Какие данные являются исходными для светотехнических расчетов

7. 6. Расчет искусственного освещения

При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:

· выбрать систему освещения и тип источника света,

· установить тип светильников,

· произвести размещение светильников,

· уточнить количество светильников.

При этом следует учитывать, что освещенность любой точки внутри помещения имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.

Исходными данными для светотехнических расчетов являются:

• нормируемое значение минимальной или средней освещенности,
• тип источника света и светильника,
• высота установки светильника,
• геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства,
• коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.

Существуют различные методы расчета искусственного освещения, которые можно свести к двум основным: точечному и методу коэффициента использования светового потока.

Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, он служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности. Отраженная составляющая освещенности в этом методе учитывается приближенно. Точечным методом рассчитывается общее локализованное освещение, а также общее равномерное освещение при наличии существенных затенений.

Наиболее распространенным в проектной практике является метод расчета искусственного освещения по методу коэффициента использования светового потока.

Расчет освещения по методу коэффициента использования светового потока.

Освещаемый объем помещения ограничивается ограждающими поверхностями, отражающими значительную часть светового потока, попадающего на них от источников света. В установках внутреннего освещения отражающими поверхностями являются пол, стены, потолок и оборудование, установленное в помещении. В тех случаях, когда поверхности, ограничивающие пространство, имеют высокие значения коэффициентов отражения, отраженная составляющая освещенности может иметь также большое значение и ее учет необходим, поскольку отраженные потоки могут быть сравнимы с прямыми и их недооценка может привести к значительным погрешностям в расчетах.

Рассматриваемый метод позволяет производить расчет осветительной установки (ОУ) с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности и применяется для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей, равновеликих полу, при светильниках любого типа.

Под коэффициентом использования светового потока (или осветительной установки) принято понимать отношение светового потока, падающего на расчетную плоскость, к световому потоку источников света

где Ф_р – световой поток, падающий на расчетную плоскость; Ф_л – световой поток источника света; n – число источников света.

Коэффициент использования ОУ, характеризующий эффективность использования светового потока источников света, определяется, с одной стороны, светораспределением и размещением светильников, а с другой – соотношением размеров освещаемого помещения и отражающими свойствами его поверхностей.

Потребный поток источников света (ламп) в каждом светильнике Ф, для создания нормированной освещенности, находится по формуле:

где Е – заданная минимальная освещенность, лк; К_з – коэффициент запаса; S – освещаемая площадь (площадь расчетной поверхности), м 2 ; z – отношение Е_ср/Е_мин; N – число светильников; U_оу – коэффициент использования в долях единицы.

По рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

При выбранном типе светильника и спектральном типе ламп поток ламп в каждом светильнике Ф₁ может иметь различные значения. Число светильников в ряду N определяется как

где Ф₁ – поток ламп в каждом светильнике.

Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, причем возможны следующие случаи:

· суммарная длина светильников превышает длину помещения: необходимо или применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше), или увеличить число рядов;

· суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается устройством непрерывного ряда светильников;

· суммарная длина светильников меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами l между светильниками. Рекомендуется, чтобы l не превышало примерно 0,5 расчетной высоты (кроме случая использования многоламповых светильников в помещениях общественных и административных зданий).

Входящий в (4.2) коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, является функцией многих переменных и в наибольшей степени зависит от отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте (L/h), с увеличением которого z резко возрастает. При L/h, не превышающем рекомендуемых значений, можно принимать z равным 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ и 1,1 для люминесцентных ламп при расположении светильников в виде светящихся линий. Для отраженного освещения можно считать z = 1,0.

Для определения коэффициента использования U_оу находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка — r_п, стен — r_с, расчетной поверхности или пола — r_р (табл. 4.3).

Индекс помещения i находится по формуле:

где А – длина помещения, В – его ширина, h – расчетная высота.

Для помещений практически не ограниченной длины можно считать i = B/h.

Для упрощения определения i служат специальные справочные таблицы, такие как, например, табл.4.4.

Во всех случаях i округляется до ближайших табличных значений; при i > 5 принимается i = 5.

С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования светового потока, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования также повышается с увеличением коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности, которые можно ориентировочно определить по приведенным в табл.4.3 характеристикам материалов.

При расчетах ОУ со стандартными светильниками U_оу определяется из справочных таблиц с учетом коэффициентов отражения стен, потолка, пола и индекса помещения. Значения коэффициентов использования для светильников с типовыми кривыми силы света (КСС) приводятся в табл. 4.5.

Порядок расчета ОУ методом коэффициента использования светового потока следующий:

· определяется расчетная высота помещения h_р, тип и число светильников в помещении;

· по таблицам находят коэффициент запаса К_з и поправочный коэффициент z;

· для зрительной работы, характерной для заданного помещения, по табл. 4.1. определяется нормируемое значение освещенности в расчетной плоскости Е;

· для заданного (с определенными геометрическими размерами) помещения по табл. 4.4 определяют индекс помещения i;

· по справочным таблицам, например по табл. 4.5, в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверхности определяют коэффициент использования U_оу;

· по формуле (4.2) рассчитывают световой поток Ф в светильнике, необходимый для создания на рабочих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все время эксплуатации осветительной установки;

· по рассчитанному значению светового потока Ф и напряжению сети выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться отФ больше чем на –10 – +20%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

Иногда решается обратная задача – по известному световому потоку Ф лампы (ламп) в светильнике определяется необходимое число ламп или светильниковN для получения нормированной освещенности Е.

В тех случаях, когда в в таблицах отсутствуют данные о коэффициентах использования светильников, например новых модификаций, эти коэффициенты могут быть приближенно определены следующим путем:

· по форме кривой силы света в нижней полусфере определяется ее тип;

· по каталожным данным светильника определяются (в процентах потока лампы) потоки нижней Ф_¯ и верхней Ф_­ полусфер;

· первый умножается на коэффициент использования, определенный по табл. 4.6, второй по табл. 4.7;

· сумма произведений дает общий полезный поток, делением которого на поток лампы находится коэффициент использования.

Для оптимизации условий труда имеет большое значение освещённость рабочих мест. Различают естественную и искусственную освещённости. Задачи организации освещённости рабочих мест следующие: 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. Естественное освещение представляет собой лучевую энергию Солнца и рассеянное излучение небосвода и является предпочтительным для помещений с постоянным пребыванием людей. Естественное освещение бывает боковое ( через световые проёмы в наружных стенах), верхнее (через фонари, световые проёмы в покрытии, через проёмы в стенах перепада высот здания, комбинированное (сочетание вышеописанных способов).

Основная величина для расчёта и нормирования естественного освещения внутри помещений принят коэффициент естественной освещённости (КЕО):

где — внутренняя освещённость, лк; — наружная освещённость, лк. При этом и должны измеряться одновременно.

Экспериментальная часть.

Коэффициент естественной освещённости рассчитывают как по экспериментальным данным, так и с помощью графического метода А.М. Данилюка.

Экспериментальный метод определения естественной освещённости.

1. Измерить наружную освещённость. Е _нар . = 2Е _о.п. , где Е _о.п — освещённость на подоконнике.
2. Замерить внутреннюю освещённость на расстоянии 1, 2, 3, 4, 5 м от окна.
3. Рассчитать КЕО для всех пяти замеров.
4. Определить для указанных точек вид и разряд зрительной работы.
5. Построить кривую изменения КЕО в лаборатории.

В выводах указать, можно ли выполнить при измеренной освещённости следующие работы: чертёжные (толщина линии 1 мм), работы в химической лаборатории.

Что такое правильный светотехнический расчет?

Что такое правильный светотехнический расчет? Это оптимальный подбор осветительного оборудования, результат которого отвечает требованиям поставленной задачи.

Когда требуется?

• Выполняется замена / обновление приборов освещения в имеющейся на объекте осветительной установке.
• Определяются параметры осветительной установки на новом объекте или при выполнении

Результат проведения компьютерных вычислений с формированием 3D модели освещаемого помещения с расстановкой светильников, оборудования и объектов, затеняющих источники света.

Для чего требуется расчет освещенности?

• Определение необходимого количества и особенностей мест установки, характеристик источников света для воспроизведения комфортного уровня освещения объекта
• Интеграция системы освещения в дизайн объекта или в окружающую среду с проверкой изменений освещенности при действии нескольких режимов работы осветительной установки
• Выяснение того, как обеспечить заданную освещенность помещения или открытого пространства
• Оптимизация числа и характеристик применяемых осветительных приборов
• Возможная экономия на используемой электроэнергии
• Определение достаточных характеристик осветительной установки для обеспечения комфортного уровня освещения
• Соблюдение норм, стандартов
• Проверка изменения освещенности объекта при смене режимов работы осветительной установки

Выдержка из документа, Расчет освещенности, содержащая спецификацию светильников для освещения одного из этажей административно-хозяйственного здания

С чего следует начать выполнение светотехнического расчета?

Решить, что является конечной целью светотехнического проектирования (обычно это определение типа, мощности, количества, месторасположения и ориентации световых приборов).

Часто, для получения результата, задача сводится к расчету нормируемого показателя при выбранных значениях используемых световых приборов, когда путем перебора возможных вариантов выбирается удовлетворяющее задачу решение.

Какие расчетные показатели основных видов освещения нормируются?

• Минимальная освещенность Е на рабочей поверхности
• Показатель неравномерности освещенности
• Показатель ослепленности P или дискомфорта М
• Цилиндрическая освещенность Ец

Результат компьютерного расчета освещенности части помещения приема пищи

Как сделать быстрый «оценочный» светотехнический расчет?

Расчет на «клочке бумаги» можно выполнить с применением значений освещенности соответствующего типа помещения из СНиП 52.1330.2016 или из СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, умноженной на общую площадь таких помещений или территории. Затем делим общее значение требуемой освещенности на световой поток планируемых осветительных приборов. Получаем общее число таких осветительных приборов.

Следует учитывать, что значения в СНиП и в СанПиН были введены в действие сравнительно давно, поэтому многие утверждают, что уровень освещения согласно этим нормам для них мал и света явно недостаточно. С учетом повышения энергоэффективности современных источников света, эксперты рекомендуют увеличивать эти нормы в 1,5 – 2 раза.

Исторические особенности выполнения светотехнического расчета

До последнего времени методология светотехнического расчета осветительной установки, естественно, базировалась на технологии ручного труда, предусматривала проведение вычислительных процедур с помощью логарифмической линейки, математических таблиц и калькулятора.

За более чем столетнюю историю были разработаны так называемые инженерные методы расчета, базирующиеся на использовании расчетных таблиц, графиков и номограмм, а также на типизации и аналитической аппроксимации кривых сил света стандартных осветительных приборов – для ускорения, упрощения и обобщения результатов работы и для возможности получения грубой первоначальной оценки планируемой осветительной установки с выбором, в отдельных случаях, типового решения.

Начиная с 80-х годов прошлого века начался переход от ручной технологии расчета к компьютерной, который к настоящему времени полностью завершен. В результате произошло разделение на разработчиков светотехнических программ и на их пользователей, позволяя широкому кругу проектировщиков, дизайнеров и конечных пользователей сосредоточиться не на сложной, трудоемкой и изнурительной процедуре проведения расчета, а на творческой стороне – поиске наилучшего варианта осветительной установки

Какими бывают светотехнические расчеты?

Упрощенные расчеты. Утилитарное освещение: освещение дороги, улицы, парка, многие виды спортивного освещения, освещение открытых пространств, освещение простых интерьеров и т.д. Это, чаще всего, ручной расчет с использованием стандартизированных таблиц для типового набора задач освещения дорог, помещений определенного назначения и т.д.

Сложные расчеты. Предназначены для моделирования сложных сцен, с получением графических изображений моделируемой осветительной установки. Применяются там, где требуется учитывать затенение источников света, экранирование одних объектов другими, сложные многократные переотражения, цветовые характеристики источников света. Чаще всего выполняются с применением компьютерного моделирования.

Возможно ли сделать светотехнический расчет самостоятельно?

Да, самостоятельно выполнить расчет освещения вполне по силам практически для любого человека. Однако есть нюансы. Чем он сложнее, тем больше специализированных навыков, знаний и времени потребуется.

А. Простая задача

Требуется сделать расчет для себя, когда объект освещения «единичен» и соблюдение стандартов и СНиП не играет существенной роли, а именно в таких, например, случаях:

• Оценить уровень освещенности отдельной комнаты с одним источником света (например: жилая комната с люстрой) или решить, лампы какой мощности и в каком количестве потребуются для освещения коридора со стандартной высотой потолков.
• Выяснить тип уличного фонаря, который подойдет для освещения придомовой территории на даче, входа в здание, подъездной дороги, территории у ворот и т.д.

В качестве решения можно

• использовать экспертное мнение, для чего можно переговорить со знакомым электриком или воспользоваться множеством онлайн-форм расчета освещенности в интернете, полистать интернет форумы, погуглить или переговорить с продавцом светильников в соответствующем магазине, вспомнить собственный опыт организации / использования освещения в школе, в спортзале, на работе, во дворе, дома и т.д.
• использовать данные метода удельной мощности или стандартные расчетные таблицы, графики и номограммы.

Б. Задача организации освещения крупного объекта

Складывается вокруг задачи подбора освещения для нескольких помещений или для большой территории. Качество решения и затраченное на него время зависит от вашего опыта, инженерно-технических навыков, наличия требуемой информации «под рукой».

Решение может быть аналогичным решению простой задачи, только времени может потребоваться больше, так как базовых объектов расчета не один, а несколько. Также можно передать задачу выполнения расчета производителю или продавцу, тем более что последние могут выполнить подобную работу бесплатно.

В. Комплексная задача оценки характеристик осветительной установки

Когда требуется обязательное соблюдение стандартов и СНиПов, рассчитать освещение средних и крупных объектов, производств и взрывоопасных объектов, нескольких улиц и т.д.

Решение

Выполнить расчет освещенности самостоятельно по-прежнему возможно, но потребуется большая подкованность инженерно-техническими, строительными и светотехническими знаниями, потребуется наличие информации из регламентирующих документов, чертежи объекта и некоторые математические способности для ручного расчета или владение навыками использования специализированного программного обеспечения и соответствующие данные от производителей осветительных приборов для компьютерного моделирования.

И вот здесь существенными становятся: 1) фактор времени 2) количество принимаемых «допущений».

Передать данные по задаче и объекту для бесплатного расчета освещенности производителю или поставщику оборудования.

Г. Планирование архитектурно-художественного освещения

Когда, например, требуется организовать освещение фасада объекта, парка, моста, монумента и т.д. Вам понадобится дизайн-проект системы с точками установки осветительных приборов и их спецификация с описанием режимов работы.

Решение:

1. Для самостоятельной подготовки расчета:

1.1. Для ручного расчета. Так как обычно для расчета установокархитектурного, витринного и рекламного освещения основным расчетным нормируемым параметром является средняя яркость поверхностей освещаемого объекта, достаточно несколько табличных данных по каждой модели светильника или, в крайнем случае, кривые силы света, которые потребуется пересчитать в отдельные значения.

1.2. Для компьютерного моделирования потребуется модель здания или визуализация концепции освещения от архитектора и соответствующие файлы данных по светильникам от производителя.

2. Передача материалов и данных о проекте для выполнения светотехнического расчета внешним исполнителям.

Следует различать а) светотехнический расчет спроектированной светодизайнером осветительной установки и б) разработку дизайна и проекта осветительной установки архитектурно-художественного оформления:

а) для выполнения экспертами бесплатного светотехнического расчета и составления спецификации рекомендуемых к применению изделий потребуется проект осветительной установки;

б) для бесплатной разработки проекта осветительной установки потребуется архитектурно-художественное решение, которое определит искомые характеристики, которых требуется достичь путем выполнения светотехнического расчета с указанием спецификации необходимого оборудования.

В любом случае, странно отказываться от бесплатного расчета освещенности объекта экспертами компании (при необходимости подготовить проект освещения, составить смету базового оборудования и оценить итоговый уровень освещения) и в ситуации с архитектурно-художественным оформлением лишиться возможности получить WOW-эффект с учетом сметы.

Два эскизных проекта светохудожественного освещения, которые используются в качестве основы при проведении светотехнического расчета освещенности осветительной установки (а) труба ТЭЦ города (б) Университет

Резюмируем. Что делать, если требуется расчет освещенности?

1. Самостоятельно оценить «на пальцах»

2. Самостоятельно выполнить ручной расчет освещенности «по старинке»

3. Самостоятельно произвести компьютерное моделирование возможных решений

4. Передать выполнение расчета производителю приборов освещения или поставщику решения

Что потребуется для выполнения светотехнических расчетов средней и высокой сложности?

Информация об объекте

• чертеж / план объекта
• возможные точки установки осветительных приборов
• доступные способы выполнения электрической разводки
• 3D здания / объекта, если его форма в плане если она сложнее прямоугольника

+ для помещений:

• габариты
• температура в помещении
• имеющееся оборудование, другие крупные объекты
• высота установки светильников
• высота рабочих поверхностей

+для автомобильных дорог:

• наличие и схема установки осветительных опор
• расстояние от опоры до освещаемого дорожного полотна
• расстояние между опорами
• класс автодороги/улицы
• особые участки дороги (круговое движение, пешеходные переходы, уширения и т.д.)

+ для территорий:

• число и высота имеющихся мачт освещения
• ветровые нагрузки места географического положения

+для сложных объектов:

• особенности, зонирование, прочие параметры

При отсутствии компьютерных навыков следует выбрать метод расчета «в ручную»

• метод удельной мощности
• метод коэффициента использования
• точечный метод
• Табличные данные (обобщенный список)
• таблица значений удельной мощности объекта
• значение светового потока и мощности оборудования
• диаграмма светораспределения при использовании точечного метода, лучше в виде табличных данных
• коэффициент светового потока источника света
• индекс помещения
• стандартный коэффициент запаса источника света
• поправочный коэффициент высоты потолка
• нормы освещенности требуемого объекта из СНиП

При наличии компьютерных навыков

• уверенный пользователь ПК
• навык установки и ручной настройки ПО
• навык работы с 2D и 3D программами компьютерного моделирования
• Автоматизированное ПО:
• Dialux
• Relux
• Light In Night Road
• база IES или LDT файлов производителя осветительного оборудования

Самым важным при выполнении светотехнического расчета является подбор осветительного оборудования на основании типа источника света, мощности светильника, светового потока, значения энергоэффективности и кривой силы света (КСС). Выбор оборудования с соответствующими параметрами зависит от существующих нормативов и пожеланий заказчика. Подбор правильной КСС обеспечивает необходимую равномерность. Стоит, например, не забывать о коэффициенте запаса осветительной установки, уровень которого зависит от загрязняемости светильников и деградации источников света в течение срока эксплуатации осветительного оборудования.

Светотехнический расчет освещения: формула и пример

Светотехнический расчет помещения позволяет определить тип, число и мощность светильников. Вычисления производят заранее, поскольку от них зависит дальнейшее выполнение электротехнических работ. Кроме того, расчет позволяет оптимизировать число светильников, оценить их возможности при разных схемах расположения. В некоторых случаях он также помогает обеспечить экономию на предприятии или другом объекте, для которого ведется расчет.

Основные методы светотехнического расчета

Светотехнический расчет освещения может выполняться разными методами:

• Методом удельной мощности. Считается одним из самых простых, но имеет один главный минус – не дает точных значений. Рекомендован только для получения приближенных значений.

Расчет освещения по методу коэффициента использования

Светотехнический расчет промышленного здания можно произвести по методу коэффициента использования светового потока. В таком случае основной величиной, которую нужно вычислить, становится световой поток светильника – Fрасч.. Его вычисляют по следующей формуле:

Fрасч. = Eн · S · K3 · z/N · ƞ

Eн – нормативная степень освещенности (лк). Ее определяют по таблице 4.1 СП 52.13330.2016 (требования к освещению промышленных предприятий) в зависимости от характеристики зрительной работы. В качестве примера для светотехнического расчета промышленного здания можно взять работы наивысшей точности с объектом различения менее 0,15 мм при малом контрасте на темном фоне. Для них искусственная освещенность должна составлять 500 лк от общего освещения и 5000 лк всего.

S – площадь помещения (м2). Берется площадь помещения, для которого производится светотехнический расчет. Определяется по стандартной формуле S = A · B, где A – ширина, м, а B – длина, м.

K3 – коэффициент запаса. Зависит от степени запыленности производственного помещения. Значение коэффициента можно найти в таблице 3 СНиП 23-05-95*.

z – коэффициент неравномерности освещения или минимальной освещенности, отношение Eср/Eмин. Eср определяют по СП 52.13330.2016, а Eмин (наименьшее значение освещенности в помещении). Согласно п. 7.9 СНиП 23-05-95*, значение z составляет 1,3 для работ I-III категории в случае применения люминесцентных ламп, 1,5 – для других источников света, а для работ IV-VII разрядов – 1,5 и 2,0 соответственно. Если светильники можно установить только на колоннах, стенах или площадках, то допускается принимать z, равное 3,0.

N – количество светильников. Рассчитывается на основе выбранной схемы освещения помещения по формуле N = R · LR.

Для начала необходимо определить число рядов светильников R:

где A – ширина помещения, м;

x – расстояние от края помещения до светильников, м;

L – расстояние между лампами в рядах и между рядами, м.

L определяют, исходя из условий L/Hр=1,0 для люминесцентных ламп и L/Hр = 0,6 для ламп накаливания, ДРЛ и светодиодных светильников.

Hр здесь представляет собой расстояние от лампы до рабочей поверхности: Hр = H – (hс + hр), где H – высота помещения (м), hс – высота свеса лампы от потолка, hр – расстояние от рабочей поверхности до пола (м).

Число светильников в ряду LR определяют по формуле: LR = (B – y)/L, где B – длины помещения (м), y – расстояние от края ряда (м).

Ƞ – коэффициент использования светового потока (%). Отношение светового потока ламп к потоку, падающему на рабочую поверхность. Для определения коэффициента необходимо воспользоваться справочной литературой. Значения параметра приведены в таблице.

Результаты светотехнического расчета

Подставив все значения в формулу, вы получите световой поток Fрасч, который должны обеспечивать светильники. По нему выбирают лампу, световой поток которой не может отличаться более чем на -10…+20%. Если отклонение больше, то рекомендуется увеличить число подходящих ламп до 2, 3 и т.д.

Для проверки правильности выбора ламп существует специальная формула:

(FГОСТ – Fрасч.)/ FГОСТ · 100%

Светотехнический расчет осветительных установок считается правильным, если полученное значение укладывается в интервал от -10 до+20%.

CADmaster

Автоматизация светотехнических расчетов в среде ElectriCS Light

Система ElectriCS Light предназначена для светотехнических расчетов при проектировании осветительных установок промышленных предприятий. ElectriCS Light позволяет выполнять расчеты как для внутреннего освещения зданий и сооружений, так и для наружного (в том числе прожекторного) освещения промплощадок…

Скачать статью в формате PDF — 360.9 Кбайт

Главная » CADmaster №1(21) 2004 » Проектирование промышленных объектов Автоматизация светотехнических расчетов в среде ElectriCS Light

Система ElectriCS Light предназначена для светотехнических расчетов при проектировании осветительных установок промышленных предприятий. ElectriCS Light позволяет выполнять расчеты как для внутреннего освещения зданий и сооружений, так и для наружного (в том числе прожекторного) освещения промплощадок.

К существенным преимуществам системы, заметно отличающим ее от программ аналогичного назначения, следует отнести:

• прямой расчет освещенности с использованием кривых силы света светильников (с отслеживанием затенений и отражений от поверхностей);
• возможность расчета освещенностей в помещениях произвольной конфигурации (прямоугольной, овальной, Г- или T-образной
• получение сводного результата по расчету множества помещений и всего здания (проекта);
• возможность детального анализа распределения освещенности по области расчета, построение полей освещенности, а также оценка освещенности в произвольных точках пространства с различной ориентацией расчетной поверхности;
• возможность ввода исходных данных — координат светильников, стен, точек контроля — с использованием графических средств AutoCAD (оцифровка планов в AutoCAD) с параллельной выдачей информации на планы;
• просмотр в трехмерном виде (аксонометрии) исходных данных для расчетов: источников света (светильников) с вектором направленности светового потока, точек контроля, а также стен, зданий и сооружений, создающих тень;
• просмотр в трехмерном виде результатов расчета как световых полей, что позволяет визуально оценить распределение освещенности по площади освещаемой поверхности;
• отображение на плане (в AutoCAD) линий заданного уровня освещенности, что позволяет визуально оценить и вывести на планы границы области заданного уровня освещенности;
• итоговая документация в форматах AutoCAD и MS Word.

В инженерной практике для выполнения светотехнических расчетов приняты два метода: метод коэффициента использования и точечный. Первый из них пригоден для расчета общего освещения, если не требуется учитывать особенности размещения оборудования и светильников. Второй позволяет учесть освещенность от каждого светильника в произвольной точке пространства, но для его использования необходимы заранее построенные кривые равной освещенности (изолюксы).

В ElectriCS Light для расчета освещенности применяется метод силы света. Исходной информацией о помещении служат его геометрические размеры и коэффициенты отражения поверхностей потолка, стен и пола. Число стен помещения произвольно, а само помещение может иметь различную конфигурацию — в том числе и овальную. В один проект (расчет) допускается включение нескольких помещений. Исходные данные о светильнике включают его геометрические размеры, описание кривых силы света (КСС), площадь выходного окна светильника, коэффициент полезного действия, число ламп, их мощность и величину светового потока. Светильники могут быть круглосимметричными, иметь две или одну плоскость симметрии. В одном помещении возможно совместное использование светильников разных типов.

При выполнении расчетов принимается ряд допущений — менее жестких, чем те, что используют в традиционных расчетах освещенности:

• все светильники рассматриваются как точечные источники или совокупности точечных источников света с заданными характеристиками кривых силы света;
• отражающие поверхности считаются однородными диффузными с заданным коэффициентом отражения, в расчете они представляются множеством элементарных площадок с однородной освещенностью.

Освещенность в произвольной точке пространства определяется как E_i=E_ci+E_oi

где E_ci — освещенность, создаваемая в расчетной точке прямым светом светильников; E_oi — освещенность, создаваемая в расчетной точке светом, отраженным от поверхностей потолка, стен и пола.

Освещенность, создаваемая прямым светом всех светильников S_j в расчетной точке A_i (рис. 1):

где N — количество светильников; I (α_j, β_i) — сила света j-го светильника, приведенная к потоку 1000 лм в направлении, определяемом углами α_j и β_j; α_j — плоский угол, образуемый перпендикуляром к излучающей плоскости и лучом, направленным на расчетную точку; β_j — угол между плоскостями, проходящими через перпендикуляр к плоскости светильника и его продольную ось и через перпендикуляр к расчетной поверхности, проходящий через точку A_i; γ_j — угол, образованный перпендикуляром к расчетной поверхности и падающим лучом света j-го светильника в расчетной точке; Φ_лj — световой поток одной лампы j-го светильника; n_j — число ламп в светильнике; η_j — коэффициент полезного действия светильника; R_ij — расстояние от светильника S_i до расчетной точки A_i.

Величина силы света I (α_j, β_i) вычисляется на основе каталожных кривых силы света светильников с использованием линейной интерполяции табличных значений в продольной и поперечной плоскостях светильника и последующей аппроксимации эллипсом в направлениях, не принадлежащих плоскостям симметрии светильника.

Освещенность от отражающих поверхностей определяется как сумма освещенности от всех элементарных площадок отражающих поверхностей:

где E_ck — освещенность k-й элементарной площадки, создаваемая прямым светом всех светильников; F_k — площадь k-й элементарной отражающей поверхности; ρ_k — коэффициент отражения k-й элементарной площадки; α_k — угол, образуемый отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности k; β_k — угол, образующийся лучом и перпендикуляром к расчетной поверхности; R_ik — расстояние от центра отражающей элементарной поверхности k до расчетной точки A_i.

Выбор светильников и ламп производится из базы данных. Число светильников, а также способ их расположения в пространстве помещений определяются на основе вариантных расчетов с учетом обеспечения заданных уровней освещенности в контрольных точках и допустимой степени ее неравномерности. Размещение светильников выполняется как вручную (диалоговый режим), так и в графическом режиме на планах помещений (генпланах).

Предварительное определение числа светильников производится по методу коэффициента использования, который при работе с упрощенным вариантом можно задать в диалоге, а при более сложном варианте автоматически получить на основании исходных данных проекта, касающихся размеров помещения (вычисляется индекс помещения), усредненного коэффициента отражения поверхностей и усредненной КСС по формуле:

где E_n — норма освещенности; F_n — площадь помещения; K_u — коэффициент использования; n — число ламп в светильнике; Φ_ном — номинальный световой поток лампы.

Оптимальное проектное решение определяется как результат итерационного процесса, состоящего из выбора светильников, размещения их в пространстве с последующей оценкой освещенности в контрольных точках и по 3D-поверхностям освещенности. На план (генплан) могут выводиться изолинии, то есть линии равной освещенности. Табличные документы проекта — таблицы расчета освещенности помещений и выбранных светильников — выводятся в Word.

Рис. 1. Схема к расчету освещенности в точке Ai: a) от i-го светильника Sj (схама слева); б) от k-ой элементарной площадки отражающей поверхности (иллюстрация справа)

Исходными данными для светотехнических расчетов являются перечни источников света (светильников), точек контроля, стен, комнат (помещений), мачт, а также зона расчета и группа примитивов зданий и сооружений. Последнюю составляют здания, резервуары, цистерны, сферы, трубы — они используются только для формирования теней (учета затененности при расчете освещенности). Координаты исходных данных можно вводить на строительных планах (генпланах) в AutoCAD. Пример окон ввода исходных данных для светильников, точек контроля, стен и комнат (помещений) показан на рис. 2.

База данных ElectriCS Light состоит из таблицы ламп, таблиц кривых силы света (КСС), таблицы светильников со ссылками на таблицу ламп и одну из таблиц КСС, таблицы отражающих поверхностей и таблицы коэффициентов использования, которая используется для упрощенного выбора коэффициента использования в зависимости от индекса помещения и усредненного коэффициента отражения поверхностей помещения при расчете числа светильников.

Кривые силы света можно просматривать как в декартовой (рис. 3), так и в полярной (рис. 4) системе координат.

Расчет освещенности проводится как для точек контроля, так и для заданных поверхностей (расчет изолиний). При расчете точек контроля для каждой из них рассчитывается прямой свет от всех источников (светильников) в данном помещении и отраженный свет от всех отражающих поверхностей в соответствии с координатами этой точки и расположением нормированной поверхности (В или Г).

Расчет числа светильников производится в проекте с исходными данными по стенам и комнатам. На основе исходных данных по габаритам комнаты вычисляется ее индекс помещения I_ном:

где а — длина помещения; b — ширина помещения; h — расчетная высота. По вычисленному усредненному коэффициенту отражения и индексу помещения вычисляется коэффициент использования (КСС светильников считается равной Д-2).

Исходные данные и результаты расчета можно выдавать в AutoCAD как в трехмерном представлении, так и в виде плана.

В 3D-виде выдаются:

• результаты расчета — как две поверхности (первая — горизонтальная тонированная плоская поверхность на заданном уровне освещенности, вторая — тонированная неплоская поверхность, заданная расчетными точками освещенности, где освещенность приведена к координате Z);
• изолинии — как замкнутые линии для заданного уровня освещенности;
• источники света (светильники) — как круг или ориентированный прямоугольник заданных размеров с 3D-вектором;
• точки контроля — как тонированный шар стандартных размеров с выноской проектной позиции;
• стены — как тонированный вертикальный прямоугольник;
• мачты — как тонированный вертикальный цилиндр;
• зона расчетов — как тонированный ортогональный параллелепипед;
• здания и сооружения — как тонированные объекты различного типа (резервуар, сфера

В виде плана представляются:

• источники света (светильники) — как круг или ориентированный прямоугольник стандартных размеров с выноской проектной позиции. Если вектор светильника направлен не строго вертикально, на план выдается плоская стрелка как проекция вектора;
• точки контроля — как квадрат стандартных размеров с выноской проектной позиции;
• стены — как линия с выноской проектной позиции;
• зона расчетов — как ортогональный прямоугольник.

В состав ElectriCS Light включены пять контрольных примеров: два посвящены наружному (прожекторному) освещению, остальные — внутреннему.

Рис. 6

Первый контрольный пример представляет собой проект наружного освещения технологической площадки при обустройстве нефтяного месторождения. На территории расставлены девять прожекторных мачт различной высоты: восемь мачт с 45 прожекторами типа ПКН-1500 и одна мачта со светильником КНУ01−20000. На рис. 5 приведен трехмерный вид исходного плана с расставленными прожекторными мачтами и изолинией уровня 10 лк как результатом расчета. На рис. 6 показан трехмерный вид (график) результатов расчета, где отображается граница освещенности, равной 10 люксам. Здания и сооружения в этом примере не оцифровывались, поэтому их тени не учтены. На рис. 7 — таблицы источников света и точек контроля с результатами расчета освещенности, выведенные в Word.

Второй контрольный пример — это проект наружного освещения части площадки геотермальной электростанции. На плане установлены две прожекторные мачты с тремя светильниками типа Haline-2−1500W на каждой. На рис. 8 показан трехмерный вид исходного плана с расставленными прожекторными мачтами и изолинией уровня 10 лк как результатом расчета. Рис. 9 представляет трехмерный вид результатов расчета в виде световой поверхности на уровне 10 лк без плоскости сечения. В этом КП указаны (оцифрованы) некоторые резервуары, поэтому он показателен в смысле учета затененности от зданий и сооружений и оценки распределенности освещенности по всей площадке.

Рис. 8

Рис. 9

Для третьего контрольного примера взят проект внутреннего освещения пожарной насосной. Здание насосной состоит из двух помещений: собственно насосной и венткамеры. В насосной под потолком на высоте 4,7 м вертикально размещены семь светильников типа НСП11−200−234. На стене венткамеры — два светильника типа НПП03−100−001, горизонтально размещенные на высоте 2,7 м. На рис. 10 представлен трехмерный вид исходного плана с расставленными светильниками и стенами. На рис. 11 — трехмерный вид результатов расчета в виде световой поверхности. Здесь хорошо заметно влияние теней от некоторых стен на уровень освещенности в различных точках насосной.

Рис. 10

Рис. 11

Четвертый контрольный пример — это проект внутреннего освещения спортивного зала, где под потолком размещены в три ряда 90 светильников типа ЛП002−2×40/11−01.

В качестве пятого контрольного примера взят проект внутреннего освещения комнаты отбора проб. По потолком на высоте 4 м расположено 8 светильников типа 7266/24 (два ряда по четыре светильника).

Рис. 12

На рис. 12 приведены трехмерные виды четвертого и пятого контрольных примеров с результатами расчетов в виде изолиний и световой поверхности. Рис. 13 иллюстрирует фрагмент выданных на план (плоскость) исходных данных (прожекторов и точек контроля). Можно выдавать их и на существующий план в AutoCAD.

Рис. 13

Система ElectriCS Light работает под управлением Microsoft Windows NT 4.0 и выше (Windows 98). Минимальные требования к компьютеру: процессор Pentium II c оперативной памятью 64 Мб. В качестве документатора используется Microsoft Word 2000, а в качестве графического трехмерного редактора (для просмотра планов и работы с ними) — AutoCAD 2000.