Коэффициент использования светового потока: методы расчета

Нормы и стандарты

Что такое КЕО

Для количественной оценки эффективности естественного освещения используется коэффициент дневного света (КЕО). Он показывает, сколько света извне проникает в здание.

Источником естественного света на Земле является Солнце. При расчете параметров зданий в качестве источника берется все небо (что справедливо, особенно в пасмурную погоду, когда не видно солнца, но есть дневной свет).

Естественное освещение это:

  • боковые (если свет попадает в помещения через окна или проемы в стенах;
  • верхний (освещение через окна в потолках).

Если естественное освещение выполняется двумя способами, говорят о комбинированном освещении.

Не путайте термин комбинированное и комбинированное освещение. Вторая концепция предполагает, помимо естественного, еще и систему искусственного освещения.

От чего зависит коэффициент естественной освещенности

В первую очередь КЕО конечно зависит от площади проемов. Чем меньше отверстий, тем меньше света попадает. Еще одним фактором, влияющим на коэффициент, является качество стекла. Если стекло блокирует большую часть света (из-за низкого качества или загрязнения), это также ухудшает условия освещения.

Часть света, попадающего в комнату, отражается от находящихся в ней предметов. Чем больше отражательная способность внутренней среды, тем больше КЕО. Кроме того, необходимо учитывать ориентацию световых проходов по сторонам света, удаленность рабочих зон от проемов в стенах и окнах, а также близлежащие конструкции и предметы (деревья), перегораживающие части света небо.

Методы определения

Для определения КЕО необходимо выполнить одновременно два измерения уровня освещенности:

  1. Измерение на открытом воздухе;
  2. Второе измерение в помещении.

Люксметры используются для измерения освещенности. Проблема с этим методом заключается в том, что измерения необходимо проводить одновременно, чтобы исключить ошибку, когда уровень освещенности меняется между двумя измерениями. По этой причине измерения проводят два человека, двумя приборами одновременно. При этом должна быть обеспечена связь (хотя бы голосовая) между производящими измерение, где дается команда на выполнение измерения.

Формула расчета

Для расчета КЕО используется формула КЕО = (Evt/Evt)*100%, где:

  • Один — освещение внутри помещения;
  • Эвнешн — освещение снаружи.

Если свет снаружи полностью проникает через комнату, то КЕО = 100%.

Задать вопрос Это идеальная ситуация, которая никогда не встречается на практике. Часть светового излучения всегда теряется при прохождении границы здания. Даже идеальное стекло частично отражает, а частично поглощает свет.

Другая крайняя ситуация – КЕО=0, когда свет вообще не проникает в здание. Происходит это крайне редко, и искомый коэффициент принимает значения от 0% до 100%.

Светлый климат в разных регионах России разный, поэтому на практике используют приведенное значение коэффициента. Рассчитывается как en=KEO*Сn, где:

  • Cn – световой климатический коэффициент;
  • КЕО — измеряемый коэффициент.

С помощью оборудования

Для упрощения измерения освещенности для расчета нужного коэффициента можно использовать специализированный прибор, например, eLight01. Этот люксметр оснащен двумя датчиками, один из которых имеет энергонезависимую память, а для обеспечения одновременных измерений есть часы, синхронизированные с основным блоком. Этот датчик размещается снаружи здания и периодически измеряет освещенность в автономном режиме и записывает данные в память.

Второй датчик подключается непосредственно к измерительному блоку. При включении прибор производит измерения каждые несколько секунд, а также записывает данные во внутреннюю память. После проведения замеров в нескольких точках здания к основному блоку подключается внешний автономный датчик. Данные с внешнего датчика считываются, после чего происходит синхронизация измеренных значений и автоматический расчет КЕО.

Читайте также: Что такое световой поток, яркость и светоотдача

Светотехнический метод

Основным показателем метода освещения является коэффициент естественной освещенности. Он определяется по формуле:

KEO = E1E2 × 100% { Displaystyle KEO = { гидроразрыва {E1} {E2}} раз 100%}

где E1 – внутреннее освещение, лм, E2 – наружное освещение, лм.

В зависимости от типа помещения, вида осуществляемой в нем деятельности они соответствуют нормам КЭО, которые закреплены в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и комбинированному освещению жилых и общественных зданий». (утверждена Главным санитарным врачом Российской Федерации 6 апреля 2003 г.)

Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

При расчете освещения необходимо решить ряд вопросов:

  1. Выберите систему освещения (общую, местную или комбинированную).
  2. Определите необходимое количество света.
  3. Настенные и потолочные покрытия, их размеры и высота.
  4. Определить тип и количество фитингов.
  5. Возможность эксплуатации во взрывоопасных и горячих помещениях, а также в местах с повышенной вибрацией от работающего оборудования зависит от типа крепления.
  6. Выберите тип, количество ламп и укажите допустимый коэффициент пульсации.
  7. Проверить, подходит ли данное решение для условий эксплуатации в конкретном случае и так далее.

Столь тщательный выбор обусловлен тем, что при неправильном освещении увеличивается вероятность повреждения. Причиной может быть как недостаточное освещение в целом, так и неправильно выбранное решение в конкретном месте.

Производственное освещение. Расчет искусственного освещения

На производстве соблюдение требований к освещению еще более важно, чем в быту. Дело в том, что ошибки, допущенные на этапе проектирования, могут привести не только к неудобствам, но и привести к катастрофическим последствиям.

Общее освещение эффективно, но экономически нецелесообразно. Самый большой недостаток и в то же время преимущество такого решения в том, что свет равномерно распределяется по всему помещению. С одной стороны, это повышает безопасность, так как человеку будет комфортнее, вряд ли он споткнется о что-нибудь или причинит неудобство из-за тусклого света. С другой стороны, возникает потребность в большем количестве светильников и светильников, что влечет за собой как увеличение первоначальных вложений на установку оборудования, так и дальнейшие вложения в эксплуатацию (ремонт и замена источников света, оплата потребленной электроэнергии).

Комбинированная схема освещения более экономична, и в то же время позволяет освещать рабочее место настолько, насколько это необходимо. При этом остальное пространство вокруг рабочего места освещается гораздо меньшим количеством светильников, оно получается темнее рабочей зоны. В результате для работы требуется меньше энергии.

Общая схема освещения – все помещение освещается согласно требованиям, равномерно по яркости.

Комбинированная компоновка – все помещение освещается не слишком ярко, но рабочее место освещается дополнительными лампами до соответствующего эмин.

Метод расчета освещенности

Скорость освещения выбирается по СНиП II-4-79, на нее влияют:

  • особенности зрительной работы;
  • размеры деталей, с которыми работает человек на своем рабочем месте;
  • цвет детали, его контраст с фоном (например, цвет рабочего стола);
  • цвет фона (темный, средний, светлый).

Исходя из этого, определяется освещенность в люксах (Lx). На упаковке от светильника можно увидеть такую ​​характеристику как световой поток, он указан в люменах (Лм), так вот 1 лк это 1 люмен на 1 м2.

Отсюда следует, что чем больше площадь, тем больше люменов нам нужно от лампы. Кроме площади на это влияет и высота подвеса источника света, и цвет потолка и стен. Здесь действует правило обратных квадратов — при увеличении расстояния в 2 раза освещенность уменьшается в 4 раза. Энергия света распределяется по поверхности сферы. То есть на квадрат радиуса.

Темный потолок и стены плохо отражают свет, это приводит к увеличению количества светильников, позже мы проверим это на основе формул выше.

Обозначения:

  • ЛН — лампа накаливания;
  • ЛЛ — люминесцентный;
  • Светодиоды — светодиоды;
  • ДРЛ — дуговой ртутный разряд;
  • ДРИ — дуговой разряд йодистого ртути;
  • ГНС — натриевые высокого давления, трубчатые.

Первая формула выглядит так:

Ф= (Emin*k*S*Z)/(N*n*η)

Описывает световой поток, который вы получите от расчетной установки.

Вторая формула помогает найти количество светильников, обеспечивающих световой поток и освещенность:

N=(Emin*k*S*Z)/(Ф*N*n)

  • F — число люменов или световой поток.
  • Emin — минимальная освещенность, нормированное значение, как мы упоминали в начале этого раздела;
  • k — коэффициент запаса прочности, зависит от типа применяемых ламп, где ЛН — 1,15, ДРЛ и ДНаТ — 1,3, ЛЛ и СИД — 1,1. Их вводят, чтобы учесть, сколько будет падать количество света от светильника при работе. Снижение светоотдачи происходит как из-за износа источника света (износ люминофорного покрытия люминесцентных ламп и выход из строя светодиодных кристаллов);
  • S – площадь освещаемого помещения;
  • Z — Коэффициент неравномерности освещения, для ЛЛ — 1,15, для остальных — 1,1;
  • N – количество светильников;
  • n — количество ламп в светильнике;
  • η — коэффициент использования светового потока.

Вы можете рассчитать, сколько электроэнергии потребляют все светильники, используя простую формулу:

Ptot=Plamper*N*n

Порядок расчета:

  1. Определить схему освещения.
  2. На основании приведенных выше норм и правил определяют нормируемое освещение.
  3. Выберите тип источника света.
  4. Выберите тип фурнитуры.
  5. Проанализируйте условия работы арматуры и на основе анализа определите k и Z.
  6. По покрытию на стенах и потолке оценивают коэффициент отражения поверхностей (r).
  7. Индекс помещения i.
  8. Рассчитать н.
  9. Вычислите N и F.
  10. Составьте схему расположения источников света с указанием типа светильников, светильников, их количества, что даст Эмин.

После того, как вы определились с нормами освещения, нужно выбрать тип ламп в зависимости от простоты обслуживания и надежности работы в конкретных условиях, а также количества люменов на 1 Вт мощности. Лампы накаливания излучают 7-20 лм/Вт, люминесцентные – около 75 лм/Вт, светодиодные – 100 лм/Вт, ДРЛ – 90 лм/Вт.

Коэффициент запаса k

На самом деле коэффициент снижения светового потока ki зависит в большей степени не от типа используемых ламп, а от условий внешней среды.

Коэффициент неравномерности Z

Коэффициент неравномерности Z зависит от симметричности расположения светильников, например от отношения L/h (расстояние между светильниками/высота подвеса)

ч = H-hsv-час,

где H — высота потолка, hsv — высота от потолка до низа светильника, hr — высота от пола до освещаемой плоскости (машины, стола и т д.), например, для светильников, размещенных на углах прямоугольника, Z находится в районе от 1, 4 до 2, в шахматном порядке — 1,7–2,5. Если светильники расположены в ряд, можно использовать значения, приведенные в описании формулы. При общем расположении освещения в потолке довольно много светильников, которые могут ослеплять обслуживающий персонал, поэтому такое расположение рекомендуется при возможности подвески источников света на высоте 2,5 и выше.

Коэффициент использования светового потока

Коэффициент использования светового потока зависит как от цвета стен и потолка (коэффициент светоотражения) в таблице, это вторая и третья строки (rP и rC), так и от формы излучения светильника (первая строка в Таблица). Форму излучения можно найти в технической документации на конкретный прибор или сравнить со схематическими изображениями типовых световых лучей. В итоге определяется по таблице:

Как видите, нам осталось определить i — индекс пространства. Это можно рассчитать по формуле:

я=(АВ)/(ч*(А+В)),

где А и В – длина и ширина помещения, h – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Количественные показатели освещения

Световой поток (F) — мощность светового потока излучения, оцениваемая по зрительному ощущению человеческого глаза. Единицей светового потока является люмен (лм).

Сила света (Дж) — это пространственная плотность светового потока в заданном направлении, т е световой поток, относящийся к телесному углу ω, под которым он излучается.Единицей измерения силы света является кандела (кд).

Освещенность (Е) — это плотность светового потока на освещаемой им поверхности — под световым потоком понимается площадь освещаемой поверхности S, измеренная в м2, в предположении, что он равномерно распределяется по поверхности при падении источника света на нем перпендикулярно. Единицей измерения освещения является люкс.

Освещение, создаваемое некоторыми источниками света:

  • лунный свет 0,25 лк,
  • солнце сквозь облака 10 000 люкс,
  • солнечный свет 100 000 люкс,
  • офисное освещение 300-2000 лк,
  • дорожный свет 10-50 лк.

Именно освещение является важнейшей особенностью при проектировании освещения. Заказчику необходимо добиться определенного количества люксов на поверхности освещаемого объекта. Для уличного освещения поверхностью может быть проезжая часть или тротуар, для внутреннего освещения – поверхность пола или, в случае напольного освещения розничной торговли, поверхность торгового оборудования или манекена.

Нормы освещенности

Существуют определенные нормы освещения для уличного освещения и внутреннего освещения. Эти нормы необходимо учитывать при выборе типа светильников, их количества и мощности. Нормы освещения для различных освещаемых объектов регулируются законодательством. СНиП 23.05.95 устанавливает нормы уличного и дорожного освещения. Согласно документу выделяют три категории дорог:

  • категория А — освещение 20-15 лк,
  • категория Б — освещение 15-10 лк,
  • категория Б — освещение 6-4 лк.

Существуют также нормы освещения для освещения помещений. При проектировании промышленного или офисного освещения эти стандарты особенно важны для обеспечения правильных условий труда работников и обеспечения промышленной безопасности. Как таковых стандартов освещения торговых залов нет. Однако дилеры следуют общепринятым стандартам, пришедшим к нам из Европы и США.

Измерение освещенности

Люксметры используются для измерения освещенности. Примером аналогового люксметра является прибор Ю-116, принцип действия которого основан на явлении фотоэффекта.

Под действием светового потока, попадающего на селеновый фотоэлемент, в замкнутой цепи возникает ток, величина которого пропорциональна световому потоку. Прибор откалиброван в люксах. При измерении освещенности фотоэлемент устанавливают в рабочей плоскости (горизонтально или вертикально) на определенном расстоянии от оператора, производящего измерения, так, чтобы на фотоэлемент не падала тень.

В настоящее время широко используются аналого-цифровые приборы, позволяющие измерять не только освещенность, но и другие параметры, характеризующие освещение, например коэффициент пульсации или яркость.

Освещенность на поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности. Если удвоить расстояние между светильником и освещаемой поверхностью, освещенность уменьшится в четыре раза. Освещенность поверхности зависит также от величины угла, под которым освещается эта поверхность.

Яркость (B) — это количество света, которое воспринимается непосредственно глазом. Он определяется отношением яркости в заданном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению излучения.

Яркость для некоторых источников света: люминесцентная лампа 0,8 кд/м2, хорошо освещенная улица 2 кд/м2, полуденное солнце 150 000 кд/м2, яркость свечей ок. 1 кд, проблесковый маяк до 2 000 000 кд.

Коэффициент отражения поверхности r характеризует ее способность отражать падающий на нее световой поток. Он определяется соотношением между отраженным световым потоком и падающим. Глянцевая поверхность имеет более высокую отражательную способность, чем матовая. Темные поверхности поглощают свет, в то время как светлые достаточно хорошо его отражают. Поэтому при проектировании освещения помещения необходимо учитывать цвет стен, наличие зеркал, штор и других элементов дизайна, влияющих на конечный уровень освещения в помещении.

Качественные показатели освещения

К качественным показателям освещения относятся: фон, контрастность объекта по отличию от фона, индекс ослепления, коэффициент пульсации освещения, индекс дискомфорта.

Фон – это поверхность, непосредственно примыкающая к объекту различения, на котором он просматривается. Фон считается светлым, если коэффициент отражения Р больше 0,4; средние при Р = 0,2…0,4 и темные при Р менее 0,2.

Контраст между объектом различения и фоном К представляет собой фотометрически измеренную разницу яркостей двух зон. Он определяется отношением абсолютной величины разницы между яркостью объекта и фона и яркостью фона:.

Контраст считается большим при К больше 0,5 (объект и фон сильно различаются по яркости), средним при К = 0,2…0,5 (заметно отличается) и малым при К меньше 0,2 (немного отличается).

Показатель ослепления (П) — критерий оценки ослепляемости осветительной установки, определяемый выражением Р = (S — 1) 1000, где S — коэффициент ослепления, равный отношению между пороговыми яркостными различиями при наличии и отсутствии источников бликов в поле зрения.

Коэффициент пульсаций освещения (Кр) — критерий оценки относительной глубины колебаний освещения в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании переменным током.

Показатель дискомфорта (М) является критерием оценки неприятных бликов1, вызывающих неприятные переживания при неравномерном распределении яркости в поле зрения. Он определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной наличием резкого перепада яркостей в освещенном помещении.

Этот показатель для производственных помещений не нормируется, его нормированные значения для жилых, общественных и административных помещений приведены в 4, табл. 2, стр. 7–8. Там же на странице 25 есть формула для определения показателя дискомфорта М.

Пример расчета

Допустим, у нас есть помещение размерами 10 м х 20 м, с потолками высотой 4,2 м, высота расчетной плоскости hР = 0,8 м. Пыли в нем выделяется мало. Стены у нас серые, в тени ближе к темному, тогда pC=30%, потолок бетонный, тоже серый, но светлее стен, поэтому pP=50%, расчетная рабочая плоскость темная — pP=10%. На плане указано, что освещение планируется светильниками типа Астра с лампами накаливания, необходимо создать освещенность 50 Лк. Светильники будут подвешиваться на расстоянии 0,5 м от потолка к запасу в небольшой пылевой комнате для ламп накаливания 1,3

Затем:

h=4,2-0,8-0,5=2,9 м.

Светильник «Астра» имеет косинусное распределение света. Форма светораспределения влияет на количество светильников исходя из таблицы

Оптимальное относительное расстояние между светильниками в этом случае равно 1,6

Тогда L = 2,9*1,6 = 4,64 м.

Для расчета количества рядов светильников разделите ширину комнаты на расстояние L:

Na=10/4,64=2,15, округлить до ближайшего числа — 2 ряда.

Количество светильников в ряду — длину комнаты разделить на L:

Nb = 20/4,64 = 4,31, округлить до целого числа — 4 лампы в два ряда.

Всего 8 светильников, чтобы разместить нужные:

А=10, В=20

L0=4,6 м,

(10-4,6)/2 = 2,7 метра — расстояние от длинной стены до светильника.

Так как у нас в ряду 4 лампы на расстоянии 4,6 метра:

(20-18,4)/2=0,8 расстояния от короткой стены до лампы.

Индекс комнаты:

I=(10*20)/2,9*(10+20)=2,29

Из таблицы выбираем значение светового потока, с нашими коэффициентами отражения это 0,6

Ф = 50 * 1,3 * 1,15 * 200 / 8 * 0,6 = 3115 Лм — нужно получить от лампы.

Это означает, что каждый светильник должен иметь мощность порядка 250–300 Вт, если установлены лампы накаливания, и порядка 30–35 Вт, если установлены светодиоды.

Оцените статью
Блог про электронику