 |
Цель занятий: освоить методику расчета прожекторного освещения.
|
|
|
|
Изучаемые вопросы:
- выбор высоты установки прожекторов;
- выбор угла наклона прожекторов;
- расчет по удельной мощности;
- расчет по способу компоновки изолюкс;
- расчет освещенности от одного прожектора;
- расчет освещенности от группы прожекторов.
Рекомендуемая литература:
- Справочная книга по светотехнике./Под ред. Ю.Б. Айзенберга.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г.М. Кнорринга. Л.: Энергия, 1976.
- Волоцкой Н.В., Дадиомов М.С. и др. Освещение открытых пространств- Л.: Энергоиздат, 1981.
Краткое содержание:
Для освещения больших открытых пространств используются прожекторные осветительные установки.
При расчете прожекторных установок определяется:
- место установки прожекторных мачт;
- количество прожекторов;
- высота установки прожекторов;
- углы наклона прожекторов в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Высота установки прожекторов, так же как и светильников, выбирается с учетом ограничения их слепящего действия.
Допустимую высоту установки прожекторов определяют по формуле:
h = 
[м],
где С – отношение осевой силы света прожекторов к квадрату высоты их установки.
Учитывая, что 1/ 
, высота установки:
.
Допустимая высота установки прожекторов приведена в табл. 3-2 [3].
При расчете прожекторного освещения особое внимание уделяется выбору угла наклона прожекторов (
).
Потому, что при разных углах наклона световое пятно может иметь форму эллипса, параболы или гиперболы. В связи с этим, коэффициент использования светового потока будет иметь различные значения (лучшие для эллипса).
В табл. 3-5 [3] приведены значения Еh2, соответствующие наивыгоднейшим углам наклона прожекторов.
|
|
|
Основными факторами, влияющими на выбор угла наклона прожекторов, являются расстояние от мачты до освещаемого участка и реально возможная высота установки прожекторов.
Для предварительного определения мощности прожекторной установки используется расчет по удельной мощности:
w = m×Eн× k [Вт/м2],
где Eн – нормируемая освещенность, лк;
k – коэффициент запаса;
m – коэффициент (для ламп накаливания 0,2 ¸ 0,25, для ламп ДРЛ и галогенных 0,12 ¸ 0,16)
Значении коэффициента m приведены в табл. 3-6 [3] (для освещенности до 30лк, при прямоугольном расположении прожекторных мачт).
При уровнях освещенности более 30 лк значения коэффициента m уменьшаются на 10¸20 %.
При шахматном расположении мачт и ширине освещаемой площади до 200 м, значения коэффициента m снижаются на 10¸15 %.
После определения коэффициента m и удельной мощности, можно рассчитать необходимое количество прожекторов:
N = w × S / Pл.
Затем, определяется число и месторасположение прожекторных мачт. Расстояние между мачтами зависит от высоты установки прожекторов, но не должно быть более 15-кратной высоты мачт (при отсутствии крупных затеняющих предметов, обычно 6¸15).
Требуемое количество прожекторов можно определить по методу коэффициента использования светового потока:
,
где S – площадь, м2;
k – коэффициент запаса;
- КПД прожектора (в долях единиц);
- коэффициент использования светового потока;
Z – коэффициент неравномерности (Еmin /Eср).
Приняв,
× × Z = C и Ен×k = Еp,
формула для определения числа прожекторов примет вид:
N = 
Удельная мощность прожекторного освещения: 
[Вт/м2],
где Роб – мощность ламп всех прожекторов, Вт.
Приняв N = 1 и подставив значение S, из предпоследнего выражения, в формулу удельной мощности (последнее выражение), получим первоначальную формулу удельной мощности, с коэффициентом m.
|
|
|
Коэффициент m, можно рассчитать по формуле:
m = 1/ (
,
где Н – световая отдача ламп установленных в прожекторах, лм/Вт.
Расчет прожекторного освещения по способу компоновки изолюкс проводится в следующем порядке:
- на освещаемой территории намечают возможные места установки прожекторных мачт;
- на плане освещаемой территории размещаются специальные шаблоны (имеющие форму выбранных изолюкс, с учетом высоты установки прожекторов и угла наклона); при выборе изолюкс необходимо учитывать, что освещенность, соответствующая выбранной кривой должна быть равной Ен× k / 2;
- если освещенность в точке создается не одним, а несколькими прожекторами, то кривая изолюкс принимается равной
Ен× k / 2n
(n – число изолюкс); однако, учитывая, что точки световых пятен не совпадают надо взять
Ен× k / (2n+1)
( например, для n= 2 Ен× k / 5, ане Ен× k / 4). Расчет таким способом лучше всего проводить на ЭВМ.
Расчет освещения от одиночного прожектора основан на использовании кривых относительных изолюкс и расчетных таблиц [1,2,3].
В качестве координат изолюкс приняты оси 
и h (соответствуют х и у в системе прямоугольных координат).
Расчет освещенности в контрольной точке горизонтальной плоскости проводится по следующему плану:
- определяется высота установки прожектора и угол наклона () (или известно);
- по плану находятся координаты расчетной точки (х и у);
- определяется отношение х / h и по табл. 3-7 [3] или 9-7 [2] находятся значения , r, r3;
- рассчитывается координата
h = У / (r × h);
- по значениям и h (графики относительной освещенности) находится значение 
, [2, 3].
- определяется освещенность в расчетной точке:
Е = 
/ (h2× r3).
При необходимости, можно определить освещенность в вертикальной (наклонной) плоскости [3]:
Ев = ЕГ × 
,
где ЕГ - освещенность, в горизонтальной плоскости, лк;
ln – кратчайшее расстояние, от проекции центра прожектора на расчетную плоскость, до вертикальной плоскости;
h – высота размещения прожектора над уровнем расчетной точки.
Пример 1.
Рассчитать прожекторную установку для освещения площадки 100×80 м, Ен = 4 лк. К установке приняты прожекторы типа РНУ 01-250-001У1 с лампами ДРЛ – 250 (ФЛ = 13000 лм), КПД – 70 %.
|
|
|
Решение:
1. Проведем предварительный расчет методом удельной мощности:
w = m×Ен× к = 0,78 Вт/м2
(значение коэффициента m = 0,13табл. 3-6 [3], к = 1,5).
2. Ориентировочное число прожекторов:
N = w × S /PЛ = 0,78×8000/250 = 24,96 (25 шт.)
3. Из таблицы 3-2 [3] или табл. 9-6 [2] находим, что наименьшая высота установки составляет 6 м, максимальная сила света Imax = 11000 кд.
4. Предполагаемая высота установки прожекторов:
h = m × 
= 0,13 × 
= 13,6 м
можно принять 14 или 15 м (далее уточнится проверочным расчетом), что не противоречит П.З.
Следует иметь в виду, что существует стандартная высота мачт (h = 10; 15; 20; 21; 25; 28; 30; 35; 40 м)
5. Определим число прожекторов, по методу коэффициента использования и сравним с П.2:
шт.
(hпр = 0,7; h = 0,2; Z = 1,1). Отличие от П.2 не значительное.
Далее, следует определиться с количеством прожекторных мачт и числом прожекторов на мачтах, а так же выбрать углы наклона прожекторов в вертикальной () и горизонтальной (t) плоскостях.
Угол наклона прожекторов можно найти по таблицам (по значению Еh2) либо рассчитать по формуле:
= 1° + arcsin 
.
При установке на данной мачте группы прожекторов, кроме углов наклона, определяются углы t.
Углы t можно найти по специальным графикам [2,3],которые построены при t = 1°, в координатах Еh2 и l/h. Тогда освещенность при других значениях t определяется по выражению:
Е = 
;
при необходимости, может рассчитываться угол
t =Еt=1° / Ен×к
(k - коэффициент запаса).
При освещении поверхности несколькими прожекторами (несколько вееров), в контрольных точках определяется освещенность e от каждого веера, определяется 
, а затем t (если они одинаковы):
t = 
.
Границы вееров определяются по плану
Пример 2.
Требуется проверить уровень освещенности в контрольной точке (А) с координатами х =28 м, и у =14 м, от прожектора РНУ 01-250, с лампой ДРЛ (см. пр.1)
Высота установки прожектора 15 м, ориентировочный угол наклона 16°.
Решение:
1. Находим отношения: х / h = 28/1,9; у / h = 14/15=0,93
2. По таблице 9-7 [2] или 3-7 [3] находим значения: = 0,13; r = 2,2 r3 = 11.
|
|
|
3. Определяем значение:
h = у/(r× h) = 14×(2,2 ×15) = 0,42
4. По графикам относительных изолюкс рис. 9-9 [2] (по значениям и h находим e = 2500 лк).
5. Тогда, освещенность в точке А:
ЕГ = e /(h2×r3) = 2500/152×11= 1 лк.
Пример 3.
Определить уровень освещенности в контрольных точках А и В (рис. 4.13).
Общее количество прожекторов принимаем исходя из расчета примера 1 (24 шт.), прожекторы устанавливаем на 4 мачтах по сторонам прямоугольной площадки (100×80 м), в группу на 1 мачте входит 6 прожекторов. Высоту установки прожекторов оставим прежней, 15 м. Угол наклона q = 16° (надо уточнить).
Рисунок 4.14 Схема размещения прожекторных мачт
Решение:
1. Определим расстояние от мачт до ближайшей стороны (при q = 16°):
l1 = h / [tg(0,9× 
+q)]= 15 / [ tg (0,9×30+16)] = 16м;
(
= 30°, для данного типа прожекторов с лампами ДРЛ).
2. Рассчитаем освещенность точки А участка I от групп прожекторов М1 и М2 (для других участков аналогично; например, для участка II – М2 и М3 и т.д.)
Определим расстояние (l) от мачт до точки А:
- для М1, l1 = 45,6 м;
- для М2, l2 = 43,8 м,
Принимаем углы между осями прожекторов в горизонтальной плоскости t = 20°, из соображений, что общий угол охвата
w = N × t = 6×20 = 120°.
По рис. 3-18 [3] или 9-25 [2] находим Еh 2 (или e):
- от мачты М1 при отношении
l1 / h = 45,6/15 = 3,04;
пропорциональным пересчетом получим Еh 2 = 12000, откуда
Еt = 1°= 12000/225 = 53,3 лк.
Учитывая, что Еh 2 построены для угла t = 1° , пересчитаем на угол t = 20°, тогда
ЕА1 = Еt = 1° /20°= 53,3/20= 2,66 лк.
Аналогичным образом находим освещенность от группы М2, при отношении
l2 / h = 43,8 /15 = 2,92;
Еt = 1°= 12666/225 = 56,29 лк,
соответственно
ЕА2 = 56,29/20 = 2,8 лк.
суммарная освещенность в (×) А,
ЕА = 2,66 +2,8 = 5,46 лк.
Проверим, уровень освещенности в этой же точке с использованием приведенной освещенности от веера прожекторов [2]:
- для М1,
e = 43000/3 = 14333 лк;
ЕА1 = e / t× к×h2= 14333/20×1,5×152 = 2,123 лк;
- для М2,
e = 46000/3 = 15333 лк;
ЕА2 = 15333/20×1,5×152 = 2,27 лк;
Тогда, суммарная освещенность: ЕА = ЕА1 + ЕА2 = 2,123 +2,27 = 4,39 лк
3. Проверим уровень освещенности в точке В (от 4-х групп прожекторов).
Расстояние от мачт до точки В:
- М1 и М3; l1= l3 = 66 м; l / h = 4,4;
- М2 и М4; l2= l4 = 56 м; l / h = 3,73;
тогда
Е1 /h2 = Е3 /h2 = 4000,
Е1= Е3 = 4000/152= 17,8 лк.
При t = 20°, ЕВ1= ЕВ3 = 17,8/20 = 0,89 лк.
Аналогично, рассчитываем для мачт М2 и М4:
Е2 /h2 = Е4 /h2 = 5333; Е2 = Е4 = 23,7 лк.
При t = 20°,
ЕВ2 = ЕВ4 = 23,7/20 = 1,19 лк.
Суммарная освещенность в точке В:
ЕВ = Е1,3 + Е2,4 = 2 × 0,86 + 2×1,19 = 4,16 лк.
При необходимости можно рассчитать освещенность в любой точке площадки по формуле:
Е = 
[лк],
где
Ib = I0× [(1+cos n b)/2] м
(значения n и M приводятся в таблицах).
Пример 4.
Определить координаты точек, через которые проходят изолюксы Е =0,5 лк и Е = 1,0 лк, для прожектора РНУ 01-250, при h=20м. Решение:
|
|
|
1.По заданным значениям х/h определяется значения х и из таблицы 3-8 [3] находятся коэффициенты , r, r3.
2.По формуле e = Еh 2× r3 (для каждого из значений Е) рассчитывается значение относительной освещенности.
3.По графику рис. 9-9 [2] определяются значения h.
4.Вычисляются значения координат, у = h×r× h (все данные сводим в таблицу 4.7)
5.В масштабе строится график кривых изолюкс.
Таблица 4.7 Расчетные данные
| х/h | х |
| r | r3 | Е = 0,5 лк | Е = 0,1 лк | ||||
| e | h | у | e | h | у | |||||
| 0,56 | 1,24 | 1,89 | 378,0 | - | - | - | - | |||
| 1,5 | 22,5 | 0,32 | 1,7 | 5,1 | 0,14 | 0,33 | 11,22 | |||
| 0,19 | 2,2 | 0,4 | 17,6 | 0,27 | 11,88 | |||||
| 2,5 | 37,5 | 0,10 | 2,7 | 0,35 | 18,9 | 0,23 | 12,42 | |||
| 0,04 | 3,2 | 0,24 | 15,36 | 0,04 | 2,56 | |||||
| 3,5 | 52,5 | 3,6 | 0,13 | 9,36 | - | - | - | |||
| 0,04 | 4,1 | 0,04 | 3,28 | - | - | - |
Рисунок 4.15 Кривые изолюкс, к примеру - 4.
|
|
|
