Метод коэффициента использования

В основе этого метода лежит коэффициент использования ( U_ОУ ). Его определяют как отношение светового потока, падающего на рабочую поверхность, к световому потоку, излучаемому всеми светильниками. Распределение светового потока светильников внутри помещения имеет сложный характер. Часть светового потока попадает на рабочую поверхность непосредственно от светильников (прямая составляющая). Другая часть – после отражения от внутренних поверхностей помещения (отраженная составляющая). Соотношение между этими составляющими и характер их распределения могут быть весьма сложными. На это распределение оказывают влияние свойства помещения (геометрические размеры, отражательная способность поверхностей), расположение светильников и рабочих поверхностей, светотехнические характеристики светильников (класс светораспределения и КСС). Абсолютно точный учет этих факторов не представляется возможным, а значит, невозможно точное аналитическое определение коэффициента использования U_ОУ.

Однако богатый накопленный опыт проектирования, создания и эксплуатации типовых систем освещения позволяет получить зависимости коэффициента использования от ряда перечисленных параметров. Эти зависимости даются, как правило, в виде таблиц в специальной литературе, посвященной этим вопросам.

Определив коэффициент использования, фактически определяют количество светильников заданного типа в системе освещения.

Этот метод применяется для расчета систем общего освещения при равномерном расположении светильников. Он позволяет рассчитать освещенность горизонтальной рабочей поверхности без крупных затеняющих предметов. Кроме того, может быть использован для предварительного расчета при детальном проектировании и анализе системы освещения.

Допущения и ограничения метода коэффициента использования:

· прямоугольная форма помещения,

· отношение длины помещения к его ширине от 1,6 до 4,0,

· помещение не содержит крупных затеняющих предметов,

· однородная отражательная способность рассеянного отражения поверхностей всех стен,

· равномерное распределение светового потока по всем рабочим поверхностям,

· регулярное равномерное размещение светильников,

· при использовании ламп дневного света ось светильника совпадает с осью помещения,

· соответствие светотехнических характеристик светильников типовым.

Чем меньше реальные условия соответствуют указанным, тем меньше точность получаемых результатов расчета.

 

Основное аналитическое соотношение метода коэффициента использования, определяющее количество светильников:

n = ( Е_Н •К_З •S •z )/( Ф_Л •U_ОУ),

где n – число светильников;

Е_Н – нормируемая освещенность;

К_З – коэффициент запаса – расчетный ко­эффициент, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации вслед­ствие загрязнения и старения источ­ников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения;

S – площадь рабочей поверхности;

z = Е_СР / Е_МИН (от 1,0 до 1,2 в зависимости от расположения светильников);

Ф_Л – световой поток ламп в каждом светильнике;

U_ОУ – коэффициент использования светового потока: отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к потоку светильника. Он зависит от светораспределения светильников и их размещения, от размеров помещения и отражающих свойств его поверхностей.

Коэффициент использования определяется индексом помещения и коэффициентами отражения его поверхностей при разных типах светильников по специальным таблицам и номограммам.

Индекс помещения определяется его геометрическими размерами:

i_П = (А • В) / (h_Р •(А+В)) ,

где А, В – соответственно ширина и длина помещения,

h_Р – высота установки светильников над уровнем рабочей поверхности.

Коэффициенты отражения поверхностей ρ_П , ρ_С , ρ_Р ( потолка, стен, рабочей поверхности) определяются по справочным таблицам в зависимости от покрытия стен и потолка и могут принимать значения от 0,1 до 0,8.

 

 

Пример

Определить количество светильников типа ЛПО 46–4•18–005 для освещения рабочих поверхностей в учебной аудитории. Размеры аудитории: длина А = 9 м, ширина В = 6 м, высота Н = 3,3 м.

 

Рис. 36. Светильник ЛПО 46–4•18–005 и его кривая силы света

 

Характеристика светильника:

тип: ЛПО 46–4•18–005,

КПД светильника 60%,

количество ламп в светильнике – 4,

тип лампы – ЛБ18 – 6Э,

световой поток лампы 1060 лм,

класс светораспределения – П (прямое светораспределение),

КСС типа «Г»,

общий вид и КСС приведены на рис. 36.

 

Коэффициент запаса К_З = 1,3.

Коэффициент неравномерности z = 1,15 .

В качестве рабочей поверхности принимается поверхность аудиторных столов, расположенная на высоте 0,8 м. Высота установки светильников над уровнем рабочей поверхности h_Р = 3,3 – 0,8 = 2,5 м.

Индекс помещения i_П = (А • В) / (h_Р •(А+В))= 9•6/(2,5(9+6)) = 1,44.

Коэффициенты отражения поверхностей:

потолка (подвесной плиточный) ρ_П =0,7;

стен (окрашены в серые тона) ρ_С =0,3 ;

рабочей поверхности (аудиторные столы) ρ_Р =0,1.

Для рассчитанного индекса помещения и указанных коэффициентов отражения при КСС светильника типа «Г» коэффициент использования U_ОУ = 0,8.

Нормируемая освещенность в соответствии с СниП 23–05–95 Е_Н = 300 лк.

Суммарный световой поток ламп в светильнике 1060 лм • 4 = 4240 лм.

Количество светильников

n = ( Е_Н •К_З •S •z )/( Ф_Л •U_ОУ) =

= (300лк • 1,3 • 54м² • 1,15 ) / (0,8 • 4240 • 0,6) = 11,9 .

Полученное значение округляем до 12 шт., размещая светильники равномерно в 3 ряда по 4 шт.

Метод коэффициента использования не позволяет провести расчет системы местного освещения, общего освещения при неравномерном распределении светильников, произвольном расположении рабочих поверхностей, использовании светильников со специальным светораспределением, решении вопросов освещения в архитектурном дизайне интерьера и в наружном освещении. При решении этих задач целесообразно использование точечного метода.

Точечный метод

В основе точечного метода лежит определение освещенности в заданной точке поверхности, создаваемой источником заданной силы света в этом направлении.

Освещенность горизонтальной поверхности, создаваемая источником, ось симметрии которого совпадает с вертикалью (рис. 37),

Е = (I • cosa)/ l² = (I • cos³a)/h² ,

где I – сила света источника в заданном направлении,

h – высота установки светильника над уровнем рабочей поверхности,

a – угол между вертикалью и направлением к рассматриваемой точке.

Рис. 37. Расчет освещенности в заданной точке поверхности

 

Сила света в заданном направлении определяется расположением светильника и его кривой силы света (КСС).

Пример

Точечный источник ( светильник СВО 06) подвешен на высоте h = 1,8 м от расчетной поверхности так, что ось симметрии совпадает с вертикалью. Внешний вид и КСС светильника показаны на рис. 38. Рассчитать освещенность горизонтальной поверхности на расстоянии d = 0,7 м от вертикали.

Рис. 38. Встраиваемый светильник СВО 06 и его КСС

 

Угол a = arctg (d/h) = arctg (0,7/1,8) = 21,2^о .

По кривой силы света для этого угла I = 490 кд.

Освещенность Е = (I • cos³a)/h² = (490 • 0,93³ ) / 1,8² = 122,4 лк.

Аналогичным образом может быть рассчитана освещенность, создаваемая любым источником в любой точке рабочей поверхности.

Алгоритм точечного метода состоит в следующем. Сначала определяется освещенность в данной точке от каждого источника. Затем суммированием определяется результирующая освещенность, создаваемая в рассматриваемой точке всеми светильниками. Такая процедура повторяется для каждой точки рабочей поверхности с заданным шагом.

Такой алгоритм является громоздким для ручных расчетов. Однако при использовании современных вычислительных средств его применение не вызывает серьезных затруднений.

Этот метод позволяет выполнять более сложные процедуры, реализованные в виде специализированных программных продуктов различных фирм, например DIALUX, RELUX, CALCULUX и др. Эти программы позволяют выполнять расчеты системы освещения при разных характеристиках помещения, с индивидуальным расположением светильников, произвольными рабочими поверхностями. Они обеспечивают визуализацию результатов расчетов, представляя трехмерное изображение освещаемого пространства с учетом распределения освещенности на всех участках поверхностей (Рис. 39–43). Результаты расчетов могут быть представлены документально в виде таблиц и графиков и позволяют проводить объективный анализ эффективности различных систем освещения.

 

 

Рис. 39. Визуализация результатов расчета системы

внутреннего освещения программой RELUX

 

Рис. 40. Визуализация результатов расчета системы

уличного освещения программой RELUX

 

Рис. 41. Диаграмма освещенности рабочих поверхностей в программе RELUX

 

 

Рис. 42. Экранное окно программы RELUX (план помещения)

 

 

Рис. 43. Экранное окно программы RELUX (трехмерная визуализация

результатов расчета)