Министерство строительства
и ‘жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации
Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве»
Методическое пособие ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ И ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Москва 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...............................................................4
I Расчет искусственного освещения помещений общественных и жилых зданий .. .5
1.1 Выбор источника света..............................................5
1.2 Выбор метода расчета...............................................7
1.3 Светотехнические характеристики светильников. Кривые силы света
и фотометрические файлы..........................................II
1.4 Расчет прямой составляющей освещенности точечным методом.
Расчет освещенности от точечного излучателя с симметричным
светораспределением...............................................22
1.5 Расчет освещенности от точечного излучателя с несимметричным
светораспределением..............................................27
1.6 Расчет освещенности от линейных излучателей.........................29
1.7 Расчет освещенности от прямоугольных поверхностных излучателей
равномерной яркости...............................................33
1.8 Учет отраженной составляющей освещенности........................36
1.9 Расчет средней освещенности методом коэффициента использования
светового потока.................................................37
1.10 Расчет средней освещенности методом удельной мощности.............45
2 Инженерные методы расчета качественных показателей искусственного
освещения...........................................................50
2.1 Ограничение слепящего действия искусственного освещения в
помещениях......................................................50
2.2 Коэффициент пульсации освещенности в помещении....................65
2.3 Цилиндрическая освещенность.......................................71
3 Искусственное освещение общественных и жилых помещений...............75
3.1 Общие положения.................................................75
3.2 Освещение административных помещений.............................95
3.3 Освещение помещений дошкольных образовательных учреждений........99
Подход к расчету отраженной составляющей является общим для всех трех групп излучателей, он заключается в определении первоначально попавшего от светильников светового потока на отражающие поверхности ограждающих помещение конструкций.
1.3 Светотехнические характеристики светильников. Кривые силы света и фотометрические файлы
1.3.1 В практике расчетов светильник принимается за излучатель (точку, линию, поверхность) с условно выбранным световым центром.
Светораспределение светильников определяется фотометрическим телом светильника, под которым понимается геометрическое место концов радиус-векторов, выходящих из светового центра, длина которых пропорциональна силе света светильника в соответствующем направлении (рисунок 1.5).
|
|
Рисунок 1.5 - Симметричные (а) и несимметричные (б) фотометрические тела световых приборов |
Светораспределение светильников принято характеризовать кривыми силы света, представляющими зависимости силы света светильника от меридиональных а и экваториальных Р углов, получаемых ссчсннсм фотометрического тела плоскостями. Преимущественно пользуются кривыми силы света / = /(а), получающимися ссчсннсм фотометрического тела вертикальными плоскостями при разных значениях углов р.
В зависимости от формы фотометрического тела светильники
11
подразделяются на симметричные, фотометрическое тело которых имеет ось или плоскость симметрии, и несимметричные (рисунок 1.5). К первой группе относятся круглосимметричные светильники, кривая силы света которых одинакова при любых значениях углов р.
Кривые силы света представляются в виде графиков, таблиц, или задаются в виде формул, аппроксимирующих кривые силы света.
Для светильников с симметричным фотометрическим телом ГОСТ Р 54350-2015 кривые силы света представлены в виде графиков /п = Да) для светового потока светильника Ф = 1000 лм. По ГОСТ все светильники по типу кривой силы света подразделяют на семь классов: К, Г, Д, Л, Ш, М, С. Кроме того, по типу светораспределения (доли излучения в верхнюю и нижнюю полусферы) светильники подразделяются на пять классов: П, Н, Р, В, О. Заводы-изготовители в паспортных данных на светильники указывают класс светораспределения и класс кривой силы света. Светильники отличные от данной классификации, считаются специальными, и на них указываются табличные или графические особые данные для характеристики светораспределения.
|
|
0* 10* 20* XT ACT
Рисунок 1.6 - Типовые кривые силы света по ГОСТ Р 54350 |
Отдельные стандартные классы светораспределения были детализованы (Д-1, Д-2; Г-1+Г-4; К-1+К-4; Л; Ш) и установлены поля допусков, в пределах которых реальное светораспределение светильника позволяет отнести его к тому или иному классу (рисунок 1.6, таблица 1.1).
12
|
Таблица 1.1 - Типовые кривые силы света отечественных круглосимметричных светильников (Ф - 1000 лм) |
|
Типовые кривые силы света светильников, которые можно считать точечными излучателями, могут быть представлены в аналитической форме.
учитывая, что значения силы света относятся к источнику света световым потоком Ф = 1 ООО лм: для кривой типа «М»
1(a) = 159,2
для кривой типа «Д»
1(a) = 330 cosa
для кривой типа «Д-1»
1(a) = 233,4 cos (0,7841a) для кривой типа «Д-2»
/(а) = 295 cos (1,0374а) для кривой типа «Д-3»
|
m ■> /1 |
90’ |
|
|
1.1038 |
|
п |
а* — |
|
и |
1.1038 |
условным
(1.1)(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
90
K94.2cos(l.75822o).o <
90*
90*
2400cos(2.91o).a <
90
0 e2l9i
90*
I I92cos(2,0402а),а < -
90*
1583cos(2.36830).о < ^ 168“ 90*
0
2l20cos(2,7471о),о <
О ,oi
1(a) = 205sina = 154.8|
для кривой типа «Л-Ш»
/(о) = П9| для кривой типа «Ш»
Ha) = 78,з(-^^7-1
\cos(84,4sin ,51,2a) )
(1.9)
(1.10)(1.11)(1.12)
(113)
(1.14)
(1.15)
(1.16) (1.17)
1.3.2 Для точных вычислений можно аппроксимировать кривую силы света
методом наименьших квадратов. Кривая силы света как любая непрерывная
функция может быть представлена полиномом //-ой степени:
15
1{а) = ^а,а' .
Степень полинома может быть определена из минимума
среднеквадратичного отклонения:
-/<*>)* • (1.19)
При низких степенях полинома велики отклонения значении полинома ог паспортных значении кривой /(а), что приводит к большому среднеквадратичному отклонению а. При высоких степенях полинома его значения описывают более частные изменения, чем кривая /(а), что также повышает значение среднеквадратичного отклонения а.
1.3.3 При использовании светильников с несимметричными кривыми сил света параметры которых задаются двумя, тремя и более кривыми зависимости 1(a) при разных углах р; для определения /(а; Р) при углах р, паспортные данные для которых не приводятся, может быть использована интерполяция полиномами Лагранжа, если зависимость Па; р) от углов р носит линейный характер.
При нелинейном характере зависимости /(а; Р) =_ЯР) следует использовать нелинейные методы интерполяции.
При заданных в паспорте кривых сил света / = 1(a) для двух углов р,, и р| искомые значения можно определить по формуле:
/,(*)+
(Д-Д) (А-А)
(1.20)
При заданных в паспорте кривых сил света / = / (а) для трех углов Р: р(1, pi.
Р; искомые значения /(а; р) можно определить по формуле:
<А-АМА-А> (А-АХА-А) (А-АХА-А)
(1.21)
где Л(а), /2(а), /3(а) - значения силы света для искомого угла по паспортным графикам.
При наличии большого числа графических зависимостей / = /(а) для различных значений р в паспорте или каталоге на светильник используются формулы:
3.4 Освещение помещений общеобразовательных школ и высших учебных
заведений......................................................101
3.5 Освещение помещений лечебно-профилактических учреждений.......106
3.6 Освещение помещений предприятий торговли.......................110
3.7 Освещение помещений педприятий общественного питания...........113
3.8 Освещение помещений предприятий бытового обслуживания...........115
3.9 Освещение гостиничных помещений..............................116
4 Искусственное освещение помещений жилых зданий......................119
Приложение А Основные понятия, термины и определения...................122
Приложение Б Пример расчета объединенного показателя дискомфорта.......128
Приложение В Программные средства для расчета искусственного освещения
помещений жилых и общественных зданий...................137
Список использованной литературы......................................138
Заключение...........................................................141
3
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее методическое пособие разработано в развитие положений Свода правил СП 52.13330 «Естественное и искусственное освещение» в целях выполнения светотехнической части проектов искусственного освещения в соответствии с заложенными в нем нормативными требованиями.
Пособие ориентирует проектировщиков на использование современных энергоэффективных источников света и систем искусственного освещения. Оно разъясняет методологические основы и детализирует указания по проектированию светотехнической части проектов искусственного освещения общественных и жилых зданий, позволяющих реализовывать требования СП 52.13330.2011.
Существенное внимание уделено показателям качества освещения, включающим ограничение слепящего действия и пульсацию светового потока в помещениях, а также обеспечению равномерности распределения освещенности в помещениях.
Методическое пособие предназначено для электроотделов организаций, выполняющих проекты электроосвещения. Оно предполагает применение общедоступных программных средств, наиболее широко распространенных в практике проектирования искусственного освещения.
Документ разработан авторским коллективом: к. т. н. Шмаров И. А., к. т. н. Коркина Е. В., ипж. Бражникова Л. В. (Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук»); инж. Е. А. Литвинская (ООО «ЦЕРЕРА-ЭКСПЕРТ»).
4
1 Расчет искусственного освещения помещений общественных ижилых зданий1.1 Выбор источника света
1.1.1 Проектирование и расчет искусственного освещения начинаются с выбора источника света.
Для освещения помещений общественных и жилых зданий следует использовать источники света с цветовой нормированной температурой от 2400 К до 6500 К.
Интенсивность ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 320-400 нм не должна превышать 0,03 Вт/м2; наличие в спектре излучения длин волн менее 320 нм не допускается [22].
1.1.2 Поскольку современные нормативные требования к искусственному освещению помещений определяются нс только создаваемой нм освещенностью, но и расходом электроэнергии на ее создание, выраженной в удельной мощности (Вт/м2), для освещения следует использовать источники света, имеющие высокую световую отдачу (лм/Вт).
1.1.3 Требованиям к спектральному составу излучения и энергетической эффективности отвечают светодиоды и светодиодные модули, люминисцснтныс лампы и металлогалогенные лампы.
Спектр светодиодов в отличие от спектра люминесцсных и металлогалогенных ламп является непрерывным и тем самым более приближенным к спектру солнечного излучения, что показано на рисунке 1.1. Применение светодиодов в общественных и жилых зданиях гигиенически обосновано и разрешено санитарно-эпидемиологическими нормами.
Исключение составляют дошкольные образовательные учреждения (ДОУ) и лечебно-профилактические учреждения (ЛПУ), применение светодиодных источников в которых запрещено. В данных помещениях могут применяться люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, мсталлогалогсновыс лампы.
|
|
УМ >*> ум УМ «Ч "СО ЮС »ч ко
Рисунок 1.1- Плотность спектрального распределения излучения светодиода и люминесцентной лампы; I - светодиод; 2 - люминесцентная лампа |
1.1.4 Световая отдача светодиодов в массовом производстве достигает 100-130 лм/Вт. На практике применяют светодиодные лампы (рстрофиты), показанные на рисунке 1.2, которые можно использовать в существующих светильниках для ламп накаливания и люминесцентных ламп и светодиодные светильники.
|
|
Рисунок 1.2 - Светодиодные лампы на замену в существующих светильниках: а) -ламп накаливания и компактных люминесценых ламп; б) л юм и нес центы х ламп |
6
Светодиодные светильники (рисунок 1.3) представляют собой сборки нескольких светодиодов с набором электрических, оптических, механических и тепловых компонентов. Такие сборки называются светодиодными модулями. Светодиодные модули выпускаются в виде плат с контактами и отверстиями для крепления и могут иметь встроенные устройства управления на плате.
|
|
а) б) в)
Рисунок 1.3 - Светодиодные модули (а, б) и светодиодный светильник (в) |
1.1.5 В общественных помещениях бюджетной сферы (за исключнем оговоренных далее случаев) не следует применять лампы накаливания, дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ), люминесцентные лампы с галофосфатным люминофором и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).
1.2 Выбор метода расчета
1.2.1 Сегодня при искусственном освещении необходимо обеспечить не только среднюю освещенность по помещению и минимальную освещенность па рабочих местах, но и выполнение нормы энергетической эффективности, обеспечив удельную мощность (Вт/м ), не превышающую требования норм, а также требования к качественным показателям помещений (объединенному показателю дискомфорта, коэффициенту пульсации освещенности, равномерности распределения освещенности).
1.2.2 Все применяемые методы расчета освещения можно свести к двум основным: точечному и методу светового потока, подразделяющемуся на метод коэффициента использования и метод удельной мощности.
На основе точечного метола могут быть расчитаны средняя, минимальная освещенность и равномерность, распределение освещенности и удельная мощность.
По методу светового потока возможно расчитать среднюю освещенность и удельную мощность. При расчете этим методом минимальная освещенность оценивается лишь приближенно, без выявления точек, в которых она имеет место. Средняя освещенность может быть рассчитана на как угодно расположенной поверхности, но наиболее употребительные формы этого метода предназначены для расчета только горизонтальной освещенности.
1.2.3 Точечный метод является предпочтительным, но он трудоемок и применяется в программных средствах. Рекомендуемые программные средства для расчета искусственного освещения приведены в приложении В.
1.2.4 Расчет искусственного освещения заключается в определении числа и мощности источников света, обеспечивающих нормированную (с учетом коэффициентов эксплуатации) освещенность, либо в определении по заданному размещению светильников и мощности источников света, используемых в них, создаваемой ими освещенности на указанных в нормах рабочих поверхностях.
1.2.5 Освещенность Ерн на рабочей поверхности создается световым потоком, поступающим непосредственно от светильников (прямая составляющая освещенности Еяс_ и отраженным, падающим на расчетную поверхность в результате многократных отражений от стен, потолка, пола, оборудования (отраженная составляющая освещенности
F = /г + F
"/». II. ‘-'«.С. г-‘О.С.
1.2.6 Прямая составляющая освещенности рассчитывается на основе кривой силы света светильника и расположения светильников относительно выбранной точки на рабочей поверхности, поэтому ее значения на отдельных участках рабочей поверхности могут быть различными.
1.2.7 Отраженная составляющая освещенности определяется световым потоком, падающим на отражающие поверхности непосредственно от светильников, т. е. определяется светораспределением светильников, отражающими свойствами ограждающих поверхностей, а также соотношением размеров освещаемого
помещения.
8
1.2.8 Методика расчета прямой составляющей освещенности выбирается в зависимости от применяемых светящих элементов проектируемой осветительной установки, в дальнейшем именуемых как излучатели. В зависимости от соотношения размеров излучателей и расстояний их до освещаемой поверхности вес разновидности излучателей можно разделить на три группы: точечные, линейные и поверхностные.
Точсчность светящего элемента определяется его относительными размерами по отношению к расстоянию до освещаемой точки пространства. Практически принято считать светящее тело точечным, если его размеры нс превышают 0,2 расстояния до освещаемой точки.
В практике расчета точечный светильник принимается за светящую точку с условно выбранным световым центром, характеризуемым силой свега но всем направлениям в пространстве (рисунок 1.4).
К точечным светящим элементам относятся, светильники с одиночными светодиодами, компактными люмннисцентными лампами и металлогалогенными лампами.
Рисунок 1.4 - Ориентация расчетной плоскости Р в пространстве в сферической
системе координат
1.2.9 К линейным светящим элементах! относятся светящие элементы, имеющие несоизмеримо малые размеры по одной из осей по сравнению с размерами по другой оси.
В практике расчета к светящим линиям относятся излучатели, длина которых превышает половину расчетной высоты lip. К светящим линиям относятся люминесцентные светильники, расположенные непрерывными линиями или
9
линиями с разрывами, а также протяженные светящие панели, длина которых соизмерима с расстоянием до освещаемой поверхности. Основной характеристикой линейных источников является удельная сила света, под которой понимают силу света, излучаемую единицей длины источника (1 м) в плоскости, перпендикулярной его осп, и кривые силы света в продольной и поперечной плоскостях.
1.2.10 К поверхностным излучателям, для которых нельзя применить закон квадратов расстояний из-за значительной погрешности, возникающей в расчете, относятся установки отраженного света в виде световых потолков или ниш; панели, перекрытые рассеивателями или экранирующими решетками. Размеры этих светящих элементов соизмеримы с расстоянием до расчетной точки. Светящие элементы этой группы характеризуются следующими показателями: формой и размером светящей поверхности, распределением яркости по различным направлениям пространства и по самой светящей поверхности. Световые потолки в установках отраженного света, а также световые потолки и панели, перекрытые рассеивателями, обладают практически одинаковой яркостью по всем направлениям пространства. Исключение составляют светящие поверхности, перекрытые экранирующими решетками, защитный угол которых может существенно влиять на распределение яркости в пространстве. При расчете осветительных установок этого типа можно принимать яркость светящей поверхности равной сс среднему значению.
Использование поверхностных излучателей, требующих значительной установленной мощности, может быть оправданным в установках архитектурного освещения, когда кроме утилитарных требований предъявляются также дополнительные архитектурно-художественные требования.
1.2.11 Необходимо иметь в виду, что в зависимости от условий применения излучатель может быть отнесен к определенной группе. Так, линейный излучатель может рассматриваться как точечный, если его длина в два раза меньше расстояния до точки, в которой определяется создаваемая нм освещенность, при этом погрешность при расчете не превышает 5%. Аналогичное допущение может быть принято для поверхностного излучателя, если расстояние, на котором определяется освещенность, в 2,5 раза превышает наибольший размер поверхности.
