Методы расчета естественного и искусственного освещения

1. Лекция 10 Методы расчета естественного и искусственного освещения

Ассоц.проф. ФСТИМ
Ташкеева Г. К.

2.

План лекции:
расчета
естественного
•Методы
освещения
• Проектирование освещения.
• Классификация
осветительных
устройств.
Виды
светильников,
основные характеристики.
• Методы
расчета
осветительных
установок
• Искусственное освещение зданий и
городов.
• Архитектурная светотехника. Расчет
инсоляции.
• Задание на СРС и СРСП

3.

Для оптимизации условий труда большое
значение имеет освещение рабочих мест.
Задачи организации освещённости рабочих
мест:
-обеспечение различаемости рассматриваемых
предметов,
-уменьшение напряжения и утомляемости
органов зрения.
- производственное освещение должно быть
равномерным и устойчивым, иметь правильное
направление светового потока, исключать
слепящее действие света и образование резких
теней.

4.

5.

6.

Определение коэффициента
освещенности в помещении при
помощи люксметра

7. Цель: Определение КЕО в расчетных точках на условной рабочей поверхности Коэффициент естественной освещенности (КЕО)

8.

коэффициент естественной освещенности (к.е.о.)
Eм
ем
100%
Ен
геометрический коэффициент естественной
Eм
освещенности (к.е.о.)
100%
м
Ен
При определении геометрического КЕО не
учитывается остекленность светопроема.

9.

УРП-условная рабочая поверхность

10.

Цель работы:
ознокомиться с прибором ЛМ-3,
измерить освещенность некоторых точек рабочей
поверхности помещения.
Порядок выполнения работы.
1. Внимательно ознакомиться с прибором ЛМ-3
2. Произвести измерения освещенности в нескольких(4-5) точках
помещения лаборатории
3. Построить разрез комнаты в удобном масштабе на кальке.
4. По полученным данным найти К.Е.О.
5. Построить график зависимости
(х) и К.Е.О. (х) на миллиметровой бумаге.

11.

№ Ев
Е┴
sin h0
1
240
70,1*10 1/2
00
2
190
sin 30
3
170
4
40
5
30
6
20
Ег
q*
Ен
t0
е
70,1*0,
5*1000
1.Затем находим освещенность горизонтальной
площадки Ег: Ег=Е┴ *sin h0 )
где h0- высота стояния солнца в данное время.
3. Рассчитать по формуле освещенность Ен:
Ен=Ег*q*t0

12.

1. Из таблицы 1 в приложении определяем для данной местности
(т.е. по широте), времени года и дня Е┴, освещенность площадки,
перпендикулярной направлению солнечного потока. Широта
города Алматы приблизительно 430.
Географ
ическая
широта
/град/
Характерные дни года
22.12
22.03 и 22.09
22.06
8;16
10;14
12
Часы дня
8;16 10;14
12
30
41,4
79,5
86,0
75,0
92,9
96,7
86,0
97,3
99,8
40
14,5
66,8
76,0
70,1 89,4
93,6
86,7
86,7
99,1
8;16
10;14
12
50
-
29,8
39,8
43,3 58,7
62,0
60,4
66,6
68,2
60
-
4,2
13,9
35,9 52,5
56,1
59,4
64,8
66,4
43х)
-
56,0
66,0
62,0 80,0
84,0
78,0
87,0
89,5

13.

q - коэффициент, учитывающий неравномерную
яркость неба. Определяется из графиков q=q(θ),
либо из выражения
q=3/7*(1+2*sin(θ) (5)
Здесь θ – угол, образованный с горизонталью
линии, проведенной из
данной точки в центр светопроема.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

Путь развития искусственного освещения
был долгим и сложным. С доисторических
времен и до середины ХIХ века человек
применял для освещения своего жилища:
• пламя факела;
• лучину;
• масляный
светильник;
• свечу;
• керосиновую
лампу.
Тела при температуре 800° С начинают излучать свет.
• У светящейся вольфрамовой нити температура 2 700° С;
• на поверхности Солнца – 6 000° С;
• звезды имеют температуру более 20 000° С.

47.

1878 год
Лампа с электрической дугой –
«Свеча П.Н.Яблочкова»
23 марта 1876 года
Павел Николаевич Яблочков (1847-1894)
получил первый в мире патент на
изобретение электрической лампы.
Русский электротехник П.Н. Яблочков
изобрел лампу с электрической дугой,
названную «свечой Яблочкова».
Такие свечи в 1878 году были установлены на
улицах и площадях Парижа, а потом они
появились в Москве и Петербурге.
Лампу П.Н. Яблочкова в Европе
современники называли «русским светом»,
в России — «русским солнцем».

48.

Первыми электрическими
лампами были лампы
накаливания, которые служат
нам до сих пор.
Их свет считается
оптимальным для
восприятия человеческим
глазом.
Но у них есть один
существенный недостаток:
:
приблизительно
95% их
энергии преобразуется в
тепло, и лишь 5% остается на
долю света.
/

49.

Световые приборы —
основное техническое
средство, обеспечивающее
создание требуемых условий
искусственного освещения и
световой сигнализации во
всех сферах народного
хозяйства и быта людей

50. Виды источников света

Лампы накаливания
◦ Обычные лампы накаливания
◦ Галогенные лампы накаливания
Газоразрядные лампы
◦ Люминесцентные лампы
◦ Дуговые ртутные лампы высокого давления
◦ Металлогалогенные лампы
◦ Натриевые лампы
◦ Ксеноновые лампы

51.

Основные характеристики
источников света:
• электрические (напряжение, мощность),
• геометрические (размеры и форма колб),
• световые (световой поток, световая
отдача, яркость),
• цветовые
(спектральный
состав,
цветность
излучения, цветопередача),
• экономические (стоимость, срок службы).
.

52. По основному назначению светильники разделяют на:

осветительные
светосигнальные
по характеру светораспределения
подразделяются на
светильники (приборы ближнего
действия — до 15—ЗО м)
прожекторы (приборы дальнего
действия)

53. Осветительные приборы

Совокупность осветительной арматуры и источника света
Осветительные приборы
◦ Светильник – для освещения близкорасположенных объектов
◦ Прожектор – для освещения
удаленных объектов

54.

55.

56. выделяют четыре группы осветительных устройств:

серийные светильники для общего освещения пространств и
объектов, не претендующие на заметную композиционную роль в
ансамбле;
осветительные устройства — элементы архитектуры, т.е.
встроенные в конструкции интерьера или фасада здания, или
сооружения-светильники, ставшие частью их материальной
структуры, объемной и пластической формы;

57.

“светильники-скульптуры”, т.е. сложной формы люстры,
канделябры, бра, фонари, имеющие две равнозначные функции
освещать (в темное время) и украшать (в любое время)
ансамбль, служить в нем масштабными и декоративными
элементами;
светящие малые формы (светоинформационные установки,
киоски, фонтаны, скульптуры, произведения светокинетического
искусства).

58. для эксплуатации в нормальной среде светильники изготавливаются

открытые
закрытые
влагозащищенные
пылезащищенные

59. По способу крепления подразделяются на:

стационарные
переносные

60. В интерьере различают светильники:

потолочные
подвесные
настенные
напольные
настольные,
встроенные

61. в открытых пространствах различают:

подвесные,
на опорах (консольные или
венчающие)
настенные
встроенные

62. Лампы накаливания (Б, БК, Г)

Принцип действия
◦ Нагрев до температуры свечения нити в инертной среде
Световая отдача
◦ 10-15 лм/Вт
Срок службы
◦ 1000-2000 часов
Мощность
◦ 25-200 Вт

63. Лампы накаливания. Особенности

Простота изготовления и удобство эксплуатации
Мгновенное зажигание
Малая световая отдача
Низкий КПД (10-15%)
Короткий срок службы
Спектр, отличается
от спектра дневного света
Область применения –
бытовые, промышленные, общественные помещения,

64.

Газосветные лампы
В газосветных лампах используется свойство разреженных
газов светиться при прохождении через них электрического
тока. Свет, излучаемый такой лампой, зависит от природы газа.
• Неон дает – красный;
• аргон – синий;
• гелий – желтый цвет.
Эти лампы нашли себе применение для устройства вывесок,
реклам, иллюминации. Эти лампы получили название
люминесцентных ламп.
Они более экономичные. Их КПД около 20 %.

65. Люминесцентные лампы (ЛБ, ЛД, ЛДЦ, ЛТБ)

Принцип действия
◦ Электрический разряд в газе с последующим его
преобразованием с помощью люминофора в видимое
излучение.
Световая отдача
◦ 60-80 лм/Вт
Срок службы
◦ До 20000 часов
Мощность
◦ 4-80 Вт

66. Люминесцентные лампы. Особенности

Больший срок службы
Высокая световая отдача
Более высокая пожаробезопасность
Пульсации светового потока,
Сложная схема включения (наличие ПРА)
Чувствительность к колебаниям температуры
окружающей среды
Область применения – жилые и общественные
задания

67.

Галогенные
лампы
В последнее время получают распространение
галогенные (в частности йодные) лампы, в которых
баллон заполнен парами йода. Йод способен
соединяться с вольфрамом при низкой температуре,
образуя йодид вольфрама. Это обеспечивает возврат
вольфрама на нить и увеличивает срок службы нити.

68. Галогенные лампы (КГ, КГВ)

Принцип действия
◦ Нагрев до температуры свечения нити в среде, содержащей
пары галогенов
Световая отдача
◦ 20-30 лм/Вт
Срок службы
◦ До 3000 часов
Мощность
◦ 75-10000 Вт

69. Галогенные лампы. Особенности

Удобство эксплуатации (не требуют дополнительных
устройств для включения в сеть)
Более высокая световая отдача
Более продолжительный срок службы
Стабильность светового потока
Нечувствительной к перепадам температур
Область применения – внутреннее освещение,
специальные установки

70. Компактные люминесцентные лампы (КЛ, КЛЭ, КЛУ)

Особенности
◦ Мощность 7-40 Вт
◦ Применение вместо обычных ламп накаливания
◦ Продолжительный
срок службы
◦ Высокая
энергоэффективность
◦ Встроенная ПРА
◦ Область применения –
жилые, общественные здания

71. Дуговые ртутные лампы с люминофором (ДРЛ)

Принцип действия
◦ Электрический разряд в парах ртути с последующим его
преобразованием с помощью люминофора в видимое
излучение.
Световая отдача
◦ 40-60 лм/Вт
Срок службы
◦ До 20000 часов
Мощность
◦ 50-1000 Вт

72. Дуговые ртутные лампы. Особенности

Высокая светоотдача при небольших габаритах
Большой срок службы
Включение в сеть с помощью ПРА
Устойчивости к температуре внешней среды
Длительное разгорание при включении (5-7 мин)
Плохая цветопередача
Область применения – производственные
помещения, наружное освещение

73. Металлогалогенные лампы (ДРИ)

Принцип действия
◦ Электрический разряд в парах иодидов металлов
Световая отдача
◦ 70-90 лм/Вт
Срок службы
◦ До 10000 часов
Мощность
◦ 175-3500 Вт

74. Металлогалогенные лампы. Особенности

Высокая светоотдача
Продолжительный срок службы
Улучшенная цветопередача
Включение в сеть с помощью ПРА
Область применения – производственные помещения, наружное
освещение

75. Натриевые лампы (ДНаТ)

Принцип действия
◦ Электрический разряд в парах натрия
Световая отдача
◦ 90-120 лм/Вт
Срок службы
◦ До 12000 часов
Мощность
◦ 35-400 Вт

76. Натриевые лампы. Особенности

Наиболее высокая световая отдача
Длительный срок службы
Высокая экономичность
Включение в сеть с помощью ПРА
Плохая цветопередача
Область применения – наружное освещение

77.

Основные характеристики источников искусственного света,
применяемых в осветительных установках

78. Сравнительная таблица источников света

Тип
Мощность,
лампы
Вт
Б
150
КГ
150
ЛБ
40
ДРЛ
125
ДРИ
175
ДНаТ
150
Световой
поток, Лм
1600
2500
3000
6500
12000
14000
Срок службы,
часов
2000
2000
12000
12000
4000
6000

79.

80. Классификация светильников

Светильники прямого света (П)
◦ > 80% светового потока в нижнюю полусферу
Светильники преимущественно прямого света (Н)
◦ 60-80% светового потока в нижнюю полусферу
Светильники рассеянного света (Р)
◦ 40-60% светового потока в каждую полусферу
Светильники преимущественно отраженного света (В)
◦ 60-80% светового потока в верхнюю полусферу
Светильники отраженного света (О)
◦ > 80% светового потока в верхнюю полусферу

81. Светильники c люминесцентными лампами

Источник света
◦ Люминесцентная лампа (ЛПО, ЛСП)
Исполнение
◦ Открытые
◦ С защитной решеткой
◦ С защитной трубой
Область применения
◦ Производственные помещения
◦ Общественные здания

82. Подвесные светильники-глубокоизлучатели

Подвесные светильникиглубокоизлучатели
Источник света
◦ Лампа накаливания (НСП)
◦ Лампа ДРЛ (РСП)
◦ Лампа ДРИ (ГСП)
Исполнение
◦ Открытые
◦ С защитной сеткой
◦ С защитным стеклом
Область применения
◦ Высокие производственные
помещения
◦ Наружное освещение

83. Уличные светильники

Источник света
◦ Лампы накаливания (НТУ)
◦ Лампы ДРЛ (РКУ, РТУ)
◦ Лампы ДРИ (ГКУ)
◦ Лампы ДНаТ (ЖКУ, ЖТУ)
Исполнение
◦ Консольные
◦ Торшерные
Область применения
◦ Освещение улиц, дорог, площадей
◦ Декоративное освещение парков,
скверов
◦ Высокие помещения

84. Встраиваемые светильники

Источник света
◦ Лампы накаливания (НВО)
◦ Компактные люминесцентные
лампы (ЛВО)
◦ Лампы ДРИ (СВО)
Исполнение
◦ Потолочные
Область применения
◦ Общественные помещения
◦ Административные помещения

85. Размещение светильников

Варианты размещения
◦ По углам прямоугольника
◦ В шахматном порядке

86. Расположение светильников по высоте

Н – высота помещения
Hп – высоте подвеса светильника
Hp – высоте подвеса светильника
над рабочей поверхностью
L – расстояние между
светильниками
l – расстояние между
светильником и стеной

87. Выбор оптимальных расстояний

Относительное расстояние между
светильниками
L
HP
La Lb
L
HP
HP
Lb 3La
Расстояние от стен до светильников
◦ когда рабочие места расположены у стен
l (0,25 0,3) L
l (0,4 0,5) L
◦ когда у стены располагаются только проходы и проезды

88. Виды искусственного освещения

Рабочее освещение – освещение, обеспечивающее
нормируемую освещенность в помещениях
Аварийное освещение – освещение, обеспечивающее
минимальную допустимую освещенность при отключении
рабочего освещения
◦ освещение безопасности (для продолжения работы при аварийном
отключении рабочего освещения)
◦ эвакуационное освещение (для эвакуации при аварийном отключении
рабочего освещения)
Охранное освещение – освещение вдоль границ территорий,
охраняемых в ночное время
Дежурное освещение – освещение в нерабочее время

89.

Проектирование искусственного освещения в интерьере
помещения сводится к решению следующих задач:
- осуществляется выбор и распределение светлот в интерьере;
- производится определение допустимых яркостей (окон,
фонарей, светильников) и согласование их с требованиями
ограничения блесткости и устранения дискомфорта;
- выбирается цветовое решение интерьера в соответствии со
спектральным составом света;
- определяется направление и соотношение световых потоков
для наилучшего восприятия формы, пластики и фактуры отделки
интерьера;
подбираются
технические
средства
освещения,
удовлетворяющие эстетическим и функциональным требованиям.

90. Проектирование освещения

Светотехническая часть проекта
◦ выбор системы освещения
◦ выбор нормируемой освещенности
◦ выбор источников света
◦ выбор светильников и их размещение
◦ расчет электрического освещения
◦ оценка качества освещения
Электротехническая часть проекта
◦ выбор напряжения и источника питания осветительной
установки
◦ выбор схемы питания осветительной установки
◦ выбор марки проводов и способа прокладки
◦ расчет сечений проводов по нагреву и потере напряжения

91. Исходные данные

Архитектурно-строительные планы и разрезы зданий
с указанием назначения отдельных помещений
Чертежи металлических конструкций
Технологические планы и разрезы
Чертежи санитарно-технических коммуникаций
Сведения о характере среды в помещениях
Данные об особенностях технологического процесса

92. Проектная документация

СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное
освещение»
ПУЭ, глава 6 «Освещение»
ГОСТ 21.101-97 «Система проектной документации
для строительства. Основные требования к
проектной и рабочей документации»
◦ Требования к составу документации
◦ Правила выполнения документации
◦ Формат А4
◦ Маркировка комплектов документации:
ЭО – электрическое освещение,
ЭМ – силовое электрооборудование

93. Расчет осветительных установок

Методы расчета
◦ Метод удельной мощности
◦ Метод коэффициента использования
◦ Точечный метод

94. Метод коэффициента использования

Коэффициент использования - отношение светового
потока, падающего на поверхность, к суммарному
световому потоку всех источников света
Фр
nФл
1, т.к.Ф р nФл
С П
ηС – КПД светильника
ηП – коэффициент использования помещения
ab
i
H p ( a b)
a и b – длина и ширина помещения

95. Метод коэффициента использования

Средняя освещенность поверхности
Ecp
Фр
S
nФл
S
Поправочный коэффициент
Ecp
z
Emin
для ЛН и ДРЛ – 1,15
ЛЛ – 1,1
Коэффициент запаса kз
◦ для компенсации снижения освещенности с течением
времени
◦ равен 1,3-2,0 в зависимости от среды в помещении

96. Метод коэффициента использования

Минимальная освещенность поверхности
n Ф
Emin
S z kз
Световой поток лампы
Emin S z k з
Фл
n
Область применения
◦ общее равномерное освещение

97.

98. Метод коэффициента использования

Порядок расчета
◦ выбирают тип светильника
◦ намечают высоту его подвеса и наивыгоднейшее число
светильников
◦ устанавливают минимальный нормируемый уровень
освещенности
◦ определяют коэффициент использования
◦ определяют по справочным данным значения поправочного
коэффициента и коэффициента запаса
◦ рассчитывается световой поток лампы
◦ по расчетному потоку подбирается ближайшая стандартная
лампа, поток которой не должен отличаться от требуемого
расчетом более, чем на -10 и +20%

99. Метод удельной мощности

Удельная мощность
пPл
p уд
S
руд – удельная мощность
n – число ламп
Pл – мощность одной лампы
S – площадь помещения
Область применения
◦ Общее равномерное освещение
◦ Проверочные расчеты

100.

Сущность этого метода заключается в замене в
уравнении светового потока ламп Фл произведением
мощности ламп Wл на световую отдачу Рл, т.е.
Решая это уравнение относительно удельной
мощности W, имеем:
Из формулы видно, что удельная мощность зависит от
расчетного значения освещенности ЕнКз, коэффициента
использования осветительной установки Uоу, типа источника света
Рл и расположения светильников z.

101. Метод удельной мощности

Порядок расчета
◦ выбирают тип светильника
◦ намечают высоту его подвеса и наивыгоднейшее число
светильников
◦ находят по соответствующим таблицам удельную мощность
руд
◦ определяют установленную мощность ламп по формуле
Pу лампы
p уд S
◦ определяют мощность одной
Pл
Pу
п

102. Точечный метод

Расчет ведется для наименее освещенной точки в
пределах поверхности
Контрольные (характерные точки)

103. Точечный метод

Световой поток лампы
1000 Еmin k з
Фл
e
Коэффициент дополнительной освещенности μ
◦ Учитывает отраженный световой поток
◦ 1,0 – для темных поверхностей
◦ 1,2 – для светлых поверхностей

104. Точечный метод

Условная освещенность e
◦ Освещенность, рассчитанная
при условном потоке 1000 лм
◦ определяют по графикам
пространственных изолюкс
◦ определяется в зависимости
от рас-стояния d и высоты
подвеса светильника hп

105.

Нормирование и проектирование освещения городов
Проектирование световой среды города сводится к разработке
систем и установок наружного освещения. Их принято подразделять
на установки утилитарного (уличного) освещения и установки
архитектурного освещения (зданий и сооружений).
К утилитарному относится освещение дорожных покрытий
в транспортных и пешеходных зонах.
К архитектурному отнесено освещение фасадов зданий,
сооружений, памятников архитектуры, малых архитектурных форм
и зеленых насаждений. Особую группу составляют установки
световой рекламы, информации, сигнализации и освещения витрин.
При разработке проектов освещения обычно решают две
задачи:
- выявление функционально-планировочной структуры города;
- выявление светокомпозиционной организации городского
пространства.

106.

107.

108.

109.

Задание на СРС:
Нормирование и проектирование
освещения городов (1, стр 177)
Задание на СРСП:
Расчет искусственного освещения заданного
помещения.
Раздел курсовой работы
(сроки сдачи: 9 неделя)

110.

Список литературы
Основная литература:
1. Под ред. Оболенский Н.В. Архитектурная
физика. – М.: Архитектура С.- 2005.- 448 с.
2. Омаров С.С. и др. МУ к курсовой работе по
разделу “Архитектурная светотехника” Алматы: КазГАСА.- 2002.
Дополнительная литература:
1.
Гусев Н.М. Основы строительной
физики. – М.:Стройиздат, 1975.

111.

112.

113. Моделирование архитектурного освещения [2], стр.242. Новая технология освещения интерьеров с использованием гелио-осветительных

Задание на СРС
Моделирование архитектурного освещения [2],
стр.242.
Новая технология освещения интерьеров с
использованием гелио-осветительных установок
[2], стр.118-121.стр 84 (1), стр 89 (3)
e=Eвн/Енар *100%

114.

На русском языке
На казахском языке
На английском языке
Светотехника
Жарыќ техникасы
light technology
Оптикалыќ сє улені (жарыќ ты) сипаттау, µ лшеу оны генерирлеу принципі мен
? орытуын зерттейтін техника мен ѓ ылым бµ лімі
Область науки и техники, занимающаяся исследованием принципов и разработкой
способов
генерирования,
пространственного
перераспределения,
измерения
характеристик оптического излучения (света)
Источник света
Жарыќ кµ зі
Light source
Спектрдіњ оптиканыњ бµ лігіндегі электромагниттік энергияны сє улелендіру
Излучатель электромагнитной энергии в оптической части спектра
Световой климат
Жарыќ тыќ
light climate
климат
Табиѓ и жарыќ энергия ресурсыныњ жиыны
Совокупность ресурсов природной световой энергии
Длина волны
Толќ ын
Wave length
? зындыѓ ы
Гармоникалыќ толќ ынныњ фазасы 2π -? а µ згергендегі ќ ашыќ тыќ
Расстояние, на котором фаза гармонической волны изменяется на 2π
Свет
Жарыќ
light
Адам кµ зініњ ќ абылдайтын жиілік интервалындаѓ ы электромагниттік толќ ындар
Электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом
Светимость
Жарыќ тыќ
lightness
Жарыќ кµ зініњ бірлік ауданыныњ шыѓ аратын толыќ жарыќ аѓ ыны Величина
полного светового потока, испускаемого единицей поверхности источника света

115.

Список литературы
Основная литература:
1.
Под ред. Оболенский Н.В. Архитектурная физика. – М.:
Архитектура С.- 2005.- 448 с.
2.
Омаров С.С. и др. МУ к курсовой работе по разделу
“Архитектурная светотехника” - Алматы: КазГАСА.- 2002.
Дополнительная литература:
3.
Гусев Н.М. Основы строительной физики. –
М.:Стройиздат, 1975.
t1=0,8