Точечный метод расчета освещения

Методы расчета освещения

Как мы уже указали выше, существует три основных способа расчета освещения – это метод коэффициента использования светового потока, точечный метод и метод удельной мощности. Давайте разберем каждый из них по отдельности.

Расчет по методу коэффициента использования светового потока

Данный метод расчета, может быть выполнен для двух случаев – когда известно точное количество ламп и необходимо рассчитать их мощность, или, когда известна мощность ламп и необходимо рассчитать их количество. Давайте рассмотрим оба варианта.

Расчет производится по формуле:

Формула расчета методом коэффициента использования

Давайте рассмотрим каждое из значений из этой формулы по отдельности, и разберемся от чего оно зависит.

Часть табл.1 СНиП 23-05-95

Итак:

  • Emin – это минимальное нормируемое значение освещенности для данного помещения. Данное значение задается табл.1 СНиП 23-05-95, и зависит от таких показателей как характеристика зрительной работы, характеристик фона и типа освещения. Для отдельных помещений данный показатель приведен в табл.2 СНиП 23-05-95.

Часть табл.2 СНиП 23-05-95

  • S – это площадь помещения. Здесь все достаточно логично, ведь чем больше площадь помещения, тем большее количество света необходимо для ее освещения. И не учитывать этот фактор мы не можем.
  • Kз – это коэффициент запаса. Этот показатель учитывает, что в процессе эксплуатации лампа будет подвергаться загрязнению, и ее световой поток будет снижаться. Кроме того, данный показатель позволяет учесть снижение отраженной составляющей от стен потолка и других поверхностей. Ведь в процессе эксплуатации краски этих поверхностей тускнеют, и так же поддаются загрязнению. Инструкция советует принимать коэффициент запаса для ламп накаливания равным 1,3, а для газоразрядных ламп равным 1,5. Более точно его можно выбрать по табл.3 СНиП 23-05-95.

Выбор коэффициента запаса

  • Z – коэффициент неравномерности освещения. Данное значение зависит от равномерности распределения светильников по всей площади помещения, а также от наличия затеняющих объектов. Вычисляется данное значение по формуле:

Коэффициент неравномерности освещения

Eср – это среднее значение освещенности в помещении, а Emin – соответственно его минимальное значение.

Обратите внимание! Для большинства помещений, неравномерность освещения строго ограничена. Так, для помещений, в которых выполняются работы I—II зрительных разрядов, коэффициент Z не должен превышать 1,5 для люминесцентных ламп, или 2 для других источников света. Для остальных помещений, данный коэффициент составляет 1,8 и 3 соответственно.

  • N – это количество светильников, установленных в помещении. Он зависит от выбранной системы освещения.
  • n – количество ламп в светильнике. Если применяются одноламповые светильники, то его значение равно единице. При большем количестве, ставим соответствующее число.
  • ɳ — коэффициент использования светового потока. Он определяется как соотношение излучаемого и падающего на рабочую поверхность, светового потока всех ламп. А вот для его определения следует использовать специальную справочную литературу. Ведь данный параметр является производной от индекса помещения, коэффициента отражения стен и потолка, а также от типа светильника.

Таблица выбора коэффициента использования светового потока

Методом коэффициента использования светового потока, можно произвести расчет и количества необходимых светильников, при известной величине светового потока. Для этого следует использовать формулу —

Метод коэффициента использования для расчета количества светильников

Величины в этой формуле не отличаются от рассмотренного выше варианта, поэтому более детально данную формулу рассматривать не будем.

Расчет точечным методом

Расчет точечным методом содержит некоторые отличия для точечных светильников, и для так называемых, световых полос. Под световыми полосами подразумевают люминесцентные лампы. Давайте рассмотрим оба варианта.

Расчет точечным методом

Итак:

  • Начнем с расчета точечных светильников. На самом первом этапе расчета, нам следует вычислить высоту Нр. Данная высота является разностью между высотой подвеса светильника и нормируемой высотой минимальной освещенности.

Расчет величины Нр

  • Высота подвеса светильника — это расстояние от потолка до непосредственно лампы. Она зависит от строения светильника.

Расчет угла α

  • С нормируемой высотой минимальной освещенности, все немного сложнее. Как мы уже говорили выше, в табл. 2 СниП 23-05-95 вы можете найти минимально допустимое освещение практически для любого помещения.
  • В то же время высота, для которой указана данная норма, может отличаться. Обычно она варьируется от 0 до 1,0 метра. Это обусловлено тем, что в одних помещениях необходимо обеспечить максимальную освещенность в районе пола, а для других на уровне движения или стола, то есть 0,7 метра.
  • Для того чтобы получить высоту Нр, необходимо от высоты помещения вычесть две рассмотренные выше высоты.

Чертим план помещения с расстановкой на нем светильников План помещения с большим количеством светильников

  • Теперь нам следует начертить план помещения и размещения светильников, на котором мы должны определить равноудаленную точку от всех светильников в помещении. Именно для нее будет производится расчет. Кроме того, масштабированный план значительно облегчит расчет точечным методом освещения в любом помещении. Ведь это позволит вычислить расстояние от любого из светильников до расчётной точки – обычно его обозначают d.
  • Вычисление величин Нр и d, нам было необходимо для получения значения горизонтальной освещенности в искомой точке. Эта величина вычисляется по специальным графикам пространственных изолюксов. А этот график зависит от типа светильников.

На фото графики пространственных изолюксов

  • Найдя параметр Нр на оси ординат, а параметр d на оси абсцисс, на их пересечении мы получим условную освещенность в искомой точке от данного светильника.
  • Но нам необходимо найти условную освещенность в данной точке от каждого расположенного поблизости светильника, а затем суммировать их значение. Таким образом мы получим величину Ее.
  • Теперь, для расчета точечным методом, пример формулы будет следующим –

Формула расчета точечным методом

  • В этой формуле, 1000 – это условный световой поток лампы. Ен – нормируемая освещенность, kз – коэффициент запаса, выбор которого мы рассматривали в предыдущем разделе нашей статьи.
  • µ — это коэффициент добавочной освещенности от соседних светильников и отраженного света. Обычно значение данного показателя принимают от 1 до 1,5.

Но для люминесцентных ламп данный расчёт не подходит. Для него разработан так называемый точечный метод расчета светящихся полос. Суть данного метода идентична варианту, рассмотренному выше, и его вполне можно сделать своими руками.

Расчет для светящихся полос

Для начала, как и в первом варианте, вычисляем значение Нр. Затем рисуем план помещения и расположения светильников.

Обратите внимание! План следует создавать с соблюдением масштаба. Это необходимо для определения точки А, для которой мы производим расчет. Эта точка будет расположена посередине светящейся полосы, то есть лампы, и удалена от этой середины на расстояние р.

План помещения и пространственные изолюксы для расчета светящихся полос

  • На следующем этапе, определяем линейную плотность светового потока. Делается это по формуле F=Fсв×n/L. Для этой формулы Fсв – это световой поток светильника. Его значение равно сумме световых потоков всех ламп в светильнике. N – это количество светильников в полосе. Обычно таких светильников один, но могут быть и другие варианты. L – это длина лампы.
  • На следующем этапе, нам необходимо найти так называемые приведенные размеры – р* и L*. Р* = p/Hp, а L*=L/2 ×Hp. Исходя из этих приведенных размеров, по графикам линейных изолюксов находим относительную освещенность в заданной точке. Дальнейшие вычисления выполняем по той же формуле, как и для точечных светильников.

Расчет способом удельной мощности

Последним возможным вариантом расчета освещения, является метод удельной мощности. Данный метод относительно прост, но не дает точных результатов. Кроме того, он требует использования большого количества справочной литературы, приведенной на видео.

Суть данного метода сводится к следующему. Прежде всего, определяем величину Нр. Ее мы искали во всех описанных выше вариантах, поэтому не будем на ней останавливаться более подробно.

Таблицы выбора удельной мощности светильников

  • Дальнейший расчет производится по таблицам. В них мы определяем необходимую для данного помещения удельную мощность всех светильников – Руд.
  • После этого можно определить мощность одной лампы. Делается это по формуле –

Формула расчета удельной мощности

Где S – площадь помещения, а n – количество ламп.

Исходя из полученного значения, находим ближайшее большее значение существующих ламп. Если мощность ламп не соответствует требованиям светильника, то увеличиваем количество светильников, и повторяем расчет методом удельной мощности.

Выбор метода расчета

Имея представление, каким образом производится расчет, давайте рассмотрим, какой из способов выбрать конкретно для вашего случая. Ведь различные методы расчета предназначены для различных помещений и условий.

Итак:

  • Начнем с метода коэффициента использования светового потока. Данный способ нашел достаточно широкое применение. Преимущественно его применяют для расчета общего освещения в помещениях, не имеющих перепадов высот по горизонтали. Кроме того, данный способ не сможет выявить затененные участки, и произвести расчет для них.

Выбираем метод расчета освещенности

  • Для этих целей существует точечный метод. Он применяется для расчета местного освещения, затененных участков и помещений с перепадом высот, а также наклонных поверхностей. Но вот общее равномерное освещение таким методом посчитать достаточно сложно — ведь он не учитывает отраженные и некоторые другие составляющие.
  • А вот способ удельной мощности, является одним из наиболее простых. Но в то же время он не дает точных значений, и преимущественно используется в качестве приближенного. С его помощью определяют приближенное количество светильников и их мощность.

Кроме того, данный расчет позволяет определить, какова приближенная цена монтажа и эксплуатации данной осветительной системы.

Точечный метод

Точечный метод используют для расчета неравномерного освещения: общего локализованного, местного, наклонных поверхностей, наружного. Необходимый световой поток осветительной установки определяют исходя из условия, что в любой точке освещаемой поверхности освещенность должна быть не менее нормированной, даже в конце срока службы источника света. Отражение от стен, потолка и рабочей поверхности не играет существенной роли.

Расчет ведется следующим образом:

1. По справочным данным определяют минимальную нормированную освещенность для данной категории помещений.

2.Выбирают тип источника света и светильник.

3.Рассчитывают размещение светильников в помещении.

4.На плане помещения с размещением выбранных светильников намечают контрольные точки. В качестве них на освещаемой поверхности, в пределах которой должна быть обеспечена нормированная освещенность, берут точки с минимальной освещенностью. Такие точки следует брать в центре между светильниками или посередине одной из крайних сторон.(рис.3.1а). Не следует брать точки с минимальной освещенностью у стены или в углах. Если в таких точках есть рабочие места, то освещенность в них можно довести до нормы путем местного освещения или увеличения мощности источников ближайших светильников.

5.Вычисляют условную освещенность в каждой контрольной точке и точку с наименьшей условной освещенностью принимают за расчетную.

6.По справочным данным устанавливают коэффициенты запаса и дополнительной освещенности.

7.Рассчитывают световой поток лампы.

8.Из справочных таблиц выбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой отличается от полученного расчетного не более чем на — 10…+20%, и определяют ее мощность.

9.Подсчитываю электрическую мощность всей осветительной установки.

На рис.3.1 приведены примеры выбора контрольных точек на плане помещения (а)и в вертикальной плоскости(б).

a)

б)

Рис.3.1. Схемы к выбору и расчёту освещения в контрольных точках.

Если размеры источника меньше 0,5Нр(точечный источник света), то в начале рассчитывают условную освещенность в каждой контрольной точке:

(3.8)

где ei- условная освещенность в контрольной точке отi-го источника света с условным световым потоком 1000 лм, которую определяют по кривым изолюкс или по формуле:

(3.9)

где ai — угол между вертикалью и направление силы светаi-го светильника в расчетную точку (рис. 3.1.б);

1000 — сила света i-го источника света с условной лампой , световой поток которой равен 1000лм, в направлении расчетной точки.

Численные значения Iai1000определяются по силе света типовых КСС. Точка, в которой суммарная условная освещенность минимальная, принимается за расчетную.

Световой поток источника света в каждом светильнике рассчитывают по формуле:

(3.10)

где m= 1,1…1,2 — коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отражения от ограждающих конструкций;

1000 — световой поток условной лампы, лм.

По рассчитанному значению светового потока и табличным данным выбирают тип, размеры лампы и её номинальную мощность Рлн, рассчитывают отклонение табличного светового потока от расчетного:

(3.11)

Если длина светового прибора больше 0,5×Нр(рис.3.2), то это линейный источник света и в начале определяют относительную условную освещенностьe. При этом необходимо определить, как считать светильники: как сплошную линию или как точечные источники света. Если длина разрыва между светильниками в ряду меньше 0,5×Нр, то ряд светильников считают как одну сплошную (светящую) линию и подLпонимается габаритная длина линии. Если длина разрыва больше 0,5×Нр, то каждый светильник считается точечным и рассчитывается по отдельности. Численные значения относительной условной освещенностиeiопределяют по кривым изолюкс в зависимости от приведенной длиныL¢и удаленности точки от светящей линииP¢(рис.3.2.а).

Графики линейных изолюкс дают возможность определять относительную освещенность, создаваемую светящей линией в точке, расположенной против конца линии. При общем равномерном освещении контрольные точки, как правило, выбираются в середине между рядами светильников.

Когда точка, в которой определяется освещенность, не лежит против конца линии, поступают следующим образом:

1.Если контрольная точка расположена в пределах светящей линии (рис.3.2.б), то линию условно разбивают на две части. Контрольная точка А оказывается расположена против концов обеих частей линии, и относительная освещенность в ней равна сумме освещенностей, создаваемой каждой частью линии. Эти частичные освещенности определяются по графику линейных изолюкс.

2.Если контрольная точка расположена за пределами светящей линии (рис.3.2.в), то линию условно продлевают так, чтобы точка оказалась против её конца. Относительную освещенность в точк вычисляют как разность освещенностей, создаваемой в точке всей линией, включая условную часть и создаваемой условной частью линии.

Рис. 3.2. К расчету относительной условной освещенности от линейного источника.

Световой поток, приходящийся на 1 метр длины лампы, определяется по формуле:

Фотометрические данные светильников и ламп.

Техническая информация, представленная в любом каталоге светильников известного производителя технического света, обычно ограничивается основными диаграммами и характеристиками, отображающими вид светового пучка. Для разработки общего и акцентного освещения представлены полярные диаграммы светораспределения.
Для проектирования освещения вся необходимая информация для световых расчетов обычно содержится в IES-файлах. Эти файлы могут быть интегрированы и использованы в наиболее популярных программах для расчета освещенности DIALUX, RELUX.
Доступны несколько видов фотометрических данных, содержащих всю необходимую информацию: диаграммы, таблицы, графики,- в зависимости от типа светильника и области его применения.
Полярная диаграмма светораспределения

Кривая силы света дает представление о форме светораспределения светильника. Распределение силы света (I) представлено виде полярной диаграммы. Значения в кд приведены к 1000 лм светового потока применяемой лампы (кд/1000 лм).
Для акцентного освещения полярная диаграмма светораспределения может быть представлена для конкретной лампы.
На диаграмме даны кривые силы света светильника в двух плоскостях.

• Сплошная (синяя) линия:
В плоскости перпендикулярной оси светильника, т.е. в плоскости С0-С180 (поперечная):

• Прерывистая (красная) линия:
В вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось светильника, т.е. в плоскости С90-С270 (продольная):
Если светильник имеет круглосимметричное светораспределение, например, излучающий вниз (типа downlight), прожектор или светильник для высоких пролетов, то кривая силы света дается только в продольной плоскости С.
Примечания: для выполнения расчетов освещения со светильниками, имеющими ассиметричное светораспределение, кривых в двух плоскостях не достаточно. Но такова сложившаяся международная практика, что для любых светильников приводится лишь кривые в двух плоскостях.
Коэффициент Полезного Действия (КПД)
КПД это показатель эффективности всех оптических частей светильника. Он определяется как отношение светового потока в верхнюю полусферу светильника и в нижнюю полусферу к сумме светового потока каждой из его ламп, работающих в стандартных условиях.
Яркость светильника (L)
Яркость светящих частей, оптики и рассеивателя светильника измеряются и рассчитываются с интервалом в 15 градусов и в направлении 65, 75 и 85 градусов, чтобы получить значение средней яркости. Средняя яркость светильника не должна превышать значений, описанных в EN 12464-1 для конкретных задач и видов работ.
Unified Glare Rating Reference (UGRr)
Значение универсального показателя ослепленности может быть получено из таблицы UGR при показателях отражения потолка, стен и пола, равных 0.70, 0.50 и 0.20 соответственно и размерах комнаты 4H*8H. Большее из двух значений должно быть ниже или равно значению определенного класса UGR: 16, 19, 22, 25 или 28, который определяет показатель ослепленности от светильника.
Диаграмма светового пучка
ФОТО
Диаграммы светового пучка предоставляют данные для проектирования освещения с использованием прожекторов, излучающих вниз светильников, зеркальных ламп. Кроме того, диаграмма показывает видимый пучок – Visual Beam Angle (VBA), ширину пучка (½l max и К-фактор, определяющий форму контура светового пятна, создаваемого пучком.
Дополнительно диаграммы дают пользователю информацию о диаметре светового пятна, диаметре области, где сила света по краям эквивалентна значению силы света при 50% максимальной освещенности и области, где освещенность по краям равна половине освещенности в центре пучка (½Eo). Эти диаметры представлены для нескольких высот установки светильника. Освещенность в центре пучка (Ео) приведена для тех же высот.
Угол видимого пучка (VBA)
VBA – определяет угол, в котором пучок четко виден. В отличие от ширины пучка, угол видимого пучка показывает, что зрительно воспринимается, когда смотришь на световое пятно.
Ширина светового пятна
Угол α при ½ Ео соответствует углу, при котором освещенность уменьшается на 50% от максимального значения.
ФОТО
Ширина светового пучка
Угол β при ½ l max соответствует углу, при котором сила света снижается на 50% от максимального значения. Ширина светового пучка не отражает вид и форму светового пятна.
Надеемся, что данная информация поможет получить первоначальное представление о том, как будут светить те или иные светильники. Для получения более точной информации мы рекомендуем все же пользоваться специализированными программами для проектирования освещения и расчета освещенности.
Материал подготовил С.Исполатов
Компания «СТК Системы освещения»
При подготовке материала были использованы тексты и иллюстрации из каталога светильников PHILIPS «PHILIPS Каталог светильников. Внутренне освещение 2009.»

2 Точечный метод

Точечный метод используется для расчета локализованного и комбинированного освещения, освещения наклонных и вертикальных плоскостей и для проверки равномерного общего освещения, когда отражаемым световым потоком можно пренебречь.

Освещенность рабочей поверхности рассчитывается по формуле:

(2.1)

где Е – освещенность, лк;

h – высота подвеса светильника, м;

– угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением на источник света из данной точки;

– коэффициент запаса;

– сила света под углом α, кд.

Для нескольких некогерентных источников света освещенность суммируется.

Расчет прямой составляющей освещенности от точечных излучателей с симметричным светораспределением

Рассмотрим общий случай расчета освещенности от светильника с симметричным светораспределением, характеризуемым зависимостью . Для определения освещенности необходимо знать значение направленной к освещаемой площадке силы света I (расстояние l от светильника значительно превышает его размеры); расстояние l от освещаемой поверхности S до излучателя и угол падения света β (угол между лучом и нормалью к площадке, рисунке 2.1).

Строя элементарный телесный угол , угол опирающийся на , и считая, что в этом угле излучается световой поток , получим

; ;

(2.2)

и окончательно

(2.3)

где – сила света светильника по направлению к точке А;

β – угол между направлением силы света в точку А и нормалью к элементу ;

l – расстояние от светильника до расчетной точки поверхности.

Рисунок 2.1 — К расчету освещенности от точечного светящего элемента с симметричным

светораспределением

Преобразуем приведенное уравнение к виду, более удобному для практических расчетов. Из рисунка 1 имеем: . В свою очередь

(2.4)

Откуда

(2.5)

Подставляя в уравнение (2.3), будем иметь

(2.6)

Так как , то окончательное расчетное уравнение для определения освещенности на наклонной поверхности примет вид

(2.7)

где – угол наклона расчетной плоскости по отношению к плоскости, перпендикулярной оси симметрии светильника (горизонтальная плоскость);

– угол между направлением силы света к расчетной точке и осью симметрии светильника;

– высота светильника над горизонтальной плоскостью, проходящей через расчетную точку;

p – кратчайшее расстояние от проекции оси симметрии светильника на горизонтальную плоскость, проходящую через точку расчета, до следа пересечения с расчетной плоскостью.

Для упрощения расчета освещенности на поверхности, произвольно ориентированной в пространстве, Е. Н. Яковлевым предложена номограмма зависимости от для различных значений (рисунок 2.2). Определяя предварительно по чертежу значения и , из графиков находим выражение (сплошные кривые) или (пунктирные кривые).

Рисунок 2.2 — Номограмма для расчета освещенности на наклонной плоскости

Проектирование осветительных установок чаще всего связано с расчетом освещенности на поверхности, перпендикулярной или параллельной оси симметрии светильника; расчет освещенности на наклонной плоскости встречается значительно реже.

В производственных и общественных зданиях принято размещать светильники так, что их ось симметрии располагается вертикально, перпендикулярно расчетной горизонтальной плоскости (рисунок 2.2). Согласно этому рисунку угол и уравнение (2.6) примет вид

(2.8)

где – освещенность горизонтальной плоскости в точке А.

Рисунок 2.3 — К расчету освещенности на горизонтальной плоскости

Рисунок 2.4 — К расчету освещенности на вертикальной плоскости

Освещенность наклонной плоскости можно получить через освещенность горизонтальной плоскости из уравнения

(2.9)

При оси симметрии светильника, параллельной расчетной плоскости (рисунок 2.3), угол , и уравнение, определяющее освещенность, преобразуется к виду

(2.10)

где – освещенность вертикальной плоскости в точке А;

– наименьшее расстояние от проекции оси симметрии светильника на горизонтальную плоскость, проходящую через точку расчета, до следа пересечения вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Уравнения (2.8) и (2.9) позволяют сформулировать общее правило, справедливое для любого точечного источника: отношение значений освещенности двух плоскостей в одной и той же точке равно отношению длин перпендикуляров, опущенных на эти плоскости из точки расположения источника света.

При расчете освещенности от симметричных светильников необходимо соблюдать такую последовательность:

По отношению определяют , а следовательно, и угол и ( – расстояние от расчетной точки до проекции оси симметрии светильника на плоскость, ей перпендикулярную в проходящую через расчетную точку).

По кривой силы света выбранного светильника и углу находят силу света .

По уравнениям (2.8), (2.9), (2.10) рассчитывают освещенность в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях.

Пример 1. Помещение площадью 10·10 м2 и высотой 5 м освещается четырьмя светильниками типа УПД ДРЛ с лампами ДРЛ мощностью 400 Вт ( – 19000 лм). Светильника располагают по углам квадрата со стороной 5 м. Высота подвеса светильников = 4,5 м. Определить освещенность горизонтальной, вертикальной и наклонной (под углом ) плоскостей, расположенных на пересечении диагоналей поля светильников (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 — К примеру расчета освещенности от симметричных светильников общего освещения

Расчет освещенности ведем, придерживаясь намеченной последовательности

Определяем

.

Определяем угол и :

; .

По таблице приложения 1 находим силу света под углом 38 ° для светильника УПД ДРЛ с условной лампой =214 кд (интерполируем между значениями силы света для угла и 45°):

Фактическая сила света

кд.

Рассчитываем освещенность горизонтальной плоскости. Принимая коэффициент запаса , от одного светильника имеем.

лк.

Так как каждый из четырех светильников создает в точке расчета одинаковую освещенность, то, следовательно, суммарная освещенность лк.

Подсчитаем освещенность вертикальной плоскости.

Так как расчетная точка, лежащая в вертикальной плоскости, освещается только двумя светильниками, то освещенность вертикальной плоскости

лк.

Подсчитываем освещенность в наклонной плоскости:

лк.

Рассчитывать освещенность по приведенным уравнениям при большом количестве светильников сложно, так как необходимо определять освещенность от каждого светильника в отдельности и потом суммировать полученные значения освещенностей.

Рассмотрим наиболее распространенные в практике проектирования упрощенные способы расчета.

Рисунок 2.6 — Элементарные кривы освещенности

Рисунок 2.7 — Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности

Использование элементарных кривых освещенности значительно сокращает и упрощает расчет осветительных установок с большим числом одинаковых светильников общего освещения, расположенных на одной и той же высоте. Такие кривые приведены для заданного типа светильника на рисунке 6 . Для разных высот установки светильников дана зависимость освещенности от расстояния проекции оси симметрии светильника до расчетной точки (, м). Кривые строятся для условной лампы, имеющей световой поток 1000 лм.

Для расчета осветительных установок используют пространственные изолюксы горизонтальной освещенности. Построение таких кривых осуществляется для каждого принимаемого типа светильника, при этом световой поток лампы (при многолампочных светильниках – суммарный поток ламп) принимается равным 1000 лм. Создаваемая в этом случае освещенность называется условной и обозначается . Значение зависит от светораспределения светильника и геометрических размеров и . Для определения служат пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности (для светильников У, УПМ–15, УП–24, Астра 1, 11, 12 они показаны на рисунке 2.7.), на которых находится точка с заданными и (, как правило, определяется обмером по масштабному плану), и находится путем интерполирования между значениями, указанными у ближайших изолюкс. Аналогичные графики, построенные по данным измерений, могут применять для расчета местного освещения.

Рисунок 2.8 — Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности.

Сила света светильника по всем направлениям 100 кд

При отсутствии изолюкс для данного светильника используется график для излучателя, имеющего по всем направлениям силу света, равную 100 кд рисунок 2.8. Значение условной освещенности определяется так же, как указано ранее. По кривой силы света светильника в данном направлении и значению несложно вычислить :

(2.11)

Если суммарное действие ближайших светильников создаёт в расчётной точке условную освещённость ∑ε, действие более удалённых светильников и отражённую составляющую учтём коэффициентом μ. Тогда для получения в расчётной точке нормированной освещённости ЕH при коэффициенте запаса k лампы в каждом светильнике должны иметь световой поток Ф:

Ф=1000EH k / (μ ∑ε)

(2.12)

По этому световому потоку выбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой Фл должен находиться в пределах:

0,9Ф < Фл < 1,2Ф.

Если эти пределы при выборе лампы не могут быть выполнены, то корректируется расположение светильников. По формуле (2.9) можно определить освещённость при известном световом потоке.

Характерные точки расчёта для общего равномерного освещения показаны на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 — Расчетные точки освещенности

При более часто встречающемся расположении светильников, например, рядами вдоль светотехнических мостиков, расчётную точку выбирают между рядами на расстоянии примерно равном расчётной высоте от торцовой стороны.

В принципе, не стоит выискивать точки абсолютного минимума освещённости у стен или в углах: если в подобных точках есть рабочие места, то доведение в них освещённости до требуемого значения может быть осуществлено увеличением мощности ближайших светильников или установкой дополнительных светильников. Часто при расчётах возникают затруднения в определении числа светильников, которые необходимо учитывать при нахождении ∑ε. Обычно принимаются светильники с трёх наименьших расстояний d. На рисунке 10. расчётные точки соединены линиями с теми светильниками, от которых обычно определяются значения ε. В общем случае, чем меньше Z / hр ( Z – расстояние между светильниками, hр – высота установки светильника над расчётной поверхностью) и чем шире светораспределение светильника, тем большую роль играют удалённые светильники и тем тщательнее следует их учитывать.

Во всех случаях при определении ∑ε не должны учитываться светильники, реально не создающие освещённости в контрольной точке из-за затенений оборудованием или корпусом рабочего.

Пример 2. В помещении, часть которого показана на рисунке 9 а – г необходимо обеспечить освещённость 100 лк при коэффициенте запаса k =1,5, используя светильники типа УПМ –15, установленные на высоте 3 м. Расстояние между светильниками в ряду 4 м, расстояние между рядами светильников 6и. Определить тип лампы накаливания.

Расстояние d от светильника до точки расчёта определяется обмером по масштабному плану. Значение ε определяется по графику рисунке 2.8. Расчёты сведены в таблице 2.1. Наихудшей считается точка Б, по освещённости которой определяем необходимый поток, принимая μ=1,1:

Важно знать для грамотного выбора осветительного оборудования.

Поднимая вопрос об оценке светотехнических параметров осветительного оборудования стоит обратиться к физике, а именно к одному из ее разделов — фотометрии.

Фотометрия — это раздел прикладной оптики, который производит количественные измерения энергетических характеристик излучения света. С точки зрения фотометрии, свет – это излучение,(в более широком понимании поток гамма квантов, каждый из которых обладает энергией) способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз.

А теперь рассмотрим немного физических величин необходимых для дальнейшего понимания материала:

Телесный угол — часть пространства, ограниченная конической поверхностью (поверхность образуют прямые, исходящие из одной точки и пересекающие замкнутую направляющую кривую),Рис 1. Является безразмерной величиной.

Рис.1.Представление телесного угла

Световой поток(F) — энергия излучения за единицу времени, которую испускают источники в телесный угол,Рис.2.1. Измеряется в Люменах. Не стоит путать с мощностью излучения в Ваттах, так как световой поток оценивается исключительно человеческим зрением и зависит от графика чувствительности глаза к различным длинам волн различимого света, а Ватт – это единица мощности потока излучения. Поскольку человеческий глаз обладает неодинаковой чувствительностью к различным длинам волн, имеющим разный цвет, то излучение равной мощности воспринимается им по-разному, в зависимости от цвета длины волны,Рис.2.2. Когда значение чувствительности равно единице, в этом диапазоне длин световых волн глаз имеет наилучшее восприятие световой энергии, и как вы можете видеть, эта зона приходится на границу желтого и зеленого спектра.

Рис.2.1. Наглядное изображение светового потока Рис.2.2. График спектральной восприимчивости человеческого глаза

Освещенность(Е) — физическая величина, количественно характеризующая освещение поверхности, которое создается падающим на нее световым потоком. Освещенность рассчитывается в Люксах (1 люкс – это 1 люмен на кв. метр поверхности),Рис.3. Удаление светильника от освещаемой поверхности уменьшает освещенность в обратной пропорции к квадрату расстояния. А при наклонном падении лучей на поверхность уменьшение освещенности находится в зависимости от косинуса угла падения лучей.

Рис.3. Освещенность поверхности

Сила света(I) — количество световой энергии приходящейся на телесный угол , в пределах которого распространяется световой поток, измеряется в Канделах Рис.4. Из этого следует, что чем выше находится осветительный прибор, тем большую площадь освещения он охватывает, но свет от него становится все более тусклым.

Рис.4. Зависимость силы света от угла раскрытия светового пучка

Теперь можно перейти непосредственно к знакомству с Кривой силы света, ведь зная эту характеристику, а так же световой поток светильника, вы будите уже наиболее подкованными как наиболее эффективно добиться нужного освещения без лишних затрат.

Кривая силы света (КСС) — это графическое изображение распределения света в пространстве, представляется в виде графика зависимости силы света от радиальных углов. И все же в большинстве случаев рассматривается нижняя полусфера, поэтому в дальнейшем это будет приниматься по умолчанию, Рис.5.

Рис.5. Трехмерное представление построения КСС

В зависимости от того, какую долю всего светового потока светильника составляет поток нижней полусферы, светильники разделяют на классы:

1.прямого света (П) – не менее 80% потока излучается в нижнюю полусферу;

2.преимущественного прямого света (Н) – от 60 до 80%;

3.рассеянного света (Р) – от 40 до 60%;

4.преимущественно отраженного света (В) – от 20 до 40%;

5.отраженного света (О) – менее 20% потока излучается в нижнюю полусферу.

В зависимости от направления максимальной силы света принято семь типовых кривых распределения силы света, Рис.6.1.,Рис.6.2.

Рис.6.1. Типы кривых силы света

Рис.6.2. Типы кривых силы света

Количественное описание данных кривых производится с помощью коэффициента формы Кф, он выражает отношение максимальной силы света светильника к средней арифметической для данной плоскости. Проще говоря, чем больше значение этого коэффициента, тем более узкая и вытянутая КСС с высоким значением силы света, и наоборот, чем меньше его значение, тем более широкая кривая и световой поток уже распространяется на большую площадь поверхности и соответственно меньше сила света. Все основные типы КСС и их параметры вы можете увидеть в следующей таблице, Рис.8.

Рис.8. Сводная таблица для КСС

Основная функция кривых силы света – это наглядно показать возможности осветительного прибора. На них мы можем увидеть распределение светового потока в пространстве, оценить зоны максимальной освещенности, определить оптимальную высоту подвеса для того или иного типа светильников, так же расстояния между ними, а следовательно правильно рассчитать их количество. Но стоит учесть, что для сопоставимости данных как кривые, так и таблицы силы света обычно даются для светильника с условным световым потоком лампы (или суммарным потоком нескольких ламп) 1000 лм.

Важный момент заключается в том, что сам по себе источник света, например светодиод, светит примерно одинаково во всех направлениях и при этом большая часть световой энергии терялось бы в пространстве, поэтому для рационального освещения объектов нужно локализовать исходящий от светильника световой поток. Для этого используется вторичная оптика — оптический элемент, направляющий излучение светодиода в необходимый телесный угол пространства. Таким образом, именно применение вторичной оптики позволяет получить требуемую кривую силы света, и тем самым сэкономить электричество при освещении, так как свет при этом попадает только на интересующую нас площадь.

А теперь на основании уже сложившихся стандартов и нашего личного опыта мы бы хотели дать вам следующие советы:

Для помещений промышленного назначения или помещений с высокими потолками рекомендуется применять светильники прямого света с КСС типа К, Г, Д. Стоит заметить, что чем больше высота подвеса, тем более узкая зона направлений максимальной силы света, поэтому над рабочей зоной светильники стоит размещать под углом по отношению к освещаемой поверхности для большего раскрытия светового пучка, либо обеспечить ее дополнительным освещением.

Для освещения офисных или жилых помещений лучшим решением станут светильники прямого и рассеянного света с КСС типа Г и Д. Это обусловлено тем, что при высоте подвеса 2-3 метра, они дают ровное и яркое освещение на достаточной площади. Не стоит забывать о нормах СанПиН по освещенности, например, для офисных помещений она составляет порядка 400 Люкс.

Для подсветки особых, выделенных зон, внутренних архитектурных решений и деталей интерьера подходят световые приборы с КСС типа К. Для формирования отраженного или приглушенного света (например, в холле здания) необходимо применять светильники преимущественно отраженного света с КСС типа С.

Для автострад и улиц или вытянутых коридоров общественных зданий рациональней использовать светильники, имеющие в одной из плоскостей КСС типа Л или Ш. Пространственная диаграмма, большинства из них, представляет собой сложное фотометрическое тело. Кривые силы света, описывающие такое тело в разных сечениях, имеют разную форму. Такие распределения называют специальными. При этом часто пространственная диаграмма дорожного светильника имеет не ось, а плоскость симметрии. Для уличного светильника в двух взаимно перпендикулярных сечениях КСС будут различны — в одном типа Л или Ш, а в другом — К или Г, поэтому тема дорожного освещения требует более детального обсуждения. Надеемся, что прочитанный материал окажется полезным для вас, и поможет в выборе осветительного оборудования нашей фирмы.

Спасибо за внимание!

Расчет освещенности помещений врукопашную

Постараюсь очень кратко и просто изложить метод ручного расчета освещения в помещениях, которому меня научили на курсе «Расчет освещения» школы светодизайна LiDS.
Какой должна быть освещенность
При планировании освещения, в первую очередь нужно определить соответствующую нормам целевую освещенность и посчитать общий световой поток, который должны давать светильники в помещении.
С нормативами определиться просто – либо ищем свой тип помещения в таблицах СанПиН 2.21/2.1.1/1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» и СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение», либо соглашаемся с основным требованием по освещенности жилых помещений – 150лк или офисных помещений с компьютерами – 400лк.
Грубая оценка необходимого светового потока
По умолчанию расчет освещенности делается в программе Dialux. Но результат хотя бы приблизительно нужно знать заранее, чтобы сверить данные с оценкой «на глазок».
Как написано даже в Википедии, средняя освещенность поверхности — это отношение падающего на нее светового потока к площади. Но в реальном помещении часть светового потока светильника рабочих плоскостей не достигает, пропадая на стенах. Освещенность в помещении – это отношение общего светового потока светильников к площади помещения с поправочным коэффициентом «η».
Долю света «η», который доходит до рабочих поверхностей, можно оценить на глазок. В самом общем приближении для некоего очень среднего помещения с какими-то там светильниками до рабочих поверхностей доходит примерно половина света, а значит для очень грубой оценки можно использовать коэффициент η = 0,5.
Например, в комнате площадью 20м2 светильник со световым потоком 700лм (эквивалент лампы накаливания 60Вт) создаст освещенность Е = 0,5 × 700лм / 20м2 = 18лк. А это значит, что для достижения норматива в 150лк, нужно F = 700лм × (150лк / 18лк) =5800лм, или эквивалент 8-ми лампочек накаливания по 60Вт!
(Полкиловатта ламп накаливания на небольшую комнату! Понятно, почему нормы освещенности для жилых помещений гораздо ниже, чем для учреждений, и почему учреждения уже давно никто лампами накаливания не освещает.)
Более точный метод ручного расчета
Но так как помещения бывают с разными стенами, разной формы, с высокими или низкими потолками, поправочный коэффициент не обязательно равен 0,5 и для каждого случая свой: на практике, от 0,1 до 0,9. При том, что разница между η = 0,3 и η = 0,6 уже означает разбег результатов в два раза.
Точное значение η нужно брать из таблиц коэффициента использования светового потока, разработанных еще в СССР. В полном виде с пояснениями таблицы привожу в отдельном документе. Здесь же воспользуемся выдержкой из таблиц для самого популярного случая. Для стандартного светлого помещения с коэффициентами отражения потолка стен и пола в 70%, 50%, 30%. И для смонтированных на потолок светильников, которые светят под себя и немного вбок (то есть имеют стандартную, так называемую, «косинусную» кривую силы света).
Табл. 1 Коэффициенты использования светового потока для потолочных светильников с косинусной диаграммой в комнате с коэффициентами отражения потолка, стен и пола – 70%, 50% и 30% соответственно.
В левой колонке таблицы указан индекс помещения, который считается по формуле:
, где S — площадь помещения в м2, A и B — длина и ширина помещения, h — расстояние между светильником и горизонтальной поверхностью, на которой рассчитываем освещенность.
Если нас интересует средняя освещенность рабочих поверхностей (стола) в комнате площадью 20м2 со стенами 4м и 5м, и высоте подвеса светильника над столами 2м, индекс помещения будет равен i = 20м2 / ( ( 4м + 5м ) × 2,0м ) = 1,1. Удостоверившись, что помещение и лампы соответствуют указанным в подписи к таблице, получаем коэффициент использования светового потока – 46%. Множитель η = 0,46 очень близок к предположенному навскидку η = 0,5. Средняя освещенность рабочих поверхностей при общем световом потоке 700лм составит 16лк, а для достижения целевых 150лк, потребуется F = 700лм × ( 150лк / 16лк ) = 6500лм.
Но если бы потолки в комнате были выше на полметра, а комната была не «светлым», а «стандартным» помещением с коэффициентами отражения потолка, стен и пола 50%, 30% и 10%, коэффициент использования светового потока η составил бы (см. расширенную версию таблицы) η = 0,23, и освещенность была бы ровно вдвое меньше!
Проверяем расчеты в диалюксе
Построим в диалюксе комнату 4 × 5м, высотой 2,8м, с высотой рабочих поверхностей 0,8м и теми же коэффициентами отражения, что и при ручном счете. И повесим 9шт мелких светильников с классической косинусной диаграммой по 720лм каждый (6480лм на круг).
Рис. 1 Взятый для примера светильник Philips BWG201 со световым потоком 720лм, и его классическое «косинусное» светораспределение
Получится ли у нас средняя освещенность рабочих поверхностей в 150лк, как мы оценили вручную? Да, результат расчета в Dialux – 143лк (см. рис2), а в пустой комнате без мебели и человеческой фигуры – 149лк. В светотехнике же значения, различающиеся менее чем на 10% считаются совпадающими.
Рис. 2 Результат расчета в диалюксе – средняя освещенность рабочей поверхности (при коэффициенте запаса 1,0) составила 143лк, что соответствует целевому значению 150лк.
Рис. 3 Красивые картинки, в которые верят люди.
Заключение:
На грубую оценку примитивным методом по формуле E = 0.5 × F / S потребуется 1 минута времени, на уточнение коэффициента использования по таблицам – еще 3 минуты, на проект в диалюксе после некоторого обучения – около 20 минут и еще 20 минут, если хочется «навести красоту». Диалюкс выдает очень красивые картинки (см. рис. 3), которые стоят потраченного труда, потому что в них верят люди. Но по соотношению эффективности и трудозатрат оценка освещенности врукопашную вне конкуренции. Ручной счет прост, надежен и эффективен как саперная лопатка, дает уверенность и понимание.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *