Расчет освещенности помещений врукопашную / Хабр
Постараюсь очень кратко и просто изложить метод ручного расчета освещения в помещениях, которому меня научили на курсе «Расчет освещения» школы светодизайна LiDS.
Какой должна быть освещенность
При планировании освещения, в первую очередь нужно определить соответствующую нормам целевую освещенность и посчитать общий световой поток, который должны давать светильники в помещении.
С нормативами определиться просто – либо ищем свой тип помещения в таблицах СанПиН 2.21/2.1.1/1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» и СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение», либо соглашаемся с основным требованием по освещенности жилых помещений – 150лк или офисных помещений с компьютерами – 400лк.
Грубая оценка необходимого светового потока
По умолчанию расчет освещенности делается в программе Dialux.
Как написано даже в Википедии, средняя освещенность поверхности — это отношение падающего на нее светового потока к площади. Но в реальном помещении часть светового потока светильника рабочих плоскостей не достигает, пропадая на стенах. Освещенность в помещении – это отношение общего светового потока светильников к площади помещения с поправочным коэффициентом «η».
Долю света «η», который доходит до рабочих поверхностей, можно оценить на глазок. В самом общем приближении для некоего очень среднего помещения с какими-то там светильниками до рабочих поверхностей доходит примерно половина света, а значит для очень грубой оценки можно использовать коэффициент η = 0,5.
Например, в комнате площадью 20м2 светильник со световым потоком 700лм (эквивалент лампы накаливания 60Вт) создаст освещенность Е = 0,5 × 700лм / 20м 2 = 18лк. А это значит, что для достижения норматива в 150лк, нужно F = 700лм × (150лк / 18лк) =5800лм, или эквивалент 8-ми лампочек накаливания по 60Вт!
(Полкиловатта ламп накаливания на небольшую комнату! Понятно, почему нормы освещенности для жилых помещений гораздо ниже, чем для учреждений, и почему учреждения уже давно никто лампами накаливания не освещает.
)
Более точный метод ручного расчета
Но так как помещения бывают с разными стенами, разной формы, с высокими или низкими потолками, поправочный коэффициент не обязательно равен 0,5 и для каждого случая свой: на практике, от 0,1 до 0,9. При том, что разница между η = 0,3 и η = 0,6 уже означает разбег результатов в два раза.
Точное значение η нужно брать из таблиц коэффициента использования светового потока, разработанных еще в СССР. В полном виде с пояснениями таблицы привожу в отдельном документе. Здесь же воспользуемся выдержкой из таблиц для самого популярного случая. Для стандартного светлого помещения с коэффициентами отражения потолка стен и пола в 70%, 50%, 30%. И для смонтированных на потолок светильников, которые светят под себя и немного вбок (то есть имеют стандартную, так называемую, «косинусную» кривую силы света).
Табл. 1 Коэффициенты использования светового потока для потолочных светильников с косинусной диаграммой в комнате с коэффициентами отражения потолка, стен и пола – 70%, 50% и 30% соответственно.
В левой колонке таблицы указан индекс помещения, который считается по формуле:
, где S — площадь помещения в м2, A и B — длина и ширина помещения, h — расстояние между светильником и горизонтальной поверхностью, на которой рассчитываем освещенность.
Если нас интересует средняя освещенность рабочих поверхностей (стола) в комнате площадью 20м 2 со стенами 4м и 5м, и высоте подвеса светильника над столами 2м, индекс помещения будет равен i = 20м2 / ( ( 4м + 5м ) × 2,0м ) = 1,1. Удостоверившись, что помещение и лампы соответствуют указанным в подписи к таблице, получаем коэффициент использования светового потока – 46%. Множитель η = 0,46 очень близок к предположенному навскидку η = 0,5. Средняя освещенность рабочих поверхностей при общем световом потоке 700лм составит 16лк, а для достижения целевых 150лк, потребуется F = 700лм × ( 150лк / 16лк ) = 6500лм.
Но если бы потолки в комнате были выше на полметра, а комната была не «светлым», а «стандартным» помещением с коэффициентами отражения потолка, стен и пола 50%, 30% и 10%, коэффициент использования светового потока η составил бы (см.
расширенную версию таблицы) η = 0,23, и освещенность была бы ровно вдвое меньше!
Проверяем расчеты в диалюксе
Построим в диалюксе комнату 4 × 5м, высотой 2,8м, с высотой рабочих поверхностей 0,8м и теми же коэффициентами отражения, что и при ручном счете. И повесим 9шт мелких светильников с классической косинусной диаграммой по 720лм каждый (6480лм на круг).
Рис. 1 Взятый для примера светильник Philips BWG201 со световым потоком 720лм, и его классическое «косинусное» светораспределение
Получится ли у нас средняя освещенность рабочих поверхностей в 150лк, как мы оценили вручную? Да, результат расчета в Dialux – 143лк (см. рис2), а в пустой комнате без мебели и человеческой фигуры – 149лк. В светотехнике же значения, различающиеся менее чем на 10% считаются совпадающими.
Рис. 2 Результат расчета в диалюксе – средняя освещенность рабочей поверхности (при коэффициенте запаса 1,0) составила 143лк, что соответствует целевому значению 150лк.
Рис. 3 Красивые картинки, в которые верят люди.
Заключение:
На грубую оценку примитивным методом по формуле E = 0.5 × F / S потребуется 1 минута времени, на уточнение коэффициента использования по таблицам – еще 3 минуты, на проект в диалюксе после некоторого обучения – около 20 минут и еще 20 минут, если хочется «навести красоту». Диалюкс выдает очень красивые картинки (см. рис. 3), которые стоят потраченного труда, потому что в них верят люди. Но по соотношению эффективности и трудозатрат оценка освещенности врукопашную вне конкуренции. Ручной счет прост, надежен и эффективен как саперная лопатка, дает уверенность и понимание.
| Нормы уровня освещенности N (lk) | |
|---|---|
| Освещенность жилых помещений | Жилые комнаты, гостиные, спальни |
| Кухни, кухни-столовые, кухни-ниши | 150 |
| Детские | 200 |
| Кабинеты, библиотеки | 300 |
| Внутриквартирные коридоры, холлы | 50 |
| Кладовые, подсобные | 300 |
| Гардеробные | 75 |
| Сауна, раздевалки, бассейн | 100 |
| Тренажерный зал | 150 |
| Биллиардная | 300 |
| Ванные комнаты, санузлы, душевые | 50 |
| Помещение консьержа | 150 |
| Лестницы | 20 |
| Поэтажные внеквартирные коридоры, вестибюли, лифтовые холлы | 30 |
| Колясочные, велосипедные | 30 |
| Тепловые пункты, насосные, машинные помещения лифтов | 20 |
| Основные проходы технических этажей, подвалов, чердаков | 20 |
| Шахты лифтов | 5 |
| Освещение помещений административных зданий | |
| Кабинеты, рабочие комнаты, офисы представительства | 300 |
| Проектные залы и комнаты конструкторские, чертежные бюро | 500 |
| Машинописные бюро | 400 |
| Помещения для посетителей, помещения обслуживающего персонала | 400 |
| Читальные залы | 400 |
| Помещения записи и регистрации читателей | 300 |
| Читательские каталоги | 200 |
| Лингафонные кабинеты | 300 |
| Книгохранилища, архивы, фонды открытого доступа | 75 |
Переплетно-брошюровочные помещения, площадью не более 30 кв. |
300 |
| Помещения для ксерокопирования, площадью не более 30 м | 300 |
| Макетные, столярные, ремонтные мастерские | 300 |
| Помещения для работы с дисплеями и видеотерминалами | 400 |
| Конференцзалы, залы заседаний | 200 |
| Фойе и тамбуры | 150 |
| Лаборатории органической и неорганической химии | 400 |
| Аналитические лаборатории | 500 |
| Весовые, термостатные | 300 |
| Лаборатории научно-технические | 400 |
| Фотокомнаты, дистилляторные, стеклодувные | 200 |
| Архивы проб, хранение реактивов | 100 |
| Моечные | 300 |
| Освещенность образовательных учреждений | |
| Классные комнаты, кабинеты, аудитории школ | 500 |
| Аудитории, учебные кабинеты, лаборатории | 400 |
| Кабинеты информатики и вычислительной техники | 200 |
| Учебные кабинеты технического черчения и рисования | 500 |
| Лаборантские при учебных кабинетах | 400 |
| Лаборатории органической и неорганической химии | 400 |
| Мастерские по обработке металлов и древесины | 300 |
| Инструментальная, комната мастера инструктора | 300 |
| Кабинеты обслуживающих видов труда | 400 |
| Спортивные залы | 200 |
| Хозяйственные кладовые | 50 |
| Крытые бассейны | 150 |
| Актовые залы, киноаудитории | 200 |
| Эстрады актовых залов, кабинеты и комнаты преподавателей | 300 |
| Рекреации | 150 |
| Освещенность помещений гостиниц | |
| Бюро обслуживания, помещения обслуживающего персонала | 200 |
| Гостиные, номера | 150 |
Световод: полезные формулы
Световод
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ
Потребляемая мощность (кВт) = Входная мощность системы (Вт) ÷ 1000
Потребление энергии (кВтч) = Входная мощность системы (кВт) x Часы работы / Год
Часы работы/год = часы работы/день x рабочие дни/неделя x рабочие недели/год
Эффективность системы освещения (люмен на ватт или LPW) = световой поток системы ÷ входная мощность кв.фут) = общая входная мощность системы (Вт) ÷ общая площадь (квадратные футы)
Ватт (Вт) = Вольт (В) x Сила тока в Амперах (A) x Коэффициент мощности (PF)
Напряжение (В) = Сила тока в Амперах (A) x Полное сопротивление (Ом) [Закон Ома]
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ
Простая окупаемость инвестиций (лет) = чистая стоимость установки ($) ÷ годовая экономия энергии ($)
5-летний денежный поток ($) = 5 лет — окупаемость (лет) x годовая экономия энергии ($)
Простой возврат инвестиций (%) = [Годовая экономия энергии ($) ÷ Чистая стоимость установки ($)] x 100
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Фут-канделы и люмены
Фут-кандели (fc) = общее количество люменов (лм) ÷ площадь в квадратных футах
1 люкс (люкс) = 1 фут-кандел (fc) x 10,76 Люмены ÷ площадь в квадрате Метры
Расчет уровня освещенности в точке
Для плоскостей, перпендикулярных направлению силы свечи (закон обратных квадратов):
Фут-канделы (fc) = I ÷ D2
I = сила свечи в канделах (кд)
D = прямое расстояние между лампой и точкой, где рассчитывается уровень освещенности
Многие рабочие плоскости не перпендикулярны направлению интенсивности света, поэтому для таких приложений полезно вычислять уровень освещенности в точке.
В этих случаях нам часто приходится определять уровни освещенности на рабочих плоскостях, которые не горизонтальны и не перпендикулярны, а наклонены или даже вертикальны. Для наклонных горизонтальных или вертикальных плоскостей:
Горизонтальные фут-кандели (fch) = (I ÷ D2) x H
Вертикальные фут-кандели (fcv) = (I ÷ D2) x L
I = сила света в канделах (кд)
D = Прямое расстояние между лампой и точкой, в которой рассчитывается уровень освещенности
H = Расстояние между лампой и точкой, расположенной непосредственно под рабочей плоскостью
L = Расстояние между этой точкой и точкой, в которой рассчитывается уровень освещенности
D = квадратный корень из (h3 + L2) или D2 = h3 + L2
Расчет среднего уровня освещенности в помещении (три формулы) Количество светильников x Коэффициент использования x Коэффициент потерь света) ÷ Площадь в квадратных футах
Средняя поддерживаемая освещенность (фут-канделы) = (Общее количество ламп x Люмен/лампа x Коэффициент использования x Коэффициент потерь света) ÷ Площадь в квадратных футах Использование x Коэффициент потерь света) ÷ Площадь в квадратных футах/осветительное оборудование Метод
люмен
Требуемый световой поток/осветительное оборудование (люмен) = (Поддерживаемое освещение в фут-канделях x Площадь в квадратных футах) ÷ (Количество светильников x Коэффициент использования x Балласт) Фактор x Коэффициент потерь света)
Коэффициенты потерь света (подробнее о потерях света)
Коэффициент потерь света (LLF) = Коэффициент балласта x Коэффициент температуры окружающей среды светильника x Коэффициент изменения напряжения питания x Коэффициент положения лампы x Оптический коэффициент x Коэффициент износа поверхности светильника x Коэффициент перегорания лампы x Лампа Коэффициент амортизации светового потока x Коэффициент амортизации загрязнения светильника x Коэффициент амортизации загрязнения поверхности помещения
Коэффициент выгорания лампы = 1 – процент ламп, допущенных к отказу без замены
Зональный метод полостей (определение соотношения полостей)
Коэффициент заполнения помещения (для обычных помещений квадратной или прямоугольной формы) = [5 x Глубина помещения x (Длина помещения + Ширина помещения)] ÷ (Длина помещения x Ширина помещения)
Коэффициент заполнения помещения (для помещений неправильной формы) ) = (2,5 x Глубина помещения x Периметр) ÷ Площадь в квадратных футах
Коэффициент заполнения потолка = [5 x Глубина потолка x (Длина помещения x Ширина помещения)] ÷ (Длина помещения x Ширина помещения)
Коэффициент заполнения пола = [5 x Глубина Полости x (Длина Комнаты x Ширина Комнаты)] ÷ Длина Комнаты x Ширина Комнаты
Коэффициенты отражения поверхности помещения можно предсказать в новом дизайне или измерить в существующем помещении.
Если существующее оборудование:
Отражение поверхности помещения (%) = Показания в отраженном свете ÷ Показания об инциденте
Показания в отраженном свете = Измерение люксметра, удерживаемого на расстоянии около 1,5 фута от поверхности, с датчиком, параллельным и обращенным к поверхности.
Показания инцидента = Измерение с люксметра, прижатого к поверхности и обращенного в комнату.
Расчет количества ламп и светильников и расстояния между ними
Необходимое количество светильников = (люмен/лампа x количество ламп x коэффициент использования x коэффициент потерь света x площадь в квадратных футах) ÷ (люмен/лампа x количество ламп/светильник x коэффициент использования x коэффициент потерь света)
Требуемые лампы = Требуемые люмены ÷ Начальные люмены/лампа
Максимально допустимое расстояние между светильниками = Критерии расстояния между светильниками x Высота установки
Критерии расстояния между светильниками: См. литературу производителя
Высота установки: Расстояние в футах между нижней частью светильника и рабочая плоскость
Расстояние между светильниками = Квадратный корень из (Площадь в квадратных футах ÷ Требуемое количество светильников)
Количество светильников, размещаемых в каждом ряду (Nrow) = Длина помещения ÷ Расстояние
Количество светильников, размещаемых в каждом Столбец (N столбец) = ширина комнаты ÷ интервал
Для двух приведенных выше формул округлите результаты до ближайшего целого числа.
Spacingrow = длина комнаты ÷ (количество светильников/ряд — 1/3)
Spacingcolumn = ширина комнаты ÷ (количество светильников/столбец -1/3)
Если полученное количество светильников не равно первоначально рассчитанному количеству, рассчитайте влияние на расчетный уровень освещенности:
% Проектный уровень освещенности = Фактическое количество светильников ÷ Первоначально рассчитанное количество светильников
Для расчета светильников, установленных в непрерывные ряды:
Количество светильников в непрерывном ряду = (длина помещения ÷ длина светильника) — 1
Количество непрерывных рядов = общее количество светильников ÷ светильников в ряду
ОБСЛУЖИВАНИЕ
Срок службы лампы
Календарный срок службы лампы (лет) = Номинальный срок службы лампы (часы) ÷ Годовое количество часов работы (часы/год) Заменено
Стоимость групповой замены ламп
Годовая стоимость ($) = A x (B + C)
A = Часы работы/год ÷ Часы работы между заменами ламп
B = (Процент ламп, вышедших из строя до групповой замены ламп x Количество ламп ) x (Стоимость лампы + Стоимость рабочей силы для точечной замены 1 лампы)
C = (Стоимость лампы, групповая замена ламп + Трудозатраты на групповую замену 1 лампы) x Количество ламп
Стоимость точечной замены ламп
Среднегодовые затраты ($) = (Часы работы/год ÷ Номинальный срок службы лампы) x (Лампа Стоимость + трудозатраты на замену 1 лампы) x общее количество ламп
стоимость очистки
стоимость очистки ($) = время на мытье 1 светильника (часы) x почасовая оплата труда ($) x количество светильников в освещенном помещении
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Среднее снижение загрязнения воздуха (фунты двуокиси углерода) = экономия энергии (кВтч) x 1,6 фунта.
Среднее снижение загрязнения воздуха (г. Диоксид серы) = Экономия энергии (кВтч) x 5,3 г.
Среднее снижение загрязнения воздуха (например, оксиды азота) = экономия энергии (кВтч) x 2,8 г.
Фунты = Граммы ÷ 454
Тонны = Фунты ÷ 2000 Продажи
Попробуйте бесплатно
// ФРАГМЕНТ КОДА
Кодекс коммерческой энергетики штата Колорадо 2019 г.> 9 Освещение > 9.6 Альтернативный путь соответствия: попространственный метод > 9.6.1 Попространственный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
Диаграммы кодов повышения
Связанные разделы кода
9.6.1 Освещение, пространственное -Пространственный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
Используйте следующие шаги, чтобы определить внутреннее освещение мощность допустимую мощность по пространству — Пробел Метод :
Для каждого помещения , окруженного перегородками .
..
Кодекс коммерческой энергии штата Колорадо 2019 > 9 Освещение > 9.6 Альтернативный путь соответствия: попространственный метод > 9.6.1 Поместный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
9.6.1 Освещение, пространственный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
Используйте следующие шаги для определения внутреннего освещения освещения Мощность Припуск Пробел -by- Пробел Метод : Для каждого пространства , окруженного перегородками …
Кодекс коммерческой энергетики штата Колорадо 2016 г. > 9 Освещение > 9.6 Альтернативный путь соответствия: попространственный метод > 9.6.1 Поместный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
9.6.1 Освещение, пространственный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
Используйте следующие шаги для определения интерьер освещение питание пособие по пространство -по- пространство метод :
Для каждого помещения , окруженного перегородками .
..
Кодекс коммерческой энергетики штата Колорадо 2013 г. > 9 Освещение > 9.6 Альтернативный путь соответствия: попространственный метод > 9.6.1 Поместный метод расчета допустимой мощности внутреннего освещения
C405.3.2.2 [CE] Коммерческая энергоэффективность, пространственный метод
мест или 0,2 Вт на квадратный фут (10,76 Вт/м2), в зависимости от того, что меньше. Для Пространство -by- Пространство Метод , Интерьер Освещение Мощность Пособие …
Код энергосбережения 20 21 штата Колорадо > 4 [CE] Коммерческая энергоэффективность > C405 Electric Системы электропитания и освещения > C405.3 Требования к мощности внутреннего освещения > C405.3.2 Допустимая мощность внутреннего освещения > C405.3.2.2 Поэтапный метод
C406.3 [CE] Коммерческая энергоэффективность, пониженная плотность мощности освещения
C405.4.2(1), умноженная на площадь пола для типов зданий, или с использованием 90 процентов интерьера освещение мощность пособие рассчитано по Space — by- Space .