Интеллектуальная среда дистанционного обучения и дизайна
http: econom.misis.ru, fdisto.misis.ru; e-mail: vaosadchy@yandex.ru
На главную Контакты Выполнить расчёт (запустить приложение)

Искусственное освещение

    Характеристики искусственного освещения регламентируются Строительными нормами и правилами (СНиП 23-05 - 95) “Естественное и искусственное освещение”.

    Нормы искусственного освещения устанавливают наименьшую допустимую освещенность в зависимости от минимального или эквивалентного размера объекта различения, контраста объекта с фоном и характеристики фона.

    Целевая функция:

    Создание математической модели, позволяющей определить количество светильников или их тип, который обеспечивает освещенность на рабочем месте не менее нормативной и дает их оптимальное расположение на плане помещения.

    Исходные данные (таблица 1):

    (Показать таблицу 1)

    длина помещения - А, м;
    ширина помещения - В, м;
    высота подвеса светильника - Нсв, м;
    отражательная способность потолка и стен - rпот, rст;
    разряд зрительных работ;
    концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны - мг/м3
    тип ламп в светильнике.

Таблица 1 - Исходные данные

№

Тип помещения

 А, м B, м Hсв, м Концентрация вредного вещества, мг/м3

Коэффициент отражения

Разряд и подразряд зрительных работ

Рекомендуемый тип источника освещения
7 ρп ρст
1 Работа за компьютером 9 7 2,8 <0,3 0,7 0,5 Б 1 ЛБ30
2 Работа с оргтехникой 10 5 2,8 <0,3 0,7 0,5 Б 2 ЛБ30
3 Ювелирные работы 7 4 2,8 <0,3 0,7 0,5 IIб ЛБ30
4 Сборка часовых механизмов 6 5 2,8 <0,3 0,7 0,5 IIб ЛБ30
5 Работа с микросхемами 8 3 2,8 <0,3 0,7 0,5 IIб ЛБ45
6 Работа с микроскопами 7 30 2,8 <0,3 0,7 0,5 IIa ЛБ30
7 Отделение заливки форм жидким металлом литейных цехов 33 33 12 0,3-1,0 0,5 0,1 IIIг ДРИ1000
8 Клети, агрегаты непрерывного отжига цехов холодного проката листа 36 33 12 0,3-1,0 0,5 0,1 IVа ДРИ400
9 Плавильно-заливочные отделения литейных цехов 42 9 12 0,3-1,0 0,5 0,1 IVб ДРИ400
10 Агрегаты резки цехов холодного проката листа, на ПУ 12 9 12 0,3-1,0 0,5 0,1 IVв ДРИ400
11 Пролеты прокатных станов цехов холодного проката листа, на ПУ 12 15 12 0,3-1,0 0,5 0,1 IVг ДРИ250
12 Агрегаты непрерывного травления цехов холодного проката листа 24 18 12 1-3 0,5 0,1 Vа ДРИ1000
13 Смесеподготовительные отделения литейных цехов 30 12 12 1-3 0,5 0,1 Vб ДРИ400
14 Столы подачи, места упаковки листа, цехов холодного проката листа 18 18 12 1-3 0,5 0,1 Vв ДРЛ400
15 Ножницы, пилы холодной резки цехов горячего проката 30 30 12 1-3 0,5 0,1 Vв ДРЛ250
16 Площадки приводных роликов башенных печей, цехов холодного проката листа 36 24 12 1-3 0,5 0,1 Vг ДРЛ250
17 Стрипперные отделения сталеплавильных цехов 30 18 12 1-3 0,5 0,1 VI ДРЛ250
18 Склады пакетов листов, цехов холодного проката листа 30 18 12 1-3 0,5 0,1 VI ДРЛ250
19 Отделения выбивки литейных цехов 24 24 12 1-3 0,5 0,1 VI ДРЛ700
20 Разливочные и печные пролеты сталеплавильных цехов 30 30 12 3-5 0,5 0,1 VII ДРЛ250
21 Конвертерные цехи 124 12 24 3-5 0,5 0,1 VII ДРЛ1500
22 Печные пролеты электросталеплавильных цехов 24 12 12 3-5 0,5 0,1 VII ДРЛ250
23 Транспортеры смесеприготовительных отделений литейных цехов 24 24 12 5-10 0,5 0,1 VIII ДРИ250
24 Миксерное отделение сталеплавильных цехов 30 18 12 5-10 0,5 0,1 VIII ДРЛ700
25 Подбункерные помещения доменных цехов 30 12 5-10 0,5 0,1 VIII ДРИ250

    Математическое описание модели:

    I. Количество светильников Nсв обеспечивающих в заданном помещении заданное значение освещенности, рассчитывается по формуле (метод коэффициента использования светового потока):

, (3.1.1)

где Eн - нормативное значение освещенности.

    (Показать приложение 1, приложение 2)

    S =A . B - площадь пола помещения, м;

    Кз - коэффициент запаса (таблица 2), зависящий от степени износа лампы и загрязненности воздуха;

    z - коэффициент минимальной освещенности. Для ламп накаливания и газоразрядных ламп высокого давления рекомендуется принимать z = 1,15; для газоразрядных ламп низкого давления люминесцентных z = 1,1;

    Фл, - световой поток лампы (таблица 3), лм;

    n - количество ламп в одном светильнике: для газоразрядных - 1 лампа, для люминисцентных - 2-6 ламп;

    h - коэффициент использования светового потока, зависящий от геометрических параметров помещения (индекс помещения i)

Таблица 2 - Коэффициент запаса Кз

Содержание вредных выделений в рабочей зоне Коэффициент запаса Кз, для ламп
газоразрядные накаливания

Пыль, дым, копоть:

    свыше 5 мг/м3

    свыше 1-5 мг/м3

    менее 1 мг/м3

Значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов

 2,0

1,8

1,5

1,8

 1,7

1,5

1,3

1,5

Таблица 3 - Технические данные газоразрядных ламп (ГОСТ 19294-84, ГОСТ 6825-91)

Источник света Световой поток, лм Полная длина ламп, мм
Люминесцентные лампы
ЛБ30 2100 909
ЛД30 1640 909
ЛХБ30 1720 909
ЛДЦ30 2100 909
ЛДЦ40 2100 1214
ЛД40 2340 1214
ЛХБ40 3000 1214
ЛБ40 3120 1214
ЛДЦ80 3740 1515
ЛД80 4070 1515
ЛБ80 5220 1515
Ртутная лампа высокого давления
ДРЛ250 12500 200
ДРЛ400 22000 200
ДРЛ700 38500 200
ДРЛ1000 55000 200
ДРЛ2000 130000 200
Металлогалогенная лампа
ДРИ250 25000 200
ДРИ400 40000 200
ДРИ700 60000 200
ДРИ1000 100000 200
ДРИ2000 160000 200

    Индекс помещения находим по формуле:

, (3.1.2)

где А - длина помещения, м;

    В - ширина помещения, м;

    Нсв - высота подвеса светильника, м;

    Коэффициент использования светового потока определяется на основании индекса помещения и отражательной способности потолка rпот и стен, rст. (таблица 3.4)

Таблица 3.4 - Коэффициент использования светового потока

Тип светильника
для ламп накаливания для люминесцентных ламп
  Глубокоизлучатель эмалированный ЛБ; ЛД ДРЛ; ДРИ
ρп 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7
ρс 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5
ι Коэффициент использования светового потока η
0,5 0,19 0,21 0,26 0,20 0,25 0,31 0,19 0,21 0,30
0,6 0,24 0,27 0,31 0,25 0,29 0,36 0,23 0,26 0,34
0,8 0,32 0,34 0,37 0,33 0,36 0,44 0,28 0,33 0,41
1,0 0,36 0,38 0,40 0,38 0,42 0,50 0,33 0,38 0,47
1,5 0,41 0,43 0,46 0,47 0,52 0,61 0,42 0,48 0,59
2,0 0,44 0,46 0,49 0,54 0,57 0,68 0,47 0,53 0,67
3,0 0,43 0,51 0,53 0,60 0,63 0,75 0,53 0,59 0,75
4,0 0,51 0,52 0,55 0,60 0,66 0,80 0,64 0,66 0,80
5,0 0,52 0,54 0,57 0,61 0,69 0,82 0,66 0,69 0,82

    II Расположение светильников на плане помещения

Рисунок 3.1 - Схема расположения светильников на плане помещения.

Таблица 3.5 - Коэффициент расположения светильников

Светильник СЗ РСП ГСП ЛСП
Лампа ДРЛ ДРЛ ДРИ ЛБ;ЛД
Оптимальные значения коэффициента наивыгоднейшего расположения светильников λ 0,8 0,9 1,2 1,4

    1 Расположение светильников на плане помещения и проведение проверки

    Расположение светильников предполагает расчёт количества рядов светильников в помещении и количества светильников в ряду.

    Определяем расстояние между рядами светильников L по формуле:

(3.1.4)

    Расстояние от стен до первого ряда светильников определяется как L/2.

    Количество светильников в ряду определятся по формуле (число округляется до целого)

(3.1.5)

    Количество рядов определяется из условия, что крайние ряды от стен находятся на расстояние L/2, а последующие ряды можно найти по формуле:

(3.1.6)

    Данная формула действительна если количество рядов больше чем 1.

    Уточняем общее количество светильников:

N=NhMh

    2, Уточняем количество ламп в светильнике и количество светильников. Рассчитываем Фл- световой поток лампы (по формуле нахождения количества светильников из пункта I) и подбираем другой тип светильника по заданному значению Nсв .

    Необходимо, чтобы значение освещенности во всех точках помещения была большей или равной значению минимальной нормированной освещенности помещения Еmin (приложение 1,2).

    Для того чтобы проверить, выполняется ли это условие, нужно выбрать точку между светильниками (в середине между светильниками). Для проверки можно брать сколько угодно точек, но целесообразно для проверки брать две точки: одну между ближайшими 4-мя; и одну между двумя светильниками на крайнем ряду. Для проверки так же нужно учесть, что расстояние между светильниками должно быть больше длины светильника на δ (от 10 до 20 мм).

    III. Точечным методом проверяем освещенность в нескольких точках помещения.

    Локальная освещенность E, лм в какой-либо точке А (рисунок 2), связана с силой света I, кд источника излучения.

, (3.1.7)

где Iα - сила света в направлении от источника на заданную точку рабочей поверхности, кд;

    l - расстояние от светильника до расчётной точки, м;

    α - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы света от источника, м.

Рисунок 3.2 - Схематическое изображение величин, применяемых в расчётах освещенности методом точечного источника

    Расстояние d определяется исходя из геометрических размеров помещения. Величину данного расстояния можно определить по формуле:

(3.1.8)

    Зная расстояние d, можем определить расстояние от источника света до расчётной точки l, по теореме Пифагора:

(3.1.9)

    Теперь мы можем определить cos a:

(3.1.10)

    Подставив полученные значения и посчитав суммарную освещенность, получим значение освещенности в расчётной точке А. Если полученное значение будет меньше Еmin, значит необходимо уменьшить расстояние между светильниками (уменьшать можно примерно на 5 см за раз), после чего снова выполнить проверку, и так далее, до тех пор, пока условие не будет выполнено. В случае если условие так и не было выполнено, следует выбрать более мощные лампы и повторить расчёт, начиная выбора другого коэффициента запаса (Кз).

    Пространственное распределение силы света зависит от типа лампы, конструкции осветительной установки. Используя табличные значения силы света, рассчитанные для светильников с условной лампой, обладающей световым потоком 1000 лм, искомую освещенность в заданной точке можно вычислить по формуле:

(3.1.11)

(Показать таблицу 3.6)

Таблица 3.6 - Значение силы света, характерные для отдельных групп светильников с Фл=1000 лм

α, γ, рад Группы светильников
НП018, НП030, НСП, РСП11, СК300, ПВЛ, ЛСП16, ПВЛМ, ЛСП14, ЛПО09, ЛПО25 СЗДРЛ, РСП10, РСП13, РСП17, ГСП17, СВП РСП14, Н4Т4, ГСП18, РСП18 СЗ5ДРЛ, ИСП02, РСП08, ГК ГСП19, ССП02
Iα ,кд
0 233,4 670,7 894,2 1192 1583
5 232,9 664,8 883,8 1173 1549
10 229,2 647,5 852,5 1118 1449
15 228,5 618,5 801,1 1026 1288
20 224,7 579,5 731,2 902 1052
25 220,0 530,2 643,8 750 810
30 214,1 471,4 541,3 574 515
35 207,1 404,7 439,9 380 196
40 199,3 330,9 301,0 174 0
45 190,6 251,4 168,8 0 -
50 180,0 167,3 32,6 - -
55 170,5 81,8 - - -
60 159,2 - - - -
65 147,1 - - - -
70 134,3 - - - -
75 121,0 - - - -
80 106,9 - - - -
85 92,5 - - - -
90 77,7 - - - -

Приложение 1 - Выдержка из СНиП 23-05-95 (Искусственное освещение для производственных помещений производственных помещений)

Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм Разряд зрительной работы Подразряд зрительной работы Контраст объекта с фоном Характеристика фона Искусственное освещение

комбинированное

 общее
всего

в том числе от общего
наивысшей точности менее 0,15 I а малый темный 5000 500 -
б малый

средний

 средний

темный

 4000 400 1250
в малый

средний

большой

 светлый

средний

темный

 2500 300 750
г средний

большой

 светлый

средний

 1500 200 400
очень высокой точности от 0,15 до 0,30 II а малый темный 4000 400 -
б малый

средний

 средний

темный

 3000 300 750
в малый

средний

большой

 светлый

средний

темный

 2000 200 500
г средний

большой

 светлый

средний

 1000 200 300
высокой точности от 0,30 до 0,50 III а малый темный 2000 200 500
б малый

средний

 средний

темный

 1000 200 300
в малый

средний

большой

 светлый

средний

темный

 750 200 300
г средний

большой

 светлый

средний

 400 200 200
средней точности св. 0,5 до 1,0 IV а малый темный 750 200 300
б малый

средний

 средний

темный

 500 200 200
в малый

средний

большой

 светлый

средний

темный

 400 200 200
г средний

большой

 светлый

средний

 - - 200
малой точности св. 1 до 5 V а малый темный 400 200 300
б малый

средний

 средний

темный

 - - 200
в малый

средний

большой

 светлый

средний

темный

 - - 200
г средний

большой

 светлый

средний

 - - 200
грубая (очень малой точности) более 5 VI - независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном - 200  
работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах более 0,5 VII - независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном - 200  
общее наблюдение за ходом производственного процесса:

    - постоянное

    - периодическое при постоянном пребывании людей в помещении

    - периодическое при периодическом пребывании людей в помещении

    - общее наблюдение за инженерными коммуникациями

 VIII а малый темный - - 200
б малый

средний

 средний

темный

 - - -
в независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном

светлый

средний

темный

 - - -
г независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном

светлый

средний

 - - -

Приложение 2 - Выдержка из СНиП 23-05-95 (Искусственное освещение для непроизводственных помещений)

Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм Разряд зрительной работы Подразряд зрительной работы Относительная продолжительность зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность, % Освещенность на рабочей поверхности от системы общего освещения, лк
Различение объектов при фиксированной и нефиксированной линии зрения:
очень высокой точности от 0,15

до 0,30

 А 1

2

 не менее70

менее 70

 500

400
высокой точности от 0,30

до 0,50

 Б 1

2

 не менее 70

менее 70

 300

200
средней точности более 0,5 В 1

2

 не менее 70

менее 70

 150

100

    Экранная форма программы выглядит следующим образом:

    Пример экранной формы.

    Ссылка “Возврат на один уровень вверх” осуществляет переход на предыдущую страницу.