Проектирование и расчет электрического освещения

ВВЕДЕНИЕ

Электрическое освещение в жизни человека играет огромную роль. Значимость его определяется тем, что при правильном выполнении осветительных установок (ОУ), электрическое освещение (ЭО) способствует повышению производительности труда, улучшению качества выпускаемой продукции, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижает утомляемость рабочих; обеспечивает значительную работоспособность и создает нормальные эстетическое, физиологическое и психологическое воздействия на человека.

Правильность проектирования ОУ регламентируется множеством руководящей и нормативной документацией [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и др.].

Комплексным критерием, оценивающим эффективность осветительной установки, являются годовые приведенные затраты, учитывающие первоначальные затраты и эксплуатационные расходы, а также расход электроэнергии, который часто рассматривается как самостоятельный показатель.

В связи с тем, что расход электроэнергии на освещение значителен и составляет 11 … 14% от всей потребляемой электроэнергии в стране. А экономия энергетических ресурсов является актуальной проблемой. Применение энергоэффективных, обеспечивающих минимальные расходы электроэнергии, ОУ является важнейшей задачей.

Целью проектирования осветительной установки является создание такой световой среды, которая бы обеспечивала светотехническую эффективность освещения с учетом требований физиологии зрения, гигиены труда, техники безопасности при минимальных расходах электроэнергии и затратах материальных и трудовых ресурсов на приобретение, монтаж и эксплуатацию ОУ.

Эти цели достижимы путем выполнения многовариантных расчетов освещения и выбора наиболее экономичного с учетом требований действующих нормативных материалов на проектирование, монтаж и эксплуатацию ОУ.

В данном учебном пособии приведены материалы по проектированию светотехнической и электрической частям электрического освещения. Даются светотехнические методы расчета освещения — метод коэффициента использования светового потока, точечный метод расчета с использованием пространственных и линейных изолюкс. Описан расчет электрической осветительной сети — выбор сечений проводов и кабелей и расчет защиты сети.

В пособии проведены в достаточном для проектирования ОУ объеме нормативно-справочные материалы.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ИСКУССТВЕННОМ ОСВЕЩЕНИИ Проектирование осветительных установок (ОУ) может выполняться в одну или две стадии.

Для технически несложных объектов, а также объектов, строительство которых осуществляется по типовым и повторно применяемым проектам проектирование ОУ ведется в одну стадию — разрабатывается рабочий проект (РП).

Для крупных и сложных объектов ведется двухстадийное проектирование. На первой стадии выполняется технический проект (П), на второй — рабочая документация (РД).

РП состоит из светотехнической и электрической частей и рабочих чертежей.

В светотехнической части РП осуществляется выбор значений освещенности и показателей качества освещения, систем, видов и способов освещения, типов источников света (ИС) и осветительных приборов (ОП), выполняются светотехнические расчеты, в результате которых определяется мощность и расположение ОП. Завершается светотехническая часть проекта составлением светотехнической ведомости (табл. П14).

В электрической части РП осуществляется выбор схемы питания ОУ, выбор напряжения; определяются места расположения групповых и магистральных щитков и выбираются их типы; определяется трасса электрической сети; производится выбор марки проводов и кабелей и способов их прокладки; выполняется расчет осветительной сети, в результате которого определяется сечение проводов и кабелей и защита осветительной сети.

В РП разрабатываются рабочие чертежи ОУ, состав и правила оформления которых регламентируются стандартами [7, 8]. Рабочие проекты должны быть ориентированы на выполнение электрического освещения индустриальными методами монтажа.

В объем РП освещения каждого объекта входит спецификация на светотехническое и электротехническое оборудование, кабели, провода, электромонтажные изделия и другие необходимые для монтажа ОУ материалы, ведомость объемов электромонтажных работ.

При двухстадийном проектировании в первой стадии П решаются основные принципиальные вопросы в светотехнической части ОУ. При этом степень глубины и детализации проработки разных вопросов может изменяться в значительных пределах.

На следующей второй стадии разрабатывается РД в объеме, указанном выше для РП, за исключением решения основных принципиальных положений устройства ОУ, выявленных в первой стадии П.

Исходными данными для проектирования ОУ являются планы, характерные размеры объектов (зданий, помещений, сооружений), их характеристика, сведения об окружающей среде и др., данные об источниках питания.

Проектирование осветительных установок может выполняться ручным или автоматизированным машинным способом.

Системы освещения. Системы искусственного освещения обуславливаются способами размещения светильников. По способам размещения светильников в помещениях различают системы общего и комбинированного освещения.

Система общего освещения предназначена для освещения всего помещения и рабочих поверхностей. Общее освещение может быть равномерным и локализованным. Светильники общего освещения располагают в верхней зоне помещения и крепят их на строительных основаниях здания непосредственно к потолку, на фермах, на стенах, колоннах или на технологическом производственном оборудовании, на тросах и т. д.

При общем равномерном освещении создается равномерная освещенность по всей площади помещения. Освещение с равномерным размещением светильников применяется в производственных помещениях, в которых технологическое оборудование расположено равномерно по всей площади с одинаковыми условиями зрительной работы или в помещениях общественного или административного назначения.

Общее локализованное освещение предусматривается в помещениях, в которых на разных участках производятся работы, требующие различной освещенности, или когда рабочие места в помещении сосредоточены группами и необходимо создание определенных направлений светового потока.

Преимущества локализованного освещения перед общим равномерным заключаются в сокращении мощности осветительных установок, возможности создать требуемое направление светового потока, избежать на рабочих местах теней от производственного оборудования и самих работающих.

Наряду с системой общего освещения в помещениях может применяться местное освещение. Местное освещение предусматривается на рабочих местах (станках, верстках, столах, разметочных плитках и т. д.) и предназначено для увеличения освещенности рабочих мест.

Устройство в помещениях только местного освещения нормами запрещено. Местное ремонтное освещение выполняется переносными светильниками, которые подключаются через понижающий трансформатор на безопасном напряжении 12, 24, 42 В в зависимости от категории помещения в отношении безопасности обслуживающего персонала.

Местное и общее освещения, применяемые совместно, образуют систему комбинированного освещения. Применяется она в помещениях с точными зрительными работами, требующими высокой освещенности. При такой системе светильники местного освещения обеспечивают освещенность только рабочих мест, а светильники общего освещения — всего помещения, рабочих мест и главным образом проходы, проезды.

Система комбинированного освещения уменьшает установленную мощность источников света (ИС) и расход электроэнергии, так как лампы местного освещения включаются только на время выполнения работ непосредственно на рабочем месте.

Выбор той или иной системы освещения определяется в основном размещением оборудования и соответственно расположением рабочих мест, технологией выполняемых работ, экономическими соображениями.

Одним из основных показателей, характеризующим целесообразность применения общей или комбинированной системы освещения является плотность расположения рабочих мест в помещении (м²/чел). В табл. 1.1 в соответствии с приведены рекомендуемые системы освещения для различных разрядов зрительной работы в зависимости от плотности расположения рабочих мест и дается при этом возможная экономия электроэнергии.

Таблица 1.1 Рекомендуемые области применения систем общего и комбинированного освещения

Примечание: + - рекомендуется; - - не рекомендуется; S — средняя плотность, м² на одного работающего.

Виды освещения

В соответствии с искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное. Аварийное освещение может быть освещением безопасности и эвакуационным.

Рабочим называется освещение, которое обеспечивает нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий.

Рабочее освещение выполняется для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и различными режимами работы должно предусматриваться раздельное управление освещением таких зон.

Нормируемые характеристики освещения в помещениях, снаружи зданий могут обеспечиваться как светильниками рабочего освещения, так и совместным действием с ними светильников освещения безопасности и (или) эвакуационного освещения. При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения может использоваться для дежурного освещения.

Освещением безопасности называется освещение для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Такой вид освещения предусматривается в случаях, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать: взрыв, пожар, отравление людей; длительное нарушение технологического процесса; нарушение работы ответственных объектов, таких как электрические станции, узлы радиои телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, в которых недопустимо прекращение работ и т. п.

Освещение безопасности должно создавать на рабочих поверхностях в производственных помещениях и на территориях предприятий, требующих обслуживания при отключении рабочего освещения, наименьшую освещенность величиной 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения от общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк — для территорий предприятий. При этом создавать наименьшую освещенность внутри зданий более 30 лк при разрядных лампах и более 10 лк при лампах накаливания допускается только при наличии соответствующих обоснований.

Эвакуационным называется освещение для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение предусматривается в помещениях или в местах производства работ вне зданий в основном в следующих случаях: в местах, опасных для прохода людей; в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей, при числе эвакуирующих более 50 чел; по основным проходам производственных помещений, в которых работают более 50 чел; в помещениях общественных зданий, административных и бытовых зданий промышленных предприятий, если в помещениях могут одновременно находиться более 100 чел; в производственных помещениях без естественного света и др.

Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов (или на земле) в помещениях 0,5 лк, на открытых территориях 0,2 лк.

Осветительные приборы эвакуационного освещения и освещения безопасности предусматриваются горящими, включенными одновременно с осветительными приборами рабочего освещения, и не горящими, автоматически включаемыми при прекращении питания рабочего освещения.

Охранное освещение, при отсутствии специальных технических средств охраны, должно предусматриваться вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. И оно должно создавать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли.

При использовании для охраны специальных технических средств освещенность принимается по заданию на проектирование охранного освещения.

Дежурным освещением называется освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству для дежурного освещения не нормируются.

2. СВЕТОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

2.1 Выбор источников света При существующем многообразии источников света (ИС) все они могут быть разделены на ИС, работающие на принципе теплового излучения — обычные лампы накаливания (ЛН) (вакуумные, газонаполненные, однои биспиральные), галогенные лампы (КГ) и ИС, в основе работы которых лежат электрический разряд в газах или парах металлов — люминесцентные лампы низкого давления (ЛЛ) и разрядные лампы высокого давления: обычные дуговые ртутные лампы (ДРЛ), металлогалогенные лампы (ДРИ), натриевые — (ДНаТ) и др.

Выбор того или иного ИС определяется требованиями к освещению (цветность излучения, зрительный комфорт, показатель блескости и др.) и выполняется на основании сопоставления достоинств и недостатков существующих источников света. При этом предпочтение необходимо отдавать разрядным источникам света как наиболее экономичным, имеющим световую отдачу более 50 лм/Вт, и в связи с этим обеспечивающие минимальное потребление электроэнергии.

В соответствии с [2], общее (независимо от принятой системы освещения) искусственное освещение производственных помещений, предназначенных для постоянного пребывания людей, должно обеспечиваться разрядными источниками света.

Применение ламп накаливания допускается в отдельных случаях, когда по условиям технологии, среды или требований оформления интерьера использование разрядных источников света невозможно или нецелесообразно.

Для местного освещения кроме разрядных источников света рекомендуется использовать лампы накаливания, в том числе галогенные.

Применение ксеноновых ламп внутри помещений не допускается.

Выбор типов источников света для производственных помещений, жилых и общественных зданий осуществляется в соответствии с приложением Е, Ж.

Лампы накаливания ввиду их низкой световой отдачи можно использовать в следующих случаях:

а) в помещениях с нормируемой освещенностью 50 лк и ниже, т. е. когда с помощью газоразрядных источников света невозможно обеспечить зрительный комфорт;

б) в помещениях с тяжелыми условиями среды и взрывоопасных, при отсутствии необходимых светильников с газоразрядными лампами;

в) в помещениях, где недопустимы радиопомехи;

г) для аварийного и эвакуационного освещения, когда рабочее освещение выполнено разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ).

В табл. П1, П2 приведены параметры соответственно ламп накаливания и галогенных ламп.

Люминесцентные лампы низкого давления рекомендуется применять в помещениях:

а) где работа связана с большим и длительным напряжением зрения;

б) где требуется распознавание цветовых оттенков;

в) без естественного света;

г) где люминесцентное освещение целесообразно по архитектурно-художественным соображениям.

При отсутствии ограничений к цветопередаче следует применять люминесцентные лампы типа ЛБ, имеющие наибольшую световую отдачу и наименьшую пульсацию светового потока. При повышенном требовании к цветопередаче используют лампы ЛД и ЛДЦ. В жарких помещениях применяют амальгамные люминесцентные лампы типа ЛБА.

Узкополосные люминесцентные лампы типа ЛБЦТ в сравнении с широкополосными люминесцентными лампами типов ЛБ, ЛЕЦ, ЛДЦ, ЛХЕ стимулируют положительные эмоции: обладают свойством сдвигать восприятие цвета объектов по сравнению с их «естественным» цветом при дневном свете, например, цвет лица, зеленая листва, овощи при освещении этими лампами выглядят «приукрашенными» и воспринимаются с положительными эмоциями, однако следует помнить, что цветопередача в этом случае далека от естественной.

Энергоэкономичные люминесцентные лампы 18, 36, 58 Вт с узкополосным спектром излучения отличаются от обычных люминесцентных ламп 20, 40, 65 Вт более высокой световой отдачей и позволяют получить экономию электроэнергии в пределах до 8%.

При выборе газоразрядных ламп низкого давления необходимо учитывать, что при температуре окружающей среды +5^оС и ниже или относительной влажности более 80% зажигание ламп не гарантируется.

В табл. П. 3 приведены параметры линейных люминесцентных ламп.

Разрядные лампы высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) применяются в высоких производственных помещениях (Н 6 м). Причем при отсутствии требований к цветопередаче можно применять лампы ДРЛ, при наличии требований к цветопередаче — ДРИ.

По применению натриевых ламп (ДНаТ) на настоящее время нет еще достаточных данных о влиянии монохроматического желтого излучения этих ламп на зрительную работоспособность и физическое состояние людей. Поэтому пока эти лампы рекомендуется применять в запыленных цехах, в помещениях с интенсивным парообразованием, где выполняются работы малой и очень малой точности.

Перспективным с точки зрения экономии электроэнергии является применение осветительных установок смешанного света с разноспектральными лампами. В этой связи рекомендуется применение натриевых ламп высокого давления в сочетании с лампами ДРЛ в количестве 40 … 50% или с лампами ДРИ в количестве 20 … 40% суммарной установленной мощности для освещения зрительных работ малой и средней точности. Для этой цели можно использовать сдвоенные светильники.

При выборе разрядных ламп высокого давления ДРЛ, ДРИ, ДНаТ необходимо учитывать, что коэффициент пульсаций светового потока соответственно составляет 0,65; 0,4; 0,75, а световая отдача ламп ДРЛ — 40 … 70 лм/Вт, ДРИ — 60 … 100 лм/Вт и ДНаТ — 70 … 130 лм/Вт, срок службы соответственно 10 … 18 тыс. часов, 3 … 10 тыс. часов, 10 … 50 тыс. часов.

Разрядные лампы высокого давления в значительной степени используются для освещения открытых пространств, заводских территорий, улиц, площадей. Здесь учитываются положительные свойства ламп нормально работать в широком диапазоне температур — 40^оС.

В табл. П4, П5 приведены значения светового потока разрядных ламп высокого давления.

Для аварийного освещения (освещения безопасности и эвакуационного) применяются: лампы накаливания; люминесцентные лампы — в помещениях с минимальной температурой воздуха не менее 5^оС при условии питания ламп во всех режимах напряжения не ниже 90% номинального; разрядные лампы высокого давления при условии их мгновенного или быстрого повторного зажигания как в горячем состоянии после кратковременного отключения питающего напряжения, так и в холодном состоянии.

Если рабочее освещение выполнено люминесцентными лампами, то и аварийное освещение также выполняется ЛЛ при условии, что напряжение в сети снижается в аварийных или ремонтных режимах не ниже 90% номинального.

Для охранного освещения могут использоваться любые источники света.

2.2 Выбор освещенности и коэффициента запаса Выбор нормируемой освещенности выполняемой работы, рабочих мест является одним из важнейших этапов проектирования осветительных установок. При завышенных значениях освещенности возрастают приведенные затраты на осветительную установку, увеличивается расход электроэнергии на освещение. Заниженное освещение может являться причиной утомляемости и появления брака в работе, снижения производительсти труда. Поэтому правильное определение нормируемой освещенности в значительной степени обуславливает эффективность осветительной установки.

Под нормируемой освещенностью понимается минимальная освещенность, которая должна иметь место в «наихудших» точках освещаемой поверхности. Установлена следующая шкала нормируемых значений освещенности: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 3000; 4000; 5000; 6000; 7500 лк.

Основным нормативным документом, первоисточником для выбора норм освещенности является СНБ 2.04.05−98,.

В табл. 1 приведены значения нормируемой освещенности при системе общего и комбинированного освещения для помещений промышленных предприятий в зависимости от характеристики зрительной работы (точности выполняемой работы), размера объекта различения (от менее 0,15 мм до более 5 мм), разряда зрительной работы (установлено восемь разрядов зрительной работы (I — VIII) в зависимости от точности выполняемой работы и размера объекта различения), контраста объекта с фоном (установлено три контраста — малый, средний и большой), характеристики фона (светлый, средний, темный) и подразряда зрительной работы (установлены подразряды — а, б, в, г в зависимости от состояния контраста объекта с фоном и характеристики фона).

В общих нормах [2, табл. 1] значения освещенности внутри помещений промышленных предприятий приводятся для разрядных источников света. При использовании ламп накаливания нормируемые освещенности должны быть снижены на 1 или 2 ступени стандартной шкалы.

В табл. 2 приведены значения нормируемой освещенности для помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий в зависимости от характеристики зрительной работы (точности различения объектов, обзора окружающего пространства, ориентировки в пространстве интерьера и в зонах передвижения), размера объекта различения (от 0,15 мм и независимо от размера объекта различения), разряда зрительной работы (установлено восемь разрядов зрительной работы (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З) в зависимости от характеристики зрительной работы и размера объекта различения), относительной продолжительности зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность (менее 70%, не менее 70% и независимо от продолжительности зрительной работы) и подразряда зрительной работы (установлены подразряды — 1, 2 в зависимости от продолжительности зрительной работы на рабочую поверхность и характеристики зрительной работы.

Нормы освещения, принимаемые по [2, табл. 2] могут быть повышены на одну ступень или снижены на одну или две ступени в зависимости от конкретных данных.

Для того чтобы выбрать нормируемую освещенность по табл. 1, 2 необходимо знать характеристики рабочего процесса, различения объектов, обзора окружающего пространства и т. п., но даже и знание этого не всегда позволяет правильно выбрать разряд и подразряд зрительной работы. Поэтому эти нормы в основном используются для составления отраслевых норм, которые содержат значения освещенности уже для конкретных помещений [10, 12].

В приведены нормируемые значения освещенности общепромышленных помещений и сооружений (приложение И), основных помещений общественных и жилых зданий, административных и бытовых зданий предприятий (приложение К).

В общих и отраслевых нормах кроме количественных показателей освещенности регламентированы также качественные показатели. Для осветительных установок промышленных предприятий такими показателями являются: коэффициент пульсации освещенности, показатель ослепленности, коэффициент естественной освещенности. Коэффициент пульсации освещенности (К_п) устанавливается нормами в пределах 10 … 20%. Под коэффициентом пульсации понимается критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током и выражается формулой:

(2.1)

где Е_max, Е_min — соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк;

Е_ср — среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Показатель ослепленности (Р) регламентируется в пределах 10 … 40 в зависимости от точности зрительных работ. Показатель ослепленности является критерием оценки слепящего действия осветительной установки и определяется выражением:

Р = (S-1)1000, (2.2)

где S — коэффициент ослепленности равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) устанавливается нормами для естественного освещения в пределах 0,1 … 4, для совмещенного освещения — 0,1 … 6. Под коэффициентом естественной освещенности понимается отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода.

Для осветительных установок помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий качественными характеристиками освещения являются: цилиндрическая освещенность, показатель дискомфорта (М), коэффициент пульсации освещенности (К_п); коэффициент естественной освещенности устанавливается только для естественного освещения. Цилиндрическая освещенность характеризует насыщенность помещения светом и определяется как средняя плотность светового потока на поверхности вертикально расположенного в помещении цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю.

Явление зрительного дискомфорта характеризуется как ощущение неудобства или напряженности, возникающее при неравномерном распределении яркости в поле зрения. В нормах приводятся максимально допустимые показатели дискомфорта 15 … 90 в зависимости от уровня освещенности.

Коэффициент пульсации освещенности как и для осветительных установок промышленных предприятий устанавливается в пределах 10 … 20%.

Нормированные значения освещенности должны быть обеспечены в течение всего времени эксплуатации осветительной установки. Однако, в связи с тем, что период эксплуатации имеет место постоянное уменьшение освещенности, начальная освещенность должна быть принята больше нормированной, а именно, равна последней, умноженной на коэффициент запаса, значения которого регламентированы нормами. Этот коэффициент учитывает снижение светового потока источников света к концу срока службы, запыление светильников, старение последних, т. е. ухудшение характеристик, не восстанавливаемых очисткой, и снижение коэффициентов отражения стен и потолка помещения. Необходимый коэффициент запаса зависит от количества и характера пыли в воздухе, степени старения данного типа источников света (в связи с чем для газоразрядных ламп коэффициент запаса повышается), типа светильников, и, конечно периодичности очистки последних. В зависимости от указанных обстоятельств значение коэффициента запаса может находиться в пределах 1,3 … 2 и принимается по табл. П6.

Таким образом, при выполнении проекта осветительной установки для каждого помещения по отраслевым нормам [10, 12, 2 (приложения Н, К)] должны быть определены минимальные освещенности (Е_min) на рабочих местах в зависимости от принятой системы освещения, ориентировочно определен коэффициент запаса (К_з), который при выборе светильников может быть скорректирован, а также выписаны регламентированные значения всех качественных показателей освещения.

2.3 Выбор типа светильников, высоты подвеса и схем их размещения

2.3.1 Назначение, характеристика и типы светильников Светильники являются осветительными приборами ближнего действия и предназначены они для рационального перераспределения светового потока ламп, а также защита глаз от чрезмерной яркости, предохраняют источников света от загрязнения и механических повреждений. Конструктивно они состоят из корпуса-отражателя и (или) рассеивателя, патрона и крепящего устройства.

Все светильники в зависимости от соотношения светового потока, излучаемого в нижнюю полусферу (Ф) ко всему световому потоку светильника (Ф_св) подразделяются на следующие пять классов:

П — прямого света

Н — преимущественно прямого света

Р — рассеянного света В — преимущественно отраженного света О — отраженного света

.

Каждый из светильников может характеризоваться одной из семи типовых кривых силы света: концентрированной (К), глубокой (Г), косинусной (Д), полуширокой (Л), широкой (Ш), равномерной (М) и синусной ©. Типовые кривые приведены на рис. 2.1.

Соотношение световых потоков и кривые светораспределения являются важнейшими светотехническими характеристиками светильника, определяющими распределение его светового потока в пространстве, окружающем светильник.

Рис. 2.1. Типовые кривые силы света светильников По конструктивному исполнению в общем случае светильники делятся на:

открытые — лампа не отделена от внешней среды;

защищенные — лампа защищена от механических повреждений;

закрытые — защищены от проникновения пыли и механических повреждений лампы;

пыленепроницаемые — защищены от проникновения тонкой пыли;

влагозащищенные — противостоят воздействию влаги;

взрывозащищенные — противостоят появлению взрыва (В — взрывонепроницаемые, Н — повышенной надежности против взрыва).

Аналогично с классификацией электрического оборудования по конструктивному исполнению, которая определяет одновременно степень защиты оборудования от попадания внутрь них твердых посторонних тел (в частности пыли), степени защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением частями, расположенными внутри оболочки изделий и степени защиты от влаги, для светильников также установлена международная система защиты, состоящая из букв IP (International Protection) и двух цифр, обозначающих степень защиты. Первая цифра определяет защиту лампы от пыли. Существует шесть следующих классов защиты светильников от пыли:

незащищенные (открытые — 2, перекрытые — 2');

пылезащищенные (полностью — 5, частично — 5');

пыленепроницаемые (полностью — 6, частично — 6'),

и семь следующих классов защиты от влаги:

0 — водонезащищенный — защита отсутствует;

2 — каплезащищенный — защита от капель, падающих сверху под углом к вертикали 15^о;

3 — защищенный — защита от капель или струй воды, падающих сверху под углом к вертикали 60^о;

4 — брызгозащищенный — защита от попадания капель или брызг под любым углом;

5 — струезащищенный — защита от попадания воды при обливании струей под любым углом;

7 — водонепроницаемый — защита от попадания воды при кратковременном погружении в воду;

8 — герметичный — защита от попадания воды при неограниченно долгом погружении в воду.

Если указана цифра со «штрихом» буквы IP в обозначении защиты не указываются, например 6'3.

Защита светильников от пыли, воды и агрессивных сред обеспечивается, как правило, конструкционными и светотехническими материалами, различной степенью герметизации внутреннего объема светильника или его отдельных полостей, токоведущих элементов и (или) электрических контактов.

Кроме этого, основными характеристиками светильников являются:

коэффициент усиления (К_у), представляющий отношение максимальной силы света светильника (I_макс) к средней сферической силе света (I_ср.сф.):

(2.3)

где .

Коэффициент усиления характеризует увеличение силы света светильника в заданном направлении;

коэффициент полезного действия ():

(2.4)

где Ф_св — световой поток светильника;

Ф_л — световой поток источника света;

защитный угол () — определяет степень защиты глаза от воздействия ярких частей источника света.

На рис. 2.2 приведена структура обозначения и маркировка светильников в соответствии с ГОСТ 13 828–74.

Рис. 2.2. Структура обозначения и маркировка светильников Примеры обозначений светильников:

НСП5 500−016-У3 — светильник с лампой накаливания мощностью 500 Вт, общего назначения, подвесной для промышленных предприятий, серии 05, модификации 016, климатическое исполнение У, категория размещения 3;

ЛС02−240−005-У3 — светильник с двумя люминесцентными лампами мощностью по 40 Вт, подвесной, для общественных зданий, серии 02, модификации 005, климатическое исполнение У, категория размещения 4;

РКУ8 400−014-ХЛ1 — светильник с ртутной лампой типа ДРЛ мощностью 400 Вт, консольный, уличный, серии 08, модификации 014, климатическое исполнение ХЛ (холодный климат), категория размещения 1.

Наряду с приведенным условным обозначением светильникам могут присваиваться собственные имена, например: «Глубокоизлучатель». Кроме того, действуют еще более ранние ГОСТы, а также обозначения, присваемые заводом изготовителем. Все это создает определенные трудности в расшифровке условного обозначения светильников.

При существующем многообразии светильников основными отличительными особенностями их являются тип источника света, его мощность, конструктивное исполнение с определенной защитой от воздействия окружающей среды, светораспределение.

В табл.2.1 приведены основные параметры некоторых типов светильников, применяемых для общего освещения производственных помещений и помещений общественных зданий.

Таблица 2.1 Номенклатура и основные параметры некоторых светильников

Примечания:

Способ монтажа для светильников с ртутными лампами: 1 — на трубу с резьбой 20 мм; 2 — на монтажный профиль; 3 — на крюк; 4 — на опорную поверхность; 5 — специальное крепление.

Способ монтажа для светильников с люминесцентными лампами: 1 — на трубу с резьбой 20 мм; 2 — на шинопровод; 3 — на штангах; 5 — на потолок; 6 — на стержнях; 7 — на крюк; 8 — на монтажный профиль.

Способ монтажа для светильников с лампами накаливания: 1 — на трубу с резьбой 20 мм; 2 — на монтажный профиль; 3 — на крюк; 4 — на потолок; 5 — на горизонтальную опорную поверхность; 6 — на наклонную опорную поверхность.

Основными факторами, определяющими выбор светильников являются:

а) условия окружающей среды (наличие пыли, влаги, химической агрессивности, пожароопасных и взрывоопасных зон);

б) строительная характеристика помещения (размеры помещения, в том числе его высота, наличие ферм, технологических мостиков, размеры строительного модуля, отражающие свойства стен, потолка, пола и рабочих поверхностей);

в) требования к качеству освещения.

Выбор конкретного типа светильника осуществляется по конструктивному исполнению, светораспределению и ограничению слепящего действия, экономическим соображениям.

Конструктивное исполнение светильника в значительной степени определяется уровнем защиты его от воздействия окружающей среды.

От конструктивного исполнения светильников зависит их надежность и долговечность в данных условиях среды помещения, безопасность в отношении пожара, взрыва и поражения электрическим током, а также удобство обслуживания.

В нормальных сухих и влажных помещениях допускается применения всех типов незащищенных (IP20) светильников.

В сырых помещениях также допускается применение незащищенных (IP20) светильников, но при условии выполнения корпуса патрона из изоляционных и влагостойких материалов.

В особо сырых помещениях и в помещениях с химически активной средой рекомендуется применение светильников со степенью защиты не ниже IP22, в пыльных помещениях — не ниже IP44.

В жарких помещениях — не ниже IP20, причем в светильниках с люминесцентными лампами рекомендуется применение амальгамных ламп.

В пожароопасных зонах применяются светильники с минимальными допустимыми степенями защиты, указанными в табл. 2.2.

Таблица 2.2 Минимальные допустимые степени защиты светильников в зависимости от класса пожароопасной зоны

Примечание. Допускается изменять степень защиты оболочки от проникновения воды (2-я цифра обозначения) в зависимости от условий среды, в которой устанавливаются светильники.

Во взрывоопасных зонах могут применяться светильники при условии, что уровень их взрывозащиты или степень защиты соответствует табл. 2.3 или является более высокими.

Таблица 2.3 Допустимый уровень взрывозащиты светильников в зависимости от класса взрывоопасной зоны

В [1, 12 и др.] приведены подробные рекомендации выбора светильников по конструктивному исполнению.

Если существующая номенклатура светильников представляет возможность применения в помещении не единственного, а нескольких возможных по конструктивному исполнению светильников, из них почти всегда целесообразно выбрать тот, который обладает наиболее высокой эксплуатационной группой (табл. П7), характеризующей способность светильника сохранять в процессе работы высокие светотехнические качества. Такой подход позволяет в определенных условиях [2, табл. 3] принять меньшие значения коэффициентов запаса, это в свою очередь приводит к снижению установленной мощности источников света, уменьшению расхода электроэнергии.

Правильный выбор светильника по светораспределению обуславливает экономичное использование светового потока источника света, приводит к снижению установленной мощности осветительной установки. При равных условиях предпочтительнее выбирать светильники с более высоким КПД, несмотря на их более высокую стоимость. Эти дополнительные затраты окупаются за счет экономии электроэнергии.

В производственных помещениях с низкими коэффициентами отражения стен, потолков целесообразно применение светильников прямого света класса П со светораспределением типа К (концентрированная) при высоких потолках (более 6−8 м), с меньшей высотой потолков — со светораспределением типа Д (косинусная), реже Г (глубокая). С увеличением высоты помещения применяемый светильник должен иметь большую степень концентрации светового потока (К, Г) и наоборот, в низких помещениях рекомендуется использовать светильники с более широким светораспределением (Д, Г).

При высоких отражающих свойствах стен и потолков производственных помещений (светлые потолки и стены) целесообразно применение светильников преимущественно прямого света класса Н.

При высоких отражающих свойствах пола или рабочих поверхностей преимущество получают светильники класса П, поскольку в этом случае за счет отражения в верхнюю полусферу попадает достаточно светового потока для создания приемлемого зрительного комфорта.

Светильники преимущественно прямого света класс П и рассеянного света класса Р с кривыми светораспределения Д (косинусная) и Л (полуширокая) целесообразно применять для освещения административных, учебных помещений, лабораторий и т. п.

Светильники классов В (преимущественно отраженного света) и О (отраженного света) применяют для создания архитектурного освещения производственных помещений, гражданских зданий. Для наружного освещения — светильники с кривой силы света Ш (широкая).

Учет при выборе светильников слепящего их действия осуществляется по показателю ослепленности, который нормируется и сравнивается с фактическим показателем ослепленности. Расчет этого показателя приведен в [11], но на практике при проектировании осветительных установок в связи с трудностью расчета этого показателя эта характеристика учитывается косвенно минимально допустимой высотой подвеса светильников.

Выбор светильников по критерию экономичности выполняется по минимуму приведенных затрат. Однако учитывая, что основной составляющей годовых эксплуатационных расходов являются затраты на электроэнергию, можно с некоторым приближением оценивать экономичность светильника по критерию энергетической экономичности (Э_э). Под энергетической экономичностью понимается отношение нормируемой (минимальной) освещенности (Е_min) к удельной мощности Р_уд:

(2.5)

где Р_уд — удельная мощность, равная отношению установленной мощности ламп к площади освещаемого помещения.

Рост энергетической экономичности в соответствии с выражением (2.5), является следствием уменьшения удельной установленной мощности источников света, необходимой для создания заданной освещенности.

Было установлено, что энергетическая экономичность является функцией комбинированного аргумента, где Е_min — освещенность по нормам, К_з — коэффициент запаса, Н_р — расчетная высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (см. рис. 2.3).

Это позволяет определить области, целесообразного с экономической точки зрения, использования различных типов светильников. В для некоторых типов светильников приведены наибольшие и наименьшие мощности ламп и соответствующие им значения аргумента _. Если при проектировании фактическое значение аргумента будет меньше нижнего предела для данного светильника, то применять его не рекомендуется. При фактических значениях аргумента, больших верхнего предела для данного светильника, применение его может быть допущено при условии отсутствия другого, более экономичного светильника.

Как видно из аргумента энергетическая экономичность светильников в значительной степени зависит от принимаемой при проектировании расчетной высоты подвеса светильников (Н_р); которая в определенной степени зависит от высоты помещения.

При малой высоте (до 6 м) добиться качественных показателей, таких как минимальная неравномерность освещения, допустимая пульсация и ослепленность, возможно только с помощью большого числа светильников с относительно малой единичной мощностью источника света (ЛН и ЛЛ). В высоких помещениях экономически выгодней применять мощные источники света (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) и малое число светильников, каждый из которых должен иметь оптимальное светораспределение для конкретного варианта.

Поэтому выбор типа светильников выполняется одновременно с выбором их схем размещения на плане освещаемого помещения.

Высота освещаемого помещения определяет и экономичный тип светораспределения светильников.

Для каждой типовой кривой силы света (типа светильника) существует наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками, при которой обеспечивается наибольшая равномерность распределения освещенности, а также наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками при которой обеспечивается максимальная энергетическая экономичность. Под относительным расстоянием между светильниками понимается отношение расстояние между ними (L) к расчетной высоте подвеса светильников над рабочей поверхностью (Н_р) (табл. П. 8, П.9).

Выбранные светильники должны быть расположены и установлены таким образом, чтобы обеспечивалось [6]:

а) безопасность и удобный доступ к светильникам для обслуживания;

б) создание нормированной освещенности наиболее экономичным путем;

в) соблюдение требований к качеству освещения (равномерность освещения, направление света, ограничение вредных факторов: теней, пульсаций освещенности, прямой и отраженной блескости;

г) наименьшая протяженность и удобство монтажа групповой сети;

д) надежность крепления светильников.

2.3.2 Высота подвеса светильников Высота подвеса светильников над освещаемой поверхностью (Н_Р) — расчетная высота подвеса светильников (рис. 2.3) в значительной степени определяет характеристику и технико-экономические показатели проектируемой осветительной установки.

От ее величины зависит установленная мощность источников света, размещение светильников на плане; высота подвеса определяет качественные показатели освещения, выбор светильников по светораспределению, экономическим соображением.

Рис. 2.3. Размещение светильника по высоте помещения: Н — высота помещения; Н_р — высота подвеса светильника над освещаемой поверхностью; h_с — высота свеса светильника; h_р — высота рабочей поверхности В связи с тем, что ряд показателей ОУ регламентируется нормами искусственного освещения, высота подвеса светильников принимается одновременно с решением других задач проектирования — выбора типа светильников, их размещения и обслуживания и др. Минимальная высота подвеса светильников ограничена условием ослепляющего их действия (нормированный показатель ослепленности). Максимальная высота ограничена размерами помещения и условиями обслуживания светильников.

При выборе высоты подвеса учитываются строительные особенности помещений — наличие ферм, технологических мостиков, размеры строительного модуля; одновременно рассматриваются способы прокладки и монтажа проводов и кабелей осветительной сети.

В помещениях ограниченной высоты светильники устанавливаются либо на свесах, либо непосредственно на потолке и обслуживаются с лестниц или стремянок. По условию доступности высота подвеса светильников не должна превышать 5 м от пола, причем светильники не должны располагаться над крупным оборудованием, приямками и в других местах, где невозможна установка лестниц или стремянок.

В помещениях с ферменным перекрытием чаще всего светильники общего освещения устанавливаются на фермах. В этих случаях они могут обслуживаться с мостовых кранов, причем светильники должны быть размещены на уровне не менее 1,8 м над настилом площадки обслуживания на кране или же на уровне нижнего пояса ферм.

При проектировании осветительных установок необходимо предусматривать, чтобы возможно большая часть светильников была доступна для обслуживания с пола с помощью переносных приспособлений (табуретов, лестниц и стремянок).

К числу указанных мер относятся [6]:

а) установка светильников с помощью кронштейнов на стенах или колоннах на высоте не более 5 м;

б) подвеска светильников на тросах, коробах, трубах, монтажных профилях и т. п. на высоте не более 5 м или же на тросах с опускными приспособлениями;

в) установка светильников на мостиках или площадках, предназначенных для обслуживания шинопроводов, тельферов и т. п., а также установка на крупном технологическом оборудовании;

г) использование технологических площадок верхних отметок для установки на них светильников, освещающих нижние отметки.

Кроме того, в соответствии с нормами рекомендуется принимать следующие высоты установки светильников, м:

2,1 — в электропомещениях, при установке светильников вблизи открытых токоведущих частей;

не более 3,5 — на технологических площадках, мостиках, переходах и т. п. при установке светильников на стенах;

2,5 — на технологических площадках, мостиках, переходах и т. п. при установке светильников на стойках вдоль ограждений;

на уровне настила 0,5 — на мостиках для обслуживания светильников.

Подвесные светильники общего освещения, устанавливаемые на потолках или фермах, как правило, должны крепиться к последним со свесом не более 1,5 м. Увеличение свеса этих светильников может предусматриваться в случаях:

а) если это необходимо в целях обеспечения доступа к светильникам для обслуживания;

б) когда это позволяет улучшить экономические показатели установки без ухудшения качества освещения.

При установке светильников с увеличенным свесом конструкция их крепления должна ограничивать возможность раскачивания светильников под воздействием потоков воздуха.

В общем случае расчетная высота подвеса светильников определяется по выражению:

H_p = H — (h_c + h_p), (2.6)

где Н — высота помещения;

h_c — высота свеса светильника;

h_p — высота рабочей поверхности, при отсутствии конкретной величины принимается равной 0,8 м.

2.3.3 Схемы размещения светильников При общем равномерном освещении, а по возможности также и при локализованном освещении, светильники рекомендуется располагать по вершинам квадратных, прямоугольных (с отношением большей стороны прямоугольника к меньшей не более 1,5) или ромбических (с острым углом при вершине ромба близким к 60⁰) полей.

Светильники с люминесцентными лампами следует преимущественно размещать рядами, параллельными стенам с окнами. Иное расположение допускается:

а) в узких помещениях с окнами на торцевых стенах;

б) в случае, когда это диктуется размещением производственного оборудования.

Ряды выполняются непрерывными или с разрывами (в свету), не превышающими 0,5 расчетной высоты подвеса светильников.

При общем равномерном освещении расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стен следует принимать в помещениях, предназначенных для работы примерно втрое меньшим, а в остальных помещениях — вдвое меньше, чем расстояние между рядами светильников или стороны поля. При размещении рабочих мест непосредственно у стен или колонн крайние ряды светильников следует в пределах целесообразности приближать к стенам или колоннам, в частности устанавливать светильники на кронштейнах.

Расстояние между соседними светильниками (L) или их рядами зависит от расчетной высоты подвеса светильников (H_р) и светораспределения (типа светильника). Как было показано в разделе 2.3.1 (выбор светильников по экономическим соображениям) для каждого типа светильников (стандартной кривой силы света) существует наивыгоднейшее относительное расстояние (табл. П8, П9). Тогда