Міністерство освіти і науки України. Міністерство освіти і науки України

Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства

 

Методичні вказівки

До лабораторних робіт і практичних занять

З курсу

«світлотехнічні установки та системи»

(для студентів 4 курсу всіх форм навчання

Спеціальності

6.090600 –Світлотехніка і джерела світла)

 

 

Харків – ХНАМГ –2007

 

Методичні вказівки до лабораторних робіт і практичних занять з курсу «світлотехнічні установки та системи» (для студентів 4 курсу всіх форм навчання спеціальності 6.090600 – Світлотехніка і джерела світла).

Укл.: Ільїна Н.О., Лісна О.І., Ляшенко О.М. – Харків: ХНАМГ, 2007. – 60 с.

 

 

автори: Ільїна Н.О.,

              Лісна О.І.,

              Ляшенко О.М.

 

Рецензент: д.т.н., проф. Г.Г. Жемеров (НТУ “ХПІ”)

 

 

Рекомендовано кафедрою “Світлотехніка і джерела світла”,

протокол № 2 від   19.09.2006 р.

 

Зміст

 

І. Лабораторні роботи............................................................4

 

ЛАБОРТОРНА РОБОТА №1.......................................................4

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2....................................................7

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3....................................................11

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4....................................................19

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5....................................................25

 

ІІ. ПРАКТИЧНІ ЗАНЯТТЯ.............................................................32

І. Лабораторні роботи

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ЛА БОРАТОРНА РОБОТА №2

Методичні вказівки до виконання роботи

1. Розрахунок r_сер макету треба проводити за наближеною формулою

       r _сер =(r _І а ₁ + r ₂ А₂+ r ₃ А₃+ r ₄ А₄) / (а ₁ + А₂+А₃+А₄),          (1.3)

де а₁ А₂, А₃, А₄ – площа відбиваючих поверхонь з коефіцієнтом відбиття r_І, r₂, r₃, r₄ відповідно.

При розрахунку h_oУ та (h_oУ)₀ за МЕІ визначення прямих потоків, що падають на стіни, розрахункову й фіктивну поверхню проводити методом Джонса–Нейдхарта. Значення коефіцієнтів А, В, С брати з наведених у літературі графіків [1].

Методика проведення експериментів

У даній роботі світловий потік, що встановився на розрахунковій поверхні, в першому ступені наближення визначається за середньою освітленістю у центральній частині розрахункової поверхні. Освітленість визначають у відносних одиницях (в.о.) фотоелементом, з'єднаним з реєструючим приладом. Перед виконанням п. 1 завдання необхідно виміряти світловий потік, що виходить із світлового отвору освітлювача, у в.о. Для цього встановлюють підлогу макета з фотоелементом на максимальну відстань від стелі (найнижче положення).

Розрахунок потоку ламп (у в.о.), встановлених у карнизі, слід проводити з умов, що коефіцієнт корисної дії установки відбитого світла для верхнього положення підлоги визначається за формулою

 

η ₀ =[Ф_В/(n Ф_л)]=30 %,                                           (1.4)

 

де Ф_В – світловий потік, що встановився на підлозі.

 

При виконанні п.1 завдання η_ОУ розрахувати як відношення площі вихідного отвору освітлювача до площі його відбиваючої поверхні.

Значення прямої складової коефіцієнта використання ОУ визначають за графіком h_oУ =f (r_ст) для j=const шляхом екстраполяції кривих до перехрещення з віссю ординат (р_ст =0).

 

Контрольні запитання

1. Пояснити хід залежності h _{o У} = f(φ)?

2.Чому відбиваючі властивості приміщення впливають на величину h _{o У}?

З. Яке граничне значення h_oУ?

4. Чи змінюється ККД установки відбитого світла, коли збільшити глибину карнизу?

5. Пояснити хід експериментальних залежностей, отриманих у роботі.

6. Як за результатами експериментів можна визначити співвідношення

яскравостей поверхонь приміщення?

7. методика розрахунку h_oУ  для світлового карнизу.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДНОГО ОСВІТЛЕННЯ ПРИМІЩЕНЬ

Метою роботи є експериментальне й аналітичне визначення ступеня достатності природного світла у приміщеннях залежно від їх пропорцій, розмірів світлових отворів та відбиваючих властивостей поверхонь приміщення.

Підготовка до роботи

При підготуванні до роботи необхідно вивчити такі питання курсу "світлотехнічні установки та системи ":

1. Нормування природного освітлення. Необхідний матеріал викладено у [2] с. 17-19; [з] с. 166-170, 457-460.

2. Розрахунок коефіцієнту природної освітленості. Необхідний матеріал викладено у [2] с.34-44.

Для виконання роботи необхідно провести розрахунок розподілу КПО на рівні 0,8 над підлогою за характерним розподілом приміщення для варіантів наведених у табл. 1.2.

 

Таблиця 1.2 – варіанти розрахункових завдань.

 

Варіант	Розміри приміщення			Висота  примі­щення, м	Коефіцієнти відбиття
	Довжина	Глибина	висота		стелі	стін	підлоги
1	2	3	4	5	6	7	8
2	6	9	3	2,0	0,7	0,5	0,3
3	6	9	3	2,0	0,7	0,3	0,1
4	7,5	7,5	3	2,0	0,7	0,5	0,3
5	7,5	7,5	3	2,0	0,7	0,3	0,1
6	9	6	3	2,0	0,7	0,5	0,3
7	9	6	3	2,0	0,7	0,3	0,1

 

Висота підвікон 0,8 м.

 

Контрольні запитання

1. Що таке коефіцієнт природної освітленості?

2. Які параметри обумовлють значення КПО?

3. Чому для дослідження КПО використовується штучний небозвід 4.

В яких контрольних точках нормується значення КПО?

5. Як визначити зону приміщення з недостатнім освітленням (природним)?

6. Від яких параметрів залежить загальний коефіцієнт світлопропускання світлового отвору?

 

Схема лабораторної установки

Лабораторна установка складається з штучного небозводу дзеркального типу й моделі приміщення з бічним природним освітленням (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1 – Схема лабораторної установки

Штучний небозвід являє собою камеру у формі паралелепіпеду з дзеркальними бічними стінами 1 і стелею, що світить 2, підсвітка стелі забезпечується чотирма люмінесцентними лампами типу ЛБ-40 (3).

Принцип імітування умов природного освітлення полягає у створенні за всіма напрямками нескінченної множини дзеркальних відображень стелі, що світить. Яскравість кожного наступного відображення зменшується пропорційно коефіцієнту відбиття дзеркала, р_дз. Теоретично розподіл яскравості "небозводу" визначається геометричними пропорціями дзеркальної камери 1 і коефіцієнтом відбиття дзеркал. Вибрані коефіцієнти камери і відбиття дзеркал забезпечують розподіл яскравості, близький до хмарного неба МКО [2].

Модель приміщення 4 відтворює у масштабі 1: 25 приміщення площею 50 м² (клас, аудиторія, робоча кімната) висота якого 3 м, з стрічковим вікном 5 висотою 2м та підвіконням, висотою 0,8м.

Конструкція моделі приміщення дозволяє змінити коефіцієнти відбиття його внутрішніх поверхонь. Для вимірювання освітленості в моделі приміщення і під "небозводом" встановлені фотоелементи 6 та 7.

Таблиця 1.3 — Варіанти завдань

№ п/п	Завдання	Варіанти
1	Виміряти пряму складову КПО в контрольних точках за характерним перерізом моделі приміщення на рівні робочої умовної поверхні при чорному забарвленні стін, стелі, підлоги моделі (rст=0,1)	Розміри приміщення, м (довжина, глибина, висота) а) 6 х 9 х 3; б) 6,5 х 7,5 х 3; в) 9 х 6 х 3
2	Виміряти КПО у тих самих контрольних точках при: а) коефіцієнтах відбиття стелі rс= 0,7; стін rст =0,5; розрахункової площини rр.п. =0,3; б) коефіцієнтах відбиття стелі rс =0,7; стін rст =0,3; розрахункової площини rр.п. =0,1;
3	Проаналізувати роль відбитого світла при бічному природному освітленні
4	За залежностями е=f(d), побудованими за вимірами у п.1,2; визначити зони приміщення з недостатнім природним освітленням при заданих світло-кліматичних умовах і умовах зорової роботи

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

H                                       

 

 

                                             A(x_i, y_i)

 

                       X

рис. 1.5 – До розрахунку кутів φ_лів і φ_прав

 

кут φ для лівої частини світильника (припускається, що світильник починається від стіни, тобто його ліва координата у=0), визначається за формулою

                      (1.34)

де х, у –  координати точки;

х_і – координати джерела світла (ДС);

h – висота приміщення.

Для правої частини світильника кут φ набуде вигляду

 

                          ,              (1.35)                                                            

 

де х, у – координати точки; х_і - координати джерела світла (ДС);

h – висота приміщення; а – ширина приміщення.

 

У підсумку отримуємо:

                                   E _прі = Е_прі(лів) + Е_прі(прав)                                 (1.36)

                                                Е_пр = .                                       (1.37)

Наступним етапом є знаходження освітленості, що створюється БРВ від лінії, яка світить. Методи розрахунку описані в [1]. Розрахунок БРВ зводиться до наступного:

                                                                                            (1.38)

де S_p – площа розрахункової поверхні, м²;

Ф_брв – потік БРВ, що впав на розрахункову поверхню, лм;

 

                                  Ф_БРВ=Ф_р-Ф ¢ _р  ,                                     (1.39)

 

де Ф_р – потік, що встановився на розрахунковій поверхні, лм;          Ф'_р – потік, що впав безпосередньо від джерела світла на розрахункову поверхню, лм:

Ф_р =АФ ¢ _с +ВФ ¢ _ст +СФ ¢ _р                                 (1.40)

 

де А, В, С – коефіцієнти, що визначаються за [1, с. 211]. При визначенні А, В, С використовують коефіцієнти відбиття стін, стелі, робочої поверхні.

Середньозважений за площиною коефіцієнт відбиття стін r _ст, визначається за формулою

 ,            (1.41)

де r _скла – коефіцієнт відбиття скла (0,04); r _ст – коефіцієнт відбиття стін (0,5); h – висота приміщення, м; b – ширина і довжина приміщення, м.

 

Потік лампи:

Ф_л = 2 .

Потік, що впав на стелю від одного дС:

                                        Ф'_сі = 0,5 × Ф_лі,                            (1.42)

де Ф'_лі – повний потік лампи, лм.

 

потік, що впав на стелю від усіх дС, які світять в цьому режимі:

                                     .                       (1.43)

Потік на стіни визначається за формулою

 

                               Ф'_ст = 0.5Ф_л - Ф'_р,                         (1.44)

де Ф'_р – потік, що впав на робочу поверхню, лм:

                                                                     (1.45)

де Ф'_рі – потік на розрахункову площину від 1-го ДС.

Потік Ф'_р і ДС визначається згідно з [1, с.190].

 

ІІ. ПРАКТИЧНІ ЗАНЯТТЯ

Метод зональних множників

Порядок розрахунку світлового потоку, що падає на розрахункову площину, за методом Ейнхарта зводиться до наступного:

1) розраховуємо відносні розміри приміщення а/h і b/h і, користуючись табличними значеннями (  ), визначають  і ;

2) за                           1)  ,                              (2.11)

 або

,                                              (2.12)

або

,                                          (2.13)

розраховуємо зональний світловий потік ;

3) визначаємо світловий потік лінії, що світить, який падає на розрахункову площину

 ,                                               (2.14)                   

де n – число ліній, що світять, у приміщенні;

 – світловий потік світильників у межах 10-градусного двогранного кута;

,  – зональні множники.

Точність тут у межах 10-15% за умови, що відстань між рядами світильників L/h у приміщенні складає 1,0 – 1,5 і відповідно відстань від крайнього ряду світильників до стін має половину відстані між рядами.

 

Приклади вирішення задач

Зал має розміри А=24 м, В=12м, H= 8 м; на висоті 5 м по всіх стінах установлюється карниз. коефіцієнти відбиття стелі і стін вищий за карниз – 70%, решти поверхні стін – 50%, підлоги – 10%. Рівень розрахункової поверхні 0,8м.

Варіант 1. потрібно одержати освітленість 75 Лк при k=1,5, застосовуючи звичайні лампи розжарювання.

Площа приміщення (вона ж площа стелі):

S_р=S_п=А ×В=288 м²;

площа стін над карнизом:

Sст к.=2×(Н-h_к)×(А+В)=2 ×3 ×(24+12)=216 м².

Коефіцієнт відбиття умовної стелі на рівні карнизу:

.

знаходимо індекс приміщення

.

за таблицею в [1], інтерполюючи між значеннями і =1,75 і і =2,0 і r _п =0,5 і r _п =0,7 (інтерполяція по індексу не обов'язкова), знаходимо

,

 значить

.

повний потік ламп, необхідний для забезпечення необхідного рівня освітленості:

.

враховуючи, що периметр карнизу рівний 72 м, можемо одержати набір рішень, наведений у вигляді табл.2.1.

 

Таблиця 2.1 – варіанти розміщення ламп у карнизі

 

Потужність лампи, вт	Світловий потік, Лм	Число ламп	Відстань в осях, мм	Загальна потужність, Вт
40	370	352	205	14080
60	620	210	343	122600
75	840	155	465	11625
100	1240	105	685	10500

Потужніші лампи є більш економічними і кращими в спектральному відношенні, але можливість прийняття того або іншого рішення в першу чергу диктується заданим розміром а, і якщо, наприклад а = 200мм, то, враховуючи відстань, що рекомендується, між лампами не більше    (1,5-1,7) а, необхідно прийняти лампу 60 Вт.

 

Варіант 2. потрібно отримати освітленість 300 Лк при к=1,8 при застосуванні люмінесцентних ламп типу ЛБ.

До визначення коефіцієнта використання включно розрахунок співпадає з першим варіантом. Повний світловий потік за другим варіантом складає:

.

при лампах ЛБ-80 необхідно:

 ,

якщо довжина лампи з патронами 1540 мм, то повна довжина всіх ламп 220м і в карнизі, що має периметр 72 м, лампи повинні бути розміщені в три суцільні нитки.

При карнизах з дзеркальними лампами кКд карнизу підвищується до 0,8-0,9, в іншому розрахунок нічим не відрізняється від наведеного вище.

 

 

Список літератури

 

1. Г. Мешков В.В., Епанешников М.М. Осветительные установки: Уч. пособие для ВУЗов. – Μ.: Энергия, 1972.– 360 с.

2. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю.Б. Айзенберга. – М.: Энергоатомиздат, 1995.– 472 с.

3. ГОСТ 13878–74.

4. Кнорринг Г.М. и др. Справочная книга для проектирования электрического освещения/ Г.М. Кнорринг, И.М. Фадин, В.Н. Сидоров –  2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Энергоатомиздат, 1992.– 448 с.

5. СниП ІІ-4-79. Естественное и искусственное освещение / Госстрой СССР.– М.: Стройиздат, 1980.

6. ДБН В. 2.5-23-2003.– К.: Госкомитет по строительству и архитектуре, 2004.

 

Додаток А

Для лабораторної роботи № 1

Освітленість, Лк