Методики светотехнического расчета

ВВЕДЕНИЕ

Технические специалисты в повседневной работе решают воп­росы, связанные с улучшением технологии, повышением надежности технических систем (оборудование, машины, механизмы и т.п.), безопасности жизнедеятельности (БЖД) работающих и т.д. Значи­тельное место в этом комплексе вопросов занимают решения по охране труда работающих, охране окружающей среды, предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени. Обоснование этих решений, как правило, соп­ровождается проведением соответствующих расчетов. Последние направлены как на проектирование коллективных средств защиты (СКЗ) работающих от поражающих, опасных и/или вредных факто­ров,действующих в среде обитания человека, так и на прогнози­рование параметров этих факторов во времени и пространстве. Проектирование и прогнозирование в БЖД как правило состоит из трех этапов: 1 - подготовительный этап, на котором определяют исходные данные и осуществляют выбор важнейших параметров, не­обходимых в дальнейшем; 2 - расчетный этап, использующий од­ну-две методики расчета того или иного СКЗ или изменений (во времени и/или в пространстве) негативного(ых) фактора(ов); 3 -конструктивный этап, на котором по результатам расчета принимают окончательное решение инженерного и/или организационного плана с показом на соответствующих чертежах.

Поэтому при изучении дисциплины "БЖД" студентами в ТГТУ наряду с лекциями и лабораторными занятиями проводятся прак­тические занятия и выполняется курсовая работа (КР). Последние предназначены для закрепления теоретических знаний студентов по различным темам дисциплины и приобретения умения как расс­читывать (в том числе с помощью ПЭВМ и ЭКВМ) СКЗ работающих, так и прогнозировать возможные неблагоприятные ситуации в сре­де обитания человека. На проведение практических занятий по дисциплине "БЖД" отводится 16...18 аудиторных часов, а на вы­полнение КР - 17...20 часов самостоятельной работы в зависи­мости от профессионального направления и специальности студен­та. Перечень тем практических занятий и темы КР, обязательных для выполнения студентами, устанавливается рабочей программой этой дисциплины по каждому профессиональному направлению и каждой специальности. Лектор доводит их до сведения студентов на первом занятии, а также указывает методики проведения практических занятий и выполнения КР. При этом он сообщает им не-

_ 4 -

обходимую учебно-методическую литературу и документацию по этим видам учебных занятий.

В данном учебном пособии написаны: введение - проф. к.т.н. С.А. Бережным: раздел 1 - проф. к.т.н. С.А. Бережным и ст.преп. к.т.н. Н.С. Любимовой; раздел 2 - доц. к.т.н. Н.В. Стрельниковым и доц. к.т.н. Ю.И. Седовым; раздел 3 - доц. к.т.н. E.А. Васильевой; раздел 4 - доц. к.т.н. В.А. Мартемь-яновым; раздел 5 - проф. к.т.н. С.А. Бережным и ст.преп. к.т.н. Н.С. Любимовой; раздел 6 - проф. к.т.н. С.А. Бережным, доц. к.т.н. Ю.И. Седовым и ст. преп. Н.С. Любимовой; раздел 7 - проф. к.т.н. С.А. Бережным; раздел 8 - проф. к.т.н. С.А. Бе­режным и доц. Б.С. Аксеновым; раздел 9 - доц. к.т.н. Ю.И. Со­рокиным; раздел 10 - проф. к.т.н. С.А. Бережным, ст. преп. к.т.н. Н.С. Любимовой и доц. к.т.н. Ю.И. Седовым; приложение -проф. д.м.н. В.В. Романовым. При этом каждый раздел состоит из четырех подразделов: первый - методика проектирования, расчета или прогнозирования; второй - задание на расчет или прогнози­рование; третий - методические указания по выполнении заданий и анализа результатов расчета или прогнозирования; четвертый -конструктивные решения по результатам расчета. Такое построе­ние разделов облегчит работу студентов при выпонении практи­ческих занятий, КР и раздела "Безопасность и экологичность" выпускной аттестационной работы будущего бакалавра и дипломно­го проекта будущего инженера.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ДЛЯ ПОМЕЩЕНИЙ

Чтобы спроектировать такую осветительную установку, необ­ходимо выполнить светотехнический и электротехнический расче­ты. Светотехнический расчет ведут с целью определения потреб­ного количества светильников и правильного их размещения в по­мещении. Для этого применяют три метода расчета: удельной мощности, светового потока и точечный [1,2]. Метод удельной мощ­ности является методом приближенного расчета. Он применяется для предварительного определения мощности осветительной уста­новки и числа светильников, необходимых для создания требуемо­го уровня освещенности по СНиП II-4-79. СН 512-78 или СанПиН [3...5]. Если не требуется большой точности расчета,

- 5 -

то его применяют и для окончательного расчета. Этот метод не может быть применен для расчета локализированного освещения, освещения наклонных и вертикальных поверхностей и помещений с площадью менее 10 м . Метод светового потока является более точным, чем метод удельной мощности. Он применяется для расче­та равномерного общего освещения помещения при освещенности только в горизонтальной плоскости.

Точечный метод применяется для расчета локализированного, местного и комбинированного освещения, освещения наклонных вертикальных поверхностей, а также для проверки освещенности Е в точках помещения. Он кропотлив и более сложен, чем метод светового потока; более точен и применим при любом расположе­нии светильника и поверхности. Чаще всего его применяют для определения Е в какой-либо точке (например, в точке А) при конкретном размещении светильников (отраженный свет от стен, потолка и пола является ничтожным).

Электротехнический расчет ведут с целью выбора источника питания, как правило, напряжением 220 В, магистральных и груп­повых щитков и расчета осветительной сети (по расчетному току нагрузки, по потере напряжения, по механической прочности) и ее защиты. Он выполняется инженерами-электриками по методикам, изложенным в главах 10...13 книги [I], в подразделе 10.3 книги [2] или в электротехническом справочнике.

Методики светотехнического расчета

Данный расчет реализуется в три этапа. На первом (подго­товительном) этапе устанавливают размеры помещения(й), где не­обходима осветительная установка, и проводят выбор:

1) системы освещения - общая или комбинированная (общая + местная). Она определяется характером и особенностями зритель­ных работ, выполняемых в помещениях. СНиП [3] рекомендует при­менять систему комбинированного освещения в производственных помещениях, где выполняются зрительные работы разрядов и подразрядов I, II, III, IV, Va и Vб. При невозможности устройства местного освещения, наличии технико-экономических или гигиени­ческих обоснований данный СНиП допускает применять общее осве­щение в помещениях со зрительными работами разрядов и подразрядов II, III, IV, Va и Vб. В других случаях следует применять только общее освещение, если нет специальных рекомендаций в отраслевых нормах;

- 6 -

2) вида освещения - рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное или дежурное. Рабочее освещение обязательно для всех помещений; аварийное - необходимо для продолжения работы при временном погасании рабочего освещения в помещениях, когда отсутствие искусственного освещения может вызвать тяжелые последствия для людей, технологических процессов, оборудования и предприятий в целом. Его освещенность должна быть не ниже 5% нормируемой (рабочей) освещенности, но не менее 2 лк и не бо­лее 30 лк в помещениях; эвакуационное - служит для безопасной эвакуации людей из помещения при аварийном погасании рабочего освещения. Его освещенность должна быть не менее 0,5 лк на проходах в помещениях;

3) типа источника света - лампа накаливания (ЛН), в том числе галогенная ЛН (ГЛН) или газоразрядная лампа (ГЛ), в том числе люминесцентная лампа (ЛЛ), дуговая ртутная лампа (ДРЛ), металлогалогенная лампа (МГЛ) типа ДРИ, натриевая лампа типов ДНаО, ДНаТ, ДНаТМт и т.д., ксеноновая лампа типов ДКсТ и ДКсШ, импульсная лампа и другие ГЛ (о преимуществах и недостатках всех источников света см. глава 2 книги [1] или раздел 4 книги [2]). При выборе лампы следует исходить из ее светоотдачи, срока службы и других показателей, а также руководствоваться требованиями СНиП [3] и отраслевых норм [4.5]. Последние рекомендуют: а) применять по возможности лампы наибольшей единичной мощности, не нарушая при этом нормативных требований к ка­честву освещения; б) использовать преимущественно ГЛ для обще­го освещения помещений; в) применять в одном помещении ЛН и ГЛ при технической необходимости или архитектурно-художественным соображениям; г) не питать ГЛ постоянным током, а также не применять их в случаях, когда возможно снижение напряжения до уровня ниже 90% номинального. Как правило, ЛН применяют для общего освещения в производственных помещениях, где выполняют зрительные работы VI и VIII разрядов; технологических площа­док, мостиков, переходов и площадок обслуживания крупного обо­рудования; в помещениях с тяжелыми условиями среды при отсутс­твии предназначенных для данных условий светильников с ГЛ; в помещениях вспомогательных, бытовых и для временного пребыва­ния людей; в установках архитектурного освещения общественных зданий; в жилых помещениях; для аварийного и эвакуационного освещения в помещениях, освещаемых ДРЛ и ДРИ. ГЛ всех типов, за исключением ксеноновых, для внутреннего освещения обяза­тельны для системы общего освещения в помещениях, где выполня-­

ются работы I...V и VII разрядов; для общего освещения в сис­теме комбинированного; в помещениях без или с недостаточным естественным светом, предназначеных для постоянного пребывания людей. Выбор типа ГЛ (ЛЛ, ДРЛ и МГЛ) для освещения производственных помещений (при отсутствии специальных требований по цветопередаче) следует производить по табл. 10.2 книги [2];

4) нормируемых минимального значения искусственной ра­бочей освещенности Еmin и параметров качества освещения (пока­зателей ослепленности и дискомфорта, цилиндрической освещен­ности, коэффициента пульсации освещенности) по СНиП II-4-79 [3] или отраслевым нормам [4,5] в зависимости от характера зрительной работы, ее подразряда, источника света и системы освещения. Для ЛН Еmin устанавливается примечанием 5 табл.1 СНиП II-4-79 [3];

5) типа светильника с учетом его назначения, светотехнических характеристик, конструктивного исполнения и экономичес­кой эффективности. Это достаточно сложный процесс выбора и по­этому следует руководствоваться рекомендациями, изложенными в книге [2] для основных общепромышленных производств и цехов (раздел 12), общественных зданий и сооружений (раздел 13) и жилых зданий (раздел 14). Можно также воспользоваться главой 3 книги [1], где даны соответствующие рекомендации для светиль­ников (в том числе и снятых с производства в данное время), применяемых в производственных помещениях и общественных зданиях.

Подготовительный этап обязательно выполняется при отсутствии пяти вышеуказанных сведений по помещению(ям), где предусматривается применение проектируемой осветительной уста­новки. Поэтому он реализуется студентами при выполнении КР по дисциплине "БЖД" и соответствующих разделов аттестационной ра­боты бакалавра и дипломного проекта инженера. На практических занятиях и в контрольной работе заочников этот этап частично не выполняется поскольку в исходных данных заданий многие све­дения даны, кроме нормируемых значения Еmin и параметров ка­чества освещения.

На втором этапе выполняется расчет потребного количества светильников для конкретного(ых) помещения(й), для чего приме­няют методы удельной мощности и светового потока или только метод светового потока. Точечный метод расчета освещения при­меняют редко и поэтому с ним можно познакомиться в книге [1] на с. 176...211, в книге [2] на с. 173...189 или в практикуме

- 8 -

[6] на с. 12...17, 23...25. Ниже рассматриваются две вышеуказанные методики расчета освещения.

Перваяметодикарасчета использует методы удельной мощ­ности и светового потока, когда применяют только один тип лам­пы и светильника. Порядок расчета следящий.

1. Определяют высоту, м, подвеса светильника над рабочей поверхностью по формуле

(1.1)

где Н - высота помещения,м; hp - высота рабочей поверх­ности от пола - может быть от 0,0 до 1,0 м; hc - высота свеса светильника от основного потолка - может быть от 0,1 до 2,5 м.

2. Вычисляют освещаемую площадь помещения, м², по формуле

S = А*B, (1.2)

где А и В - длина и ширина помещения, м.

3. Для расчета освещения методом удельной мощности нахо­дят (с учетом h, S, Emin и типа светильника с ЛИ, ДРЛ или ЛЛ) табличную удельную мощность Рш по табл. 5-21...5-49 книги [1] и значения величин Кт и Zт (см. в скобках заголовка этих таб­лиц). При этом для светильников с ДРЛ и ЛЛ Рш дана для Е = 100 лк, поэтому следует производить ее перерасчет для Еmin по фор­муле

(1.3)

Кроме того, для светильников с ДРЛ величину Рm необходимо увеличить на 10% согласно примечанию табл. 5-40 книги [1]. Для светильников с ЛЛ вначале определяют условный номер группы выбранного светильника по табл. 3-2 книги [1], а затем с учетом h, S, типа и мощности ЛЛ и найденной группы светильника находят Pm по табл. 5-41...5-49 [1].

4. Определяют суммарную мощность, Вт, для освещения заданного помещения по формуле

(1.4)

или (1.5)

где Кз- коэффициент запаса, устанавливаемый табл. 3 СпиП [3]; Z - коэффициент неравномерности освещения (по СпиП II-4-79 для зрительных работ I...III разрядов при ЛЛ Z = 1,3, а при других лампах - 1,5; для работ IV...VII разрядов - соот­ветственно 1,5 и 2); Кт и Zт- принятые коэффициенты запаса и неравномерности в табл. 5-21...5-49 книги [1].

5. Находят потребное количество светильников, шт., по

формуле или (1.6)

(1.7)

где Рл - мощность лампы в светильнике, Вт; - число ЛЛ в светильнике, шт. (находят по табл. 3-9, 3-11 и 3-12 книги [1] или табл. 12.4 и 13.1 книги [2]).

Дробное значение Ny всегда округляют до целого большего числа (например, при расчетном Ny=10,2 принимают Ny=11 шт.).

6. Для расчета освещения методом светового потока вычисляют индекс помещения по формуле

(1.8)

7. С учетом i, коэффициентов отражения потолка ( ), стен ( ) и пола ( ) и типа выбранного светильника с ЛН или ДРЛ находят коэффициент светового потока (в %) по табл. 5-3...5-10 книги [1]. Если принят светильник с ЛЛ, то находят условный номер его группы по табл. 3-2 вышеуказанной книги. Затем с учетом и найденной группы све­тильника определяют по табл. 5-11...5-18 книги [1].

8. По табл. 4.4 (ЛН). 4.15 и 4.17 (ЛЛ). 4.23 (ДРЛ). 4.25 (ДРЛ) или 4.28 (ДНаТ) книги [21 находят световой поток задан­ной (принятой) лампы Ф/ц, лм.

9. Определяют потребное количество светильников, шт., по формуле

(1.9)

где - коэффициент затенения для помещений с фиксирован­ным положением работающего (конторы, чертежные и др.), равный 0,8...0,9; остальные обозначения расшифрованы выше.

Дробное значение Nс также округляют до целого большего числа (например, при расчетном Nс = 20,35 принимают Nс ⁼ 21 шт.) и сравнивают с Nу, полученным при расчете методом удель­ной мощности. При этом следует помнить, что метод светового потока является более точным. Поэтому значение Nc принимают к размещению светильников в помещении как величину N.

Втораяметодикарасчета освещения использует метод свето­вого потока при применении различных типов источников света (например, ЛН и ДРЛ, ЛН и ДРИ, ЛН и ЛЛ) с соответствующими светильниками. Порядок расчета при этом следующий: в начале определяют величины h, S и i соответственно по формулам (1.1. 1.2 и 1.8). а затем выполняют пункты 7...9 (см. выше) для све­тильников с ЛН и ДРЛ, ДРИ или ЛЛ с целью определения по форму-

- 10 -

где Сy - стоимость установки 1 кВт осветительного оборудования, руб.; - расчетная суммарная мощность осветительной установки, кВт, равная произведении величин Nс и принятой (за­данной) мощности соответственно для ЛН и ГЛ, деленное на 1000;

Ск - стоимость 1 кВт-ч. руб.: Т - время работы установки в течение года (365 • 24 = 8760), ч: Кисп - среднее значение ис­пользования осветительной остановки в течение года ( принимают равным 0,6).

В упрощенном современном виде формула (1.10) принимает вид:

для ЛН (1.11)

для ГЛ (1.12)

где Ки - коэффициент индексации, величина которого студент-дипломник может узнать на кафедре "Экономика и управление производством" ТГТУ для конкретного календарного года; при вы­полнении практического занятия по освещении или расчетов осве­щения в КР, контрольной работе на заочном отделении студент принимает Ки = 10000 (по данным СМИ в 1996 г.).

Сравнивая вычисленные значения и , принимают ту проектираемую осветительную установку, у которой затраты наи­меньшие. Расчетное значение Nс по экономически целесообразной установки принимают к размещению светильников как величина N.

На третьем этапе разрабатывается рациональная схема рав­номерного размещения светильников N в помемении(ях). Наилучшими вариантами размещения светильников является шахматное и по сторонам квадрата (расстояние L. м, между светильниками в ряду и между рядами светильников равны).

Размещение светильников с ЛН, ДРЛ, ДРИ или ДНаТ по сторо­нам квадрата следует производить по значениям l (табл. 1.1) в зависимости от типа кривой силы света (КСС) светильника, которую находят по табл. 9.5 книги [2]. Расстояние, между, светильниками и рядами этих светильников определяют по формуле

L = l*h . (1.13)

- 11 -

Таблица 1.1. Значения l в зависимости от КСС

Концентрированная (К) Глубокая (Г) Косинусная (Д) Полуширокая (Л) Равномерная (М)

Оптимальное расстояние lк. м, от крайнего ряда светильни­ков или от крайнего светильника до стен устанавливается:

а) при размещении у стен рабочих мест (поверхностей) как

lк£(0.24...0.3)L ; (1.14)

б) при отсутствии у стен рабочих мест (поверхностей) как

lk£(0,4...0.5)L . (1.15)

Если длина А и ширина В помещения различны, то эти све­тильники чаще размещают по сторонам прямоугольника. При этом рекомендует, чтобы La/Lв£1,5 (La- расстояние между светиль­никами в ряду, а Lв - расстояние между рядами светильников).

При размещении светильников с ЛЛ последние располагают, как правило, рядами - параллельно рядами оборудования или оконным проемам. Поэтому определяют расстояния L и lк как указано выше, а в рядах светильники сочленяются друг с другом торцами. Если по конструктивным особенностям помещения предус­матривают разрывы lp, м, между светильниками, то lр £ 0.5 h. В этом случае размещение светильников лучше вести через сум­марную их длину по формуле

(1.16)

где lc - длина светильника, м, принимается по табл. 3-9 и 3-11, рис. 3-9 книги [1] или по табл. 12.4 (светильники типа ВЛВ, ЛВП02, ЛВП04, ЛВП31 и ЛВПЗЗ) и 13.1 (для светильников встраиваемых в подвесной потолок, типа ЛВ001, ЛВ002. ЛВООЗ. ЛВ005 и ЛВ031) книги [2].

Значение сравнивают с длиной А помещения. Если , то число рядов и округляют его значение до целого

- 12 -

большого числа (при nр > 5 шт. и В < 15 м следует компоновать ряды из сдвоенных или строенных светильников). При пре­дусматривают один непрерывный ряд, если будет обеспечена рав­номерность общего освещения; при принимают один ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами lp ,м, между светильниками. Зная np, на плане помещения размещают ряды параллельно оконным проемам или рядам оборудования так, чтобы величина lk не была выше значений, полученных по формулам (1.14 или 1.15). Затем находят число светильников в ряду по формуле nл=Nл/nр и округляет его значение до целого большего числа (если nл*lс<A, то светильники располагают с раз­рывами между собой). Величину разрыва,м, определяют по формуле

lp=(A – nл*lc-2lk) / ( nл - 1) . (1.17)

После решения вопросов размещения светильников в помещении определяют общее количество светильников, шт., по формулам с ЛН или ДРЛ Nн = nн*np (1.18)

с ЛЛ Nл = nл*np, (1.19)

где nн или nл - количество светильников с ЛН и ДРЛ или ЛЛ в ряду, шт., nр- число рядов светильников по ширине помещения, шт.

Значение Nн или Nл сравнивают с принятым значением N. Если Nн или Nл³N, то размещение светильников выполнено пра­вильно при фактической освещенности, лк:

Где N - количество светильников, шт., которое принимает Nн или Nа в зависимости от типа используемой лампы. При Nн или Nл<N рассчитывают потребный световой поток лампы (в лм), обеспечивающий нормируемую освещенность Еmin поток лампы (в лм), обеспечивающий нормируемую освещенность Emin по формулам

для ЛН или ДРЛ (1.21)

для ЛЛ (1.22)

По расчетному значению Фп в табл. 4.4 (ЛН), 4.15 и 4.17 (ЛЛ), 4.23 (ДРЛ), 4.25 (ДРИ) или 4.28 (ДнаТ) [2] подбирают ближайшую стандартную лампу, световой поток которой не

должен отличаться от Фп больше чем на + 20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируют Nн или Nл при соответствующей величине Фл. По скорректированной величине Nн или Nл определяют по формуле (1.20) фактическую освещенность. Если Eф³Emin, то такие варианты решения подлежат дальнейшему расс­мотрению.

Конечным итогом расчета освещения является сопоставление двух путей решения, а именно: увеличения количества светильни­ков или мощности лампы в светильнике. Критериями сопоставления должны быть надежность и электробезопасность,ибо чем меньше светильников в проектируемой осветительной установке, тем выше эти показатели. Это следует учитывать при окончательном выборе осветительной установки для конкретного(ых) помещения(ий).

По результатам светотехнического расчета оформляется план размещения осветительной установки в помещении(ях), о котором см. ниже в подразделе 1.4.

Задания на расчет

Задание N1.2.1. Рассчитать методами удельной мощности и светового потока потребное количество светильников с ЛЛ для общего освежения помещения с электронно-вычислительной техникой по данным табл. 1.2 и разместить светильники на плане помеще­ния. При этом минимальная освещенность 500 лк (варианты 1...12) и 400 лк (варианты 13...25); высота рабочей поверхности от пола - 0,8 м; коэффициент отражения света от потолка rп = 70...50%, стен rc = 50% и рабочей поверхности rр = 30...10%.

Задание NI.2.2. Рассчитать методом светового потока пот­ребное количество светильников с ЛН и ГЛ для общего освещения производственного помещения по данным табл. 1.3, выбрать эко­номически целесообразную осветительную установку и расположить светильники на плане помещения. При этом высота свеса светиль­ника от потолка - 0,4 м; высота рабочей поверхности от пола -0,8 м; коэффициент отражения света от потолка rп= 50%, стен rc = 30% и рабочей поверхности rр = 10%.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: