Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» Факультет «Машиностроительные технологии» Кафедра «Электронные технологии в машиностроении» Расчетно-пояснительная записка к домашнему заданию 1 «Расчет освещения производственного помещения» Вариант 9 Выполнил: студент группы МТ 11-73 Муханов В.В. Руководитель: Готлиб Я.К. Москва 2019 СОДЕРЖАНИЕ Исходные данные ..........................................................................................................................3 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ..................................................................................................4 2 РАССЧЁТНАЯ ЧАСТЬ..........................................................................................................6 2.1 Определение нормированной освещенности Ен ..........................................................6 2.2 Выбор системы освещения ............................................................................................6 2.3 Выбор источника света (лампы) ....................................................................................7 2.4 Выбор светильника (осветительной установки, осветительных приборов) .............7 2.5 Определение размещения светильников и их подвеса ...............................................7 2.6 Формулы расчета светового потока лампы Фл по методу коэффициента использования светового потока..............................................................................................9 2.6.1 Выбор коэффициентов k и Z ................................................................................10 2.6.2 Выбор и рачет коэффициента использования светового потока η ...................10 2.7 Подбор стандартной лампы .........................................................................................12 2.8 Определение потребной мощности всей осветительной установки ........................13 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ИСТОЧНИКОВ ..................................................................14 2 Исходные данные Таблица 1 – Исходные данные для расчёта Характеристика помещения № варианта Характеристика зрительных работ Рассматриваемый объект А х Б х h1, м Тип (длина х ширина x x высота) Цвет Вид работ Размер объекта, мм объекта Документы 0,6 Черный Цвет фона Кабинет 9 начальника 5х4х3 цеха 3 Белый 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ В процессе работы в заданном помещении – кабинете начальника цеха, возникает проблема правильного освещения, которое позволит выполнять поставленные задачи без травматизма на производстве, а также без повышенной усталости вследствие неправильной системы освещения. Так как данное помещение является кабинетом, то оно относится к типу производственных помещений общественных зданий, а также сопутствующих им производственным помещениям. Это означает, что подбор нормативного показателя освещенности будет осуществляться лишь по типу рассматриваемого помещения, он не будет зависеть от детализации и особенностей характера зрительных работ. Так как выполняемая работа не является высокоточной, то следует использовать равномерное освещение. Из-за недостатка естественного света вследствие наличия множества перегородок, используют искусственное освещение. Так как помещение – конторское, то рассматривать будем рабочее освещение. При выборе лампы будем считать, что выполняется не высокоточная работа, не требующая высокой цветопередачи, помещение – небольшое, потолок – достаточно низко расположен. Требуемые параметры для лампы в заданных условиях – достаточная равномерность светового потока, малые пульсации светового потока, благоприятный спектральный состав света, невысокая яркость. Из условий небольшого размера комнаты и достаточно низко расположенных потолков выбирается светильник с наименьшим расстоянием подвеса от потолка, а также габаритными размерами. Из-за использования ламп типа ЛЛ для максимальной равномерности распределения светового потока используется шахматная установка световых приборов с определенным расстоянием от стен помещения. Данное расположение позволяет осветить всю площадь помещения без резких перепадов освещенности. Необходимо подбирать светильник с симметричным светораспределением, чтобы обеспечить большую равномерность. Также должна быть минимальная блескость освещения. Чтобы проверить правильность выбора системы освещения и выбора ламп необходимо провести расчет светового потока, который идет от системы освещения и от каждой лампы в отдельности. Для этого также необходимо знать параметры помещения, а именно тип и цвет покрытия на потолке и стенах. После расчета светового потока необходимо подобрать стандартную лампу, удовлетворяющую расчетным данным в заданном диапазоне. Для этого берется стандартная лампа с учетом заранее выбранной 4 мощности лампы. Далее необходимо проверить правильность подбора лампы при помощи сравнения полученной освещенности от каждой лампы и нормативной. При отклонении более 10% процентов в меньшую сторону или более 20% в большую сторону необходимо изменить количество ламп, количество светильников, конфигурацию светильников, тип ламп или тип светильников, после чего произвести новый проверочный расчет. После окончательного подбора осветительной системы и проверки её на работоспособность и соответствие заданным требованиям рассчитывается полная мощность осветительной системы для дальнейших расчетов потребления энергии. 5 2 РАССЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 2.1 Определение нормированной освещенности Ен Так как тип помещения «кабинет начальника цеха» относится к производственным помещениям общественных зданий, а также сопутствующим им производственным помещениям, то необходимо определять Eн по следующей таблице. Таблица 2 - Нормативные показатели освещения рабочих мест в помещениях общественных зданий, а также сопутствующих им производственных помещениях (Извлечение из табл. 2.1.2 по [1]) Помещения 1 1) Кабинеты и рабочие комнаты, офисы Плоскость (Г горизонтальная, В вертикальная) нормирования освещенности и КЕО, высота плоскости над полом, м 2 Искусственное освещение Освещенность, лк при комбинированном освещении только при общем всего в т.ч. от общего освещении Г-0,8 3 4 5 400 200 300 Выберем общее освещение, так как в этом помещении не будут выполняться точные работы и помещение является конторским (Извлечение из стр. 10 по [1]). Выбрано помещение №1 (кабинет начальника цеха) при системе комбинированного освещения с нормой освещенности от общего освещения – Ен = 200 лк, при системе только общего освещения – Ен =300 лк. 2.2 Выбор системы освещения Для нашего варианта задания будем использовать только рабочее освещение (предусматривается для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта). Подбираем искусственное освещение, так как его устраивают в помещениях производственных, бытовых и вспомогательных зданий промышленных предприятий, а также в местах работы на открытых пространствах (территории промышленных предприятий, строительных площадок и т.д.). Естественного освещения будет недостаточно из-за того, что свет не будет в достаточном количестве доходить до рабочего места (Извлечение из стр. 13 по [1]). Используем общее равномерное освещение из-за того, что в исходных данных нет особых или точных работ, требующих дополнительного локального освещения. 6 Для выбранной системы общего освещения норма освещенности Ен = 300 лк. 2.3 Выбор источника света (лампы) Как источник света возьмем лампу ЛЛ, а не ДРЛ, так как лампа ДРЛ, как правило, не применяются в административно-управленческих помещениях (кабинетах) из-за небольшой высоты помещения, легкости доступа к светильнику, отсутствию работ с поверхностями без выраженной цветности, отсутствия специальных требований к качеству помещения, а также нормальной комнатной температуре (+23° С). Также ЛЛ лампы имеют лучший, по сравнению с ДРЛ, спектральный состав света, равномерный световой поток и меньшие пульсации света (Извлечение из стр. 15 по [1]). Для выбранной системы общего освещения подобраны лампы ЛЛ. 2.4 Выбор светильника (осветительной установки, осветительных приборов) Так как мы имеем рабочее помещение – кабинет начальника цеха, тип лампы – ЛЛ, а выбранная система освещения – общее освещение, то наиболее подходящим вариантов в качестве светильника будет светильник потолочный. Выбор аргументирован следующими параметрами: удобный монтаж плоского невысокого светильника; симметричное светораспределение, что удовлетворяет требованиям для помещения – кабинета начальника цеха; небольшая блескость вследствие наличия светлого помещения и рассеянного света от источника света; экономичность светильника – недорогие лампы и простая конструкция светильника (Извлечение из стр. 17,19 по [1]). Для выбранной системы общего освещения с лампами ЛЛ выбран светильник – потолочный. 2.5 Определение размещения светильников и их подвеса Схема для расчета высоты подвеса приведена на рис.1 в соответствии с ранее выбранной системой освещения и выбранным потолочным светильником с лампами ЛЛ. 7 Рисунок 1 – Схема для расчета высоты подвеса (Извлечение из рис. 2.5.2 по [1]) Для данного случая: h1 = 3,0 м – высота потолка в помещении; h2 = 0,7 м – высота рабочего места; h3 = 0 – длина подвеса светильника от потолка. Нп = hР = h3 – h2 – h3 = 3,0 - 0,7 = 2,3 (м) (Извлечение из стр. 22 по [1]). Согласно рекомендациям, расстояние от стены должно быть L/3, тогда для нашего помещения схема будет выглядеть следующим образом, как на рис.2 (Извлечение из стр. 21 по [1]). Рисунок 2 – Схема расположения светильников в помещении Для данной схемы получаем: A/3 + A + A/3 = 4000 => 5A/3 = 4000 => A = 2400 (мм) = 2,4 м; B/3 + B + B/3 = 5000 => 5B/3 = 5000 => B = 3000 (мм) = 3 м. Тогда для нашего помещения получаем следующую конфигурацию светильников. 8 Рисунок 3 – Схема расположения светильников в помещении исходя из расчетов Число светильников N = 5, число ламп в светильнике n = 4, общее число ламп n ∙ N = 20. 2.6 Формулы расчета светового потока лампы Фл по методу коэффициента использования светового потока Для того, чтобы рассчитать осветительную установку с учетом прямой и отраженной составляющей освещенности, воспользуемся формулой для коэффициента использования светового потока (Формула (1) по [1]): 𝜂= Фпад , 𝑛 ∙ 𝑁 ∙ Фл где: Фпад - световой поток, падающий на расчетную плоскость, лм; Фл - световой поток источника света (одной лампы), лм; N - количество светильников, шт; n – число ламп в светильнике, шт. Для расчёта светового потока источника света воспользуемся следующей формулой (Формула (2) по [1]): Фл = Ен ∙ S ∙ k ∙ Z , N∙η∙n где: Фл = Фрасч – расчетный световой поток лампы, лм; Eн – нормированная освещенность, лк ; S – освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м2; k – коэффициент запаса; Z – коэффициент минимальной освещенности, Z = Eср/Emin; N - количество принятых светильников, шт; 9 n – число ламп в светильнике, шт; η - коэффициент использования светового потока. 2.6.1 Выбор коэффициентов k и Z Выбор коэффициента осуществляется по таблице 3 согласно типу помещения и типу осветительной лампы. Таблица 3 – Коэффициента запаса k для искусственного освещения (Извлечение из табл. 2.6.1 по [1]) Коэффициент запаса k Газоразрядные Лампы накалилампы вания и с ДРЛ Помещения Кабинеты и рабочие помещения, офисные помещения, жилые комнаты, учебные помещения, лаборатории, читальные залы, залы совещаний, торговые залы и т.д. 1,4 По данным из таблицы мы получаем для нашего варианта, что коэффициент запаса k = 1,4 для искусственного освещения. Так как наши отношения L/Hp = 2,4 / 2,3 … 3,0 / 2,3 = 1,043 … 1,304 < 1,8. Поэтому примем Z = 1,1 (Извлечение из стр. 27 по [1]). 2.6.2 Выбор и рачет коэффициента использования светового потока η Коэффициенты использования светового потока η для принятого типа светильника определяют по индексу помещения i и коэффициентам отражения ρ потолка (ρп), стен (ρс). Для выбора этих коэффициентов воспользуемся таблицей 4. Таблица 4 - Приблизительные значения коэффициентов отражения стен и потолка (Извлечение из табл. 2.6.2 по [1]) Характер отражающей поверхности Коэффициент отражения, % Побеленный потолок; побеленные стены с окнами, закрытыми белыми 70 шторами. Побеленные стены при незавешенных окнах; побеленный потолок в сырых 50 помещениях; чистый бетонный и светлый деревянный потолок. Бетонный потолок в грязных помещениях; деревянный потолок; бетонные 30 стены с окнами; стены, оклеенные светлыми обоями. Стены и потолок в помещениях с большим количеством темной пыли; 10 сплошное остекление без штор; красный кирпич не оштукатуренный; стены с темными обоями. Белая фаянсовая плитка 70 10 Так как мы имеем помещения типа кабинета, то предполагаем, что помещение побелено на потолке (имеется белый фон исходя из условий задания), а также имеются побеленные стены при незавешанных окнах, поэтому ρп = 70%, ρс = 50%. Индекс помещения i рассчитывают по формуле (Формула (3) по [1]): i= АБ Н п А + Б где: А и Б – соответственно длина и ширина помещения, м; Нп – высота подвеса светильников, м. 𝑖= 5∙4 = 0,741. 3(5 + 4) Коэффициент использования светового потока η для принятого типа светильника выбирается из таблицы 5. Таблица 5 - Коэффициент использования светового потока для ARS/R418 (Извлечение из табл. 2.6.3 по [1]) Тип светильника ρп , % ρс,% Индекс помещения i 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 3 3,5 4 5 0,5 70 50 ARS/R418 50 30 30 10 Коэффициент использования η, % 27 32 36 39 42 45 48 50 54 57 59 62 63 65 67 68 70 27 11 21 25 30 33 37 40 42 45 49 52 55 57 58 61 62 64 67 21 18 22 26 29 32 35 38 40 45 48 51 53 55 58 60 61 65 18 Для нашего индекса помещения считаем путем интерполяции точек из таблицы: 𝜂= 39 − 36 (0,741 − 0,7) + 36 = 37,23. 0,8 − 0,7 Для расчета Фл будут использованы следующие параметры: Eн = 300 лк – нормированная освещенность; S = 5 ∙ 4 = 20 м2 – освещаемая площадь; k = 1,4 – коэффициент запаса; Z = 1,1 – коэффициент минимальной освещенности; N = 5 шт – количество принятых светильников; n = 4 шт – число ламп в светильнике; η = 37,23% – коэффициент использования светового потока. Фл = Фрасч = 300 ∙ 20 ∙ 1,4 ∙ 1,1 = 1240,93 (лм). 5 ∙ 0,3723 ∙ 4 Фл = Фрасч = 1240,93 лм – световой поток лампы. 2.7 Подбор стандартной лампы Подбираем по рассчитанному Фл из таблицы 6 стандартную ЛЛ лампу. Таблица 6 - Светотехнические характеристики люминесцентных ламп (Извлечение из табл. 2.3.2 по [1]) Люминесцентные лампы Тип лампы Световой поток, лм ЛДЦ20 820 ЛД20 920 ЛБ20 1180 ЛДЦ30 1450 ЛД30 1640 ЛБ30 2100 ЛДЦ40 2100 ЛД40 2340 ЛБ40 3000 ЛДЦ80 3560 ЛД80 4070 ЛБ80 5220 По данной таблице подбираем наиболее близкое значение к Фл = Фрасч = 1240,93 лм. А значит подбираем лампу ЛБ20, у которой световой поток Ффакт = 1180 лм. Проверим правильность подбора ламп. Отклонение ∆ℇЕ от нормируемого значения освещенности подсчитывается по формуле (Формула (4) по [1]): ∆ℇЕ = |Ен − Еф | ∙ 100%, Ен 12 где: Eн = 300 лк - нормированная освещенность; Eф – фактическая освещенность, лк. Рассчитаем фактическую освещенность лампы по следующей формуле (Формула (5) по [1]): Еф = n ∙ N ∙ η ∙ Ффакт 𝑆∙𝑘∙𝑍 где: S = 20 м2 – освещаемая площадь; k = 1,4 – коэффициент запаса; Z = 1,1 – коэффициент минимальной освещенности; Ффакт = 1180 лм - фактическая освещенность лампы; N = 5 шт – количество принятых светильников; n = 4 шт – число ламп в светильнике; η = 37,23% – коэффициент использования светового потока. Еф = 4 ∙ 5 ∙ 0,3723 ∙ 1180 = 285,269 (лк). 20 ∙ 1,4 ∙ 1,1 Тогда для ∆ℇЕ получаем: ∆ℇЕ = |300 − 285,269| ∙ 100% = 4,91% < 10% 300 Так как ∆ℇЕ не выходит за допустимые пределы погрешности, значит выбранная система освещения с подобранными стандартными лампами ЛБ20 удовлетворяет исходным данным (Извлечение из стр. 31 по [1]). 2.8 Определение потребной мощности всей осветительной установки Рассчитаем потребную мощность всей осветительной системы P∑ по формуле (Формула (6) по [1]): P∑ = n ∙ N ∙ Pл, где: N = 5 шт – количество принятых светильников; n = 4 шт – число ламп в светильнике; Pл = 20 Вт – мощность одной лампы. Тогда для потребной мощности всей осветительной системы получаем: P∑ = 4 ∙ 5 ∙ 20 = 400 (Вт). Выбранная осветительная система требует мощность P∑ = 400 Вт. 13 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ИСТОЧНИКОВ 1 Готлиб Я.Г. \Рекомендации по ДЗ освещение (М-2-2018 ВЕСНА) 14
