Для визначення відбитої складової циліндричної освітленості від верхнього і нижнього півпросторів (Eц) і (Eц) необхідно попередньо розрахувати яскравості поверхонь, які обмежують освітлюване приміщення: Lп°, Lс, LР , де Lп°-- яскравість стелі без урахування прямого потоку світильників (за рахунок багаторазового відбиття).

Вважаємо, що розподіл яскравостей по поверхнях стелі, стін і підлоги рівномірним, що складаються відбитої складової циліндричної освітленості згідно з

де , , відповідно функції, обумовлені розмірами і положенням поверхонь стелі, стін і підлоги відносної розрахункової точки.

При визначенні відбитої складової циліндричної освітленості слід мати на увазі, що яскравість стелі повинна розраховуватися без урахування прямого світлового потоку світильником, що випромінюється у нижню півсферу і визначає пряму складову циліндричної освітленості.

Послідовність розрахунку циліндричної освітленості

1. Залежно від типу елемента, що світить, визначаємо пряму складової освітленості:

а) для точкового випромінювача -- за рівнянням

,

і графіков або ;

б) для лінійного випромінювача -- за рівнянням



і графіков або ;

в) для рівнояскравої поверхні -- за рівнянням

або таблиці .

Визначаємо значення середньої яскравості стелі Lп° (без урахування прямого потоку світильників), стін Lс і підлоги Lр за попередньо знайденими сталими світлових потоків F°n, Fс і Fр.

Будуємо розрахункові сітки для визначення функцій і .

Визначаємо функції , , і .

Розраховуємо відбиту складову циліндричної освітленості від верхнього (Ец) і нижнього півпросторів за

Визначаємо загальну циліндричну освітленість:

Інженерні методи розрахунку циліндричної освітленості

1. З огляду на трудомісткість роздільного розрахунку прямої та відбитої складової циліндричної освітленості були розроблені інженерні методи розрахунку циліндричної освітленості. Одним з таких методів є розрахунок циліндричної освітленості за допомогою кривих залежності циліндричної освітленості від індексу приміщення, що будуються для світильника із заданим світлорозподілом.

На осі ординат графіків відкладені значення циліндричної освітленості Ец для питомого світлового потоку світильників у нижню півсферу, на осі абсцис - значення індексу приміщення. Значення циліндричної освітленості, нанесені на кривих, розраховані в точці передбачуваного мінімуму, що розташована посередині торцевої стіни приміщення на рівні 1,5м від підлоги.

Криві відповідають різним висотам h і різним сполученням коефіцієнтів відображення стін і підлоги приміщення. Висота, як і при розрахунку індексу приміщення, враховується від світильника до підлоги приміщення. Коефіцієнт відображення стелі прийнятий при розрахунку кривих рівним 0,5 з огляду на наявність світильників на стелі приміщення.

2. Ще більш простим способом розрахунку циліндричної освітленості є використання кривих залежності відношення середньої горизонтальної освітленості до циліндричної освітленості від індексу приміщення, побудованих для світильників з різним світлорозподілом.

Такі криві побудовані Т.Н.Сидоровою [11]. На осі ординат відкладені величини відношення середньої горизонтальної освітленості в точці передбачуваного мінімуму, на осі абсцис - значення індексу приміщення. Криві побудовані для різних сполучень коефіцієнтів відображення стін і підлоги приміщення.

Аналізуючи отримані експериментальні залежності, зробимо наступні висновки:

а) при збільшенні концентрації світлового потоку світильників зростає відношення горизонтальної освітленості до циліндричної, що характеризує зниження рівня відчуття насиченості приміщення світлом при тому ж рівні нормованої горизонтальної освітленості;

б) на величину відношення горизонтальної освітленості до циліндричної освітленості істотний вплив мають відбиваючі властивості поверхні приміщення. При низьких відбиваючих властивостях стін і підлоги помітно зростає відношення горизонтальної освітленості до циліндричної, тобто знижується відчуття насиченості приміщення світлом;

в) зміна індексу приміщення має малий вплив на відношення горизонтальної освітленості до циліндричної, особливо при значеннях >2.

Побудуємо графік функції за (7.3) і розіб'ємо ординату на рівні частини (рис.7.3). Знайдемо значення кута , що відповідає рівним збільшенням функції . У свою чергу, за знайденим значенням і заданій висоті розташування диска над розрахунковою точкою визначимо радіуси кілець, що створюють однакові значення циліндричної освітленості в точці під центром диска:

.

Наносимо кола зі знайденими радіусами на кальку і розбиваємо отримані концентричні кола радіальними променями, що проходять через центр і зміщені один щодо другого на постійну величину. Таким чином одержимо розрахункову сітку для визначення функції .

ЛЕКЦІЯ 8. НОРМУВАННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК ЗА ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИМИ ПОКАЗНИКАМИ

Показником економічної ефективності капітальних вкладень у порівнювані варіанти технічних рішень проекту прийнято мінімум приведених витрат, що являють собою по кожному варіанту суму капітальних витрат К і річних експлуатаційних витрат С протягом нормативного строку окупності капітальних витрат Т, вираженого в роках. Найбільш вигідним є той варіант, для якого значення К + СТ буде найменшим.

Строком окупності капітальних витрат прийнято вважати час, протягом якого різниця капіталовкладень для двох порівнюваних варіантів установки (ДО2 -- ДО1) окупається за рахунок економії засобів, що витрачаються на експлуатацію більш дорогої установки:

Т=(ДО2 - ДО1)/(З1 - З2),

де Т - строк окупності, роки;

ДО1 і З1 - капітальні витрати і річна вартість експлуатації менш капіталомісткого варіанта установки (ДО1<ДО2),грн.;

ДО2 і З2 - капітальні витрати й річна вартість експлуатації установки з меншими експлуатаційними річними витратами (З1 > З2), грн.

Техніко-економічне зіставлення порівнюваних варіантів освітлювальних установок має сенс лише в тому випадку, коли більш капіталомісткий варіант характеризується меншими експлуатаційними витратами. Для одночасного зіставлення декількох варіантів освітлювальної установки

Сi+Ki /Тн=min,

де Тн - нормативний строк окупності за Дст Тн = 8,3 роки.

Суму витрат на експлуатацію i-й освітлювальної установки Сі й щорічного відрахування на покриття капітальних витрат протягом нормативного строку окупності прийнято називати приведеними витратами:

3i=Ci+РнKi=Ci+0,l2Ki,

де Зі -- приведені витрати i-го варіанта установки;

Сі -- річні витрати на експлуатацію і-го варіанта установки;

Рн -- нормативний коефіцієнт ефективності (при Тн = 8,3 Рн = 1/8,3 = 0,12);

Кі -- капітальні вкладення і-го варіанта освітлювальної установки.

(Ci-0,l2Ki)/Ni=Зi - питомі приведені витрати на одну партію виробів,

де Ni -- кількість партій (штук) виробів, що випускаються за певний проміжок часу (тиждень, місяць);

При зіставленні двох варіантів за (8.1) умови більшої економічності першого варіанта визначаться нерівністю

З1 + РнК1 > З2 + РнК2

З1 + РнК1 < З1 + РнК1

де n1,2 -- відносний приріст продуктивності праці в першому, більш капіталомісткому варіанті освітлювальної установки.

Оптимальним за техніко-економічними показниками буде той варіант, у якого питомі приведені витрати мінімальні:

Ci+Рнki=Si хв,

де З= Ci/Ni -- собівартість одиничної партій виробів;

ki = Ki/Ni -- питоме щорічне відрахування на покриття капітальних витрат, віднесене до однієї партії виробів.

Найкращій варіант освітлювальної установки в приміщеннях суспільного призначення з декількох варіантів проекту з однаковими якісними й кількісними показниками, що задовольняють діючим правилам і нормам штучного освітлення, можна користуватися рівнянням (8.6).

Викладена методика вибору оптимального варіанта освітлювальної установки за мінімумом приведених витрат є застосовною як для техніко-економічного зіставлення варіантів освітлювальних установок на стадії їхнього проектування, так і для вибору економічно оптимальних норм освітленості робочих поверхонь, а також якісних показників освітлення в процесі розробки правил і норм освітлення.

8.1 Техніко-економічні характеристики установок за укрупненими показниками

У цьому разі нормується освітленість, а не яскравості. Показники характеризуються точністю зорової роботи (кутовий розмір об'єкта розрізнення та його яскравий контраст k із фоном) і коефіцієнтом відображення робочої поверхні. Введення в норми третьої характеристики зорового процесу с обумовлюється необхідністю встановлення відповідності нормованої величини освітленості та яскравості, що визначає рівень зорової працездатності. Таким чином, диференціація нормованої освітленості за трьома критеріями (б, с, k), a також вибір загального рівня нормованої освітленості за техніко-економічними показниками повинні визначатися методом мінімуму приведених витрат.

Користуючись даними таблиці в (Л. 1), неважко визначити питомі капіталовкладення на 1 м2 освітлюваної площі для Е = 1 лк:

k =РіСіЕ

Відповідно повні капіталовкладення Ко.у для усієї освітлюваної площі S визначаться як

Ко.y=Sk.

Річні експлуатаційні витрати на установку:

а) амортизація:

Эа=0,1Ко.у;

б) оплата електричної енергії:

ЭЭ=Э(1+ O.Olе) Ptг

в) обслуговування й технічний ремонт освітлювальної установки:

Эо=0,015Ко.у

г) зміна ламп, що вийшли з ладу:

Эл=(nkлtг)/фл;

д) чищення світлових приладів:

Эr=(12nc/б)Cr

Освітлення і продуктивність праці

Ф. Мосс [1] представив функцію зору наступним рівнянням:



де d, b і з -- параметри, які обумовлені складністю зорової задачі і діапазоном яскравості Lф.

Залежності продуктивності праці від яскравості дозволяють у першому наближенні прийняти

,

де -- приріст продуктивності праці;

-- збільшення логарифма яскравості робочої поверхні від lg Lі до lg Lj;

,

де аij- критерій чутливості за продуктивністю, що характеризує відносний приріст продуктивності праці в інтервалі яскравості Дlg Lij < 1.

Критерій чутливості за продуктивністю залежить від рівня яскравості робочої поверхні, структури виробничого процесу й параметрів зорової роботи. Критерій чутливості зменшується для будь-якої зорової роботи зі зростанням яскравості робочої поверхні. При високих рівнях яскравості значення аij прагне до нуля.

При визначенні критерія чутливості за продуктивністю aij = ДPij /Дlg Lij можна скористатися результатами дослідження Вестона:

,

де a - приріст зорової працездатності при збільшенні яскравості від L1 до L2.

Критерій чутливості, за Вестоном, визначається кутовим розміром об'єкта спостереження, його контрастом і рівнем яскравості робочої поверхні, рис 8.1.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Нормування якісних показників освітлення

Показник засліпленості

Яскравість окремих ділянок полю зору неоднакова. Розподіл яскравості в межах поля зору визначається не тільки розходженням коефіцієнтів яскравості або коефіцієнтів відображення окремих ділянок поля зору, але також розподілом світлового потоку на освітлюваних поверхнях і наявністю в полі зору світлових приладів, рис 8.2.



Вплив нерівномірності розподілу яскравості позначається на граничній різниці яскравості ДLпор.

Підвищення граничної різниці яскравості, а також зниження швидкості розрізнення та інших функцій зору при наявності на периферії підвищеної яскравості в порівнянні з яскравістю центральної частини поля зору прийнято пояснювати виникненням вуалюючої завіси.

Модель вуалюючої завіси за Холледеєм заснована на еквівалентному врахуванні підвищення граничної різниці яскравості з появою в полі зору спостерігача блискового джерела:

,

де -- гранична різниця яскравості об'єкта на фоні рівномірної яскравості,

і ( )s -- те ж при наявності в полі зору блискового джерела;

Lад -- яскравість адаптації;

в -- яскравість завіси, що вуалює.

Відношення граничних значень різниці яскравості об'єкта і фона при наявності в полі зору спостерігача блискових джерел ()s і при рівномірній яскравості всього поля зору прийнято називати коефіцієнтом засліпленості.

.

На практиці користуються показником засліпленості, рис 8.3.

s =(S-1)*103

Яскравість вуалюючої завіси, створюваної точковим випромінювачем, розташованим у полі зору спостерігача, визначається освітленістю площини зіниці ока спостерігача Е й кутом між лінією зору та променем від блискучого джерела в напрямку до ока спостерігача:

,

де E - освітленість площини зіниці ока спостерігача, лк

-- угод дії блескості, град;

-- яскравість вуалюючої завіси;

т -- постійний коефіцієнт, що залежить від яскравості блискового джерела.

Дослідження яскравості вуалюючої завіси, створюваної блисковим джерелом при = const показали деяке розходження значень для різних поздовжніх площин.

При наявності в полі зору декількох джерел блискості сумарне значення яскравості завіси, що вуалює, за МКО визначається за правилом аддитивності яскравості вуалюючої завіси, створюваної окремими джерелами:

,

де E1, E2, En - освітленості на зіниці ока спостерігача, створювані кожним джерелом блискості, розташованим в полі зору спостерігача;

-кути між лінією зору спостерігача і випромінюванням кожного джерела блискості в напрямку до ока спостерігача. Для лінійних джерел

,

де -- освітленість на зіниці ока спостерігача, створювана нескінченно малою ділянкою довжини dl випромінюючої лінії.

Як показали дослідження, результуюче значення яскравості вуалюючої завіси, від n джерел блискості, розташованих у полі зору спостерігача, не підпорядковане закону аддитивности:

.

Яскравість вуалюючої завіси від лінійних випромінювачів (ряду світильників з люмінесцентними лампами) відповідно визначається так:

.

Ряди світильників в освітлювальній установці, як правило, розташовуються паралельно (а), або перпендикулярно (б) до лінії зору спостерігача.

Для лінії зору, рівнобіжної рядів світильників, освітленість зіниці ока спостерігача від елемента ряду світильників із світлорозподілом визначиться як

,

де -- сила світла з одиниці довжини ряду світильників у поздовжній площині в в перпендикулярному напрямку до осі ряду ( = 0);

l-- відстань елементарної ділянки ряду світильників від ока спостерігача;

-- кут, що координує випромінювання елементарної ділянки ряду d у поздовжній площині в напрямку до ока спостерігача;

Замінивши в рівняннях (8.26) значення l, L й dL

; ; ,

одержимо вираз, що визначає яскравість вуалюючої завіси, створюваної рядом світильників з люмінесцентними лампами, розташованими уздовж лінії зору:

Розв'язання (8.28) можливе шляхом розкладання sin й cos в ряди:

+…

Користуючись цим методом, одержимо:

а) для розташування лінії зору уздовж ряду

б) для розташування лінії зору впоперек ряд

Нормовані значення показників засліпленості обрані не перевищуючими s = 20 для точних зорових робіт і s = 40 для роботи меншої точності.

ЛЕКЦІЯ 9. ПОКАЗНИК ДИСКОМФОРТУ

Зоровий дискомфорт визначається як відчуття незручності або напруженості. Це відчуття виникає в результаті наявності в полі зору світлових плям з яскравістю, що значно перевищує яскравість адаптації спостерігача. Світ поділяє всі явища на дві групи:

а) засліплюючий ефект блиских джерел;

б) дискомфорт з появою блискості в полі зору.

На основі експерименту П. Неттінг [13] сформулював математичний вираз залежності дискомфортної яскравості від яскравості фона, що визначає рівень адаптації спостерігачів:

IgLд = 3,45 + 0,32lgLад

де LД -- дискомфортна яскравість;

Lая -- яскравість адаптації.

У розвиток робіт Неттінга Холледей [14] досліджував суб'єктивне відчуття плями підвищеної яскравості, що з'являється на адаптаційному фоні рівномірної яскравості Lад, яка варіює у межах 0,3--320 кд/м2. Кутовий розмір плями підвищеної яскравості за діаметром в процесі експерименту варіювався від 18' до 7°. Сліпуча пляма у всіх дослідах розташовувалося поблизу центра поля адаптації. Для порівняльної оцінки виникаючого відчуття Холледей запропонував наступне рівняння:

N = a+lgLд +0,25lg-0,31gLад,

де а -- постійна, залежна від вибору одиниць яскравості;

LД -- яскравість досліджуваної засліплюючої плями;

-- тілесний кут засліплюючої плями, стер;

Lад -- яскравість адаптації;

N -- критерій, що визначає рівень відчуття: N = 0,30 -- ледь помітно; N = 0,60 -- найбільше приємно; N = 0,90- на грані приємного і байдужного; N = 1,20 -- байдуже; N = 1,90- на грані байдужного і неприємного; N = 2,2 -- трохи неприємно; N -- 2,4 -- неприємно; N = 2,6 -- на грані нестерпно неприємного; N = 2,8 -- неприємно і болісно, рис 9.1.

Рівняння (9.2), що визначає кількісний критерій зорового відчуття світлої плями на більш темному фоні, можна написати у формі, більш зручній для практики:

З = LД(n/Lадm),

де C=10N-a -- критерій рівня зорового відчуття.

Подальші дослідження кількісної характеристики зорових відчуттів на границі комфорт -- дискомфорт проводили щодо уточнення показників п, т і З, а також вивчення закону додавання відчуттів від сукупності декількох світлових плям і їхнього розташування в полі зору спостерігача.

Розрахунок показника дискомфорту від світної лінії, перпендикулярної до лінії зору.

Розрахунок показника дискомфорту від світної лінії рівнобіжної лінії зору.

На основі експериментів отримана залежність дискомфортної яскравості Lд від яскравості фону, що визначає рівень адаптації Lад тілесного кута світлої плями , що викликає виникнення дискомфорту, і кутового зсуву світлої плями щодо лінії зору спостерігача:

Lд = М(),

де Lд -- яскравість світлої плями, що викликає дискомфорт;

М -- показник дискомфорту;

() -- індекс позиції дискомфортної плями щодо лінії зору спостерігача;

Lад -- яскравість адаптації;

-- тілесний кут дискомфортної плями, стер.

Показник дискомфорту М визначається імовірністю р оцінки відчуття потемніння фона при заданих значеннях Lад, , . При імовірності р = 0,5 показник дискомфорту для досліджених меж варіацій , і Lад має значення М= 25. При імовірності р=0,5

Lд = 25 (),

Результати дослідження індексу позиції дозволили рекомендувати для практики проектування сімейства кривих постійних значень індексу позиції

р = f (a/l, h/l).

Для зіставлення норм обмеження дискомфорту і засліпленості побудований графік залежності показника засліпленості від показника дискомфорту, рис 9.2.

З цього графіка видно, що граничне значення показника дискомфорту для приміщень з підвищеними вимогами М 25 відповідає показникові засліпленості s = 5-6, що істотно нижче нормованих значень показника засліпленості для виробничих приміщень з точною роботою

s = 20 - 40.

У практиці проектування освітлювальних установок доводиться оцінювати за дискомфортом установки з великою кількістю світлових приладів або великими за площею світними поверхнями, рис 9.3 та рис 9.4.

Результати дослідження дискомфорту, створюваного сукупністю декількох випромінювачів (від 2 до 20), розташованих у полі зору спостерігача під різними кутами , дозволили сформулювати правило додавання показників дискомфорту :

.

Для сукупності точкових випромінювачів, розташованих у полі зору спостерігачів,

де /, L -- значення сили світла і середньої габаритної яскравості світлового приладу в напрямку до ока спостерігача;

h -- висота розташування світлових приладів над рівнем ока спостерігача, м;

L -- яскравість адаптації;

- функція положення світлового приладу щодо ока спостерігача;

Р -- індекс позиції за Гутом.

Для спрощення розрахунку сумарного значення показника дискомфорту освітлювальної установки на рис.9.4 наведені графіки Рi() у функції a/l і h/l.

Показник дискомфорту від елементарної ділянки d смуги, що світить

,

де Lаij -- яскравість смуги, що світить, у напрямку до ока спостерігача;

di - тілесний кут елемента d смуги, що світить, з вершиною в точці розташування ока спостерігача;

Lад - яскравість адаптації;

Рi -- функція розташування елементарної ділянки смуги, що світить.

Перетворивши (9.5), з урахуванням (9.6) одержимо

; ; ; ,

де b -- ширина смуги, що світить, м;

h -- висота розташування смуги над рівнем ока спостерігача, м;

ri -- відстань від елемента смуги, що світить, d до ока;

г і бі- кути, що координують розташування елемента смуги відносно ока спостерігача. Рішення (9.8) утруднено завдяки змінності індексу позиції Pt для різних ділянок смуги, а також залежністю яскравості від кутів і . Для світних смуг, перекритими розсіювачами, що мають об'ємне розсіювання, з достатньої для практики точністю можна прийняти Вбг=В0 де В0- яскравість за напрямками б=0 і г=0. У цьому випадку індекс позиції можна прийняти рівним середньому геометричному з трьох значень Рi, що відповідають початку (Рн), середині (Pcp) й кінцеві (Рк) смуги, що світить:

Р = .

Виносимо яскравість і середнє значення індексу позиції за знак інтеграла і проінтегрував рівняння, одержимо:

.

Для смуг з екрануючими гратками, світлорозподіл яких підпорядковується правилу L = L0 cosn-1 cosm-1 y, одержимо

.

Для найбільш частих випадків, коли у поздовжній і поперечній площинах світної смуги однакові захисні кутів рівні 30° , що відповідає

п = т = 2, одержимо:

М =.

Проінтегрував (9.13), одержимо

За допомогою графіка Рi() =f(a/l;h/l) розраховані й побудовані графіки постійних значень:

fФ(г,б,Р Ф) = ;

f+(г,б,Р +) = ;

Критерій, що визначає засліплюючу дію освітлювальних установок, є показником дискомфорту. Звичайно він дорівнює 25--60 і тільки в особливих випадках (операційні, лікарняні палати, спальні кімнати в яслах і дитячих садах) - 15.

Основними параметрами освітлювальної установки є яскравість адаптації і розташування світлових приладів у полі зору. Яскравість адаптації визначається за умови переважного напрямку лінії зору за обрію. Наявність випромінюючих стель, панелей та інших світлових елементів архітектури значною мірою впливає на рівень яскравості адаптації.

Для розрахунку яскравості адаптації розглянемо схематичний розподіл яскравості в полі зору спостерігача у вигляді двох зон: центральної -- диска радіусом r1 з яскравістю L1 і периферичної у вигляді кільця радіусами r1 і r2 з яскравістю L2.

Яскравість вуалючої завіси визначається

=m(L2-L1)() 12 ,

() 12=.

Коефіцієнт т у (11) залежить від співвідношення яскравостей L1 і L2:

а) m = 2,5 · 10-2 при 1 10;

б) m= 0,23L1 +7 · 10-3 при 10< <100.

Залежність показника нерівномірності функції відношення яскравостей периферії і центра поля зору:

1) за Муном і Спепиром [22];

2) за Єпанешніковим і Мєшковим. [1,15].

Розрахунок показника дискомфорту від світної лінії, що перпендикулярна до лінії зору

Загальний вираз для інтегральної характеристики світлового поля:

 ,

де f - функція напрямку, що визначає точність випромінювання в напрямку .

,

де щ- тілесний кут, утворений двома конічними поверхнями з кутами розкриття і + d і поздовжніми площинами і d.

Напрямок випромінювання щодо досліджуваної точки простору визначається двома кутовими координатами: кутом у меридіональній площині й кутом в екваторіальній площині відносно площини меридіану, що проходить через точку простору.

При переважно горизонтальній орієнтації лінії зору яскравість адаптації визначиться в основному яскравістю стелі та стін внаслідок того, що в освітлювальних установках громадських будинків яскравість стелі перевищує яскравість стін. Центральну частину поля зору з яскравістю L1, обумовлену стіною, що перпендикулярна до лінії зору, характеризує граничний кут :

1=arctg(H-h)/l ,

де Н -- висота приміщення;

h -- висота лінії зору над підлогою;

l- довжина приміщення.

Частина другої зони, що відповідає площі стелі з яскравістю L2, визначається центральним кутом п.

Частка участі випромінювання стелі приблизно визначається функцією

.

При виконанні розрахунків яскравості адаптації можна користуватися таблицею:

=.

Наприклад: для 1?(L1/L2)?10;

LаД = Lст + 2,5 · 10-2(Lп-Lст)k(и);

для 10?(L1/L2)?100:

LаД = Lст + (0.23Lст+7 · 10-3(Lп-Lст))k(и);

Lад -- яскравість адаптації;

Lст -- яскравість стін;

Lп -- яскравість стелі.

Рівень дискомфортної яскравості в установках зі стелями, що світять, мінімальний при тілесному куті світної стелі щс = 1 стер і зростає як при зменшенні, так і при збільшенні тілесного кута щс.

Тілесний кут, що охоплює світлова стеля, визначається так:

щc = 2[arcsin (sin б1 sin б2)-arcsin (sin а1 sin б2')].

Обмеживши кут а'2 = 30°

щc = 2[arcsin (sin б1 sin б2)-arcsin ((sin а1/2))].

ЛЕКЦІЯ 10. ПУЛЬСАЦІЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ

Світловий потік газорозрядних джерел світла при живленні струмом промислової частоти пульсує з частотою 100 Гц. Причиною цього є інерційність газового розряду.

Якісний критерій - пульсація яскравості робочої поверхні у часі, рис 10.1.

Для кількісної оцінки частоти пульсації газорозрядних джерел світла користуються поняттям коефіціента пульсації.

,

де - максимальне і мінімальне значення освітленості в часі при постійному рівні Еср;

Еср - середнє значення освітленості за повний період часу ф=0,02 с.

.

Для зменшення пульсації прийнято користуватися наступними методами:

1) включення суміжних ламп у різні фази електричної мережі;

2) живлення установок струмом підвищеної частоти;

3) застосування дволампових світильників з ємнісним та індуктивним баластом.

Зменшення коефіцієнта пульсації світлового потоку необхідно для підвищення якості освітлення, зниження зорового стомлення і підвищення продуктивності праці. Зменшення коефіцієнта пульсації з 50-55 до 5, що відповідає включенню люмінесцентних ламп на одну або три фази змінного струму з частотою 50Гц, приводить до істотного підвищення зорової працездатності й зменшення зорової втоми. З огляду на істотний вплив глибини пульсації освітленості робочих місць на зорове стомлення і продуктивність праці нормами штучного освітлення регламентуються максимально припустимі значення коефіцієнта пульсації світлового потоку на робочій поверхні.

Спектральний склад випромінювання

Спектр випромінювання джерела білого світла дуже різноманітний. Це розходження кольоровості чітко помітно на білих поверхнях, що мають .

Для забезпечення більш правильної передачі кольору освітлюваних предметів доцільно застосовувати лампи з поліпшеною передачею кольору.

Другим дефектом спектра випромінювання джерел «штучного світла» є недостатність або повна відсутність ультрафіолетового випромінювання на ділянці 0,28-0,38мкм (сприятлива дія на організм людини). За цим критерієм виникає ерітема, що з'являється у ледь помітному почервонінні шкіри при проходженні декількох годин (2-5год.) після опромінення. Відсутність у спектрі опромінення ближнього УФ-випромінювання (л=0,28-0,38 мкм) дістало назву «сонячне голодування» або «ультрафіолетової недостатності».

При нормуванні й проектуванні ерітемних опромінювальних установок необхідно користуватися ерітемними величинами й одиницями.

Ерітемним потоком випромінювання прийнято вважати потужність випромінювання, оцінювану за загальнобіологічною дією на організм людини, що супроводжується утворенням ерітеми:

,

де - відносна ерітемна ефективність випромінювання.

Одиницею ерітемного потоку (ер) прийнято вважати потік випромінювання з довжиною хвилі л=0,297мкм, потужністю 1 Вт.

Одиницею щільності ерітемного випромінювання є ер * м-2.

Мінімальна кількість ерітемного опромінення, що викликає ерітему першого ступеня, названа біодозою (ерітемною дозою), чисельно рівною Нэ=300 ер*сек*м-2.

Рядом дослідників установлено, що при тривалому опроміненні одержувана людиною добова кількість ерітемного опромінення має бути в межах від 0,125 до 0,75 біодози, отже від 10 до 60 мер*год*м-2.

У діючих вказівках про профілактику сонячного голодування у людей рекомендована доза 40 мер*год*м-2.

Ерітемні опромінювальні установки за часом дії поділяються на дві групи:

а)ерітемні установки тривалої дії;

б) фотарії (установки короткочасної дії).

1. Критерії ефективності освітлювальних установок:

а) для рівня освітленості - відносна видимість;

б) для оцінки якості освітлення - відносна зміна граничного контрасту. Відносна видимість v0=0,7.

Розмір об'єкта спостереження і його контраст з фоном визначаються за еквівалентним значенням Кэ й аэ. Малий при Кэ<0.2; середній 0,2? Кэ ? 0,5, великий Кэ>0.5.

Робочі поверхні є фоном, на якому об'єкт зорово виявляється і впізнається, класифікуються за трьома групами: темні (с<0.2), середні (0.2?с?0.4) і світлі ((с>0.4).

Кутові розміри об'єктів спостереження, виражені в кутових хвилинах, групують за їх лінійними розмірами, приймаючи відстань від об'єкта до ока спостерігача 0,35-0,5м, що дозволяє лінійний розмір 0,1мм прибрати еквівалентним кутовому розмірові - кутовій хвилині.

2. Об'єкти розрізнення класифікують за розмірами на 6 розрядів. До розряду найвищої точності відносяться роботи, при яких еквівалентний розмір об'єктів розрізнення менший за 0,15мм, що відповідає кутовому розміру об'єкта спостереження б<1,5', при відстані його від ока спостерігача l=0,33м, що є нормальним для некоммодованого елементарного ока.

3. Контраст об'єкта з фоном, зменшення якого ускладнює зорове завдання, отже, вимагає для забезпечення обраної відносної видимості v0=0.7 збільшення яскравості фону.

При нормуванні освітленості треба додатково до б і Vо ввести в характеристику зорової роботи коефіцієнт відбиття робочої поверхні (фону).

Сумарна кількість ефективного освітлення:

,

де а - критерій чутливості, що залежить від рівня яскравості робочої поверхні й частки робочого часу, контрольованого зором;

- сумарна яскравість робочої поверхні, обумовлена освітленістю, створюваною денним Едн і штучним Еи світлом:

,

де t1 і t2 - час початку і кінця розрахунку.

Загальний рівень норм штучного освітлення забезпечує відносну видимість у межах 0,7-0,8 при вірогідності виявлення об'єктів зорового завдання р=0,7. Подальше підвищення зорових функцій (видимість, швидкість розрізнення, зорова працездатність та ін.) приводить до різкого збільшення норм освітленості. Збільшення зорової працездатності за Вестоном з 0,9 до 0,95 вимагає підвищення норм у 3 рази, а з 0,95 до 0,98 - повторного потроєння. При сучасних значеннях світлової віддачі джерел світла і ККД світлових приладів у деяких випадках збільшення норм освітленості є нерентабельним.

ЛЕКЦІЯ 11. СВІТЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ РОЗРАХУНКУ

Завданням світлотехнічного розрахунку освітлювальної установки, параметри якої були знайдені у попередніх стадіях проектування, може бути визначення встановленої потужності джерел світла за заданим рівнем освітленості, або визначення за заданим розміщенням світильників і відомій потужності джерел світла освітленості на розрахунковій площині й розподілу яскравості в полі зору.

Вирішення як першої, так і другої задач, прямий і перевірочний розрахунок вимагають як розрахунку розподілу світлових потоків, що безпосередньо падають від світильників на розрахункову площину, стелю і стіни, так і розрахунку багаторазового відбиття цих потоків між поверхнями, що обмежують освітлюване приміщення.

Сумарна освітленість у заданій точці розрахункової площини

Ер = (Ер)пр + (Ер)отр,

де (Ер)пр -- пряма складової освітленості;

(Ер)отр -- відбита складової освітленості.

Розподіл відбитої складової освітленості є практично рівномірним, розподіл прямої складової освітленості є істотно нерівномірним, залежить від світлорозподілу і від розміщення світильників в освітлюваному просторі.

Тому середнє значення сумарної освітленості не завжди може бути критерієм для визначення необхідної потужності джерел світла, а також служити кількісною характеристикою умов освітлення.

Винятком є випадок, коли обидві складової освітленості, пряма і відбита, розподілені практично рівномірно. У цьому наразі для розрахунку середньої освітленості прийнято користуватися поняттям коефіцієнта використання світлового потоку освітлювальної установки, під яким розуміється відношення світлового потоку, що встановився на розрахунковій площині, Fр до сумарного світлового потоку джерел світла:

uо.у.= Fр/(nFл),

де Fл -- світловий потік джерела світла, лм,

n- число джерел світла.

Величина uо.у залежить від світлорозподілу і розміщення світильників у приміщенні, ККД. світильників, співвідношення розмірів приміщення і властивостей відбиваючих поверхонь, що обмежують приміщення. (застосування світильників з концентрованим світлорозподілом приводить до збільшення коефіцієнта використання освітлювальної установки uо.у. ).

Вплив світлорозподілу і розміщення світильників на коефіцієнт використання освітлювальної установки у меншій мірі позначається в приміщеннях зі світлою обробкою. Але uо.у зростатиме зі збільшенням частки світлового потоку, що безпосередньо падає на розрахункову площину.

Вплив ККД світильників на коефіцієнт використання освітлювальної установки визначається тим, що величина ККД залежить від втрат світлового потоку джерел світла в світильнику. Тому можна вважати, що між коефіцієнтом використання освітлювальної установки і ККД світильника існує пряма залежність:

а - сторона квадратного приміщення ;

hр - висота підвісу світильника над розрахунковою площиною;

п - коефіцієнт відбиття стелі;

с - коефіцієнт відбиття стін ;

р - коефіцієнт відбиття розрахункової площини.

Середня освітленість розрахункової площини

,

де FР - сумарний світловий потік, що падає на розрахункову площину,

Sр - розрахункова площина,

k -- коефіцієнт запасу, що враховує зниження світлового потоку освітлювальної установки в процесі експлуатації.

Визначення світлового потоку, що забезпечує на розрахунковій площині задану середню освітленість

У тих випадках, коли умова рівномірності розподілу прямої складової освітленості не дотримується або коли необхідно проаналізувати фактичний розподіл освітленості на розрахунковій площині, виникає необхідність роздільного розрахунку освітленості, створюваної світловим потоком, що безпосередньо падає від світильників на розрахункову площину, і освітленості, створюваної світловим потоком, що падає на розрахункову площину в результаті багаторазового відбиття.

Для розрахунку прямої складової освітленості використовують у подібних випадках різні методи залежно від типу світильників та їхнього розміщення в освітлюваному просторі. Що стосується відбитої складової освітленості, то, вважаючи її розподіленю рівномірно на розрахунковій площині, можна застосувати метод коефіцієнта використання:

,

,

де - світловий потік, що впав на розрахункову площину в результаті багаторазового відбиття;

nFл - сумарний потік джерел світла.

Вираз для сумарної освітленості елемента поверхні в будь-якій заданій точці розрахункової площини

де (Ер)пр -- пряма складова освітленості;

F -- світловий потік джерела світла;

n -- число джерел світла;

(uоу)о -- відбита складова коефіцієнта використання освітлювальної установки;

Sp -- площа розрахункової площини;

К -- коефіцієнт запасу.

Класифікація світних елементів

Світні (випромінюючі) елементи залежно від співвідношення їхніх розмірів і відстаней до освітлюваної поверхні можна розбити на три групи: точкові, лінійні й поверхні кінцевих розмірів. До першої групи світних елементів відносяться освітлювальні прилади з лампами розжарювання й газорозрядними лампами, розташовані на відстанях L до освітлюваної поверхні, що перевищують у 5 разів і більше розміри приладів D. Це дозволяє наділяти такі світні елементи, властивостями точкових і характеризувати світлорозподіл кривими сили світла.

Положення освітлювального приладу щодо обраної розрахункової точки в загальному випадку визначається координатами hp, ц і б,

де hp - висота підвісу освітлювального приладу над освітлюваною поверхнею,

і - кути, що визначають напрямок сили світла в розрахункову точку.

Положення симетричного освітлювального приладу, світлорозподіл якого характеризується однією й тією ж кривою сили світла в будь-якій поздовжній площині, буде визначатися двома координатами: hp і , де -- кут між напрямком сили світла і віссю симетрії освітлювального приладу.

При розташуванні освітлювального приладу на невеликій відстані від освітлюваної поверхні у порівнянні з розміром освітлювального приладу останній не може розглядатися як точковий випромінювач і його світлорозподіл слід характеризувати не кривою сили світла, а кривими рівної освітленості розрахункової площини.

Положення світильника місцевого освітлення щодо розрахункової точки буде визначатися координатами hp і d, де d -- відстань від проекції осі світильника на освітлювану поверхню до розрахункової точки.

Друга група елементів, що світять: світильники з люмінесцентними лампами, розташовані звичайно безперервними лініями або лініями з розривами, а також світні панелі, довжина яких може бути порівняна з відстанню до освітлюваної поверхні.

Світлорозподіл лінійних елементів, що світять, характеризується кривими сил світла в поздовжній і поперечній площинах, віднесених до одиничної довжини лінії, що світить. Положення лінії, що світить, щодо точки розрахунку визначається висотою підвісу hp і двома кутами: кутом г у поперечній площині, перпендикулярній до осі лампи і проходячій через точку розрахунку, і кутом ц, під яким видна лінія, що світить, з точки розрахунку в поздовжній площині (рис. 11.2).

Третя група -- поверхні, що світять, являють собою або установки відбитого світла, або стелі, що світять, або панелі, перекриті глушеним склом, пластмасою або ґратчастими розсіювачами, поверхня яких має розміри, що можуть бути порівняні з відстанню до освітлюваної поверхні.

Світлорозподіл цієї групи елементів, що світять, прийнято характеризувати розподілом яскравості в просторі і на поверхні, що світить. Поверхні, що світять, в установках відбитого світла є дифузно відбиваючими поверхнями, яскравість яких в усіх напрямках простору практично однакова.

Панелі, що світять, перекриті просвітчастим матеріалом з об'ємним розсіюванням, також можуть бути віднесені до рівнояскравих поверхонь. Виняток - панелі, перекриті ґратчастими затемнювачами, рівномірність розподілу яскравості у просторі в яких порушується. Розподіл яскравості на стелі, що світить, або окремих його зонах можна вважати рівномірним, тому що звичайно ця умова є вихідною при проектуванні подібних установок.

Характер світних елементів проектованої освітлювальної установки визначає вибір методики розрахунку прямої складової освітленості. Оскільки класифікація елементів, що світять, визначається відстанню, на якій оцінюється їхня дія, той самий елемент, що світить, залежно від умов його застосування, може бути віднесений до різних груп.

З похибкою у межах 5%, світильник з люмінесцентною лампою можна прийняти за точковий елемент, що світить, якщо довжина його в 2 рази перевищує відстань до розрахункової точки. Рівнояскравий диск, що світить, може бути віднесений до групи точкових джерел, якщо відстань від центра диска до розрахункової точки перевищує в 2,5 раза його діаметр.

ЛЕКЦІЯ 12. РОЗРАХУНОК ПРЯМОЇ СКЛАДОВОЇ ОСВІТЛЕНОСТІ

Розрахунок освітленості від точкових елементів, що світять, із симетричним світлорозподілом

Розглянемо загальний випадок розрахунку освітленості від світильника із симетричним світлорозподілом, обумовленим відомою залежністю /а = / (а).

Нехай на деякій відстані l від світильника, що значно перевищує його розміри, розташована освітлювана поверхня S. Виділимо елемент поверхні у точці A, орієнтація якого в просторі визначається нормаллю n, і проведемо площину Q, дотичну до розглянутого елемента d у точці A. Через точку А проведемо також площину Р, перпендикулярну до 00', рис 12.1.

Освітленість елемента поверхні d згідно із законом квадрата відстані визначається

де Iа -- сила світла світильника в напрямку до точки А;

-- кут між напрямком сили світла в точку А й нормаллю до елемента d;



;

коли .

Перетворивши цей вираз, одержимо: 00" = hр cos ± р sin :

cos = .

Підставивши цей вираз в (12.1), маємо:

EA = (hpcos±psin).

Тому що l = hp/cos , то

EA = (cos± sin),

де -- кут нахилу розрахункової площини відносно площини, перпендикулярній до осі симетрії світильника;

-- кут між напрямком сили світла до розрахункової точки і віссю симетрії світильника;

hp - висота підвісу світильника над горизонтальною площиною, що проходить через розрахункову точку;

р -- найкоротша відстань від проекції вісі симетрії світильника на горизонтальну площину до сліду перетину останньої з розрахунковою площиною.

Рівняння (12.6) дозволяє безпосередньо розрахувати освітленість площини, довільно орієнтованої в просторі. Для спрощення розрахунків користуються графіком залежності

cos± sin=f( ) для постійних .

У практиці проектування освітлювальних установок випадок розрахунку освітленості похилої площини зустрічається порівняно мало. Частіше виникає необхідність розрахунку освітленості або на площині, перпендикулярній до осі симетрії світильника, або на площині, рівнобіжній їй.

Розглянемо випадок, коли вісь симетрії світильника перпендикулярна до освітлюваної площини Q. Оскільки в практичних умовах світильники звичайно розміщуються так, що їхня вісь симетрії розташована вертикально, розрахункова площина буде горизонтальною площиною, рис. 12.2.

= 0 , ,

де Ег--освітленість елемента поверхні горизонтальної площини в точці. Зіставляючи (12.6) і (12.7), бачимо, що освітленість похилої площини може бути виражена через освітленість горизонтальної площини:

ЕА=Ег(cos± sin)

Якщо вісь симетрії рівнобіжна розрахунковій площині, = /2, то

,

де Ев -- освітленість елемента поверхні вертикальної площини в точці А;

р -- відстань від проекції осі симетрії світильника на горизонтальну площину, що проходить через точку розрахунку, до сліду перетину площин.

Рівняння (4) і (5) дозволяють сформулювати загальне правило, справедливе для будь-якого точкового джерела: відношення значень освітленості двох площин в одній і тій самій точці дорівнює відношенню довжин перпендикулярів, що опущені на ці площини з точки розташування джерела світла.

Послідовність операцій при розрахунку освітленості від симетричних елементів, що світять, зводиться до наступного:

1. Визначають тангенс кута падіння світлового променя в розрахункову точку:

tg =d/hp,

де d -- відстань від розрахункової точки до проекції осі симетрії світильника на площину, перпендикулярну їй і проходячу через розрахункову точку.

2. За знайденим тангенсом визначають кут і cos3

3. За кривою сили світла заданого світильника знаходять
силу світла I для знайденого кута .

4. Підраховують освітленість горизонтальної, вертикальної
або похилої площин.

При великій кількості світильників розрахунок трудомісткий. Для цього застосовують різні спрощені методики.

Елементарні криві освітленості. При необхідності розрахунку освітленості в ряді точок освітлюваної поверхні від великого числа світильників загального освітлення висота підвісу яких однакова, зручно користуватися елементарними кривими освітленості Е = f(d) для заданого типу світильника (hp=const).

Розрахунок освітленості від несиметричних світильників

Нехай у точці 0 розташований світильник з несиметричним світлорозподілом, причому його вісь 00' перпендикулярна до розрахункової площини Q, рис 12.3.

Рис. 12.3

Положення розрахункової точки А відносно елемента, що світить, буде визначатися висотою hр, кутом і кутом , що відлічуються від площини симетрії світильника ОО'О":

;

.

Знайдені значення кутів і дозволяють, користуючись кривими рівних значень сили світла, знайти значення сили світла в напрямку до розрахункової точки, і розрахувати освітленість елемента поверхні в цій точці: світлотехнічний установка випромінювання фотометричний

,

де -- сила світла в напрямку до розрахункової точки;

-- кут між напрямком сили світла в розрахункову точку і віссю світильника 00'.

Просторові криві рівної відносної освітленості

При розрахунку освітленості від великого числа світильників з несиметричним розподілом сили світла зручно користуватися просторовими кривими рівних значень відносної освітленості , побудованими в полярній системі координат і tg або ctg.

Побудову таких кривих для даного типу світильника здійснюють за кривими відносної освітленості для різних поздовжніх площин = const. Задаючись значенням , за кривими знаходимо значення tg , що відповідають обраним значенням , які відповідають положенням точок є = const на відповідних прямих = const полярної системи координат. З'єднуючи ці точки, одержуємо просторові криві рівної відносної освітленості для світильника з джерелом світла, світловий потік якого Fя =1000 лм, рис 12.4.

Розрахунок освітленості на освітлюваній поверхні в заданій точці за допомогою описаних кривих зводиться до наступного:

За планом і розрізом знаходять кути, що визначають положення світильника щодо точки розрахунку:

; ;

Користуючись кривими рівної відносної освітленості за знайденим значенням і tg , знаходять.

За знайденим значенням е розраховують освітленість за рівнянням:

.

12.1 Розрахунок освітленості від прожекторів заливаючого світла

Розрахунок прожекторного освітлення може здійснюватися за допомогою співвідношень, справедливих для точкових елементів, що світять. Специфіка розрахунку полягає у встановленні значення силі світла в напрямку до розрахункової точки, що ускладнюється в даному разі тим, що оптична вісь прожектора розташовується звичайно під невеликим кутом до обрію.

Нехай у деякій точці О розташований прожектор заливаючого світла, оптична вісь якого складає кут з обрієм.

Напрямок сили світла до розрахункової точки А буде визначатися кутами в і м у двох взаємно перпендикулярних площинах. Значення цих кутів можуть бути знайдені.



За знайденими кутами м і У, користуючись кривими рівних значень сили світла, знаходимо силу світла в напрямку до розрахункової точки, а отже, і значення освітленості:

,

де - сила світла в напрямку до розрахункової точки,

- кут між напрямком сили світла в розрахункову точку й нормаллю до освітлюваної поверхні.

ЛЕКЦІЯ 13. МЕТОД КРИВИХ РІВНИХ ЗНАЧЕНЬ ВІДНОСНОЇ ОСВІТЛЕНОСТІ

При розрахунку освітленості в багатьох точках освітлюваної поверхні або розрахунку освітленості від великого числа прожекторів звичайно користуються допоміжними графіками або таблицями. Найбільше поширення в практиці проектування прожекторного освітлення одержав метод кривих рівних значень відносної освітленості, запропонований Г. М. Кноррінгом [16,17].

Криві рівних значень відносної освітленості, під якою розуміється освітленість площини, перпендикулярної до оптичної осі прожектора і віддаленої від його світлового центра на 1 м, будують в прямокутній системі координат і (ізолюкси на умовній площині від прожектора заливаючого світла). Для прожекторів заливаючого світла, що мають дві площини симетрії -- горизонтальну і вертикальну, достатньо мати такі криві лише в одній чверті через їх тотожность в інших чвертях.