Расчет искусственного освещения

Новейшие технологии уменьшили размер и улучшили эффективность лампочек. Появились Компактные люминесцентные лампы, которые сейчас и называются в широком обиходе Энергосберегающие. Сейчас доступны множество различных  форм и вариантов мощности лампочек.

Термин «Энергосберегающие» нужно  относить и к другим типам ламп с низким энергопотреблением, таким  как светодиодным.

Преимущества компактных люминесцентных ламп – низкое энергопотребление  за счет выделения малого количества тепла - потребляют 20% энергии обычной  лампочки, при таком же излучаемом световом потоке. Долгий срок службы, до 8000 часов.

Компактные люминесцентные лампы  производят 50-60 люменов на Вт, в пять раз больше света на единицу потребленной мощности, чем лампы накаливания. Они идеальны для использования там, где свет должен быть включен в течение долгого времени. У многих ведущих производителей ламп доступны "теплые белые" лампы, с улучшенным цветом света. Цвет, цветовое впечатление, которые создает при работе люминесцентная лампа характеризуется параметром Цветовая температура. Единица измерения Кельвин.

Для люминесцентных ламп цветовая температура  разделена на такие основные категории:

• Ниже 3300 К – белый, теплый свет
• 3300-5000 К нейтральный свет
• Свыше 5000 К «холодный» свет

Информация о цветовой температуре  люминесцентных ламп размещается на их упаковке . 

 

К минусам этого типа ламп нужно  отнести их высокую стоимость  и не такой приятный, как у ламп накаливания, свет. Так же, практически  со всеми энергосберегающими люминесцентными  лампами нельзя использовать диммер (реостат мощности). Лишь несколько ведущих мировых производителей ламп, в частности Philips, имеют в ассортименте несколько артикулов люминесцентных ламп, которые могут работать с диммерами. 

 

За счет малого выделения тепла, энергосберегающие лампы можно  использовать (если они подходят по размеру к плафону) для увеличения количества света от светильников. Например, люстра, рассчитанная на 5 x 40 Вт ламп накаливания = 200 Вт. Хотим от нее больше света. Более мощные лампы накаливания использовать не можем, так как имеем ограничение по мощности лампы в патроне. (От более мощной лампы патрон может оплавиться). Но если в этой люстре использовать пять энергосберегающих ламп, каждая мощность 20 Вт, то за счет того, что 20Вт энергосберегающая лампа дает света как 100Вт лампа накаливания, такая люстра будет давать света как люстра с 5*100Вт накаливания. 

 

На популярной волне движения к  снижению энергопотребления, современные  производители уделяют сейчас большое  внимание разработке и производству серий светильников, предназначенных  специально к работе с энергосберегающими лампами и продающихся в комплекте  сразу с такими лампами.

Светодиодные лампочки

                  Светодиодные лампы изготавливаются на базе светодиода. 
Светодиод, это полупроводник, который преобразовывает электрический ток в свет. Основой светодиода является полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока через этот кристалл возникает световое излучение. Цвет излучения может быть различным– зависит от состава кристалла. В светодиодах для бытового освещения используется полупроводниковый кристалл из нитрида галлия, этот кристалл дает синий цвет. Для получения белого света на кристалл наносится люминофор. Люминофор - сложная химическая субстанция, которая возбуждается светом кристалла и дает собственное излучение желтого света. При этом люминофор поглощает только часть света от полупроводникового кристалла, а часть пропускает. В результате смешения синего света от нитрида галлия, прошедшего через люминофор, и желтого света от люминофора, получается белый свет. 

 

Светодиодные источники света  имеют огромные преимущества перед  всеми другими лампами:

• Экономичность. Светодиоды преобразуют в световое излучение до 80% полученной электроэнергии. Световая отдача лучших современных светодиодов достигла 160 люмен на ватт мощности. Это почти в два раза больше, чем у энергосберегающих люминесцентных ламп и почти в двадцать раз больше, чем у лампочек накаливания.
• Долгий срок службы - 50 тысяч часов и более. Это обеспечит работу светодиодной лампы порядка 20 лет без замены, при ее использовании 8 часов в сутки.
• Высокая механическая прочность – в отличие от всех ламп, изготавливающихся из стекла, светодиод устойчив к внешним воздействиям.
• Количество включений/выключений не оказывает никакого влияния на срок службы светодиода.
• Малоразмерность, компактность – в отличие от обычных ламп, которым конструктивно необходима колба – светодиод представляет собой просто небольшую пластину. Малоразмерность светодиода открывает возможности по созданию новых типов светильников. Возможно, что расширяющееся применение светодиодов в бытовом освещении может изменить сам подход ко всем формам и видам светильников. Сейчас же, большая часть светодиодов для бытового освещения помещается внутрь ламп с привычными формами и со стандартным цоколем.

Распространение светодиодных ламп сдерживается только, пока еще, высокой ценой. Но цены на светодиоды снижаются каждый год и в ближайшем будущем, как предсказывают многие, все  освещение в быту будет создаваться  с помощью светодиодов.

 

 

3. Методы расчета искусственного освещения

 

          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

 

3.1. Метод светового потока

 

1) Метод  светового потока (коэффициента  использования) применяется при  равномерном расположении светильников  и при нормированной горизонтальной  освещенности. С помощью этого  метода рассчитывают среднюю  освещенность поверхности. При  этом наиболее целесообразно  рассчитывать освещение для помещений  со светлым потолком и стенами,  особенно при рассеянном и  отраженном свете. Световой поток  лампы Ф_л (лм) для ламп накаливания или световой поток люминесцентных ламп светильника рассчитывают по формуле:

 

где Е — минимальная нормированная освещенность (лк), принимаемая по СНиП 23-05—95, или отраслевым нормам; S_n — площадь освещаемого помещения, м; К — коэффициент запаса: принимаемый по СНиП 23-05—95(1,4—1,7); z—коэффициент минимальной освещенности, равный отношению Е_ср/Е_min. Его значения для ламп накаливания и ДРЛ —1,15; для люминесцентных — 1,1;n_св —число светильников в помещении; η —коэффициент использования светового потока, представлен в табл. 2. Он зависит от индекса помещения i, высоты подвеса светильников Н_св и коэффициентов отражения стен р₀, потолка р_п. Коэффициенты отражения оцениваются субъективно (табл. 2).

Таблица 2. Значение коэффициента отражения потолка  и стен (%).

 

Таблица 3. Коэффициент использования светового  потока.

 

Индекс  помещения i определяют по формуле:

 

 

где а  и b —длина и ширина помещения, м; n_св — число светильников в помещении.

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:

 

         где I_А — сила света (кд), заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм; α — угол между вертикальной плоскостью и направлением светового потока на освещаемую точку; h_св — высота подвеса светильника, м.

Относительная освещенность:

 

 

Эта величина численно соответствует освещенности точки А, расположенной на том же луче, но на плоскости, по отношению к которой высота установки светильника равна 1 м. Чтобы подчеркнуть, что освещенность рассчитывается не вообще, а для ламп со световым потоком 1000 лм, заменив обозначение освещенности Е на е, запишем

 

 

где е  — условная освещенность. Хотя относительная  освещенность есть функция угла α, ее удобнее изображать кривыми в  функции отношения

 

 

Переход от относительной освещенности к  освещенности данной поверхности производится в соответствии с вышеприведенными выражениями. Если же требуется найти  освещенность для лампы с произвольным световым потоком Ф, то основная формула  принимает следующий вид:

 

Кривые  относительной освещенности (рис. 3.) позволяют вести расчет с высокой  точностью, но при этом требуются  определение отношения d/h или h/d и деление на h². Пользование пространственными изолюксами устраняет эти операции. Пространственные изолюксы строят для каждого типа светильника, они показывают условную горизонтальную освещенность е, являющуюся функцией параметров d и h.

 

Рис. 3. Кривые относительной освещенности для  светильников УПД ДРЛ.

 

2. Точечный метод.

Последовательность расчета осветительной  установки точечным методом:

1. находят минимальную нормированную освещенность;
2. выбирают типы источника света и светильника, рассчитывают размещение светильников по помещению;
3. на плане помещения с указанными светильниками намечают контрольные точки, в которых освещенность может оказаться наименьшей;
4. вычисляют условную освещенность в каждой контрольной точке и точку с наименьшей условной освещенностью принимают за расчетную;
5. по справочным таблицам устанавливают коэффициенты запаса и добавочной освещенности;
6. по формуле находят световой поток лампы;
7. по световому потоку из таблиц  выбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой отличается от расчетного не более чем на −10 или +20 %, и определяют ее мощность;
8. подсчитывают электрическую мощность всей осветительной установки.

Очень важно при вычислении светового  потока ламп правильно выбрать расчетную  точку. В качестве ее на освещаемой поверхности, в пределах которой  должна быть обеспечена нормированная  освещенность, берут точку с минимальной  освещенностью. Такую точку следует  брать в центре поля или посередине одной стороны крайнего поля - пространства, ограниченного четырьмя ближайшими светильниками.

 

3. Расчет точечным методом

             Рассчитать точечным методом освещение помещения с рабочими поверхностями у стен светильниками УПД при следующих условиях: расчетная высота hр=4 м, нормированная освещенностьEmin=75 лк, коэффициент запаса k=1,5 и коэффициент добавочной освещенности μ=1,2.

Решение. Поскольку в светильнике УПД глубокое светораспределение, то для него λ=1. Расстояние между светильниками берем L = 4м и размещаем их по вершинам квадратов 4 × 4 м2. Расстояние от крайних светильников до стен равно 0,25L=1 м. На плане помещения намечаем контрольные точки А иБ, в которых освещенность может оказаться наименьшей.

Расcчитываем расстояния d от этих точек до проекций ближайших светильников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  По кривым изолюкс для светильника УПД находим условные освещенности в контрольных точках от каждого ближайшего (учитываемого) светильника. Результаты для удобства представляем в виде таблицы.

За расчетную принимаем точку Б как точку с меньшей освещенностью. Значение Σe для точки Бподставляем в формулу расчета потока источника точечным методом по формуле и получаем необходимый световой поток лампы

Из таблицы  выбираем ближайшую стандартную лампу Г21-235-200. Ее световой поток φ=2920 лм и отличается от расчетного на

что укладывается в пределы допустимых отклонений (от -10 до +20 %).

Расчетная таблица для  определения условной освещенности (по рис. 2.)

Число светильников	Расстояние d, м	Условная освещенность, e, лк	Число светильников	Расстояние d, м	Условная освещенность, e, лк
Для точки А			Для точки Б
4	2,83	30,0	2	2,00	24,0
2	6,32	2,4	2	4,47	8,0
2	6,32	2,4	1	6,00	1,5
1	8,50	0,3	1	7,20	0,6
Σе=35,1			Σе=34,1