Розрахунки штучного освітлення

При розрахунку освітлювальної установки можливі два завдання: перше пов'язано з визначенням необхідної потужності джерел світла відповідно до нормованої для проектованого приміщення освітленості; друге має на увазі визначення освітленості та яскравості та її розподіл в інтер'єрі.

У загальному випадку вирішення цих завдань вимагає розрахунку розподілу прямих і відбитих світлових потоків, що падають від освітлювальних приладів і пристроїв на внутрішні поверхні інтер'єру, – стеля, стіни, підлога. Таким чином, освітленість у будь-якій точці внутрішніх поверхонь визначається як сума двох доданків:

 

де – пряма компонента освітленості;  – відбита компонента освітленості.

Розподіл освітленості, що створюється прямою компонентою, може бути нерівномірним, оскільки воно залежить від характеру світлорозподілу світильника та від його розташування в просторі інтер'єру.

Розрахунок освітленості на горизонтальній поверхні від точкового джерела світла проводиться за формулою:

 

де – сила світла світильника у напрямку до точки, в якій визначається освітленість; для цього користуються кривими розподілу сили світла світильника;  – розрахункова висота підвісу світильника над рівнем горизонтальної площини; α – кут між напрямом сили світла до розрахункової точки і оптичною віссю світильника.

При розрахунку освітленості від рівнояскравої поверхні користуються поняттям коефіцієнта освітленості. Коефіцієнт освітленості в точці М приміщення представляє відношення освітленості в точці М, створюваною заданою поверхнею S, до освітленості від півсфери рівномірної яскравості з центром в точці М, тобто

,

так як

 то .

Світловий потік, що падає на розрахункову площину, створюється в результаті взаємодії прямого світла від елементів, що світять, і сумарного відбитого потоку, що утворюється в результаті багатократних віддзеркалень від стелі, стін і підлоги.

У загальному випадку сталий світловий потік в будь-якій точці приміщення типу паралелепіпеда виражається формулою:

,

де – прямий світловий потік від елементів, що світять;  – світловий потік, сталий в результаті багатократних віддзеркалень на будь-якій з інших п'яти поверхонь паралелепіпеда;  – коефіцієнт віддзеркалення k-ої поверхні;  – коефіцієнт використання світлового потоку, який визначає долю світлового потоку k-ої поверхні, що падає на і -у поверхню.

Якщо розглядати стіни приміщень як єдину відзеркалювальну поверхню з середньою світністю, то розрахунок світлового потоку, сталого на робочій поверхні, зводиться до рішення системи з трьох лінійних рівнянь алгебри. Втрати світлового потоку, що утворюються при цьому допущенні, враховуються коефіцієнтом багатократних віддзеркалень, який залежить від відбиваючих властивостей поверхні та її форми; остання визначається відношенням площі вихідного отвору до площі відзеркалювальної поверхні.

Значення коефіцієнта багатократних віддзеркалень незамкнутої поверхні визначається з відношення:

,

де ρ – коефіцієнт віддзеркалення поверхні; U – коефіцієнт використання світлового потоку відзеркалювальної поверхні відносно вихідного отвору.

Для найбільш поширеного випадку, коли яскравості стін і стелі розрізняються незначно, а півтемний (), застосовується наближений спосіб Ветцеля розрахунку штучного освітлення з урахуванням багатократних віддзеркалень.

Питома потужність, знайдена з таблиць для конкретного приміщення, помножена на площу, визначає загальну встановлену потужність. Ця потужність, що ділиться на загальне число встановлених ламп в приміщенні, і визначає потужність кожної лампи. При застосуванні люмінесцентних світильників кількість ламп визначається часткою від ділення загальної встановленої потужності на одиничну потужність вибраних люмінесцентних ламп. При застосуванні вбудованих світильників користуються розрахунковим методом коефіцієнта корисної дії ККД карниза , що світить, визначається відношенням світлового потоку, що виходить з карниза, до світлового потоку, що випромінюється джерелами світла, за формулою:

 

де  – доля випромінюваного лампами світлового потоку, що падає на відзеркалювальну лампами поверхню карниза, що світить;  – коефіцієнт віддзеркалення поверхні карниза, що світить; зазвичай рівний 0,6…0,7; U – коефіцієнт використання відбитого поверхнею карниза світлового потоку відносно вихідного отвору.

Доля світлового потоку , що падає на відзеркалювальну поверхню карниза, визначається заданим типом карниза і прийнятим розташуванням і кривою світлорозподілу джерел світла – дзеркальних, люмінесцентних і інших ламп. Величина ж коефіцієнта використання визначається відношенням площі вихідного отвору карниза , що світить, до площі відзеркалювальної поверхні стелі . При раціонально вибраному архітектурному і світлотехнічному рішенні карниза ККД карниза, що світить, має бути в межах 0,6…0,7.

До подібного типу установок відносяться ніші, що також світять, і кесони. При розрахунку відбитого світла від цих установок необхідно визначати ККД ніші або кесона за рівнянням:

 

де – коефіцієнт віддзеркалення поверхні ніші або кесона; U – коефіцієнт використання поверхнею ніші або кесона світлового потоку; визначається відношенням площі вихідного отвору до площі відзеркалювальної поверхні ніші.

Залежність ККД ніші від відношення площі вихідного отвору ніші до площі відзеркалювальної поверхні ніші  для трьох типів джерел світла і двох значень коефіцієнтів віддзеркалення поверхні ніші. ККД панелі, що світить, у вигляді короба з лампами розжарювання або з люмінесцентними лампами визначається за формулою:

,

де ,  – відповідно площа скла і площа відбиваючої поверхні короба;  – коефіцієнт пропускання світла склом;  – середній коефіцієнт віддзеркалення внутрішньої поверхні короба.

При підвісній стелі зі світильниками, розташованими на горищі, ККД панелі, що світить, визначається з рівняння:

 

де U – коефіцієнт використання світлового потоку ламп відносно рівня підлоги горища;  – коефіцієнт пропускання скла; і  – відповідно площа скла і площа горищного приміщення.

Значення коефіцієнта корисної дії  визначаються за графіками. Значення коефіцієнта використання світлового потоку ламп визначається з таблиць довідника аналогічно визначенню його для приміщення, проте індекс горищного приміщення в цьому випадку визначається за формулою:

 

де , В – відповідно ширина і довжина горища; – висота розташування світильників над рівнем скляної панелі. Для розрахунку освітлення фасадів існує метод ізолюкс. Для кожного типу прожектора є набір ізолюкс, тобто кривих рівних освітленостей, для різних висот установки і кутів нахилу прожектора. Вибір необхідної кількості прожекторів і місця їх розташування навколо будівлі або споруди визначаються в процесі компонування ізолюкс. Компоновані ізолюкси мають бути побудовані в тому ж масштабі, що і освітлювана поверхня. Компонування ізолюкс зводиться до заповнення освітлюваної поверхні ізолюксами. У загальному випадку яскравість поверхні фасаду визначається за формулою:

 

де Е – освітленість поверхні, лк;  – коефіцієнт яскравості, рівний відношенню яскравості в цьому напрямі до яскравості за тих же умов дифузної поверхні, що ідеально розсіює світло, має коефіцієнт віддзеркалення, рівний одиниці. Якщо облицювання фасаду шорстке (штукатурка, природний камінь, бетон), то яскравість визначається за формулою:

 

де ρ – коефіцієнт віддзеркалення поверхні.

Наближений розрахунок освітленості поверхні фасаду при прийомі заливаючого світла проводять залежно від типів використовуваних освітлювальних приладів, які можуть бути:

1) з широким світлорозподілом і розсіювальними відбивачами для освітлення великих площ землі та фасадів будівель;

2) променеві з вузьким, кинджальним світлорозподілом для освітлення віддалених від місця розташування приладу архітектурних деталей, наприклад при освітленні куполів, фронтону, скульптури на будівлі, шпилів на вежах і т.п.;

3) променеві з віялоподібним світлорозподілом для освітлення низько розташованих у порівнянні з приладом плоских поверхонь.

У методі розрахунку яскравості стін і землі заливальним світлом вводяться наступні величини:

·  – ширина світлового пучка – кут, в межах якого освітленість складає не менше максимальної освітленості освітленої поверхні, що знаходиться поблизу центру, створюється пучком світла, що падає на неї;

·  – коефіцієнт світлового пучка приладу, що показує долю, яку складає світловий потік усередині тілесного кута від загального світлового потоку, що випромінюється приладам; чим ширше пучок, тим більше значення ;

·  – кут нахилу світлового пучка, що утворюється з горизонтом бісектрисою кута.

Освітлена одним приладом ділянка стіни має нерівномірну яскравість – вища яскравість спостерігається в центрі ділянки і менша – його краями. При розташуванні приладу під кутом до стіни максимальна яскравість спостерігається приблизно на висоті, рівній великій осі еліпса. Нерівномірність освітлення можна визначати, користуючись законом квадрата відстаней, як від точкового джерела світла.