Методы светотехнического расчета электрического освещения

7. Методы светотехнического расчета электрического освещения

Методы светотехнического расчета электрического освещения

Для расчета электрического освещения помещений применяются несколько методов: метод коэффициента использования светового потока, метод удельной мощности, точечный метод и другие.

Метод коэффициента использования светового потока применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей.

Метод удельной мощности применяется для расчета освещения вспомогательных помещений.

Точечный метод служит для расчета освещения как угодно расположенных поверхностей и при любом распределении освещенности.

Метод коэффициента использования светового потока

Помещения, в которых предусматривается общее равномерное освещение горизонтальных поверхностей, освещение рассчитывают методом коэффициента использования светового потока.

По этому методу расчетную освещенность на горизонтальной поверхности определяют с учетом светового потока, падающего от светильников непосредственно на расчетную поверхность и отраженного от стен, потолка и самой поверхности.

Рекомендуемые материалы

Метод коэффициента использования применим для расчета освещения помещений светильниками с лампами накаливания и газоразрядными.

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

,

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

 – отраженный световой поток, лм;

 – световой поток ламп, лм;

 – результирующий световой поток, лм; n – количество ламп в освещаемом помещении.

При расчете по методу коэффициента использования световой поток ламп, необходимый для создания заданной минимальной освещенности  определяется по формуле

,                                                  (7.1)

где    Е – заданная минимальная нормируемая освещенность, лк;

k – коэффициент запаса ( принимается 1,3…2,0);

S – площадь помещения, м²;

z – отношение  (неравномерность освещения принимается 1,15 – для ламп накаливания и ДРЛ; 1,1 – для люминесцентных ламп);

n – число светильников (как правило, намечается до расчета);

h - коэффициент использования, о.е. (для некоторых типов светильников можно определить по таблицам [5]).

Коэффициент использования определяется в зависимости от значений индекса помещения i и коэффициентов отражения потолка, стен, рабочей поверхности - , , .

Индекс помещения можно вычислить по выражению:

,                                                     (7.2)

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

h – расчетная высота подвеса светильников над освещаемой поверхностью, м.

Приблизительные значения коэффициентов отражения можно определить по следующим рекомендациям:

– побеленный потолок и стены – 80…70 %;

– побеленный потолок, стены окрашены в светлые тона – 50 %;

– бетонный потолок, стены оклеены светлыми обоями, бетонные стены – 30 %;

– стены и потолки в помещениях оштукатуренные, темные обои – 10 %.

Определить количество и мощность ламп можно двумя способами:

после расчета общего светового потока ламп, требуемого для создания нормированной освещенности в помещении, можно определить количество ламп, как отношение общего светового потока к световому потоку одной лампы, мощность которой выбрана предварительно

                   ,                                                    (7.3)

где  – световой поток лампы, лм.

ПРИМЕР 1

Выполнить расчет электрического освещения производственного помещения методом коэффициента использования светового потока. Разместить светильники на плане помещения.

Исходные данные: Размеры помещения: длина – ; ширина – ; высота – . Нормируемая освещенность , коэффициент запаса . Коэффициенты отражения: потолка, стен, расчетной поверхности соответственно ; ; . Светильники с лампами накаливания типа НСП17.

РЕШЕНИЕ:

Рис. 7.1. Размещение светильников на плане помещения

Определим индекс помещения

.

По таблице 5.2 [5] определим коэффициент использования по заданным коэффициентам отражения потолка, стен, расчетной поверхности и индексу помещения для светильника с лампами накаливания типа НСП – .

.

Лампа накаливания типа Б215-225-200 обладает световым потоком равным 3150 лм.

Определим количество ламп

;

Распределим светильники на плане помещения (рис. 7.1).

Метод расчета освещения по удельной мощности

Метод удельной мощности   широко применяют в проектной практике, и позволяет без выполнения светотехнических расчетов определять мощность всех ламп общего равномерного освещения, требуемого по нормам  в данном помещении.

В основу расчета по удельной мощности положен метод коэффициента использования светового потока.

Из светотехники известно, что световая отдача лампы (лм/Вт) определяется по выражению

,                                                 (7.4)

где .

Отсюда

.                                (7.5)

Решив это уравнение относительно  и разделив обе части уравнения на площадь S, получим

.                                             (7.6)

Из этого выражения видно, что удельная мощность является функцией переменных величин, входящих в формулу расчета по методу коэффициента использования. На основании светотехнических расчетов, выполненных этим методом, составлены таблицы удельной мощности при равномерном размещении стандартных светильников общего освещения.

Удельной мощностью  называется отношение суммарной мощности всех ламп, установленных в данном помещении, к площади освещаемой поверхности (пола), :

         .                                             (7.7)

Метод расчета  заключается в определении удельной мощности .

ПРИМЕР 2

Выполнить расчет освещения по удельной мощности. Определить, мощность и количество ламп в складском помещении, а также суммарную мощность осветительной установки.

Исходные данные: Нормируемая освещенность ; коэффициенты отражения потолка , стен , расчетной поверхности ; светильники с лампами накаливания типа НСП17; размеры помещения , , .

РЕШЕНИЕ:

Вычислим площадь помещения

;

.

По табл. 5.29 [5] при высоте помещения – 6 м и площади 288 м², а также нормируемой освещенности 50 лк определим удельную мощность  для светильника НСП17 составит .

;

.

Установленная мощность всех ламп определяется как произведение удельной мощности на площадь всего помещения

.                                            (7.8)

После того как определена мощность всех ламп, можно определить мощность одной лампы, намечая предварительно количество ламп, или определить количество ламп, намечая конкретную стандартную мощность ламп:

  или  .                       (7.9)

Расчет освещения точечным методом

Точечный метод в отличие от метода коэффициента использования позволяет определить освещенность любой точки на рабочей поверхности, как угодно расположенной в пространстве, например, горизонтально, вертикально или наклонно. Расчет освещения точечным методом производят тогда, когда невозможно применить метод коэффициента использования, например расчеты локализованного освещения, освещения наклонных или вертикальных поверхностей. Точечный метод также часто применяют в качестве проверочного расчета, когда необходимо оценить фактическое распределение освещенности на освещаемой поверхности. Однако точечный метод имеет существенный недостаток: не учитывает освещенность, создаваемую световым потоком, отраженным от стен и потолков, вследствие чего освещенность получается несколько заниженной. Поэтому точеный метод можно применять для расчета освещения помещений, в которых, отраженный световой поток составляет незначительную долю по сравнению со световым потоком, падающим непосредственно на освещаемую поверхность, например производственных помещений с низкими коэффициентами стен и потолков, местного освещения, наружного освещения.

Определение горизонтальной освещенности. Горизонтальная поверхность Q освещается светильником общего освещения с точечным источником света (лампа накаливания или ДРЛ)  (рис. 7.2).

Рис. 7.2. К расчету точечным методом

Точка А, в которой необходимо определить освещенность находится на расстоянии l от источника света. Для определения освещенности в точке А применим соотношение между освещенностью и силой света:

.                                  (7.10)

Из рисунка 7.2 выразим расстояние l через высоту подвеса светильника над расчетной поверхностью h:

.

Отсюда горизонтальная освещенность в точке А

.                                   (7.11)

Расчет по определению освещенности в заданной точке горизонтальной поверхности производят в следующем порядке.

1. Определяется тангенс угла, образованного вертикалью и лучом света, падающим в заданную точку:

,                                               (7.12)

где d – расстояние от проекции оси светильника на плоскость до заданной точки, значение d измеряются по плану, м.

2. После определения тангенса угла a определяется угол a и .

3. По кривым силы света выбранного типа светильника с условной лампой  определяется по углу a силу света .

Кривые силы света стандартных светильников с условной лампой в 1000 лм приводятся в светотехнических справочниках.

4. По формуле (7.11) вычисляется условная горизонтальная освещенность . (для лампы в 1000 лм).

5. Условная освещенность пересчитывается с учетом светового потока лампы, установленной в светильнике:

,                                     (7.13)

где  – световой поток лампы, лм.   

Если рассматриваемая точка А на поверхности Q освещается несколькими светильниками общего освещения, то учитываются и освещенности, создаваемые в точке А отдельными светильниками.

,

где  – освещенности, создаваемые в точке А отдельными светильниками.

Расчетная формула для определения фактической освещенности (лк) в точке А от нескольких однотипных светильников общего освещения с лампами одинаковой мощности примет вид 

.                                      (7.14)

Расчет освещения таким методом неудобен, так как требуется определить значения освещенности от каждого светильника и суммировать их.

Для упрощения этого метода в проектной практике применяют наиболее распространенный способ расчета по пространственным кривым равной освещенности (изолюксы). Эти кривые построены для различных типов стандартных светильников с условной лампой в 1000 лм в прямоугольной системе координат в зависимости от расчетной высоты подвеса светильника h и расстояния d проекции светильника на горизонтальную поверхность до заданной (контрольной) точки.

Расчет производится в следующем порядке:

1. По кривым рис.6.1-6.14 [5] для выбранного типа светильника в зависимости от расчетной высоты его подвеса h и расстояния d, определенного по плану, для каждого значения находят ближайшую кривую, на которой указана условная освещенность. Если точка, заданная координатами h и d, не попадает на кривую, то значение освещенности определяется посредством интерполирования между двумя ближайшими кривыми.

2. Найденные по кривым условные освещенности от  ближайших светильников для расчетной точки суммируются:

.

3. Если установленные светильники однотипны с лапами накаливания одинаковой мощности, значение светового потока одной лампы  при заданной освещенности E_u определяют как

         ,                               (7.15)

где m – коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность в заданной точке от удаленных светильников, не учтенных при определении условной освещенности, и от отражения стен, потолка и расчетной (рабочей) поверхности помещения. Значение m в зависимости от коэффициентов отражения поверхностей помещения принимают в пределах 1…1,2.

ПРИМЕР 3

Определить освещенность в контрольной точке А (рис. 7.3).

Исходные данные. Для освещения помещения применены 6 светильников с 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) проекции d каждого светильника до точки А. По кривым равной освещенности (изолюксам)
(рис. 7.3) для светильника типа НСП17 выбираем значения условных освещенностей и записываем в таблицу 7.1).

Таблица 7.1

Значения  условных освещенностей

Рис. 7.3. Размещение контрольной точки

Суммируем найденные по кривым условные освещенности от светильников 1…6 для расчетной точки  А

.

Определяем действительную расчетную освещенность в точке А:

.

Принимаем .

,

т. е. расчетная освещенность намного меньше нормируемой освещенности 200 лк.

Точечный метод расчета освещения люминесцентными лампами

Как правило, светильники с люминесцентными лампами располагают рядами, преимущественно параллельно длинной стороне помещения или стене с окнами. Светильники собирают либо в сплошную линию, либо с небольшими разрывами. Если отношение расстояния между светильниками в ряду к расчетной высоте их подвеса не превышает 0,5, т. е. , то можно считать, что световой поток распределяется на освещаемой поверхности вдоль ряда равномерно и его можно рассматривать как светящуюся линию.

Для расчета освещения от светящейся линии в практике широко распространен метод расчета с помощью кривых равных значений относительной освещенности (линейных изолюкс). По этим кривым, построенным для наиболее распространенных стандартных светильников, определяют горизонтальную освещенность е при расположении ламп над освещаемой поверхностью на высоте  и световым потоком в 1000 лм, приходящимся на 1 м светящейся линии (плотность светового потока ).

На рисунках 6.37-6.56 [5] приведены линейные изолюксы для некоторых распространенных светильников с люминесцентными лампами.

Для определения относительной освещенности в точке А (рис. 7.4) по линейным изолюксам следует определить относительные размеры:

  и  ,

где р расстояние от точки А до перпендикуляра, опущенного на расчетную плоскость из конца светящейся линии.

Если заданная точка не лежит против конца ряда светильников, то его делят на две части или дополняют условным отрезком, после чего относительные освещенности суммируют или вычитают (рис. 7.4, а, б).

При общем равномерном освещении в концах ряда освещенность имеет наименьшую величину. Если вблизи стен в конце ряда светильников не производятся работы, то некоторым уменьшением освещенности по сравнению с нормируемой можно пренебречь. Если заданная точка освещается несколькими рядами, то значение е суммируются для всех рядов .

a)                                                                               б)

Рис. 7.4. Схема к расчету относительной освещенности

Необходимую плотность светового потока, , определяется по формуле

.

Полный световой поток ламп ряда (лм) будет .

Пример 4. Освещение помещения производственного участка, имеющего размеры  м, выполняется светильниками типа ПВЛМ 2´40 Вт. Светильники подвешены на высоте 4 м над освещаемой поверхностью. Светильники располагаются в два ряда (рис. 7.5). Нормируемая освещенность .

Рис. 7.5. Размещение светильников с люминесцентными лампами

Решение:

Точка А освещается четырьмя полурядами, обозначенными цифрами от 1 до 4.

Из рисунка [5] определяем относительные величины  и  для каждого отрезка ряда светильников, а по кривым линейных изолюкс для светильника с люминесцентными лампами определяем значения относительной освещенности и заносим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

Относительные величины , , е

.

Необходимую плотность светового потока  определим с учетом коэффициента , учитывающего отражение поверхностей помещения

.

Бесплатная лекция: "Цена и ценовая политика" также доступна.

Полный световой поток  ламп в ряду

.

Световой поток двух ламп в одном светильнике

.

Количество светильников в ряду

.