Методика расчета. Основным методом расчета общего равномерного искусственного освещения является метод светового потока (коэффициента использования)

Основным методом расчета общего равномерного искусственного освещения является метод светового потока (коэффициента использования). Исходными данными для расчета являются габариты помещения (цеха): A × B × H (A – длина, B – ширина, H – высота). Кроме того, при решении должны учитываться дополнительные условия: установленное оборудование, выделение пыли, водяных паров, пожароопасность, наличие химически активных сред и др. (при отсутствии в условии можно задать их самостоятельно).

В зависимости от высоты помещения предварительно выбирается тип ламп. Люминесцентные лампы (ЛЛ) следует применять при установке светильников на высоте менее 4 м. При этом лампы ЛД и ЛДЦ используются при повышенных требованиях у цветопередаче. Для большинства производственных помещений такие требования отсутствуют. Поэтому следует использовать лампы ЛБ, обладающие значительно большей световой отдачей. Для помещений с наличием вращающихся частей оборудования (к ним относятся все металлообрабатывающие производства) во избежание стробоскопического эффекта следует применять исключительно лампы ЛБ. При высоте установки светильников 4÷ 6 м могут применять ЛЛ и дуговые ртутные люминесцентные лампы ДРЛ (допускается применение ламп ДРИ). При высоте более 6 м предпочтение должно отдаваться газоразрядным лампам высокого давления (ГЛВД) – ДРЛ и ДРИ (при меньших высотах подвеса – менее яркие лампы ДРЛ, при больших высотах – лампы ДРИ с большей световой отдачей).

Марка светильника (в том числе защитный угол) выбирается в зависимости от условий среды в производственных помещениях и зонах (табл. П.1). В цехах металлообработки условия среды в большинстве случаев можно считать нормальными. Однако при наличии большого количества шлифовальных станков из-за больших скоростей шлифования и использования эмульсии помещение цеха может оказаться сырым, при большом объеме черновой обработки или при обработке чугуна – пыльным, а при большом количестве зубообрабатывающих или протяжных станков (когда используется СОЖ на масляной основе) – пожароопасным. Гальванические цехи относятся к сырым, литейные цехи – к пыльным и жарким помещениям и т. д. В некоторых случаях следует применять закрытые светильники (защитный угол условно равен 90º). Одновременно с маркой светильника принимается количество ламп в нем (некоторые марки светильников имеют несколько ламп).

Принимается схема расположения светильников и рабочая высота их подвеса H _р. Светильники с люминесцентными лампами обычно располагают рядами – непрерывными или прерывистыми, чаще вдоль длинной стороны помещения, точечные источники (с лампами ДРЛ и ДРИ) – по углам квадрата (прямоугольника), реже в шахматном порядке. Для светильников с ЛЛ схема размещения может быть связана с наличием защитных углов – только в поперечном сечении или в поперечном и продольном сечениях (см. пример 1, решения 2 и 3). Рабочая высота подвеса H _р – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (она в любом случае меньше высоты помещения). Как для административных помещений, так и для большинства цехов рабочей поверхностью является горизонтальная поверхность на высоте 0, 8 м от пола (Г-0, 8). Поэтому в случае монтажа светильников непосредственно на потолке помещения, учитывая габариты самого светильника, H _р = H – 1 (м). Светильники с лампами ДРЛ и ДРИ, можно дополнительно опускать (например, на тросовых растяжках), приближая их к рабочим местам и увеличивая таким образом эффективность осветительной установки. С точки зрения удобства обслуживания и безопасности высоту подвеса нежелательно увеличивать свыше 4÷ 5 м. Однако при выборе H _р следует учитывать и технологические аспекты – наличие в цехе мостовых кранов, кран-балок и др.

Световой поток одной лампы рассчитывается по формуле:

F _расч = 100 %, (1)

где E _н – норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения;

S = AB – площадь помещения;

k _з – коэффициент запаса;

z – коэффициент, учитывающий неравномерность освещения;

N – количество светильников;

n – количество ламп в светильнике;

η – коэффициент использования осветительной установки.

Норма освещенности E _н в общем случае определяется из СНиП 23-05-95 [8] (табл. П.2). Однако в большинстве случаев удобнее пользоваться специальными рекомендациями для конкретных производственных помещений и работ (табл. П.3).

Из той же табл. П.3 или, в случае отсутствия информации в последней, из табл. П.4 выбирается величина коэффициента запаса k _з, учитывающего снижение освещенности вследствие загрязнения ламп.

Коэффициент z принимается равным: 1, 1 – для ЛЛ, 1, 15 – для точечных источников (с лампами ДРЛ и ДРИ).

Для определения коэффициента использования η необходимо определить коэффициенты отражения поверхностей помещения – потолка ρ _п, стен ρ _п и рабочей поверхности (пола) ρ _р. Ориентировочные величины коэффициентов отражения поверхностей помещений представлены в табл. П.5. Можно руководствоваться следующей приблизительной оценкой (последовательно указаны ρ _п, ρ _п и ρ _р): сборочные и обрабатывающие цехи в точном машиностроении и приборостроении – 70, 50 и 10 %; металлообрабатывающие цехи в общем машиностроении – 50, 30 и 10 %; цехи металлообработки при наличии большого объема черновых операций, а также литейные, кузнечные, сварочные и малярные цехи – 30, 10 и 10 %; помещения управления, конструкторских и технологических бюро (оснащенные персональными ЭВМ) – 70, 50 и 30 % [9]. Кроме того, для определения η рассчитывается индекс формы помещения:

i = = (2)

Зная марку светильника, коэффициенты отражения ρ _п, ρ _п и ρ _р, а также величину индекса i, по табл. П.6 (для ЛЛ) или П.7 (для дуговых ламп) находят величину коэффициента использования осветительной установки η (возможно, с помощью интерполяции).

Предварительное количество светильников в помещении определяется следующим образом.

Для светильников с ЛЛ сначала исходят из непрерывного расположения светильников в ряду. При этом количество светильников в одном ряду (соответственно при расположении рядов вдоль длинной и короткой сторон помещения):

N _св = – (2÷ 4), N _св = – (2÷ 4), (3)

где l _м – монтажная длина светильника, м.

Светильники с ЛЛ имеют разную длину в зависимости от мощности устанавливаемых ламп и марки светильника. За редким исключением длины светильников находятся в следующих диапазонах: для ламп мощностью 18 и 20 Вт – от 615 до 650 мм, мощностью 30 ВТ – от 920 до 950 мм, мощностью 36 и 40 Вт – от 1225 до 1270 мм, мощностью 58, 65 и 80 Вт – от 1525 до 1570 мм. Поэтому, учитывая необходимость наличия небольших монтажных зазоров между светильниками даже при непрерывном расположении в ряду, можно принять следующие значения монтажной длины светильников l _м: с лампами мощностью 18 и 20 Вт – 0, 7 м, с лампами мощностью 30 Вт – 1, 0 м, с лампами мощностью 36 и 40 Вт – 1, 3 м, с лампами мощностью 58, 65 и 80 Вт – 1, 6 м. Вычитание от двух до четырех светильников в формулах (3) осуществляется для того, чтобы не устанавливать крайние в рядах светильники вплотную к стенам и не освещать тем самым стены вместо рабочей поверхности. Количество «отбрасываемых» светильников зависит от рабочей высоты подвеса: чем больше H _р, тем больше светильников вычитается. Разумеется, необходимо округлить число N _св до ближайшего целого.

При определении количества рядов исходят из того, что расстояние между соседними рядами не может превышать величины L_max = 1, 5 H _р (в противном случае не обеспечивается достаточная равномерность освещения рабочей поверхности). В то же время из экономических соображений нежелательно чрезмерно уменьшать расстояние между рядами L. Поэтому в некоторых учебниках указывают оптимальный диапазон величины L: (1, 4÷ 1, 5) H _р. В связи с этим необходимо уточнить: раздвигать ряды дальше, чем на 1, 5 H _р, нельзя, а располагать ближе 1, 4 H _р – можно. Другим обязательным условием при определении количества рядов является выдерживание соотношения расстояния от крайних рядов до стен L ₁ и расстояния между соседними рядами L: L ₁ = (0, 3÷ 0, 5) L. Это условие должно быть обеспечено в окончательном варианте расположения светильников. В противном случае либо, при L ₁ > 0, 5 L, будет недостаточно освещаться рабочая поверхность вблизи стены, либо, при L ₁ < 0, 3 L, будет «успешно» освещаться стена вместо рабочей поверхности.

Определить минимальное число рядов N _{р min} можно следующим образом (сначала уточним, что количество промежутков между рядами на один меньше, чем количество рядов). Если принять, что L ₁ = 0, 5 L, то суммарная длина двух расстояний от крайних рядов до стен будет равна одному расстоянию между соседними рядами. Тогда, разделив ширину (или длину – в зависимости от принятой ориентации рядов) помещения на максимальное расстояние между рядами L _max = 1, 5 H _р, можно определить минимальное количество рядов:

N _{р min} = , N _{р min} = (4)

Первая из формул (4) относится к расположению рядов вдоль длинной стороны помещения, вторая – вдоль короткой стороны. Полученное по одной из формул (4) число следует округлить до целого, причем только в большую сторону – иначе расстояние между рядами окажется больше L_max, что недопустимо.

Изменившиеся (уменьшившиеся) в результате округления N _р расстояния L и L ₁ следует уточнить (сначала при условии L ₁ = 0, 5 L): L = 2 L ₁ = A / N _р или L = 2 L ₁ = В / N _р. После этого L и L ₁ корректируются до более удобных («округлых») величин с проверкой соотношения L ₁ = (0, 3÷ 0, 5) L.

После этого, умножая полученное число рядов N _р на количество светильников в ряду N _св, получим общее количество светильников N = N _р∙ N _св.

Для точечных источников (светильников с ГЛВД) используют размещение по углам квадрата или прямоугольника (в бытовой речи именуемое «квадратно-гнездовым»), или в шахматном порядке. В нормативной литературе и в этом случае пользуются термином «ряд», понимая под рядом совокупность последовательно расположенных вдоль длинной стороны помещения светильников с расстоянием L_А между ними. Расстояние же между рядами в этом случае может быть обозначено как L_В. При размещении по углам квадрата (L_А = L_В) или прямоугольника (L_А ≠ L_В) светильники в соседних рядах расположены друг напротив друга (на расстоянии L_В). При шахматном расположении имеется смещение светильников в соседних рядах на половину расстояния L_А. При шахматном расположении уменьшается величина коэффициента пульсации освещенности (при трехфазном подключении).

В любом случае при комбинированной системе освещения условиями обеспечения равномерности являются: L_А ≤ L_max = 1, 4 H _р, L_В ≤ L_max = 1, 4 H _р. В случаях, допускающих применение только общего освещения (табл. П.2 и П.3), необходимо дополнительно уменьшать L_А и L_В для достижения нормативной величины коэффициента пульсации освещенности К _п. При этом обязательно подключение светильников на разные фазы трехфазной сети, а величина L_max не должна превышать: 0, 9 H _р – при К _п ≤ 20 %, 0, 75 H _р – при К _п ≤ 15 %, 0, 6 H _р – при К _п ≤ 10 % (данные приведены для L_А = L_В, при L_А ≠ L_В более сложные зависимости можно найти в [10]). Расстояния от крайних рядов (светильников) до стен и в этом случае должны находиться в пределах L _{1 А} = (0, 3÷ 0, 5) L_А, L _{1 В} = (0, 3÷ 0, 5) L_В.

Расчет количества светильников вдоль длинной стороны помещения (в ряду) N_A и вдоль короткой стороны (рядов) N_B производится подобно расчету количества рядов светильников с ЛЛ. Сначала по формулам, аналогичным (4), рассчитываются минимальные количества N_Amin и N_Bmin:

N_Аmin = , N_Вmin = (5)

Полученные числа округляются до целого (только в большую сторону), после чего определяется общее число светильников N = N_A ∙ N_B и уточняются уменьшившиеся в результате округления N_А и N_В расстояния L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} (сначала при условии L ₁ = 0, 5 L): L_А = 2 L _{1 А} = A / N_А и L_В = 2 L _{1 В} = В / N_В. После этого все расстояния корректируются до более удобных («округлых») величин с проверкой соотношения L ₁ = (0, 3÷ 0, 5) L.

После предварительного определения количества светильников N по формуле (1) рассчитывается световой поток одной лампы (как для люминесцентных, так и для дуговых ламп). По табл. П.8 (для ЛЛ) или П.9 (для ГЛВД) подбирают ближайшую стандартную лампу (следует напомнить, что выбирать люминесцентные лампы ЛД и, особенно, ЛДЦ из-за меньшей, по сравнению с ЛБ, световой отдачи и большего коэффициента пульсации освещенности крайне нежелательно). Проверяется отклонение светового потока выбранной лампы F _ст от расчетного F _расч:

Δ F = ((F _ст – F _расч)/ F _расч)100 % (6)

Если величина отклонения Δ F находится в пределах от – 10 до + 20 %, результат расчета можно считать удовлетворительным. Если световой поток выбранной лампы недостаточен (Δ F < – 10 %), увеличивают число светильников (для ЛЛ – количество рядов, для дуговых ламп – или число рядов, или число светильников в ряду, или и то и другое, обеспечив минимальное различие расстояний L_А и L_В) до получения необходимого результата. Если световой поток выбранной лампы чрезмерно большой (Δ F > + 20 %), поступают следующим образом. Для светильников с ЛЛ уменьшают число светильников, сделав их расположение в каждом ряду прерывистым (увеличив монтажные зазоры) или (и) берут светильники с лампами меньшей мощности (в этом случае расположение светильников в ряду также может стать прерывистым). При использовании ГЛВД уменьшать число светильников, увеличивая расстояния между ними, нельзя. Поэтому следует повторить заключительную часть расчета для ламп меньшей мощности, увеличив количество светильников и уменьшив расстояния между ними, – до получения необходимого результата.

В случае проведения корректировки количества светильников (рядов) следует заново пересчитать расстояния между ними.

Завершается расчет определением мощности осветительной установки:

P = P _л nN, (7)

где P _л – мощность, потребляемая одной лампой, Вт.