Основным (количественным) нормируемым показателем для искусственного освещения является минимальная освещенность рабочей поверхности. Согласно СНиП 23-05-95 [8] величина нормы освещенности Ен прежде всего зависит от разряда зрительной работы. Установлено восемь разрядов зрительной работы (см. табл. П. 2). Зрительную работу относят к тому или иному разряду по ее точности, т. е. по величине наименьшего размера объекта различения (в мм) или эквивалентного размера объекта различения (с учетом расстояния до него). Для зрительной работы наивысшей точности (разряд I) размер объекта различения – менее 0,15 мм, для грубой работы (разряд VI) – свыше 5 мм (к разрядам VII и VIII относятся работы со светящимися объектами и общие наблюдения соответственно). Естественно, минимально необходимая освещенность Ен с переходом к более точным работам (от низших разрядов к разряду I) возрастает. Кроме того, величина Ен зависит от контраста объекта с фоном (малый, средний или большой) и характеристики фона (темный, средний или светлый). По сочетанию контраста объекта с фоном и характеристики фона работы для большинства разрядов делятся на подразряды – от «а» до «г» (по мере увеличения контраста и повышения коэффициента отражения фона; норма освещенности, соответственно, снижается). Наконец, величина Ен зависит от системы освещения: при комбинированном освещении требуется большая освещенность, чем при общем.
Наименьшая освещенность рабочих поверхностей объектов, требующих обслуживания в аварийном режиме, должна составлять не менее 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения при системе общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий.
Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность в помещениях на полу основных проходов и на ступенях не менее 0,5 лк, а на открытых территориях – не менее 0,2 лк.
Кроме освещенности нормируются и качественные характеристики искусственного освещения. Наиболее значимыми из них (внесены в основную таблицу нормативов СНиП 23-05-95) являются показатель ослепленности P и коэффициент пульсации освещенности Кп.
Значения показателя P не должны превышать: от 10÷20, для I-го разряда зрительной работы, до 40 – для разрядов, начиная с IV-го.
Величина Кп не должна превышать 10 % для зрительных работ I и II разрядов, 15 % – для разряда III и 20 % – в остальных случаях.
С целью равномерного освещения рабочих поверхностей ограничивается отношение максимальной освещенности к минимальной Емакс/Емин (в разных местах рабочей поверхности). Оно не должно превышать:
– для работ I÷III разрядов – 1,3 при использовании люминесцентных (протяженных) ламп и 1,5 для других (точечных) источников света;
– для работ IV разряда и ниже – 1,5 и 2,0 соответственно.
С той же целью – равномерного освещения рабочих поверхностей – в рамках системы комбинированного освещения светильники общего освещения должны создавать не менее 10 % суммарной освещенности, а применение на производстве только местного освещения не допускается.
В связи с широким использованием на производстве и в быту персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) следует отдельно остановиться на требованиях к искусственному освещению оборудованных ими рабочих мест (СанПиН 2.2.2/2.4.1340–03 [9]).
В помещениях с ПЭВМ рекомендуется в общем случае система общего равномерного освещения (в случае преимущественной работы с документами следует применять комбинированное освещение). Особенностью является то, что нормируется не только минимальная, но и максимальная освещенность: на клавиатуре и поверхности стола в зоне размещения документа она должна быть в пределах 300÷500 лк (при слишком большой горизонтальной освещенности экран может казаться тусклым). А освещенность поверхности экрана не должна превышать 300 лк. Яркость светящихся поверхностей (светильники, окна, потолок) не должна превышать 200 кд/м2, а яркость бликов на экране – 40 кд/м2. Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ПЭВМ: соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования – 10:1. Следует ограничивать отраженную блескость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.). Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения должен быть не более 20 (для административно-общественных, а также дошкольных и учебных помещений нормируется рассчитываемый при проектировании показатель дискомфорта [8], предельные значения которого – не более 40 и 15 соответственно [9]). Для ограничения прямой и отраженной блескости в качестве источников света следует применять люминесцентные лампы и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), – а защитный угол светильников должен быть не менее 40 °. При устройстве отраженного общего освещения допускается применение точечных источников – металлогалогенных ламп. В местных светильниках допускается применение ламп накаливания, в том числе – галогенных.
Особенно жесткие ограничения работа с ПЭВМ накладывает на пульсацию освещенности: величина Кп не должна превышать 5 % (поэтому требуется использовать люминесцентные лампы типа ЛБ и ЛТБ (теплого белого света), а не ЛД или, тем более, ЛДЦ). Основным методом снижения пульсации является использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), преобразующих частоту (реже – форму) питающего напряжения. При отсутствии светильников с ЭПРА необходимо применять трехфазное подключение ламп многоламповых светильников или рядом расположенных светильников общего освещения.
РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ
Методика расчета
Для поверочного расчета местного освещения, а также для расчета освещенности в точке наклонной поверхности при общем локализованном освещении применяют точечный метод. В его основу положено уравнение ЕА = (Jλcosβ)/(r2kз), где ЕА – освещенность в расчетной точке А, лк; Jλ – сила света в направлении от источника к расчетной точке А (определяемая по КСС выбираемого светильника), кд; β – угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением вектора силы света в точку А; r – расстояние от светильника до точки А; kз – коэффициент запаса. Для горизонтальных рабочих поверхностей, учитывая что r = Hр/cosβ (Hр – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м), получим ЕА = (Jλcos3β)/(Hр2kз). При необходимости расчета освещенности, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем полученные значения складывают. Задача считается решенной при ЕА ≥ Ен. Для расчета общего освещения (для огромного числа точек при большом числе светильников) метод вряд ли применим без создания соответствующих сложных программ для быстродействующих ЭВМ.
Наиболее проста расчетная формула метода удельной мощности (для системы общего освещения). Определяется электрическая мощность одной лампы Рл, Вт: Рл = (pS)/n, где p – удельная мощность, Вт/м2; S – площадь помещения, м2; n – число ламп в осветительной установке. Однако этот метод наименее точен и применяется для ориентировочных расчетов. К тому же его простота кажущаяся: требуется огромное число громоздких таблиц значений удельной мощности для разных типов ламп и светильников, рабочей высоты подвеса Hр, площади помещения S и др.
Основным методом расчета общего равномерного искусственного освещения является метод светового потока (другое название – метод коэффициента использования). Исходными данными для расчета являются габариты помещения (цеха): A×B×H (A – длина, B – ширина, H – высота). Кроме того, 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 к 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 как ЛЛ, так и дуговые ртутные люминесцентные лампы ДРЛ (допускается применение ламп ДРИ). При высоте более 6 м предпочтение должно отдаваться газоразрядным лампам высокого давления – ДРЛ и ДРИ (при меньших высотах подвеса – менее ярким лампам ДРЛ, при больших высотах – лампам ДРИ с большей световой отдачей).
Марка светильника 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 черновых операций 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. В некоторых случаях следует применять закрытые светильники. Кроме того, при выборе марки светильника (с точки зрения величины защитного угла) учитывается высота подвеса и форма помещения в плане. Марка светильника определяет количество ламп в нем.
Принимается схема расположения светильников и рабочая высота их подвеса Hр. Светильники с ЛЛ обычно располагают рядами – непрерывными или прерывистыми, чаще вдоль длинной стороны помещения. При этом выбор схемы размещения может быть связан с наличием или отсутствием у светильника защитного угла в продольной плоскости (см. пример 1, решения 1 и 2). Точечные источники (с лампами ДРЛ и ДРИ) располагают по углам квадрата (прямоугольника), реже – в шахматном порядке. Выбирается рабочая высота подвеса Hр (которая в любом случае меньше высоты помещения). Как для административных помещений, так и для большинства цехов рабочей поверхностью является горизонтальная плоскость на высоте 0,8 м от пола (Г-0,8). Поэтому в случае монтажа светильников на максимальной высоте (на потолке), учитывая габариты самого светильника, Hр = H – 1 (м). Светильники с лампами ДРЛ и ДРИ, можно дополнительно опускать (например, на тросовых растяжках), увеличивая тем самым эффективность осветительной установки. С точки зрения удобства обслуживания и безопасности высоту подвеса нежелательно увеличивать свыше 4÷5 м. Однако при выборе Hр следует учитывать и технологические аспекты – наличие в цехе мостовых кранов, кран-балок и др.
Световой поток одной лампы рассчитывается по формуле:
Fрасч = 
100 %, (2.1)
где Eн – норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения;
S = AB – площадь помещения;
kз – коэффициент запаса;
z – коэффициент, учитывающий неравномерность освещения;
N – количество светильников;
n – количество ламп в светильнике;
η – коэффициент использования осветительной установки, %.
Норма освещенности Eн 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 kз, учитывающего снижение освещенности вследствие загрязнения светильников.
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 ρп, стен ρс и рабочей поверхности (пола) ρр. Их ориентировочные величины для различных помещений представлены в табл. П.5. Можно руководствоваться следующей приблизительной оценкой (последовательно указаны ρп, ρс и ρр): сборочные цехи, а также 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 или чугунных деталей, 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 (показатель) формы помещения:
i = 
= 
(2.2)
Зная марку светильника, коэффициенты отражения ρп, ρс и ρр, 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):
Nсв = 
– (2÷4), Nсв = 
– (2÷4), (2.3)
где lм – монтажная длина светильника, м.
Светильники с ЛЛ имеют разную длину в зависимости от мощности ламп и марки светильника. За редким исключением длины светильников входят в следующие диапазоны: с лампами 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. Учитывая необходимость наличия небольших монтажных зазоров между светильниками даже при номинально непрерывном расположении в ряду, можно принять следующие значения монтажной длины lм: для светильников с лампами мощностью 18 и 20 Вт – 0,7 м; мощностью 30 Вт – 1,0 м; мощностью 36 и 40 Вт – 1,3 м; мощностью 58, 65 и 80 Вт – 1,6 м. Вычитание от двух до четырех светильников в формулах (2.3) 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 Hр, тем больше светильников вычитается. Разумеется, необходимо округлить полученное число Nсв до ближайшего целого.
При определении количества рядов исходят из того, что расстояние между соседними рядами не может превышать величины Lmax = 1,5Hр (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 иногда указывают оптимальный диапазон величины L: (1,4÷1,5)Hр. В связи с этим необходимо уточнить: раздвигать ряды дальше, чем на 1,5Hр, нельзя, а располагать ближе 1,4Hр – можно. Другим обязательным условием при определении количества рядов является соотношение расстояний от крайних рядов до стен L1 и расстояния между соседними рядами L: L1 = (0,3÷0,5)L. Это условие должно быть обеспечено в окончательном варианте расположения светильников. В противном случае либо, при L1 > 0,5L, будет недостаточно освещена рабочая поверхность у стены, либо, при L1 < 0,3L, будет «успешно» освещаться стена вместо рабочей поверхности.
Определить минимальное число рядов Nрmin можно так (уточним, что количество промежутков между рядами на один меньше, чем количество рядов). Если принять, что L1 = 0,5L, 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 ориентации рядов) помещения на максимальное расстояние между рядами Lmax = 1,5Hр, можно определить минимальное количество рядов:
Nрmin = 
, Nрmin = 
(2.4)
Первая из формул (2.4) относится к расположению рядов вдоль длинной стороны помещения, вторая – вдоль короткой стороны. Разумеется, полученное по одной из формул (2.4) число рядов следует округлить до целого Nр, причем только в большую сторону – иначе расстояние между рядами окажется больше Lmax, что недопустимо.
Изменившиеся (уменьшившиеся) в результате округления Nр расстояния L и L1 следует уточнить (сначала при условии L1 = 0,5L): L = 2L1 = B/Nр или L = 2L1 = A/Nр. После этого L и L1 корректируются до более удобных («округлых») величин с проверкой соотношения L1 = (0,3÷0,5)L, учитывая равенство (Nр – 1)L + 2L1 = В(A).
После этого, умножая число рядов Nр на количество светильников в ряду Nсв, получим общее количество светильников N = Nр∙Nсв.
Для точечных источников (светильников с ГЛВД) используют размещение по углам квадрата или прямоугольника (в бытовой речи именуемое «квадратно-гнездовым»), или в шахматном порядке. В справочной литературе и в этом случае пользуются термином «ряд», понимая под рядом совокупность последовательно расположенных вдоль длинной стороны помещения светильников с расстоянием LА между ними. Расстояние же между рядами в этом случае может быть обозначено как LВ. При размещении по углам квадрата (LА = LВ) или прямоугольника (LА ≠ LВ) светильники в соседних рядах расположены друг напротив друга (на расстоянии LВ). При шахматном расположении имеется смещение светильников в соседних рядах на половину расстояния LА. При шахматном расположении уменьшается величина коэффициента пульсации освещенности (при трехфазном подключении).
Для общего освещения в составе комбинированного условиями обеспечения равномерности освещения будем считать: LА ≤ Lmax = 1,4Hр, LВ ≤ Lmax = 1,4Hр. В случаях, допускающих применение только общего освещения (табл. П.2 и П.3), необходимо дополнительно уменьшать LА и LВ для достижения нормативной величины коэффициента пульсации освещенности Кп. При этом обязательно подключение светильников на разные фазы трехфазной сети, а величина Lmax равна: 0,9Hр – при условии Кп ≤ 20 %; 0,75Hр – Кп ≤ 15 %; 0,6Hр – Кп ≤ 10 % (данные приведены для LА = LВ, при LА ≠ LВ более сложные зависимости можно найти в [10]). Расстояния от крайних светильников в ряду (от крайних рядов) до стен и в этом случае должны находиться в пределах L1А = (0,3÷0,5)LА, L1В = (0,3÷0,5)LВ.
Расчет количества светильников вдоль длинной стороны помещения (в ряду) NA и вдоль короткой стороны (рядов) NB производится подобно расчету количества рядов светильников с ЛЛ. Сначала по формулам, аналогичным (2.4), рассчитываются минимальные количества NAmin и NBmin:
N А min = 
, N В min = 
(2.5)
Числа округляются до целого (только в большую сторону), после чего определяется общее число светильников N = NA∙NB. Уточняются уменьшившиеся в результате округления N А и N В расстояния LА, LВ, L1А и L1В (при условии L1 = 0,5L): LА = 2L1А = A/N А и LВ = 2L1В = В/N В. Затем все расстояния корректируются до удобных величин с проверкой соотношений L1А(В) = (0,3÷0,5)LА(В), учитывая условия (N А(В) – 1)LА(В) + 2L1А(В) = A(B).
После предварительного определения количества светильников N рассчитывается световой поток одной лампы по формуле (2.1) (как для ЛЛ, 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 гораздо большего коэффициента пульсации освещенности крайне нежелательно). Проверяется отклонение стандартного светового потока выбранной лампы Fст от расчетного Fрасч:
ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч, % (2.6)
Если величина отклонения ΔF находится в пределах от – 10 до + 20 %, результат расчета можно считать удовлетворительным. Если световой поток выбранной лампы недостаточен (ΔF < – 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 LА и LВ) до получения необходимого результата. Если световой поток выбранной лампы чрезмерно велик (ΔF > + 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 потребляемой осветительной установкой мощности:
P = PлnN, (2.7)
где Pл – мощность, потребляемая одной лампой, Вт.
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 15 º не только в поперечном, но и в продольном сечении.
Для расчета воспользуемся методом светового потока. Определим параметры, входящие в формулу (2.1).
Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов Eн = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 50∙25 = 1250 (м2). Коэффициент запаса для металлообрабатывающих цехов kз = 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 (2.2): i = (A∙B)/(Hр(A + B)) = 50∙25/(5(50 + 25)) = 3,33. Здесь Hр = H – 1 = 6 – 1 = 5 (м) – рабочая высота подвеса светильников (светильники с ЛЛ закрепляют на потолке помещения).
Считаем, что коэффициенты отражения потолка ρп (чистый бетонный потолок), стен ρс (бетонные стены) и рабочей поверхности (пола) ρр 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 вычислим по формуле (2.3) количество светильников в ряду, ориентируясь на лампы мощностью 80 Вт (lм = 1,6 м) и учитывая относительно небольшую высоту цеха: Nсв = (A/lм) – 2 = (50/1,6) – 2 = 29,25. Округляя до целого, получим Nсв = 29.
Для предварительного определения числа рядов Nр примем, что расстояние от крайних рядов до стен L1 максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L1 = 0,5L. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между рядами (2.4): Nрmin = B/L max = B/(1,5Hр) = 25/(1,5∙5) = 3,3. Округляя (только в большую сторону), получим Nр = 4.
Тогда общее число светильников N = Nсв∙Nр = 29∙4 = 116.
При округлении числа рядов до большего целого изменяются (уменьшаются) величины L и L1. Определим их, по-прежнему считая, что L1 = 0,5L: L = B/Nр = 25/4 = 6,25 (м); L1 = 0,5∙6,25 = 3,125 (м). Назначаем более удобную величину расстояния между соседними рядами: L = 6,5 м. Тогда, из условия (Nр – 1)L + 2L1 = В, расстояния от крайних рядов до стен L1 = (B – (Nр – 1)L)/2 = (25 – (4 – 1)∙6,5)/2 = 2,75 (м). Удостоверяемся, что отношение L1/L = 2,75/6,5 = 0,415 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5).
Подставляя числовые значения всех параметров в формулу для Fрасч, получим: Fрасч = 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 Fст 3120 лм вполне подходит, так как отклонении ее светового потока от расчетного (2.6) не выходит за допустимые пределы (от – 10 % до + 20 %): ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(3120 – 3040)/3040 = 2,6 %. При этом, так как светильники с лампами мощностью 40 Вт имеют меньшую монтажную длину lм = 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 40-ваттных ламп 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 опять-таки прерывистым). Для получения Fрасч, максимально приближенного к световому потоку стандартной лампы ЛБ80 (Fст = 5220 лм – табл. П.8) новое число Nсв определяем из пропорции: Nсв(нов) = (Nсв(стар)∙Fрасч)/Fст = (29∙3040)/5220 = 16,9. Принимаем Nсв = 17. Тогда N = Nсв∙Nр = 17∙4 = 68. При этом расстояние между светильниками увеличится примерно до Δ = lм((Nсв(стар) – Nсв)/(Nсв – 1)) = 1,6((29 – 17)/(17 – 1)) = 1,2 (м), что меньше, чем lм, – равномерность освещения обеспечивается.
На рис. 2.1 представлена схема расположения светильников.
Рис. 2.1. Размещение светильников ОДР с люминесцентными лампами ЛБ80 на плане цеха с габаритами 50´25 м
При этом расчетный световой поток одной лампы: Fрасч = 100(200∙1250∙1,5∙1,1)/(68∙2∙58,49) = 5186 (лм). Отклонение светового потока лампы ЛБ80 от расчетного: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(5220 – 5186)/5186 = 0,7 %. Мощность, потребляемая осветительной установкой: P = РлnN = 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 15 º). Многие параметры можно взять из предыдущего решения: Eн = 200 лк; S = 1250 м2; z = 1,1; n = 2 (в светильнике ЛСП-02 также две лампы); i = 3,33; коэффициенты отражения поверхностей ρп = 50 %, ρс = 30 %, ρр = 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 (ориентируемся на лампы мощностью 80 Вт; lм = 1,6 м) Nсв = (B/lм) – 2 = (25/1,6) – 2 = 13,63 ≈ 14.
Для предварительного определения числа рядов Nр опять примем, что расстояние от крайних рядов до стен L1 максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L1 = 0,5L. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между рядами Nрmin = A/L max = A/(1,5Hр) = 50/(1,5∙5) = 6,67. Округляя (только в большую сторону), получаем Nр = 7.
Общее число светильников N = Nсв∙Nр = 14∙7 = 98.
Определим новые величины L и L1, по-прежнему считая, что L1 = 0,5L: L = A/N = 50/7 = 7,14 (м); L1 = 0,5∙7,14 = 3,57 (м). Назначаем более удобные размеры: L = 7,2 м; тогда L1 = (A – (N – 1)L)/2 = (50 – (7 – 1)∙7,2)/2 = 3,4 (м). Удостоверяемся, что отношение L1/L =3,4/7,2 = 0,472 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5).
Подставляя числовые значения всех параметров в формулу (2.1), получим: Fрасч = 100(200∙1250∙1,5∙1,1)/(98∙2∙66,5) = 3165 (лм).
Для получения Fрасч, максимально приближенного к световому потоку лампы ЛБ80 (5220 лм) новое число светильников в ряду Nсв определяем из пропорции: Nсв = (Nсв(стар)∙Fрасч)/Fст = (14∙3165)/5220 = 8,5. Принимаем Nсв = 9. Тогда общее количество светильников N = Nсв∙Nр = 9∙7 = 63. При этом расстояние между светильниками увеличится примерно до Δ = lм((Nсв(стар) – Nсв)/(Nсв – 1)) = 1,6((14 – 9)/(9 – 1)) = 1,0 (м).
На рис. 2.2 представлена схема расположения светильников.
Рис. 2.2. 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: Fрасч = 100(200∙1250∙1,5∙1,1)/(63∙2∙66,5) = 4923 (лм). Отклонение светового потока лампы ЛБ80 от расчетного: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(5220 – 4923)/4923 = 6,0 %, что находится в допустимых пределах.
Мощность, потребляемая осветительной установкой: P = PлnN = 80∙2∙63 = 10080 (Вт). Таким образом, экономия потребления электроэнергии по сравнению с продольным расположением рядов со светильниками ОДР не столь велика ΔP = 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 15 º, расположив их наиболее рационально – по углам прямоугольника. Параметры, известные из предыдущих решений: Eн = 200 лк; S = 1250 м2; i = 3,33; коэффициенты отражения ρп = 50 %, ρс = 30 %, ρр = 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 NА примем, что расстояние от крайних светильников до стен L1А максимально и равно половине расстояния между соседними светильниками LА: L1А = 0,5LА. Тогда при наибольшем допустимом расстоянии между светильниками (2.5): NА min = A/L max = A/(1,4Hр) = 50/(1,4∙5) = 7,14. Округляя (только в большую сторону), получаем NА = 8.
Аналогично определяем предварительное число светильников вдоль короткой стороны помещения NВ (2.5): NВ min = В/L max = В/(1,4Hр) = 25/(1,4∙5) = 3,57. Округляя, получаем NВ = 4.
Тогда общее число светильников Nсв = NА∙NВ = 8∙4 = 32.
Определим новые величины LА, LВ, L1А и L1В, по-прежнему считая, что расстояния от крайних светильников до стен равно половине расстояния между светильниками: LА = A/N А = 50/8 = 6,25 (м); L1А = 0,5∙6,25 = 3,125 (м); LВ = В/N В = 25/4 = 6,25 (м); L1В = 0,5∙6,25 = 3,125 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: LА = 6,5 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (50 – (8 – 1)∙6,5)/2 = 2,25 (м). Удостоверяемся, что отношение L1А/LА =2,25/6,5 = 0,346 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Вдоль короткой стороны помещения: LВ = 6,5 м; тогда L1В = (В – (N В – 1)LВ)/2 = (25 – (4 – 1)∙6,5)/2 = 2,75 (м). Отношение L1В/LВ =2,75/6,5 = 0,423 также в допустимом диапазоне (0,3÷0,5).
Учтем, что светильники с дуговыми лампами являются точечными источниками (коэффициент z = 1,15). Подставляя значения всех параметров в формулу (2.1), получим: Fрасч = 100(200∙1250∙1,5∙1,15)/(32∙1∙69,5) = 19391 (лм). Ближайшими по световому потоку (табл. П.9) являются стандартные лампы ДРЛ-250 (Fст = 13000 лм) и ДРЛ-400 (Fст = 22000 лм).
При использовании лампы ДРЛ-250 отклонение светового потока от расчетного составит: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(13000 – 19391)/19391 = – 33 %, что недопустимо. Для лампы ДРЛ-400 ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(22000 – 19391)/19391 = 13,5 %, что входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Решение можно считать удовлетворительным.
Мощность осветительной установки: P = PлnN = 400∙1∙32 = 12800 (Вт). Таким образом, вариант с лампами ДРЛ на первый взгляд уступает по энергопотреблению варианту с ЛЛ. Однако надо учесть, что вариант с ДРЛ имеет больший запас по световому потоку ΔF (13,5 % против 6 % у ЛЛ).
Поэтому следует проверить вариант с использованием ламп ДРЛ-250 при увеличении числа светильников. Для получения Fрасч, максимально приближенного к световому потоку лампы ДРЛ-250 (13000 лм) новое число Nнов определяем из пропорции: Nнов = (N∙Fрасч)/Fст = (32∙19391)/13000 = 47,7. Принимаем Nнов = 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 LА и LВ 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 LА, LВ, L1А и L1В опять-таки из условия L1 = 0,5L: LА = A/N А = 50/12 = 4,17 (м); L1А = 0,5∙4,17 = 2,08 (м); LВ = В/N В = 25/4 = 6,25(м); L1А = 0,5∙6,25 = 3,125 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: LА = 4,2 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (50 – (12 – 1)∙4,2)/2 = 1,9 (м). Отношение L1А/LА =1,9/4,2 = 0,452 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Вдоль короткой стороны помещения: LВ = 6,6 м; тогда L1В = (В – (N В – 1)LВ)/2 = (25 – (4 – 1)∙6,6)/2 = 2,6 (м). Отношение L1В/LВ =2,6/6,6 = 0,394 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Схема расположения светильников – на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Размещение светильников С34ДРЛ с лампами ДРЛ-250 на плане цеха с габаритами 50´25 м
При этом расчетный световой поток одной лампы: Fрасч = 100(200∙1250∙1,5∙1,15)/(48∙1∙69,5) = 12927 (лм). Отклонение светового потока стандартной лампы ДРЛ-250 от расчетного минимально: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(13000 – 12927)/12927 = – 0,06 %.
Мощность осветительной установки: P = PлnN = 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: ΔP = 100(12800 – 12000)/12800 = 6,25 %. Кроме того, при большем числе светильников достигается более равномерное освещение рабочей поверхности. Однако с увеличением количества светильников возрастает стоимость и затраты на эксплуатацию осветительной установки. 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 может показать опять-таки экономический расчет. Отметим лишь, что экономия на энергопотреблении при использовании ЛЛ существенна (ΔP = 100(12000 – 10080)/12000 = 16,0 %). Однако стоимость установки (и ее обслуживания) с ЛЛ заметно больше – требуется в 1,3 раза больше более габаритных 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 лампы 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 15 º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника.
Для расчета методом светового потока определим величины, входящие в формулу (2.1).
Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов Eн = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 60∙40 = 2400 (м2). Коэффициент запаса kз = 1,5 (табл. П.3). z = 1,15 – коэффициент для точечных источников.
Установим светильники на максимальной высоте (достаточно большая высота цеха предполагает наличие в пролетах мостовых кранов, кран-балок). Тогда рабочая высота подвеса светильников Hр = H – 1 = 9 – 1 = 8 (м), а индекс формы помещения i = S/(Hр(A + B)) = 2400/(8(60 + 40)) = 3,0.
Считая, что коэффициенты отражения потолка ρп (чистый бетонный потолок), стен ρс (бетонные стены) и рабочей поверхности (пола) ρр 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) NА примем, что расстояние от крайних светильников до стен L1А максимально и равно половине максимального же расстояния между соседними светильниками LА: L1А = 0,5LА. Тогда при LА = L max по формуле (2.5): NА min = A/L max = A/(1,4Hр) = 60/(1,4∙8) = 5,36. Округляя в большую сторону, получаем NА = 6.
Аналогично, минимальное число светильников вдоль короткой стороны NВ: NВ min = В/L max = В/(1,4Hр) = 40/(1,4∙8) = 3,57. Берем NВ = 4.
Общее число светильников N = NА∙NВ = 6∙4 = 24.
Новые величины LА, LВ, L1А и L1В (при L1 = 0,5L): LА = A/N А = 60/6 = 10 (м); L1А = 0,5∙10 = 5 (м); LВ = В/N В = 40/4 = 10 (м); L1В = 0,5∙10 = 5 (м).
На рис. 2.4 представлена схема расположения светильников.
Рис. 2.4. 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 (2.1), получим:
Fрасч = 100(200∙2400∙1,5∙1,15)/(24∙1∙63,5) = 54331 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРЛ-1000 (Fст = 58500 лм). Отклонение светового потока от расчетного: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(58500 – 54331)/54331 = 7,7 %, которое входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %).
Мощность установки P = PлnN = 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). Тогда можно подвесить светильники СД2ДРЛ ниже на тросовых растяжках. Примем Hр = 5 м, опустив светильники на 3 м. Не изменятся Eн = 200 лк, S = 2400 м2, kз = 1,5, z = 1,15 и n = 1, а также коэффициенты отражения ρп = 50 %, ρс = 30 %, ρр = 10 %.
Новый индекс формы помещения i = S/(Hр(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 L1 = 0,5L. Тогда по формуле (2.5): NА min = A/L max = A/(1,4Hр) = 60/(1,4∙5) = 8,57. Округляя в большую сторону, получаем NА = 9. Аналогично NВ min = В/L max = В/(1,4Hр) = 40/(1,4∙5) = 5,71. Берем NВ = 6. Общее число светильников N = NА∙NВ = 9∙6 = 54.
Уточняем расстояния LА, LВ, L1А и L1В (при L1 = 0,5L): LА = A/N А = 60/9 = 6,67 (м); L1А = 0,5∙6,67 = 3,33 (м); LВ = В/N В = 40/6 = 6,67 (м); L1А = 0,5∙6,67 = 3,33 (м). Назначаем более удобные величины расстояний. Вдоль длинной стороны помещения: LА = 7,0 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (60 – (9 – 1)∙7,0)/2 = 2,0 (м). Отношение L1А/LА =2,0/7,0 = 0,286 не попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Изменяем: LА = 6,8 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (60 – (9 – 1)∙6,8)/2 = 2,8 (м). Отношение L1А/LА =2,8/6,8 = 0,412 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Вдоль короткой стороны: LВ = 7,0 м; тогда L1В = (В – (N В – 1)LВ)/2 = (40 – (6 – 1)∙7,0)/2 = 2,5 (м). Отношение L1В/LВ =2,5/7,0 = 0,357 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5).
Световой поток лампы: Fрасч = 100(200∙2400∙1,5∙1,15)/(54∙1∙68,6) = 22352 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРЛ-400 (Fст = 22000 лм). Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(22000 – 22352)/22352 = – 1,6 % входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %).
На рис. 2.5 представлено размещение светильников СД2ДРЛ в цехе.
Рис. 2.5. 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 = PлnN = 400∙1∙54 = 21600 (Вт). Экономия электроэнергии за счет уменьшения Hр составит ΔP = 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 увеличивает ее стоимость.
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 α = 15 º, закрепив их максимально высоко (как и в решении 1, Hр = 8 м). Не изменятся параметры Eн = 200 лк, S = 2400 м2, kз = 1,5, z = 1,15, n = 1 и i = 3,0, а также коэффициенты отражения ρп, ρс, и ρр, равные соответственно 50, 30 и 10 %.
В первом приближении не изменятся (по сравнению с решением 1) количество (N = 24) и расположение (LА = LВ = 10,0 м; L1А = L1В = 5,0 м – см. рис. 2.4) светильников.
По табл. П.7 определяем коэффициент использования для светильника ГСП-05: при i = 3,0 η = 73 %.
Рассчитываем требуемый световой поток одной лампы: Fрасч = 100(200∙2400∙1,5∙1,15)/(24∙1∙73) = 47260 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРИ-700 (Fст = 59500 лм). Отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(59500 – 47260)/47260 = 25,9 % не входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Однако результат полезно проанализировать. Во-первых, для попадания в допустимый диапазон ΔF нельзя уменьшить число светильников – расстояния между ним станут больше максимальной величины 1,4Hр, освещение будет неравномерным. Во-вторых, положительная величина ΔF указывает на избыточность освещенности в цехе и перерасход электроэнергии (для исключения чего и введен верхний предел ΔFmax = + 20 %). Проверим мощность, потребляемую на освещение по последнему варианту: P = PлnN = 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 15 º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника. Для расчета используем метод светового потока.
Определим параметры, входящие в формулу (2.1).
Норма освещенности, создаваемой светильниками общего освещения при комбинированной системе для механических цехов, Eн = 200 лк (табл. П.3). Площадь цеха S = АВ = 110∙60 = 6600 (м2). Коэффициент запаса kз = 1,5 (табл. П.3). z = 1,15 – коэффициент для точечных источников.
Установим светильники на максимальной высоте (достаточно большая высота цеха и габариты заготовок предполагают использование в пролетах мостовых кранов). Тогда рабочая высота подвеса светильников Hр = H – 1 = 12 – 1 = 11 (м), а индекс формы помещения i = S/(Hр(A + B)) = 6600/(11(110 + 60)) = 3,52 ≈ 3,5.
В связи с выделением большого количества пыли считаем, что коэффициенты отражения потолка ρп, стен ρс и рабочей поверхности (пола) ρр 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) NА примем, что расстояние от крайних светильников до стен L1А максимально и равно половине максимального же расстояния между соседними светильниками LА: L1А = 0,5LА. Тогда при LА = L max по формуле (2.5): NА min = A/L max = A/(1,4Hр) = 110/(1,4∙11) = 7,14. Округляя в большую сторону, получаем NА = 8.
Определяем минимальное число светильников вдоль короткой стороны здания NВ: NВ min = В/L max = В/(1,4Hр) = 60/(1,4∙11) = 3,89. Берем NВ = 4.
Тогда общее минимальное число светильников N = NА∙NВ = 8∙4 = 32.
Новые величины LА, LВ, L1А и L1В (при L1 = 0,5L): LА = A/N А = 110/8 = 13,75 (м); L1А = 0,5∙13,75 = 6,875 (м); LВ = В/N В = 60/4 = 15 (м); L1В = 0,5∙15 = 7,5 (м). Назначаем более удобные расстояния между светильниками. Вдоль длинной стороны помещения: LА = 14,0 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (110 – (8 – 1)∙14,0)/2 = 6,0 (м). Отношение L1А/LА = 6,0/14,0 = 0,429 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5). Вдоль короткой стороны помещения: LВ = 16,0 м; тогда L1В = (В – (N В – 1)LВ)/2 = (60 – (4 – 1)∙16,0)/2 = 6,0 (м). Отношение L1В/LВ = 6,0/16,0 = 0,375 также допустимое.
Подставляя числовые значения всех параметров в (2.1), получим: Fрасч = 100(200∙6600∙1,5∙1,15)/(32∙1∙60,5) = 117613 (лм). По табл. П.9 выбираем лампу ДРИ-1000 (Fст = 90000 лм). Отклонение светового потока от расчетного: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 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 ΔF = 5 % (середину допустимого диапазона ΔF), т. е. на Fрасч = 117613∙1,05 = 123494 (лм): N = (123494/90000)∙32 = 43,9. Можно взять 4 ряда по 11 светильников (N = NА∙NВ =11∙4 = 44) или 5 рядов по 9 светильников (N = NА∙NВ =9∙5 = 45). Для обеспечения более равномерного освещения принимаем второй вариант. При этом величины LА, LВ, L1А и L1В (L1 = 0,5L): LА = A/N А = 110/9 = 12,22 (м); L1А = 0,5∙12,22 = 6,11 (м); LВ = В/N В = 60/5 = 12 (м); L1В = 0,5∙12 = 6,0 (м). Назначаем более удобное расстояние между светильниками вдоль длинной стороны помещения: LА = 12,5 м; тогда L1А = (A – (N А – 1)LА)/2 = (110 – (9 – 1)∙12,5)/2 = 5,0 (м). Отношение L1А/LА =5,0/12,5 = 0,4 строго в середине допустимого диапазона (0,3÷0,5). Для попадания L1В в середину рекомендуемого диапазона (0,3÷0,5)LВ меняем и расстояния вдоль короткой стороны помещения: LВ = 12,5 м; тогда L1В = (В – (N В – 1)LВ)/2 = (60 – (5 – 1)∙12,5)/2 = 5,0 (м). Тогда L1В/LВ = 5,0/12,5 = 0,4.
При этом расчетный световой поток одной лампы Fрасч = 100(200∙6600∙1,5∙1,15)/(45∙1∙60,5) = 83636 (лм). Отклонение светового потока выбранной лампы ДРИ-1000 от расчетного: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(90000 – 83636)/83636 = 7,6 % (можно проверить расчетом, что при четырех рядах по 11 светильников величина ΔF была бы ближе к 5 %).
На рис. 2.6 представлена схема расположения светильников.
Рис. 2.6. Размещение светильников ГСП-18 с лампами ДРИ-1000 на плане цеха с габаритами 110´60 м (при рабочей высоте подвеса 11 м)
Мощность осветительной установки P = PлnN = 1000∙1∙45 = 45000 (Вт). Решение можно считать вполне удовлетворительным. Тем не менее, рассмотрим вариант с использованием ламп ДРЛ.
Решение 2. Используем лампы ДРЛ. Учитывая выделение при обработке чугуна большого количества пыли, используем светильники СД2ДРЛ на одну лампу (n = 1) с защитным углом 15 º (табл. П.1), расположив их по углам прямоугольника на максимальной высоте.
Ряд параметров, входящих в формулу (2.1), известны из предыдущего решения: Eн = 200 лк, S = 6600 м2, kз = 1,5, z = 1,15, i = 3,5, коэффициенты отражения ρп = 30 %, ρс = 10 % и ρр = 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 (2.1), получим: Fрасч = 100(200∙6600∙1,5∙1,15)/(32∙1∙63) = 112946 (лм). По табл. П.9 имеем наиболее мощную лампу ДРЛ-1000 (Fст = 58500 лм). Отклонение ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(58500 – 112946)/112946 = – 48,2 % не входит в допустимый диапазон (от – 10 до + 20 %). Необходимо увеличить число светильников. Аналогично предыдущему решению для получения оптимального результата перерасчет произведем на ΔF = 5 %, т. е. на Fрасч = 112946∙1,05 = 118593 (лм). Тогда N = (118593/58500)∙32 = 64,9 ≈ 65. При этом потребляемая мощность P = PлnN = 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 помещения технологического бюро с габаритами 10´5´3,5 м.
Решение. При небольшой высоте помещения используем светильники с ЛЛ, расположив их непрерывными рядами вдоль длинной стороны. Учитывая использование в помещении персональных компьютеров, воспользуемся закрытыми светильниками ЛПО-02 (с люминесцентными лампами, условный защитный угол 90 º – 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 65-ваттные лампы (ЛПО-02-2×65).
Определим параметры для расчета светового потока одной лампы.
Принимаем среднюю норму освещенности для помещений с компьютерами из рекомендуемого диапазона (300÷500 лк) Eн = 400 лк (при системе общего равномерного освещения).
Площадь помещения S = АВ =10∙5 = 50 (м2).
Коэффициент запаса для помещений с компьютерами [9] kз = 1,4; z = 1,1 – коэффициент для люминесцентных ламп; n = 2 – количество ламп в светильнике. Рабочая высота подвеса Hр = 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/(Hр(A + B)) = 50/(2,5(10 + 5)) = 1,33. Принимаем рекомендуемые для помещений с персональными ЭВМ [9] коэффициенты отражения потолка ρп = 70 %, стен ρс = 50 % и рабочей поверхности (пола) ρр = 30 %. Величину η определяем по табл. П.6 интерполяцией. 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 (%). Данные табл. П.6 относятся к одноламповым светильникам, тогда как мы используем двухламповые. Поэтому умножаем полученный η на понижающий коэффициент (см. прим. 3 к табл. П.6): 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 lм = 1,6 м: Nсв = A/lм = 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 Nр примем, что расстояние от крайних рядов до стен L1 максимально и равно половине расстояния между соседними рядами L: L1 = 0,5L. Тогда при L = L max по формуле (2.4): Nрmin = B/L max = B/(1,5Hр) = 5/(1,5∙2,5) = 1,33. Округлив (разумеется, в большую сторону), получаем Nр = 2.
Общее количество светильников N = Nсв∙Nр = 5∙2 = 10.
При округлении числа рядов до большего целого изменяются величины L и L1 (по сравнению с максимальными). Определим их, по-прежнему считая, что L1 = 0,5L: L = B/Nр = 5/2 = 2,5 (м); L1 = 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 L1 = (B – (Nр – 1)L)/2 = (5 – (2 – 1)∙3,0)/2 = 1,0 (м). Удостоверяемся, что отношение L1/L =1,0/3,0 = 0,333 попадает в допустимый диапазон (0,3÷0,5).
Подставляя числовые значения всех параметров в формулу (2.1), получим: Fрасч = 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 Fст = 4600 лм. Отклонении ее светового потока от расчетного в допустимых пределах (от – 10 % до + 20 %): ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(4600 – 3971)/3971 = 15,8 %.
При этом мощность осветительной установки: P = PлnN = 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 = PлnN = 58∙2∙10 = 1160 (Вт).
Для другой отечественной лампы ЛБ40 световой поток (3120 лм) слишком мал: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(3120 – 3971)/3971 = – 21,4 %. Однако монтажная длина светильников с 40-ваттными лампами меньше (1,3 м). Поэтому можно уместить большее количество светильников в ряду: Nсв = A/lм = 10/1,3 = 7,69. Принимаем Nсв = 6. Тогда N = Nсв∙Nр = 6∙2 = 12 и Fрасч = 100(400∙50∙1,4∙1,1)/(12∙2∙38,78) = 3309 (лм). В этом случае дефицит по световому потоку допустимый: ΔF = 100(Fст – Fрасч)/Fрасч = 100(3120 – 3309)/3309 = – 5,7 %.
Мощность осветительной установки: P = PлnN = 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. Преимуществом является и то, что светильники ЛПО-02 с 40-ваттными лампами (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 (2.1): E = (FстNnη)/(100Skзz) = (3120∙12∙2∙38,78)/(100∙50∙1,4∙1,1) = 377 (лк), что находится в допустимых пределах (300÷500 лк).
Размещение светильников с лампами ЛБ40 представлено на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Схема расположения светильников с лампами ЛБ40 в помещении технологического бюро с габаритами 10´5´3,5 м
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
Заданием является расчет общего равномерного искусственного освещения (методом светового потока) для производственного помещения (цеха) с габаритами: A(длина), B (ширина) и H (высота). Определяются марки и количество светильников и ламп, расположение светильников на плане помещения и мощность осветительной установки.
Варианты заданий для расчета приведены в таблице.
Таблица
Варианты заданий для самостоятельного решения
|
Вариант | Размеры помещения, м |
Вариант | Размеры помещения, м | ||||
| Длина (А) | Ширина (В) | Высота (H) | Длина (A) | Ширина (B) | Высота (H) | ||
| 1 | 72 | 36 | 12 | 27 | 96 | 48 | 9 |
| 2 | 54 | 24 | 9 | 28 | 84 | 36 | 12 |
| 3 | 96 | 54 | 9 | 29 | 48 | 24 | 9 |
| 4 | 108 | 42 | 9 | 30 | 78 | 42 | 9 |
| 5 | 60 | 18 | 6 | 31 | 108 | 42 | 12 |
| 6 | 84 | 48 | 9 | 32 | 120 | 36 | 12 |
| 7 | 96 | 42 | 9 | 33 | 60 | 36 | 9 |
| 8 | 54 | 12 | 6 | 34 | 60 | 24 | 6 |
| 9 | 108 | 54 | 12 | 35 | 84 | 42 | 9 |
| 10 | 102 | 42 | 12 | 36 | 84 | 48 | 12 |
| 11 | 78 | 36 | 9 | 37 | 90 | 36 | 12 |
| 12 | 96 | 48 | 12 | 38 | 66 | 24 | 6 |
| 13 | 54 | 24 | 9 | 39 | 36 | 18 | 6 |
| 14 | 60 | 48 | 9 | 40 | 102 | 54 | 9 |
| 15 | 96 | 54 | 12 | 41 | 72 | 48 | 9 |
| 16 | 108 | 36 | 9 | 42 | 60 | 42 | 9 |
| 17 | 78 | 42 | 12 | 43 | 120 | 54 | 12 |
| 18 | 114 | 48 | 9 | 44 | 48 | 24 | 6 |
| 19 | 108 | 36 | 12 | 45 | 90 | 42 | 12 |
| 20 | 72 | 24 | 6 | 46 | 102 | 48 | 9 |
| 21 | 90 | 36 | 9 | 47 | 102 | 54 | 12 |
| 22 | 72 | 54 | 12 | 48 | 72 | 54 | 9 |
| 23 | 66 | 42 | 9 | 49 | 60 | 24 | 9 |
| 24 | 48 | 18 | 6 | 50 | 102 | 36 | 12 |
| 25 | 78 | 48 | 12 | 51 | 120 | 42 | 9 |
| 26 | 132 | 48 | 12 | 52 | 84 | 54 | 12 |
Примечание: вид производства и используемое в помещении оборудование задается преподавателем или принимается самостоятельно студентом
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.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П.1
Дата: 2019-07-24, просмотров: 399.
