Способы достижения рациональных режимов электропотребления на предприятиях. Изучение физических основ светотехники, конструкции световых приборов и источников излучения. Проектирование осветительных установок и эксплуатация светотехнических устройств.
Аннотация к работе
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И РЕЖИМЫ ИХ РАБОТЫ П64 Потребители электрической энергии и режимы их работы: Программа, методические указания и контрольные задания. Данная методическая разработка содержит варианты заданий с исходными данными, основные расчетные выражения, а также методические указания к выполнению контрольного задания. Предназначена для студентов заочной формы обучения по специальности 140211.65 «Электроснабжение», изучающих дисциплину «Потребители электрической энергии и режимы их работы».Дисциплина «Потребители электрической энергии и режимы их работы» является специальной по выбору при подготовке дипломированного специалиста направления 140200 «Электроэнергетика», служит общетехнической подготовке студентов и создает базу для использования новой техники. Изучение курса состоит из следующих элементов: самостоятельного изучения разделов и тем по учебникам и учебным пособиям, индивидуальных консультации (очные и письменные), решения контрольной работы, посещения лекций, практических занятий, выполнения лабораторной работы и контроля знаний во время зачета по данной дисциплине. В процессе изучения дисциплины студент должен выполнить контрольную работу, которая включает в себя расчет искусственного освещения производственного цеха и вспомогательных помещений, проектирование схемы электроснабжения осветительных установок. С целью освоения навыков по проектированию установок искусственного освещения промышленных предприятий, со студентами проводятся практические занятия, где им будут показаны на примерах методы размещения светильников в помещениях и расчета освещенности рабочих поверхностей от общего освещения. После выполнения лабораторной работы, контрольной работы студенты сдают зачет по дисциплине.Определение освещенности заданных точек рабочей поверхности расчетным и экспериментальным методами.Напря-Мощность, Световой Напря-Мощность, Световой жение, жение, Тип лампы В Вт поток, лм Тип лампы В Вт поток, лм Б215-225-60 730 Г220-230-150 225 2090 Технические данные люминесцентных ламп Тип лампы Мощность, Световой Тип лампы Тип лампы Мощность, Световой поток, Тип лампы Мощность, Световой поток, Вт лм Вт лм Тип лампы Тип КСС Производственныепомещения с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне а) свыше 5 мг/м3 пыли, Агломерационные фабрики, 2 1,7 дыма, копоти цементные заводы и обрубные отделения литейных цехов б) от 1 до 5 мг/м3 пыли, Цехи кузнечные, литейные, 1,8 1,5 дыма, копоти мартеновские, сварочные, сборного железобетона в) менее 1 мг/м3 пыли, Цехи инструментальные, 1,5 1,3 дыма, копоти сборочные, механические, механосборочные, пошивочные г) значительные Цехи химических заводов.Пространственные и линейные изолюксы условной горизонтальной освещенности светильников с различной КСС для расчетов точечным методом. Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильников с КСС типа «Г» Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильников с КСС типа «Д» Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильников с КСС типа «К» Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильников с КСС типа «Л»СТАНОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 2 Е=300 лк, Н=7 м СТАНОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1 Е=300 лк, Н=7 м СКЛАД Е=50 лк Н=5 м СКЛАД Е=50 лк, Н=5 м СКЛАДПрограмма дисциплины ДС.02 «Потребители электрической энергии и режимы их работы» учебного плана специальности 140211.65 «Электроснабжение» для студентов заочной формы обучения Методические указания по изучению дисциплины «Потребители электрической энергии и режимы их работы»ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И РЕЖИМЫ ИХ РАБОТЫ Программа, методические указания и контрольные задания Для студентов заочной формы обучения Составитель: Цветков Алексей Николаевич Цветкова Оксана Викторовна Кафедра электроснабжения промышленных предприятий КГЭУ Подписано к печати Гарнитура «Times» Физ. печ. л.
План
Содержание
Список литературы
Основная: 1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Знак, 2006. - 972 с.
2. Осветительные установки / Г.М. Кнорринг. - Л.: Энергоиздат, 1981.-284с.
3. Справочная книга для проектирования, электрического освещения / Г.М. Кнорринг. - Л.: «Энергия», 1976. - 384 с.
Современные промышленные предприятия представлены большим разнообразием электроприемников различного назначения. Наиболее широко применяются такие виды, как электропривод и осветительные установки.
Осветительные установки применяются для организации искусственного освещения производственных цехов промышленных предприятий и наружного освещения территории и могут быть представлены (в зависимости от назначения) источниками света различного типа.
Характеристика промышленных потребителей электроэнергии Около 70 % всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии потребляется промышленными предприятиями.
Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы: 1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. 2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50
Гц.
3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. 4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.
5. Приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.
Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить: 1) требования, предъявляемые действующими Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1-я, 2-я и 3-я категории);
2) режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный);
3) места расположения приемников электроэнергии (являются ли они стационарными или передвижными).
В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы и механические выпрямители.
9
Преобразовательные агрегаты питаются от сети трехфазного тока и являются поэтому приемниками трехфазного тока.
Единицы светотехники
Нечеткое представление о тех или иных световых величинах часто является причиной серьезных ошибок, которые допускают специалисты при проектировании и эксплуатации светотехнических комплексов, техники и оборудования.
Лучистая энергия и лучистый поток
Энергию оптического излучения We принято называть лучистой. Если энергия переносится всей совокупностью длин волн, входящих в состав излучения, то она называется интегральной и измеряется в тех же единицах, что и другие виды энергии (джоуль, электрон-вольт).
Общая мощность, переносимая электромагнитным излучением независимо от его спектрального состава, в светотехнике получила название поток излучения или лучистый поток, обозначается Fe и измеряется в ваттах:
Fe = We / t.
Световой поток Ф - мощность световой энергии, эффективная величина, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Единица светового потока - люмен (лм); 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном углу точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.
Световой поток F является одной из основных световых величин и представляет собой тот же лучистый поток, но оценивается по световому ощущению, которое он производит на глаз человека, т.е. световой поток - это величина, образуемая от лучистого потока путем умножения на коэффициенты спектральной чувствительности глаза по каждой из длин волн видимого спектра.
Сила света I - пространственная плотность светового потока - отношение светового потока к телесному углу, в котором он излучается: I ? DФ d?.
Единица силы света - кандела (кд) - одна из основных единиц системы СИ.
Сила света источника характеризует пространственную плотность светового потока, т.е. сила света в данном направлении равна отношению светового потока F к телесному углу ?. Для изотропного источника, создающего равномерное излучение, сила света составит: I = F / ?, 10
a для точечного излучателя: I = F / 12,56, где 12,56 - телесный (пространственный) угол точечного излучателя.
В светотехнике источник света принято считать точечным, если расстояние от излучателя до приемника превышает линейные размеры излучателя не менее чем в 10 раз. Во многих случаях так и происходит - размеры источника света намного меньше расстояния от него до освещаемого объекта.
Телесный угол - часть пространства, ограниченная незамкнутой поверхностью. Мерой телесного угла с вершиной в центре сферы является отношение площади сферической поверхности DS, на которую он опирается, к квадрату радиуса сферы r. За единицу телесного угла - стерадиан (ср) - принят центральный телесный угол, вырезающий участок сферы, площадь которого равна квадрату ее радиуса.
Распределение в пространстве потока излучения точечного источника однозначно определяется его фотометрическим телом -частью пространства, ограниченного поверхностью, проведенной через концы радиусов - векторов силы излучения. Сечение фотометрического тела плоскостью, проходящей через начало координат и точечный источник, определяет кривую силы света (КСС) источника для данной плоскости сечения. Если фотометрическое тело имеет ось симметрии, источник излучения характеризуют КСС в продольной плоскости.
Освещенность Е - плотность светового потока по освещаемой поверхности: DE = DФ/DS; Ecp = Ф/S, где DE и Еср - освещенность участка поверхности DS и средняя освещенность поверхности S.
За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещенность в 1 лк имеет поверхность, на 1 м которой падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм.
Освещенность представляет собой поверхностную плотность светового потока, падающего на освещаемую поверхность. При равномерном распределении светового потока F в пределах освещаемой поверхности S значение освещенности можно определить как: E = F / S.
Освещенность и сила света точечного источника света при нормальном падении лучей (поверхность перпендикулярна лучам) связаны следующим соотношением: E = I / r?, где r - расстояние от источника света до освещаемой поверхности.
Это выражение называется законом квадратов расстояний. Его сформулировал еще в 1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер. Следует помнить, что освещенность будет оставаться постоянной вдоль пучка лучей только тогда, когда они параллельны.
Если лучи от источника падают на поверхность под углом ? к нормали, то тот же световой поток F распределяется по площади, в 1 / cos ? раз большей, чем S (по площади S / cos ?), и формула примет вид: E = I · cos ? / r?.
11
Яркость в направлении ? тела или участка его поверхности равна отношению силы света в направлении ? к проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению:
L? = DI? / (DS cos ?)
где L? - яркость участка поверхности DS в направлении ?, проекция которого на плоскость, перпендикулярную этому направлению, равна (DS cos ?); I? - сила света, испускаемая поверхностью DS в направлении ?.
За единицу измерения яркости (кд/м) принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади в 1 м. trialть - единственная из световых величин, которую глаз воспринимает непосредственно, и при отсутствии поглощения света в среде распространения она не зависит от расстояния. Уравнение, связывающее яркость объекта L, освещенность Езр, создаваемую этим объектом на зрачке глаза, и телесный угол ?, в пределах которого глаз видит данный объект, можно представить как:
L = Езр / ?.
Таким образом, при удалении глаза от объекта, освещенность Езр на его зрачке снижается, при этом одновременно уменьшается телесный угол ?, но значение яркости L остается неизменным.
Литература: [1], раздел 1.
Вопросы для самопроверки: 1. Перечислите режимы работы электроприемников. 2. Назовите основные величины светотехники.
3. Что определяет сечение фотометрического тела плоскостью?
ТЕМА 2. Источники света и осветительные приборы
Под электрическим источником света понимают устройство, преобразующее электрическую энергию в световую.
Для искусственного освещения промышленных предприятий в настоящее время в основном применяются лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные.
Экономичность источника света характеризуется световой отдачей ??, т.е. отношением светового потока, излучаемого лампой, к ее электрической мощности: ?? = Ф/Р.
12
Лампа накаливания является несовершенным источником света не только по экономичности, но и по цветности излучения. Цветовая температура газонаполненных ламп составляет около 3000 К.
Максимум излучения при такой температуре лежит в инфракрасной области, а на коротковолновую часть видимого спектра приходится незначительная доля излучений. Поэтому при освещении лампами накаливания восприятие цвета глазом резко отличается от дневного: красные и оранжевые цвета воспринимаются более яркими, чем днем; зеленые, синие, фиолетовые - тускнее, чем при дневном свете, а бледно-желтый цвет часто становится неотличим от белого.
Лампа накаливания представляет собой тело накала, помещенное в вакууме или инертной среде. Вольфрамовая нить, служащая телом накала, свернута в спираль и закреплена на ножке лампы с помощью крючков, а концы нити приварены к электродам. Электроды введены в колбу лампы через стеклянную лопаточку, плотно обжимающую вводы. Воздух из лампы откачивают и чаще всего колбу заполняют инертным газом.
КПД лампы может быть повышен подбором газового состава, заполняющего колбу. Чем больше молекулярный вес газа - наполнителя, тем меньше потери тепла через колбу лампы. У большинства типов ламп колба заполняется смесью аргона и азота. Применение в качестве заполнителя более тяжелых газов - криптона и ксенона - позволяет повысить световую отдачу лампы примерно на 8 %.
Основные достоинства ламп накаливания: - изготовление в широком сортаменте (на самые разные мощности и напряжения);
- разнообразие конструкций, приспособление к определенным условиям применения;
- непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов; - работоспособность (хотя и с резко изменяющимися характеристиками) даже при значительных отклонениях напряжения сети от номинального;
- почти полная независимость от условий окружающей среды, в том числе от температуры.
Недостатками ЛН являются их низкая световая отдача, преобладание в спектре излучений желто-красной части, ограниченный срок службы (не более 2000 ч).
Основными характеристиками ламп накаливания являются номинальные значения напряжения, мощности, светового потока, срок службы, а также габаритные размеры.
Газоразрядные лампы - лампы, в которых свет возникает в результате электрического разряда в газе, парах металлов или смеси газа с парами. К ним относятся лампы люминесцентные, дуговые ртутные (ДРЛ), дуговые ртутные с йодидами металлов (ДРИ), ксеноновые и др.
13
Явление, при котором некоторые вещества обладают способностью светиться под воздействием процессов, не связанных с нагревом, называется люминесценцией, а подобные вещества - люминофорами.
Люминесцентные лампы (ЛЛ) представляют собой разрядные источники света низкого давления, в которых ультрафиолетовое (УФ) излучение ртутного разряда преобразуется люминофором в более длинноволновое излучение.
Люминесцентная лампа состоит из стеклянной трубки, покрытой изнутри люминофором и содержащей пары ртути и аргон, и двух электродов, впаянных в концы этой трубки.
Электрический ток, проходящий через лампу, вызывает свечение паров ртути. Спектр этого излучения линейчатый, причем наиболее мощной является линия с длиной волны ? = 254 нм (на ее долю приходится около 60 % лучистого потока). Поэтому весьма существенно, что максимумы спектров поглощения люминофоров, применяемых в лампах, лежат вблизи этой линии. Преобразование ультрафиолета в видимый свет должно происходить внутри колбы лампы, так как обычное стекло почти не пропускает ультрафиолетовое излучение.
Нормальное сетевое напряжение, при котором работает лампа, недостаточно для начальной фазы возникновения разряда в лампе, если в этот момент электроды еще не раскалены.
Чтобы зажечь лампу, необходимо или повысить напряжение на ее электродах до величины, достаточной для возникновения разряда в аргоне при холодных электродах, или предварительно разогреть электроды, облегчив тем самым процесс возникновения потока электронов в лампе при нормальной величине напряжения. Для стандартных люминесцентных ламп низкого давления используют обычно оба эти приема.
Производство и применение ЛЛ объясняется, во-первых, рядом их достоинств: 1) высокой световой отдачей и большим сроком службы;
2) малой себестоимостью изготовления в связи с высокой степенью механизации, простотой конструкции и доступностью сырья и материалов;
3) благоприятным спектром излучения, обеспечивающим высокое качество цветопередачи;
4) низкими яркостью и температурой поверхности лампы.
В то же время ЛЛ мало пригодны для наружного освещения и освещения высоких помещений, что обусловлено малой мощностью (в пределах от 4 до 150 Вт), большими размерами ЛЛ, трудностью перераспределения и концентрации их светового потока в пространстве, а также ненадежной работой при низких температурах окружающей среды.
Лампы типа ДРЛ. Условное обозначение ламп: Д - дуговая, Р - ртутная, Л - люминесцентная. Цифры после букв соответствуют мощности ламп в ваттах, далее и скобках - «красное отношение», 14
(отношение светового потока в красной области спектра (600 - 780 нм) к общему световому потоку лампы), цифра через дефис - номер разработки. Принцип действия основан на преобразовании УФ излучения ртутного разряда высокого давления, составляющего около 40 % всего потока излучения, при помощи люминофора в недостающее излучение в красной части спектра.
Лампы типа ДРЛ представляют собой ртутную горелку в виде трубки из прозрачного кварцевого стекла, смонтированную в колбе из тугоплавкого стекла, внутренняя поверхность внешней колбы покрыта тонким слоем порошкообразного люминофора. Колба снабжена резьбовым цоколем.
Лампы типа ДРЛ выпускают с горелками, имеющими кроме двух основных электродов еще два так называемых зажигающих электрода, служащих для облегчения зажигания разряда. Лампы включают в сеть через дроссель.
Лампы ДРЛ по сравнению с лампами накаливания обладают рядом существенных преимуществ, основным из которых является высокая световая отдача.
Существенным недостатком ламп ДРЛ является большая глубина пульсации светового потока, доходящая до 75 %.
В связи с плохой цветопередачей лампы ДРЛ рекомендуется применять для наружного освещения и в высоких (от 12 до 18 м) производственных помещениях, в которых выполняемая работа не связана с различением цветов, например, в машиностроительной, металлургической промышленности, судостроении и т.п.
Чтобы зажечь лампу ДРЛ, необходимо создать на ее электродах повышенное напряжение с помощью специального зажигающего устройства, содержащего обычно выпрямитель, конденсаторы и разрядник. Включение лампы упрощается, если в ней имеются дополнительные, так называемые зажигающие электроды, расположенные вблизи рабочих электродов и подключенные к электроду противоположной полярности через высокоомное сопротивление.
Процесс разгорания лампы занимает несколько минут, а повторное ее включение возможно только после остывания кварцевой горелки, что также требует 10-15 мин.
Лампы ДРИ называют также металлогалогенными лампами (МГЛ) или ртутно-галогенными - дуговая, ртутная, с йодидами (галогенидами). Они характеризуются высокой светоотдачей (до 100 лм/Вт) и значительно лучшим спектральным составом света, но их срок эксплуатации существенно меньше, чем у ДРЛ.
В лампе ДРИ создается разряд в парах высокого давления, обладающий сплошным спектром излучения. Для наполнения лампы применяются галогениды галлия, натрия, индия, лития, редкоземельных и других элементов, которые вводятся в лампу в виде легко испаряющихся солей. Подобрав определенную комбинацию наполнителя, можно получить
15
спектр излучения лампы, удовлетворяющий высоким требованиям к цветопередаче.
Несмотря на высокие экономические и цветовые характеристики, лампы ДРИ имеют пока недостаточно установившиеся параметры и ряд особенностей, затрудняющих их эксплуатацию. Сюда можно отнести сложность пускорегулирующих устройств, недостаточную однородность и зависимость цветовых характеристик от положения, теплового режима и числа отработанных лампой часов, трудность повторного зажигания, высокую стоимость и т.п.
Натриевые лампы ДНАТ - одна из наиболее эффективных групп источников видимого излучения. Они обладают самой высокой световой отдачей среди разрядных ламп и незначительным снижением светового потока при длительном сроке службы. Поэтому натриевые лампы, в первую очередь высокого давления, все шире применяются в разных системах освещения, особенно в наружном. Недостатком ламп является низкое качество цветопередачи.
Принцип действия ламп основан на использовании резонансного излучения D-линий натрия (589 и 589,6 нм).
Горелку лампы изготовляют из керамики и заполняют дозированными порциями натрия, ртути, аргона (или ксенона). Внешнюю колбу изготовляют из тугоплавкого стекла. В рабочем режиме температура горелки составляет до 1200 °С, а температура колбы - до 300 °С.
Световым прибором называется устройство, содержащее источник света и светотехническую арматуру, которая перераспределяет свет в пространстве, выполняет функции защиты ламп от воздействия окружающей среды и механических повреждений, обеспечивает крепление лампы и подключение к источнику питания.
Светильником принято считать световой прибор, осуществляющий перераспределение светового потока лампы внутри больших телесных углов (до 4?) и предназначенный для освещения относительно близко расположенных объектов на расстояниях, соизмеримых с размерами этих приборов.
Светораспределение - важнейшая светотехническая характеристика светильника, определяющая распределение его светового потока в пространстве, окружающем светильник. Светораспределение прожекторов (СП) и светильников общего освещения обусловливается формой фотометрического тела светильника и описывается кривыми силы света.
В зависимости от формы фотометрического тела светильника подразделяются на симметричные, фотометрическое тело которых имеет ось или плоскость симметрии, и несимметричные, отличающиеся отсутствием элементов симметрии фотометрического тела. К первой группе СП относятся широко распространенные круглосимметричные прожекторы и светильники, фотометрическое тело которых имеет ось симметрии, концентрирующие
16
поток в конусе, а также различные светильники, направляющие световой поток достаточно равномерно в пределах всего окружающего пространства.
Литература: [1], раздел 3.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите основные достоинства и недостатки источников света. 2. Дайте определение световой отдаче источника света.
3. В чем связь между световой отдачей и экономичностью лампы?
4. В чем связь светораспределения светильника и кривой силы света?
ТЕМА 3. Светотехнический расчет
Выбор расположения и установки светильников
Размещение светильников в плане и разрезе помещения определяется следующими размерами (рис. 1): Н - высота помещения;
Рис. 1. Разрез помещения
Рис. 2. Помещение в плане hc - расстояние светильников от перекрытия («свес»);
hn = Н - hc - высота светильника над полом;
HP - высота расчетной поверхности над полом, принимается равной 0,8 - 1м;
h = hn - HP - расчетная высота;
L - расстояние между соседними светильниками или рядами люминесцентных светильников (если по длине и ширине помещения расстояния различны, то они обозначаются LA и LB);
l - расстояние от крайних светильников до стены.
Поскольку нормы предусматривают наименьшую (а не среднюю) освещенность, большое значение имеет отношение расстояние между светильниками L к высоте их установки над освещаемой поверхностью h.
17
Светильники с люминесцентными лампами в основном располагают рядами. При большой нормированной освещенности и высоте устраивают сдвоенные или строенные ряды светильников. Ряды следует ориентировать параллельно продольной оси помещения, а в помещениях с естественным светом - параллельно стене с окнами (под L в данном случае понимается расстояние между рядами светильников).
Размер l принимается в пределах 0,3 - 0,5 L в зависимости от наличия вблизи стен рабочих мест.
Методы расчета осветительных установок. Для расчета освещения используются два основных метода: точечный и метод коэффициента использования.
Точечный метод служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей и при любом распределении источников света. Он применяется в основном для нахождения освещенности в определенных точках и, следовательно, наиболее приспособлен для обеспечения минимальной освещенности. Метод коэффициента использования светового потока служит для определения средней освещенности, и при расчете по этому методу минимальная освещенность оценивается лишь относительно и без выявления точек, в которых она имеет место. Применение метода коэффициента использования целесообразно для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии затенений, требующих учета.
Метод коэффициента использования. При расчетах методом коэффициента использования необходимый световой поток каждого осветительного прибора определяется по формуле: Ф ? Е?Кзап ?S ?Z , ?
N где Е - заданная минимальная освещенность, лк;
Кзап - коэффициент запаса. z ? Еср - коэффициент минимальной освещенности (приближенно z = 1,1 min
Е для люминесцентных ламп, z = 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ); S - освещаемая площадь; N - число светильников (намечается до расчета); ? - коэффициент использования светового потока.
По найденному значению Ф выбирается ближайшая стандартная лампа в пределах допуска -10 % ? 20 %. Если такое приближение не реализуется, то корректируется число светильников.
При расчете освещения, выполненного люминесцентными лампами, чаще всего первоначально намечается число рядов п, которое в формуле
18
соответствует величине N. Тогда под Ф следует понимать поток ламп одного ряда. Если световой поток ламп в каждом светильнике составляет ФНОМ, то число светильников в ряду определяется по формуле: N=Ф/ФНОМ.
Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, при этом возможны следующие случаи: 1) суммарная длина светильников в ряду превышает длину помещения (в этом случае необходимо применить более мощные лампы или увеличить число рядов, можно компоновать ряды из сдвоенных, строенных светильников);
2) суммарная длина светильников равна длине помещения (устанавливается непрерывный ряд светильников);
3) суммарная длина ряда меньше длины помещения (принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами между светильниками). Рекомендуется, чтобы расстояние между светильниками в ряду 1 не превышало 0,5 h.
Коэффициент использования светового потока является функцией
A? B индекса помещения i, который определяется по формуле: i ? h?A? B?, где А и В - размеры помещения.
Расчет прямой составляющей освещенности от точечных светящихся элементов
Расчет освещенности в точке горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскости точечным методом связан с определением светового потока, падающего от источника света любой формы на элементарную площадку, содержащую расчетную точку. Если излучатели точечные, то от каждого в расчетную точку может упасть только один луч. Если излучатели линейные, тогда в точку может сходиться множество лучей, лежащих в одной плоскости. При точечных излучателях с известными кривыми силы света вычисление суммарной освещенности в расчетной точке сводится к учету вклада в освещенность каждого излучателя.
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, 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
19
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 п раз так, чтобы точка оказалась в пределах графика, и определенное по графику значение е увеличить (уменьшить) в п2 раз.
При отсутствии изолюкс для данного светильника можно воспользоваться графиком для излучателя, имеющего по всем направлениям силу света 100 кд. Значение условной освещенности е100 определяется, как сказано выше; одновременно по радиальным лучам находится значение I? и по кривой силы света светильника I? после чего:
e ? 100 100 ?
I e
Пусть суммарное действие «ближайших» светильников создает в контрольной точке условную освещенность ?е; действие более далеких светильников и отраженную составляющую приближенно учтем коэффициентом ?. Тогда для получения в этой точке освещенности Е с коэффициентом запаса k лампы в каждом светильнике должны иметь поток: Ф ? 1000?E?k . e
? ?
По этому потоку подбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой должен отличаться от рассчитанного в пределах -10 % ? 20%. При невозможности выбора лампы с таким допуском корректируется расположение светильников.
В качестве контрольных выбираются характерные точки освещаемой площади, в которых ?еимеет наименьшее значение.
Характерные контрольные точки для случая общего равномерного освещения показаны на рисунке 3.
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
20
мощности ближайших светильников или установкой дополнительных светильников.
Рис. 3. Контрольные точки
Разнообразны схемы расчета локализованного освещения. Контрольные точки выбираются, как сказано выше, т.е. наихудшими 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 освещенностью, создаваемой равномерным освещением.
Трудно точно определить, какие светильники следует считать «ближайшими» и учитывать в ?е.
Часто можно считать, что это светильники с трех наименьших расстояний d. 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 ?е не должны учитываться светильники, реально не создающие освещенности в контрольной точке изза затенения оборудованием или самим рабочим при его нормальном фиксированном положении у рабочего места.
Значение ? 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.
Светящие линии. Излучатели, длина которых превышает половину расчетной высоты, рассматриваются как светящие линии. Характеристиками светящих линий являются продольная и поперечная кривые силы света
21
элементов, образующих линию, и линейная плотность светового потока ламп Ф". Поперечная кривая задается каталожными данными.
Плотность потока определяется делением суммарного потока ламп в линии Ф на ее длину L, причем линии с равномерно распределенными по их длине разрывами ? рассматриваются при расчете как непрерывные, если ? < 0,5 h, под L понимается габаритная длина линии. Для протяженных линий с такими же разрывами можно считать: Ф?? l ? ? , где Ф - поток ламп в сплошном элементе длиной l.
Ф
Расчетные графики и таблицы позволяют определить относительную освещенность е (освещенность при Ф" = 1000 лм/м и h = 1 м) точек, лежащих против конца линии.
Если точка не лежит против конца ряда светильников, то последний разделяется на две части или дополняется условным отрезком с последующим сложением или вычитанием освещенности (рис. 4).
Рис. 4. Определение относительной освещенности
При общем освещении больших помещений часто предполагается, 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 е наиболее удобны графики линейных изолюкс. При пользовании ими по плану обмеряются размеры р и L, находятся отношения р" = р:h и L" = L:h и для точки на графике с координатами р" и L" определяется е (рис. 5). Линии, для которых L" > 4, при расчетах практически могут рассматриваться как неограниченно длинные.
Суммирование значений е от ближайших рядов или их частей, освещающих точку, дает ?е, коэффициент ? принимается, как и выше, и находится необходимая линейная плотность потока: Ф? ? 1000?Е?k ?h, e ?
?
22
на основании чего осуществляется компоновка линий.
Умножаем Ф" на длину каждого ряда светильников L и находим полный поток ламп ряда, на основании чего подбирают число и мощность ламп.
Рис. 5. Световой ряд
Для решения некоторых расчетных задач удобно пользоваться методом удельной мощности. Он является производным от метода коэффициента использования, более прост, но менее точен и подходит для расчета аварийного освещения. Под удельной мощностью w понимается отношение установленной мощности источника света к освещаемой площади (Вт/м2). Удельная мощность является важнейшим энергетическим показателем осветительной установки, используемым для оценки экономичности, для предварительного определения осветительной нагрузки и на начальных стадиях проектирования.
Нормы удельной мощности составлены с применением конкретных параметров при освещении лампами накаливания, к которым относятся: - тип светильников; - освещенность;
- коэффициент запаса (при его значениях, отличающихся от указанных в таблицах, допускается пропорциональный пересчет значений удельной мощности);
- коэффициенты отражений поверхностей помещения
(для светильников прямого света таблицы рассчитаны для ?п =
50 %; ?с = 30 %; ?р = 10 % и для них допускается при более светлых поверхностях уменьшать, а при более темных - увеличивать значения w на 10 %);
- значения расчетной высоты; - площадь помещения.
23
В таблицах учтен коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения; световая отдача принята для соответствующей мощности ламп; отношение L / h.
Для люминесцентных ламп сохраняет силу все вышесказанное, но со следующими отличиями: - таблицы приводятся только для освещенности 100 лк, так как в данном случае имеет место прямая пропорциональность между Е и w;
- в качестве одного из параметров в таблицах принят тип и мощность лампы и соответствующая световая отдача.
Таблицы удельной мощности для ламп типа ДРЛ составлены также для освещенности 100 лк (с пропорциональным пересчетом при других освещенностях), так как световая отдача всех употребительных типоразмеров этих ламп одинакова.
При составлении таблиц удельной мощности не учитывается форма помещения и i определяется по формуле: i ?0,48 S h, достаточно точной при отношении А:В < 2,5.
При расчете длинных помещений следует определить значение для условной площади 2В2и распространить на всю площадь помещения.
Порядок расчета по определению единичной мощности при лампах накаливания и лампах типа ДРЛ: 1. Найти нормированную освещенность Е для данного вида помещения, (СНИП П-4-79).
2. Определить коэффициент запаса; коэффициент отражения поверхностей помещения.
3. Выбрать тип светильника.
4. Подсчитать значение расчетной высоты светильника над рабочей поверхностью.
5. Определить площадь помещения S.
6. Найти удельную мощность осветительной установки по соответствующей таблице и пересчитать ее на заданный коэффициент запаса.
7. Определить единичную мощность лампы: P ? WS N.
Выбрать ближайшую стандартную по мощности лампу РЛ 8. Проверить расчетную освещенность ЕР: Допускается отклонение расчетной освещенности от нормированной на - 10 % ? 20 %.
Порядок определения единичной мощности при люминесцентных лампах: 1. Выбрать все решения по освещению помещения, включая число рядов светильников п и спектральный тип лампы.
2. Найти значение удельной мощности w
24
для освещенности 100 лк для нескольких возможных к применению мощностей ламп. Произвести пересчет на заданную освещенность.
3. Определить необходимое число светильников в ряду делением произведения WS на мощность одного светильника и осуществить компоновку ряда.
Литература: [1.], раздел 8.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите методы расчета искусственного освещения.
2. Какой из известных Вам методов является наиболее точным?
3. Перечислите основные характеристики светильников, влияющие на их расположение в помещении.
25
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Каждый студент самостоятельно должен выполнить расчетное задание на тему: «Расчет искусственного освещения».
В контрольной работе предлагается разработка проекта искусственного освещения помещений цеха промышленного предприятия: размещение светильников, расчет по методу коэффициента использования, проверка по точечному методу и электротехнический расчет для всех помещений.
В зависимости от конфигурации помещения и его назначения для искусственного освещения могут применяться различные типы светильников: - при высотах 6 м и более применяются светильники с лампами ДРЛ;
- при высотах менее 6 м применяются светильники с люминесцентными лампами или с лампами накаливания.
Выбирая светильник, необходимо обращать внимание на тип его кривой силы света и способ установки (непосредственно к потолку или на свесе), а также на наличие или отсутствие в помещении рабочих поверхностей.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. План цеха и вспомогательных помещений с габаритными размерами (длина, ширина, высота помещения) (рис. 6).
2. Краткая характеристика освещаемого объекта, его специфика.
3. Уровень освещенности, который необходимо обеспечить в данном помещении.
Рис.6. План цеха
26
ЗАДАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ
По приведенным в Приложении 3 исходным данным необходимо рассчитать искусственное освещение в помещении. Номер варианта выбирается студентом в соответствии с цифрами в номере зачетной книжки - от 1 до 32 далее номера вариантов повторяются с 1, например, студент с номером зачетки ЗЭП-022-00 выбирает вариант №22, а с номером зачетки ЗЭП-034-00 выбирает вариант №2.
Задание необходимо выполнять в следующей последовательности: 1) выбрать источник света и тип светильника;