Методы расчета светотехнических показателей и технико-экономической оценки установок наружного освещения

Рис. 120. Схема отсчета углов при расположении светильника

а - над освещаемой полосой; б - вне освещаемой полосы

10.83. Среднюю горизонтальную освещенность и среднюю яркость дорожного покрытия рекомендуется рассчитывать с применением коэффициентов использования светового потока источников света по освещенности или яркости дорожного покрытия по следующим формулам:

; (116)

, (117)

где d _ф - шаг светильников, м; b _у - ширина проезжей части улицы или дороги, м; К _з - коэффициент запаса, равный 1, 5 для газоразрядных источников света, 1, 3 - для ламп накаливания; М - число рядов светильников вдоль освещаемой полосы (каждый ряд должен состоять из однотипных светильников); Ф _{л i} - световой поток ламп светильника i -го ряда; m_i - число светильников на одной опоре, относящихся к i -му ряду; u_Ei и u_Li - коэффициенты использования светового потока источников света в светильниках i -ого ряда соответственно по освещенности и яркости; u_E и u_L для данного ряда светильников определяются в зависимости от взаиморасположения этого ряда и освещаемой полосы по формулам:

при расположении ряда светильников над освещаемой полосой (рис. 120, а)

для освещенности:

u_E = u'_{E 1}+ u''_{E 2}; (118)

для яркости:

u_L = u'_{L 1}+ u''_{L 2}; (119)

Таблица 93

Таблица 94

при расположении ряда светильников вне освещаемой полосы (рис. 120, б)

для освещенности:

u_E = u'_{E 1}+ u'_{E 2}; (120)

для яркости:

u_L = u'_{L 1}+ u'_{L 2}, (121)

где u'_{E 1} - значение коэффициента использования по освещенности для данного типа светильников в направлении b=0° при отношении ширины освещаемой части улицы или дороги к высоте установки светильников, равном b _1y/ h _св; u'_{E 2} - то же, в направлении b=0° при отношении b _2y/ h _св; u''_{E 2} - то же, в направлении b=180° при отношении b _2y/ h _св; u'_{L 1} - значения коэффициента использования светового потока источников света по яркости для данного типа светильников в направлении b=0° при отношении ширины освещаемой части улицы к высоте установки светильников, равном b _1y/ h _св; u'_{L 2} - то же, в направлении b=0° при отношении b _2y/ h _св; u''_{L 2} - то же, в направлении b=180° при отношении b _2y/ h _св.

Значения u_E и u_l для типовых светильников, производство которых освоено отечественной промышленностью, представлены в табл. 93 и 94 соответственно.

В случае применения светильника, не включенного в табл. 93 или 94, u_E ^* и u_l определяются следующим образом:

___________

* Значения u_e при j=0° для новых отечественных светильников даются заводами-изготовителями при проведении аттестации светильников.

; (122)

, (123)

где I a _i b _j - сила света светильника в направлении a_iср, b _j,

a_iср=(a _{i -1}+a _i)/2, b _j =90°-[Db_{(j -1)}+Db/2]

(меридиональная плоскость b=0° направлена в сторону проезжей части перпендикулярно оси дороги); Dw _ij - телесный угол, опирающийся на площадку j -ого элемента i -й зоны для Db=10° Dw _ij =w _i /36, где телесный угол i -й зоны w _i =2p(cosa _{i -1}-cosa _i); r_ij - коэффициент яркости дорожного покрытия средней точки j -ого элемента i -й зоны, характеризуемой параметрами a_iср и (b _у/ h _св) _ij; r_ij определяется по кривым r= f (a, b _у/ h _св) табл. 88, 89 соответственно для гладкого и шероховатого асфальтобетона;

(b _y/ h _св) _ij =ctga _{i cp}cosb _j. (124)

Следует иметь в виду, что при наклоне светильников изменяется доля светового потока, падающего на дорогу. Поэтому при расчете коэффициентов использования светильников, расположенных наклонно под углом j к горизонту, необходимо учитывать наклон под углом j всего фотометрического тела, образованного векторами сил света светильника.

Так, при наклоне светильника под углом j в рассматриваемую точку будут падать лучи, характеризуемые углами a_j и b_j, которые связаны с углами a и j следующими соотношениями:

a_j=arccos(sina cosb sinj+cosa cosj); (125)

b_j=arcsin(sina sinb/sina_j). (126)

По углам a_j и b_j определяются силы света светильника в направлении к рассматриваемой точке.

Коэффициенты яркости выбираются с учетом угла a, а не a_j.

10.84. Равномерность распределения горизонтальной освещенности и ярких дорожных покрытий определяются отношениями:

(127)

или

L _макс/ L _мин, (128)

где Е _г.макс - максимальное значение горизонтальной освещенности на участке дороги db; - средняя горизонтальная освещенность на участке дороги d _ф b _у;

Значения E _г.макс, L _макс и L _мин определяются точечным методом из совокупности значений распределений освещенности и яркости дорожного покрытия на участке дороги d _ф b _у (рис. 121).

Распределение освещенности и яркости дорожного покрытия на участке d _ф b _у определяется путем расчета Е _г и L в отдельных равномерно расположенных точках покрытия (с шагом не свыше 5 м) рекомендуется производить такие расчеты с использованием ЭВМ*.

_____________

* Для расчета распределения яркости дорожного покрытия в ЦНИИЭП инженерного оборудования разработана программа «Ряд» для ЭВМ ЕС 1033 на языке «PLI» в ДОС (адрес: 117279, Москва, Профсоюзная ул., 93а).

В ЭВМ в виде массивов чисел (таблиц) вводятся данные по светораспределению светильников и отражательным характеристикам дорожного покрытия, а также следующие параметры, м: ширина проезжей части дороги (улицы) b _у, шаг установки светильников d _фи высота их подвеса h _св.

Рис. 121. К расчету параметров ОУ улицы точечным методом

K ₁ -K ₄ - номера светильников; D b - ширина элементарного участка; D d - то же, длина; D A - элементарный участок

Горизонтальная освещенность Е _{г i} лк, и яркость L_i, кд/м², в i -й точке дорожного покрытия, характеризуемой координатами х_i и y_i, равны:

; (129)

, (130)

где К - число светильников, учитываемых в расчете относительно i -й точки; D Е _{г ij} - горизонтальная освещенность в i -й точке, создаваемая j -м светильником, лк; D L_ij - яркость в i -й точке, создаваемая j -м светильником, кд/м²;

D E _{г j} =(I_ij cos³a _ij)/ h _св²; (131)

D L_ij =(I_ijr_ij cos³a _ij)/(p h _св²); (132)

I_ij - сила света j -го светильника в направлении i -й точки, кд; a _ij - угол падения лучей в i -ю точку от j -го светильника, град; r_ij - коэффициент яркости дорожного покрытия в направлении наблюдателя при действии j -го светильника в i -ю точку.

Светораспределение светильника I = f (a, b) представляется при расчетах в виде двухмерного массива чисел с определенным шагом по a и b, а круглосимметричное светораспределение I = f (a) - в виде одномерного массива чисел.

Отражательные характеристики покрытий представляются в виде двухмерного массива r=f (a, b) или как r = f (a, b _у/ h _св) с соответствующими шагами по a и b или (b _у/ h _cв).

Угловые координатыa, b, i -й точки относительно j -го светильника определяются следующим образом:

; (133)

b _ij =/arctg[((j -1) d _ф/ h _св- x_i)/ y_i ]/. (134)

Значения силы света I_ij светильников, действующих в направлении наблюдателя, и коэффициенты яркости r_ij для соответствующих углов a _ij, b _ij; определяют линейной интерполяцией. Значения силы света светильников, действующих в направлении, противоположном наблюдателю, учитываются с коэффициентом яркости r =0, 1.

Коэффициенты яркости гладких асфальтобетонных покрытий приведены в табл. 88, а шероховатых - в табл. 89.

Результаты расчета сводятся в таблицы значений освещенности и яркости в отдельных равномерно расположенных точках участка дороги площадью d _ф b _y. Значения средней горизонтальной освещенности и средней яркости этого участка определяются как среднее арифметическое Е _г и L в отдельных точках.

Расчеты горизонтальной освещенности и яркости дорожных покрытий от наклонно расположенных (консольных) светильников должны проводиться с учетом угла их наклона к горизонту в соответствии с п. 10.83 настоящего Пособия.

10.85. Методика расчета показателя ослепленности. Показатель ослепленности Р определяется по формуле

P=C _l C_L 570bS/ K _з L _н, (135)

где С _l - коэффициент неэквивалентности, равный для ламп накаливания - 1, 0; для люминесцентных ламп и типа ДРЛ - 1, 3; для ламп типа ДРИ - 1, 1; для натриевых ламп высокого давления - 0, 9; C_L - коэффициент, зависящий от яркости фона, определяемый по графику рис. 122; bS - суммарная яркость вуалирующей пелены, кд/м²;

; (136)

М - число рядов светильников; b _i - яркость вуалирующей пелены, создаваемая i -м рядом светильников.

Яркость вуалирующей пелены от каждого ряда светильников определяется для наблюдателя, находящегося на продольной линии посредине проезжей части данного направления движения, и рассчитывается по формуле

b _ij = m [0, 88 (I _75°) _i +0, 82 (I _80°) _i +2, 1(I _85°) _i +l, 55(I _90°) _i ]/3300[(h _св- h')²+D b_i ²], (137)

где h' - высота глаз наблюдателя над уровнем проезжей части, принимаемая равной 1, 5 м; D b_i - расстояние между линией i -го ряда светильников и средней продольной линией проезжей части данного направления движения, м; I _75° I _80° I _85° I _90° - сила света светильников i -го ряда в плоскости b=90° соответственно под углами a, равными 75°, 80°, 85° и 90°, кд; т - число светильников опоры, относящихся к i -му ряду.

Рис. 122. График зависимости коэффициента С_L от средней яркости дорожного покрытия для расчета показателя ослепленности

10.86. Необходимое число опор n _оп, располагаемых равномерно по периметру больших площадей, рассчитывается по формуле

n _оп= Е _н А _ос К _з/ u _Емакс Ф _л m, (138)

где u _Емакс - максимальный коэффициент использования по освещенности для данного типа светильников в направлении b=0°, принимаемый в расчетах для b' ₁/ h _св=4, 0; А _ос - освещаемая площадь, м²; b' ₁ - ширина освещаемой площади, м.

Среднее расстояние (шаг) между опорами определяется как отношение длины периметра к числу опор.

При расчете шага опор или отдельных светильников следует проверять соответствие требованию по обеспечению отношения максимальной освещенности к средней.

Средняя освещенность рассчитывается по формуле

, (139)

где d _пp - принятый шаг опор или отдельных светильников, м.

Максимальную освещенность Е _макс необходимо рассчитывать точечным методом по формуле

, (140)

где I _a1000 - сила света светильника в направлении к точке максимальной освещенности для условной лампы со световым потоком 1000 лм; n_i - число светильников, действующих в точку максимальной освещенности.

Для консольных и подвесных светильников максимальная освещенность обычно создается в направлении a=0°, а для венчающих - в направлении a=40° по линии размещения светильников.

Значения отношений, полученных по формулам (127) и (128), не должны превышать регламентируемых [1]. В противном случае необходимо изменить параметры установки, размещение светильников и произвести повторный расчет ОУ.

10.87. В качестве основы при проектировании наружных ОУ рекомендуется использовать типовые решения освещения улиц и дорог (см. пп. 10.91-10.92 и прил. 3), рассчитанные в наиболее рациональных вариантах для типовых профилей дорог и методикам, приведенным в пп. 10.83-10.85.

Вариант освещения дороги, имеющей типовой профиль (или отличающийся от типового в пределах, допустимых согласно п. 10.92), выбирается из числа типовых решений (или с изменением согласно п. 10.92), исходя из полных приведенных годовых затрат на ОУ.

Для дорог и улиц с нетиповым профилем расчет производится в следующем порядке:

по установленной норме освещения ( или ) и заданному поперечному профилю улицы, пользуясь типовыми решениями для дорог с наиболее близкими к заданному профилями, подбираются тип светильника и ориентировочная высота его установки;

для выбранного светильника с учетом ширины проезжей части, расположения тротуаров и т.д. уточняются угол наклона и расстояние от края проезжей части (длина кронштейна);

исходя из формулы (116) или (117), рассчитывается шаг светильников, который не должен превышать 50 м при высотеих установки до 14 м;

для выбранного варианта ОУ проверяются качественные показатели освещения-равномерность распределения яркости (освещенности) и показатель ослепленности (последний-для улиц, дорог и площадей категорий А и Б с нормируемой яркостью).

Если по результатам проверочного расчета какой-либо из качественных показателей не удовлетворяет норме, расчет повторяется при соответственно измененной высоте установки светильников.

10.88. Расчет ОУ архитектурного освещения зданий по заданной яркости для объектов, облицованных материалами с диффузным и направленно-рассеянным отражением, удовлетворяющих требованиям п. 10.46, необходимо произвести в следующей последовательности:

определяется значение освещенности Е, создаваемой на объекте

E=pL _н/r, (141)

выбираются тип светильника и место его установки;

далее расчет освещения больших поверхностей (фасады зданий и сооружений) следует производить методом компоновки изолюкс, а высоких и узких конструкций (башни, трубы, колокольни и т.д.) и отдельных элементов зданий - точечным методом по силе света светильника.

10.89. По условиям различимости размеры букв светорекламного текста определяются из следующих соотношений:

ширина букв должна быть не менее ²/₃ высоты;

высота букв из открыто установленных газосветных трубок или набранных из одного ряда ламп накаливания должна быть равна:

h ³ f _макс/250, (142)

где h - высота буквы, м; f _макс - максимальное расстояние наблюдения, м.

Высота букв светорекламного текста, набранного из нескольких рядов ламп накаливания, должна быть равна:

h ³ f _макс/250+6s, (143)

где s - толщина буквы (расстояние между осями крайних рядов ламп, образующих толщину буквы), м.

При наблюдении световой рекламы с расстояний, больших 75 м, размер между осями соседних рядов ламп накаливания в рядах ламп, образующих толщину буквы, должен отвечать соотношению

d _р.л£ f _мин/1500, (144)

где d _p.л - расстояние между осями соседних рядов ламп, м; f _мин - минимальное расстояние наблюдения светорекламы, м.

В случае обзора рекламы с расстояний менее 75 м, размер между осями соседних рядов ламп накаливания должен быть возможно наименьшим, допускаемым конструкцией ламп, а также условиями их эксплуатации.

Высота букв в транспарантах на фоне светящей панели определяется по формуле

h ³ f _макс/500. (145)

Буквы рекомендуется выбирать толщиной не менее ¹/₇ их высоты.

10.90. Сравнительная технико-экономическая оценка вариантов наружных осветительных установок производится по следующей методике.

1. Оценка различных вариантов наружных ОУ производится по полным приведенным годовым затратам С _о и удельной установленной мощности на 1 м² проезжей части улиц, дорог и площадей.

Наиболее экономичный вариант выявляется по минимуму приведенных годовых затрат на ОУ.

Удельная установленная мощность Р _о на 1 м² проезжей части определяется по формуле

Р _о=(Р _л+D Р _пра) mM / d _ф b _у, (146)

где Р _л+D Р _пра - мощность лампы в светильнике и потери в ПРА, Вт.

2. При определении приведенных годовых затрат учитываются приведенные годовые эксплуатационные расходы и соответствующие капитальные затраты, включающие стоимость оборудования и его монтажа.

Допускается в случае одинаковых капитальных затрат на сети, опоры, кронштейны или другое оборудование исключать эти составляющие из сравнительных расчетов.

Рекомендуется производить раздельный расчет приведенных эксплуатационных расходов и приведенных капитальных затрат.

3. Полные приведенные годовые затраты рекомендуется сопоставлять для равноценных по светотехническому эффекту установок, когда их средние значения яркости или освещенности отличаются не более чем на 10%, а качественные показатели установок (равномерность распределения освещенности или яркости, коэффициент ослепленности) не превышают допустимые нормируемые значения.

4. Приведенные годовые затраты Q для наружных ОУ складываются из приведенной суммы эксплуатационных расходов на содержание установок Э и 15% стоимости приведенных капитальных затрат на приобретение оборудования и его монтаж К.

Q = Э +15 K /100. (147)

5. Капитальные затраты складываются из стоимости светильников K _cв, ламп К _л, опор К _оп, кронштейнов К _кр, монтажа светильников К _{монт 1} и опор кронштейнов К _{монт 2}

К =[ т (К _св+ К _монт1+ К _л)+(К _оп +К _пр+ К _монт2)] М / d _ф b _у. (148)

Стоимость электрической сети в сопоставительных расчетах для равноценных по исполнению и пропускной способности сетей, как правило, может не учитываться.

6. Приведенные годовые эксплуатационные расходы Э на содержание ОУ определяются по формуле

Э=С _э+ С _л+ C _oб+ С _ам, (149)

где С _э; С _л; С _об; С _ам - приведенная стоимость соответственно электроэнергии, заменяемых ламп и обслуживания за год, руб/м²; С _ам - приведенные амортизационные отчисления, руб/м².

С _э; С _л; С _об; и С _ам определяются по формулам:

С _э=x Р _о ТК _э; (150)

С _л=(К _л ТтМ)/ Т _л d _ф b _у; (151)

С _об=(тМС _ч)/ d _ф b _у; (152)

С _ам=[ mv ₁(К _св+ К _л+ К _монт1)+ v ₂(К _оп+ К _кр+ К _монт2)] М / d _ф b _у, (153)

где x - коэффициент, учитывающий потери мощности в сети, принимаемый равным 1, 03; Т - число часов горения светильников в год, ч; К _э - стоимость 1 кВтч электроэнергии, руб.; Т _л - срок службы ламп, ч; С _ч - стоимость обслуживания одного светильника в год, включая стоимость чисток и замены ламп (принимается по данным эксплуатационной организации, при отсутствии таких данных допускается пользоваться данными, приведенными в табл. 95); v ₁ - доля отчислений на амортизацию от стоимости светильников; v ₂ - доля отчислений на амортизацию суммарной стоимости опор с кронштейнами, принимаемая для опор: металлических и железобетонных - 3, 6%; деревянных из пропитанной древесины и на железобетонных пасынках - 5, 7%; деревянных из непропитанной древесины - 8%.

Таблица 95