Расчет искусственного освещения производственных помещений

 

В производственных помещениях предприятия с постоянным пребыванием рабочих предусматривается искусственное освещение.

При освещении производственных помещений, рабочих мест и других объектов используется как общее, так и комбинированное искусственное освещение.

Общее предназначено для освещения всего помещения. Поэтому светильники общего освещения обычно размещают в верхней зоне помещения равномерно или применительно к расположению оборудования (общее локализованное).

Комбинированное освещение применяется, когда концентрируют световой поток непосредственно на рабочих местах.

При необходимости дополнительного освещения отдельных рабочих мест прибегают к устройству местного освещения, которое осуществляется установкой светильников с люминесцентными лампами необходимого исполнения по защите от воздействия факторов окружающей среды, а при их отсутствии – светильников с лампами накаливания соответствующего исполнения (табл. 3.120). Наиболее гигиеничным считается свет люминесцентных ламп, поскольку их спектр больше всех приближается к естественному.

 

Таблица 3.120 – Эксплуатационные группы светильников

 

 

Выбор светильников, соответствующих условиям среды и характеру технологического процесса, производится с учетом их светотехнических характеристик, конструктивного исполнения и экономической эффективности от работы проектируемой осветительной установки в зависимости от условий среды производственных помещений (табл. 3.121). Светильники должны также иметь рассеиватель или защитные решетки, исключающие выпадение ламп и их осколков в случае разрушения.

Таблица 3.121 – Группы твердости светотехнических материалов

 

Вид материала или покрытия	Материалы (или покрытия) отражателей или рассеивателей
отражающие свет	пропускающие свет
Т – твердые	Покрытие силикатной эмалью	Силикатное стекло
СТ – средней твердости	1. Эпоксидно-порошковое покрытие	1. Поликарбонат
2. Покрытие нитроэмалью НЦ-25	2. Полиметилметакрилат
3. Эмалевое покрытие МЛ-12	3. Поливилхлоридная жесткая пленка типа «Санлоид»
4. Альзак-алюминий, защищенный слоем жидкого стекла
М – мягкое	1. Эмалевое покрытие МЛ-242	1. Полиэтилен высокого давления
2. Эмалевое покрытие АК-11022	2. Полистирол
3. Покрытие акриловой эмалью
4. Алюминий, распыленный в вакууме, с защитой лаком УВЛ-3

 

Задачей расчета искусственного освещения является определение числа и мощности источников света на основе норм освещенности. Применяемые методы расчета искусственного освещения основаны на следующих принципах.

При использовании общего освещения вначале определяется установленная мощность, исходя из площади освещения и принятой удельной мощности, и затем с учетом коэффициента спроса – максимальной (активной) нагрузки.

Расчетная (активная) мощность ламп электрического освещения для создания заданной минимальной освещенности производственных помещений, рабочих мест и других объектов определяется методом удельной мощности с применением коэффициента спроса. Под удельной мощностью понимается отношение суммарной мощности установленных ламп к единой освещаемой площади:

 

(3.319)

 

где W – удельная мощность лампы, Вт/м²;

Р – суммарная мощность установленных ламп, Вт;

S – единица освещаемой площади, м².

Тогда мощность устанавливаемых ламп при площади помещения S будет:

Р = W · S. (3.320)

 

Значения удельной мощности при освещении лампами накаливания напряжением 220 В для наиболее типичных потребителей приведены в таблице 3.122.

Исходя из приведенных принципов, существует несколько методов расчета искусственного освещения:

1. Метод коэффициента использования светового потока применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальной поверхности.

2. Точечный метод применяется для расчета местного и общего равномерного освещения при любом расположении освещаемой поверхности.

 

Таблица 3.122 – Удельные мощности при общем и комбинированном

освещении

 

Наименование цехов, рабочих мест и других потребителей	Общее освещение W, Вт/м^2	Местное освещение рабочего места W, Вт
Разборочно-сборочные участки
Агрегатные участки		–
Кузнечнопрессовые и термические участки		–
Выносные рабочие места	–
Рабочие места на складе	–
Освещение открытых мест, стоянок транспортных машин, дорог и территории	0,2…0,5	–
Охранное освещение складов и других объектов	0,5…0,7	–

 

Расчет по методу коэффициента использования светового потока с учетом отражающего от стены и потолка помещения производится по следующей зависимости:

(3.321)

 

где F_с – световой поток одного осветительного прибора, лм (принимается по данным таблицы 3.123). По величине светового потока подбирают источники света с учетом их световой и электротехнической характеристики;

Е_н – нормированная освещенность, лк (табл. 3.124);

S_п – площадь помещения, м²;

Z – коэффициент минимальной освещенности (Z = Е_ср / Е_min = 1,1…1,3);

К_з – коэффициент запаса (принимается равным К_з = 1,3…2,0);

n – количество осветительных приборов (источников света);

η – коэффициент использования светового потока на плоскости (зависит от индекса помещения i_п, типа осветительных приборов, отражение пола и потолка).

Количество осветительных приборов (источников света), необходимых для создания требуемой освещенности, определяется по формуле:

 

(3.322)

 

Значение освещенности Е_н и система освещения выбираются в зависимости от характера работ в отделении (участке) или в зоне.

Таблица 3.123 – Величина светового потока осветительных приборов

 

Мощность, Вт
Световой поток (Fс) при напряжении 220 В, лм

 

Таблица 3.124 – Нормы освещенности помещений

 

Характеристика зрительных работ	Контраст объекта различения с фоном	Освещенность Ен, лк
Для газоразрядных ламп	Для ламп накаливания
Высокой точности: ремонт и регулировка топливной аппаратуры, электрооборудования, диагностические работы	Средний
Средней точности: ремонт двигателей и агрегатов, станочные, медницко-жестяницкие работы	Малый
Малой точности: осмотр, смазка, заправка, кузовные работы	Малый (средний)

 

Коэффициент использования светового потока (η) определяется в зависимости от показателя (i_п), учитывающего форму помещения:

 

(3.323)

 

где h_св – высота подвеса осветительных приборов над освещаемой поверхностью (выбирается в зависимости от высоты помещения), м;

a, b – соответственно ширина и высота помещения, м.

Полученные расчетом значения i_п округляют до 0,5 если i_п < 0,5 и до 5, если i_п > 5. Значения коэффициента использования светового потока η_и в зависимости от i_п приведены в таблице 3.125.

 

Таблица 3.125 – Значения η_и в зависимости от i_п

 

iп	0,5	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0	3,0	5,0
ηи	0,2	0,25	0,32	0,37	0,42	0,46	0,51	0,53

 

Для искусственного освещения устанавливаются газоразрядные лампы (люминесцентные, ртутные высокого давления, металлогалогенные, натриевые). При этом удельная мощность ламп зависит от нормируемой освещенности, площади помещения, высоты подвеса, коэффициента запаса и коэффициента отражения от потолка. Примерные значения удельной мощности (коэффициент запаса – 1,5; коэффициент отражения потолка и стен соответственно – 0,5 и 0,3) представлены в таблице 3.126.

 

Таблица 3.126 – Значения удельной мощности осветительных

установок

 

Высота подвеса светильника hсв, м	Площадь помещения Sп, м^2	Удельная мощность, Вт/м^2
Е = 100	Е = 200	Е = 300
2…3	15…25 25…30 50…150 150…300	7,3 4,4	14,6 8,8	13,2
3…4	15…20 20…30 30…50 50…120 120…300	9,6 8,5 7,3 5,8 4,9	19,2 14,6 11, 9,8	25,5 17,4 14,8
более 4	25…35 35…50 50…80 80…150 150…400	10,4 8,2 7,9 6,6 5,3	18,4 15,8 13,2 10,6	27,5 23,5 19,8

 

При использовании ламп накаливания значение удельной мощности увеличивается на 10…20 %. Марка и типы ламп определяются по таблице 3.127.

 

Таблица 3.127 – Виды осветительных ламп

 

Типы ламп	Номинальное значение	Средняя продолжительность горения, ч
мощность, Вт	световой поток Fс, лм
ЛДЦ 20-4 ЛД 20-4
ЛБ 20-4 ЛХБ 20-4 ЛТБ 20-4
ЛДЦ 40-4 ЛД 40-4 ЛБ 40-4 ЛХБ 40-4 ЛТБ 40-4
ЛДЦ 80-4 ЛД 80-4 ЛБ 80-4 ЛХБ 80-4 ЛТБ 80-4

 

При освещении комбинированным светом в такой же последовательности определяется максимальная нагрузка от общего света. Нагрузка от местного освещения подсчитывается по количеству рабочих мест, требующих местного освещения, принятой мощности на одно рабочее место и коэффициента спроса.

Годовой расход электроэнергии при комбинированном освещении, W_г, кВт·ч, определяется путем сложения активных нагрузок от местного и общего освещений по формуле (3.191).

 

Пример 3.10. Рассчитать электрическое освещение светильниками с лампами накаливания столярного участка мастерской. Размеры помещения a × b × h = 12 × 9 × 4,5 м. Коэффициенты отражения потолка, стен и пола соответственно: ρ_пт = 0,5; ρ_ст = 0,3; ρ_п = 0,1.

Решение. В зависимости от характера технологического процесса данный цех относится к категории В – пожароопасный, класс пожарной опасности П-II. По опасности поражения людей электрическим током цех относится ко второму классу – помещениям с повышенной опасностью.

В соответствии с условиями внутренней среды и характеристикой зрительной работы выберем светильники «Универсаль» без затенителя в пылезащищенном исполнении, оснащенные лампами накаливания. Применение в цехе светильников с люминесцентными лампами недопустимо, поскольку в нем установлены станки с вращающимися деталями. Выберем провод марки АППВ при условии его закрытой прокладки в строительных конструкциях.

По наименьшим размерам объектов, контрасту объекта различения с фоном и характеристике фона назначим общую систему освещения. Примем минимальную освещенность Е_н = 200 лк, коэффициент запаса, характеризующий запыленность и задымленность помещения, К_з = 1,3.

При нахождении рабочей поверхности на расстоянии 1 м от пола примем высоту расположения светильников над уровнем рабочей поверхности h_св = 2 м.

В зависимости от выбранного типа светильника определим наивыгоднейшее отношение расстояния между светильниками (L_св) к высоте их подвеса (h_св):

 

γ = L_св / h_св = 1,5.

 

С учетом этого отношения расстояние между светильниками:

 

L_св = γ · h_св = 1,5 · 2 = 3 м.

 

Расстояние от стены до первого ряда светильников при условии, что рабочие места у стен отсутствуют:

 

L₁ = 0,5 · L_св = 0,5 · 3 = 1,5 м.

 

Расстояние между крайними рядами светильников по ширине помещения:

 

L₂ = b – 2 · L₁ = 9 – 2 · 1,5 = 6 м,

 

где b – ширина помещения, м.

Число рядов светильников, которые можно расположить между крайними рядами по ширине помещения:

 

 

Общее число рядов светильников по ширине:

 

n_св.ш.о = n_св.ш + 2 = 1 + 2 = 3.

 

Расстояние между крайними рядами светильников по длине помещения:

 

L₃ = a – 2 · L₁ = 12 – 2 · 1,5 = 9 м,

 

где a – длина помещения, м.

Число рядов светильников, которые можно расположить между крайними рядами по длине помещения:

 

 

Общее число рядов светильников по длине:

 

n_св.д.о = n_св.д. + 2 = 2 + 2 = 4.

 

Общее число устанавливаемых в помещении светильников:

 

n_св = n_св.ш.о · n_св.д.о = 3 · 4 = 12.

 

Определим показатель формы помещения из выражения (3.323):

 

 

где S_п – площадь освещаемого помещения (S_п = 12 · 9 = 108 м²).

Учитывая коэффициенты отражения потолка, стен и пола (ρ_пт = 0,5; ρ_ст = 0,3; ρ_п = 0,1), определим для выбранного светильника по таблице 3.125 коэффициент использования светового потока: η_и = 0,53.

Выберем коэффициент неравномерности освещенности Z = 1,0.

Расчетный световой поток одной лампы определим по формуле (3.321):

 

лм.

 

Ближайшее к расчетному значение светового потока равно F_л = 4500 лм при напряжении питающей сети U_с = 220 В. При этом мощность одной лампы Р_л = 300 Вт.

Тогда действительная освещенность столярного участка:

 

лк.

 

Действительная освещенность оказалась больше нормативной на 1,9 %, что удовлетворяет установленным требованиям.

Суммарная потребляемая мощность системы общего освещения:

 

Р = Р_л · n_св = 300 · 12 = 3600 Вт.

 

Таким образом, затраты электроэнергии при работе системы освещения столярного участка мастерской при действительной освещенности на рабочих поверхностях 203,8 лк составят 3,6 кВт·ч.