ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Методи розрахунку штучного освітлення

Проектування освітлення передбачає використання ряду методів (алгоритмів) розрахунку.

У випадку розрахунку природного освітлення використовується метод А.М.Данилюка, який є графічним методом за ДБН В.2.5-28-2006 [3]. Основним завданням світлотехнічного розрахунку є визначення необхідної площі світлових прорізів (при бічному освітленні) або площі світлових ліхтарів (при верхньому освітленні.

Найбільш поширені чотири методи розрахунку штучного освітлення: метод питомої потужності, графічний метод, метод коефіцієнта використання світлового потоку, точковий метод. Основним завданням світлотехнічного розрахунків за вказаними методами є обчислення необхідної кількості світильників електричної освітлювальної установки.

I. Метод питомої потужності.

Метод питомої потужності найбільш простий, проте найбільш грубий. Таким методом приблизно попередньо встановлюють встановлену потужність освітлювальної установки. Орієнтовний розрахунок здійснюється таким чином.

Спочатку визначають значення індексу приміщення (i), який враховує довжину A та ширину B приміщення в плані, а також висоту hп підвісу світильника над робочою поверхнею, тобто над робочими столами:

i = A × B / (A+B) × hп . (1.26)

Наприклад, для приміщення з персональними комп’ютерами (ПК), яке має розміри A = 10 м, B = 4,5 м та висота підвісу світильника hп = 2,5 м, маємо i = 10 × 4,5 / (10 + 4,5) × 2,5 » 1,24. Відповідно до ДСанПіН 3.3.2.007-98 [4], приміщення з персональними комп’ютерами (ПК) повинні мати природне і штучне освітлення. Значення освітленості на поверхні робочого столу в зоні розміщення документів має бути в межах 300 – 500 лк. Якщо ці значення освітленості неможливо забезпечити системою загального освітлення, допускається використовувати місцеве освітлення.

За табл. 6, скориставшись середнім значенням освітленості Ес = (500 + 300) / 2 = 400 (лк) і табличним індексом приміщення iт, який близький до розрахункового (i » iт = 1,25), знаходимо максимально допустиму питому встановлену потужність Rдоп.= 25 Вт/м2. Знайдену в табл. 6 питому потужність перемножують на площу приміщення та отримують загальну необхідну потужність: RS = Rдоп. × S = Rдоп. × (A × B ) = 25 Вт/м2 × ( 10 × 4,5) м2 = 1125 Вт. Далі поділивши загальну потужність на кількість ламп, одержують потужність однієї лампи. І, навпаки, поділивши загальну потужність на потужність однієї лампи – одержують їх кількість.

Вважаючи, що потужність ламп є нормованою (табл. 6, 7, 8), визначимо кількість ламп

N = RS / Rн , (1.27)

де Rн – нормована потужність однієї енергозберігаючої (люмінесцентної) лампи чи лампи розжарювання. Якщо взяти енергозберігаючу лампу типу LUXEL потужністю Rн = 25 Вт, то кількість таких ламп, що повинні забезпечувати нормовану освітленість, повинна бути N = 1125 Вт/ 25 Вт = 45. Це відповідає 9-и світильникам з 5-а лампами. Якщо ж брати лампи розжарювання, потужністю Rн = 75 Вт, то їх кількість повинна бути N = 1125 Вт/ 75 Вт = 15, тобто три світильника (люстри) по п’ять ламп в кожному.

II. Графічний метод (зокрема, метод А.А.Труханового) припускає розрахунок за номограмами [3]. Цей метод дає найбільшу точність при розрахунку освітлювальних установок зі спрямованим світлом.

III. Точковий метод використовується для розрахунку локалізованого та місцевого освітлення, а також освітлення негоризонтальних площин та великих територій. Точковий метод дозволяє врахувати освітленість, яка створюється світловим потоком, відбитим від стін і стелі.

Як відомо з фізики, освітленість Е в точці поверхні А, створена ізотропним точковим джерелом, силою світла І, на відстані r від нього, виражається формулою

ЕА = І × cos a / r 2 , (1.28)

де a – кут падіння променів. Якщо d – розмір джерела, то його можна вважати точковим за умови, коли відстань r від джерела до освітлюваної поверхні значно більше розміру джерела. Якщо відношення r / d > 10, то помилка при обчисленні освітленості за формулою (1.25) менше 1 %. Так, як r × cos a = h – висота підвісу світильника, то r = h/cos a. Підставляючи в (1.25), маємо ЕА = (І × cos3 a) / h2 . Уводячи коефіцієнт запасу k, маємо остаточно

ЕА = (І × cos3 a) / (k h2) . (1.29)

У тому випадку, коли розрахункова точка Б знаходиться на будь-якій негоризонтальній площині, освітленість можна знайти за виразом:

ЕБ = ЕА × y, (1.30)

де y – перехідний коефіцієнт, що визначається за спеціальними номограмами.

Якщо освітлення утворюється від кількох джерел світла (кількох світильників), то підраховують освітленість від кожного з джерел (світильників) і за принципом суперпозиції знаходять загальну освітленість.

Різновидом точкового методу є метод ізолюкс (ізолюкса – крива, яка являє собою геометричне місце точок даної площини з однаковими значеннями освітленості) [5].

IV. Метод коефіцієнта використання світлового потоку. Даний метод призначений для розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь. Метод не можна застосовувати при розрахунках локалізованого освітлення, освітлення похилих поверхонь, місцевого освітлення.

Метод коефіцієнта використання світлового потоку складається з таких етапів.

1. Перевірка допустимості застосування методу.

Даний метод призначений для розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь. Метод не можна застосовувати при розрахунках локалізованого освітлення, освітлення похилих поверхонь, місцевого освітлення.

2. Вибір системи освітлення,яке визначається вимогами до якості освітлення, спектрального складу випромінювання та економічності установки освітлення. Вибір типу джерела світла, типу світильників, визначення їх розміщення та кількості. Вказаний вибір визначається вимогами до рівня освітлення, одиничною потужністю ламп, питомою світловою віддачею, а також пульсацією світлового потоку.

3. Визначення норм освітленості відповідно до гігієнічних вимог і вимог паспортизації робочих місць до точності робіт, системи освітлення та вибраного джерела світла.

4. Вибір приладу освітлення (типу світильника), який повинен мати визначену криву світлорозподілу (КСС), коефіцієнт корисної дії, споживану потужність, величину блиску.

5. Вибір висоти підвісу світильників h та варіанту їх відносного розташування. Якщо відстань між світильниками L, то відношення l , як правило, дорівнює l = L / h = 0,9 – 2,0 (точніше, це відношення залежить від типу КСС і значення l лежать в діапазоні l = 0,36 – 2,6 , див. табл. 12).

4. Визначають коефіцієнт відбиття стелі, стін і підлоги.

5. Визначають індекс приміщення.

6. Визначають за довідковою таблицею коефіцієнт використання світлового потоку.

7. Визначають коефіцієнт запасу та мінімальної освітленості.

8. Розраховують потрібний світловий потік джерел світла у світильнику.

9. Підбирають за довідковою таблицею вид штучного джерела світла (ламп).

10. Визначають сумарну потужність світильників освітлювальної установки.

Наведемо основні розрахункові формули методу коефіцієнта використання світлового потоку за умови досягнення рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь.

а) формула необхідного світлового потоку Ф , лм однієї лампи:

Ф = Emin× S × z × kз / (N × n × h) , (1.31)

де Emin – нормована мінімальна освітленість робочого місця, лк;

S – площа освітлюваного приміщення, м2 ;

z – коефіцієнт мінімального освітлення, який характеризую нерівномірність освітлення (z = Eсер. / Emin ); z = 1,0 – при розрахунку на середню освітленість (Eсер.) чи для відбитого освітлення; z = 1,15 – для ламп розжарювання, ДРЛ і ДРІ; z = 1,1 – для люмінесцентних ламп;

kз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітленості із-за запиленості приміщення, забруднення та старіння світильників і ламп (kз = 1,2 – 2,0);

N – кількість світильників, передбачена ще до розрахунку відповідно до оптимального відношення l відстані між люмінесцентними світильниками L до розрахункової висоти стелі (люмінесцентного світильника) над робочим столом h = H – hp, де висота умовної робочої поверхні стандартизована та рівна hp = 0,8 м (рис. 2), тобто l = L / h. Для ламп розжарювання, ДРЛ і ДРІ розрахункова висота світильника h = hп = H – hp – hс (див. рис. 2);

n – число ламп у кожному світильнику (світильники однакові);

h – коефіцієнт використання світлового потоку освітлювальної установки на розрахунковій площині, що вказує, яка частина світлового потоку (корисна) падає на робочу поверхню. Для світильників з лампами розжарювання h = 0,1 – 0,71, з газорозрядними h = 0,2 – 0,97. Коефіцієнт h можна вважати складною функцією просторового розподілення світла та властивостей приміщення.

При вибраному типі потужності люмінесцентних ламп визначається необхідна кількість світильників за формулою:

N = Emin× S × z × kз / ( n × h × Ф).(1.32)

 

Рис. 2. Розрахунок індексу приміщення

Очевидно, світловий потік від одного світильника визначається так: Ф1 = Ф / N. Враховуючи рівномірність освітлення, можемо визначити розраховану (фактичну) освітленість Eр робочого місця за формулою (1.5):

Eр = Emin× z × kз / (N × n × h).(1.33)

Із формули (1.31) випливає, що розрахована (фактична) освітленість Eрвизначається також виразом:

Eр = N × n × h × Ф / (S × z × kз) ,(1.34)

де Ф – світловий потік однієї лампи.

Наведемо приклади світлотехнічних задач.

Задача 1. Комп’ютерний зал має розміри в плані A = 18 м, B = 12 м, висота приміщення H = 3 м. Для штучного освітлення застосовують світильники типу ОДР з двома люмінесцентними лампами типу ЛБ-40. Кількість світильників N = 20. Висота звису світильника hс = 0 , а висота робочої поверхні над рівнем підлоги hp = 0,8 м. Коефіцієнти відбиття світлового потоку від стелі rстелі = 70%, стін rст. = 50 % і підлоги rпідл. = 10 % . Затемнення робочих місць немає. Визначити фактичну освітленість приміщеннями загальному рівномірному освітленні та порівняти з нормативною величиною.

Розв’язок. Знайдемо значення індексу приміщення за рис. 2 та формулою (1.26):

i = A × B / (A+B) × hп ,

де A = 18 м, B = 12 м, hс = 0; hp = 0,8 м; hп = H – hp = 3 м – 0,8 м = 2,2 м. Тоді індекс приміщення i = 18 × 12 / (18 + 12) × 2,2 = 3,27.

Світильник типу ОДР з двома люмінесцентними лампами типу ЛБ-40 має криву сили світла (КСС) Г-1 (див. табл. 14). Маючи значення коефіцієнтів відбиття світлового потоку від стелі rстелі = 70%, стін rст. = 50 % і підлоги rпідл.=10 % , значення індексу приміщення i = 3,27 та КСС, що відповідає Г-1 за таблицею14 знаходимо коефіцієнт використання освітлювальної установки h=89 % (h=0,89).

Із таблиці 15 для громадських приміщень, що освітлюються люмінесцентними лампами, знаходимо коефіцієнт запасу kз= 1.4. Коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп складає z = 1,1.

За таблицею 6 визначаємо номінальний світловий потік однієї люмінесцентної лампи типу ЛБ-40 (номінальної потужності 40 Вт), а саме Ф = 3120 лм.

Підставимо всі знайдені значення в формулу (1.34) та будемо мати розрахункову (фактичну) освітленість

Eр = N × n × h × Ф / (S × z × kз) = 20 × 2 × 0,89 × 3120 / (18 × 12 × 1,1 × 1.4) = 333,9 лк.

Нормативна величина освітленості Eн в приміщенні для роботи з персональними комп’ютерами ( відеодисплейними терміналами) знаходиться за таблицею20: Eн = 400 лк.Як бачимо, Eн > Eр .

Таким чином, для збільшення освітленості до рівня нормативного необхідно збільшити кількість світильників, або збільшити потужність ламп.

Підрахуємо ступінь збільшення освітленості:

q = Eн / Eр = 400 лк / 333,9 лк » 1,2 рази.

Тепер підрахуємо необхідну кількість світильників:

N1 = N × q = 20 × 1,2 = 24 шт. Тоді фактична освітленість буде рівна:

Eф = N1 × n × h × Ф / (S × z × kз) = 24 × 2 × 0,89 × 3120 / (18 × 12 × 1,1 × 1.4) = 400,7 лк.

Таким чином, фактична освітленість не менша за нормативну, що і вимагають ДБН В.2.5-28-2006.

Очевидно, такий же ефект можна досягнути, замінюючи діючі лампи на лампи з відносно більшим світловим потоком при незмінній кількості світильників (N = 20 = const).

Cвітловий потік однієї нової лампи:

Ф1 = Ф × q = 3120 лм × 1,2 = 3744 лм.

Так, якщо всі лампи типу ЛБ-40 в комп’ютерному залі замінити на лампи типу ЛДЦ-80 з номінальним світловим потоком Ф1 = 3740 лм (див. табл. 6), то фактична освітленість буде рівна:

Eф1 = N × n × h × Ф1 / (S × z × kз) = 20 × 2 × 0,89 × 3740 / (18 × 12 × 1,1 × 1.4) = 400,26 лк.

Таким чином, фактична освітленість Eф1 практично буде відповідати нормативній величині освітленості Eн = 400 лк.

 

Задача 2. В громадському приміщенні (робочому) з розмірами довжиною A = 48 м, шириною B = 24 м і висотою H = 6 м встановлені світильники типу ПВЛМ. Кількість люмінесцентних ламп в світильнику n = 2. Коефіцієнти відбиття світлового потоку від стелі rстелі = 70%, стін rст. = 50 % і підлоги rпідл. = 10 % . Затемнення робочих місць немає. Визначити необхідний світловий потік ламп.

Розв’язок. За табл. 17 вибираємо параметри світильника типу ПВЛМ при n = 2.а саме потужність 80 Вт, кривою сили світла (КСС) виду Г-1, коефіцієнтом використання світлового потоку h = 65. Із табл. 12знайдемо раціональне відношення оптимальної відстані між світильниками L до розрахункової висоти робочої поверхні до світильника hп , тобто l = L / hп=0,91.

Розрахункова висота стелі над робочим столом h = H – hp , де висота приміщення H = 6 м, а висота умовної робочої поверхні стандартизована та рівна hp = 0,8 м (рис. 2). Маємо hс = 0, h = H – hp = 6 м – 0,8 м = 5,2 м. Зазначимо, що у нашому випадку h = hп .

Знаходимо оптимальну відстань між світильниками L = l × h = 0,91× 5,2 м » 4,7 м.

Вважаючи, що розмір світильника 1,3 м ´ 0,4 м, то по довжині приміщення розмістяться

N1 = 48 м / (4,7 м + 1,3 м) = 48 / 6 = 8 штук, а по ширині відстані між світильниками візьмемо рівним 3,6 м, тоді N2 = 24 м / (3,6 м + 0,4 м) = 24 / 4 = 6 штук. Таким чином по плану приміщення маємо загальну кількість світильників N = 8 × 6 = 48 .

Знайдемо значення індексу приміщення:

i = A × B / (A+B) × hп = 48 × 24 / (48 +24) × 5,2 » 3,08 .

Знаходимо коефіцієнт запасу kз за табл. 12 : kз= 1.4. Коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп складає z = 1,1.

Маючи значення коефіцієнтів відбиття світлового потоку від стелі rстелі = 70%, стін rст. = 50 % і підлоги rпідл.=10 % , значення індексу приміщення i = 3,08 та КСС, що відповідає Г-1 за таблицею 14 знаходимо коефіцієнт використання освітлювальної установки h=89 % (h=0,89).

Розраховуємо необхідний світловий потік однієї лампи для розряду зорової роботи VI (груба праця) в робочому приміщенні, площею S = 48 × 24 = 1152 м2 , яке має нормативне значення освітлення Emin = 200 лк (табл.1) за формулою (1.31):

Ф = Emin× S × z × kз / (N × n × h) = 200 × 1152 × 1,1 × 1.4 / ( 48 × 2 × 0,89) » 4152,8 лм.

За табл. 10 вибираємо лампу типу ЛТБ-80, яка має світловий потік 4440 лм, що на 0,9 % більше необхідного та знаходиться в межах допуску – 10 % + 20 %.

 

Література

1. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащиеся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. – М.: ОГИЗ, 1948. – 556 с.

2. Гандзюк М.П. Основи охорони праці: Підручник / Гандзюк М.П., Желібо Є.П., Халімовський М.О.; за ред. М.П. Гандзюка. – Х.: Факт, 2005. – 480 с.

3. ДБН В.2.5-28-2006. Інженерне обладнання будинків і споруд. Природне і штучне освітлення. – К.: Мінбуд України, 2006. – 80 с.

4. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин. ДСанПіН 3.3.2.007-98. Постанова Головного держ. санітарного лікаря України від 10.12.1998 р. №7. – К.:МОЗ України, 1998. – 26с.

5. Катренко Л.А. Охорона праці. Курс лекцій. Практикум: навч. посібник /Л. А. Катренко, Ю. В. Кіт, І. П. Пістун, – Суми:Університетська книга, 2011. – 540с.

6. Костюченко М.П. Основи охорони праці, охорона праці в галузі: Навч.-метод. посібник. – Донецьк:ІПШІ Наука і освіта, 2010.– 160 с.

7. Основи охорони праці: навч. посібник / П. С. Атаманчук, В. В. Мендерецький, О. П.Панчук, О.Г. Чорна. – К.: Центр учбової літератури, 2011. – 224 с.

8. Основи охорони праці : [навч.посібник для студентів вузів] / Березуцький В. В., Бондаренко Т. С., Валенко Г. Г., Васьковець Л. А. Вершиніна Н. П. та ін.]; за ред. В.В.Березуцького. – Х.: “Факт” , 2005. – 480 с.

9. Основи охорони праці: підручник / [Ткачук К.Н., Халімовський М.О., Зацарний В.В. та ін.]: за ред. К.Н.Ткачука, М.О.Халімовського. – К.: Основа, 2006. – 448 с.

10. Чертов А. Г. Физические величины (терминология, определения, размерности, единицы): Справочное пособие. – М.: Высшая школа, 1990. – 335 с.

11. Яворский Б. М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. – М.: Из-во “Наука”, 1977. – 942 с.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти