Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Основы энергосбережения

Подождите немного. Документ загружается.

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

Для подобных расчетов используются весьма простые формулы:

освещенность изменяется обратно пропорционально квадрату расстоя-

ния от источника света до освещаемой точки (объекта, поверхности).

Схемы и формулы для расчета освещенности точечным методом [40]

приведены на рис. 12.22 и 12.23.

а б

Рис. 12.22. Геометрические соотношения и формулы для расчета

горизонтальной Е и вертикальной Е освещенности точечным методом:

г в

coscos

αα

==а – в точке Р , в точке Р' ;

/ hIЕ

)(

sincos

′

−

⋅

αα

; в точке Р' .

/ hIЕ

б – в точке Р

Покажем на примере, как можно практически применить точечный

метод расчета освещенности.

Задача. Промышленный светильник прямого света с концентриро-

ванным светораспределением (кривая силы света типа К), зеркальным от-

ражателем и лампой ДРЛ-250 Вт (например, типа РСП 05) подвешен на

359

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

высоте h = 6 м. Рассчитать горизонтальную освещенность Е в точке Р,

удаленной от проекции светильника по горизонтали на расстояние а = 5 м.

Рис. 12.23. Суммарная горизонтальная освещенность в точке от не-

скольких светильников, расположенных в линию:

ΣЕ = Е + Е

г(р) 1 2

+ Е

+ ⋅⋅⋅ + Е

Кривая силы света (КСС) светильника в полярных координатах и в

табличной форме приведена на рис. 12.24. В соответствии с рис. 12.22 для

наших условий (а = 5 м, h = 6 м) определяем угол α = агсtg a/h ≈ 40 °. Из

приведенной на рис. 12.24 КСС находим силу света светильника под углом

= 1000 лм она равна I′α = 40°: при условной лампе с Ф' = 250 кд. Одна-

л 40°

ко реальная лампа ДРЛ-250 Вт, установленная в светильнике, имеет свето-

вой поток Ф = 13000 лм. Следовательно, фактическая сила света светиль-

ника под углом α = 40° будет в 13 раз больше:

40°

= I

′

· (Ф /1000 лм) = 250·13 = 3250 кд.

40° л

Тогда горизонтальная освещенность на полу помещения в точке Р

будет равна

.4140cos

3250

cos

лк

≈⋅=

⋅

360

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

I, кд/1000 лм α, град

0 310

10 300

20 290

30 300

40 250

50 150

60 75

70 0

Рис. 12.24. КСС светильника прямого света с лампой ДРЛ 250 Вт

(Световой поток лампы Ф = 13000 лм; КПД светильника – 70 %)

Так же можно рассчитать Е при различных высотах подвеса све-

тильника h и на разных удалениях точки Р от проекции светильника а. Ре-

зультаты такого расчета проиллюстрированы на рис. 12.25.

Рис. 12.25. Горизонтальная освещенность, создаваемая светильником с

лампой ДРЛ мощностью 250 Вт (Ф = 13·10

лм) на различных расстояниях

а при разной высоте подвеса h

Приведем пример расчета общего внутреннего освещения фасадной

витрины магазина.

361

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

Задача. В витрине обувного магазина, имеющей площадь S = 18 м

(7,2 x 2,5 м) и высоту h = 2 м, необходимо создать на полу среднюю гори-

зонтальную освещенность Е = 1500 лк.

ср

Чтобы учесть снижение освещенности, вызываемое спадом светово-

го потока ламп и запылением светильников, следует увеличить первона-

чальную Е примерно на 25 %; таким образом, исходный уровень освещен-

ности составит Е = 1500·1,25 = 1875 лк. Освещение должно обеспечить

ср

высокое качество цветопередачи (Р

> 80) и минимальное потребление

электроэнергии. С учетом этих требований в качестве осветительного при-

бора выбран встраиваемый кругло-симметричный светильник с металлога-

логенной лампой 150 Вт белого цвета (световая отдача η

= 75 лм/Вт; Ф =

11250 лм; цветовая температура излучения Т = 4200 К; общий индекс цве-

топередачи R = 85; срок службы – 6000 ч). Осевая сила светильника: I

а o

7880 кд; угол рассеяния светового пучка, отнесенный к 50 %-ному сниже-

= 0,5·Iнию осевой силы света: 2α

0,5Io

= 60°; L

30° о

= 3940 кд.

В табл. 12.5 приведены рассчитанные с учетом этих данных уровни

минимальной Е , максимальной Е и

min max

средней Е

ср

освещенности, создаваемой

таким светильником в пятне диаметром D и

площадью А на горизонтальной

поверхности, удаленной от светильника на

расстояние h.

Диаметры световых пятен при

различных h, указанные в таблице, соответствуют 50 %-ному углу рассея-

ния 2α = 60° (именно в этой угловой зоне излучается большая часть свето-

вого потока); фактический размер светового пятна, естественно, больше,

но в краевой зоне освещенность резко снижена и в расчет не принята.

В нашем случае светильники встраиваются в потолок витрины (h = 2

м); из таблицы определяем, что при такой высоте расположения каждый

362

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

светильник создаст световое пятно площадью А = 4,2 м

, средняя освещен-

ность в котором составляет Е

ср

= 1141 лк.

Таблица 12.5

Результаты освещенности витрины

h, м D, м А, м Е Е Е, лк , лк , лк

min max ср

1,0 1,15 1,0 2564 7880 4565

1,5 1,73 2,3 1140 3501 2029

2,0 4,2 1141

2,30 641 1970

3,0 3,45 9,4 285 875 507

4,0 4,6 16,6 160 492 285

Для достижения такой Е

ср

на полу всей витрины необходимое число

светильников составит: N'= S/А = 18/4,2 = 4,3 шт. Но нам требуется обеспе-

чить Е = 1875 лк, следовательно, искомое число светильников

ср

N = N'(1875/1141) = 4,3·1,64 = 7 шт.

Зафиксируем показатели освещения, характеризующие его энергопо-

требление. Металлогалогенная лампа 150 Вт вместе с электромагнитным

ПРА потребляет около 170 Вт. Тогда суммарная мощность осветительной

установки витрины

Р = 170 · 7= 1190 Вт.

Удельная мощность:

− на единицу освещаемой площади – р

= Р/S = 1190/18 = 66 Вт/м

− на единицу средней освещенности – р

= Р/Е

ср

= 1190/1875 = 0,63 Вт/лк.

12.8. Нормы освещения (основные положения СНиП 23-05-95)

С 1 января 1996 г. введены в действие строительные нормы и прави-

ла Российской Федерации «СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное

освещение». Настоящий нормативный документ является обязательным

при проектировании внутреннего освещения вновь строящихся и реконст-

363

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

руируемых зданий и сооружений различного назначения, рабочих зон вне

зданий, открытых площадок промышленных и сельскохозяйственных

предприятий, наружного освещения городов и других населенных пунктов.

Данные нормы не распространяются на проектирование освети-

тельных установок подземных выработок, аэродромов, морских и речных

портов, железнодорожных станций и их путей, спортивных и лечебно-

профилактических зданий, сельскохозяйственных складов, помещений для

размещения растений, животных и птиц, а также на проектирование спе-

циальных видов технологического и охранного освещения.

На базе настоящих норм разрабатываются и согласовываются в ус-

тановленном порядке отраслевые нормативы освещения.

Ниже излагаются в сокращенной форме наиболее важные положения

СНиП 23-05-95, касающиеся только искусственного, преимущественно

внутреннего освещения.

Нормы регламентируют наименьшую освещенность Е

на рабочей

поверхности в помещении при применении разрядных ламп (ЛЛ, КЛЛ,

ДРЛ, МГД НЛВД), для наружного освещения – при любых источниках

света.

Принята следующая шкала ступеней нормируемых уровней Е

, лк:

0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400;

500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 5000.

Уровень Е

нормируется в зависимости от размеров объекта разли-

чения (наименьшего для данной зрительной задачи), контраста объекта с

фоном, на котором он различается, и характеристики этого фона:

− фон считается светлым, если коэффициент отражения поверхно-

сти р > 0,4;

− средний фон соответствует р = 0,2 – 0,4;

− темный фон – р < 0,2.

Контраст объекта различения с фоном: К = (L

– L )/L

Ф Ф

, где L

– яр-

кость объекта, кд/м , L – яркость фона, кд/м

364

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

Если К > 0,5, то контраст считается большим (резкое отличие между

и L ); средний контраст характеризуется К = 0,2 – 0,5 (L и L

Ф Ф o

заметно

различаются); малым считается контраст, когда К < 0,2.

Необходимый уровень Е

тем выше, чем меньше размер различаемо-

го объекта (детали), чем темнее фон и чем меньше контраст яркости объ-

екта с фоном. В соответствии с этим значения Е

установлены в зависимо-

сти от трудности зрительной задачи (разряда зрительной работы), табл.

12.6.

Таблица 12.6

Характеристика разрядов зрительной работы

Разряд зри- Наименьший (или эквива-

тельной ра- Характеристика зрительной работы лентный) размер объекта

боты различения, мм

I Наивысшей точности < 0,15

II Очень высокой точности от 0,1 5 до 0,30

III Высокой точности от 0,30 до 0,50

IV Средней точности от 0,5 до 1,0

V Малой точности > 1 до 5

VI Очень малой точности > 5

Работа со светящимися материалами и из-

VII > 0,5

делиями в «горячих» цехах

Общее наблюдение за ходом производ-

ственного процесса (периодическое,

VIII постоянное) при периодическом –

(или постоянном) пребывании людей

в помещении

Наименьшие размеры объектов различения и соответствующие раз-

ряды сложности зрительной работы, указанные в табл. 12.6, устанавлива-

ются при удалении объекта от работающего не более чем на 0,5 м при

среднем контрасте и светлом фоне. Для первых пяти разрядов работ – от

наивысшей до малой точности – может быть использована как система

комбинированного освещения (общее + местное), так и система одного

общего освещения.

Для VI – VIII разрядов применяется только общее освещение. При

365

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

системе комбинированного освещения требуемые уровни Е

выше, чем

при системе одного общего освещения, и основная доля суммарной нор-

мируемой освещенности (Е

= Е + Е

м o

) приходится на местное освещение.

Соотношение освещенности от местного освещения и от общего Е /Е

м o

мо-

жет составлять от 10

1 до 2

1 в зависимости от разряда зрительной работы.

В целях снижения переадаптации зрения (из-за неравномерности ос-

вещения в поле зрения) нормы регламентируют долю общего освещения в

системе комбинированного. Освещенность на рабочей поверхности от све-

тильников общего освещения Е должна составлять не менее 10 % от сум-

марной Е для комбинированного освещения, но должна быть не менее 200

лк при разрядных лампах и не менее 75 лк – при ЛН.

Максимальный нормируемый уровень освещенности для работ наи-

высшей точности (I разряд) при малом контрасте и темном фоне составля-

ет для комбинированной системы освещения Е

= 5000 лк. Минимальная

при общем освещении для грубых работ и работ малой точности уста-

новлена на уровне 200 лк.

Переход от регламентированной разрядами работы к более высоким

или более низким значениям Е

осуществляется с учетом приведенной

выше ступенчатой шкалы освещенности.

Нормы СНиП 23-05-95 ориентированы на применение разрядных ис-

точников света (ЛЛ, ДРЛ, НЛВД и др.), но в них предусмотрена возмож-

ность использования и ЛН. При этом уровне Е

следует снижать по шкале

освещенности:

− на одну ступень при комбинированном освещении, если Е

> 750 лк;

− на одну ступень при системе общего освещения для разрядов ра-

бот I – V, VII;

− на две ступени при общем освещении для разрядов VI и VIII.

Базовые уровни нормируемых освещенностей Е

для всех восьми

разрядов зрительных работ при внутреннем искусственном освещении

приведены в табл. 12.7.

366

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

367

Таблица 12.7

Базовые уровни нормируемой освещенности

Нормируемая освещенность Е

, для искусст-

венного освещения, лк

При системе комбинированного

освещения

Разряд и ха-

рактеристи-

ка зритель-

ной работы

Под-

разряд

зри-

тель-

ной

работы

Контраст

объекта

различения

с фоном

Фон

Всего (от обще-

го и местного,

= Е

+ Е

)

В том числе от

общего

(Е

= Е

– Е

)

При систе-

ме одного

общего ос-

вещения

(Е

= Е

)

1 2 3 4 5 6 7

а малый темный

5000

4500

500

–

малый

средний

темный

4000

3500

400

1250

1000

малый

средний

большой

светлый

средний

темный

2500

2000

300

200

750

600

Наивысшей

точности

средний

большой

светлый

средний

1500

1250

200

400

300

а малый темный 4000

3500

400

б малый

средний

темный

3000

2500

300

750

600

в малый

большой

светлый

темный

2000

1500

200

500

400

Очень высо-

кой точно-

сти

г средний

большой

светлый

средний

1000

750

200

300

200

а малый темный

2000

1500

200

500

400

малый

средний

темный

1000

750

200

300

200

малый

большой

светлый

темный

750

600

200

300

200

III

Высокой

точности

г средний светлый 400 200 200

а малый темный 750 200 300

б малый средний 500 200 200

в средний средний 400 200 200

Средней

точности

г большой светлый – – 200

а малый темный 400 200 300

б малый средний – – 200

в малый светлый

–

– 200

Малой

точности

г средний светлый – – 200

Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

Окончание табл. 12.7

1 2 3 4 5 6 7

Очень малой

точности Независимо от контраста объ-

– – 200

(грубая зри- екта с фоном и светлоты фона

тельная ра-

бота)

VII

Работа в

«горячих»

цехах со све-

тящимися

материалами

То же – – 200

и изделиями

VIII

Общее на-

блюдение за

производст-

венным

процессом:

- постоянное

- периодиче-

ское при по-

стоянном

пребывании

людей в по-

мещении

- периодиче-

ское при не-

постоянном

пребывании

людей

То же

–

– 200

– 75

– 50

В табл. 12.8 выборочно приведены нормируемые уровни освещенно-

сти, регламентируемые СНиП 23-05-95 для помещений административных

зданий, финансово-кредитных учреждений, учебных заведений, детских

учреждений, зрелищных зданий, магазинов, гостиниц и вспомогательных

помещений этих общественных зданий.

Кроме основной характеристики – освещенности на рабочих поверх-

ностях, СНиП нормируют еще и качественные показатели освещения, ха-

рактеризующие ограничение слепящего действия и пульсации освещенно-

сти. Величины этих показателей в табл. 12.8 не приводятся, но должны

368