Проектування штучного освітлення з застосуванням точкових джерел світла

Вибір методу та принципи розрахунку штучного освітлення.

Існує декілька методів розрахунку, що використовуються при проектуванні штучного освітлення. Внаслідок того, що реальні джерела світла та світильники більш-менш суттєво відрізняються від ідеальних (ламбертових), кожний з розрахункових методів має обмежену область застосування. Від того, наскільки характеристики світильника відрізняються від характеристик точкового джерела світла, залежить значення очікуваної похибки розрахунку.

Розглянемо деякі з методів проектування штучного освітлення та області їх застосування.

Джерело світла може вважатися за точкове, якщо відношення його більшого лінійного розміру l_c до відстані до розрахункової точки r не перебільшує

l_c:

Похибка, що зумовлена таким припущенням, не більше 1%.

Якщо виконується ця умова, найкращі результати дають два методи: метод коефіцієнта використання світлового потоку та точковий метод.

Метод коефіцієнта використання світлового потоку.

Цей метод придатний для проектування системи загального рівномірного освітлення горизонтальних робочих поверхонь, тобто, коли можна приблизно врахувати різницю між середньою та мінімальною освітленістю та використати залежність між світловим потоком джерела світла та середньою освітленістю горизонтальної поверхні.

Розрахункова формула має такий вигляд:

, лм

де Ф_л - світловий потік лампи, лм;

Е_Н - нормоване значення мінімальної освітленості, лк;

S - площа приміщення, м²;

К_З - коефіцієнт запасу, що враховує забрудненість повітряного середовища приміщення пилом та зменшення світлового потоку джерела світла під час експлуатації;

Z - коефіцієнт нерівномірності освітлення, що визначається за залежністю:

значення Z залежить від форми кривої сили світла світильника, а також співвідношення відстані між світильниками l та висотою їх підвісу h - відстань по нормалі від світильника до робочої поверхні;

N - кількість світильників у приміщенні, визначається за формулою

S - площа приміщення, м²;

l - відстань між світильниками, м – визначається за висотою підвісу світильників та рекомендованим для відповідної форми кривої сили світла відношенням l: h;

h - коефіцієнт використання світлового потоку джерела світла – його значення залежить від коефіцієнта корисної дії (ККД) або номера умовної групи світильника, від індексу приміщення i

l_п - довжина приміщення, м;

b - ширина приміщення, м;

а також значення h залежить від коефіцієнтів відбиття стелі r_с, стін r_ст, робочої поверхні (або підлоги) r_р.

За обчисленим значенням світлового потоку за каталогом обирається стандартна лампа, світловий потік якої може відрізнятися від розрахункового не більш ніж +20%... –10%. Якщо відхилення виходить за зазначені межі, необхідно скоригувати кількість світильників і виконати перерахунок.

Точковий метод.

Метод універсальний – використовуючи його можна спроектувати будь-яку систему штучного освітлення довільно орієнтованих поверхонь.

Відповідно до цього методу вважається, що джерело або кілька джерел світла створюють нерівномірну освітленість поверхні і розрахунок виконується для певних точок цієї поверхні.

Розрахункові залежності, за якими визначається світловий потік лампи, що встановлюється у світильнику, мають такий вигляд:

;

де Ф_л - світловий потік лампи, лм;

Е_Н - нормоване значення освітленості у розрахунковій точці,лк;

К_З - коефіцієнт запасу, що враховує зменшення світлового потоку лампи внаслідок забруднення пилом та старіння лампи;

h – висота підвісу світильника, м;

µ – коефіцієнт, що враховує збільшення освітленості за рахунок відбиття світла від внутрішніх поверхонь приміщення;

е_і – умовна освітленість в розрахунковій точці, що створюється і-тим світильником з даною висотою підвісу та умовною лампою із світловим потоком 1000 лм (визначається за графіком просторових ізолюкс – див. малюнок, d – діаметр світлової плями);

Просторові ізолюкси світильників з кривою сили світла Д-2

–відносна освітленість у розрахунковій точці, що створюється і-тим світильником з відносною висотою підвісу та умовною лампою із світловим потоком 1000 лм (визначається за графіком відносних (лінійних) ізолюкс – див. малюнок, – відносна відстань розрахункової точки до проекції світильника на горизонтальну площину; – відносний лінійний розмір світильника);

Графік лінійних ізолюкс світильника

– коефіцієнт переходу від горизонтальної освітленості, що створюється і-тим світильником у розрахунковій точці до освітленості похилої площини, що проходить через ту саму точку.

;

;

;

після підстановки та перетворень отримуємо:

;

N – кількість світильників у приміщенні.

За обчисленим значенням світлового потоку за каталогом обирається стандартна лампа (умови вибору ті ж самі, що й при користуванні методом коефіцієнта використання світлового потоку – див. вище).

Проектування штучного освітлення з застосуванням лінійних джерел світла.

Проектування штучного освітлення з лінійними джерелами світла має ряд особливостей, обумовлених тим, що лише в небагатьох випадках світильник з лінійним джерелом світла може розглядатися як точковий, як правило, відношення lc: r > 0,2; номенклатура потужностей люмінесцентних ламп значно вужча ніж точкових джерел світла і тому за розрахунковим значенням світлового потоку найчастіше неможливо підібрати стандартну лампу, світловий потік якої відрізнявся б від розрахункового не більш ніж на +20...-10%; світильники для люмінесцентних ламп, як правило багатолампові та призначені для ламп певної потужності, таким чином, обираючи при проектуванні світильник, визначають і потужність лампи та їх кількість у світильнику; світильники з люмінесцентними лампами розміщуються у приміщеннях найчастіше у вигляді суцільних або переривчастих ліній (рядів). Аналіз розподілу освітленості, створюваної світильниками з лінійними джерелами світла та косинусною формою кривої сили світла в повздовжній площині (найбільш розповсюджений тип люмінесцентних світильників), показує, що освітленість змінюється обернено пропорційно квадрату відстані до розрахункової площини лише до значень відношення l_p: h < 3 (l_p – довжина ряду світильників, h - висота підвісу світильників над розрахунковою площиною). Якщо значення відношення l_p: h 3, світна лінія може розглядатися як нескінченна, а освітленість, створювана нею, змінюється обернено пропорційно відстані у першому ступені.

Враховуючи сказане вище, для проектування штучного освітлення з застосуванням лінійних джерел світла можна рекомендувати також метод коефіцієнта використання світлового потоку та точковий метод, але розрахункові залежності вирішуються відносно N - кількість світильників у приміщенні, або N_р - кількість світильників у ряду, що забезпечує нормовану освітленість у приміщенні або розрахунковій точці.

Метод коефіцієнта використання світлового потоку.

Цей метод можна застосовувати при проектуванні загального рівномірного освітлення горизонтальних робочих поверхонь, якщо лінійне джерело світла з певним припущенням можна розглядати як точкове, тобто якщо значення відношення l_c: . Такі умови мають місце за відносно великої висоти підвісу світильника, освітленні приміщення поодиноким світильником або рядами світильників з досить великими розривами між ними .

Розрахункова формула має такий вигляд:

,

де N - кількість світильників у приміщенні;

Е_Н - нормоване значення мінімальної освітленості, лк;

S - площа приміщення, м²;

К_З - коефіцієнт запасу;

Z - коефіцієнт нерівномірності освітлення,

п – кількість ламп у світильнику;

Ф_л - світловий потік лампи, лм;

h - коефіцієнт використання світлового потоку;

Якщо отримане значення кількості світильників N > 1, треба рівномірно розмістити їх на плані приміщення, керуючись рекомендованим значенням відношення l: h для відповідної форми кривої сили світла світильника, та визначити l. Якщо l < 0,5 h, треба перейти до точкового метода.

Точковий метод (метод лінійних ізолюкс).

Метод, як відзначалося вище, універсальний, придатний для проектування будь-яких систем освітлення довільно орієнтованих робочих поверхонь.

Вид розрахункової формули залежить від значення відношення l_p: h.

Якщо ряд світильників короткий (l_p: h < 3) розрахункова формула має такий вигляд:

;

для довгих рядів (l_p: h 3):

;

де N_p – кількість світильників у одному ряду;

Е_Н – нормоване значення освітленості, лк;

К_З – коефіцієнт запасу, що враховує зменшення світлового потоку лампи внаслідок забруднення пилом та старіння лампи;

h – висота підвісу світильників, м;

l_p – довжина ряду світильників;

n – кількість ламп у світильнику;

Ф_л – світловий потік лампи, лм;

µ – коефіцієнт, що враховує збільшення освітленості за рахунок відбиття світла від внутрішніх поверхонь приміщення;

e_i – відносна освітленість в розрахунковій точці, що створюється і-тим напіврядом світильників, що має питомий світловий потік 1000 лм/м;

y_i – коефіцієнт переходу від горизонтальної освітленості, створюваної і-тим напіврядом світильників у розрахунковій точці до освітленості похилої площини;

m – кількість напіврядів, що враховуються при розрахунку (враховуються напівряди, що створюють освітленість не менш за 5% від максимальної від напівряду, найближчого до розрахункової точки); напівряди отримують, проводячи на розрахунковій схемі слід площини, перпендикулярної до рядів світильників (див. мал.), що необхідно для користування графіками лінійних ізолюкс, побудованими в одному квадранті.

Схема розподілу рядів світильників на напівряди та врахування ділянок ряду, що не світяться

Після того, як визначена кількість світильників у ряду необхідно обчислити розрахункову довжину ряду: l_pp=l_c N _p та порівняти результат з довжиною приміщення l_n.

Якщо l_pp = l_n - світильники розміщуються вздовж приміщення суцільними рядами.

l_pp < l_n - світильники розміщуються рівномірно за довжиною ряду з розривами l, якщо l<0,5h, ряд можна вважати суцільним й перерахунок не потрібний, якщо l0,5h, необхідно врахувати наявність невипромінюючих частин ряду (розривів), наприклад, відносна освітленість, створювана другим напіврядом з довжиною l₂ див. мал., може бути уявлена як сума освітленості, яку створюють дві світлові ділянки з довжиною, відповідно l₂–l₄ та l₃. Оскільки , то для другого напівряду , значення f₁, f₂, f₃ визначають за графіками лінійних ізолюкс відповідно до відносних координат і так за наведеною схемою для чотирьох напіврядів. За уточненим значенням уточнюють значення N_p.

l_pp > l_n - розрахункова кількість світильників за довжиною приміщення не може бути розміщена – необхідно робити перерахунок, попередньо змінивши кількість рядів, тип світильників, потужність ламп і т.і.

При проектуванні освітлення похилих поверхонь необхідно врахувати суттєве збільшення впливу відбитого світла на освітленість у розрахунковій точці. В деяких випадках за високої здатності відбиття стелі, стін, значення освітленості похилої поверхні за рахунок відбитого світла порівнюване та навіть може дорівнювати освітленості, зумовленій прямим світлом світильників. В цих випадках значення коефіцієнта m збільшується до 1,5...1,6, а за необхідності уточнених розрахунків, пряму освітленість належить визначити за методикою, що викладена вище, а освітленість, зумовлену відбитим світлом визначати за графіками Ратнера в залежності від світності поверхонь приміщення.

Дата добавления: 2014-01-06