Метод коэффициента использования светового потока применяется для (расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при светильниках любого типа.

Суть метода заключается в вычислении коэффициента для каждого помещения, исходя из основных параметров помещения и светоотражающих свойств отделочных материалов. Недостатками такого метода расчета являются высокая трудоемкость расчета и невысокая точность. Таким методом производится расчет внутреннего освещения.

Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. В тех случаях, когда поверхности, ограничивающие пространство, имеют высокие значения коэффициентов отражения, отраженная составляющая освещенности может иметь также большое значение и ее учет необходим, поскольку отраженные потоки могут быть сравнимы с прямыми и их недооценка может привести к значительным погрешностям в расчетах.

В процессе выполнения расчетной части необходимо:

а) выбрать систему освещения, источник света, тип светильника для заданного участка или рабочего помещения;

б) произвести расчет общего освещения рабочего помещения.

Цель расчета общего освещения - определить количество светильников необходимых для обеспечения Еmin и мощность осветительной установки, необходимых для обеспечения в цехе нормированной освещенности. Ниже рассмотрен расчет общего освещения методом коэффициента использования светового потока.

При расчете по указанному методу необходимый световой поток одной лампы определяется по формуле:

или количество светильников:

где Еmin - минимальная нормированная освещенность, лк;
k - коэффициент запаса (для ламп накаливания k=1,15, для люминесцентных и ламп ДРЛ, ДРИ И ДНаТ k=1,3);
S - освещаемая площадь, м2;
Z - коэффициент минимальной освещенности (коэффициент неравномерности освещения)(при расчете освещения от светильников с лампами накаливания, ДРЛ, ДРИ, и ДНаТ Z = 1,15, с люминесцентными лампами Z = 1,1);
N - число светильников;
n - число ламп в светильнике;
h - коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Мощность осветительной установки Р определяется из выражения:

где Рi - потребляемая мощность одной лампы, кВт.

Рекомендуемый алгоритм расчета

Расчет общего освещения рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

1. Выбрать систему освещения.
2. Обосновать нормированную освещенность на рабочих местах заданного объекта.
3. Выбрать экономичный источник света.
4. Выбрать рациональный тип светильника.
5. Оценить коэффициент запаса освещенности, k, и коэффициент неравномерности освещения, Z.
6. Оценить коэффициенты отражения поверхностей в помещении (потолка, стен, пола), r.
7. Рассчитать индекс помещения i.
8. Найти коэффициент использования светового потока, h.
9. Рассчитать требуемое количество светильников, N, или световой поток лампы, Фл, которые необходимы для обеспечения на объекте требуемой освещенности Еmin.
10. Выполнить эскиз расположения светильников на плане помещения с указанием размеров.

Принципы выбора основных элементов, необходимых для расчета

Выбор системы освещения

В настоящей работе рассматривается только рабочее освещение, которое может быть общим и комбинированным. Устройство в производственных помещениях только местного освещения запрещено.

Выбор системы освещения зависит, прежде всего, от такого важнейшего фактора, как точность выполняемых зрительных работ (наименьший размер объекта различения), согласно действующим нормам при выполнении работ I - IV разрядов следует применять систему комбинированного освещения. В механических, инструментальных, сборочных и др., как правило, применяют систему комбинированного освещения. В литейных, гальванических и т.п. цехах - систему общего освещения.

Выбор системы освещения производится одновременно с выбором нормированной освещенности.

Выбор нормированной освещенности

Количественные и качественные показатели искусственного освещения определяют согласно действующим нормам [1].

В качестве количественной характеристики освещенности принята наименьшая освещенность рабочей поверхности Еmin, которая зависит от разряда зрительных работ, фона и контраста объекта с фоном и системы освещения.. Разряд зрительных работ определяется минимальным размером объекта различения, т.е. размером предмета, его части или дефекта на нем, которые необходимо обнаружить или различить в процессе производственной деятельности.

Качественные показатели освещения (коэффициент пульсации и показатель ослепления) в данной работе не рассматриваются.

Можно принять значение Еmin для точных работ III разряда 300-500 лк, для средней точности IV разряд 150 -300 лк, для работ малой точности V разряд 100 -150 лк. Меньшее значение освещенности в каждом разряде для светлого фона и большого контраста, большее для темного фона и малого контраста. В табл. 3 приложения приведены значения Emin для всех разрядов зрительных работ и различных контрастов.

Выбор источников света

Определяющими параметрами при выборе экономичного источника света являются строительные параметры, архитектурно - планировочное решение, состояние воздушной среды, вопросы дизайна и экономические соображения.

Проектируя освещение, конструктор всегда принимает компромиссное решение.

Общие рекомендации приведены в литературе [2 ].

Лампы накаливания - малоэкономичны, имеют светоодачу 7 -26 лм/Вт, они имеют искаженный спектр излучения, при работе сильно нагреваются. Но, с другой стороны они имеют низкую стоимость, просты в эксплуатации и могут быть рекомендованы для помещений с временным пребыванием людей, бытовых помещений и др.

Основным достоинством люминесцентных ламп их высокая светоодача, до 75 лм/Вт и срок службы до 10000 ч, хорошая цветопередача, низкая температура. Хотя они дорогие, требуют специалистов для их обслуживания, имеют сложную пусковую аппаратуру, иногда шумят, мигают, при их утилизации возникают проблемы.

В помещениях высотой до 6 м рекомендуется применять люминесцентные лампы.

В производственных помещениях высотой до 7 - 12 м целесообразно применять лампы типа ДРЛ, т.к. они более мощные и имеют большую светоодачу до 90 лм/Вт.

Перспективными являются металлогалогеновые лампы высокого давления типа МГЛ.

Окончательный выбор источника света должен осуществляться одновременно с выбором типа светильника, частью которого он является.

Выбор светильника

Выбор светильников общего освещения производится на основе учета светотехнических, экономических требований, условий воздушной среды. Существует классификация светильников по светораспределению: прямого, преимущественно прямого, рассеянного, преимущественно отраженного и отраженного света.

Кроме этого существуют светильники с различными кривыми силы света: концентрированной, глубокой, косинусной, полу широкой, широкой, равномерной и синусной.

Согласно ГОСТ 14254-69 светильники классифицируют по степени защиты от пыли, воды и взрыва.

По конструктивному исполнению согласно [1] различают 7 эксплутационных групп светильников. Ввиду чрезвычайного разнообразия светильников конкретный выбор светильника должен решаться совместно со специалистами по энергетике, экономистами, дизайнерами и с учетом требований по охране труда, или обратиться к специальной справочной литературе [2] и [3].

Коэффициент запаса

Коэффициент запаса k учитывает запыленность помещения, снижение светового потока ламп в процессе эксплуатации. Значения коэффициента k приведены в таблице.

Таблица Значения коэффициента k

Коэффициент минимальной освещенности Z

Коэффициент минимальной освещенности Z характеризует неравномерность освещения. Он является функцией многих переменных, точное его определение затруднительно, но в наибольшей степени он зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L / h).

Выбирают способ размещения светильников, который может быть симметричным или локализованным. При симметричном размещении светильники располагаются как вдоль, так и поперек помещения на одинаковом расстоянии, по углам прямоугольника или в шахматном порядке. Симметричное размещение светильников обеспечивает одинаковое освещение оборудования, станков, рабочих мест и проходов, но требует большого расхода электроэнергии. При локализованном расположении светильники размещают с учетом местонахождения станков, машин, оборудования, мест контроля и рабочих мест. Такое расположение светильников, сокращающее расход электроэнергии, применяют в цехах с несимметричным размещением оборудования.

Далее определяют отношение расстояния между светильниками L к высоте их подвеса h. В зависимости от типа светильника это отношение  L / h при расположении светильников прямоугольником может быть принято равным 1,4-2,0, а при шахматном расположении -1,7-2,5.

Высота расположения светильника над освещаемой поверхностью

Hc=H - hcв - hp

где Н - общая высота помещения, м;

hcв - высота от потолка до нижней части светильника, м;

hр - высота от пола до освещаемой поверхности, м.

Чтобы уменьшить ослепляющее действие светильников общего освещения, высоту подвеса их над уровнем пола устанавливают не менее 2,5-4 м при лампах мощностью до 200 Вт и не менее 3-6 м при лампах большей мощности.

Потребное число светильников (ламп) n= S/L² (при La = Lb).

При расположении светильников в линию (ряд), если выдержано наивыгоднейшее отношение L / h, рекомендуется принимать Z = 1,1 для люминесцентных ламп и Z = 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ.

Рис. Схема расположения светильников в помещении

Коэффициент использования светового потока h

Для определения коэффициента использования светового потока h находят индекс помещения i и предполагаемые коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка rп, стен rс, пола rр.

Обычно для светлых административно- конторских помещений:

rп = 70%,
rс = 50%,
rр = 30%.

Для производственных помещений с незначительными пылевыделениями:

rп = 50%,
rс = 30%,
rр = 10%.

Для пыльных производственных помещений:

rп = 30%,
rс = 10%,
rр = 10%.

Индекс помещения i

Индекс помещения определяется по следующему выражению:

где А, В, h - длина, ширина и расчетная высота (высота подвеса светильника над рабочей поверхностью) помещения, м.

где H - геометрическая высота помещения;
hсв - свес светильника.

Обычно hсв = 0,2 ...0,8 м;
hp - высота рабочей поверхности.
hp = 0,8 ...1,0 м.

Коэффициент использования светового потока есть сложная функция, зависящая от типа светильника, индекса помещения, коэффициента отражения потолка стен и пола. Для наиболее распространенного светильника с люминесцентными лампами коэффициент h может быть определен из таблицы.

Промежуточные значения коэффициента использования находятся методом интерполяции.

Для сложных светильников этот коэффициент может быть найден в специальной справочной литературе [2], [3] и в приложении к настоящему методическому пособию.

При заданном Фл , т.е. известно какие лампы будут использоваться, находим N, т.е. сколько светильников надо применить.

При заданном N или n, определяем Фл. По найденному Фл выбирают ближайшую, стандартную лампу в пределах допусков - 10 ¸ +20 %.

Таблица Значение коэффициента использования h для светильников с люминесцентными лампами, %

В таблице приведены расчетные значения светового потока наиболее распространенных источников света Фл

Таблица Расчетные значения светового потока наиболее распространенных источников света Фл.

Пример расчета помещения методом коэффициента использования

Пример. В помещении с малым выделением пыли, размерами А=21 м, В=12 м, H=4,2 м, hp=0,8 м и коэффициентами отражения потолка rп=50 %, стен rc=30 %, расчетной поверхности rр=10 % определить методом коэффициента использования светового потока освещение светильниками "Астра" с лампами накаливания для создания освещенности Е=50 лк.

Решение. В помещении с малым выделением пыли осветительную установку с лампами накаливания рассчитывают при коэффициенте запаса k=1,3. В светильнике "Астра" косинусное светораспределение. Поэтому оптимальное относительное расстояние между светильниками следует взять λ=1,6. Приняв высоту свеса светильников hcв=0,5 м, получим расчетную высоту

hр=4,2-0,8-0,5=2,9 м

и расстояние между светильниками

L=2,9 × 1,6=4,64 м.

Число рядов светильников в помещении

Nb=12/4,64=2,58.

Число светильников в ряду

Na=21/4,64=4,56.

Округляем эти числа до ближайших больших Na=5 и Nb=3.

Общее число светильников

N= Na × Nb=5 × 3=15.

Размещаем окончательно светильники.

По ширине помещения расстояние между рядами Lb=4,6 м, а расстояние от крайнего ряда до стены чуть больше 0,3L, а именно 1,4 м. В каждом ряду расстояние между светильниками примем также La=4,6 м, а расстояние от крайнего светильника до стены будет

(21-4,64)/2=2,6/3=1,3 м.

Это составляет 0,28 L.

Индекс помещения

i=21 × 12/[2,9(21+12)]=252/(2,9 × 33)=2,63.

По справочнику выбираем коэффициент использования светового потока η=0,6. Так как расстояние между светильниками практически равно оптимальному, то принимаем коэффициент минимальной освещенности z=1,15. Определяем необходимый световой поток лампы

Фл = 50 × 1,15 × 252 × 1,3/(15 × 0,6) = 2093лм

Выбираем по таблице  ближайшую стандартную лампу Г215-225-150, имеющую поток Фл=2090 лм, что меньше расчетного значения на ΔФ=(2090-2093)100/2093= - 0,14 %.

Литература:

1. СНиП II - 4 - 79. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.-М.: Стройиздат, 1980.- 48 с.
2. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. -М.: Энергоатомиздам, 1983.- 472 с.
3. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г.М. Кнорринга.- М.: Энергия, 1976. - 384 с.