Методические указания Черкесск 2004 содержание
| Вид материала | Методические указания |
- Методические указания студентам 5-го курса аграрного института специальности 111201, 448.61kb.
- Методические указания к практическому занятию Черкесск 2008, 661.51kb.
- Методические указания для студентов экономических специальностей Черкесск, 2011, 1538.32kb.
- Методические указания Фрязино 2004 Москва 2004, 743.46kb.
- Методические указания к практическому занятию Черкесск 2008, 441kb.
- Методические указания, 1635.63kb.
- Методические указания к дипломному проектированию по специальности 351400 «Прикладная, 997.11kb.
- Методические указания для студентов экономических специальностей Черкесск, 2011, 1103.52kb.
- Методические указания по изучению дисциплины и задание для контрольной работы для студентов-заочников, 335.43kb.
- Методические указания к выполнению курсовой работы. Требования к оформлению. Содержание, 534.41kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»
Хабарова С.В.
ТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Методические указания
Черкесск 2004
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1. Освещенность и сила света 4
2. Круглосимметричные точечные излучатели 5
3. Светящие линии 7
4. Примеры решения заданий 9
5. Варианты заданий для самоподготовки 12
Приложения 13
Приложение 1, 2 13
Приложение 3, 4 14
Приложение 5 15
Приложение 6 16
Приложение 7 23
Приложение 8 24
Список используемой литературы 24
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 100400 «Электроснабжение» и содержат необходимый теоретический материал, нормативно-справочные данные и примеры решения задач.
В них приводятся основные сведения о точечном методе расчета искусственного освещения. Приведены примеры расчета установок искусственного освещения для круглосимметричных излучателей и светящихся линий. Примеры решения и варианты задания для расчета по предложенным способам.
Основная задача данных указаний - формирование необходимых инженеру-электрику навыков и умений по выбору эффективного освещения в соответствии с требованиями стандартов системы проектной документации для строительства (СПДС) и Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), а также нормалей ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» на объем и содержание проектной документации для промышленных электроустановок.
Указания будет необходимо при выполнении светотехнической части курсового и дипломного проектов по специальности 100400 - Электроснабжение промышленных предприятий. Использование методических указаний позволяют: выбрать нормируемые параметры осветительных установок; определить тип и систему освещения; разряд зрительной работы; выбрать тип и месторасположение светильников; определить целесообразность выбора искусственного освещения при учете коэффициента естественной освещенности.
1. ОСВЕЩЕННОСТЬ И СИЛА СВЕТА
В общем случае освещенность точки вычисляется
(1.1)где Е – освещенность, лк; I – сила света по направлению к точке, кд; а – угол между нормально к поверхности, которой принадлежит точка, и лучом; r – расстояние от источника до точки, м.
Для точки А (рис. 1), если она принадлежит горизонтальной плоскости, выражение (1.1) могут приданы, в частности, следующие формы:
(1.2)
Рис. 1. Освещенность точки
При неизменном h с возрастанием d обычно Е монотонно убывает. Характер убывания определяется формой кривой Ia=f(a).
Если с увеличением а происходит возрастание, то в пределах определенных значений d можно получить постоянную или даже возрастающая с увеличением d освещенность.
При неизменном d кривая Е= f(h) во всех реальных случаях имеет максимум, определяющий наивыгоднейшую высоту, которая при косинусном светораспределении равна d, при равномерном светораспределении
Освещенность точек негоризонтальных поверхностей часто определяется умножением горизонтальной освещенности на коэффициент ψ.
Коэффициент ψ равен отношению кратчайшего расстояния источника от данной освещаемой поверхности («высоты» его над последней) к его высоте над проведенной через данную точку горизонтальной поверхностью.
Для вертикальной плоскости ψ=tga, если считать точку А (рис. 1) лежащей в плоскости I (перпендикулярной АО), и ψ=p:h , если А лежит в плоскости II (общий случай).
2. КРУГЛОСИММЕТРИЧНЫЕ ТОЧЕЧНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
Первоначально принимается, что поток лампы (при многоламповых светильниках – суммарный поток ламп) в каждом светильнике равен 1000 лм. Создаваемая в этом случае освещенность называется условной и обозначается е. Величина е зависит от светораспределения светильника и геометрических размеров d и h.
Для определения е служат пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности (рис. 6.1÷6.33 [1]), на которых находится точка с заданными d и h (d, как правило, определяется обмером по масштабному плану) и е определяется путем интерполирования между значениями, указанными у ближайших изолюкс. Аналогичные графики, но построенные по данным измерений, могут применяться для расчета местного освещения.
Пределы шкал на графиках отнюдь не определяют возможной области применения светильника. Если заданные d и h выходят за пределы шкал, в ряде случаев возможно обе эти координаты увеличить (уменьшить) в n раз так, чтобы точка оказалась в пределах графика. И определенное по графику значение увеличить (уменьшить) в n2 раз.
При отсутствии изолюкс для данного светильника можно воспользоваться графиком для излучателя, имеющего по всем направлениям силу света 100 кд (рис. 6.33 [1]). Значение условной освещенности е100 определяется, как сказано выше; одновременно по радиальным лучам находится значение а и по кривой силы света светильника Iа, после чего для реальной характеристики светораспределения
(2.1)Пусть суммарное действие «ближайших» светильников создает в контрольной точке условную освещенность Σе; действие более далеких светильников и отраженную составляющую приближенно учтем коэффициентом μ. Тогда для получения в этой точке, точки освещенности Е с коэффициентом запаса kЗ лампы в каждом светильнике должны иметь поток и η - КПД для нижней полусферы:
(2.2)По этому потоку подбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой должен отличаться от расчетного в пределах -10÷20%. При невозможности выбора лампы с таким допуском корректируется расположение светильников.
Формула (2.2) может использоваться также для определения Е при известном Ф.
В качестве контрольных выбираются те точки освещаемой площади, в которых Σе имеет наименьшее значение.
Характерные контрольные точки для случая общего равномерного освещения показаны на рис. 2.
При встречающемся учащенном расположении светильников рядами вдоль светотехнических мостиков контрольная точка выбирается между рядами на расстоянии от торцовой стены, примерно равном расчетной высоте.
В принципе не следует выискивать точки абсолютного минимума у стен или в углах если в подобных точках есть рабочие места, задача доведения здесь освещенности до норм может быть решена увеличением мощности ближайших светильников или установкой дополнительных светильников.
В подавляющем большинстве расчетов, когда светораспределение ОП может учитываться типовыми характеристиками (П-7), определение значения е может производиться с помощью пространственных кривых равной горизонтальной освещенности (П-8). Пример использования пространственных изолюкс для расчета горизонтального освещения на рис. 2.
Рис. 2. Пример расчета горизонтальной освещенности.
Контрольные точки выбираются, как сказано выше, т.е. наихудшие в пределах поверхности, на которой должна быть обеспечена заданная Е. Мощности ламп, участвующих в освещении точки, могут быть и разными. Одна из употребительных схем расчета: предварительное определение мощности ламп, необходимой для равномерного освещения помещения и расчет мощности дополнительных ламп по разности между освещенностью, необходимой в точке и освещенность, создаваемой равномерным освещением.
Трудно точно определить, какие светильники следует считать «ближайшими» и учитывать в Σе.
Часто можно считать, что это светильники с трех наименьших расстояний d. На рис. 3. контрольные точки соединены линиями с теми светильниками, от которых, обычно определяются значения е. Вообще же, чем меньше L:h и чем шире светораспределение светильников, тем большую роль играют «удаленные» светильники и тем тщательнее следует их учитывать.
Во всех случаях при определении Σе не должны учитываться светильники, реально не создающие освещенности в контрольной точке из-за затенения оборудованием или самим рабочим при его нормальном фиксированном положении у рабочего места.
Значение μ чаще всего можно принимать в пределах 1,1÷1,2; оно зависит от коэффициентов отражения поверхностей помещения, характера светораспределения, тщательности учета «удаленных» светильников и т.д.
Задание
а) Круглосимметричные точечные излучатели.
В помещении, часть которого показана на рис. 3, требуется обеспечить заданное значение Е при k=1,3. Данные для расчета выбираются по табл. 2.
Рис. 3. Контрольные точки
3. СВЕТЯЩИЕ ЛИНИИ
Излучатели, длина которых превышает половину расчетной высоты h, рассматриваются как светящиеся линии. Характеристиками светящихся линий являются продольная и поперечная кривые силы света элементов образующих линию и линейная плотность светового потока ламп Ф. Поперечная кривая задается каталожными данными.
Продольная кривая часто характеризуется параметром m. Для светильников с рассеивателями приближенно можно считать m равным 1,25, а для светильников с экранирующими решетками, создающими в продольной плоскости защитные углы 15-30-450, m равным 1,5-2,0-3,0 соответственно.
Плотность потока определяется делением суммарного потока ламп в линии Ф на её длину l, причем линии с равномерно распределенными по их длине разрывами λ рассматриваются при расчете как непрерывные, если λ<0,5h, и под l понимается габаритная длина линии. Для протяженных линий с такими же разрывами можно считать:
(3.1)где Ф – поток ламп в сплошном элементе длиной 1.
При λ<0,5h для каждого сплошного участка линии отдельно определяется Ф и создаваемая этим участком освещенность.
Рис. 4 Освещенность точек, не лежащих против конца линии
Расчетные графики и таблицы позволяют определить относительную освещенность ε (т.е. освещенность при Ф=1000 лмм и h=1 м), причем непосредственно определяется освещенность точек, лежащих против конца линии. Освещенность других точек определяется путем разделения линии на части или дополнения их воображаемыми отрезками, освещенность от которых затем вычитается (рис. 4).
При общем равномерном освещении контрольные точки, как правило, выбираются посередине между рядами светильников.
При большой длине рядов (начиная примерно от 2h) сильно сказывается уменьшение освещенности у их концов (вдвое по сравнению с освещенностью центральных участков при рядах неограниченной длины).
Для компенсации этого достаточно продлить линию на 0,5h за пределы освещаемой поверхности или на такой же длине у границ этой поверхности осуществить двойное значение Ф’, или дополнить продольные ряды светильников замыкающими их поперечными. При принятии одной из этих мер контрольная точка может выбираться против середины рядов.
При общем освещении больших помещений часто указанной компенсации не предусматривается в предположении, что непосредственно у торцовых стен работ не производится, ряды доводятся до торцовых стен и контрольная точка выбирается на расстоянии примерно h от последних.
Для определения ε наиболее удобны графики линейных изолюкс (П-7) (рис. 6.37-6.56 [1]). При пользовании ими по плану обмеряются размеры Р и L (рис. 5), находятся отношения р’=р:h и L’=L:h и для точки с координатами р’ и L’ определяется ε.
Рис. 5. Размеры, определяющие положение линии по отношению к контрольной точке
Линии, для которых L’>4, при расчетах практически могут рассматриваться как неограниченно длинные.
Суммирование значение ε от ближайших рядов или их частей, освещающих точку, дает Σε, коэффициент μ принимается, как и выше, и находится необходимая линейная плотность потока:
(3.2)на основании чего осуществляется компоновка линий.
Для компоновки линий применяются два практических приема:
1. Находится общий необходимый поток ламп в линии, как Ф’L; после этого компоновка линии производится как показано на рис. 2 с помощью кривых равной освещенности для различных групп светильников (П-7).
2. Если линия достаточно длинная и правомерно пользование формулой (3.2), то, придавая Ф возможные значения, находим
(3.3)и, понимая здесь под l длину светильника, выбираем подходящий вариант.
Формула (3.3) может быть использована также для определения Е при заданном Ф.
При отсутствии для данного светильника линейных изолюкс (но при известном, конечно, светораспределении светильника) возможно определение ε по (П-3) табл. 7-3 [1], составленной для усредненного значения m=1,5.
В этом случае, определив, как обычно, р’ и L’, находим по (П-3) табл. 7.3 [1] f(р’,L’) и а; зная а, находим Iа и определяем: ε =f(р’,L’)Ia.
Задание
б) Светящие линии. Необходимо рассчитать осветительную установку, показанную на рис. 3, на наименьшую заданную освещенность при k=1,5. Данные для расчета приведены в табл. 3.
Рис. 6. Осветительная установка.
Точечный метод расчета имеет существенный недостаток — длительность и кропотливость расчетных операций, особенно сказывающийся при определении освещенности от большого числа светильников.
Для упрощения расчетных операций иногда пользуются вспомогательными таблицами и графиками освещенности в функции h и d.
(3.4)Для осветительных установок местного освещения вследствие малого расстояния между светильником и освещаемой поверхностью точечный метод непригоден. В этом случае освещенность рассчитывают методом пространственных кривых равной освещенности в пространстве вокруг светильника.
Расчет осветительной установки с люминесцентными лампами должен учитывать большую длину люминесцентных ламп и их расположение в один ряд с небольшим расстоянием.
4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ
Пример 1
В помещении, часть которого показана на рис. 3 а, требуется обеспечить Е=50 лк при k=1,3. Светильники УПД подвешены на высоте h=3 м. Размеры полей 6х4 м.
Расстояние d определяем обмером по масштабному плану. Значение е определяем по графику (П-7) рис. 6.6 [1]. Расчеты сводим в табл. 1.
Таблица 1
Результаты расчета
| Точка | Номера светильников | Расстояние d, м | Условная освещенность, лк | |
| От одного светильника | От всех светильников | |||
| А | 1,2,3,4 5,6 7,8 | 3,6 6,7 9,2 | 5,6 0,4 0,1 | 22,4 0,8 0,2 |
| Σе=23,4 | ||||
| Б | 1,3 2,4 5,6 7 | 3 5 8,5 9 | 8,0 1,8 0,15 0,1 | 16 3,6 0,3 0,1 |
| Σе=2- | ||||
Наихудшей оказывается точка Б, по освещенности которой определяем необходимый поток, принимая μ=1,1:
.По (П-1) табл. 2-2[1] выбираем лампу 200 Bт.
Расстояние от крайнего ряда светильников до стены принимаем 0,3:0,4 от расстояния между рядами светильников.
Пример 2.
Необходимо рассчитать осветительную установку, показанную на рис. 7 на наименьшую Е=300 лк при k=1,5, светильники ЛДР с лампами ЛБ; h=4 м; длина помещения A=27 м; ширина помещения B=14,4 м.
Рис. 7. К примеру 2
Решение:
Точка А освещается шестью «полурядами», отмеченными цифрами от 1 до 6. Значениями р, L, p’, L’ и определенные (П-8) по рис. 6.40 [1] величины ε указаны ниже.
| Полу ряд | Р | L | P’ | L’ | ε |
| 1 и 2 | 2,7 | 4 | 0,67 | 1 | 2х87 |
| 3 | 8,1 | 4 | 2,0 | 1 | 7 |
| 4 и 5 | 2,7 | 23 | 0,67 | | 2х115 |
| 6 | 8,1 | 23 | 2,0 | | 14 |
| | Σε=425 | ||||
Применяя μ=1,1 находим:
.В каждом ряду полный поток ламп должен составить 3850∙27=104000 лм, что соответствует 104000:(2∙2850)=18 светильников 2х40 Вт, которые хорошо вписываются в ряд, заполняя его почти без разрывов (при лампах большей мощности ряд имел бы разрывы).
Пример 3.
Определить освещенность горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскостей, расположенных на пересечении диагоналей полей светильников (рис. 8). Исходные данные: светильники типа УМ с лампами мощностью 150 Вт; 200 Вт; Fя=1900 лм; h=3,5м; k = 1,3.
Рис. 8 к примеру 3
Решение:
1. Определяем значение tg:
затем из (П-4) искомый угол α=44° и соs3α=0,35.2. Находим нормированную силу света (П-5) под углом 45° для светильников «Универсаль» с условной лампой (Ia)T = 121 кд.
3. Фактическая сила света:
4. Освещенность горизонтальной поверхности в точке А: от одного светильника
от четырех (учитывая, что они дают одинаковую освещенность) 
5. Освещенность вертикальной плоскости в точке А (расчетная точка, лежащая в вертикальной плоскости, освещается лишь двумя светильниками)
.6. Освещенность наклонной плоскости в точке А ( = 60°),
Пример 4.
Определить освещенность элемента поверхности в точке А расчетной плоскости от одной люминесцентной лампы ЛТБ80 (Рис. 9). Лампа расположена на высоте h=3 м параллельно расчетной плоскости. Исходные данные для расчета: световой поток F=3840 лм, длина лампы без штырьков Lя = 1.5 м, k=1,5.
Рис. 9 К примеру 4.
Решение:
Рассчитываем силу света единицы длины лампы, расположенной в плоскости, перпендикулярной ее оси:
Затем определяем значение , sin2 и cos:
Освещенность в точке А:
