Расчет искусственного освещения помещения

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Стр 1 из 2

Расчет искусственного освещения

Методические указания для выполнения практических занятий

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех специальностей

Новокузнецк

Введение

Одним из основных факторов, определяющих условия внешней среды при деятельности человека, является освещение. С помощью зрения человек получает основную часть информации (около 90%), поступающей из окружающего мира. С точки зрения безопасности труда зрительная способность и зрительный комфорт чрезвычайно важны. Без хорошего освещения немыслимы благоприятные условия труда. Неудовлетворительное освещение или ошибки, сделанные рабочим по причине трудности распознавания того или иного предмета, или осознания степени риска, связанного с обслуживанием станков, транспортных средств и т.д., очень часто приводит к травматизму, а также является причиной снижения производительности и качества труда.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющимся, в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света; и совмещенное освещение, при котором недостаточное по норам естественное освещение дополняют искусственным.

ВИДЫ искусственного освещения

Искусственное освещениепо конструктивному исполнению может быть трех видов – общее, местное (локальное) и комбинированное.Систему общего освещенияприменяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение, (световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест). При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.


По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным, эвакуационным, бактерицидным и др.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений.

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авариях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, нарушение технологического процесса и т. д. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5 % нормируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей: на лестничных клетках, вдоль основных проходов производственных помещений, в которых работают более 50 чел. Минимальная освещенность на полу основных проходов и на ступеньках, при эвакуационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях – не менее 0,2 лк.

Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.

Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации.

Основные светотехнические

Характеристики

Ощущение зрения происходит под воздействием света, которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38…0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

Световой поток. Ф, (F) –часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм);

Сила светаJ – пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока Ф, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к величине этого угла; .J = Ф/ω; измеряется в канделах (кд);

Освещенность E – поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м2); Е= Ф/S, измеряется в люксах (лк);

Яркость L поверхности – это отношение силы света J, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади S проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению; L = J/S, измеряется в кд/м2

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, спектральный состав света.

Фон– это поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ρ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр к падающему на нее световому потоку Фпад;

ρ = Фотр/Фпад. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02…0,95; при ρ > 0,4 фон считается светлым;

при ρ = 0,2…0,4 – средним и при ρ < 0,2 -темным.

Контраст объекта с фоном К – степень различения объекта и фона – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона; контраст считается большим, если К > 0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при К = 0,2…0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при К < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока.

Большое значение имеет характер фона, на котором рассматриваются объекты, т. е. поверхности, непосредственно прилегающей к объекту различения, и контраст объекта с фоном, который определяется соотношением яркостей рассматриваемых объекта и фона.

Количественно фон может быть охарактеризован коэффициентом отражения ρ светового потока от поверхности, образующей фон. Значение ρ лежит в пределах 0,02 – 0,95. Если оно превышает 0,4, то фон называется светлым, при ρ = 0,2 – 0,4 – средним, при ρ < 0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном (К) определяется по формуле:

К = , (1)

где Lo и Lф – яркость соответственно фона и объекта.

Большое значение имеет также равномерность распределения яркости на рабочей поверхности, отсутствие на ней резких теней, постоянство величины освещенности во времени и ряд других факторов.

Все электрические элементы осветительных установок должны быть электро -, пожаро — и взрывобезопасными, экономичными и долговечными.

Для создания наилучших условий для видения в процессе труда рабочие места должны быть нормально освещены. Требуемый уровень освещенности в первую очередь определяется точностью выполняемых работ и степенью опасности травмирования. Для характеристики точности выполняемых работ вводится понятие объекта различения – это наименьший размер рассматриваемого предмета, который необходимо различить в процессе работы. Например, при выполнении чертежных работ объектом различения служит толщина самой тонкой линии на чертеже, при работе с печатной документацией – наименьший размер в тексте имеет точка и т.д.

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Для создания искусственного освещения применяются различные электрические источники света: лампы накаливания и разрядные источники света. Кратко рассмотрим основные параметры электрических источников света.

К числу наиболее важных из них относятся показатели, характеризующие излучение, электрический режим и конструктивные параметры.

Излучение электрических источников света характеризуется световым потоком, силой света (силой излучения), энергетической (световой) яркостью и ее распределением, распределением излучения по спектру, а также изменением этих величин в зависимости от времени работы на переменном токе. Для характеристики цвета излучения осветительных ламп дополнительно вводятся цветовые параметры.

Электрический режим характеризуется мощностью лампы, рабочим напряжением на лампе, напряжением питания, силой тока и родом тока (постоянный, переменный с определенной частотой и др.).

К конструктивным параметрам ламп относятся их габаритные и присоединительные размеры, высота светового центра, размеры излучающего света, форма колбы, ее оптические свойства (прозрачная, матированная, зеркализированная и т.д.), конструкция ввода и др.

К эксплуатационным параметрам электрических источников света относятся эффективность, надежность, экономичность и др.

Эффективность источника света определяется как энергетическим кпд преобразования электрической энергии в оптическое излучение, так и эффективным кпд лампы, который представляет собой долю энергии оптического излучения, превращаемую в эффективную энергию приемника (человеческого глаза), т. е. эффективная энергия приемника (человеческого глаза) представляет собой ту часть энергии оптического излучения, которая вызывает в зрительном анализаторе человека определенные ощущения.

Надежность источников оптического излучения характеризуют полным сроком службы или продолжительностью горения и полезным сроком службы, т. е. временем экономически целесообразной эксплуатации лампы. Обычно за эту характеристику выбирают время, в течение которого световой поток, излучаемый лампой, изменяется не более чем на 20%.

Источники света массового применения должны обладать экономичностью, за которую обычно принимают стоимость их эксплуатации, отнесенную к одному люмен – часу.

Для освещения производственных помещений используют либо лампы накаливания (источники теплового излучения), либо газоразрядные лампы.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства в эксплуатации. Находят они применение и на производстве, организациях и учреждениях, но в значительно меньшей степени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей – от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы – это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности); небольшим сроком службы – до 2500 часов; кроме того, спектр ламп накаливания, в котором преобладают желтые и красные лучи, значительно отличается от спектра естественного (солнечного) света, что вызывает искажение цветопередачи и не позволяет использовать данные лампы для освещения тех работ, для которых требуется различение оттенков цветов. К преимуществам ламп накаливания следует отнести простоту их изготовления, удобство в эксплуатации. Эти лампы включаются в электрическую сеть без использования каких-либо дополнительных устройств.

В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г – газонаполненные, К – лампы с криптоновым наполнением, Б – биспиральные.

Газоразрядные лампы также широко применяются для освещения производственных помещений. По сравнению с лампами накаливания они обладают повышенной световой отдачей, большим сроком службы (до 12000 ч). Спектр их излучения близок к спектру естественного света.

К недостаткам разрядных ламп в первую очередь следует отнести пульсацию светового потока (периодическое его изменение при работе лампы), ухудшающую условия зрительной работы. Для стабилизации светового потока необходимо использовать дополнительную аппаратуру. Специальные пусковые устройства применяют для включения газоразрядных ламп. Кроме того, эти лампы при работе могут создавать радиопомехи, для подавления которых устанавливают фильтры. Все это приводит к повышению затрат при монтаже осветительной сети из газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания.

К газоразрядным относятся различные типы люминесцентных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно — белого света (ЛХБ), лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы теплого белого света (ЛТБ); лампы близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно — белого света с улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

К газоразрядным лампам высокого давления относятся: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов.

За рубежом разработаны и используются для освещения компактные люминесцентные лампы. Особенностью этих разрядных ламп является то, что они предназначены для непосредственной замены ламп накаливания, так как снабжены стандартным резьбовым цоколем и могут вворачиваться в электрический патрон, как обыкновенные лампы накаливания. Компактные люминесцентные лампы дают большую экономию электроэнергии. Современные газоразрядные источники света постепенно вытесняют из обихода лампы накаливания. В развитых странах мира газоразрядные лампы создают более половины светового потока и предполагается, что в будущем эта доля будет возрастать.

Источники света располагаются в специальной осветительной аппаратуре, основная функция которой – перераспределение светового потока лампы с целью повышения эффективности осветительной установки. Комплекс, состоящий из источника света и осветительной арматуры, называют светильником или осветительным прибором.

Нормирование освещенности производится в соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». В соответствии с данным нормативным документом в зависимости от степени зрительного напряжения все работы делятся на восемь разрядов (I – VIII) и четыре подразряда (а, б, в, г).

Для определения величин нормированного естественного и искусственного освещения по СНиПу необходимо задать наименьший размер объекта различения, а также характеристику фона и контраст объекта с фоном.

Работа средней точности характеризуется тем, что размер наименьшего объекта различения лежит в пределах от 0,5 до 1 мм. Условимся, что в процессе зрительной работы фон и контраст объекта с фоном средний. По этим данным можно определить разряд и подразряд зрительной работы (IVB), а также нормированные величины освещения. При искусственном освещении величина комбинированной освещенности должна составлять 400 лк, а общей – 200 лк. Основной величиной для расчета и нормирования естественного освещения внутри помещений принят коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение (в процентах) освещенности ЕВ внутри помещения за счет естественного света к наружной освещенности ЕН от всей полусферы небосклона. КЕО=(ЕВ/ЕН) 100%. Соответственно величина КЕО при верхнем или комбинированном естественном освещении должна быть равна 4%, а при боковом – 1,5%. Аналогичные характеристики при совмещенном освещении составят 2,4 и 0,9%.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Определив поСНиП 23-05-95 нормативную величину освещенности в помещении при использовании электрических источников света, необходимо рассчитать общую мощность электрической осветительной установки.

Наиболее простым считается метод удельной мощности, но он менее точен и им пользуются только для ориентировочных расчетов. Удельную мощность вычисляют по формуле:

, (2)

где N – число светильников;

Р – мощность лампы, Вт;

S – освещаемая площадь, м2.

Значение удельной мощности указано в таблицах справочников по светотехнике в зависимости от типа светильника, высоты его подвеса, площади пола и требуемой освещенности.

Для расчета общего равномерного и локализованного освещения помещений и открытых пространств, а также местного освещения при любом расположении освещаемых поверхностей применяется точечный метод.

Освещенность какой-либо точки А горизонтальной поверхности выражается формулой:

Е =Jαcos3α/Kh2св., (3)

где Jα – сила света (кд), заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм;

α – угол между вертикальной плоскостью и направлением светового потока на освещаемую точку;

hсв – высота подвеса светильника, м;

К – коэффициент запаса.

Основной метод расчета – по коэффициенту использования светового потока, которым определяется поток, необходимый для создания заданной освещенности горизонтальной поверхности: при общем равномерном освещении с учетом света, отраженного стенами и потолком. Расчет выполняют по формуле:

, (4)

– необходимое число светильников определяют по формуле:

, (5)

где F – световой поток одной лампы, лм;

(таблицы А.1, А.2);

Е – нормированная освещенность, лк;

(таблица А.5);

S – площадь помещения, м2;

z – поправочный коэффициент светильника, учитывающий неравномерность освещения (значение которого для ламп накаливания составляет 1,15, а для люминесцентных ламп 1,1);

k – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации (таблица А.3);

N – количество светильников в осветительной установке;

n – количество ламп в светильнике;

η – коэффициент использования светового потока в долях, представленный в процентах (таблица А.6), для определения которого нужно знать коэффициенты отражения стен, потолка и рабочей поверхности (таблица А.4);

– а также индекс помещения I:

I = , (6)

где h – расстояние от источника света до рабочей поверхности, h= H-hc — hp;

А – длина помещения;

В – ширина помещения;

H – высота помещения;

hc – высота свеса светильника (для светильника ППД > 30см, для газоразрядных >20см, для светильников типа У > 40см);

hp – высота рабочей поверхности.

По окончании монтажа системы освещения обязательно проверяют освещенность. Если фактическая освещенность отличается от расчетной более чем на -10 и +20%, то изменяют схему расположения светильников или мощность ламп.

список литературы

1. Безопасность жизнедеятельности при чрезвычайных ситуациях: учеб. пособие /В.П. Лавцевич, З.М. ; /под ред. В.П. Лавцевича. – СибГИУ. – Новокузнецк, 1999. – 291с.

2. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов /под ред. С.В. Белова. — М.: Выс. Школа, 1999. – 448с.

3. Безопасность и охрана труда: учебное пособие /под ред. О.Н. Русак. – СПб, 1998. – 320с.

4. Охрана труда: учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА – М., 2003. – 400с.: ил. – (Серия «Профессиональное образование»).

5. Справочная книга для проектирования электрического освещения /под ред. Г.М. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976. – 384с. с ил.

6. Строительные нормы и правила РФ. Естественное и искусственное освещение: СНиП 23-05-95. –

Приложение А

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 .

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 .

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 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 и .

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

Помещения

Примеры помещений

Коэффициент запаса k

Газоразрядные лампы

Лампы накаливания

Запыленность свыше 5 мг/м3

Цементные заводы, литейные цеха и т. п.

1,7

Дым, копоть 1-5 мг/м3

Кузнечные, сварочные цеха и т. п.

1,8

1,5

Менее 1 мг/м3

Инструментальные, сборочные цеха

1,5

1,3

Значительная концентрация паров кислот и щелочей

Цеха химических заводов, гальванические цеха

1,8

1,5

Запыленность значительно менее 1 мг/м3, отсутствие паров кислот и щелочей

Жилые, административные и офисные и т.п. помещения

1,2

1,1

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 , 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, %

rп , % 70

rс , % 50

rр , % 30

0,5

1,0

3,0

5,0

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

Таблица Расчетные значения светового потока наиболее распространенных источников света Фл.

Тип лампы

ФЛ, лм

Тип лампы

ФЛ, лм

Тип лампы

ФЛ, лм

ЛДЦ 40-4

ЛДЦ80-4

ДРЛ 80

ЛД 40-4

ЛД 80-4

ДРЛ 250

ЛХБ 40-4

ЛХБ 80-4

ДРЛ 1000

ЛТБ 40-4

ЛТБ 80-4

ДРИ 250

ЛБ 40-4

ЛБ 80-4

ДРИ 400

ЛХБЦ 40-1

ДРИ 1000

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/=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.

Как самостоятельно выполнить расчет освещенности помещения

В электрике существует такое понятие как, расчет освещенности помещения. Данный расчет является фундаментом всей осветительной части электропроводки, поэтому ему следует уделить особое внимание. В этой статье мы подробно разберем:

  • Зачем делать расчет освещенности помещения?
  • А также рассмотрим пошаговое выполнение расчёта освещённости на конкретном примере

Теперь, обо всем по порядку.

Зачем делать расчет освещения?

В первую очередь, данный расчет необходим, для создания достаточной освещенности помещения, которая в свою очередь обеспечивает благоприятные и комфортные условия для жизнедеятельности человека.

Недостаток освещения или его чрезмерность, вызывает сильное напряжение глаз, быструю утомляемость и оказывает ощутимый психологический дискомфорт, что неблагоприятным образом отражается на здоровье человека в целом.

Идеальным освещением для наших глаз, является естественный природный свет (дневное, утреннее или вечернее солнце, солнце за облаками).

Основной задачей расчета освещенности помещения, является максимальное приближение искусственного освещения к естественному. К искусственному освещению относиться такой свет, которым человек имеет возможность управлять.

Электрический свет, является искусственным, он получается в результате преобразование электрической энергии в один из видов электромагнитного излучения, которое воспринимается человеческим глазом как свет. Именно такое преобразование происходит внутри ламп установленных в корпусах осветительных электроустановок (светильники, люстры, бра, торшеры и так далее).

В строительно-проектировочной документации(СНиП) существуют специальные правила, в которых прописаны нормы освещенности для различных видов помещений. Ниже рассмотрен пример, пошагового выполнение расчета с подробными комментариями и пояснениями.

Расчет освещения, пример

Расчет освещенности помещения производиться по формуле:

Для удобства запишем ее так:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

где,

1. Фл – световой поток лампы,

2. Ен – норма освещенности

3. S – площадь помещения

4. k — коэффициент запаса

5. z – поправочный коэффициент

6. N – количество принятых светильников

7. η – коэффициент использования светового потока

8. n – число ламп в светильнике.

Данные нашего примера:

  • Жилая комната.
  • Длина – 5,5 м,
  • Ширина – 3,5 м.
  • Потолок — белый крашенный,
  • Стены – обои, светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка,
  • Пол – линолеум, серого цвета

Планируется установка пяти рожковой люстры, с пятью лампами, каждая из которых монтируется внутри плафона, изготовленного из белой матовой ткани во весь размер лампы.

Данная комната имеет стандартную высоту потолков 2,5 м. Опираясь на конструктивное исполнение светильника определяем высоту его подвеса. Для нашего примера эти данные будут следующими:

  • высота установки люстры от пола до плафонов в которых установлены лампы — 2,3 м

Теперь найдем все необходимые для расчетов данные.

2. Ен — нормированная освещенность

Измеряется в Люксах (Лк), является нормированной величиной, прописанной в своде правил строительной документации СНиП. Ниже представлена таблица норм освещенности.

Таблица №1. Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений, согласно СНиП 23-05-95

Помещение нашего примера — жилая комната. Согласно таблицы №1 нормируемая освещенность для данного вида помещений равна 150 Люкс (Лк).

Ен = 150

Подставим значение в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * S * k * z) / (N * η * n)

3. S – площадь помещения

Для выполнения последующих расчетов нам потребуется знать площадь данной комнаты. Посчитать ее мы можем по формуле площади прямоугольника:

S = а * b,

где,

  • S — площадь помещения (метры квадратные — м2)
  • а — длина помещения (метры квадратные — м2), в нашем примере 5,5 м
  • b — ширина помещения (метры квадратные — м2), в нашем примере 3,5 м

Подставим наши значения

S = a * b = 5,5 * 3,5 = 19,25 м2

S = 19,25

Подставим данные в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * k * z) / (N * η * n)

4. k — коэффициент запаса

Коэффициент запаса (зависит от типа ламп и степени загрязненности помещения) Коэффициент запаса k учитывает запыленность помещения, снижение светового потока ламп в процессе эксплуатации. Значения коэффициента k приведены в таблице.

Таблица №2. Коэффициент запаса для жилых помещений для различных типов ламп

В нашей люстре планируется использование светодиодных ламп, выбираем коэффициент запаса равный 1.

K = 1.

Подставим значение в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * z) / (N * η * n)

5. z – поправочный коэффициент (коэффициент неравномерности)

z — поправочный коэффициент, применяемый в помещениях где требуется освещенность больше чем нормируемая минимальная

Данный коэффициент следует применять в помещениях где планируется выполнение точной зрительной работы, например, читать или писать.

Для ламп накаливания и ДРЛ (ртутная газоразрядная лампа) z = 1,15, для люминесцентных и светодиодных ламп z = 1,1

В наш светильник будут установлены светодиодные лампы, используем поправочный коэффициент 1,1.

z = 1,1

Вставляем данные в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (N * η * n)

6. N – количество принятых светильников

Освящать комнату будет один светильник, расположенный в центре помещения.

N = 1

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * η * n)

7. η – коэффициент использования светового потока

Для того что бы найти коэффициент использования светового потока нам потребуется рассчитать индекс помещения – i.

Воспользуемся следующей формулой:

i = S / ((a + b) * h)

где,

  • i — индекс помещения,
  • S — площадь помещения (метры квадратные — м2), — в нашем примере 19,25 м2;
  • а — длина комнаты (метры квадратные — м2), — в нашем примере 5,5 м;
  • b — ширина комнаты (метры квадратные — м2), — в нашем примере 3,5 м;
  • h — высота подвеса светильника от пола (метры — м), — в нашем примере 2,3 м;

Считаем:

i = S / ((a + b) * h) = 19,25 / ((5,5 + 3,5) * 2,3) = 19,25 / (9 * 2,3) = 19,25 / 20,7 = 0,929…

округляем до значения близкого к:

0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 3, 3.5, 4, 5

В нашем случае это значение 0.9

Теперь нам потребуются данные о дизайне нашей комнаты. Конкретно интересуют три вещи пол, потолок и стены их цветовой оттенок в формате белый — светлый — темный — серый — черный. Например, бежевые стены будут относиться к светлым, красные, вишневые, коричневые к темным, с черным и белым и так все понятно.

Эти оттенки называются коэффициентом отражения (Р) и выражаются в процентном соотношении следующим образом:

  • 70% — белый
  • 50% — светлый
  • 30% — серый
  • 10% — темный
  • 0% — черный

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

  • Потолок — белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)
  • Стены – обои светлые, однотонные, (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)
  • Пол – линолеум серого цвета, в процентном соотношении 30% (серый)

Обладая всеми этими данными, мы можем определить коэффициент использования светового потока светильника — η.

Для этого воспользуемся соответствующей нашему светильнику таблицей, одной из 5 (таблицы №3-7) приведенных ниже.

Наш светильник за счет конструктивного исполнения плафонов (матовая белая ткань) имеет равномерное распределение светового потока, поэтому данные по нему ищем по таблице №5. Ниже приведены 5 таблиц в которых изложены данные для определения светового потока, после которых будет детально разобрана инструкция с описанием того как ими пользоваться.

Таблица №3. Коэффициент использования для потолочного светильника

Таблица №4. Коэффициент использования для подвесного светильника

Таблица №5. Коэффициент использования для светильника с равномерным освещением

Таблица №6. Коэффициент использования для светильников с косинусным распределением светового потока

Таблица №7. Коэффициент использования для светильников с глубокими плафонами

Напомню, светильник нашего примера является равномерным, относится к Таблице №3.

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

  • Потолок — белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)
  • Стены – обои светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)
  • Пол – серый линолеум, в процентном соотношении 30% (серый)

i — который мы рассчитывали выше по формуле, i = S / (a + b) * h)) = 0.9

В правой вертикальной колонке таблицы ищем соответствующий рассчитанному – i.

В горизонтальных строках подбираем данные комнаты, соответствующие нашим:

  • Потолок — 70% (белый),
  • стены – 50% (светлый),
  • пол – 30% (серый),

Совмещаем линии P и i.

η = 0.51

Подставим полученные данные в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51 * n)

8. n – число ламп в светильнике

Люстра в нашем примере пяти рожковая, в ее конструкции предусмотрена установка 5 ламп.

n = 5

Вставляем данное значение в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51 * 5)

Все необходимые значения найдены, теперь мы можем рассчитать Фл – световой поток лампы.

Считаем:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51 * 5) = 3176,25 / 2,55 = 1245,58…

Округлим 1245,58 до целого значения, получим 1246.

Световой поток лампы измеряется в Люменах (Лм), готовый результат запишем как:

Фл = 1246 Лм

Каждая лампа нашего светильника должна иметь световой поток равный 1246 Лм.

Далее, мы рассмотрим, каким образом выбрать лампу зная ее световой поток, но для начала сделаем небольшое отступление.

В настоящее время на рынке электрической продукции представлены следующие лампы:

  • Лампа накаливания
  • Галогенная лампа
  • Светодиодная лампа
  • Люминесцентная лампа
  • Компактная люминесцентная лампа
  • Газоразрядная лампа

Каждая из этих ламп имеет свои характеристики, особенности, преимущества и недостатки. Поэтому, делая выбор в сторону конкретной лампы нужно учитывать следующие вещи:

  • Мощность лампы
  • Нагрев корпуса (для ламп накаливания и галогенных ламп)
  • Световой поток
  • Цветопередачу

Эти данные (кроме температуры нагрева корпуса) указаны заводом изготовителем на упаковочной коробке лампы, опираясь на них, мы можем выбрать требуемую освещенность для конкретного помещения.

Мощность лампы – определяет, количество потребляемой электроэнергии, измеряется в Ватах (Вт)

Световой поток – излучаемое лампой количество света, измеряется в Люменах (Лм).

Цветопередача – состоит из цветовой температуры и оттенка. Цветовая температура измеряется в диапазоне от красного 1800 К – до синего 16 000 К цвета.

Чем меньше значение, тем цветность ближе к красному, чем больше, тем ближе к синему. Например, знакомая нам всем 100 Ваттная лампа накаливания имеет цветность 2800 К.

Измеряется цветопередача в Кельвинах (К).

Оттенок, для большинства видов ламп освещения, может быть теплого или холодного света, задает общую тональность светового потока.

Таблица №8. Цветопередача некоторых источников света.

Теперь, поговорим о таких понятиях как световой поток и световая отдача.

Световой поток – количество света, излучаемое лампой.

Световая отдача – отношение светового потока к мощности (люмен на ватт, лм/Вт), показатель эффективности осветительной способности лампы, а также ее экономичности.

Ниже приведены шесть таблиц (таблицы №9-14) световой отдачи наиболее распространенных источников света.

Таблица №9. Лапа накаливания, с прозрачным стеклом (2750 К, теплый свет)

Срок службы 1000 часов. Класс энергоэффективности Е.

Таблица №10. Лапа накаливания, с матовым стеклом (2700 К, теплый свет)

Срок службы 1000 часов. Класс энергоэффективности Е.

Таблица №11. Галогенная лампа (3000 К, теплый свет)

Срок службы 2000 часов. Класс энергоэффективности В.

Таблица №12. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), 2700 К — теплого света

Срок службы от 8 000 до 10 000 часов. Класс энергоэффективности А.

Таблица №13. Светодиодная лампа, 3000 К — теплого света

Срок службы 30 000 – 40 000 часов. Класс энергоэффективности А.

Таблица №14. Светодиодная лампа, 4500 К — белого света

Срок службы 30 000 – 40 000 часов. Класс энергоэффективности А.

Возвращаемся к нашему примеру.

По выполненным выше результатам расчета освещенности Фл = 1246 Лм, то есть каждая лампа нашего светильника должна быть мощностью 1246 Лм.

Теперь выполним подбор ламп:

  1. Первым пунктом стоит определить какие лампы могут дать световой поток максимально приближенный к расчетному 1246 Люмен. Для этого воспользуемся таблицами №9-14.

Смотрим:

  • таблица №9 – лампа накаливания с прозрачным стеклом, теплого света 2700 К, мощностью 95 Вт – 1300 Лм
  • таблица №10 – лампа накаливания с матовым стеклом, теплого света 2700 К, мощностью 95 Вт – 1290 Лм
  • таблица №11 галогенная лампа, теплого света 3000 К, мощностью 75 Вт – 1125 Лм
  • таблица №12 компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), 2700 К — теплого света мощностью 20 Вт – 1170 Лм,
  • таблица №13 светодиодная лампа, 3000 К — теплого света мощностью 12 Вт – 1170 Лм,
  • таблица №14 светодиодная лампа, 4500 К — белого света – значение соответствующее расчетному отсутствует.
  1. Следующим пунктом смотрим конструктивные ограничения светильника, в нашем случае люстры. Как правило это наклейка, на которой заводом изготовителем отображена техническая информация устройства. Ниже приведен пример:
  • марка (YMP9439)
  • напряжение и частота (2230V – 50Hz)
  • цоколь и максимальная мощность лампы (Е27, Max. 60W)
  • производитель (Made in P.R.C.)

Нас интересует третий пункт, с цоколем все понятно, а вот максимальная мощность лампы (Max. 60W) является существенным ограничением по использованию в светильнике ламп освещения. Допустим, что люстра в нашем примере имеет аналогичные изображенной на картинке выше характеристики.

Максимальная мощность как правило указывается в эквиваленте ламп накаливания, то есть максимальная лампа накаливания которую можно использовать в патроне данного светильника 60 Вт. Обусловлено это тем, что большинство патронов современных светильников изготавливаются из различного рода пластмассовых композиций, которые ограничены по температуре нагрева.

Лампы накаливания и галогенные лампы преобразуют электрическую энергию не только в видимый световой поток (около 60 %), но еще и в тепловую энергию (порядка 40%), поэтому в нормальном эксплуатационном режиме происходит достаточно сильный нагрев стеклянного корпуса и металлического цоколя лампы. На практике максимально разрешенная лампа под воздействием тепла издает неприятный запах горелой пластмассы, поэтому не желательно использовать максимальный номинал.

Исходя из конструктивных характеристик нашей люстры делаем выбор из ламп не подверженные сильному нагреву:

  • светодиодные лампы, холодного и теплого света (вариант подороже)
  • компактные люминесцентные лампы холодного и теплого света (более дешевый вариант)

Для нашего примера мы выбрали светодиодные лампы, теплого света (3000 К), характеристики данных ламп приведены в таблице №13. Максимально близкими к расчетному значению (1246 Лм) будет лампа мощностью 12 Вт – 1170 Лм.

Итог: Согласно расчетам, чтобы выполнить освещение комнаты площадью 19,25 метров пяти рожковой люстрой нам потребуется 5 светодиодных ламп мощностью 12 Вт, световым потоком 1170 Лм.

Суммарная потребляемая мощность люстры составит 12 * 5 = 60 Вт.

Суммарный световой поток 1170 * 5 = 5850 Лм.