| РОЗРАХУНОК ШТУЧНОГО ОСВІТЛЕННЯ
Штучне освітлення приміщень буває загальним і комбінованим. Загальне освітлення може бути з рівномірним розподілом світлового потоку без урахування розташування обладнання і локалізованим з урахуванням розміщення робочих місць.
Комбіноване
– це поєднання загального і місцевого освітлення. Система загального освітлення дає рівномірне світло у всьому приміщенні. За комбінованого освітлення на частку загального освітлення припадає 10 %, але не менше 100 лк при люмінесцентних лампах і 30 лк при лампах розжарювання, а найбільше світла дають лампи місцевого освітлення.
Штучне
освітлення буває робоче, аварійне, охоронне, евакуаційне та чергове. Влаштування робочого освітлення обов’язкове в усіх приміщеннях і на освітлюваних територіях, вулицях для забезпечення нормальної роботи, проходу людей і руху транспортних засобів під час відсутності або нестачі природного освітлення.
Світловий потік відображає кількість лучистої енергії, яка проходить через деяку площу та вимірюється в люменах.
Відношення світлового потоку F до освітленої площі S характеризує освітленість E даної площі:
 .
Освітленість вимірюється в люксах.
У виробничих умовах необхідно передбачати таке штучне освітлення, котре мало б створити безпечні умови праці. За неправильного освітлення нещасний випадок найбільш вирогідний.
Електричне освітлення розраховують за нормами штучного освітлення. У табл. 2.1 наведено норми найменшої освітленості для різних робіт.
У виробничих приміщеннях при виконанні робіт І, ІІ, ІІІ розрядів освітлення роблять загальне та місцеве. Застосування одного місцевого освітлення недопустимо. Місцеве освітлення працює від напруги 36 та 12 В.
На практиці для розрахунків використовують метод коефіцієнта використання світлового потоку, крапковий метод, а в деяких найпростіших випадках користуються методом питомої потужності.
Приступаючи до розрахунку, потрібно мати такі параметри освітлювальної установки: нормування освітленості, види та системи освітлення, джерело світла, тип світильників та їх розміщення.
Найбільш розповсюдженим і простим є метод світлового потоку. Метод коефіцієнта використання світлового потоку доцільно застосовувати у разі розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь з урахуванням відбиваних від стін і стелі світлових потоків. І цей метод не можна застосовувати для розрахунків локалізованого освітлення, освітлення похилих поверхонь, місцевого освітлення.
За методом коефіцієнта використання світлового потоку можна:
– визначити потужність ламп, якщо задана їх кількість;
– визначити кількість ламп, якщо завчасно відома їх потужність.
Послідовність розрахунку:
1. Перевіряють допустимість застосування методу.
2. Вибирають тип джерела світла і тип світильників, визначають їх розміщення і кількість.
3. Визначають рівень нормованої освітленості.
4. Обчислюють коефіцієнт відбиття стелі і стін.
5. Знаходять індекс приміщення.
6. Розраховують за довідковою таблицею коефіцієнт використання світлового потоку.
7. Визначають коефіцієнт запасу і мінімальної освітленості.
8. Розраховують потрібний світловий потік джерел світла у світильнику.
9. Підбирають за таблицею ламп вибраного типу ближню за світловим потоком.
Якщо ближні стандартні лампи мають світловий потік, що відрізняється більш ніж – 10 + 20 %, то вибирають лампу з більшим, підставляють це значення в розрахунковий вираз і визначають відносно кількості світильників.
10. Обчислюють сумарну потужність світильників
освітлювальної установки.
Розраховують світловий потік, котрий повинна випромінювати кожна лампочка (при заданій кількості ламп) за формулою
 ,
де Fл
– світловий потік, лм;
Е – освітленість за нормою, лк;
S – площа підлоги в приміщенні, м2
;
k – коефіцієнт запасу;
Z – коефіцієнт нерівномірності освітленості;
 – коефіцієнт використання світлового потоку;
n – кількість встановлених ламп.
Коефіцієнт запасу k враховує зниження освітленості внаслідок можливого забруднення ламп або світильників у процесі їх експлуатації (табл. 1).
Коефіцієнт використання світлового потоку  показує, яка частина світлового потоку світильника припадає на робоче місце. Він є складною функцією світлорозподілення лампи і властивостей приміщення.
Коефіцієнт враховує поглинання світла арматурою світильників, стелі та стінами.
Таблиця 1. Коефіцієнт запасу
| Характеристика об’єкта
|
Коефіцієнт запасу k
|
Строки чистки світильників (не рідше)
|
| люмінесцентні лампи
|
лампи розжарювання
|
| Приміщення з великим виділенням пилу, диму та коптю
|
2
|
1,7
|
4 рази на місяць
|
| Приміщення зі середнім виділенням пилу, диму та коптю
|
1,8
|
1,5
|
3 рази на місяць
|
| Приміщення з малим виділенням пилу, диму
та коптю
|
1,5
|
1,3
|
2 рази на місяць
|
| Відкриті простори
|
1,5
|
1,3
|
3 рази на місяць
|
Він залежить від типу світильника, від розмірів та форми приміщення, від кольору стін стелі, а також від висоти підвішування світильника над робочою площиною.
Таблиця 2. Зміна коефіцієнта використання світлового потоку залежно від різних показників
| Тип світильника
|
Коефіцієнт відбиття, %
|
Значення при показнику приміщення,
який дорівнює
|
| стелі
|
стін
|
0,5
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
1,5
|
2
|
3
|
4
|
5
|
| «Універсаль» без затемнення
|
0,3
0,5
0,7
|
0,1
0,3
0,5
|
0,21
0,24
0,28
|
0,27
0,3
0,34
|
0,35
0,38
0,41
|
0,40
0,42
0,45
|
0,46
0,48
0,51
|
0,5
0,52
0,55
|
0,55
0,57
0,6
|
0,57
0,59
0,62
|
0,58
-
-
|
| «Універ-саль» з матовим затемненням
|
0,3
0,5
0,7
|
0,1
0,3
0,5
|
0,14
0,17
0,21
|
0,19
0,22
0,26
|
0,26
0,28
0,32
|
0,3
0,32
0,35
|
0,35
0,36
0,4
|
0,39
0,40
0,43
|
0,43
0,43
0,47
|
0,45
0,47
0,49
|
0,46
0,48
0,51
|
| «Люнет-та»
|
0,3
0,5
0,7
|
0,1
0,3
0,5
|
0,14
0,16
0,22
|
0,19
0,21
0,27
|
0,25
0,26
0,33
|
0,29
0,31
0,37
|
0,34
0,37
0,44
|
0,38
0,410,48
|
0,44
0,47
0,54
|
0,46
0,50
0,59
|
0,48
0,52
0,61
|
| Лампа без відбивача
|
0,3
0,5
0,7
|
0,1
0,3
0,5
|
0,1
0,13
0,21
|
0,14
0,18
0,26
|
0,19
0,24
0,32
|
0,22
0,28
0,37
|
0,28
0,36
0,45
|
0,32
0,40
0,51
|
0,38
0,46
0,59
|
0,42
0,51
0,64
|
0,45
0,54
0,67
|
Щоб знайти коефіцієнт  , необхідно передчасно знайти показник приміщення  . Для прямокутних приміщень його визначають за формулою
 ,
де а та b – ширина та довжина приміщення;
Нс
– висота підвішування світильника, м.
Коефіцієнт використання світлового потоку визначаємо із табл. (2) за індексом приміщення , який знаходимо за формулою.
Коефіцієнт нерівності освітленості Z визначають як
 ,
де  – середня освітленість поверхні, лк;
 – мінімальна освітленість, лк.
Для добре спроектованого приміщення коефіцієнт Z можна брати рівним: 1,15 – для ламп розжарювання; 1,1 – для люмінесцентних ламп.
Коефіцієнт нерівномірності освітлення Z залежить від типа світильника, від відстані між світильником  та висоти їх підвішування Нс
. Значення коефіцієнта нерівномірності освітленості наведено в табл. 2
Розрахунок штучного освітлення необхідно починати з визначення висоти підвісу світильника та їх кількості.
Висоту підвісу знаходять за формулою:
 ,
де Н – висота приміщення, м;
hр
– висота від підлоги до освітлювальної поверхні, м;
hп
– висота від стелі до світильника, м.
Таблиця 3. Значення коефіцієнта нерівномірності освітленості
Z
| Тип світильника
|
Коефіцієнт Z при  : Нс
|
| 0,8
|
1,0
|
1,2
|
1,4
|
1,5
|
1,75
|
2
|
| «Універсаль» з матовим затемненням
|
0,650
|
0,770
|
0,938
|
0,975
|
0,915
|
0,912
|
0,845
|
| «Універсаль» без затемнення
|
0,630
|
0,740
|
0,896
|
0,950
|
0,977
|
0,865
|
0,828
|
| «Люцетта»
|
0,545
|
0,660
|
0,785
|
0,915
|
0,867
|
0,734
|
0,595
|
| Глибоковипромінювач емальований
|
0,657
|
0,775
|
0,907
|
0,983
|
0,990
|
0,907
|
0,830
|
У разі застосування ламп з колбою з матованого скла висота підвішування може бути знижена на 0,5 м.
При симетричному розташуванні світильників (по вершинах квадрата) їх кількість:
 ,
де S - площа приміщення, м2
;
 - відстань між світильниками, м.
Крапковий метод розрахунку освітлення адміністративних споруд і приміщень використовується значно рідше, ніж визначення освітлення за допомогою коефіцієнта використання світлового потоку і його спрощених способів. Цей метод використовується для розрахунку локалізованого освітлення і при перевірочних розрахунках освітлення в конкретних місцях освітлювальної поверхні. Крапковий метод дозволяє точно враховувати освітленість, яка створюється світловим потоком, відбитим від стін і стелі.
Таблиця 4. Дані для світильників загального освітлення
з люмінесцентними лампами
| Характеристика світильника
|
Захисний кут світильника в поперечному
та повздовжньому майданчиках
|
Найменша висота підвішування, м
|
| 4 і менше ламп у світильнику або світній смузі
|
4 і більше ламп у світильнику або світній смузі
|
| Світильники прямого світла з дифузними відбивачами
|
15-25о
25-40о
більш 40о
|
4
3
не обмеж.
|
4,5
3,5
не обмеж.
|
| Світильники розсіяного світла з коефіцієнт-том пропуску розсіювачів:
менше 55 %
55 - 80 %
|
–
–
|
2,6
3,5
|
3,2
4
|
Крапкові джерела. Пряма складова освітлення:
де  = 1,05-1,1 – коефіцієнт, який враховує додаткове
освітлення в заданому місці від
віддалених світильників, не врахованих
при визначенні  ;
е – умовне освітлення, створене на поверхні в певному
місці від світильника з лампою 1000 лм; лк;
К – коефіцієнт запасу.
Таблиця 5. Дані для світильників загального освітлення з лампами розжарювання
| Характеристика світильника
|
Найменша висота підвішування, м
|
| при лампах 200 В і менше
|
при лампах 200 В і більше
|
| Світильники з дифузними відбивачами і захисним кутом від 10 до 30о
(без розсіювача)
|
3
|
| Те ж, із захисним кутом понад 30о
|
не обмеж.
|
не обмеж.
|
| Світильники з дифузними відбивачами, забезпечені розсіювачами, а також світильники без відбивачів із розсіювачами:
а) з коефіцієнтом пропуску до 80 % у зоні 0-90о
, з коефіцієнтом пропуску до 55 % у зоні 60-90о
б) з коефіцієнтом пропуску до 55 % у зоні 0-90о
|
3
2,5
|
4
3
|
| Світильники з дзеркальними відбивачами:
а) глибокого випромінювання
б) широкого випромінювання
|
2,5
4
|
3
6
|
| Відкриті лампи з колбою з матованого скла
|
4
|
6
|
Значення е, як правило, береться з графіка просторових ізолюксів умовного горизонтального освітлення світильників (рис. 2.1). За відсутності ізолюксів для даного світильника розрахунок проводиться за просторовими ізолюксами умовного горизонтального освітлення зі силою світла світильника 100 кд. При цьому
де  – сила світла світильника, кД.
Рис. 1. Світлові лінії
Пряма складова освітлення:
де Ф' – питомий світловий потік, лм/м;
 – відносне освітлення, тобто освітлення при 1000 лм/м
і h = 1 м
Значення береться, як правило, з графіка лінійних ізолюксів (рис. 2.1). За відсутності для даного світильника лінійного ізолюкса (але за відомого світлорозподілення світильника) визначення умовного горизонтального освітлення для сили світла 100 кД, а потім із залежності  і  знаходять  .
За формулами) визначається пряма складова освітленості, на основі якої можна знайти повне освітлення:
 ,
де  - коефіцієнт, який враховує вплив відбитого
світла;
 – коефіцієнт використання світлового потоку для
заданих  ;
 – коефіцієнт використання світлового потоку для
“чорного” приміщення при  > 0.
Приклад 1.
Площа столярного відділення в ремонтній майстерні  м2
. Висота приміщення 4,5 м. Розрахуйте штучне освітлення для цього приміщення.
Для столярного відділення застосовують світильники «Універсаль» з матовим затемнювачем. Під час роботи на стендах освітлювальна поверхня знаходиться на висоті 1-1,2 м. Приймаємо hр
= 1 м, а відстань між світильниками  = 4 м. Знайдемо кількість ламп.
 ламп.
Світловий потік однієї лампи отримаємо з формули.
 .
Числові значення величин, що входять до формули, виберемо з таблиць. Для приміщення зі середнім виділенням пилу (табл. 2) при застосуванні ламп розжарювання коефіцієнт запасу дорівнює 1,3. Мінімальну норму освітленості Е = 100 лк вибираємо з табл. 1.1 для робіт, які потребують розрізнення предметів більш як 1-10 мм.
Коефіцієнт нерівномірності освітлення Z знайдемо в табл. 2.5. Для цього визначимо висоту підвішування світильника Нс
, виходячи з того, що в відділі є кран-балка і світильники, підвішені на 0,5 м від стелі:
 .
Далі обчислюємо відношення
 .
З табл. 5 для світильника типа «Універсаль» з матовим затемненням Z = 0,975. Коефіцієнт використання світлового потоку  знайдемо з даних табл. 2.3, підрахувавши показник приміщення
  .
За мінімальним коефіцієнтом відбиття світлового потоку від стін  = 0,4.
Підставимо отримані значення до формули
 лм.
За віддаваним світловим потоком (табл. 2.8) вибираємо напругу кожної лампи. Вона дорівнює 300 Вт.
Приклад 2
.
Площа лекційної аудиторії 6 х 20 = 120 м2
. Висота приміщення 3 м. В аудиторії симетрично в два ряди підвішені 16 світильників «Люцетта». Відстань між світильниками 3 м. Розрахуйте мінімальну потужність ламп.
Таблиця 6. Світловий потік ламп
| Потужність ламп розжарювання при напрузі 220 В
|
40
|
60
|
100
|
150
|
200
|
300
|
| Світловий потік лампи, лм
|
336
|
540
|
1000
|
1710
|
2510
|
4100
|
Світловий потік лампи знаходимо за формулою.
 .
Підбираємо за даними таблиць числові значення. Для визначення коефіцієнта використання світлового потоку підраховуємо спочатку показник приміщення:
 .
Потім за табл. 3 приймаємо, що = 0,44 при максимальному відбитті стін і стелі.
Коефіцієнт нерівномірності освітлення Z знаходимо в табл. 5:
При  :  = 3: 1,8 = 1,6 Z = 0,867.
k приймаємо рівним 1,3, а Е = 100.
Підставимо всі значення до формули, знаходимо
 лм.
Приймаємо потужність однієї лампи 200 Вт. При цій потужності фактична освітленість буде
 лк.
Контрольні запитання
1. В яких одиницях виміряють освітленість?
2. Назвіть основні вимоги до штучного освітлення.
3. Методика визначення світлового потоку однієї лампочки.
Самостійна робота
1. Від яких показників залежить коефіцієнт використання світлового потоку?
2. Якими документами нормується освітлення?
|