Расчет параметров естественного и искусственного освещения

13.5.1. Расчет искусственной освещенности

Освещенность на рабочей поверхности создается световым потоком, поступающим непосредственно от светильников (прямая составляющая освещенности) и отраженным, падающим на расчетную поверхность в результате многократных отражений от стен, пола, потолка, оборудования (отраженная составляющая освещенности) [3].

Прямая составляющая освещенности рассчитывается на основе кривой силы света светильника и расположения светильника относительно выбранной точки на рабочей поверхности.

Отраженная составляющая освещенности определяется светораспределением светильников, отражающими свойствами ограждающих поверхностей, а также соотношением размеров освещаемого помещения.

Метод расчета прямой составляющей освещенности выбирается в зависимости от применяемых светящих элементов осветительной установки, которые делятся на три группы:

- точечные;

- линейные;

- светящие поверхности.

Подход к расчету отраженной составляющей является общим для всех групп светящих элементов, он заключается в определении первоначально попавшего от светильников светового потока на отражающие поверхности ограждающих помещение конструкций.

В случае точечного светящего элемента с симметричным светораспределением прямая составляющая освещенности Е_А в расчетной точке А выражается законом квадратов расстояний:

где I_a -– сила света, определяемая по кривой силы света светильника и углу α, кд; α – угол, определяющий направление силы света в расчетную точку, град.; h – высота расположения светильника относительно расчетной плоскости, м.

Расчеты с излучателями, образующими светящие линии, основаны на представлении силы света каждым элементарным участком линии. Освещенность, создаваемая светящей линией в расчетной точке, определяется интегрированием по всей ее длине. Освещенности от светящихся поверхностей рассчитываются с учетом размеров и законов распределения излучения от всех элементарных участков.

Расчет освещенности с учетом прямой и отраженной составляющей (независимо от типа светящего элемента) в наиболее простом случае, когда распределение светового потока по расчетной плоскости близко к равномерному, производится методом коэффициента использования осветительной установки. В этом случае определяется освещенность не в точке, как в рассмотренных выше случаях, а средняя освещенность расчетной плоскости.

Коэффициент использования осветительной установки η, под которым принято понимать отношения светового потока, падающего на расчетную плоскость F_р, к световому потоку источника света F_л, определяется по формуле:

где n – число источников света.

Коэффициент использования осветительной установки, характеризующий эффективность использования светового потока источника света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой – соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Графики зависимости коэффициента использо­вания η от индекса помещения i для светильников рассеянного света

Индекс i помещения для светильника рассеянного света определяется выражением:

где a, b и h - соответственно длина, ширина помещения и расчетная высота подвеса светильника. Кривые на рис. 13.7 соответствуют: 1 – ρ_п = 0,7; ρ_с = 0,5; ρ_р = 0,3 (коэффициенты отражения соответственно потолка, стен и расчетной поверхности или пола); 2 – ρ _п = 0,7; ρ_с = 0,5; ρ_р = 0,1; 3 – ρ _п= 0,5; ρ_с = 0,3; ρ_р = 0,1; 4 – ρ_п = 0,3; ρ _с = 0,1; ρ _р = 0,1.

При известном значении коэффициента использования осветительных установок η среднюю освещенность Е_ср можно определить из следующего выражения:

где S_p – площадь расчетной поверхности, м²; К₃ – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения.

Таким образом, применяемые методы расчета освещенности можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока. В принципе оба метода равноправны, области их применения и значительной степени пересекаются, но между ними есть существенные отличия.

Точечный метод, главным образом, применяется для определения минимальной освещенности, регламентируемой нормами. Он используется в следующих случаях:

- при отсутствии необходимости учета отраженной составляющей освещенности;

- при определении освещенности наклонных поверхностей;

- при повышенной неравномерности распределения освещенности по помещению;

- при использовании концентрированного светораспределения;

- при необходимости учета возможных затенений.

Метод коэффициента использования светового потока предназначен для определения средней освещенности. Средняя освещенность может быть рассчитана на как угодно расположенной поверхности, но наиболее употребительные формы этого метода предназначены для расчета только горизонтальной освещенности. Этот метод целесообразен во всех случаях, когда расчет ведется по средней освещенности и, в частности, для расчета общего равномерного освещения административных помещении, а также общего равномерного освещения производственных помещении светильниками, не относящимися к классу прямого света.

Имеются случаи, при которых ни один из указанных методов расчета в отдельности не дает точных результатов. К таким случаям относится, например, расчет освещения наклонных поверхностей в помещениях светильниками, не относящимися к классу прямого света. В этом случае прямая составляющая освещенности определяется точечным методом, а отраженная – методом коэффициента использования.

Известен метод удельной мощности, который применяется для приближенного предварительного определения установленной мощности осветительной установки:

где Р_уд – удельная установленная мощность, Вт/м²; Р_л - мощность лампы, Вт; n – число ламп в помещении, шт.; S – площадь помещения, м².

Удельная мощность - это справочное значение. Для того, чтобы правильно выбрать величину удельной мощности необходимо знать тип светильников, нормированную освещенность, коэффициент запаса (при его значениях, отличающихся от указанных в таблицах, допускается пропорциональный пересчет значений удельной мощности), коэффициенты отражения поверхностей помещения, значения расчетной высоты и площадь помещения. Расчетное уравнение для определения мощности одной лампы:

13.5.2. Расчет показателя дискомфорта

Суммарный показатель дискомфорта М при совокупном действии светильников определяется по формуле М.М. Епанешникова:

где L_c – яркость светильника в направлении наблюдателя, кд/м²; ω - телесный угол, ср; р – индекс позиции светильника относительно линии зрения; L_ад – яркость адаптации (поля окружения), кд/м².

Показатель дискомфорта, как правило, рассчитывается инженерным методом, в соответствии с которым оценка его значений производится в зависимости от КСС светильника; распределения светового потока в верхнюю и нижнюю полусферы; коэффициентов отражения стен и пола; индекса помещения и площади выходного отверстия светильника.

13.5.3. Расчет естественного освещения

Расчет естественного освещения заключается в определении расчетного значения КЕО, %, вычисляемого по следующим формулам:

- при боковом освещении:

- при верхнем освещении:

- при комбинированном освещении:

где где e^б_н – значение КЕО в расчетных точках при боковом освещении, создаваемое прямым светом участков неба, видимых через световые проемы; e^в_н – значение КЕО в расчетных точках при верхнем освещении, создаваемое прямым светом участков неба, видимых через световые проемы; β_a – коэффициент ориентации световых проемов, учитывающий ресурсы естественного света по кругу горизонта; e_зд – геометрический КЕО участка фасада противостоящего здания, видимого из расчетной точки через световой проем; b_ф – средняя относительная яркость фасадов противостоящих зданий; γ_a – коэффициент ориентации фасада здания, учитывающий зависимость его яркости от ориентации по сторонам горизонта; k_зд – коэффициент, учитывающий изменение внутренней отраженной составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий; r₀ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя при открытом горизонте (отсутствие противостоящих зданий); – значение КЕО в расчетных точках при верхнем освещении, создаваемом прямым светом неба; – значение КЕО в расчетных точках при верхнем освещении, создаваемое светом, отраженным от внутренних поверхностей помещения; τ₀ - общий коэффициент светопропускания светового проема; k_з - коэффициент запаса, учитывающий снижение КЕО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах.

Выводы

1. Видимое излучение попадая на сетчатку глаза, вызывает зрительное ощущение и лежит в диапазоне волн от 380 нм до 760 нм.

2. Основные светотехнические единицы: сила, света, световой поток, освещенность, яркость, контраст, блескость, коэффициент отражения.

3. Естественное освещение производственных помещений экономично и благоприятно для человека. Естественное освещение помещений подразделяется на: боковое, верхнее и комбинированное.

4. Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует. Искусственное освещение может быть: общим, местным и комбинированным. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на следующие виды: рабочее, аварийное, охранное, дежурное.

5. Источники света подразделяются на:

- химические источники света (в порядке появления и использования человеком): костер, факел, лучина, масляная лампа, восковая свеча, парафиновая свеча, керосиновая лампа, водородная лампа, газовый светильник, карбидная (ацетиленовая) лампа;

- электрические: дуговые лампы, лампы накаливания, газосветные лампы, безэлектродные лампы (СВЧ); светодиоды; органические светодиоды.

6. Светильник – это устройство, содержащее источник света (лампу) и светотехническую арматуру.

7. Нормирование освещения осуществляется на основании Санитарных правил и норм 2.2.1/2.1.1.1278-03 “Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных пунктов. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий”.

8. При ведении горных работ в подземных условиях для определения норм искусственного освещения используют ”Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03)”, “Правила безопасности в угольных шахтах ПБ 05-618-03” и “Правила безопасности при строительстве подземных сооружений (ПБ 03-428-02)”.

9. Для расчета искусственного освещения применяют точечный метод и метод коэффициента использования осветительной установки. Естественное освещение рассчитывают по коэффициенту естественного освещения.

Контрольные вопросы

1. Назовите достоинства и недостатки естественного и искусственного освещения.

2. Назовите единицы измерения основных светотехнических величин

3. Опишите особенности аварийного и охранного освещения

4. Дайте определение коэффициенту пульсации.

5. Кратко опишите историю развития систем и средств освещения

6. Какая нормативная документация регламентирует нормы естественного и искусственного освещения в наземных и подземных сооружений.

7. Назовите основные требования к организации освещения в подземных выработках

8. Что такое светодиод?

9. Какие приборы используются для контроля освещения на производственных площадках?

10. Почему нельзя освещать помещение только местными источниками света?

Тесты для самоконтроля

1. Назовите несуществующий вид искусственного освещения.

1) рабочее

2) аварийное

3) техническое

4) дежурное

2. Коэффициент естественной освещенности (КЕО) измеряется:

1) в люксах

2) в канделах

3) в Ваттах

4) в долях единицы или в %

3. Назначение осветительной арматуры состоит в том, чтобы (укажите неправильный вариант ответа)

1) снизить освещенность

2) сосредоточить световой поток в нужном направлении

3) защитить глаза работающих от слепящего действия ламп

4) защитить лампу от механических повреждений

4. Световой поток – это

1) пространственная плотность силы света

2) поверхностная плотность силы света

3) объёмная плотность силы света

4) поток лучистой энергии в воспринимаемой человеком как свет

5. Характеристикой, показывающей экономичность источника освещения, является:

1) светоотдача

2) освещенность

3) яркость

4) величина телесного угла

6. Освещение помещений светом неба, прямым или отраженным, называется

1) искусственым

2) комбинированным

3) общим

4) естественным

7. Единицей измерения светового потока является:

1) люмен

2) кандела

3) люкс

4) стильб

Глава 14. Защита от ионизирующих излучений

Дата добавления: 2017-01-14