Как найти коэффициент запаса освещенности

В процессе эксплуатации осветительной установки возможен спад создаваемой ею освещенности. Для компенсации этого спада при проектировании ОУ вводится коэффициент запаса (КЗ). Нормированные значения освещенности должны быть обеспечены в течение всего времени эксплуатации осветительной установки. Однако, в связи с тем, что период эксплуатации имеет место постоянное уменьшение освещенности, начальная освещенность должна быть принята больше нормированной, а именно, равна последней, умноженной на коэффициент запаса, значения которого регламентированы нормами. Этот коэффициент учитывает снижение светового потока источников света к концу срока службы, запыление светильников, старение последних, т.е. ухудшение характеристик, не восстанавливаемых очисткой, и снижение коэффициентов отражения стен и потолка помещения.

Необходимый коэффициент запаса зависит от количества и характера пыли в воздухе, степени старения данного типа источников света (в связи с чем для газоразрядных ламп коэффициент запаса повышается), типа светильников, и, конечно периодичности очистки последних. В зависимости от указанных обстоятельств значение коэффициента запаса может находиться в пределах 1-2.

Самое интересное, что данный коэффициент необходимо учитывать при светотехнических расчетах, но существует проблема — коэффициент запаса абсолютно для всех типов светильников не выведен для программы DIALux.

В программе учитывается только коэффициент эксплуатационных затрат. Получается, что на данный момент многие расчеты не учитывают коэффициент запаса, что в результате приводит к серьезным неточностям. Мало того, деградация традиционных источников света (ламп) происходит быстрее, нежели чем светодиодов. Теперь давайте разберемся, что такое коэффициент запаса.

Для искусственного освещения

Коэффициент учитывает снижение освещенности и яркости в процессе эксплуатации осветительной установки вследствие загрязнения и не восстанавливаемого изменения отражающих и пропускающий свойств оптических элементов осветительных приборов, спада светового потока и выхода из строя источников света, а также загрязнения поверхностей помещений, наружных стен здания или сооружения, проезжей части дороги или улицы.

Для естественного освещения

Расчетный коэффициент учитывает снижение КЕО в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, а также снижения отражающих свойств поверхностей помещения.

(КЕО — коэффициент естественной освещенности) (данные СНИП 23-05-2010). Для учета снижения освещенности и КЕО в процессе эксплуатации систем освещения вводится коэффициент запаса.

Значение КЗ, регламентируемые СНИП, колеблются в пределах 1,3-2 для промышленных ОУ и 1,3-1,5 для ОУ общественных зданий. Для светодиодных светильников точный коэффициент не указаны и не выведен, ссылаться необходимо на опыт эксплуатации светодиодный светильников в течении гарантийного срока, не менее 3-5 лет.

Также будем учитывать результаты замеров освещенности, произведенные конечными потребителями. Также будем полагаться на практический опыт и данные ведущих производителей светодиодов и других материалов.

Компания Nichia (Япония), создана в 1956 г., 90 % рынка люминофоров, 40% рынка продаж светодиодов.

Компания Cree (США), мировой лидер в производстве мощных светодиодов и кристаллов.

Компания «ФОКУС» (Россия), дата создания 2004 г., 15 % рынка продаж светодиодных светильников. Компания «ФОКУС» обладает свое собственной современной лабораторией, специализирующей на исследования в области светодиодов, электроники и готовых изделий. Помимо собственных измерений, исследования светильников проводятся также и в аккредитованных.

Коэффициент запаса

В системах искусственного освещения в течение времени эксплуатации происходит снижение освещенности в результате:

1. спада светового потока ламп вследствие их старения (ресурс);
2. выхода из строя ламп в течение срока эксплуатации;
3. загрязнения оптической системы светильников;
4. загрязнения светопропускающих поверхностей источников света;
5. спада КПД светильников вследствие старения светоотражающих и светопропускающих (УФ воздействие на полимеры) материалов;
6. изменения температуры окружающей среды (необходимо учитывать для светодиодов, компактных люминесцентных ламп, и люминесцентных ламп. (Раньше этот показатель в литературе не указывался, потому что эти типы источников света для улицы не допускались, а в помещении перепад температур значительно меньше).

Значения коэффициента запаса для осветительных установок искусственного освещения могут быть снижены в зависимости от эксплуатационных групп светильников. Эксплуатационная группа светильника определяется конструктивно-светотехнической схемой светильника, типом материала или покрытия отражателя и рассеивателя светильника, типом используемого источника света.

1. Светодиодные светильники производятся компанией «ФОКУС» серийно с 2004 года. За это время практическую наработку более 6 лет имеют уже свыше 7000 серийных изделий, причем эксплуатация их продолжает сегодня. Были проведены замеры освещенности светильников в начале эксплуатации на объектах различного применения. Применяемые в светильниках высокачественные светодиоды Nichia (Япония) не подверглись деградации и сохранили свои технические параметры, соблюдены все условия эксплуатации их в готовых изделиях. Специально разработанные конструкции светильников обеспечивают необходимый теплоотвод светодиодов, что еще существенно повышает их ресурс. Данное снижение освещенности у светодиодных светильников УСС отсутствует, это доказано практически и подтверждено исследованиями многочисленных лабораторий.

Тип лампы	Параметры освещенности лк, потери
1 год	2 год	3 год
ДРЛ	– 30 – 50 %	– 50 -90%
ДНАТ	– 20%	– 10 — 30 %
Светодиодный модуль	Отсутствуют	Отсутствуют	отсутствуют

Результаты исследований за 3 года работы

2. Практически доказано, у светодиодных светильников отсутствует выход из строя светодиодного модуля, ресурс модуля более 23 лет. Выход из строя ламп (светодиодов) в течение срока эксплуатации у светодиодных светильников отсутствует, соответственно это при расчетах учитывать не надо.

3. Загрязнение оптических систем у традиционных светильниках и у светодиодных существует. Этот параметр необходимо учитывать. Для светодиодных светильников важно качество оптического поликарбоната и оптики на светодиодах. Загрязнение пылью и грязью происходит только поликарбоната, оптика светодиодов защищена и находится под стеклом. Также есть светильники без оптики, у которых потери будут ниже. Для расчетов падения на оптических системах для светодиодных светильников следует учитывать только загрязнение защитного стекла. Опять же загрязнение зависит от места и условий эксплуатации светильников.

4. Загрязнения светопропускающих поверхностей источников света у светодиодных светильников отсутствует.

5. Спад КПД светодиодных светильников вследствие старения светоотражающих материалов отсутствует. Были произведены измерения освещенности на объектах после 3 лет работы. Параметры остались на уровне трехлетней давности, в диапазоне погрешности измерений нее более 5%.

Из данного сравнения видно, что для светодиодных светильников нужно убрать некоторые параметры падения светового потока, в следствии чего этот коэффициент уменьшится от традиционных значений.

В зарубежных нормах и стандартах для учета данного фактора используется коэффициент эксплуатации MF. С отечественным коэффициентом запаса он связан соотношением МF= 1/Кз.

Из практики, для светодиодных светильников следует брать коэффициент запаса равным 1 — 1,1 для программы DIALux.

Внимание: Данный коэффициент выведен только для светильников компании «ФОКУС».

Для изделий других производителей светодиодных светильников, пониженный коэффициент не известен.

Для определения коэффициента необходимо учитывать: токи на светодиодах (степень разгона светодиодов, если это существует); температуры кристаллов; наличие радиаторов; наличие защитного стекла; степень защиты от пыли и влаги; место эксплуатации.

Конструирование, применение и эксплуатация.

В области конструирования, применения и эксплуатации световых приборов для наружного освещения стало возможным:

• создание корпусных светильников без отражателя и защитного стекла c отличной светопропускаемостью;
• создание корпуса светильника с более повышенной степенью защиты от пыли и воды;
• применение более устойчивых к агрессивной среде материалов для корпусов светильников;
• применение источников света с высокими параметрами эффективности лм/вт;
• применение светодиодов и электронных компонентов с более высоким ресурсом жизни, свыше 50 тыс. час.;
• создание и применение оптики с высоким кпд и ресурсом работы;
• отказ от ремонта светильника на опоре;
• отказ от замены в светильнике ламп и ПРА (применение светодиодных модулей и электронного драйвера, с повышенным сроком жизни);
• замена блока или светильника целиком на исправный.

Проектирование

• Снижение установленной мощности и количества опор;
• снижение коэффициента запаса при проектировании до 1-1,15;
• оптимизация установок по светотехническим параметрам за счет использования ламп-светильников с различным светораспределением.

Экономика

• Снижение потребления электроэнергии на цели наружного освещения (до 50%);
• сокращение капитальных и эксплуатационных затрат на осветительные установки (в 1,5-2 раза);
• снижение металлоемкости и потребления дорогих материалов на производство светильников;
• отказ от утилизации и хранении ртутосодержащих ламп

Коэффициент запаса k учитывает запыленность помещения, снижение светового потока ламп в процессе эксплуатации. Значения коэффициента k приведены в таблице.

Таблица Значения коэффициента k

Помещения	Примеры помещений	Коэффициент запаса k
		Газоразрядные лампы	Лампы накаливания	Светодиодные светильники УСС
Запыленность свыше 5 мг/м3	Цементные заводы, литейные цеха и т. п.	2	1,7	1,5
Дым, копоть 1-5 мг/м3	Кузнечные, сварочные цеха и т. п.	1,8	1,5	1,3
Менее 1 мг/м3 Значительная концентрация паров кислот и щелочей	Инструментальные, сборочные цеха Цеха химических заводов, гальванические цеха	1,5 1,8	1,3	1,1 1,5
Запыленность значительно менее 1 мг/м3, отсутствие паров кислот и щелочей	Жилые, административные и офисные и т.п. помещения	1,4	1,5	1

Источник: www.axiomasveta.com
Автор: Прохоров Игорь

Коэффициент запаса kучитывает запыленность помещения,
снижение светового потока ламп в процессе
эксплуатации. Значения коэффициентаkприведены в таблице3.1

Таблица 3.1 Значения коэффициента k

Помещения	Примеры помещений	Коэффициент запаса k
Газоразрядные лампы	Лампы накаливания
Запыленность свыше 5 мг/м3	Цементные заводы, литейные цеха и т. п.	2	1,7
Дым, копоть 1-5 мг/м3	Кузнечные, сварочные цеха и т. п.	1,8	1,5
Менее 1 мг/м3	Инструментальные, сборочные цеха	1,5	1,3
Значительная концентрация паров кислот и щелочей	Цеха химических заводов, гальванические цеха	1,8	1,5
Запыленность значительно менее 1 мг/м3, отсутствие паров кислот и щелочей	Жилые, административные и офисные и т.п. помещения	1,2	1,1

3.3.6 Коэффициент минимальной освещенности z

Коэффициент минимальной освещенности
Z характеризует неравномерность
освещения. Он является функцией многих
переменных, точное его определение
затруднительно, но в наибольшей степени
он зависит от отношения расстояния
между светильниками к расчетной высоте
(L / h) (рис3.1).

При расположении светильников в линию
(ряд), если выдержано наивыгоднейшее
отношение L / h, рекомендуется принимать
Z = 1,1 для люминесцентных ламп и Z = 1,15 для
ламп накаливания и ДРЛ.

h_св

h

h

h_р

B

L

А

Рис.3.1
Схема расположения светильников в
помещении

1. Коэффициент использования светового потока 

Для определения коэффициента использования
светового потока находят индекс помещенияiи предполагаемые коэффициенты отражения
поверхностей помещения: потолка_п,
стен_с, пола_р.

Обычно для светлых административно-
конторских помещений: _п= 70%,_с= 50%,

_р = 30%.

Для производственных помещений с
незначительными пылевыделениями: _п= 50%,

_с= 30%,_р
= 10%.

Для пыльных производственных помещений:
_п= 30%,_с= 10%,_р = 10%.

1. Индекс помещения I

Индекс помещения определяется по
следующему выражению:

,
(3.4)

где А, В, h – длина, ширина и расчетная
высота (высота подвеса светильника над
рабочей поверхностью) помещения, м (рис
3.1).

,
(3.5)

где H– геометрическая
высота помещения;

h_св– свес
светильника. Обычноh_св= 0,2 …0,8 м;

h_p– высота рабочей поверхности.h_p
= 0,8 …1,0 м.

Коэффициент использования светового
потока есть сложная функция, зависящая
от типа светильника, индекса помещения,
коэффициента отражения потолка стен и
пола. Для наиболее распространенного
светильника с люминесцентными лампами
коэффициент может быть определен из таблицы 3.2.

Промежуточные значения коэффициента
использования находятся методом
интерполяции.

Для сложных светильников этот коэффициент
может быть найден в специальной справочной
литературе [2], [3]и в
приложении к настоящему методическому
пособию.

При заданном Ф_Л,
т.е. известно какие лампы будут
использоваться, находимN,
т.е. сколько светильников надо применить.

При заданном Nилиn,определяем Ф_Л. По найденному Ф_Л
выбирают ближайшую, стандартную
лампу в пределах допусков – 10+20 %.

Таблица 3.2 Значение
коэффициента использованиядля светильников с люминесцентными
лампами, %

I	п, % 70 с, % 50 р , % 30	50 30 10	30 10 10
0,5	28	21	18
1,0	49	40	36
3,0	73	61	58
5,0	80	67	65

В таблице 3.3 приведены расчетные значения
светового потока наиболее распространенных
источников света Ф_Л

Таблица 3.3 Расчетные значения светового
потока наиболее распространенных
источников света Ф_Л.

Тип лампы	ФЛ, лм	Тип лампы	ФЛ, лм	Тип лампы	ФЛ, лм
ЛДЦ 40-4	1995	ЛДЦ80-4	3380	ДРЛ 80	3200
ЛД 40-4	2225	ЛД 80-4	3865	ДРЛ 250	11000
ЛХБ 40-4	2470	ЛХБ 80-4	4220	ДРЛ 1000	50000
ЛТБ 40-4	2450	ЛТБ 80-4	4300	ДРИ 250	18700
ЛБ 40-4	2850	ЛБ 80-4	4960	ДРИ 400	32000
ЛХБЦ 40-1	2000			ДРИ 1000	90000

Вход

№ Помещение Освещенность (лк) по российским нормам (СНиП 23-05-95) Освещенность (лк) по международным нормам (МКО) 1 Рабочие кабинеты, офисы 300 500 2 Проектные и конструкторские бюро 500 750 3 Кабинеты для работы с ПЭВМ 400 500 4 Учебные аудитории и классы 300 300 5 Кабинеты в медицинских учреждениях 300 300-500 6 Конференц-залы 200 500 7 Помещения общественного питания 200 200-300 8 Торговые залы магазинов 200-500 300-500 9 Спортивные залы 200 500 10 Коридоры 75 100

Поверхность Материал Коэффициент отражения, % Потолок Бетон 40 Штукатурка 73 Плитка подвесного потолка белая 70 Плитка подвесного потолка светло-серая 50 Стены Пластик светлый 60 Гипсокартон белый 80 Обои (желтые, бежевые, розовые) 50 Обои (голубые, светло-зеленые) 30 Обои (красные, коричневые) 20 Пол Плитка однотонная светлая 30 Паркетная доска светлая 20 Паркетная доска темная 10 Ламинат светлый (ясень) 30 Линолеум светло-серый 20 Ковролин однотонный серый 10

В электрике существует такое понятие как, расчет освещенности помещения. Данный расчет является фундаментом всей осветительной части электропроводки, поэтому ему следует уделить особое внимание. В этой статье мы подробно разберем:

• Зачем делать расчет освещенности помещения?
• А также рассмотрим пошаговое выполнение расчёта освещённости на конкретном примере

Теперь, обо всем по порядку.

Зачем делать расчет освещения?

В первую очередь, данный расчет необходим, для создания достаточной освещенности помещения, которая в свою очередь обеспечивает благоприятные и комфортные условия для жизнедеятельности человека.

Недостаток освещения или его чрезмерность, вызывает сильное напряжение глаз, быструю утомляемость и оказывает ощутимый психологический дискомфорт, что неблагоприятным образом отражается на здоровье человека в целом.

Идеальным освещением для наших глаз, является естественный природный свет (дневное, утреннее или вечернее солнце, солнце за облаками).

Основной задачей расчета освещенности помещения, является максимальное приближение искусственного освещения к естественному. К искусственному освещению относиться такой свет, которым человек имеет возможность управлять.

Электрический свет, является искусственным, он получается в результате преобразование электрической энергии в один из видов электромагнитного излучения, которое воспринимается человеческим глазом как свет. Именно такое преобразование происходит внутри ламп установленных в корпусах осветительных электроустановок (светильники, люстры, бра, торшеры и так далее).

В строительно-проектировочной документации(СНиП) существуют специальные правила, в которых прописаны нормы освещенности для различных видов помещений. Ниже рассмотрен пример, пошагового выполнение расчета с подробными комментариями и пояснениями.

Расчет освещения, пример

Расчет освещенности помещения производиться по формуле:

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

где,

1. Фл – световой поток лампы,

2. Ен – норма освещенности

3. S – площадь помещения

4. k – коэффициент запаса

5. z – поправочный коэффициент

6. N – количество принятых светильников

7. η – коэффициент использования светового потока

8. n – число ламп в светильнике.

---

Данные нашего примера:

Жилая комната. Длина – 5,5 м, ширина – 3,5 м.

Потолок – белый крашенный,

Стены – обои, светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка,

Пол – линолеум, серого цвета

Планируется установка пяти рожковой люстры, с пятью лампами, каждая из которых монтируется внутри плафона, изготовленного из белой матовой ткани во весь размер лампы.

Данная комната имеет стандартную высоту потолков 2,5 м. Опираясь на конструктивное исполнение светильника определяем высоту его подвеса. Для нашего примера эти данные будут следующими:

•  высота установки люстры от пола до плафонов в которых установлены лампы – 2,3 м

---

Теперь найдем все необходимые для расчетов данные.

2. Ен – нормированная освещенность

Измеряется в Люксах (Лк), является нормированной величиной, прописанной в своде правил строительной документации СНиП. Ниже представлена таблица норм освещенности.

Таблица №1. Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений, согласно СНиП 23-05-95

Помещение нашего примера – жилая комната. Согласно таблицы №1 нормируемая освещенность для данного вида помещений равна 150 Люкс (Лк).

Ен = 150

Подставим значение в формулу:

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

Фл = 150 * S * k * z / N * η * n

3. S – площадь помещения

Для выполнения последующих расчетов нам потребуется знать площадь данной комнаты. Посчитать ее мы можем по формуле площади прямоугольника:

S = а * b,

где,

• S – площадь помещения (метры квадратные – м²)
• а – длина помещения (метры квадратные – м²), в нашем примере 5,5 м
• b – ширина помещения (метры квадратные – м²), в нашем примере 3,5 м

Подставим наши значения

S = a * b = 5,5 * 3,5 = 19,25 м²

S = 19,25

Подставим данные в формулу:

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

Фл = 150 * 19,25 * k * z / N * η * n

4. k – коэффициент запаса

Коэффициент запаса (зависит от типа ламп и степени загрязненности помещения) Коэффициент запаса k учитывает запыленность помещения, снижение светового потока ламп в процессе эксплуатации. Значения коэффициента k приведены в таблице.

Таблица №2. Коэффициент запаса для жилых помещений для различных типов ламп

В нашей люстре планируется использование светодиодных ламп, выбираем коэффициент запаса равный 1.

K = 1.

Подставим значение в формулу:

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

Фл = 150 * 19,25 * 1 * z / N * η * n

5. z – поправочный коэффициент (коэффициент неравномерности)

z – поправочный коэффициент, применяемый в помещениях где требуется освещенность больше чем нормируемая минимальная

Данный коэффициент следует применять в помещениях где планируется выполнение точной зрительной работы, например, читать или писать.

Для ламп накаливания и ДРЛ (ртутная газоразрядная лампа) z = 1,15, для люминесцентных и светодиодных ламп z = 1,1

В наш светильник будут установлены светодиодные лампы, используем поправочный коэффициент 1,1.

z = 1,1

Вставляем данные в формулу:

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

Фл = 150 * 19,25 * 1 * 1,1 / N * η * n

6. N – количество принятых светильников

Освящать комнату будет один светильник, расположенный в центре помещения.

N = 1

Фл = Ен * S * k * z / N * η * n

Фл = 150 * 19,25 * 1 * 1,1 / 1 * η * n

7. η – коэффициент использования светового потока

Для того что бы найти коэффициент использования светового потока нам потребуется рассчитать индекс помещения – i.

Воспользуемся следующей формулой:

i = S / (a + b) * h))

где,

• S – площадь помещения (метры квадратные – м²), – в нашем примере 19,25 м²;
• а – длина комнаты (метры квадратные – м²), – в нашем примере 5,5 м;
• b – ширина комнаты (метры квадратные – м²), – в нашем примере 3,5 м;
• h – высота подвеса светильника от пола (метры – м), – в нашем примере 2,3 м;

Считаем:

i = S / (a + b) * h)) = 19,25 / (5,5 + 3,5) * 2,3)) = 19,25 / (9 * 2,3) = 19,25 / 20,7 = 0,929…

округляем до значения близкого к:

0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.25, 1.5, 1.75, 2, 2.25, 2.5, 3, 3.5, 4, 5

В нашем случае это значение 0.9

---

Теперь нам потребуются данные о дизайне нашей комнаты. Конкретно интересуют три вещи пол, потолок и стены их цветовой оттенок в формате белый – светлый – темный – серый – черный. Например, бежевые стены будут относиться к светлым, красные, вишневые, коричневые к темным, с черным и белым и так все понятно.

Эти оттенки называются коэффициентом отражения (Р) и выражаются в процентном соотношении следующим образом:

• 70% – белый
• 50% – светлый
• 30% – серый
• 10% – темный
• 0% – черный

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

•  Потолок – белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)
• Стены – обои светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)
• Пол – линолеум серого цвета, в процентном соотношении 30% (серый)

Обладая всеми этими данными, мы можем определить коэффициент использования светового потока светильника – η.

Для этого воспользуемся соответствующей нашему светильнику таблицей, одной из 5 (таблицы №3-7) приведенных ниже.

Наш светильник за счет конструктивного исполнения плафонов (матовая белая ткань) имеет равномерное распределение светового потока, поэтому данные по нему ищем по таблице №5. Ниже приведены 5 таблиц в которых изложены данные для определения светового потока, после которых будет детально разобрана инструкция с описанием того как ими пользоваться.

Таблица №3. Коэффициент использования для потолочного светильника

Таблица №4. Коэффициент использования для подвесного светильника

Таблица №5. Коэффициент использования для светильника с равномерным освещением

Таблица №6. Коэффициент использования для светильников с косинусным распределением светового потока

Таблица №7. Коэффициент использования для светильников с глубокими плафонами

Напомню, светильник нашего примера является равномерным, относится к Таблице №3.

Комната, приведенная в нашем примере, имеет:

• Потолок – белый крашенный, в процентном соотношении 70% (белый)
• Стены – обои светлые однотонные (без рисунка) персикового оттенка, в процентном соотношении 50% (светлый)
• Пол – коричневый линолеум естественного оттенка дерева, в процентном соотношении 30% (серый)

i – который мы рассчитывали выше по формуле, i = S / (a + b) * h)) = 0.9

В правой вертикальной колонке таблицы ищем соответствующий рассчитанному – i.

В горизонтальных строках подбираем данные комнаты, соответствующие нашим:

• Потолок – 70% (белый),

•  стены – 50% (светлый),

• по