Какие данные являются исходными для светотехнических расчетов

СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Исходными данными для светотехнических расчётов являются: нормируемое значение минимальной или средней освещённости; тип источника света и светильника, высота установки светильника; геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства; коэффициенты отражения потолка, стен и расчётной поверхности помещения.

Освещённость любой точки имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отражённую, которая образуется отражённым от потолка и стен световым потоком.

Метод коэффициента использования светового потока. Позволяет производить расчёт осветительной установки с учётом прямой и отражённой составляющих освещённости. Под коэффициентом использования светового потока U_oy понимается отношение светового потока, падающего на освещаемую поверхность, к полному световому потоку, всех ламп светильников. Коэффициент использования U_oy зависит от типа светораспределению светильника, высоты подвеса светильника над освещаемой поверхностью, геометрических характеристик освещаемого помещения, а также коэффициентов отражения потолка, стен и пола помещения.

Зависимость U_ov от геометрических характеристик определяется индексом помещения:

где а — длина, м; b — ширина, м; h — высота от светильника до рабочей поверхности, м.

С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования повышается также с увеличением коэффициентов отражения потолка стен и расчётной поверхности их можно определить по нижеприведённым характеристикам материалов:

бумага белая ватманская — 82-76%;

бумага белая писчая — 82-76%,

ткань белая крепдешин, батист — 65%;

ткань белая шёлк — 65-58%;

штукатурка без побелки новая — 42%;

штукатурка без побелки хорошо сохранившаяся — 30-20%;

штукатурка без побелки запущенная (в помещениях с темной пылью) — 20-15%,

силикатный кирпич и бетон новые — 32%;

силикатный кирпич и бетон хорошо сохранившиеся — 25-20%;

силикатный кирпич и бетон запущенные (в помещениях с темной пылью) — 10-8%;

красный кирпич — 10-8%,

дерево сосна светлая — 50%;

дерево фанера — 38%;

дерево дуб светлый — 33%,

дерево орех — 18%;

белый мрамор — 80%;

белая фаянсовая плитка — 70%,

обои белые, кремовые, светло-жёлтые — 85-65%;

обои светло-серые, песочно-жёлтые, розовые, бледно-голубые — 65-45%;

обои тёмные — 25%;

чёрное сукно — 2%,

чёрный бархат — 0,5%;

опаловое стекло (толщина 2-3 мм) — 30%;

оконное стекло (толщина 1-2 мм) — 8%;

матовое стекло (толщина 1-2 мм) — 10%,

белая клеевая краска — 80-70%;

алюминиевая краска — 60-50%;

чистые цинковые белила — 76%;

белое эмалированное железо — 80-60%;

грязные цинковые листы — 20-8%;

алюминий обработанный — 45%;

алюминий необработанный — 28%;

известь и светлая охра — 66%

Количество светильников N, необходимых для создания в освещаемом помещении заданного уровня освещённости Е, определяется по выражению;

где s — площадь помещения, м 2 ; z — отношение средней освещённости к минимальной, характеризует неравномерность освещения и составляет 1,15 для ламп накаливания и ламп ДРЛ, ДРИ и 1,1 — для люминесцентных ламп; К₃ — коэффициент запаса, учитывающий снижение со временем светового потока ламп; принимается равным 1,2 для ламп накаливания и 1,4 для газоразрядных ламп; п — число ламп в светильнике, шт.; Ф — световой поток лампы в светильнике, лм; U_oy— коэффициент использования светового потока.

Коэффициент U_oy рассчитывается по формуле:

Где — КПД светильника, — коэффициент использования потока светильника, излучаемого в нижнюю полусферу, определяется по табл. 4.1; — коэффициент использования потока светильника, излучаемого в верхнюю полусферу, определяется по табл. 4.2; поток светильника при принятии КПД светильника равным 1, излучаемый в нижнюю полусферу; — поток светильника при принятии КПД светильника равным 1, излучаемый в верхнюю полусферу; Ф_л — поток всех ламп в светильнике.

Пример. Определить количество светильников, необходимых для искусственного освещения аудитории вуза. Размеры аудитории: длина 18 м, ширина 12 м, высота 3,5 м. Для установки используются светильники прямого света, КСС типа Д, с люминесцентными лампами типа ЛПО 02-2×40. КПД светильника 0.8. Коэффициенты отражения потолка, стен и расчётной поверхности столов принимаются соответственно 70, 50, 10 %. Нормируемая минимальная освещённость аудитории — 400 лк (см. табл. 1.3). Световой поток люминесцентной лампы ЛБ-40 равен 3000 лм (табл. 2.1).

Находим индекс помещения i_n =12_*18/(3,5(12+18)) =2,05. По формуле 5.2 определим коэффициент использования светового потока.

Поскольку светильник прямого света, то потоком, падающим в верхнюю полусферу, можно пренебречь и считать, что весь поток светильника идёт в нижнюю полусферу, следовательно, = Ф_л =75 по табл. 4.1 для i_n=2

Таблица 4.1 Коэффициент использования светового потока светильников с типовыми кривыми силы света, излучаемого в нижнюю полусферу

Типовая КСС	Равномерная М	Косинусная Д	Глубока» Г
,%
,%
,%
Значение i_n	Коэффициент использования %
0.5
0.6
0,7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.25
1.5
1.75
2.0
2.25
2.5	S7
3.0
3,5
4.0
5.0

Подставив в выражение 4.1 числовые значения (вместо 60% подставляем 0,6), получим:

N = 400_*216_*1,1_* 1,4/(2_*3000_* 0,6) = 37. Следовательно, для создания требуемой освещённости в аудитории необходимо установить 37 светильников.

Таблица 4.2 Коэффициент использования светового потока светильников (любого типа), излучаемого в верхнюю полусферу.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЁТА.

Рассчитать необходимое количество светильников, необходимых для искусственного освещения заданного помещения. Для установки используются светильники прямого света, КСС типа Д, с люминесцентными лампами типа ЛПО 02-n x M.

6. Расчет искусственного освещения

При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:

 выбрать систему освещения и тип источника света,

 установить тип светильников,

 произвести размещение светильников,

 уточнить количество светильников.

При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.

Исходными данными для светотехнических расчетов являются:

нормируемое значение минимальной или средней освещенности,

тип источника света и светильника,

высота установки светильника,

геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,

коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.

Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока.

Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается общее локализованное освещение, а также общее равномерное освещение при наличии существенных затенений.

Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.

Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока.

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.

Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.

Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света

_(4.1)

где Ф_р – световой поток, падающий на расчетную плоскость; Ф_л – световой поток источника света; n – число источников света.

Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой – соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.

Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:

_(4.2)

где Е – заданная минимальная освещенность, лк; К_з – коэффициент запаса; S – освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м 2 ; z – отношение Е_ср/Е_мин; N – число светильников; U_оу – коэффициент использования в долях единицы.

По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф₁ может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как

(4.3)

где Ф₁ – поток ламп в каждом светильнике.

Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, причем возможны следующие случаи:

 суммарная длина светильников превышает длину помещения: необходимо или применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше), или увеличить число рядов;

 суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается устройством непрерывного ряда светильников;

 суммарная длина светильников меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами l между светильниками. Рекомендуется, чтобы l не превышало примерно 0,5 расчетной высоты (кроме случая использования многоламповых светильников в помещениях общественных и административных зданий).

Входящий в (4.2) коэффициент z, характеризующий неравномерность 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 L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ и 1,1 для люминесцентных ламп при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.

Для определения коэффициента использования U_оу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка — r_п, стен — r_с, расчетной поверхности или пола — r_р (табл. 4.3).

Индекс помещения i находится по формуле:

_(4.4)

где А – длина помещения, В – его ширина, h – расчетная высота.

Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.

Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы, такие как, например, табл.4.4.

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, которые можно ориентировочно определить по приведенным в табл.4.3 характеристикам материалов.

При расчетах ОУ со стандартными светильниками U_оу определяется из справочных таблиц с учетом коэффициентов отражения стен, потолка, пола и индекса помещения. Значения коэффициентов использования для светильников с типовыми кривыми силы света (КСС) приводятся в табл. 4.5.

Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потокаследующий:

 определяется расчетная высота помещения h_р, тип и число светильников в помещении;

 по таблицам находят коэффициент запаса К_з и поправочный коэффициент z;

 для зрительной работы, характерной для заданного помещения, по табл. 4.1. определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости Е;

 для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения по табл. 4.4 определяют индекс помещения i;

 по справочным таблицам, например по табл. 4.5, в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования U_оу;

 по формуле (4.2) рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;

 по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

Иногда решается обратная задача – по известному световому потоку Ф лампы (ламп) в светильнике определяется необходимое число ламп или светильников N для получения нормированной освещенности Е.

В тех случаях, когда в в таблицах отсутствуют данные о коэффициентах использования светильников, например новых модификаций, эти коэффициенты могут быть приближенно определены следующим путем:

 по форме кривой силы света в нижней полусфере определяется ее тип;

 по каталожным данным светильника определяются (в процентах потока лампы) потоки нижней Ф_¯ и верхней Ф полусфер;

 первый умножается на коэффициент использования, определенный по табл. 4.6, второй по табл. 4.7;

 сумма произведений дает общий полезный поток, делением которого на поток лампы находится коэффициент использования.

Порядок расчета искусственного освещения

Исходными данными для светотехнических расчетов являются: — нормируемое значение минимальной или средней освещенности, —тип источника света и светильника, — высота установки светильника, — геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства, — коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.

Для расчета искусственного освещения используют в основном три метода.

1. Метод с коэффициентом использования светового потока.

Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.

При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф₁ может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как

где Ф₁ – поток ламп в каждом светильнике.

Индекс помещения i находится по формуле:

где А – длина помещения, В – его ширина, h – расчетная высота.

Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h. Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы. 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, которые можно ориентировочно определить по приведенным в спец табл характеристикам материалов.

2. Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается общее локализованное освещение, а также общее равномерное освещение при наличии существенных затенений. освещение наклонных и вертикальных плоскостей. В основу точечного метода положено уравнение: , где I_a — сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности,кд; r— расстояние от светильника до расчетной точки, м; a —угол падения световых лучей, то есть угол между лучом и перпендикуляром к освещаемой поверхности.

Данные о распределении силы света /_а приводятся в светотехнических справочниках.

При необходимости расчета освещенности в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем полученные значения складывают.

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

где р— удельная мощность, Вт/м 2 ; S — площадь помещения, м 2 ; п — число ламп в осветительной установке. Метод удельной мощности 1 является наиболее простым, но и 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:

Расчет освещения.

Предлагаем вам разобраться как правильно осуществить расчет освещения в зависимости от типа и размера помещения.

Степень освещения поверхности принято выражать в Люксах (Лк), а величину светового потока исходящего от определенного источника света измеряют в Люменах (Лм). Мы будем производить расчет уровня освещенности в два этапа:

первый этап — определения необходимой для помещения совокупной величины светового потока;
второй этап – исходя из полученных данных первого этапа — расчет нужного количества светодиодных ламп с учетом их мощности.

Этап №1 расчета.

Для простого расчета необходимого числа ламп воспользуйтесь Калькулятором расчета количества ламп.

Формулой = X * Y * Z рассчитывается показатель необходимой величины светового потока (Люмен) при этом:

X – установленная норма освещенности объекта в зависимости от типа помещения. Нормы приведены в Таблице №1,
Y – соответствует площади помещения в квадратных метрах,
Z — коэффициент поправки значений в зависимости от высоты потолков в помещении. При высоте потолков от 2,5 до 2,7 метра коэффициент равен единице, от 2,7 до 3 метра коэффициент соответствует 1,2; от 3 до 3,5 метров коэффициент составляет 1,5; 3,5 до 4,5 метров коэффициент равен 2.

Таблица №1 "Нормативы освещенности офисных и жилых объектов по СНиП"

Расчет освещения

Этап №2 расчета.

Получив необходимые данные о величине светового потока, мы можем вычислить необходимое количество светодиодных ламп и их мощность. В таблице №2 указаны значения мощности светодиодных ламп и соответствующие им показатели по световому потоку. Итак, делим полученное на этапе №1 значение светового потока на величину светового потока в люменах по подобранной лампе. В результате имеем нужное количество светодиодных ламп определенной мощности для помещения.

Таблица №2 "Значения светового потока светодиодных ламп разной мощности"

Расчет освещения

Пример расчета освещения.

Для примера предлагаем рассчитать количество и мощность светодиодных ламп для жилой комнаты в многоквартирном доме, размером 20 квадратных метров при высоте потолков 2,6 метра.

150 (X) * 20 (Y) * 1 (Z) = 3000 Люмен.

Теперь согласно таблице №2 подбираем лампу, которая подойдет в установленные осветительные приборы, и которыми мы хотим осветить нашу комнату. Предположим, мы берем все лампы в 10 Ватт, имеющие световой поток в 800 Люмен, то для освещения нашей комнаты такими светодиодными лампами нам потребуется не менее 3000/800=3,75 лампочек. В результате математического округления получаем 4 лампочки по 10 Ватт.

Важно помнить, что желательно в помещении добиться равномерного распределения света. Для этого лучше располагать несколькими источниками света. В случае если вы планируете создавать художественное освещение с несколькими светильниками, монтируемыми в потолок, мы советуем использовать 8 светодиодных лампочек по 5 Ватт каждая и равномерно распределить их по потолку.

Обратите внимание то за основу производимых расчетов мы взяли нормы СНиП принятые в нашей стране. Поскольку нормы эти разработаны и приняты были давно, многие наши клиенты говорят, что уровень освещения согласно этих норм для них мал и света явно недостаточно. Поэтому мы рекомендуем увеличивать эти нормы в 1,5-2 раза при этом устанавливая несколько выключателей, разделяя их по зонам помещения и по количеству светильников. Это позволит включить часть светильников и получить мягкое, не очень яркое освещение, а в случае необходимости, включить полное яркое освещение.