Примеры расчета

Пример 1. Рассчитать общее равномерное искусственное освещение для механического цеха (лезвийной обработки), расположенного в здании с габаритами 50´ 25´ 6 м.

Решение 1. Учитывая небольшую высоту цеха, принимаем решение использовать светильники с люминесцентными лампами, расположив их непрерывными рядами вдоль длинной стороны здания. При этом из-за достаточно большой длины помещения (50 м) используем светильники ОДР с защитным углом 15º, как в поперечном, так и в продольном сечении.

Для расчета воспользуемся методом светового потока. Определим параметры, входящие в формулу (1).

Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов E _н = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 50∙ 25 = 1250 (м²). Коэффициент запаса для металлообрабатывающих цехов k _з = 1, 5 (табл. П.3). z = 1, 1 – коэффициент для люминесцентных ламп. n = 2 – количество ламп в светильнике ОДР (табл. П.1).

Для определения коэффициента использования η рассчитаем индекс формы помещения по формуле (2): i = (A ∙ B)/(H _р(A + B)) = 50∙ 25/(5(50 + 25)) = 3, 33. Здесь H _р = H – 1 = 6 – 1 = 5 (м) – рабочая высота подвеса светильников (светильники с ЛЛ закрепляют на потолке помещения).

Считаем, что коэффициенты отражения потолка ρ _п (чистый бетонный потолок), стен ρ _с (бетонные стены) и рабочей поверхности (пола) ρ _р равны соответственно 50, 30 и 10 % (табл. П.5).

По табл. П.6 определяем интерполяцией коэффициент использования. Для светильника ОДР при i = 3, 0 η = 57, 5 %, при i = 3, 5 η = 59 %; тогда при i = 3, 33 η = 57, 5 +((59 – 57, 5)/(3, 5 – 3, 0))(3, 33 – 3, 0) = 58, 49 (%).

Для определения количества светильников N сначала вычислим по формуле (3) количество светильников в одном ряду, ориентируясь на лампы мощностью 80 Вт и учитывая относительно небольшую высоту цеха: N _св = (A / l _м) – 2 = (50/1, 6) – 2 = 29, 25. Округляя результат до целого, получим N _св = 29.

Для предварительного определения числа рядов N _р примем, что расстояние от крайних рядов до стен L ₁ максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L ₁ = 0, 5 L. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между рядами по формуле (4): N _{р min} = B / L_max = B /(1, 5 H _р) = 25/(1, 5∙ 5) = 3, 3. Округляя (только в большую сторону), получаем N _р = 4.

Тогда общее число светильников N = N _св∙ N _р = 29∙ 4 = 116.

При округлении числа рядов до большего целого изменяются (уменьшаются) величины L и L ₁. Определим их, по-прежнему считая, что L ₁ = 0, 5 L: L = B / N _р = 25/4 = 6, 25 (м); L ₁ = 0, 5∙ 6, 25 = 3, 125 (м). Назначаем более удобные размеры (учитывая, что число промежутков между рядами на один меньше, чем число самих рядов): L = 6, 5 м; тогда L ₁ = (B – (N _р – 1) L)/2 = (25 – (4 – 1)∙ 6, 5)/2 = 2, 75 (м). Удостоверяемся, что отношение L ₁/ L = 2, 75/6, 5 = 0, 415 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5).

Подставляя числовые значения всех параметров в формулу (1) для F _расч, получим: F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 1)/(116∙ 2∙ 58, 49) = 3040 (лм).

При выборе лампы из таблицы П.8 учитываем, что для металлообрабатывающих цехов во избежание стробоскопического эффекта следует использовать лампы ЛБ. Ближайшая стандартная лампа ЛБ40 со световым потоком F _ст 3120 лм вполне подходит, так как отклонении ее светового потока от расчетного (6) не выходит за допустимые пределы (от – 10 % до + 20 %): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(3120 – 3040)/3040 = 2, 6 %. При этом, так как светильники с лампами мощностью 40 Вт имеют меньшую длину и меньшую монтажную длину l _м = 1, 3 м, расположение светильников в ряду будет прерывистым. Монтажный зазор увеличится на 30 см. Решение использовать 40-ваттные лампы вместо 80-ваттных имеет свои преимущества. В частности, у них несколько выше световая отдача, что обеспечит экономию электроэнергии на освещение.

Однако при использовании ламп мощностью 40 Вт почти вдвое большим будет количество светильников и самих ламп. Это резко увеличит как разовые затраты на создание осветительной установки, так и затраты на ее эксплуатацию. Поэтому принимаем решение использовать лампы мощностью 80 Вт, сократив количество светильников в ряду (сделав их расположение прерывистым). Для получения F _расч, максимально приближенного к световому потоку стандартной лампы ЛБ80 (5220 лм – табл. П.8) новое число N _св определяем из пропорции: N _св(нов) = (N _{св(стар)}∙ F _расч)/ F _ст = (29∙ 3040)/5220 = 16, 9. Принимаем N _св = 17. Тогда N = N _св∙ N _р = 17∙ 4 = 68. Расстояние между светильниками увеличится (см. схему на рис. 1) примерно до l _м = (N _{св(стар)} – N _св)/(N _св – 1) = 1, 6(29 – 17)/(17 – 1) = 1, 2 (м), что меньше длины светильника – равномерность освещения обеспечивается.

Рис. 1. Размещение светильников ОДР с люминесцентными лампами ЛБ80 на плане цеха с габаритами 50´ 25 м

При этом расчетный световой поток одной лампы (1): F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 1)/(68∙ 2∙ 58, 49) = 5186 (лм). Отклонение светового потока лампы ЛБ80 от расчетного (6): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(5220 – 5186)/5186 = 0, 7 %. Мощность, потребляемая осветительной установкой (7): P = Р _л nN = 80∙ 2∙ 68 = 10880 (Вт).

Решение 2. Известно, что в длинных узких помещениях взгляд человека направлен преимущественно вдоль длинной стороны. Поэтому, если расположить ряды светильников вдоль короткой стороны помещения, то при относительно небольшой высоте цеха можно использовать светильники с большим к. п. д. – с защитным углом только в поперечном сечении (типа ЛСП-02-001, защитный угол 15º). Многие параметры можно взять из предыдущего решения: E _н = 200 лк; S = 1250 м²; z = 1, 1; n = 2 (в светильнике ЛСП-02 также две лампы); i = 3, 33; коэффициенты отражения поверхностей ρ _п = 50 %, ρ _с = 30 %, ρ _р = 10 %.

По табл. П.6 определяем интерполяцией коэффициент использования. Для ЛСП-02 при i = 3, 0 η = 65, 5 %, при i = 3, 5 η = 67 %; тогда при i = 3, 33 η = 65, 5 +((67 – 65, 5)/(3, 5 – 3, 0))(3, 33 – 3, 0) = 66, 49 ≈ 66, 5 (%).

Количество светильников в одном ряду N _св = (B / l _м) – 2 = (25/1, 6) – 2 = 13, 63. Округляя, получим N _св = 14.

Для предварительного определения числа рядов N _р опять примем, что расстояние от крайних рядов до стен L ₁ максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L ₁ = 0, 5 L. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между рядами N _{р min} = A / L_max = A /(1, 5 H _р) = 50/(1, 5∙ 5) = 6, 67. Округляя (только в большую сторону), получаем N _р = 7.

Тогда общее число светильников N = N _св∙ N _р = 14∙ 7 = 98.

Определим новые величины L и L ₁, по-прежнему считая, что L ₁ = 0, 5 L: L = A / N = 50/7 = 7, 14 (м); L ₁ = 0, 5∙ 7, 14 = 3, 57 (м). Назначаем более удобные размеры: L = 7, 2 м; тогда L ₁ = (A – (N – 1) L)/2 = (50 – (7 – 1)∙ 7, 2)/2 = 3, 4 (м). Удостоверяемся, что отношение L ₁/ L =3, 4/7, 2 = 0, 472 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5).

Подставляя числовые значения всех параметров в формулу (1), получим: F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 1)/(98∙ 2∙ 66, 5) = 3165 (лм).

Для получения F _расч, максимально приближенного к световому потоку лампы ЛБ80 (5220 лм) новое число светильников в ряду N _св определяем из пропорции: N _св = (N _{св(стар)}∙ F _расч)/ F _ст = (14∙ 3165)/5220 = 8, 5. Принимаем N _св = 9. Тогда общее количество светильников N = N _св∙ N _р = 9∙ 7 = 63. При этом расстояние между светильниками увеличится примерно до l _м = (N _{св(стар)} – N _св)/(N _св – 1) = 1, 6(14 – 9)/(9 – 1) = 1, 0 (м).

На рис. 2 представлена схема расположения светильников.

Рис. 2. Размещение светильников ЛСП-02-001 с люминесцентными лампами ЛБ80 на плане цеха с габаритами 50´ 25 м (вариант)

При этом расчетный световой поток одной лампы (1): F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 1)/(63∙ 2∙ 66, 5) = 4923 (лм). Отклонение светового потока лампы ЛБ80 от расчетного (6): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(5220 – 4923)/4923 = 6, 0 %, что находится в допустимых пределах.

Мощность, потребляемая осветительной установкой (7): P = P _л nN = 80∙ 2∙ 63 = 10080 (Вт). Таким образом, экономия потребления электроэнергии по сравнению с продольным расположением рядов со светильниками ОДР не столь велика Δ P = 100(10880 – 10080)/10880 = 7, 4 %. Однако следует учесть и гораздо более удобную замену выработавших ресурс ламп (на достаточно большой высоте) в светильниках без защитной решетки.

Решение 3. Используем для освещения цеха газоразрядные лампы высокого давления. При относительно небольшой высоте цеха это лампы типа ДРЛ. Используем закрепляемые на потолке светильники С34ДРЛ (в цехе используется эмульсия, может проводиться черновая обработка и обработка чугунных деталей) на одну лампу (n = 1) с защитным углом 15º, расположив их наиболее рационально – по углам прямоугольника. Параметры, известные из предыдущих решений: E _н = 200 лк; S = 1250 м²; i = 3, 33; коэффициенты отражения ρ _п = 50 %, ρ _с = 30 %, ρ _р = 10 %.

По табл. П.7 определяем интерполяцией коэффициент использования осветительной установки. Для светильника С34ДРЛ при i = 3, 0 η = 68, 5 %, при i = 3, 5 η = 70 %; тогда при i = 3, 33 η = 68, 5 +((70 – 68, 5)/(3, 5 – 3, 0))(3, 33 – 3, 0) = 69, 5 (%).

Для предварительного определения числа светильников вдоль длинной стороны помещения N_А примем, что расстояние от крайних светильников до стен L _{1 А} максимально и равно половине расстояния между соседними светильниками L_А: L _{1 А} = 0, 5 L_А. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между светильниками (5): N_Аmin = A / L_max = A /(1, 4 H _р) = 50/(1, 4∙ 5) = 7, 14. Округляя (только в большую сторону), получаем N_А = 8.

Аналогично определяем предварительное число светильников вдоль короткой стороны помещения N_В (5): N_Вmin = В / L_max = В /(1, 4 H _р) = 25/(1, 4∙ 5) = 3, 57. Округляя, получаем N_В = 4.

Тогда общее число светильников N _св = N_А ∙ N_В = 8∙ 4 = 32.

Определим новые величины L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} , по-прежнему считая, что расстояния от крайних светильников до стен равно половине расстояния между светильниками: L_А = A / N_А = 50/8 = 6, 25 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 6, 25 = 3, 125 (м); L_В = В / N_В = 25/4 = 6, 25 (м); L _{1 В} = 0, 5∙ 6, 25 = 3, 125 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: L_А = 6, 5 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (50 – (8 – 1)∙ 6, 5)/2 = 2, 25 (м). Удостоверяемся, что отношение L _{1 А} / L_А =2, 25/6, 5 = 0, 346 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Вдоль короткой стороны помещения: L_В = 6, 5 м; тогда L _{1 В} = (В – (N_В – 1) L_В)/2 = (25 – (4 – 1)∙ 6, 5)/2 = 2, 75 (м). Отношение L _{1 В} / L_В =2, 75/6, 5 = 0, 423 также в допустимом диапазоне (0, 3÷ 0, 5).

Учтем, что для точечных источников, каковыми являются светильники с дуговыми лампами, коэффициент z = 1, 15. Подставляя числовые значения всех известных параметров в формулу (1), получим: F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 15)/(32∙ 1∙ 69, 5) = 19391 (лм). Ближайшими по световому потоку (табл. П.9) являются стандартные отечественные лампы ДРЛ-250 (F _ст = 13000 лм) и ДРЛ-400 (F _ст = 22000 лм).

При использовании лампы ДРЛ-250 отклонение светового потока от расчетного составит: Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(13000 – 19391)/19391 = – 33 %, что недопустимо. Для лампы ДРЛ-400 Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(22000 – 19391)/19391 = 13, 5 %, что входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Решение можно считать удовлетворительным.

Мощность, потребляемая осветительной установкой: P = P _л nN = 400∙ 1∙ 32 = 12800 (Вт). Таким образом, вариант с использованием ламп ДРЛ на первый взгляд уступает по энергопотреблению варианту с ЛЛ. Однако следует учесть, что в последнем случае имеет место больший запас по световому потоку Δ F (13, 5 % против отклонения в 6 % у ЛЛ).

Поэтому следует проверить вариант с использованием ламп ДРЛ-250 при увеличении числа светильников. Для получения F _расч, максимально приближенного к световому потоку лампы ДРЛ-250 (13000 лм) новое число N _нов определяем из пропорции: N _нов = (N ∙ F _расч)/ F _ст = (32∙ 19391)/13000 = 47, 7. Принимаем N _нов = N = 48. Возможны два сочетания: N_А = 12 и N_В = 4, а также N_А = 8 и N_В = 6. Несложные расчеты показывают, что различие между L _А и L _В в обоих случаях одинаково (4, 17 и 6, 25 м – см. ниже – и наоборот). Принимаем вариант расположения с N_А = 12 и N_В = 4.

Уточним величины L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} опять-таки из условия L ₁ = 0, 5 L: L_А = A / N_А = 50/12 = 4, 17 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 4, 17 = 2, 08 (м); L_В = В / N_В = 25/4 = 6, 25(м); L _{1 А} = 0, 5∙ 6, 25 = 3, 125 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: L_А = 4, 2 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (50 – (12 – 1)∙ 4, 2)/2 = 1, 9 (м). Отношение L _{1 А} / L_А =1, 9/4, 2 = 0, 452 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Вдоль короткой стороны помещения: L_В = 6, 6 м; тогда L _{1 В} = (В – (N_В – 1) L_В)/2 = (25 – (4 – 1)∙ 6, 6)/2 = 2, 6 (м). Отношение L _{1 В} / L_В =2, 6/6, 6 = 0, 394 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Схема расположения светильников – на рис. 3.

Рис. 3. Размещение светильников С34ДРЛ с лампами ДРЛ-250 на плане цеха с габаритами 50´ 25 м

При этом расчетный световой поток одной лампы: F _расч = 100(200∙ 1250∙ 1, 5∙ 1, 15)/(48∙ 1∙ 69, 5) = 12927 (лм). Отклонение светового потока стандартной лампы ДРЛ-250 от расчетного минимально: Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(13000 – 12927)/12927 = – 0, 06 %.

Мощность осветительной установки: P = P _л nN = 250∙ 1∙ 48 = 12000 (Вт). По сравнению с лампами ДРЛ-400 при использовании ДРЛ-250, несмотря на несколько меньшую световую отдачу (см. табл. П.9), экономится электроэнергия: Δ P = 100(12800 – 12000)/12800 = 6, 25 %. Кроме того, при большем числе светильников достигается более равномерное освещение рабочей поверхности, а из-за меньшей единичной мощности уменьшается яркость источников, и, соответственно, их ослепляющее воздействие. В тоже время, с увеличением количества светильников возрастает стоимость осветительной установки и затраты на эксплуатацию. Превосходство одного из вариантов может показать только экономический расчет. На первый взгляд, вариант с ДРЛ-250 кажется предпочтительным.

Какой вариант следует принять, с ДРЛ или ЛЛ, точно показать может опять-таки экономический расчет. Следует лишь отметить, что экономия на потреблении электроэнергии при использовании ЛЛ существенна (Δ P = 100(12000 – 10080)/12000 = 16, 0 %). Однако стоимость установки с ЛЛ (а также стоимость ее обслуживания) заметно больше – требуется в 1, 3 раза больше габаритных люминесцентных светильников и 126 люминесцентных ламп против 48 ламп ДРЛ-250.

Пример 2. Рассчитать общее равномерное искусственное освещение для механического цеха (в цехе преобладают шлифовальные станки), расположенного в здании с габаритами 60´ 40´ 9 м.

Решение 1. Используем для освещения цеха газоразрядные лампы высокого давления типа ДРЛ. Используем светильники СД2ДРЛ (для сырых помещений – большие скорости и широкое использование эмульсии при шлифовании приводят к повышенному выделению в воздух водяных паров) на одну лампу (n = 1) с защитным углом 15º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника.

Для расчета воспользуемся методом светового потока. Определим параметры, входящие в формулу (1).

Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов E _н = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 60∙ 40 = 2400 (м²). Коэффициент запаса для металлообрабатывающих цехов k _з = 1, 5 (табл. П.3). z = 1, 15 – коэффициент для точечных источников.

Установим светильники непосредственно на потолке (достаточно большая высота цеха предполагает использование в пролетах мостовых кранов или кран-балок). Тогда рабочая высота подвеса светильников H _р = H – 1 = 9 – 1 = 8 (м), а индекс формы помещения i = S /(H _р(A + B)) = 2400/(8(60 + 40)) = 3, 0.

Считая, что коэффициенты отражения потолка ρ _п (чистый бетонный потолок), стен ρ _с (бетонные стены) и рабочей поверхности (пола) ρ _р равны соответственно 50, 30 и 10 % (табл. П.5), по табл. П.7 определяем коэффициент использования. Для светильника СД2ДРЛ при i = 3, 0 η = 63, 5 %.

Для определения минимального количества светильников вдоль длинной стороны помещения (в ряду) N_А примем, что расстояние от крайних светильников до стен L _{1 А} максимально и равно половине максимального же расстояния между соседними светильниками L_А: L _{1 А} = 0, 5 L_А. Тогда при L_А = L_max по формуле (5): N_Аmin = A / L_max = A /(1, 4 H _р) = 60/(1, 4∙ 8) = 5, 36. Округляя в большую сторону, получаем N_А = 6.

Аналогично определяем минимальное число светильников вдоль короткой стороны помещения N_В: N_Вmin = В / L_max = В /(1, 4 H _р) = 40/(1, 4∙ 8) = 3, 57. Округляя, получаем N_В = 4.

Общее число светильников N = N_А ∙ N_В = 6∙ 4 = 24.

Новые величины L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} (при L ₁ = 0, 5 L): L_А = A / N_А = 60/6 = 10 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 10 = 5 (м); L_В = В / N_В = 40/4 = 10 (м); L _{1 В} = 0, 5∙ 10 = 5 (м). Оставим эти значения без корректировки.

На рис. 4 представлена соответствующая схема расположения светильников.

Рис. 4. Размещение светильников СД2ДРЛ с лампами ДРЛ-1000 на плане цеха с габаритами 60´ 40 м (при рабочей высоте подвеса 8 м)

Подставляя числовые значения всех параметров в (1), получим: F _расч = 100(200∙ 2400∙ 1, 5∙ 1, 15)/(24∙ 1∙ 63, 5) = 54331 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРЛ-1000 (F _ст = 58500 лм). Отклонение светового потока от расчетного: Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(58500 – 54331)/54331 = 7, 7 %, которое входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %).

Мощность на освещение P = P _л nN = 1000∙ 1∙ 24 = 24000 (Вт).

Решение можно считать вполне удовлетворительным. Тем не менее, интересно рассмотреть другие варианты.

Решение 2. Пусть в том же цехе мостовые краны или кран-балки отсутствуют (на случай вывоза оборудования для ремонта предусмотрены проезды достаточной ширины для автокранов). Тогда можно уменьшить высоту подвеса светильников СД2ДРЛ, установив их на тросовых растяжках. Примем H _р = 5 м, т. е. опустим светильники на 3 м. Не изменятся параметры E _н = 200 лк, S = 2400 м², k _з = 1, 5, z = 1, 15 и n = 1, а также коэффициенты отражения ρ _п, ρ _с, и ρ _р, равные соответственно 50, 30 и 10 %.

Новый индекс формы помещения i = S /(H _р(A + B)) = 2400/(5(60 + 40)) = 4, 8. Для светильника СД2ДРЛ при i = 4, 5 коэффициент использования η = 68 %, при i = 5, 0 – η = 69 % (табл. П.7). Для i = 4, 8 интерполяцией находим η = 68 + ((69 – 68)/(5, 0 – 4, 5))∙ (4, 8 – 4, 5) = 68, 6 %.

Для определения минимального числа светильников зададимся условием L ₁ = 0, 5 L. Тогда по формуле (5): N_Аmin = A / L_max = A /(1, 4 H _р) = 60/(1, 4∙ 5) = 8, 57. Округляя в большую сторону, получаем N_А = 9. Аналогично N_Вmin = В / L_max = В /(1, 4 H _р) = 40/(1, 4∙ 5) = 5, 71. Округляя, получаем N_В = 6. Общее число светильников N = N_А ∙ N_В = 9∙ 6 = 54.

Уточняем расстояния L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} (при L ₁ = 0, 5 L): L_А = A / N_А = 60/9 = 6, 67 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 6, 67 = 3, 33 (м); L_В = В / N_В = 40/6 = 6, 67 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 6, 67 = 3, 33 (м). Назначаем более удобные величины расстояний. Вдоль длинной стороны помещения: L_А = 7, 0 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (60 – (9 – 1)∙ 7, 0)/2 = 2, 0 (м). Отношение L _{1 А} / L_А =2, 0/7, 0 = 0, 286 не попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Изменяем: L_А = 6, 8 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (60 – (9 – 1)∙ 6, 8)/2 = 2, 8 (м). Отношение L _{1 А} / L_А =2, 8/6, 8 = 0, 412 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Вдоль короткой стороны: L_В = 7, 0 м; тогда L _{1 В} = (В – (N_В – 1) L_В)/2 = (40 – (6 – 1)∙ 7, 0)/2 = 2, 5 (м). Отношение L _{1 В} / L_В =2, 5/7, 0 = 0, 357 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5).

Световой поток лампы (1): F _расч = 100(200∙ 2400∙ 1, 5∙ 1, 15)/(54∙ 1∙ 68, 6) = 22352 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРЛ-400 (F _ст = 22000 лм). Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного (6) Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(22000 – 22352)/22352 = – 1, 6 % входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %).

Схема расположения светильников представлена на рис. 5.

Рис. 5. Размещение светильников СД2ДРЛ с лампами ДРЛ-400 на плане цеха с габаритами 60´ 40 м (при рабочей высоте подвеса 5 м)

Мощность осветительной установки P = P _л nN = 400∙ 1∙ 54 = 21600 (Вт). Экономия электроэнергии за счет уменьшения H _р составит Δ P = 100(24000 – 21600)/24000 = 10, 0 %. При меньшей высоте подвеса осветительную установку удобнее и безопаснее обслуживать. Однако в два с лишним раза большее число светильников делает ее более дорогой.

Решение 3. Попробуем использовать лампы ДРИ с большей (чем у ДРЛ) световой отдачей. Пусть в цехе используется эффективная система приточно-вытяжной вентиляции. Тогда можно использовать светильники для влажных (а не сырых) помещений ГСП-05 (n = 1) с защитным углом 15º, закрепив их на потолке (как и в решении 1, H _р = 8 м). Не изменятся параметры E _н = 200 лк, S = 2400 м², k _з = 1, 5, z = 1, 15, n = 1 и i = 3, 0, а также коэффициенты отражения ρ _п, ρ _с, и ρ _р, равные соответственно 50, 30 и 10 %.

В первом приближении не изменятся (по сравнению с решением 1) количество (N = 24) и расположение (L_А = L_В = 10, 0 м; L _{1 А} = L _{1 В} = 5, 0 м – см. рис. 4) светильников.

По табл. П.7 определяем коэффициент использования для светильника ГСП-05: при i = 3, 0 η = 73 %.

Рассчитываем требуемый световой поток одной лампы: F _расч = 100(200∙ 2400∙ 1, 5∙ 1, 15)/(24∙ 1∙ 73) = 47260 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРИ-700 (F _ст = 59500 лм). Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(59500 – 47260)/47260 = 25, 9 % не входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Однако полученный результат полезно проанализировать. Во-первых, для попадания в допустимый диапазон Δ F нельзя уменьшить число светильников – расстояния между ним станут больше максимальной величины 1, 4 H _р, освещение будет неравномерным. Во-вторых, положительная величина Δ F указывает на избыточность освещенности в цехе, что приведет к перерасходу электроэнергии (для исключения чего и введен верхний диапазон Δ F_max = + 20 %). Проверим мощность, потребляемую на освещение по последнему варианту: P = P _л nN = 700∙ 1∙ 24 = 16800 (Вт). Из-за большей световой отдачи ламп ДРИ эта мощность существенно меньше, чем по решениям 2 и 3 (с использованием ламп ДРЛ). Преимуществом является и меньший коэффициент пульсации освещенности, свойственный лампам ДРИ. Недостатками последнего решения являются гораздо меньший срок службы ламп ДРИ и их большая яркость, вызывающая ослепленность (последнее нивелируется увеличением высоты подвеса). В любом случае решение с лампами ДРИ заслуживает внимания.

Пример 3. Рассчитать общее равномерное искусственное освещение для обработки крупногабаритных чугунных заготовок, расположенного в здании с габаритами 110´ 60´ 12 м.

Решение 1. Используем для освещения цеха металлогалогенные лампы типа ДРИ. Учитывая большую высоту цеха и выделение при обработке чугуна большого количества пыли, используем светильники ГСП-18 на одну лампу (n = 1) с защитным углом 15º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника.

Для расчета воспользуемся методом светового потока. Определим параметры, входящие в формулу (1).

Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов E _н = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 110∙ 60 = 6600 (м²). Коэффициент запаса для металлообрабатывающих цехов k _з = 1, 5 (табл. П.3). z = 1, 15 – коэффициент для точечных источников.

Установим светильники непосредственно на потолке (достаточно большая высота цеха и габариты заготовок предполагают использование в пролетах мостовых кранов). Тогда рабочая высота подвеса светильников H _р = H – 1 = 12 – 1 = 11 (м), а индекс формы помещения i = S /(H _р(A + B)) = 6600/(11(110 + 60)) = 3, 52 ≈ 3, 5.

В связи с выделением большого количества пыли считаем, что коэффициенты отражения потолка ρ _п, стен ρ _с и рабочей поверхности (пола) ρ _р равны соответственно 30, 10 и 10 % (табл. П.5). По табл. П.7 для светильника ГСП-18 при i = 3, 5 коэффициент использования η = 60, 5 %.

Для определения минимального количества светильников вдоль длинной стороны помещения (в ряду) N_А примем, что расстояние от крайних светильников до стен L _{1 А} максимально и равно половине максимального же расстояния между соседними светильниками L_А: L _{1 А} = 0, 5 L_А. Тогда при L_А = L_max по формуле (5): N_Аmin = A / L_max = A /(1, 4 H _р) = 110/(1, 4∙ 11) = 7, 14. Округляя в большую сторону, получаем N_А = 8.

Аналогично определяем минимальное число светильников вдоль короткой стороны помещения N_В (5): N_Вmin = В / L_max = В /(1, 4 H _р) = 60/(1, 4∙ 11) = 3, 89. Округляя, получаем N_В = 4.

Тогда общее минимальное число светильников N = N_А ∙ N_В = 8∙ 4 = 32.

Новые величины L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} (при L ₁ = 0, 5 L): L_А = A / N_А = 110/8 = 13, 75 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 13, 75 = 6, 875 (м); L_В = В / N_В = 60/4 = 15 (м); L _{1 В} = 0, 5∙ 15 = 7, 5 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: L_А = 14, 0 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (110 – (8 – 1)∙ 14, 0)/2 = 6, 0 (м). Отношение L _{1 А} / L_А = 6, 0/14, 0 = 0, 429 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5). Вдоль короткой стороны помещения: L_В = 16, 0 м; тогда L _{1 В} = (В – (N_В – 1) L_В)/2 = (60 – (4 – 1)∙ 16, 0)/2 = 6, 0 (м). Отношение L _{1 В} / L_В = 6, 0/16, 0 = 0, 375 также допустимое.

Подставляя числовые значения всех параметров в (1), получим: F _расч = 100(200∙ 6600∙ 1, 5∙ 1, 15)/(32∙ 1∙ 60, 5) = 117613 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРИ-1000 (F _ст = 90000 лм). Отклонение светового потока от расчетного (6): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(90000 – 117613)/117613 = – 23, 5 %. Оно не входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Необходимо увеличить количество светильников. Для получения оптимального результата перерасчет произведем не на нулевое отклонение, а на Δ F = 5 % (на середину допустимого диапазона Δ F), т. е. на F _расч = 117613∙ 1, 05 = 123494 (лм): N = (123494/90000)∙ 32 = 43, 9. Можно взять 4 ряда по 11 светильников (N = N_А ∙ N_В =11∙ 4 = 44) или 5 рядов по 9 светильников (N = N_А ∙ N_В =9∙ 5 = 45). Для обеспечения более равномерного освещения останавливаемся на втором варианте. При этом величины L_А, L_В, L _{1 А} и L _{1 В} (L ₁ = 0, 5 L): L_А = A / N_А = 110/9 = 12, 22 (м); L _{1 А} = 0, 5∙ 12, 22 = 6, 11 (м); L_В = В / N_В = 60/5 = 12 (м); L _{1 В} = 0, 5∙ 12 = 6, 0 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: L_А = 12, 5 м; тогда L _{1 А} = (A – (N_А – 1) L_А)/2 = (110 – (9 – 1)∙ 12, 5)/2 = 5, 0 (м). Отношение L _{1 А} / L_А =5, 0/12, 5 = 0, 4 строго соответствует середине допустимого диапазона (0, 3÷ 0, 5). Вдоль короткой стороны помещения: L_В = 12, 5 м; тогда L _{1 В} = (В – (N_В – 1) L_В)/2 = (60 – (5 – 1)∙ 12, 5)/2 = 5, 0 (м). Отношение L _{1 В} / L_В = 5, 0/12, 5 = 0, 4 также в середине допустимого диапазона (0, 3÷ 0, 5).

На рис. 6 представлена схема расположения светильников.

Рис. 6. Размещение светильников ГСП-18 с лампами ДРИ-1000 на плане цеха с габаритами 110´ 60 м (при рабочей высоте подвеса 11 м)

При этом расчетный световой поток одной лампы (1) F _расч = 100(200∙ 6600∙ 1, 5∙ 1, 15)/(45∙ 1∙ 60, 5) = 83636 (лм). Отклонение светового потока выбранной лампы ДРИ-1000 от расчетного (6): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(90000 – 83636)/83636 = 7, 6 % (при 4-х рядах по 11 светильников величина Δ F была бы ближе к 5 %).

Мощность осветительной установки P = P _л nN = 1000∙ 1∙ 45 = 45000 (Вт). Решение можно считать вполне удовлетворительным. Тем не менее, рассмотрим вариант с использованием ламп ДРЛ.

Решение 2. Используем для освещения цеха лампы ДРЛ. Учитывая выделение при обработке чугуна большого количества пыли, используем светильники СД2ДРЛ на одну лампу (n = 1) с защитным углом 15º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника и закрепив на потолке.

Ряд параметров, входящих в формулу (1), известны из предыдущего решения: E _н = 200 лк, S = 6600 м², k _з = 1, 5, z = 1, 15, i = 3, 5, коэффициенты отражения ρ _п = 30 %, ρ _с = 10 % и ρ _р = 10 %. Кроме того, уже было определено общее минимальное (обусловленное необходимостью обеспечения равномерности освещения) число светильников N = 32.

Из табл. П.7 находим, что для светильника СД2ДРЛ при i = 3, 5 коэффициент использования η = 63 %.

Подставляя значения всех параметров в формулу (1), получим: F _расч = 100(200∙ 6600∙ 1, 5∙ 1, 15)/(32∙ 1∙ 63) = 112946 (лм). По табл. П.9 имеем наиболее мощную лампу ДРЛ-1000 (F _ст = 58500 лм). Отклонение Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(58500 – 112946)/112946 = – 48, 2 % не входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Необходимо увеличить количество светильников. Аналогично предыдущему решению для получения оптимального результата перерасчет произведем на Δ F = 5 % (середину допустимого диапазона Δ F), т. е. на F _расч = 112946∙ 1, 05 = 118593 (лм). Тогда N = (118593/58500)∙ 32 = 64, 9 ≈ 65. При этом мощность осветительной установки P = P _л nN = 1000∙ 1∙ 65 = 65000 (Вт), т. е. в 1, 44 раза больше, чем в решении с лампами ДРИ (P = 45 кВт), что неприемлемо.

Пример 4. Рассчитать общее равномерное искусственное освещение для технологического бюро, расположенного в помещении с габаритами 10´ 5´ 3, 5 м.

Решение. При небольшой высоте помещения используем светильники с люминесцентными лампами, расположив их непрерывными рядами вдоль длинной стороны. Учитывая использование в технологическом бюро персональных компьютеров, воспользуемся закрытыми светильниками ЛПО-02 (с люминесцентными лампами, условный защитный угол 90º – как в поперечном, так и в продольном сечении), которые могут иметь электронную пускорегулирующую аппаратуру с функцией увеличения частоты питающего напряжения. Предварительно берем исполнение на две лампы мощностью 65 Вт (ЛПО-02-2× 65).

Определим параметры для подстановки в формулу (1) для расчета светового потока одной лампы.

Принимаем среднюю норму освещенности для помещений с компьютерами из рекомендуемого диапазона (300÷ 500 лк) E _н = 400 лк (при системе общего равномерного освещения).

Площадь помещения S = АВ =10∙ 5 = 50 (м²).

Коэффициент запаса для помещений с компьютерами k _з = 1, 4; z = 1, 1 – коэффициент для люминесцентных ламп; n = 2 – количество ламп в светильнике. Рабочая высота подвеса H _р = H – 1 = 3, 5 – 1 = 2, 5 (м) (светильники устанавливаются непосредственно на потолке помещения).

Для определения коэффициента использования осветительной установки η рассчитаем индекс формы помещения i = S /(H _р(A + B)) = 50/(2, 5(10 + 5)) = 1, 33. Принимаем рекомендуемые для помещений с персональными ЭВМ [9] коэффициенты отражения потолка ρ _п = 70 %, стен ρ _с = 50 % и рабочей поверхности (пола) ρ _р = 30 %.

По табл. П.6 определяем интерполяцией коэффициент использования. Для светильника ЛПО-02 при i = 1, 25 η = 41, 5 %, при i = 1, 5 η = 45 %; тогда при i = 1, 33 η = 41, 5 +((45 – 41, 5)/(1, 5 – 1, 25))(1, 33 – 1, 25) = 42, 62 (%). Однако данные табл. П.6 относятся к одноламповым светильникам, тогда как мы используем светильник на две лампы. Поэтому умножаем полученное значение η на соответствующий (см. прим. 3 к табл. П.6) понижающий коэффициент: η = 42, 62∙ 0, 91 = 38, 78 (%).

Для определения количества светильников N сначала вычислим количество светильников в одном ряду. Для этого разделим длину помещения А на монтажную длину светильника ЛПО-02 с лампами мощностью 65 Вт l _м = 1, 6 м: N _св = A / l _м = 10/1, 6 = 6, 25. При малой высоте помещения округляем результат до 5 светильников. При этом зазор между торцами крайних светильников и стенами составит: (10 – (5∙ 1, 6))/2 = 1 (м).

Для определения минимального числа рядов N _р примем, что расстояние от крайних рядов до стен L ₁ максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L ₁ = 0, 5 L. Тогда при L = L_max по формуле (4.4): N _{р min} = B / L_max = B /(1, 5 H _р) = 5/(1, 5∙ 2, 5) = 1, 33. Получаем N _р = 2.

Общее количество светильников N = N _св∙ N _р = 5∙ 2 = 10.

При округлении числа рядов до большего целого изменяются величины L и L ₁ (по сравнению с максимальными). Определим их, по-прежнему считая, что L ₁ = 0, 5 L: L = B / N _р = 5/2 = 2, 5 (м); L ₁ = 0, 5∙ 2, 5 = 1, 25 (м). Назначаем более удобные размеры (учитывая, что число промежутков между рядами на один меньше, чем число самих рядов): L = 3, 0 м; тогда L ₁ = (B – (N _р – 1) L)/2 = (5 – (2 – 1)∙ 3, 0)/2 = 1, 0 (м). Удостоверяемся, что отношение L ₁/ L =1, 0/3, 0 = 0, 333 попадает в допустимый диапазон (0, 3÷ 0, 5).

Подставляя числовые значения всех параметров в формулу (1), получим: F _расч = 100(400∙ 50∙ 1, 4∙ 1, 1)/(10∙ 2∙ 38, 78) = 3971 (лм).

При выборе лампы из таблицы П.8 учитываем, что помещений с вычислительной техникой следует использовать только лампы ЛБ [9]. Подходит стандартная лампа ЛБ65 со световым потоком F _ст = 4600 лм. Отклонении ее светового потока от расчетного в допустимых пределах (от – 10 % до + 20 %): Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(4600 – 3971)/3971 = 15, 8 %.

При этом мощность осветительной установки: P = P _л nN = 65∙ 2∙ 10 = 1300 (Вт). Снизить ее можно путем использования импортных ламп TLD 58W (Philips) и F58W (General Electric) с таким же световым потоком, но несколько меньшей мощности (58 Вт): P = P _л nN = 58∙ 2∙ 10 = 1160 (Вт).

Для другой отечественной лампы ЛБ40 световой поток (3120 лм) слишком мал: Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(3120 – 3971)/3971 = – 21, 4 %. Однако монтажная длина светильников с лампами мощностью 40 Вт меньше (1, 3 м). Поэтому можно уместить большее количество светильников в ряду: N _св = A / l _м = 10/1, 3 = 7, 69. Принимаем N _св = 6. Тогда N = N _св∙ N _р = 6∙ 2 = 12 и F _расч = 100(400∙ 50∙ 1, 4∙ 1, 1)/(12∙ 2∙ 38, 78) = 3309 (лм). В этом случае имеется некритический дефицит по световому потоку: Δ F = 100(F _ст – F _расч)/ F _расч = 100(3120 – 3309)/3309 = – 5, 7 %.

Мощность осветительной установки: P = P _л nN = 40∙ 2∙ 12 = 960 (Вт). Это на 26 % меньше, чем при использовании светильников с лампами ЛБ65, и на 17 % меньше, чем в случае применения светильников с импортными лампами мощностью 58 Вт. Важным преимуществом последнего варианта является и то, что светильники ЛПО-02 с лампами мощностью 40 Вт (в отличие от модификаций на мощность ламп 65 и 58 Вт) выпускаются серийно (см. табл. П.1).

Рассчитаем освещенность для последнего варианта, выразив ее из формулы (1): E = (F _ст Nn η)/(100 Sk _з z) = (3120∙ 12∙ 2∙ 38, 78)/(100∙ 50∙ 1, 4∙ 1, 1) = 377 (лк), что находится в допустимых пределах (300÷ 500 лк).

Схема размещения светильников с лампами ЛБ40 представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема расположения светильников с лампами ЛБ40 в помещении технологического бюро с габаритами 10´ 5´ 3, 5 м

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / С. В. Белов, А. В. Ильницкая, А. Ф. Козьяков [и др.] / Под общ. ред. С. В. Белова. 6-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 616 с.

2. Макаров, Г. В. Охрана труда в химической промышленности / Г. В. Макаров [и др.]. – М.: Химия, 1989. – 496 с.

3. Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов / Е. Я. Юдин, С. В. Белов, С. К. Баланцев [и др.] / Под общ. ред. Е. Я. Юдина, С. В. Белова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 432 с.

4. Салов, А. И. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта / А. И. Салов. – М.: Транспорт, 1985. - 351 с.

5. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г. Н. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976. – 384 с.

6. Справочная книга по охране труда в машиностроении / Г. В. Бектобеков, Н. Н. Борисова, В. И. Коротков [и др.] / Под общ. ред. О. Н. Русака. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-е, 1989. – 541 с.

7. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 528 с.

8. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. – М.: Издательство Минстроя России, 1995. – 35 с.

9. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические санитарные требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы. – М.: Издательство Минздрава РФ, 2003. – 22 с.

10. МУ 2.2.4.706-98. Оценка освещенности рабочих мест. – М.: Издательство Минтрудсоцразвития РФ и Минздрава РФ, 1998. – 29 с.