освещения

Учебное пособие: Проектирование и расчет электрического освещения

ВВЕДЕНИЕ

Электрическое освещение в жизни человека играет огромную роль. Значимость его определяется тем, что при правильном выполнении осветительных установок (ОУ), электрическое освещение (ЭО) способствует повышению производительности труда, улучшению качества выпускаемой продукции, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижает утомляемость рабочих; обеспечивает значительную работоспособность и создает нормальные эстетическое, физиологическое и психологическое воздействия на человека.

Правильность проектирования ОУ регламентируется множеством руководящей и нормативной документацией [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и др.].

Комплексным критерием, оценивающим эффективность осветительной установки, являются годовые приведенные затраты, учитывающие первоначальные затраты и эксплуатационные расходы, а также расход электроэнергии, который часто рассматривается как самостоятельный показатель.

В связи с тем, что расход электроэнергии на освещение значителен и составляет 11 … 14 % от всей потребляемой электроэнергии в стране. А экономия энергетических ресурсов является актуальной проблемой. Применение энергоэффективных, обеспечивающих минимальные расходы электроэнергии, ОУ является важнейшей задачей.

Целью проектирования осветительной установки является создание такой световой среды, которая бы обеспечивала светотехническую эффективность освещения с учетом требований физиологии зрения, гигиены труда, техники безопасности при минимальных расходах электроэнергии и затратах материальных и трудовых ресурсов на приобретение, монтаж и эксплуатацию ОУ.

Эти цели достижимы путем выполнения многовариантных расчетов освещения и выбора наиболее экономичного с учетом требований действующих нормативных материалов на проектирование, монтаж и эксплуатацию ОУ.

В данном учебном пособии приведены материалы по проектированию светотехнической и электрической частям электрического освещения. Даются светотехнические методы расчета освещения – метод коэффициента использования светового потока, точечный метод расчета с использованием пространственных и линейных изолюкс. Описан расчет электрической осветительной сети – выбор сечений проводов и кабелей и расчет защиты сети.

В пособии проведены в достаточном для проектирования ОУ объеме нормативно-справочные материалы.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ИСКУССТВЕННОМ ОСВЕЩЕНИИ

Проектирование осветительных установок (ОУ) может выполняться в одну или две стадии.

Для технически несложных объектов, а также объектов, строительство которых осуществляется по типовым и повторно применяемым проектам проектирование ОУ ведется в одну стадию – разрабатывается рабочий проект (РП).

Для крупных и сложных объектов ведется двухстадийное проектирование. На первой стадии выполняется технический проект (П), на второй – рабочая документация (РД).

РП состоит из светотехнической и электрической частей и рабочих чертежей.

В светотехнической части РП осуществляется выбор значений освещенности и показателей качества освещения, систем, видов и способов освещения, типов источников света (ИС) и осветительных приборов (ОП), выполняются светотехнические расчеты, в результате которых определяется мощность и расположение ОП. Завершается светотехническая часть проекта составлением светотехнической ведомости (табл. П14).

В электрической части РП осуществляется выбор схемы питания ОУ, выбор напряжения; определяются места расположения групповых и магистральных щитков и выбираются их типы; определяется трасса электрической сети; производится выбор марки проводов и кабелей и способов их прокладки; выполняется расчет осветительной сети, в результате которого определяется сечение проводов и кабелей и защита осветительной сети.

В РП разрабатываются рабочие чертежи ОУ, состав и правила оформления которых регламентируются стандартами [7, 8]. Рабочие проекты должны быть ориентированы на выполнение электрического освещения индустриальными методами монтажа.

В объем РП освещения каждого объекта входит спецификация на светотехническое и электротехническое оборудование, кабели, провода, электромонтажные изделия и другие необходимые для монтажа ОУ материалы, ведомость объемов электромонтажных работ.

При двухстадийном проектировании в первой стадии П решаются основные принципиальные вопросы в светотехнической части ОУ. При этом степень глубины и детализации проработки разных вопросов может изменяться в значительных пределах.

На следующей второй стадии разрабатывается РД в объеме, указанном выше для РП, за исключением решения основных принципиальных положений устройства ОУ, выявленных в первой стадии П.

Исходными данными для проектирования ОУ являются планы, характерные размеры объектов (зданий, помещений, сооружений), их характеристика, сведения об окружающей среде и др., данные об источниках питания.

Проектирование осветительных установок может выполняться ручным или автоматизированным машинным способом.

Системы освещения. Системы искусственного освещения обуславливаются способами размещения светильников. По способам размещения светильников в помещениях различают системы общего и комбинированного освещения.

Система общего освещения предназначена для освещения всего помещения и рабочих поверхностей. Общее освещение может быть равномерным и локализованным. Светильники общего освещения располагают в верхней зоне помещения и крепят их на строительных основаниях здания непосредственно к потолку, на фермах, на стенах, колоннах или на технологическом производственном оборудовании, на тросах и т.д.

При общем равномерном освещении создается равномерная освещенность по всей площади помещения. Освещение с равномерным размещением светильников применяется в производственных помещениях, в которых технологическое оборудование расположено равномерно по всей площади с одинаковыми условиями зрительной работы или в помещениях общественного или административного назначения.

Общее локализованное освещение предусматривается в помещениях, в которых на разных участках производятся работы, требующие различной освещенности, или когда рабочие места в помещении сосредоточены группами и необходимо создание определенных направлений светового потока.

Преимущества локализованного освещения перед общим равномерным заключаются в сокращении мощности осветительных установок, возможности создать требуемое направление светового потока, избежать на рабочих местах теней от производственного оборудования и самих работающих.

Наряду с системой общего освещения в помещениях может применяться местное освещение. Местное освещение предусматривается на рабочих местах (станках, верстках, столах, разметочных плитках и т.д.) и предназначено для увеличения освещенности рабочих мест.

Устройство в помещениях только местного освещения нормами запрещено. Местное ремонтное освещение выполняется переносными светильниками, которые подключаются через понижающий трансформатор на безопасном напряжении 12, 24, 42 В в зависимости от категории помещения в отношении безопасности обслуживающего персонала.

Местное и общее освещения, применяемые совместно, образуют систему комбинированного освещения. Применяется она в помещениях с точными зрительными работами, требующими высокой освещенности. При такой системе светильники местного освещения обеспечивают освещенность только рабочих мест, а светильники общего освещения – всего помещения, рабочих мест и главным образом проходы, проезды.

Система комбинированного освещения уменьшает установленную мощность источников света (ИС) и расход электроэнергии, так как лампы местного освещения включаются только на время выполнения работ непосредственно на рабочем месте.

Выбор той или иной системы освещения определяется в основном размещением оборудования и соответственно расположением рабочих мест, технологией выполняемых работ, экономическими соображениями.

Одним из основных показателей, характеризующим целесообразность применения общей или комбинированной системы освещения является плотность расположения рабочих мест в помещении (м2/чел). В табл. 1.1 в соответствии с [9] приведены рекомендуемые системы освещения для различных разрядов зрительной работы в зависимости от плотности расположения рабочих мест и дается при этом возможная экономия электроэнергии.

Таблица 1.1 Рекомендуемые области применения систем общего и комбинированного освещения

Примечание: + - рекомендуется; – - не рекомендуется; S - средняя плотность, м2 на одного работающего.

Виды освещения

В соответствии с [2] искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное. Аварийное освещение может быть освещением безопасности и эвакуационным.

Рабочим называется освещение, которое обеспечивает нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий.

Рабочее освещение выполняется для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и различными режимами работы должно предусматриваться раздельное управление освещением таких зон.

Нормируемые характеристики освещения в помещениях, снаружи зданий могут обеспечиваться как светильниками рабочего освещения, так и совместным действием с ними светильников освещения безопасности и (или) эвакуационного освещения. При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения может использоваться для дежурного освещения.

Освещением безопасности называется освещение для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Такой вид освещения предусматривается в случаях, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать: взрыв, пожар, отравление людей; длительное нарушение технологического процесса; нарушение работы ответственных объектов, таких как электрические станции, узлы радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, в которых недопустимо прекращение работ и т.п.

Освещение безопасности должно создавать на рабочих поверхностях в производственных помещениях и на территориях предприятий, требующих обслуживания при отключении рабочего освещения, наименьшую освещенность величиной 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения от общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк – для территорий предприятий. При этом создавать наименьшую освещенность внутри зданий более 30 лк при разрядных лампах и более 10 лк при лампах накаливания допускается только при наличии соответствующих обоснований.

Эвакуационным называется освещение для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение предусматривается в помещениях или в местах производства работ вне зданий в основном в следующих случаях: в местах, опасных для прохода людей; в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей, при числе эвакуирующих более 50 чел; по основным проходам производственных помещений, в которых работают более 50 чел; в помещениях общественных зданий, административных и бытовых зданий промышленных предприятий, если в помещениях могут одновременно находиться более 100 чел; в производственных помещениях без естественного света и др.

Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов (или на земле) в помещениях 0,5 лк, на открытых территориях 0,2 лк.

Осветительные приборы эвакуационного освещения и освещения безопасности предусматриваются горящими, включенными одновременно с осветительными приборами рабочего освещения, и не горящими, автоматически включаемыми при прекращении питания рабочего освещения.

Охранное освещение, при отсутствии специальных технических средств охраны, должно предусматриваться вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. И оно должно создавать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли.

При использовании для охраны специальных технических средств освещенность принимается по заданию на проектирование охранного освещения.

Дежурным освещением называется освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству для дежурного освещения не нормируются.

2. СВЕТОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

2.1 Выбор источников света

При существующем многообразии источников света (ИС) все они могут быть разделены на ИС, работающие на принципе теплового излучения – обычные лампы накаливания (ЛН) (вакуумные, газонаполненные, одно- и биспиральные), галогенные лампы (КГ) и ИС, в основе работы которых лежат электрический разряд в газах или парах металлов – люминесцентные лампы низкого давления (ЛЛ) и разрядные лампы высокого давления: обычные дуговые ртутные лампы (ДРЛ), металлогалогенные лампы (ДРИ), натриевые – (ДНаТ) и др.

Выбор того или иного ИС определяется требованиями к освещению (цветность излучения, зрительный комфорт, показатель блескости и др.) и выполняется на основании сопоставления достоинств и недостатков существующих источников света. При этом предпочтение необходимо отдавать разрядным источникам света как наиболее экономичным, имеющим световую отдачу более 50 лм/Вт, и в связи с этим обеспечивающие минимальное потребление электроэнергии.

В соответствии с [2], общее (независимо от принятой системы освещения) искусственное освещение производственных помещений, предназначенных для постоянного пребывания людей, должно обеспечиваться разрядными источниками света.

Применение ламп накаливания допускается в отдельных случаях, когда по условиям технологии, среды или требований оформления интерьера использование разрядных источников света невозможно или нецелесообразно.

Для местного освещения кроме разрядных источников света рекомендуется использовать лампы накаливания, в том числе галогенные.

Применение ксеноновых ламп внутри помещений не допускается.

Выбор типов источников света для производственных помещений, жилых и общественных зданий осуществляется в соответствии с приложением Е, Ж [2].

Лампы накаливания ввиду их низкой световой отдачи можно использовать в следующих случаях:

а) в помещениях с нормируемой освещенностью 50 лк и ниже, т.е. когда с помощью газоразрядных источников света невозможно обеспечить зрительный комфорт;

б) в помещениях с тяжелыми условиями среды и взрывоопасных, при отсутствии необходимых светильников с газоразрядными лампами;

в) в помещениях, где недопустимы радиопомехи;

г) для аварийного и эвакуационного освещения, когда рабочее освещение выполнено разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ).

В табл. П1, П2 приведены параметры соответственно ламп накаливания и галогенных ламп.

Люминесцентные лампы низкого давления рекомендуется применять в помещениях:

а) где работа связана с большим и длительным напряжением зрения;

б) где требуется распознавание цветовых оттенков;

в) без естественного света;

г) где люминесцентное освещение целесообразно по архитектурно-художественным соображениям.

При отсутствии ограничений к цветопередаче следует применять люминесцентные лампы типа ЛБ, имеющие наибольшую световую отдачу и наименьшую пульсацию светового потока. При повышенном требовании к цветопередаче используют лампы ЛД и ЛДЦ. В жарких помещениях применяют амальгамные люминесцентные лампы типа ЛБА.

Узкополосные люминесцентные лампы типа ЛБЦТ в сравнении с широкополосными люминесцентными лампами типов ЛБ, ЛЕЦ, ЛДЦ, ЛХЕ стимулируют положительные эмоции: обладают свойством сдвигать восприятие цвета объектов по сравнению с их "естественным" цветом при дневном свете, например, цвет лица, зеленая листва, овощи при освещении этими лампами выглядят "приукрашенными" и воспринимаются с положительными эмоциями, однако следует помнить, что цветопередача в этом случае далека от естественной.

Энергоэкономичные люминесцентные лампы 18, 36, 58 Вт с узкополосным спектром излучения отличаются от обычных люминесцентных ламп 20, 40, 65 Вт более высокой световой отдачей и позволяют получить экономию электроэнергии в пределах до 8 %.

При выборе газоразрядных ламп низкого давления необходимо учитывать, что при температуре окружающей среды +5оС и ниже или относительной влажности более 80 % зажигание ламп не гарантируется.

В табл. П.3 приведены параметры линейных люминесцентных ламп.

Разрядные лампы высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) применяются в высоких производственных помещениях (Н ³ 6 м). Причем при отсутствии требований к цветопередаче можно применять лампы ДРЛ, при наличии требований к цветопередаче – ДРИ.

По применению натриевых ламп (ДНаТ) на настоящее время нет еще достаточных данных о влиянии монохроматического желтого излучения этих ламп на зрительную работоспособность и физическое состояние людей. Поэтому пока эти лампы рекомендуется применять в запыленных цехах, в помещениях с интенсивным парообразованием, где выполняются работы малой и очень малой точности.

Перспективным с точки зрения экономии электроэнергии является применение осветительных установок смешанного света с разноспектральными лампами. В этой связи рекомендуется применение натриевых ламп высокого давления в сочетании с лампами ДРЛ в количестве 40 … 50 % или с лампами ДРИ в количестве 20 … 40 % суммарной установленной мощности для освещения зрительных работ малой и средней точности. Для этой цели можно использовать сдвоенные светильники.

При выборе разрядных ламп высокого давления ДРЛ, ДРИ, ДНаТ необходимо учитывать, что коэффициент пульсаций светового потока соответственно составляет 0,65; 0,4; 0,75, а световая отдача ламп ДРЛ – 40 … 70 лм/Вт, ДРИ – 60 … 100 лм/Вт и ДНаТ – 70 … 130 лм/Вт, срок службы соответственно 10 … 18 тыс. часов, 3 … 10 тыс. часов, 10 … 50 тыс. часов.

Разрядные лампы высокого давления в значительной степени используются для освещения открытых пространств, заводских территорий, улиц, площадей. Здесь учитываются положительные свойства ламп нормально работать в широком диапазоне температур – ± 40оС.

В табл. П4, П5 приведены значения светового потока разрядных ламп высокого давления.

Для аварийного освещения (освещения безопасности и эвакуационного) применяются: лампы накаливания; люминесцентные лампы – в помещениях с минимальной температурой воздуха не менее 5оС при условии питания ламп во всех режимах напряжения не ниже 90 % номинального; разрядные лампы высокого давления при условии их мгновенного или быстрого повторного зажигания как в горячем состоянии после кратковременного отключения питающего напряжения, так и в холодном состоянии.

Если рабочее освещение выполнено люминесцентными лампами, то и аварийное освещение также выполняется ЛЛ при условии, что напряжение в сети снижается в аварийных или ремонтных режимах не ниже 90 % номинального.

Для охранного освещения могут использоваться любые источники света.

2.2 Выбор освещенности и коэффициента запаса

Выбор нормируемой освещенности выполняемой работы, рабочих мест является одним из важнейших этапов проектирования осветительных установок. При завышенных значениях освещенности возрастают приведенные затраты на осветительную установку, увеличивается расход электроэнергии на освещение. Заниженное освещение может являться причиной утомляемости и появления брака в работе, снижения производительсти труда. Поэтому правильное определение нормируемой освещенности в значительной степени обуславливает эффективность осветительной установки.

Под нормируемой освещенностью понимается минимальная освещенность, которая должна иметь место в "наихудших" точках освещаемой поверхности. Установлена следующая шкала нормируемых значений освещенности: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 7500 лк.

Основным нормативным документом, первоисточником для выбора норм освещенности является СНБ 2.04.05-98, [2].

В табл. 1 [2] приведены значения нормируемой освещенности при системе общего и комбинированного освещения для помещений промышленных предприятий в зависимости от характеристики зрительной работы (точности выполняемой работы), размера объекта различения (от менее 0,15 мм до более 5 мм), разряда зрительной работы (установлено восемь разрядов зрительной работы (I - VIII) в зависимости от точности выполняемой работы и размера объекта различения), контраста объекта с фоном (установлено три контраста – малый, средний и большой), характеристики фона (светлый, средний, темный) и подразряда зрительной работы (установлены подразряды – а, б, в, г в зависимости от состояния контраста объекта с фоном и характеристики фона).

В общих нормах [2, табл. 1] значения освещенности внутри помещений промышленных предприятий приводятся для разрядных источников света. При использовании ламп накаливания нормируемые освещенности должны быть снижены на 1 или 2 ступени стандартной шкалы.

В табл. 2 [2] приведены значения нормируемой освещенности для помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий в зависимости от характеристики зрительной работы (точности различения объектов, обзора окружающего пространства, ориентировки в пространстве интерьера и в зонах передвижения), размера объекта различения (от 0,15 мм и независимо от размера объекта различения), разряда зрительной работы (установлено восемь разрядов зрительной работы (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З) в зависимости от характеристики зрительной работы и размера объекта различения), относительной продолжительности зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность (менее 70 %, не менее 70 % и независимо от продолжительности зрительной работы) и подразряда зрительной работы (установлены подразряды – 1, 2 в зависимости от продолжительности зрительной работы на рабочую поверхность и характеристики зрительной работы.

Нормы освещения, принимаемые по [2, табл. 2] могут быть повышены на одну ступень или снижены на одну или две ступени в зависимости от конкретных данных.

Для того чтобы выбрать нормируемую освещенность по табл. 1, 2 [2] необходимо знать характеристики рабочего процесса, различения объектов, обзора окружающего пространства и т.п., но даже и знание этого не всегда позволяет правильно выбрать разряд и подразряд зрительной работы. Поэтому эти нормы в основном используются для составления отраслевых норм, которые содержат значения освещенности уже для конкретных помещений [10, 12].

В [2] приведены нормируемые значения освещенности общепромышленных помещений и сооружений (приложение И), основных помещений общественных и жилых зданий, административных и бытовых зданий предприятий (приложение К).

В общих и отраслевых нормах кроме количественных показателей освещенности регламентированы также качественные показатели. Для осветительных установок промышленных предприятий такими показателями являются: коэффициент пульсации освещенности, показатель ослепленности, коэффициент естественной освещенности. Коэффициент пульсации освещенности (Кп) устанавливается нормами в пределах 10 … 20 %. Под коэффициентом пульсации понимается критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током и выражается формулой:

 (2.1)

где Еmax, Еmin – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк;

Еср – среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Показатель ослепленности (Р) регламентируется в пределах 10 … 40 в зависимости от точности зрительных работ. Показатель ослепленности является критерием оценки слепящего действия осветительной установки и определяется выражением:

Р = (S-1)×1000, (2.2)

где S – коэффициент ослепленности равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) устанавливается нормами для естественного освещения в пределах 0,1 … 4, для совмещенного освещения – 0,1 … 6. Под коэффициентом естественной освещенности понимается отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода.

Для осветительных установок помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий качественными характеристиками освещения являются: цилиндрическая освещенность, показатель дискомфорта (М), коэффициент пульсации освещенности (Кп); коэффициент естественной освещенности устанавливается только для естественного освещения. Цилиндрическая освещенность характеризует насыщенность помещения светом и определяется как средняя плотность светового потока на поверхности вертикально расположенного в помещении цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю.

Явление зрительного дискомфорта характеризуется как ощущение неудобства или напряженности, возникающее при неравномерном распределении яркости в поле зрения. В нормах приводятся максимально допустимые показатели дискомфорта 15 … 90 в зависимости от уровня освещенности.

Коэффициент пульсации освещенности как и для осветительных установок промышленных предприятий устанавливается в пределах 10 … 20 %.

Нормированные значения освещенности должны быть обеспечены в течение всего времени эксплуатации осветительной установки. Однако, в связи с тем, что период эксплуатации имеет место постоянное уменьшение освещенности, начальная освещенность должна быть принята больше нормированной, а именно, равна последней, умноженной на коэффициент запаса, значения которого регламентированы нормами. Этот коэффициент учитывает снижение светового потока источников света к концу срока службы, запыление светильников, старение последних, т.е. ухудшение характеристик, не восстанавливаемых очисткой, и снижение коэффициентов отражения стен и потолка помещения. Необходимый коэффициент запаса зависит от количества и характера пыли в воздухе, степени старения данного типа источников света (в связи с чем для газоразрядных ламп коэффициент запаса повышается), типа светильников, и, конечно периодичности очистки последних. В зависимости от указанных обстоятельств значение коэффициента запаса может находиться в пределах 1,3 … 2 и принимается по табл. П6.

Таким образом, при выполнении проекта осветительной установки для каждого помещения по отраслевым нормам [10, 12, 2 (приложения Н, К)] должны быть определены минимальные освещенности (Еmin) на рабочих местах в зависимости от принятой системы освещения, ориентировочно определен коэффициент запаса (Кз), который при выборе светильников может быть скорректирован, а также выписаны регламентированные значения всех качественных показателей освещения.

2.3 Выбор типа светильников, высоты подвеса и схем их размещения

2.3.1 Назначение, характеристика и типы светильников

Светильники являются осветительными приборами ближнего действия и предназначены они для рационального перераспределения светового потока ламп, а также защита глаз от чрезмерной яркости, предохраняют источников света от загрязнения и механических повреждений. Конструктивно они состоят из корпуса-отражателя и (или) рассеивателя, патрона и крепящего устройства.

Все светильники в зависимости от соотношения светового потока, излучаемого в нижнюю полусферу (Ф) ко всему световому потоку светильника (Фсв) подразделяются на следующие пять классов:

П – прямого света

Н – преимущественно прямого света

Р – рассеянного света

В – преимущественно отраженного света

О – отраженного света

.

Каждый из светильников может характеризоваться одной из семи типовых кривых силы света: концентрированной (К), глубокой (Г), косинусной (Д), полуширокой (Л), широкой (Ш), равномерной (М) и синусной (С). Типовые кривые приведены на рис. 2.1.

Соотношение световых потоков и кривые светораспределения являются важнейшими светотехническими характеристиками светильника, определяющими распределение его светового потока в пространстве, окружающем светильник.

Рис. 2.1. Типовые кривые силы света светильников

По конструктивному исполнению в общем случае светильники делятся на:

открытые – лампа не отделена от внешней среды;

защищенные – лампа защищена от механических повреждений;

закрытые – защищены от проникновения пыли и механических повреждений лампы;

пыленепроницаемые – защищены от проникновения тонкой пыли;

влагозащищенные – противостоят воздействию влаги;

взрывозащищенные – противостоят появлению взрыва (В – взрывонепроницаемые, Н – повышенной надежности против взрыва).

Аналогично с классификацией электрического оборудования по конструктивному исполнению, которая определяет одновременно степень защиты оборудования от попадания внутрь них твердых посторонних тел (в частности пыли), степени защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями, расположенными внутри оболочки изделий и степени защиты от влаги, для светильников также установлена международная система защиты, состоящая из букв IP (International Protection) и двух цифр, обозначающих степень защиты. Первая цифра определяет защиту лампы от пыли. Существует шесть следующих классов защиты светильников от пыли:

незащищенные (открытые – 2, перекрытые – 2');

пылезащищенные (полностью – 5, частично – 5');

пыленепроницаемые (полностью – 6, частично – 6'),

и семь следующих классов защиты от влаги:

0 – водонезащищенный – защита отсутствует;

2 – каплезащищенный – защита от капель, падающих сверху под углом к вертикали 15о;

3 – защищенный – защита от капель или струй воды, падающих сверху под углом к вертикали 60о;

4 – брызгозащищенный – защита от попадания капель или брызг под любым углом;

5 – струезащищенный – защита от попадания воды при обливании струей под любым углом;

7 – водонепроницаемый – защита от попадания воды при кратковременном погружении в воду;

8 – герметичный – защита от попадания воды при неограниченно долгом погружении в воду.

Если указана цифра со "штрихом" буквы IP в обозначении защиты не указываются, например 6'3.

Защита светильников от пыли, воды и агрессивных сред обеспечивается, как правило, конструкционными и светотехническими материалами, различной степенью герметизации внутреннего объема светильника или его отдельных полостей, токоведущих элементов и (или) электрических контактов.

Кроме этого, основными характеристиками светильников являются:

коэффициент усиления (Ку), представляющий отношение максимальной силы света светильника (Iмакс) к средней сферической силе света (Iср.сф.):

,                                                         (2.3)

где .

Коэффициент усиления характеризует увеличение силы света светильника в заданном направлении;

коэффициент полезного действия (h):

,                                                              (2.4)

где    Фсв – световой поток светильника;

Фл – световой поток источника света;

защитный угол (g) – определяет степень защиты глаза от воздействия ярких частей источника света.

На рис. 2.2 приведена структура обозначения и маркировка светильников в соответствии с ГОСТ 13828-74.

Рис. 2.2. Структура обозначения и маркировка светильников

Примеры обозначений светильников:

НСП05´500-016-У3 – светильник с лампой накаливания мощностью 500 Вт, общего назначения, подвесной для промышленных предприятий, серии 05, модификации 016, климатическое исполнение У, категория размещения 3;

ЛС02-2´40-005-У3 – светильник с двумя люминесцентными лампами мощностью по 40 Вт, подвесной, для общественных зданий, серии 02, модификации 005, климатическое исполнение У, категория размещения 4;

РКУ08´400-014-ХЛ1 – светильник с ртутной лампой типа ДРЛ мощностью 400 Вт, консольный, уличный, серии 08, модификации 014, климатическое исполнение ХЛ (холодный климат), категория размещения 1.

Наряду с приведенным условным обозначением светильникам могут присваиваться собственные имена, например: "Глубокоизлучатель". Кроме того, действуют еще более ранние ГОСТы, а также обозначения, присваемые заводом изготовителем. Все это создает определенные трудности в расшифровке условного обозначения светильников.

При существующем многообразии светильников основными отличительными особенностями их являются тип источника света, его мощность, конструктивное исполнение с определенной защитой от воздействия окружающей среды, светораспределение.

В табл.2.1 приведены основные параметры некоторых типов светильников, применяемых для общего освещения производственных помещений и помещений общественных зданий.

Таблица 2.1 Номенклатура и основные параметры некоторых светильников

Примечания:

Способ монтажа для светильников с ртутными лампами: 1 – на трубу с резьбой 20 мм; 2 – на монтажный профиль; 3 – на крюк; 4 – на опорную поверхность; 5 – специальное крепление.

Способ монтажа для светильников с люминесцентными лампами: 1 – на трубу с резьбой 20 мм; 2 – на шинопровод; 3 – на штангах; 5 – на потолок; 6 – на стержнях; 7 – на крюк; 8 – на монтажный профиль.

Способ монтажа для светильников с лампами накаливания: 1 – на трубу с резьбой 20 мм; 2 – на монтажный профиль; 3 – на крюк; 4 – на потолок; 5 – на горизонтальную опорную поверхность; 6 – на наклонную опорную поверхность.

Основными факторами, определяющими выбор светильников являются:

а) условия окружающей среды (наличие пыли, влаги, химической агрессивности, пожароопасных и взрывоопасных зон);

б) строительная характеристика помещения (размеры помещения, в том числе его высота, наличие ферм, технологических мостиков, размеры строительного модуля, отражающие свойства стен, потолка, пола и рабочих поверхностей);

в) требования к качеству освещения.

Выбор конкретного типа светильника осуществляется по конструктивному исполнению, светораспределению и ограничению слепящего действия, экономическим соображениям.

Конструктивное исполнение светильника в значительной степени определяется уровнем защиты его от воздействия окружающей среды.

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

В нормальных сухих и влажных помещениях допускается применения всех типов незащищенных (IP20) светильников.

В сырых помещениях также допускается применение незащищенных (IP20) светильников, но при условии выполнения корпуса патрона из изоляционных и влагостойких материалов.

В особо сырых помещениях и в помещениях с химически активной средой рекомендуется применение светильников со степенью защиты не ниже IP22, в пыльных помещениях – не ниже IP44.

В жарких помещениях – не ниже IP20, причем в светильниках с люминесцентными лампами рекомендуется применение амальгамных ламп.

В пожароопасных зонах применяются светильники с минимальными допустимыми степенями защиты, указанными в табл. 2.2.

Таблица 2.2 Минимальные допустимые степени защиты светильников в зависимости от класса пожароопасной зоны

Примечание. Допускается изменять степень защиты оболочки от проникновения воды (2-я цифра обозначения) в зависимости от условий среды, в которой устанавливаются светильники.

Во взрывоопасных зонах могут применяться светильники при условии, что уровень их взрывозащиты или степень защиты соответствует табл. 2.3 или является более высокими.

Таблица 2.3 Допустимый уровень взрывозащиты светильников в зависимости от класса взрывоопасной зоны

В [1, 12 и др.] приведены подробные рекомендации выбора светильников по конструктивному исполнению.

Если существующая номенклатура светильников представляет возможность применения в помещении не единственного, а нескольких возможных по конструктивному исполнению светильников, из них почти всегда целесообразно выбрать тот, который обладает наиболее высокой эксплуатационной группой [2] (табл. П7), характеризующей способность светильника сохранять в процессе работы высокие светотехнические качества. Такой подход позволяет в определенных условиях [2, табл. 3] принять меньшие значения коэффициентов запаса, это в свою очередь приводит к снижению установленной мощности источников света, уменьшению расхода электроэнергии.

Правильный выбор светильника по светораспределению обуславливает экономичное использование светового потока источника света, приводит к снижению установленной мощности осветительной установки. При равных условиях предпочтительнее выбирать светильники с более высоким КПД, несмотря на их более высокую стоимость. Эти дополнительные затраты окупаются за счет экономии электроэнергии.

В производственных помещениях с низкими коэффициентами отражения стен, потолков целесообразно применение светильников прямого света класса П со светораспределением типа К (концентрированная) при высоких потолках (более 6-8 м), с меньшей высотой потолков – со светораспределением типа Д (косинусная), реже Г (глубокая). С увеличением высоты помещения применяемый светильник должен иметь большую степень концентрации светового потока (К, Г) и наоборот, в низких помещениях рекомендуется использовать светильники с более широким светораспределением (Д, Г).

При высоких отражающих свойствах стен и потолков производственных помещений (светлые потолки и стены) целесообразно применение светильников преимущественно прямого света класса Н.

При высоких отражающих свойствах пола или рабочих поверхностей преимущество получают светильники класса П, поскольку в этом случае за счет отражения в верхнюю полусферу попадает достаточно светового потока для создания приемлемого зрительного комфорта.

Светильники преимущественно прямого света класс П и рассеянного света класса Р с кривыми светораспределения Д (косинусная) и Л (полуширокая) целесообразно применять для освещения административных, учебных помещений, лабораторий и т.п.

Светильники классов В (преимущественно отраженного света) и О (отраженного света) применяют для создания архитектурного освещения производственных помещений, гражданских зданий. Для наружного освещения – светильники с кривой силы света Ш (широкая).

Учет при выборе светильников слепящего их действия осуществляется по показателю ослепленности, который нормируется [2] и сравнивается с фактическим показателем ослепленности. Расчет этого показателя приведен в [11], но на практике при проектировании осветительных установок в связи с трудностью расчета этого показателя эта характеристика учитывается косвенно минимально допустимой высотой подвеса светильников.

Выбор светильников по критерию экономичности выполняется по минимуму приведенных затрат. Однако учитывая, что основной составляющей годовых эксплуатационных расходов являются затраты на электроэнергию, можно с некоторым приближением оценивать экономичность светильника по критерию энергетической экономичности (Ээ). Под энергетической экономичностью понимается отношение нормируемой (минимальной) освещенности (Еmin) к удельной мощности Руд:

,                                                   (2.5)

где Руд – удельная мощность, равная отношению установленной мощности ламп к площади освещаемого помещения.

Рост энергетической экономичности в соответствии с выражением (2.5), является следствием уменьшения удельной установленной мощности источников света, необходимой для создания заданной освещенности.

Было установлено, что энергетическая экономичность является функцией комбинированного аргумента , где Еmin – освещенность по нормам, Кз – коэффициент запаса, Нр – расчетная высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (см. рис. 2.3).

Это позволяет определить области, целесообразного с экономической точки зрения, использования различных типов светильников. В [13] для некоторых типов светильников приведены наибольшие и наименьшие мощности ламп и соответствующие им значения аргумента . Если при проектировании фактическое значение аргумента  будет меньше нижнего предела для данного светильника, то применять его не рекомендуется. При фактических значениях аргумента, больших верхнего предела для данного светильника, применение его может быть допущено при условии отсутствия другого, более экономичного светильника.

Как видно из аргумента энергетическая экономичность светильников в значительной степени зависит от принимаемой при проектировании расчетной высоты подвеса светильников (Нр); которая в определенной степени зависит от высоты помещения.

При малой высоте (до 6 м) добиться качественных показателей, таких как минимальная неравномерность освещения, допустимая пульсация и ослепленность, возможно только с помощью большого числа светильников с относительно малой единичной мощностью источника света (ЛН и ЛЛ). В высоких помещениях экономически выгодней применять мощные источники света (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) и малое число светильников, каждый из которых должен иметь оптимальное светораспределение для конкретного варианта.

Поэтому выбор типа светильников выполняется одновременно с выбором их схем размещения на плане освещаемого помещения.

Высота освещаемого помещения определяет и экономичный тип светораспределения светильников.

Для каждой типовой кривой силы света (типа светильника) существует наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками , при которой обеспечивается наибольшая равномерность распределения освещенности, а также наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками при которой обеспечивается максимальная энергетическая экономичность. Под относительным расстоянием между светильниками понимается отношение расстояние между ними (L) к расчетной высоте подвеса светильников над рабочей поверхностью (Нр) (табл. П.8, П.9).

Выбранные светильники должны быть расположены и установлены таким образом, чтобы обеспечивалось [6]:

а) безопасность и удобный доступ к светильникам для обслуживания;

б) создание нормированной освещенности наиболее экономичным путем;

в) соблюдение требований к качеству освещения (равномерность освещения, направление света, ограничение вредных факторов: теней, пульсаций освещенности, прямой и отраженной блескости;

г) наименьшая протяженность и удобство монтажа групповой сети;

д) надежность крепления светильников.

2.3.2 Высота подвеса светильников

Высота подвеса светильников над освещаемой поверхностью (НР) – расчетная высота подвеса светильников (рис. 2.3) в значительной степени определяет характеристику и технико-экономические показатели проектируемой осветительной установки.

От ее величины зависит установленная мощность источников света, размещение светильников на плане; высота подвеса определяет качественные показатели освещения, выбор светильников по светораспределению, экономическим соображением.

Рис. 2.3. Размещение светильника по высоте помещения: Н – высота помещения; Нр – высота подвеса светильника над освещаемой поверхностью; hс – высота свеса светильника; hр – высота рабочей поверхности

В связи с тем, что ряд показателей ОУ регламентируется нормами искусственного освещения, высота подвеса светильников принимается одновременно с решением других задач проектирования – выбора типа светильников, их размещения и обслуживания и др. Минимальная высота подвеса светильников ограничена условием ослепляющего их действия (нормированный показатель ослепленности). Максимальная высота ограничена размерами помещения и условиями обслуживания светильников.

При выборе высоты подвеса учитываются строительные особенности помещений – наличие ферм, технологических мостиков, размеры строительного модуля; одновременно рассматриваются способы прокладки и монтажа проводов и кабелей осветительной сети.

В помещениях ограниченной высоты светильники устанавливаются либо на свесах, либо непосредственно на потолке и обслуживаются с лестниц или стремянок. По условию доступности высота подвеса светильников не должна превышать 5 м от пола, причем светильники не должны располагаться над крупным оборудованием, приямками и в других местах, где невозможна установка лестниц или стремянок.

В помещениях с ферменным перекрытием чаще всего светильники общего освещения устанавливаются на фермах. В этих случаях они могут обслуживаться с мостовых кранов, причем светильники должны быть размещены на уровне не менее 1,8 м над настилом площадки обслуживания на кране или же на уровне нижнего пояса ферм.

При проектировании осветительных установок необходимо предусматривать, чтобы возможно большая часть светильников была доступна для обслуживания с пола с помощью переносных приспособлений (табуретов, лестниц и стремянок).

К числу указанных мер относятся [6]:

а) установка светильников с помощью кронштейнов на стенах или колоннах на высоте не более 5 м;

б) подвеска светильников на тросах, коробах, трубах, монтажных профилях и т.п. на высоте не более 5 м или же на тросах с опускными приспособлениями;

в) установка светильников на мостиках или площадках, предназначенных для обслуживания шинопроводов, тельферов и т.п., а также установка на крупном технологическом оборудовании;

г) использование технологических площадок верхних отметок для установки на них светильников, освещающих нижние отметки.

Кроме того, в соответствии с нормами [6] рекомендуется принимать следующие высоты установки светильников, м:

2,1 – в электропомещениях, при установке светильников вблизи открытых токоведущих частей;

не более 3,5 – на технологических площадках, мостиках, переходах и т.п. при установке светильников на стенах;

2,5 – на технологических площадках, мостиках, переходах и т.п. при установке светильников на стойках вдоль ограждений;

на уровне настила ± 0,5 – на мостиках для обслуживания светильников.

Подвесные светильники общего освещения, устанавливаемые на потолках или фермах, как правило, должны крепиться к последним со свесом не более 1,5м. Увеличение свеса этих светильников может предусматриваться в случаях:

а) если это необходимо в целях обеспечения доступа к светильникам для обслуживания;

б) когда это позволяет улучшить экономические показатели установки без ухудшения качества освещения.

При установке светильников с увеличенным свесом конструкция их крепления должна ограничивать возможность раскачивания светильников под воздействием потоков воздуха.

В общем случае расчетная высота подвеса светильников определяется по выражению:

Hp = H - (hc + hp), (2.6)

где    Н – высота помещения;

hc – высота свеса светильника;

hp – высота рабочей поверхности, при отсутствии конкретной величины принимается равной 0,8м.

2.3.3 Схемы размещения светильников

При общем равномерном освещении, а по возможности также и при локализованном освещении, светильники рекомендуется располагать по вершинам квадратных, прямоугольных (с отношением большей стороны прямоугольника к меньшей не более 1,5) или ромбических (с острым углом при вершине ромба близким к 600) полей.

Светильники с люминесцентными лампами следует преимущественно размещать рядами, параллельными стенам с окнами. Иное расположение допускается:

а) в узких помещениях с окнами на торцевых стенах;

б) в случае, когда это диктуется размещением производственного оборудования.

Ряды выполняются непрерывными или с разрывами (в свету), не превышающими 0,5 расчетной высоты подвеса светильников.

При общем равномерном освещении расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стен следует принимать в помещениях, предназначенных для работы примерно втрое меньшим, а в остальных помещениях – вдвое меньше, чем расстояние между рядами светильников или стороны поля. При размещении рабочих мест непосредственно у стен или колонн крайние ряды светильников следует в пределах целесообразности приближать к стенам или колоннам, в частности устанавливать светильники на кронштейнах.

Расстояние между соседними светильниками (L) или их рядами зависит от расчетной высоты подвеса светильников (Hр) и светораспределения (типа светильника). Как было показано в разделе 2.3.1 (выбор светильников по экономическим соображениям) для каждого типа светильников (стандартной кривой силы света) существует наивыгоднейшее относительное расстояние (табл. П8, П9). Тогда

, (2.7)

где  - наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками;

Нр – расчетная высота подвеса светильников.

При расположении светильников в вершинах прямоугольника L может быть рассчитана как среднегеометрическое расстояние между соседними светильниками:

, (2.8)

где Lа Lb – расстояние между светильниками по длине и ширине помещения.

В производственных помещениях с типовыми строительными модулями (в основном это высокие помещения), характеризующимися стандартными размерами шага колонн (обычно 6м) и шириной пролета (6, 12, 18 и 24 м), светильники размещаются обычно на фермах в виде продольных рядов. При этом расстояние между светильниками в ряду получается одинаковым и равным шагу колонн 6 м (реже 12 м). Такое расположение светильников не всегда дает возможность достичь равномерности освещения, что в свою очередь ведет к перерасходу электроэнергии.

В этих случаях рекомендуется применение так называемых неравномерных схем размещения светильников [9]. Такие схемы характеризуются неодинаковым количеством светильников на соседних фермах, которое получается либо за счет того, что допускается разное число светильников в одной световой точке, либо за счет неодинаковых расстояний между светильниками в рядах. При трех или четырехрядных схемах средние ряды выполняют менее загруженными, чем крайние, либо расстояние между рядами в центральной части помещения при четырехрядной схеме в 1,3…1,5 раза делается больше, чем расстояние между крайними рядами. Такие неравномерные схемы размещения светильников уменьшают неравномерность освещенности, а, следовательно, и расход электроэнергии.

Рис. 2.4. Схема эффективного размещения светильников в пролетах производственных зданий:

o - светильник, ´ – колонна, L – ширина пролета, l – шаг колонн, 1¸20 – номера схем размещения; для 1¸6 – В/А = 4; для 7¸16 В/А = 3…3,5; для 17¸20 В/А = 2…2,5; С/В = 1,3…1,5

На рис. 2.4 приведены рекомендуемые схемы размещения светильников с типовыми строительными модулями. Конкретная схема размещения может быть принята по табл. П.10 [9]. В данной таблице приводится строительный модуль помещения, принятые в проекте: высота подвеса светильников, нормируемая освещенность, кривая светораспределения светильников – по которым определяется рекомендуемая схема размещения светильников. Может быть по табл. П.10 решена и обратная задача – определение экономичного типа светораспределения светильников (выбор светильника) по высоте подвеса светильников, схеме их размещения и нормируемой освещенности.

Таким образом, при проектировании ОУ конкретного помещения вначале выбирается целесообразный ИС (п. 2.1), нормируемая освещенность и коэффициент запаса (п. 2.2). Далее выбирается тип светильника (п. 2.3.1) и высота его подвеса (п. 2.3.2). Если в качестве ИС приняты лампы ДРЛ или ДРИ и помещение, в котором проектируется ОУ имеет ферменные перекрытия, то в зависимости от величины нормируемой освещенности, строительного модуля помещения с учетом предварительно предполагаемой высоты подвеса светильников по табл. П.10 определяется схема размещения светильников и ориентировочный тип их светораспределения, при которых обеспечивается минимум затрат и расхода электроэнергии на освещении. При выборе схемы размещения светильников возможна корректировка высоты подвеса светильников.

Если в качестве источников света приняты ЛЛ или ЛН, то выбор схем их размещения выполняется в соответствии с п. 2.3.3 (по  - относительному расстоянию между светильниками.

2.4 Светотехнический расчет освещения

2.4.1 Общие рекомендации по светотехническим расчетам

Светотехнические расчеты позволяют выполнить следующее:

а) определить количество и единичную мощность источников света осветительной установки, обеспечивающей требуемую освещенность в помещении (на рабочей поверхности);

б) для существующей (спроектированной) осветительной установки рассчитать освещенность в любой точке поверхности освещаемого помещения;

в) определить качественные показатели осветительной установки (коэффициент пульсации, цилиндрическую освещенность, показатели ослепленности и дискомфорта).

Основной светотехнический расчет освещения заключается в решении задач по приведенным выше пунктам а) и б). Для этой цели применяются два метода расчета электрического освещения: метод коэффициента использования светового потока и точечный метод.

Метод коэффициента использования светового потока применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, в основном для расчета светового потока источника (источников) света. Этот метод позволяет рассчитывать также среднюю освещенность горизонтальной поверхности с учетом всех падающих на нее потоков, как прямых, так и отраженных. Он не применим при неравномерном размещении светильников, расчете освещенности в характерных точках как негоризонтальных, так и горизонтальных поверхностей.

Упрощенной формой метода коэффициента использования светового потока является метод удельной мощности на единицу освещаемой площади. Применяется этот метод для ориентировочных расчетов общего равномерного освещения. Максимальная погрешность расчета по методу удельной мощности составляет ±20%.

Точечный метод расчета освещения позволяет определить освещенность в любой точке поверхности освещаемого помещения при любом равномерном или неравномерном размещении светильников. Он часто используется как поверочный метод для расчета освещенности в характерных точках поверхности. С помощью точечного метода можно проанализировать распределение освещенности по всему помещению, определить минимальную освещенность не только на горизонтальной, но и наклонной поверхности, рассчитать аварийное и местное освещение.

Основной недостаток точечного метода расчета заключается в неучете отраженного светового потока от стен, потолка и рабочей поверхности помещения.

В тех случаях, когда не может быть применим ни один из названных методов, например, при расчете неравномерного освещения помещения со значительными отражающими свойствами стен, потолка и рабочей поверхности, то используют оба метода, действуя комбинированным способом.

2.4.2 Метод коэффициента использования светового потока

Методом коэффициента использования светового потока рассчитывают общее равномерное освещение горизонтальных поверхностей.

По этому методу расчета освещенность на горизонтальной поверхности определяют с учетом светового потока, отраженного от стен, потолка и самой рабочей поверхности. Метод коэффициента использования применим для расчета освещения помещений светильниками с разрядными лампами и лампами накаливания.

Коэффициентом использования светового потока осветительной установки называется отношение светового потока, падающего на горизонтальную поверхность, к суммарному потоку всех ламп, размещенных в данном освещаемом помещении

h=(Фп+Фотр)/nФл=Фр/nФл, (2.9)

где Фп – световой поток, падающий от светильников непосредственно на освещаемую поверхность, лм;

Фотр – отраженный световой поток, лм;

Фл – световой поток лампы, лм;

Фр – результирующий световой поток, лм;

n – количество ламп в освещаемом помещении.

При расчете по методу коэффициента использования световой поток светильника, лампы, или ряда светильников необходимый для создания заданной минимальной освещенности определяется по формуле

Ф = Еmin kз S z / n h, (2.10)

где Еmin – заданная минимальная (нормируемая) освещенность, лк;

kз – коэффициент запаса (принимается по табл. П6);

S – площадь помещений, м2;

z – отношение Еср/Еmin (коэффициент неравномерности освещения, принимается 1,15 для ЛН и ДРЛ, 1,1 – для ЛЛ);

n – количество светильников, ламп или рядов светильников (как правило, принимается до расчета по сетке размещения светильников);

h - коэффициент использования светового потока, о.е.

В практике светотехнических расчетов значение h определяется из таблиц [10], связывающих геометрические параметры помещений (индекс помещения i) с их оптическими характеристиками – коэффициентами отражения (rп – потолка, rс – стен, rр – рабочей поверхности или пола) и КСС конкретных типов светильников.

По мере того, как число типов светильников, применяемых в практике непрерывно возрастает, обращение к таблицам, рассчитанным для конкретных светильников, затрудняется. Такое положение привело к разработке [11] унифицированных таблиц значений коэффициента использования, применительно к классификационным КСС (табл. П11).

Тогда коэффициент использования светового потока определится по выражению:

h = hс×hп, (2.11)

где hс – к.п.д. светильника, о.е.;

hп – к.п.д. помещения – унифицированное значение коэффициента использования, принятое по табл. П.11.

Индекс помещения определяется по формуле:

, (2.12)

где А и В – соответственно длина и ширина помещения, м;

Нр – расчетная высота подвеса светильников, м.

Для помещений с А/В ³ 10, можно считать i=В/Нр.

Приблизительные значения коэффициентов отражения ((rп, rс, rр) можно принять по следующим характеристикам помещения:

-  побеленный потолок и стены –      70%;

-  побеленный потолок, стены

окрашены в светлые тона – 50%;

-  бетонный потолок, стены оклеены

светлыми обоями, бетонные стены -       30%;

-  стены и потолок в помещениях

оштукатуренные, темные обои -    10%.

Если в формулу 2.10 в качестве n подставлялось значение, равное количеству ламп, то по рассчитанному световому потоку выбирается ближайший стандартный источник света (лампа) в пределах допустимых отклонений – -10…+20 %. Если такое приближение не выполняется, то корректируется число ОП.

Если в формулу 2.10 в качестве n подставляется количество рядов светильников, то расчетным световым потоком является световой поток одного ряда светильников (Фр). Тогда по найденному Фр выполняется компоновка ряда, т.е. определяется число и мощность светильников, при которых Фр близко к необходимому.

Определяются габаритные размеры светильников, и суммарную длину ряда светильников сопоставляют с длиной помещения. При этом возможны следующие случаи:

а) суммарная длина светильников превышает длину помещения – необходимо или применить более мощные лампы, или увеличить число рядов, или компоновать ряды из сдвоенных, строенных и т.д. светильников;

б) суммарная длина светильников равна длине помещения – задача решается путем устройства непрерывного ряда светильников;

в) суммарная длина светильников меньше длины помещения – принимается ряд с равномерными разрывами между светильниками.

По выражению 2.10 может решаться и обратная задача – по заданному световому потоку лампы, светильника для обеспечения нормируемой освещенности в помещении рассчитываться количеством источников света, светильников.

2.4.3 Метод удельной мощности освещения

Удельная мощность освещения представляет собой отношение суммарной мощности всех источников света к площади освещаемого ими помещения - Руд [Вт/м2].

Для различных типов светильников составлены таблицы удельной мощности [10] в зависимости от нормируемой освещенности, площади помещения и высоты подвеса светильников. Причем, каждая таблица соответствует определенному сочетанию коэффициентов отражения потолка, стен и рабочей поверхности.

Для некоторых типов светильников в упрощенной форме значения удельных мощностей освещения приведены в табл. П12.

Расчет данным методом сводится к следующему:

а) по одной из таблиц [10] или П12 наиболее близко отвечающей заданным условиям принимается величина удельной мощности;

б) определяется установленная мощность источников света в помещении:

Р=Руд×S, (2.12)

где S – площадь освещаемого помещения;

в) составляется схема (сетка) размещения светильников (см. п. 2.3.3) и подсчитывается их количество n;

г) определяется мощность светильника (источника света):

  (2.13)

Если значения освещенности и коэффициента запаса отличаются от указанных в таблицах, допускается пропорциональный пересчет значений руд.

Если освещение выполнено светильниками с люминесцентными лампами, то по установленной мощности Р определяется мощность одного ряда и далее осуществляется компоновка его светильниками.

2.4.4 Точечный метод расчета

Точечный метод расчета освещения является обязательным для расчета освещенности негоризонтальных поверхностей, общего локализованного, эвакуационного, местного и наружного освещения. Он позволяет рассчитывать световой поток источника света, светильника, ряда светильников.

Существуют две интерпретации метода:

а) точечный метод с использованием пространственных изолюкс. Применяется для расчета освещения от точечных источников света (ЛН, ДРЛ, ДРИ и т.п.); люминесцентных ламп, длина которых не превышает 0,5Нр;

б) точечный метод с использованием линейных изолюкс. Применяется для расчета освещения от светящих линий.

Точечный метод с использованием пространственных изолюкс. Пространственные изолюксы или кривые значений освещенности составлены для стандартных светильников с условной лампой 1000 лм в прямоугольной системе координат [10] в зависимости от высоты подвеса светильника Нр и расстояния d проекции светильника на горизонтальную поверхность до контрольной (характерной) точки.

Порядок расчета данным методом следующий:

а) на плане помещения с известным расположением светильников намечается одна или две контрольные точки, в которых ожидается наименьшая освещенность. Например т. А (рис. 2.5);

б) определяются расстояния от контрольной точки до ближайших светильников, т.е. расстояния d1, d2, … d6;

в) в зависимости от типа светильников по кривым пространственных изолюкс [10] для каждого значения Нр и d находятся условные освещенности в люксах, т.е. соответственно е1, е2, …, е6. Значения е в большинстве случаев определяются путем интерполирования между значениями, указанными у ближайших изолюкс.

Рис. 2.5. Фрагмент плана помещения с расположением светильников и контрольной точки А

Если заданные Нр и d выходят за пределы шкал на графиках в ряде случаев возможно обе эти координаты увеличить (уменьшить) в n раз, так чтобы точка оказалась в пределах графика и определенное по графику значение е увеличить (уменьшить) в n2 раз. При отсутствии изолюкс для данного светильника можно воспользоваться графиком для излучателя, имеющего по всем направлениям силу света 100 кд (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности. Сила света светильника по всем направлениям 100 кд

Значение условной освещенности e100 определяется по координатам Нр и d, одновременно по радиальным лучам находится значение a и по кривой силы света светильников Ia, тогда

; (2.14)

г) находится общая условная освещенность контрольной точки:

; (2.15)

д) определяется потребный световой поток лампы в одном светильнике по формуле:

 (2.16)

где Еmin – нормируемая освещенность, лк;

Кз – коэффициент запаса;

m - коэффициент, учитывающий освещенность от удаленных источников света, принимается равным 1,1…1,2;

е) по полученному расчетному световому потоку выбирают мощность стандартной лампы.

При выборе контрольной точки на вертикальной или наклонной плоскости освещенность ее может быть определена по следующей исходной формуле:

, (2.17)

где Ia - сила света излучателя по направлению т. А (рис. 2.7);

a - угол между направлением к расчетной точке осью симметрии светильника;

q - угол наклона расчетной плоскости по отношению к плоскости, перпендикулярной оси симметрии светильника (горизонтальная плоскость). Знак "-" принимается при условии .

В частном случает при горизонтальном расположении поверхности q = 0:

. (2.18)

Рис. 2.7. К расчету освещенности от точечного источника света

Освещенность наклонной плоскости, выраженная через освещенность горизонтальной плоскости:

. (2.19)

Освещенность вертикальной поверхности:

 (2.20)

или

. (2.21)

Пример 1. Определить освещенность в контрольной точке А (рис. 2.5). Для освещения помещения применены светильники типа НСП17 с лампами накаливания мощностью 200 Вт. Расчет производился методом коэффициента использования светового потока при нормируемой освещенности 200 лк.

Решение. Определим расстояние (в метрах) d проекции каждого светильника до точки А. По кривым равной освещенности (изолюксам) для светильника типа НСП17 находим значения условных освещенностей [10] и заносим в табл. 2.4.

Таблица 2.4 Значения условных освещенностей

Сумма условных освещенностей от светильников 1-6 для расчетной точки А составит:

Определяем действительную расчетную освещенность в точке А:

,

принимаем m = 1,1.

.

Точечный метод с использованием линейных изолюкс применяется для расчета освещения от светящих линий. Светящей линией является непрерывный ряд светильников с люминесцентными лампами или ряд с разрывами между светильниками (l) при условии, если l<0,5Нр, или отдельный излучатель (светильник), если его длина превышает 0,5Нр.

Для расчета освещения от светящих линий применяются линейные изолюксы светильников, составленные при плотности светового потока  и расчетной высоте Нр = 1м в координатах  и  (см. рис. 2.8).

Рис. 2.8. Светящая линия (L) с указанием размеров, определяющих положение ее по отношению к контрольной точке; Нр – расчетная высота подвеса светильников; р – расстояние от контрольной точки в плоскости перпендикулярной светящей линии до перпендикуляра, опущенного на расчетную плоскость от светящей линии

На рис. 2.9-2.12 приведены линейные изолюксы для некоторых типов светильников с люминесцентными лампами.

Рис. 2.9. Линейные изолюксы для светильников ПВЛМ с 2 лампами ЛБР

Рис. 2.10. Линейные изолюксы для светильников группы 1

Рис. 2.11. Линейные изолюксы для светильников группы 2

Рис. 2.12. Линейные изолюксы для светильников группы 3

Расчет светового потока всех ламп в ряду выполняется в следующей последовательности:

а) на плане помещения с указанием светящих линий отмечают расчетную точку в конце ряда светильников и лежащую посередине между параллельными рядами. Находят ее относительные координаты, т.е. р' и L';

б) по кривым линейных изолюкс ([10] или рис. 2.9-2.12) определяют относительную освещенность e по найденным р' и L'.

в) потребный световой поток ламп в ряду рассчитывают по следующей формуле:

, (2.22)

где m - коэффициент, учитывающий освещенность от удаленных источников света, m=1,1;

 - сумма относительных освещенностей от ближайших рядов (части рядов) светильников.

г) по Фр подбирается число и мощность ламп в ряду.

По формуле 2.22 может быть решена задача определения Е в контрольной точке А. При этом, если контрольная точка не находится напротив конца светящей линии, поступают следующим образом. Линия либо разделяется условно на две части, относительные освещенности от которых суммируются (рис. 2.13, а), либо дополняется воображением отрезком, освещенность которого затем вычитается (рис. 2.13, б).

Рис. 2.13. Схема расчета относительной освещенности для точек, не лежащих в конце светящей линии

Пример 2. Освещение помещения производственного участка, имеющего размеры 15´6 м, выполняется светильниками типа ПВЛМ 2´40 Вт. Подвешены они на высоте 4 м над освещаемой поверхностью. Светильники располагаются в два непрерывных ряда (рис. 2.14).

Определить освещенность в точке А (рис. 2.14).

Решение. Точка А освещается четырьмя полурядами, обозначенными цифрами от 1 до 4. Определяем относительные величины р' и L' для каждого отрезка ряда светильников, а по кривым линейных изолюкс для светильника типа ПВЛМ (рис. 2.9) находим значения относительной освещенности и заносим в табл. 2.5.

Таблица 2.5 Относительные величины р' и L', е

Световой поток светильника ПВЛМ2´40 Вт – Фсв=2´3200=6400 лм. Длина ЛЛ-40 Вт – 1199 мм. Коэффициент запаса Кз=1,5. m=1,1. Тогда освещенность в точке А составит:

.

Рис. 2.14. Схема к расчету освещенности в точке А

2.4.5 Учет отраженной составляющей освещения

Учет отраженной составляющей необходим в тех случаях, когда основной расчет выполняется точечным методом, а коэффициенты отражения потолка и стен достаточно велики и применяемые светильники не относятся к классу прямого света (П).

Потребный световой поток ламп с учетом отраженной составляющей () можно определить по выражению:

,                                                         (2.23)

где Фл – световой поток ламп рассчитанный точечным методом;

hп – коэффициент использования при заданных значениях rп, rс, rр (определяется по табл. П11);

hпч – коэффициент использования для «черного» помещения при rп = rс = rр = 0 (табл. П11).

2.4.6 Рекомендации по оценке качественных показателей освещения

Как было указано в п. 2.2 в соответствии с CНБ2.04.05-98 качественными показателями освещения являются:

а) для производственных помещений – коэффициент пульсации освещенности (Кп), показатель ослепленности (r), коэффициент естественной освещенности (КЕО, ен);

б) для жилых, общественных и административно-бытовых зданий – цилиндрическая освещенность (Ец), показатель дискомфорта (М), коэффициент пульсации освещенности (Кп), коэффициент естественной освещенности (КЕО, ен).

Расчет качественных показателей освещения трудоемок, поэтому при проектировании осветительных установок практически не применяется. В справочной литературе [10, 11 и др] приведены таблицы, с помощью которых проверяется соответствие спроектированной установки требованиям норм.

Коэффициент пульсации освещения (Кп). В [14] описана методика расчета Кп в осветительных установках с источниками света массового назначения.

В проектной практике можно пользоваться таблицей П13, в которой приведены условия, при которых Кп не превышает нормируемых значений. Осветительные приборы с одиночными разрядными источниками света для уменьшения коэффициента пульсации включают на разные фазы трехфазной электрической сети. При этом относительное расстояние между светильниками не должно превышать предельных значений. Обычно Кп удовлетворяет требованиям норм, если принятое значение не превышает рекомендованных значений (табл. П8).

В случаях, не отраженных в табл. П13 производится проверка Кп по [11, табл. 8.12 – 8.14]. Для этого в расчетной точке определяется отдельно освещенность, создаваемая ОП каждой фазы. Наибольшая принимается за 100 %. Остальные две выражаются в долях этой величине.

Показатель ослепленности (r) определяется параметрами осветительной установки и характеристиками осветительного помещения.

В табл. 8.19 [11] приведены значения показателя ослепленности для ОУ с круглосимметричными ОП и лампами типа ДРЛ. В табл. 8.20 [11] – значения показателя ослепленности для ОУ выполненных линиями ОП с ЛЛ. Значения в таблицах приведены при коэффициенте отражения рабочей поверхности равным 0,1.

При коэффициенте отражения от рабочей поверхности rр > 0,1 или при использовании в ОП таких ИС, для которых нет таблиц, расчет показателя ослепленности может быть выполнен упрощенно соответственно по выражениям 8.17, 8.18 [11].

Значение цилиндрической освещенности (Ец) определяется по графикам (рис. 8.30 [11]), составленным в зависимости от характеристики освещаемого помещения (rп, rс, rр) с учетом классификации ОП.

Показатель дискомфорта (М). Для некоторых типов светильников в [10] приведены условия, при которых обеспечиваются нормированные значения М. При отсутствии данного типа светильников применяют табличный инженерный метод с использованием данных таблиц 8.21, 8.22 [11]. В табл. 8.23 [11] приведены значения индекса помещения iт, при которых обеспечиваются регламентируемые значения М. При этом iт должно быть больше фактического значения индекса помещения i.