Основы расчета освещения

Основной задачей является определение требуемой площади световых проемов – при естественном освещении; определение мощности осветительных установок – при искусственном освещении.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность меняется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. Длительное отсутствие естественного света подавляюще действует на психику человека, поэтому санитарные нормы рекомендуют обязательное присутствие естественного освещения во всех производственных, административных, бытовых и подсобных помещениях.

Критерием оценки естественного освещения является коэффициент естественной освещенности (КЕО).

Нормы устанавливают требуемую величину КЕО в зависимости от следующих факторов [2; 4; 10]:

1. характеристики зрительной работы (определяется размером объекта различения, т. е. размером рассматриваемых деталей, отдельных их частей, которые необходимо различать в процессе работы);

2. коэффициента светового климата (m), определяемого в зависимости от района расположения здания на территории СНГ;

3. системы освещения и устойчивости снежного покрова (при системе бокового освещения).

В представленных табл. 1 и 2 прил. 1 нормированное значение КЕО приведено для III пояса, для остальных поясов светового климата нормируемое значение КЕО определяют по формуле:

, (10)

где – значение КЕО по таблицам и нормам, %; m – коэффициент светового климата соответствующего пояса (табл. 3 прил. 1) [10].

При естественном освещении минимальное значение КЕО нормируется:

– при одностороннем – в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности;

– при двустороннем – в точке посередине помещения, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (под условной поверхностью понимает­ся условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,6 м от пола);

– при верхнем и комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО в N точках (не менее 5), которые расположены на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности:

, (11)

где e_N – значение КЕО в N-й контрольной точке, %; e_i – значения КЕО в остальных точках характерного разреза помещения (i = 2, 3, ..., N-1); N – количество контрольных точек в плоскости характерного разреза помещения, первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен или перегородок.

Исследование естественной освещенности заключается в определении фактического значения КЕО в помещении. Оценка естественной освещенности дается на основании сопоставления полученного значения КЕО с нормативным.

При экспериментальном определении КЕО требуется производить замеры освещенности внутри и снаружи здания одновременно при небе, затянутом облаками. Точку для измерения наружной освещенности выбирают на открытом участке земной поверхности.

Необходимая освещенность производственных помещений естественным светом через оконные проемы рассчитывается, исходя из отношения площади световых проемов к площади пола. Освещенность рабочих мест определяется также глубиной помещения, расстоянием от пола до подоконников, степенью затемнения помещений соседними зданиями или установками. Основной задачей расчета при естественном освещении является определение требуемой площади световых проемов.

Уровень естественной освещенности может значительно снижаться, так как вследствие загрязнения остекленных поверхностей уменьшается коэффициент пропускания. Другой причиной этого явления является загрязнение поверхностей помещения, что уменьшает коэффициент отражения.

Для обеспечения нормированного значения КЕО, с учетом поправочных коэффициентов, площадь световых проемов определяется по формулам:

– при боковом освещении помещения:

, (12)

где S_о – площадь световых проемов (в свету) при боковом освещении; е_n – нормированное значение КЕО, принимаемое по табл. 1, 2 прил. 1; ₀ – световая характеристика окон, определяемая по табл. 5 прил. 1; S_n – площадь пола помещения; k_з – коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света, запыления и износа источников света в процессе эксплуатации (в России коэффициент запаса равен 1,2 – для галогеновых ламп и ламп накаливания; 1,4 – для разрядных ламп, также он меняется в зависимости от степени запыленности k_з.max – 1,8; в Европе применяется единый коэффициент для всех типов ламп, он равен 1,25); К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями (принимается в пределах от 1,0 до 1,5); r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию, принимаемый по табл. 6 прил. 1; ₀ – общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле

₀ = ₁ ₂ ₃ ₄ ₅, (13)

где ₁ – коэффициент светопропускания материала, определяемый по табл. 7 прил. 1; ₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема, определяемый по табл. 7 прил. 1; ₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, определяемый по табл. 7 прил. 1 (при боковом освещении = 1); ₄ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, определяемый по табл. 8 прил. 1; ₅ – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимаемый 0,9;

– при верхнем освещении помещения

, (14)

где S_ф – площадь световых проемов (в свету) при верхнем ос­вещении; r₂ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении, благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения, принимаемый по табл. 9 прил. 1; К_ф – коэффициент, учитывающий тип фонаря, принимаемый по табл. 10 прил. 1; _ф – световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия, определяемая по табл. 11, 12 прил. 1 [2; 4].

По рассчитанной площади световых проемов определяют их размер и необходимое количество.

Расчет искусственного освещения основан на определении мощности осветительных установок. Для расчета искусственного освещения используются следующие методы [2–5; 7; 11]: метод коэффициента использования светового потока, метод удельной мощности, графический и точечный методы. При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не меньше 10 % нормируемой освещенности.

При проектировании искусственного освещения необходимо выбрать тип источника света, систему освещения, вид светильника, определить необходимое количество светильников и мощность ламп, необходимых для создания нормируемой освещенности. Наиболее распространенным в проектной практике является расчет искусственного освещения люминесцентными лампами по методу коэффициента использования светового потока.

Согласно этому методу, световой поток

, (15)

где Е_н – нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95 (лк) (табл. 1 прил. 1); S – площадь освещаемого помещения (м²); z – коэффи- циент неравномерности освещения), является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает (при оптимальном расположении светильников – 1,1…1,2; для отраженного освещения можно считать z = 1,0); k_з – коэффициент запаса, формула (12) (1,2…1,8); N – число светильников в помещении; n – число ламп в светильнике (для люминесцентных ламп); _и – коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока, давший название методу расчета, определяют по СНиП 23-05-95 (табл. 4 прил. 2) в зависимости от типа светильника, отражательной способности стен и потолка, размеров помещения, определяемых индексом помещения:

, (16)

где А и В – длина и ширина помещения в плане (м); Н – высота расположения светильника над освещаемой поверхностью (м).

Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5. С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности. Фактическое значение коэффициентов отражения  определять трудно, поэтому обычно руководствуются оценкой, приведенной в табл. 5 прил. 2.

После определения коэффициента использования светового потока по формуле (15), рассчитывается необходимый световой поток лампы Ф_к, обеспечивающий в помещении нормируемое значение освещенности Е_н, и по светотехническому справочнику (табл. 2 прил. 2) выбирается тип и мощность стандартной лампы со световым потоком Ф_гост, близким по величине расчетному. В практике допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного в пределах от – 10 % до + 20 %.

Относительное отклонение δ, % светового потока определяется:

. (17)

При невозможности выбора лампы, удовлетворяющей допустимому отклонению, корректируется число светильников или высота их подвеса и производится повторный расчет светового потока и выбор источника света, отклонения светового потока которого не превысят указанные пределы.

Графический метод профессора А. А. Труханова дает наибольшую точность при расчете осветительных установок с направленным светом. Расчет по этому методу ведется по номограммам.

Точечный метод применяют для расчета локализованного и комбинированного освещения наклонных и вертикальных плоскостей и для проверки расчета равномерного общего освещения, когда отраженным световым потоком можно пренебречь [1]. В основу метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света (закон сохранения энергии для светотехники):

, (18)

где J_a – сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности (кд);  – угол между нормалью рабочей поверхности и направлением светового потока от источника; Н – высота подвеса светильника (м); k_з – коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света, запыления и износа источников света в процессе эксплуатации (1,2…1,8).

Данные о распределении силы света J_a приводятся в светотехнических справочниках. При необходимости расчета освещенности в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность каждого из них, а затем полученные значения складывают.

Определив освещенность от условной лампы, подсчитывают необходимый поток лампы (лм) для создания освещенности в соответствии с нормами:

. (19)

Подбирают стандартную ближайшую лампу, обеспечивающую рассчитанный световой поток и, наконец, рассчитывают суммарную электрическую мощность всей системы освещения.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчетах. Этот метод позволяет определить мощность каждой лампы Р_л (Вт) для создания в помещении нормируемой освещенности:

, (20)

где р – удельная мощность (Вт/м²); S – площадь помещения (м²); n – число ламп в осветительной установке.

Значение удельной мощности приводят в светотехнических справочниках, в зависимости от уровня освещенности, площади помещения, высоты подвеса.