Расчет искусственного освещения
Задачей расчета освещенности является определение числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения заданного значения освещенности.
Проектируя осветительную установку, необходимо решить ряд вопросов:
1) выбрать тип источника света;
2) определить систему освещения;
3) выбрать тип светильников с учетом характеристик светораспределения;
4) распределить светильники и определить их количество;
5) определить норму освещенности на рабочем месте.
Для расчета искусственного освещения используют, в основном, три метода.
Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока (коэффициента использования), учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. Световой поток лампы 
при лампах накаливания или световой поток группы ламп светильника при люминесцентных лампах рассчитывают по формуле
, (1.1)
где 
- световой поток, лм; 
- нормированная минимальная освещенность, лк (см. табл. 1.1 - 1.2); 
- площадь освещаемого помещения, м2; 
- коэффициент минимальной освещенности, равный отношению 
; 
- коэффициент запаса, принимаемый в соответствии с табл. 1.3; 
- число светильников в помещении; 
- коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от КПД и кривой распределения силы света светильника, коэффициента отражения потолка 
и стен 
, высоты подвеса светильников и размеров помещения.
Таблица 1.3
Значения коэффициента запаса
| Виды помещений | Примеры помещений | Коэффициент запаса k при искусственном освещении |
| 1 | 2 | 3 |
| 1 Производственные помещения с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне: | ||
| а) свыше 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти | Агломерационные фабрики, цементные заводы и обрубные отделения литейных цехов | 2,00 |
| б) от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти | Цехи кузнечные, литейные, мартеновские, сварочные, сборного железобетона | 1,80 |
| в) менее 1 мг/м3 пыли, дыма, копоти | Цехи инструментальные, сборочные, механические, механосборочные. Диспетчерские, пульты операторов | 1,50 |
| г) значительные концентрации паров, кислот, щелочей, обладающих большой коррозирующей способностью | Цехи химических заводов. Цехи гальванических покрытий и гальванопластики различных отраслей промышленности с применением электролиза | 1,80 |
| 2 Производственные помещения с особым режимом по чистоте воздуха при обслуживании светильников: | ||
| а) с технического этажа | - | 1,3 |
| б) снизу из помещения | - | 1,40 |
| 3 Общественные и жилые здания | Кабинеты и рабочие помещения общественных зданий, жилые комнаты, учебные помещения, лаборатории, читальные залы, залы совещаний и т.д. Конструкторские бюро | 1,40 |
Значения коэффициента использования светового потока определяют по табл. 1.4 в зависимости от коэффициентов отражения светового потока от потолка и стен и показателя помещения 
, определяемого из отношения
,
где 
и 
- два характерных размера помещения, м; 
- высота светильников над рабочей поверхностью, м.
Таблица 1.4
Коэффициент использования светового потока 
| Тип светильника |  ,
%
|  ,
%
| Индекс помещения 
| |||||||||
| 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,25 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | |||
| РСП 05 | ||||||||||||
| ГСП 17 | ||||||||||||
| ЖСП 01 | ||||||||||||
| ЛВО 10 /ЛПО 46 Rastr | ||||||||||||
| ПВЛМ |
Точечный метод применяют для расчета локализованного и комбинированного освещения, освещения наклонных и вертикальных плоскостей и для проверки расчета равномерного общего освещения, когда отраженным световым потоком можно пренебречь.
В основу точечного метода положено уравнение
, (1.2)
где 
- сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности, кд; 
- расстояние от светильника до расчетной точки, м; 
- угол между нормалью рабочей поверхности и направлением светового потока от источника.
Для практического использования вводим в формулу (1.2) коэффициент запаса 
и заменяем 
на 
, откуда
.
Световые и электрические параметры ламп приведены в табл.1.5.
Таблица 1.5
Световые и электрические параметры ламп
| Тип лампы | Световой поток, лм | Тип лампы | Световой поток, лм |
| ЛДЦ-20 | ДРЛ-50 | ||
| ЛД 20 | ДРЛ-80 | ||
| ЛБ 20 | ДРЛ-125 | ||
| ЛДЦ 40 | ДРЛ-250 | ||
| ЛД 30 | ДРЛ-400 | ||
| ЛБ 30 | ДРЛ-700 | ||
| ЛДЦ 40 | ДРИ 250-5 | ||
| ЛД 40 | ДРИ 400-5 | ||
| ЛБ 40 | ДРИ 700-5 | ||
| ЛДЦ 80 | ДНаТ 100 | ||
| ЛД 80 | ДНаТ 150 | ||
| ЛБ 80 | ДНаТ 250 | ||
| ДНаТ 400 |
Примеры расшифровки ламп:
ЛДЦ 20: Л – люминесцентная; Д – дневного цвета; Ц – с улучшенной цветопередачей; 20 – мощность, Вт;
ЛД 20: Л – люминесцентная; Д – дневного цвета; 20 – мощность, Вт;
ЛБ 20: Л – люминесцентная; Б – белого цвета; 20 – мощность, Вт;
ДРЛ 50: Д – дуговая; Р – ртутная; Л – люминесцентная; 50 – мощность, Вт;
ДРИ 250-5: Д – дуговая; Р - ртутная; И - с излучающими добавками; 250 - мощность лампы, Вт; 5 - 5-я модификация (имеет эллипсоидную колбу и может работать в любом положении);
ДНаТ 100: Д – дуговая; На - натриевая; Т – трубчатая; 100 – мощность, Вт
Данные о распределении силы света 
приводятся в светотехнических справочниках.
При необходимости расчета освещенности в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем полученные значения складывают. Метод удельной мощности является наиболее простым, но наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчетах. Этот метод позволяет определить мощность каждой лампы 
для создания в помещениях нормируемой освещенности по формуле
,
где 
- мощность лампы, Вт; р - удельная мощность, Вт/м2; 
- площадь помещения, м2; 
- число ламп в осветительной установке.
Значения удельной мощности приводят в соответствующих таблицах в зависимости от уровня освещенности, площади помещения, высоты подвеса и типа светильников.
Светильники
Условные обозначения светильников должны содержать обозначения:
- типа источника света;
- способа установки светильника;
- основного назначения светильника;
- номера серии светильника;
- числа и мощности ламп;
- номера модификации светильника;
- климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ 15150-69.
Условное обозначение светильника должно соответствовать ГОСТ 17677-82*.
Примеры условных обозначений светильников приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Условные обозначения светильников
| РСП 05 | Р | Ртутные лампы типа ДРЛ | |||
| С | Подвесные | |||||
| П | Для производственных помещений | |||||
| Номер серии | ||||||
| ГСП17 | Г | Ртутные лампы типа ДРИ | |||
| С | Подвесные | |||||
| П | Для производственных помещений | |||||
| Номер серии | ||||||
| ЖСП 01 | Ж | Натриевые лампы типа ДНаТ | |||
| С | Подвесные | |||||
| П | Для производственных помещений | |||||
| Номер серии | ||||||
| ЛВО 10 | Л | Прямые трубчатые люминесцентные лампы | |||
| В | Встраиваемый | |||||
| О | Для общественных зданий | |||||
| Номер серии | ||||||
| ЛПО 46 | Л | Прямые трубчатые люминесцентные лампы | ||||
| П | Потолочный | |||||
| О | Для общественных зданий | |||||
| Номер серии | ||||||
| ПВЛМ | ПВ | Пылевлагозащищенный | |||
| Л | Прямые трубчатые люминесцентные лампы | |||||
| М | Модернизированный | |||||
Экспериментальная часть
1) Получите у преподавателя вариант задания (данные приведены в табл. 1.8).
2) Ознакомьтесь с устройством люксметра и подготовьте его к работе.
3) Замерьте общее освещение и коэффициент пульсации на рабочей поверхности стола. Результаты замеров приведите в табл. 1.9.
4) Сделайте вывод о соответствии искусственного освещения характеру выполнения работы.
Таблица 1.8.
Варианты задания
| Исходные данные | Вариант задания | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Помещения | Конструкторские бюро | Операционный зал банка | Компьютерный зал | Аналитическая химическая лаборатория | Участок сборки радиоаппаратуры |
| Разряд и подразряд работы | А-1 | А-2 | А-2 | А-1 | II-г |
| Источники света (лампы) | Люминесцентные Лампы (ЛБ-20) | Люминесцентные лампы (ЛБ-40) | Люминесцентные лампы (ЛБ-40) | Люминесцентные лампы (ЛДЦ-80) | Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ-100) |
| Тип светильника | ЛВО | ЛПО | ПВЛМ | ПВЛМ | ЖСП 01 |
| Коэффициент отражения, % | |||||
| потолка п | |||||
| стен с | |||||
| Размеры помещения, м: | |||||
| длина А | |||||
| ширина В | 6,0 | 6,0 | 6,0 | ||
| высота Н | 3,5 | 3,5 | 3,0 | 3,5 | 6,5 |
Продолжение табл. 1.8
| Исходные данные | Вариант задания | ||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| Производственные помещения | Сборочный цех | Механический цех | Электроремонтный цех | Сварочный цех | Литейный цех |
| Разряд и подразряд работы | III-б | II-в | III-в | III-в | III-б |
| Источники света (лампы) | Металло-галогенные лампы (ДРИ-400) | Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ-250) | Металло- галогенные лампы (ДРИ-250) | Ртутные разрядные лампы высокого давления (ДРЛ-250) | Ртутные разрядные лампы высокого давления (ДРЛ-700) |
| Тип светильника | ГСП 17 | ЖСП 01 | ГСП 17 | РСП 05 | РСП 05 |
| Коэффициент отражения, % | |||||
| потолка п | |||||
| стен с | |||||
| Размеры помещения, м: | |||||
| длина А | |||||
| ширина В | |||||
| высота Н |
Таблица 1.9
Результаты замеров
| Разряд работы | фактическая | Нормируемая | ||
| Освещенность Е, лк | Коэффициент пульсации Кп, % | Освещенность Е, лк | Коэффициент пульсации Кп, % | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Примечания 1 Разряд работы (графа 1) выбирается по варианту задания (см. табл. 1.8). 2 Графы 2 - 3 заполняются по результатам замеров. 3 Графы 4 -5 принимаются по табл. 1.1 или 1.2. |
Расчетная часть
Наиболее распространенным в практике является расчет электрического освещения производственных помещений по методу коэффициента использования светового потока.
Расчет проводится по варианту задания для производственного помещения (например, для цеха машиностроительного завода) или помещений общественных и вспомогательных зданий. Необходимые исходные данные для расчета заданы в табл. 1.8.
Порядок расчета электрического освещения
с газоразрядными лампами
При расчете газоразрядных ламп световой поток ламп известен и конструктивно определено количество ламп в светильнике, поэтому определяется необходимое число светильников 
по формуле
,
где ЕН - нормируемая освещенность, лк; 
- коэффициент запаса; 
- площадь освещенного помещения, м2; z - коэффициент минимальной освещенности; 
- световой поток ламп, лм ; 
- число ламп в светильнике; 
- коэффициент использования светового потока.
Для этого:
1) Выбирается значение ЕН в соответствии с заданным разрядом и подразрядом работы для общего освещения.
2) Находится коэффициент запаса 
(см. табл. 1.3).
3) Определяется площадь помещения 
:
,
где А – длина помещения, м; В – ширина помещения, м.
4) Входящий в формулу коэффициент минимальной освещенности 
зависит от размеров и формы помещения, коэффициента отражения его поверхностей, характеристик светильника и в наибольшей степени от значения 
. В области оптимальных значений 
коэффициент минимальной освещенности принимается для ламп ДРЛ, ДРИ, ДНаТ - 1,15, для люминесцентных ламп ЛБ, ЛД, ЛДЦ - 1,1.
5) Определяется световой поток ламп 
(см. табл. 1.5).
6) Для светильников ГСП17, ЖСП01, РСП 05 n = 1, для светильников ПВЛМ n = 2, для светильников ЛВО и ЛПО n = 4.
7) Определяется расчетная высота 
подвески светильника по формуле
,
где 
- расчетная высота подвески светильника, м; 
- высота помещения, м; 
м - высота подвеса всех светильников от перекрытия, кроме светильников ЛВО, для которых 
м; 
м - высота рабочей поверхности над полом.
L – расстояние между рядами светильников;
l – расстояние между светильниками в ряду;
l1 – расстояние от крайнего ряда светильников до стены
(рекомендуется принимать равным ½ L);
lc - длина светильника (lc = 1,2 м для светильников ПВЛМ,
lc = 0,6 м для светильников типа ЛВО, ЛПО)
Рис. 1.1. Схема расположения люминесцентных
светильников типа ПВЛМ, ЛПО или ЛВО
8) Находится коэффициент использования светового потока 
, для этого:
а) определяется индекс помещения по формуле
;
б) по индексу помещения и коэффициентам отражения стен 
и потолка 
( 
и 
принимаются по варианту задания) устанавливается коэффициент использования светового потока (см. табл. 1.4).
9) Вычисляется необходимое число светильников 
.
После определения необходимого количества светильников производится размещение их в помещении (в плане).
Светильники типа ПВЛМ, ЛПО или ЛВО – в плане имеют форму прямоугольника (рис. 1.1); светильники типа РСП, ГСП, ЖСП – в плане имеют форму круга (рис. 1.2).
Светильники с люминесцентными лампами преимущественно размещаются рядами, желательно параллельно стене с окнами или длинной стене узкого помещения, так как направление света в этом случае приближается к направлению естественного света, уменьшается прямая и отраженная блескость, оказывается меньшей протяженность групповой сети (см. рис. 1.1).
Рис. 1.2. Схема расположения светильников
типа РСП, ГСП, ЖСП
Контрольные вопросы
1) Основные светотехнические величины и их единицы измерения.
2) Системы и виды искусственного освещения.
3) Количественные и качественные показатели освещения.
4) Электрические источники света.
5) Типы и характеристики светильников.
6) Нормирование искусственного освещения.
7) Методы расчета искусственного освещения.
8) Расчет искусственного освещения методом коэффициента использования светового потока.
Лабораторная работа 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Цель работы:
Ознакомиться с порядком нормирования и расчета естественного освещения, с приборами и методами определения качества естественного освещения на рабочих местах.
Теоретическая часть