Реферат
Розрахунок і проектування штучного освітлення приміщень
Зміст
Введення
Основні принципи розрахунку
Загальні положення при розрахунку освітленості
Розрахунок освітленості методом коефіцієнта використання
Розрахунок освітленості методом питомої потужності
Точковий метод
Висновок
Список літератури
Введення
З установками штучного освітлення повсякденно доводиться стикатися всім, і з усіх інженерних пристроїв вони є, мабуть, найбільш масовими. Їх здійснення та експлуатація вимагають великих витрат матеріальних засобів, електроенергії і людської праці, але ці витрати з лишком окупаються тим, що забезпечується можливість нормального життя і діяльності людей в умовах відсутності або недостатності природного освітлення. Більш того, штучне освітлення вирішує ряд завдань, взагалі недоступних природного освітлення, від особливості самого пристрою штучного освітлення, часом здаються дуже незначними, багато в чому залежать і продуктивність праці, і безпеку роботи, і збереження зору, і архітектурний вигляд приміщення.
У нашій країні, яка веде до небувалих масштабах промислове і культурно-побутове будівництво, тільки в проектуванні освітлювальних установок приймають участь багато тисяч фахівців, число ж осіб, пов'язаних з експлуатацією освітлення, не піддається навіть приблизної оцінки.
Основні принципи розрахунку
Звичайною завданням розрахунку освітленості є визначення кількості та потужності світильників, необхідних для забезпечення заданого значення освітленості. Значно рідше виконуються перевірочні розрахунки, тобто визначення очікуваної освітленості при заданих параметрах установки.
При висвітленні «точковими» джерелами світла, тобто лампами розжарювання, а також газорозрядними лампами типів ДРЛ, ДРІ та ДНаТ, звичайно число і розміщення світильників намічаються до розрахунку, в процесі ж розрахунку визначається необхідна ж потужність лампи. При виборі лампи за стандартами допускається відхилення номінального потоку лампи від запланованого розрахунком у межах від -10 до +20%. При неможливості вибрати лампу, потік який лежить в зазначених межах, ізменяеться число світильників.
При висвітленні трубчастими люмінесцентними лампами до розрахунку зазвичай намічається число і розташування рядів світильників, за результатами ж розрахунку здійснюватися «компонування рядів», тобто визначення кількості та потужності світильників, які встановлюються в кожному ряду. При цьому відхилення очікуваної освітленості від заданої, повинні також не перевищувати вищевказаних меж.
Всі вживані приклади розрахунку засновані на двох формулах, що пов'язують освітленість з характеристиками світильників і ламп:
і
Принципова різниця між якими полягає в тому, що перша з них, будучи написана в недіфференціальном вигляді, визначає середню освітленість поверхні, а друга-освітленість конкретної точки на поверхні.
Метод заснований на першій формулі, носить назву методу коефіцієнта використання. У своїх звичайних формах він дозволяє забезпечити середню освітленість горизонтальної поверхні з урахуванням всіх падаючих на неї потоків, як прямих, так і відображених. Перехід від середньої освітленості до мінімальної у цьому випадку може здійснюватися лише приблизно. Метод, заснований на другій формулі, - точковий метод, дозволяє забезпечити заданий розподіл освітленості на як завгодно розташованих поверхнях, але лише приблизно врахувати світло, відбиваний поверхнями приміщення.
Відповідно до цих особливостей метод коефіцієнта використання застосовується для розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь, а також для розрахунку зовнішнього освітлення у випадках, коли нормована середня освітленість.
Точковий метод застосовується для розрахунку загального рівномірного і локалізованого освітлення приміщень та відкритих просторів, а для розрахунку місцевого освітлення при будь-якому розташуванні освітлюваних поверхонь. Його область застосування для розрахунку внутрішнього освітлення обмежена, однак, випадками, коли достатній наближений облік світла, відбитого поверхнями приміщення.
Область застосування обох методів частково перекривають один одного, але що бути випадок, в якому, здавалося б, не може застосовуватися, жоден з методів.
Дійсно, загальне рівномірне освітлення горизонтальній поверхні без точного обліку відбитого світла може бути рівним успіхом розраховане будь-яким з методів. Зазвичай в цих випадках краще користуватися більш простим методом-методом коефіцієнта використання, але для великих, відповідальних приміщень бажано користуватися точковим методом, що дозволяє не тільки забезпечити задану найменшу освітленість, а й проаналізувати розподіл освітленості по всій освітлюваної поверхні.
З раніше сказаного випливає, що для розрахунку локалізованого освітлення або освітлення негоризонтальним поверхонь у випадках, коли відбите світло відіграє значну роль, безпосередньо не може бути застосований ні один метод. У цих випадках доводиться, використовувати їх обидва, тобто діяти, можна сказати, комбінованим методом.
Загальні положення при розрахунку освітленості
Розрахунок штучного освітлення полягає у визначенні числа і потужності джерел світла, які забезпечують нормовану з урахуванням коефіцієнтів запасу) освітленість, або у визначенні по заданому розміщення світильників і потужності джерел світла, що використовуються в них, створюваної ними освітленості на зазначених у нормах робочих поверхнях.
Освітленість Ер.п. на робочій поверхні створюється світловим потоком, що надходить безпосередньо від світильників пряма складова освітленості Еп.с. і відбитим, падаючим на розрахункову поверхню в результаті багаторазових відбиттів від стін, стелі, підлоги, обладнання (відображена складова освітленості Ео.с.):
Ер.п. = Еп.с. + Ео.с.,
Пряма складова освітленості розраховується на основі кривої сили світла світильника і розташування світильників відносно обраної точки на робочій поверхні і тому її значення на окремих ділянках робочої поверхні можуть бути різними.
Відбита складова освітленості визначається світловим потоком, падаючим на поверхні, що відбивають безпосередньо від світильників, тобто визначається світлорозподіл світильників, відбивають властивостями огороджуючих поверхонь, а також співвідношенням розмірів освітлюваного приміщення.
Методика розрахунку прямої складової освітленості вибирається залежно від застосовуваних, надалі іменованих як випромінювачі, що світять елементів проектованої освітлювальної установки. У залежності від співвідношення розмірів випромінювачів і відстаней їх до освітлюваної поверхні всі різновиди випромінювачів можна розділити на три групи: точкові, лінійні і поверхневі.
Точечность світиться елемента визначається його відносними розмірами по відношенню до відстані до освітлюваної точки простору. Практично прийнято вважати що світить тіло точковим, якщо його розміри не перевищують 0,2 відстані до освітлюваної точки.
У практиці розрахунку точковий світильник приймається за крапку, що світиться з
умовно обраним світловим центром, характеризується силою світла по всемнаправленіям в просторі (рис. 1.1).
До точковим світив елементів відносяться прожектори, світильники з ЛН і газорозрядними лампами типів ДРЛ, ДРІ, НЛВД, НЛНД і т.п.
Рис. 1.1 Орієнтація розрахункової площині Р в просторі в сферичній системі координат
До лінійним світив елементів відносяться светящие елементи, що мають незрівнянно малі розміри по одній з осей в порівнянні з розмірами по іншій осі.
У практиці розрахунку до світив лініях відносяться випромінювачі, довжина яких перевищує половину розрахункової висоти hр. До світив лініях относятсялюмінесцентние світильники, розташовані безперервними лініями або лініями з розривами, а також протяжні светящие панелі, довжина яких порівнянна з відстанню до освітлюваної поверхні. Основною характеристикою лінійних джерел є питома сила світла, під якою розуміють силу світла, що випромінюється одиницею довжини джерела (1 м) у площині, перпендикулярній його осі, і криві сили світла у поздовжній і поперечній площинах.
До поверховим випромінювачам, для яких не можна застосувати закон квадратів відстаней через значну похибки, яка виникає в розрахунку, відносяться установки відбитого світла у вигляді світлових стель або ніш; панелі, перекриті розсіювачами або екрануючими гратами. Розміри цих світять елементів сумірні з відстанню до розрахункової точки. Светящие елементи цієї групи характеризуються наступними показниками: формою і розміром світиться поверхні, розподілом яскравості по різних напрямах простору і по самій світиться поверхні.
Світлові стелі в установках відбитого світла, а також світлові стелі і панелі, перекриті розсіювачами, мають практично однаковою яскравістю по всіх напрямах простору. Виняток становлять светящие поверхні, перекриті екрануючими гратами, захисний кут яких може істотно впливати на розподіл яскравості в просторі. При розрахунку освітлювальних установок цього типу можна приймати яскравість світиться поверхні, рівній її середньому значенню. Використання поверхневих випромінювачів, що вимагають значної встановленої потужності, може бути виправданим в установках архітектурного освітлення, коли крім утилітарних вимог, пред'являються також додаткові архітектурно-художні вимоги.
Необхідно мати на увазі, що залежно від умов застосування випромінювач може бути віднесений до певної групи. Так, лінійний випромінювач може розглядатися як точковий, якщо його довжина у два рази менше відстані до точки, в якій визначається створювана ним освітленість, при цьому похибка при розрахунку не перевищує 5%. Аналогічне припущення може бути прийнято для поверхневого випромінювача, якщо відстань, на якому визначається освітленість, в 2,5 рази перевищує найбільший розмір поверхні. Підхід до розрахунку відбитої складової є загальним для всіх трьох груп випромінювачів, він полягає у визначенні спочатку потрапив від світильників світлового потоку на поверхні, що відбивають огороджувальних приміщення конструкцій.
Характерні точки розрахунку для загального рівномірного освітлення показані на рис. 1.2.
В принципі не слід вишукувати точки абсолютного мінімуму освітленості біля стін або в кутах: якщо в подібних точках є робочі місця, то доведення у них освітленості до необхідного значення може бути здійснено збільшенням потужності найближчих світильників або встановленням додаткових світильників.
Рис. 1.2. Розрахункові точки освітленості
Розрахунок освітленості методом коефіцієнта використання
Коефіцієнт використання Uoy визначається як відношення світлового потоку, що падає на розрахункову площину, до світлового потоку джерел світла. Він залежить від світлорозподілу світильників і їх розміщення в приміщенні; від розмірів освітлюваного приміщення і властивостей, що відображають його поверхонь; від властивостей, робочої поверхні.
Необхідний світловий потік ламп в кожному світильнику знаходиться за формулою:
(1.9.1)
де Ен - нормоване значення освітленості; Кз - коефіцієнт запасу за СНіП 23-05-95; S - освітлювана площа; z = Eср / Емін; Eср, Емін - середнє і мінімальне значення освітленості; п - число світильників; Uoy - коефіцієнт використання світлового потоку.
Входить у формулу (1.9.1) коефіцієнт z характеризує нерівномірність освітлення. Найбільшою мірою z залежить від ставлення відстані між світильниками до розрахункової висоті (L / hp). При L / hp, що не перевищує значень, що рекомендуються (L £ hp), приймається z = 1,15 для ЛН та ДРЛ і z = 1,10 для люмінесцентних ламп при розташуванні світильників у вигляді світних ліній. Для відбитого освітлення приймається z = 1,0; при розрахунку на середню освітленість z не враховується.
Співвідношення розмірів освітлюваного приміщення і висота підвісу світильників у ньому характеризуються індексом приміщення.
(1.9.2)
де А - довжина приміщення; В - його ширина; hp - розрахункова висота підвісу
світильників.
Світловий потік світильника при вибраних лампах не повинен відрізнятися від
Фл більше ніж на величину (-10 ¸ +20)%. У разі неможливості вибору ламп з таким наближенням коригується число світильників п або висота підвісу світильників hp.
Розрахунок люмінесцентного освітлення починається з вибору числа рядів
світильників N, які підставляються у формулу (1.9.1) замість п.
Спочатку визначається світловий потік Фл від ряду світильників. Число світильників в ряду визначається як:
n = Фл/Ф1 (1.9.3)
де Ф1 - світловий потік одного світильника.
Сумарна довжина n світильників зіставляється з довжиною приміщення, причому можливі наступні випадки:
Сумарна довжина світильників перевищує довжину приміщення: необхідно або застосувати більш потужні лампи (у яких світловий потік на одиницю довжини більше), або збільшити число рядів, та компонувати ряди зі здвоєних, прибудованих світильників.
Сумарна довжина світильників дорівнює довжині приміщення: завдання вирішується установкою безперервного ряду світильників.
Сумарна довжина світильників менше довжини приміщення: приймається ряд з рівномірно розподіленими вздовж нього розривами l між світильниками.
З декількох можливих варіантів на основі техніко-економічних міркувань вибирається найкращий.
Рекомендується, щоб l не перевищувала 0,5 розрахункової висоти (крім
багатолампових світильників у приміщеннях громадських та адміністративних будівель).
При заданому світловому потоці ряду світильників Фл формула (1.9.1) вирішується щодо N.
Розрахунок освітленості методом питомої потужності
Питома потужність освітлювальної установки визначається як частка від ділення загальної потужності встановлених в приміщенні ламп на площу приміщення (Вт/м2).
(1.10.1)
де Рл - потужність однієї лампи, Вт; п - число ламп; S - площа приміщення, м2.
Формула (1.10.1) може бути отримана шляхом перетворення формули (1.9.1), якщо ввести в неї наступні величини: W - питому потужність, Вт/м2; h-світлову віддачу, лм / Вт. Враховуючи, що Фл = h Рл, формулу (1.9.1) наводимо до вигляду:
(1.10.2)
Звідки
(1.10.3)
-
Підставляючи отриманий вираз для Рл у формулу (1.10.1), знаходимо
вираз для питомої потужності:
- (1.10.4)
Така форма запису питомої потужності показує, що W залежить від тих же
показників, які впливають на коефіцієнт використання Uoy.
Питома потужність є найважливішим енергетичним показником освітлювальної установки, широко використовуються для оцінки економічності рішень і для попереднього визначення освітлювального навантаження на початкових стадіях проектування, нормованим МГСН 2.01-99.
Порядок розрахунку за питомою потужністю при лампах розжарювання і лампах типу ДРЛ:
- Визначається hp, тип і число світильників п в приміщенні;
- За таблицями МГСН 2.06-99 знаходиться нормована освітленість для даного виду приміщень ЄП;
- По відповідній таблиці знаходиться питома потужність W;
- Визначається потужність лампи за формулою:
Pл = WS / n (1.10.6)
і підбирається найближча стандартна лампа.
Якщо розрахункова потужність лампи виявляється більшою, ніж у прийнятих світильниках, слід визначити необхідну кількість світильників, прийнявши потужність лампи, прийнятну для даного світильника.
При застосуванні світильників з люмінесцентними лампами зберігається колишній порядок розрахунку освітлення приміщень, включаючи визначення числа рядів світильників N і типу лампи.
Необхідна кількість світильників у ряду определяеться:
n = WS / Pл (1.10.7)
і здійснюється їх компонування.
Точковий метод
Основним інструментарієм точкового методу є графіки або таблиці, що дозволяють безпосередньо або після нескладних обчислень визначити освітлення будь-якої точки поверхні, створювану світильником з відомими параметрами; світлорозподіл, світловим потоком ламп та геометричними характеристиками, що визначають розташування світильника.
З багатьох пропонувалися прийомів вирішення цієї задачі для точкових випромінювачів (якими майже завжди можна вважати світильники з лампами розжарювання, а також лампами ДРЛ, ДРІ та ДНаТ).
Перевірка освітленості по точкового методу
Перевіримо освітленість у віддалених точках по точкового методу, як показано на рис.1.
Рис. 1 Схема розташування ламп у приміщенні
Перевіримо нормовану освітленість на підлозі в точці Е точковим методом. Для визначення освітленості в точці, розташованій на горизонтальній поверхні, користуються такою формулою:
Е = (Ф л. * Μ * Σ Е) / (1000 * К з * L л * h)
Е - відносна лінійна освітленість, створювана окремими світильниками у точці.
μ - коефіцієнт враховує μ у і μ про
в нашому випадку:
μ = μ отр = U oy / U oy p = 0
μ = 0,37 / 0,27 = 1,37 визначаємо відносні відстані для кожної точки (А, В, С, Д) і за цими відстаням визначаємо відносну освітленість Е за изолюкс (Л-1, стор 102).
Визначаємо для точки А:
L л - довжина лампи; L л = 1,5 м.
L 1л = (а / 4) + (L л / 2) = (1,5 / 4) + (1,5 / 2) = 3,63 м
L 2л = (а / 4) - (L л / 2) = (1,5 / 4) - (1,5 / 2) = 2,13 м
Р А = в / 4 = 8,3 / 4 = 2,1 м
Р 'А = Р А / Н Р = 2,1 / 4,5 = 0,46;
L '2л = L 2л / Н Р = 2,13 / 4,5 = 0,47; L' 1л = 3,63 / 4,5 = 0,8
Звідси по изолюкс визначаємо Є.
Е 1А = 102; Е 2А = 49; Е А = Е 1А - Е 2А = 102-49 = 53
Для точки В:
L 1в = 3,63 м, L 2в = 2,13 м, Р в = В / 2 + Р А = 8,3 / 2 +2,1 = 6,25
L '2в = L 2в / Н Р = 2,13 / 45 = 0,47; L' 1в = 0,726; Р 'в = Р в / Н Р = 6,25 / 4,5 = 1,3;
Е 1В = 38; Е 2В = 14; Е в = Е 1в - Е 2в = 38-14 = 24
Для точки С:
L 1с = а / 4 + а / 2 + L л / 2 = 11,5 / 4 +11,5 / 2 +1,5 / 2 = 9,375 м
L 2с = 11,5 / 4 +11,5 / 2 -1,5 / 2 = 7,875 м
Р з = Р А = 2,1 м; Р 'з = Р' А = 0,42
L '1с = L 1с / Н Р = 9,375 / 4,5 = 2,08
L '2с = L 2с / Н Р = 7,875 / 4,5 = 1,7
Е 1с = 105; Е 2с = 96; Е з = 105-96 = 9
Для точки Д:
L 1д = L 1с = 9,375 м; L '1д = L' 1с = 2,08 м
L 2д = L 2с = 7,87 м; L '2д = L' 2с = 1,7 м
Р д = Р в = 6,25 м; Р 'д = Р' в = 1,25
Е 1д = 38; Е 2д = 35; Е д = Е 1д - Е 2д = 38-35 = 3
Висновок
Розглянуті вище способи розрахунку охоплюють випадки, повсякденно зустрічаються при проектуванні і монтажу освітлювальних установок. У повному обсязі теорія світлотехнічних розрахунків досить складна і включає завдання, які вирішуються на основі спеціальних розділів вищої математики.
Список літератури
1. «Освітлювальні установки» Кнорринг Г.М. 1981р.
2. «Посібник з розрахунку і проектування природного, штучного і суміщеного освітлення» - М.: Стройиздат, 1985р.
3. «ПОСІБНИК до МГСН 2.06-99 розрахунок і проектування штучного освітлення приміщень громадських будівель»: www.complexdoc.ru