Расчет освещенности помещения

Постараюсь очень кратко и просто изложить метод ручного расчета освещения в помещениях, которому меня научили на курсе «Расчет освещения» школы светодизайна LiDS.Какой должна быть освещенностьПри планировании освещения, в первую очередь нужно определить соответствующую нормам целевую освещенность и посчитать общий световой поток, который должны давать светильники в помещении.С нормативами определиться просто – либо ищем свой тип помещения в таблицах СанПиН 2.21/2.1.1/1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий»и СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение», либо соглашаемся с основным требованием по освещенности жилых помещений – 150лк или офисных помещений с компьютерами – 400лк.Грубая оценка необходимого светового потокаПо умолчанию расчет освещенности делается в программе Dialux.

Но результат хотя бы приблизительно нужно знать заранее, чтобы сверить данные с оценкой «на глазок». Как написано даже в Википедии, средняя освещенность поверхности — это отношение падающего на нее светового потока к площади. Но в реальном помещении часть светового потока светильника рабочих плоскостей не достигает, пропадая на стенах.

Освещенность в помещении – это отношение общего светового потока светильников к площади помещения с поправочным коэффициентом «η».Долю света «η», который доходит до рабочих поверхностей, можно оценить на глазок. В самом общем приближении для некоего очень среднего помещения с какими-то там светильниками до рабочих поверхностей доходит примерно половина света, а значит для очень грубой оценки можно использовать коэффициент η = 0,5.Например, в комнате площадью 20м2светильник со световым потоком 700лм (эквивалент лампы накаливания 60Вт) создаст освещенность Е = 0,5 × 700лм / 20м2= 18лк. А это значит, что для достижения норматива в 150лк, нужно F = 700лм × (150лк / 18лк) =5800лм, или эквивалент 8-ми лампочек накаливания по 60Вт!(Полкиловатта ламп накаливания на небольшую комнату! Понятно, почему нормы освещенности для жилых помещений гораздо ниже, чем для учреждений, и почему учреждения уже давно никто лампами накаливания не освещает.)Более точный метод ручного расчетаНо так как помещения бывают с разными стенами, разной формы, с высокими или низкими потолками, поправочный коэффициент не обязательно равен 0,5 и для каждого случая свой: на практике, от 0,1 до 0,9.

При том, что разница между η = 0,3 и η = 0,6 уже означает разбег результатов в два раза.Точное значение η нужно брать из таблиц коэффициента использования светового потока, разработанных еще в СССР. В полном виде с пояснениями таблицы привожу в отдельном документе. Здесь же воспользуемся выдержкой из таблиц для самого популярного случая.

Для стандартного светлого помещения с коэффициентами отражения потолка стен и пола в 70%, 50%, 30%. И для смонтированных на потолок светильников, которые светят под себя и немного вбок (то есть имеют стандартную, так называемую, «косинусную» кривую силы света).Табл. 1 Коэффициенты использования светового потока для потолочных светильников с косинусной диаграммой в комнате с коэффициентами отражения потолка, стен и пола – 70%, 50% и 30% соответственно.В левой колонке таблицы указан индекс помещения, который считается по формуле:, где S — площадь помещения в м2, A и B — длина и ширина помещения, h — расстояние между светильником и горизонтальной поверхностью, на которой рассчитываем освещенность.Если нас интересует средняя освещенность рабочих поверхностей (стола) в комнате площадью 20м2со стенами 4м и 5м, и высоте подвеса светильника над столами 2м, индекс помещения будет равен i = 20м2/ ( ( 4м + 5м ) × 2,0м ) = 1,1.

Удостоверившись, что помещение и лампы соответствуют указанным в подписи к таблице, получаем коэффициент использования светового потока – 46%. Множитель η = 0,46 очень близок к предположенному навскидку η = 0,5. Средняя освещенность рабочих поверхностей при общем световом потоке 700лм составит 16лк, а для достижения целевых 150лк, потребуется F = 700лм × ( 150лк / 16лк ) = 6500лм.Но если бы потолки в комнате были выше на полметра, а комната была не «светлым», а «стандартным» помещением с коэффициентами отражения потолка, стен и пола 50%, 30% и 10%, коэффициент использования светового потока η составил бы (см.

расширенную версию таблицы) η = 0,23, и освещенность была бы ровно вдвое меньше! Проверяем расчеты в диалюксеПостроим в диалюксе комнату 4 × 5м, высотой 2,8м, с высотой рабочих поверхностей 0,8м и теми же коэффициентами отражения, что и при ручном счете. И повесим 9шт мелких светильников с классической косинусной диаграммой по 720лм каждый (6480лм на круг). Рис.

1 Взятый для примера светильник Philips BWG201 со световым потоком 720лм, и его классическое «косинусное» светораспределениеПолучится ли у нас средняя освещенность рабочих поверхностей в 150лк, как мы оценили вручную? Да, результат расчета в Dialux – 143лк (см. рис2), а в пустой комнате без мебели и человеческой фигуры – 149лк.

В светотехнике же значения, различающиеся менее чем на 10% считаются совпадающими. Рис. 2 Результат расчета в диалюксе – средняя освещенность рабочей поверхности (при коэффициенте запаса 1,0) составила 143лк, что соответствует целевому значению 150лк.Рис.

3 Красивые картинки, в которые верят люди.Заключение:На грубую оценку примитивным методом по формуле E = 0.5 × F / S потребуется 1 минута времени, на уточнение коэффициента использования по таблицам – еще 3 минуты, на проект в диалюксе после некоторого обучения – около 20 минут и еще 20 минут, если хочется «навести красоту». Диалюкс выдает очень красивые картинки (см. рис.

3), которые стоят потраченного труда, потому что в них верят люди. Но по соотношению эффективности и трудозатрат оценка освещенности врукопашную вне конкуренции. Ручной счет прост, надежен и эффективен как саперная лопатка, дает уверенность и понимание.Метки:светотехникаосвещениерасчет освещенности

В электрике существует такое понятие как, расчет освещенности помещения. Данный расчет является фундаментом всей осветительной части электропроводки, поэтому ему следует уделить особое внимание. В этой статье мы подробно разберем:

Зачем делать расчет освещенности помещения?А также рассмотрим пошаговое выполнение расчёта освещённости на конкретном примере

Теперь, обо всем по порядку.

Зачем делать расчет освещения?

В первую очередь, данный расчет необходим, для создания достаточной освещенности помещения, которая в свою очередь обеспечивает благоприятные и комфортные условия для жизнедеятельности человека.

Недостаток освещения или его чрезмерность, вызывает сильное напряжение глаз, быструю утомляемость и оказывает ощутимый психологический дискомфорт, что неблагоприятным образом отражается на здоровье человека в целом.

Идеальным освещением для наших глаз, является естественный природный свет (дневное, утреннее или вечернее солнце, солнце за облаками).

Основной задачей расчета освещенности помещения, является максимальное приближение искусственного освещения к естественному. К искусственному освещению относиться такой свет, которым человек имеет возможность управлять.

Электрический свет, является искусственным, он получается в результате преобразование электрической энергии в один из видов электромагнитного излучения, которое воспринимается человеческим глазом как свет. Именно такое преобразование происходит внутри ламп установленных в корпусах осветительных электроустановок (светильники, люстры, бра, торшеры и так далее).

В строительно-проектировочной документации(СНиП) существуют специальные правила, в которых прописаны нормы освещенности для различных видов помещений. Ниже рассмотрен пример, пошагового выполнение расчета с подробными комментариями и пояснениями.

Расчет освещения, пример

Расчет освещенности помещения производиться по формуле:

Для удобства запишем ее так:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

где,

1. Фл – световой поток лампы,

2. Ен – норма освещенности

3. S – площадь помещения

4. k – коэффициент запаса

5. z – поправочный коэффициент

6. N – количество принятых светильников

7. η – коэффициент использования светового потока

8. n – число ламп в светильнике.

Данные нашего примера:

Жилая комната.Длина – 5,5 м,Ширина – 3,5 м.Потолок – белый крашенный,Стены – обои, светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка,Пол – линолеум, серого цвета

Планируется установка пяти рожковой люстры, с пятью лампами, каждая из которых монтируется внутри плафона, изготовленного из белой матовой ткани во весь размер лампы.

Данная комната имеет стандартную высоту потолков 2,5 м. Опираясь на конструктивное исполнение светильника определяем высоту его подвеса. Для нашего примера эти данные будут следующими:

высота установки люстры от пола до плафонов в которых установлены лампы – 2,3 м

Теперь найдем все необходимые для расчетов данные.

2. Ен – нормированная освещенность

Измеряется в Люксах (Лк), является нормированной величиной, прописанной в своде правил строительной документации СНиП. Ниже представлена таблица норм освещенности.

Таблица №1. Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений, согласно СНиП 23-05-95

Помещение нашего примера – жилая комната. Согласно таблицы №1 нормируемая освещенность для данного вида помещений равна 150 Люкс (Лк).

Ен = 150

Подставим значение в формулу:

Фл = (Ен* S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150* S * k * z) / (N * η * n)

3. S – площадь помещения

Для выполнения последующих расчетов нам потребуется знать площадь данной комнаты. Посчитать ее мы можем по формуле площади прямоугольника:

S= а * b,

где,

S – площадь помещения (метры квадратные – м2)а – длина помещения (метры квадратные – м2), в нашем примере 5,5 мb- ширина помещения (метры квадратные – м2), в нашем примере 3,5 м

Подставим наши значения

S = a * b = 5,5 * 3,5 = 19,25 м2

S = 19,25

Подставим данные в формулу:

Фл = (Ен * S* k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25* k * z) / (N * η * n)

4. k – коэффициент запаса

Коэффициент запаса (зависит от типа ламп и степени загрязненности помещения) Коэффициент запаса k учитывает запыленность помещения, снижение светового потока ламп в процессе эксплуатации. Значения коэффициента k приведены в таблице.

Таблица №2. Коэффициент запаса для жилых помещений для различных типов ламп

В нашей люстре планируется использование светодиодных ламп, выбираем коэффициент запаса равный 1.

K = 1.

Подставим значение в формулу:

Фл = (Ен * S *k* z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1* z) / (N * η * n)

5. z – поправочный коэффициент (коэффициент неравномерности)

z – поправочный коэффициент, применяемый в помещениях где требуется освещенность больше чем нормируемая минимальная

Данный коэффициент следует применять в помещениях где планируется выполнение точной зрительной работы, например, читать или писать.

Для ламп накаливания и ДРЛ (ртутная газоразрядная лампа) z = 1,15, для люминесцентных и светодиодных ламп z = 1,1

В наш светильник будут установлены светодиодные лампы, используем поправочный коэффициент 1,1.

z = 1,1

Вставляем данные в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (N * η * n)

6. N – количество принятых светильников

Освящать комнату будет один светильник, расположенный в центре помещения.

N = 1

Фл = (Ен * S * k * z) / (N* η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1* η * n)

7. η – коэффициент использования светового потока

Для того что бы найти коэффициент использования светового потока нам потребуется рассчитать индекс помещения – i.

Воспользуемся следующей формулой:

i = S / ((a + b) * h)

где,

i – индекс помещения,S – площадь помещения (метры квадратные – м2), – в нашем примере 19,25 м2;а – длина комнаты (метры квадратные – м2), – в нашем примере 5,5 м;b- ширина комнаты (метры квадратные – м2), – в нашем примере 3,5 м;h – высота подвеса светильника от пола (метры – м), – в нашем примере 2,3 м;

Считаем:

i = S / ((a + b) * h) = 19,25 / ((5,5 + 3,5) * 2,3) = 19,25 / (9 * 2,3) = 19,25 / 20,7 = 0,929…

округляем до значения близкого к:

0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 3, 3.5, 4, 5

В нашем случае это значение 0.9

Теперь нам потребуются данные о дизайне нашей комнаты. Конкретно интересуют три вещи пол, потолок и стены их цветовой оттенок в формате белый – светлый – темный – серый – черный. Например, бежевые стены будут относиться к светлым, красные, вишневые, коричневые к темным, с черным и белым и так все понятно.

Эти оттенки называются коэффициентом отражения (Р) и выражаются в процентном соотношении следующим образом:

70% – белый50% – светлый30% – серый10% – темный0% – черный

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

Потолок – белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)Стены – обои светлые, однотонные, (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)Пол – линолеум серого цвета, в процентном соотношении 30% (серый)

Обладая всеми этими данными, мы можем определить коэффициент использования светового потока светильника – η.

Для этого воспользуемся соответствующей нашему светильнику таблицей, одной из 5 (таблицы №3-7) приведенных ниже.

Наш светильник за счет конструктивного исполнения плафонов (матовая белая ткань) имеет равномерное распределение светового потока, поэтому данные по нему ищем по таблице №5. Ниже приведены 5 таблиц в которых изложены данные для определения светового потока, после которых будет детально разобрана инструкция с описанием того как ими пользоваться.

Таблица №3. Коэффициент использования для потолочного светильника

Таблица №4. Коэффициент использования для подвесного светильника

Таблица №5. Коэффициент использования для светильника с равномерным освещением

Таблица №6. Коэффициент использования для светильников с косинусным распределением светового потока

Таблица №7. Коэффициент использования для светильников с глубокими плафонами

Напомню, светильник нашего примера является равномерным, относится к Таблице №3.

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

Потолок – белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)Стены – обои светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)Пол – серый линолеум, в процентном соотношении 30% (серый)

i- который мы рассчитывали выше по формуле, i= S/ (a+ b) * h)) = 0.9

В правой вертикальной колонке таблицы ищем соответствующий рассчитанному – i.

В горизонтальных строках подбираем данные комнаты, соответствующие нашим:

Совмещаем линии P и i.

η = 0.51

Подставим полученные данные в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η* n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51* n)

8. n – число ламп в светильнике

Люстра в нашем примере пяти рожковая, в ее конструкции предусмотрена установка 5 ламп.

n = 5

Вставляем данное значение в формулу:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51 * 5)

Все необходимые значения найдены, теперь мы можем рассчитать Фл – световой поток лампы.

Считаем:

Фл = (Ен * S * k * z) / (N * η * n)

Фл = (150 * 19,25 * 1 * 1,1) / (1 * 0.51 * 5) = 3176,25 / 2,55 = 1245,58…

Округлим 1245,58 до целого значения, получим 1246.

Световой поток лампы измеряется в Люменах (Лм), готовый результат запишем как:

Фл = 1246 Лм

Каждая лампа нашего светильника должна иметь световой поток равный 1246 Лм.

Далее, мы рассмотрим, каким образом выбрать лампу зная ее световой поток, но для начала сделаем небольшое отступление.

В настоящее время на рынке электрической продукции представлены следующие лампы:

Лампа накаливанияГалогенная лампаСветодиодная лампаЛюминесцентная лампаКомпактная люминесцентная лампаГазоразрядная лампа

Каждая из этих ламп имеет свои характеристики, особенности, преимущества и недостатки. Поэтому, делая выбор в сторону конкретной лампы нужно учитывать следующие вещи:

Мощность лампыНагрев корпуса (для ламп накаливания и галогенных ламп)Световой потокЦветопередачу

Эти данные (кроме температуры нагрева корпуса) указаны заводом изготовителем на упаковочной коробке лампы, опираясь на них, мы можем выбрать требуемую освещенность для конкретного помещения.

Мощность лампы – определяет, количество потребляемой электроэнергии, измеряется в Ватах (Вт)

Световой поток – излучаемое лампой количество света, измеряется в Люменах (Лм).

Цветопередача – состоит из цветовой температуры и оттенка. Цветовая температура измеряется в диапазоне от красного 1800 К – до синего 16 000 К цвета.

Чем меньше значение, тем цветность ближе к красному, чем больше, тем ближе к синему.

Например, знакомая нам всем 100 Ваттная лампа накаливания имеет цветность 2800 К.Измеряется цветопередача в Кельвинах (К).Оттенок, для большинства видов ламп освещения, может быть теплого или холодного света, задает общую тональность светового потока.Таблица №8. Цветопередача некоторых источников света.Теперь, поговорим о таких понятиях как световой поток и световая отдача.Световой поток – количество света, излучаемое лампой.Световая отдача – отношение светового потока к мощности (люмен на ватт, лм/Вт), показатель эффективности осветительной способности лампы, а также ее экономичности.Ниже приведены шесть таблиц (таблицы №9-14) световой отдачи наиболее распространенных источников света.Таблица №9. Лапа накаливания, с прозрачным стеклом (2750 К, теплый свет)

Срок службы 1000 часов. Класс энергоэффективности Е.

Таблица №10. Лапа накаливания, с матовым стеклом (2700 К, теплый свет)

Срок службы 1000 часов. Класс энергоэффективности Е.

Таблица №11. Галогенная лампа (3000 К, теплый свет)

Срок службы 2000 часов. Класс энергоэффективности В.

Таблица №12. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), 2700 К – теплого света

Срок службы от 8 000 до 10 000 часов. Класс энергоэффективности А.

Таблица №13. Светодиодная лампа, 3000 К – теплого света

Срок службы 30 000 – 40 000 часов. Класс энергоэффективности А.

Таблица №14. Светодиодная лампа, 4500 К – белого света

Срок службы 30 000 – 40 000 часов. Класс энергоэффективности А.Возвращаемся к нашему примеру.По выполненным выше результатам расчета освещенности Фл = 1246 Лм, то есть каждая лампа нашего светильника должна быть мощностью 1246 Лм.Теперь выполним подбор ламп:Первым пунктом стоит определить какие лампы могут дать световой поток максимально приближенный к расчетному 1246 Люмен.

Для этого воспользуемся таблицами №9-14.Смотрим:таблица №9 – лампа накаливания с прозрачным стеклом, теплого света 2700 К, мощностью 95 Вт – 1300 Лмтаблица №10 – лампа накаливания с матовым стеклом, теплого света 2700 К, мощностью 95 Вт – 1290 Лмтаблица №11 галогенная лампа, теплого света 3000 К, мощностью 75 Вт – 1125 Лмтаблица №12 компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), 2700 К – теплого света мощностью 20 Вт – 1170 Лм,таблица №13 светодиодная лампа, 3000 К – теплого света мощностью 12 Вт – 1170 Лм,таблица №14 светодиодная лампа, 4500 К – белого света – значение соответствующее расчетному отсутствует.Следующим пунктом смотрим конструктивные ограничения светильника, в нашем случае люстры. Как правило это наклейка, на которой заводом изготовителем отображена техническая информация устройства. Ниже приведен пример:марка (YMP9439)напряжение и частота (2230V – 50Hz)цоколь и максимальная мощность лампы (Е27, Max.

60W)производитель (Made in P.R.C.)Нас интересует третий пункт, с цоколем все понятно, а вот максимальная мощность лампы (Max. 60W) является существенным ограничением по использованию в светильнике ламп освещения. Допустим, что люстра в нашем примере имеет аналогичные изображенной на картинке выше характеристики.Максимальная мощность как правило указывается в эквиваленте ламп накаливания, то есть максимальная лампа накаливания которую можно использовать в патроне данного светильника 60 Вт.

Обусловлено это тем, что большинство патронов современных светильников изготавливаются из различного рода пластмассовых композиций, которые ограничены по температуре нагрева.Лампы накаливания и галогенные лампы преобразуют электрическую энергию не только в видимый световой поток (около 60 %), но еще и в тепловую энергию (порядка 40%), поэтому в нормальном эксплуатационном режиме происходит достаточно сильный нагрев стеклянного корпуса и металлического цоколя лампы. На практике максимально разрешенная лампа под воздействием тепла издает неприятный запах горелой пластмассы, поэтому не желательно использовать максимальный номинал.Исходя из конструктивных характеристик нашей люстры делаем выбор из ламп не подверженные сильному нагреву:светодиодные лампы, холодного и теплого света (вариант подороже)компактные люминесцентные лампы холодного и теплого света (более дешевый вариант)Для нашего примера мы выбрали светодиодные лампы, теплого света (3000 К), характеристики данных ламп приведены в таблице №13. Максимально близкими к расчетному значению (1246 Лм) будет лампа мощностью 12 Вт – 1170 Лм.Итог: Согласно расчетам, чтобы выполнить освещение комнаты площадью 19,25 метров пяти рожковой люстрой нам потребуется 5 светодиодных ламп мощностью 12 Вт, световым потоком 1170 Лм.Суммарная потребляемая мощность люстры составит 12 * 5 = 60 Вт.Суммарный световой поток 1170 * 5 = 5850 Лм.

Источники:

• habr.com
• elektrika-svoimi-rykami.com