Как определить видимую высоту освещенной области на фасаде?
Дмитрий Сукачев, заместитель директора по развитию ООО «Марбел», приглашенный лектор Факультета ДПО НИУ ВШЭ, приглашенный лектор Факультета садоводства и ландшафтной архитектуры РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева
пдф вариант
Введение
Нередко заказчики интересуются, какой высоты на фасаде «достигает» луч настенного светильника.
И чтобы ответить на этот вопрос, приходилось моделировать в Dialux. Расчеты занимали минут 20, однако хотелось упростить процесс и выполнять их быстрее. В результате пришел к этой формуле:
где h – видимая высота освещенной области на фасаде, м; r – расстояние от стены до продольной оси светильника, м; k – пороговый контраст яркости; I – сила света в направлении 3–6° КСС светильника, Кд; EФ – фоновая освещенность, лк.
Формула применима, если продольная ось светильники отстоит от стены на расстояние до 30 см, что справедливо для большинства настенных декоративных светильников. И видимая «длина луча» в темное время суток составляет 2 м и более (рис. 1).
Рис. 1. Видимая высота освещенной области на фасаде.
Рис. 2. КСС светильника
Например, для светильника, КСС которого приведена на рисунке 2, при фоновой освещенности 0,4 лк (полнолуние, луна освещает фасад) и расстоянии от продольной оси светильника до фасада r=0,2 м видимая высота освещенной светильником области составит:
Теперь, чтобы оценить видимую высоту освещенной области на фасаде, потребуется «научный калькулятор» на мобильном телефоне и 3–4 минуты. Особенности ночного зрения человека определяют, какой в темное время суток будет видимая высота освещенной области на фасаде. Рассмотрим эти особенности.
Особенности ночного зрения
Вечером в условиях темновой адаптации возможность зрительно обнаружить одноцветный с фоном объект наблюдения или различить его форму определяется пороговым значением яркостного контраста. Элементарное зрительное обнаружение или видимость объекта определяются минимальной (пороговой) разностью яркости ΔLпор двух смежных участков поля зрения наблюдателя. Отношение ΔL пор к яркости фона называют пороговым контрастом яркости объекта наблюдения с фоном:
Кпор = ΔLпор/Lф. (1)
K = (Lo – Lф)/Lф = ΔL/Lф, (2)
где Lo, Lф – яркости объекта и фона, ΔL – разность яркостей объекта и фона.
Условия обнаружения объекта, одноцветного с фоном, можно записать следующими неравенствами:
ΔL ≥ ΔLпор или К ≥ Кпор. (3)
При низкой освещенности контрастная чувствительность резко уменьшается, для различения яркости смежных поверхностей необходимо, чтобы перепад между ними был не менее 55%, то есть яркости поверхностей должны отличаться одна от другой более чем в 1,5 раза [1].
Более точные значения Кпор приведены в диаграмме, опубликованной в учебнике «Архитектурная физика» [2] (рис. 3, 4).
Рис.3 Определение контраста между предметом и фоном для обеспечения его видимости в зависимости от условий природного освещения
Рис. 4. Яркости освещенной области на фасаде Lo и яркость фасада от фонового освещения
Яркость диффузно отражающей (далее по тексту – матовой) поверхности составляет:
где ρ – коэффициент отражения, Е – освещенность.
Для матовых поверхностей коэффициент отражения освещенной и темной областей фасада одинаковые, и яркость освещенной области составит:
где Lo – яркость освещенной области, Еф – фоновая освещенность, Есв – освещенность от светильника, ρ – коэффициент отражения поверхности.
где Еф – фоновая освещенность.
Запишем соотношение (2) с учетом выражений (5) и (6):
Однако гладкий и матовый фасад, имеющий полностью диффузное отражение, встречается довольно редко. Чаще всего мы имеем дело либо с текстурными или даже рельефными поверхностями, либо с глянцевыми отделочными материалами. Для таких материалов соотношение (7) не выполняется.
Виляние Текстуры на яркость Фасада
Текстурные или рельефные отделочные материалы, когда световой поток падает на них под малым углом к поверхности материала (или большим углом по отношению к нормали к поверхности материала), выглядят темнее по сравнению с гладкими материалами даже при одинаковом ρ.
Текстура и светлота неразрывно связаны между собой. Свет, падающий на текстурную поверхность, создает высокие контрасты между освещенными элементами текстуры и элементами в тени, относительные размеры и плотность текстурных элементов увеличивают или уменьшают светлоту пропорционально эффекту затенения [3] (рис. 5).
Рис. 5. Видимая яркость текстурных материалов с одинаковым коэффициентом отражения и разной текстурой при боковом освещении
Этот эффект хорошо виден на рисунке 4. Три образца с разной текстурой покрасили из аэрозольного баллончика серой краской. Влияние текстуры оказалось значительным. Левый, текстурный образец выглядит значительно темнее, правого гладкого.
Назовем этот эффект – эффектом текстурного затемнения.
Эффект текстурного затемнения зависит от угла падения светового потока на материал. Чем меньше угол падения светового потока к поверхности материала, тем сильнее тени и тем более темной будет выглядеть поверхность. Если световой поток направлен на материал под углами, близкими к нормали, теней на текстурных элементах не образуется и поверхность выглядит более светлой.
Свет от фасадного светильника падает на поверхность под малым углом, на текстурных элементах образуются глубокие тени, и поверхность выглядит темнее. Эффект текстурного затемнения учтем с помощью коэффициента текстурного затемнения kтекст.
Коэффициент отражения текстурной поверхности при падении светового потока под малым углом к поверхности запишем так:
где ρ – коэффициент диффузного отражения материала фасада.
Световой поток от фасадного светильника падает на фасад под малым углом к поверхности. Фоновое освещение, как правило, падает на фасад под значительно большими углами, близкими к нормали, и фоновое освещение теней на текстурных элементах почти не образует. Для фонового освещения эффектом текстурного затемнения можно пренебречь.
Для текстурных фасадов выражение (7) запишем следующим образом:
Исследований, определяющих kтекст, найти не удалось. При работе над проектами освещения фасадов, облицованных текстурными отделочными материалами, вместе с партнерами мы проверяли эту формулу и определили, что при значении kтекст = 0,7–0,8 оценка видимой высоты освещенной области на фасаде звучала «где-то примерно так».
Но видимая высота освещенной области на фасаде уменьшается не только на текстурных отделочных материалах. Глянцевые отделочные материалы также сокращают видимую высоту освещенной области
Рис. 6. Виды отражения света от поверхностей
Глянцевые Отделочные Материалы и коэффициент диффузного отражения
На глянцевых отделочных материалах присутствует смешанное (направленно-рассеянное) отражение. Более подробно направленно-рассеянное освещение рассмотрено в [4] (рис. 7).
Рис. 7. Смешанное отражение
При смешанном отражении часть падающего светового потока зеркально отражается и «улетает» в небо или в землю. А оставшийся световой поток отражается диффузно. Именно диффузное отражение светового потока светильника определяет видимую высоту освещенной области на фасаде.
Коэффициент зеркального отражения зависит от угла падения светового потока. Для стекла эта зависимость представлена на рисунке 8.
Рис.8. Зависимость коэффициента зеркального отражения светового потока на границе раздела «воздух-стекло» от угла падения (угол между направлением падающего светового потока и нормалью к плоскости раздела «воздух-стекло
Световой поток от светильника падает на стекло под острым углом (большим углом к нормали), например, если световой поток падает под углом 10° к поверхности, коэффициент зеркального отражения будет 0,4. Для глянцевых отделочных материалов таких графиков, увы, не существует. Но подобная зависимость для глянцевых отделочных материалов и материалов из полированного природного камня также выполняется.
При этом фоновое освещение падает на фасад под углами, близкими к нормали, коэффициент зеркального отражения не превышает 4%, и зеркальным отражением для фонового освещения можно пренебречь.
Таким образом, диффузно отражается только оставшаяся после зеркального отражения часть светового потока. Учтем это уменьшение коэффициентом kглянц.
Запишем выражение (7) с учетом потери части светового потока:
Уменьшения видимой высоты освещенной области на глянцевом фасаде оценивал, как и для текстурных фасадов, обсуждая результаты с партнерами. При значении kглянц = 0,7–0,8 оценка видимой высоты освещенной области на фасаде звучала «где-то примерно так».
Физика отражений на текстурном и глянцевом фасадах разная, но значения коэффициентов, учитывающих влияние отделочных материалов фасадов, одинаковые – 0,7–0,8.
Расчет Освещенности на Фасаде от Светильника
Теперь поговорим о расчете освещенности от светильника на фасаде (рис. 9).
Рис. 9. Определение вертикальной освещенности, создаваемой точечным источником света
Вертикальная освещенность на фасаде рассчитывается по следующей формуле [1]:
Ев = (I/d2) • sinα. (14)
Но она не очень удобна, поскольку в ней присутствует sinα. Чтобы упростить расчеты, лучше заменить его отношением сторон треугольника (рис. 10).
Рис. 10. Определение видимой высоты освещенной области на фасаде
У многих настенных светильников продольная ось отстоит от стены на 20–30 см.
Если высота освещенной области на фасаде равна 2 м и продольная ось светильника отстоит от фасада на 30 см, значение угла α составит arctg (0,3/2) = 8,5°.
Значения sinα и tgα для углов меньше 6°45’ различаются только четвертым знаком. А при значении до 10° есть незначительные различия в третьем знаке. Известно, что для инженерных расчетов достаточно точности до третьего знака, поэтому в формуле (14) для нашего частного случая можно заменить sinα на tgα.
Известно, что tgα = r/h, (15)
где α, r и h указаны (рис. 9).
Тогда формулу (14) можно записать:
Ев = (I/d2) • tgα = (I/d2) • (r/h) = Есв, (16)
где r – расстояние от продольной оси светильника до стены, h – высота видимой на фасаде освещенной области, а Есв – вертикальная освещенность от светильника на фасаде.
Вертикальные освещенности Есв в формулах (11) и (16), или (13) и (16) – это одна и та же величина. Поэтому:
Есв = K • Eф/kтекст (глянц) = (I/d2) • (r/h), (17)
где kтекст (глянц) – коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента диффузного отражения для текстурных или глянцевых фасадов, который, как раньше мы видели, составляет 0,7–0,8.
Преобразуем равенство (17) и получим:
h= (I/d2) • (r • kтекст (глянц))/(K • Eф). (18)
Определим d2:
Оценим вклад r и h для нашего случая, когда высота освещенной области на фасаде значительно больше, чем расстояние от продольной оси светильника до стены. Например, r = 0,3 м и h = 2 м: r2 = 0,09 и h2 = 4. d2 = 4,09, а d = 2,02. Как видим, r значительно меньше h и для нашего частного случая им можно пренебречь. Тогда (18) можно записать:
где kтекст (глянц) = 0,75.
Это формула справедлива, когда светильник отстоит от стены не более чем на 30 см и отношение рассчитанной высоты освещенной области на фасаде к расстоянию продольной оси светильника от стены превышает 10.
Высоту освещенной области на фасаде на практике лучше оценивать следующим образом:
- рассчитываем видимую высоту освещенной области по формуле (22);
- умножаем результат на 0,8 и округляем в меньшую сторону;
- сообщаем заказчику, что видимая высота освещенной области будет от «…» до «…».
У всех людей зрение немного различается, и каждый увидит «свою» высоту освещенной области. Уменьшение/округление учитывает эти индивидуальные особенности. Формула позволяет оперативно оценить видимую высоту освещенной области на фасаде с достаточной точностью.
Литература:
- Щепетков Н. и. Световой дизайн города. М.: архитектура-С, 2006.
- Архитектурная физика. Под ред. Оболенского Н. В. М.: архитектура-С, 2007.
- Michel L. Light: The Shape of Space. Designing with space and light. Jon Willey & Sons, New York, 1996.
- Cuttle C. Lighting by design. Architectural press, London, 2003.
Кривая силы света – КСС
Как определить кривую?
Широкая?
Концентрированная?
На первый взгляд, кривая распределения света может выглядеть довольно сложной. Но внешность может быть обманчива, потому что их (относительно) легко читать, как только вы понимаете различные компоненты.
Вторичная оптика
Что такое кривая сила света? Как узнать какая кривая силы света походит к вашему зданию или проекту. В этой простой статье мы попытаемся все разобрать.
Кривая силы света – в технических характеристиках светильников указывается как КСС показывающая в какую область пространства распространяется световой поток. Этот график пытается перенести 3D картинку (рассеивание света осветительным прибором в пространстве) на 2D среду (лист бумаги или экран компьютера).
На светодиодных светильниках Ledplast кривую получаем за счет вторичной оптики или линз. Оптика защищает светодиодный модуль освещения от всевозможных воздействий окружающей среды. При выборе оптики мы выбираем кривую силы света для нашего будущего светильника.
Вторичная оптика представляет собой оптическую систему в виде линзы или рефлектора, предназначенной для концентрации светового потока. Такая система обычно применяется для того, чтобы можно было выбрать высоту подвеса светильника для обеспечения необходимой освещенности и её неравномерности. Чем выше надо повесить светильник, тем меньше угол излучения необходимо выбирать.
Без применения вторичной оптики угол излучения принимается равным 110 градусов (от 90 до 120 градусов у разных производителей светодиодов). Для обеспечения равномерной освещенности светильники должны располагаться на расстоянии друг от друга не больше диаметра светового пятна.
Световой поток
В техническом паспорте (даташите) к осветительному оборудованию есть графическое изображение распределения света. Представляется в виде графика, где углы распространения светового потока:
- а – в продольной плоскости
- b – в поперечной плоскости
Если фигура вытянута вертикально то концентрация света в точке (центре) светового пятна будет больше, но меньше площадь охвата освещения. И наоборот если фигура широкая то количество света будет распределено больше, но с меньшим свечением.
Симметричное распределение света
Давайте начнем с середины диаграммы. Это отмечает положение лампы . Обычно вы видите две линии, идущие от центра, сплошную линию и пунктирную линию. Эти линии показывают распределение и интенсивность света под разными углами. Сплошная линия обозначает вид спереди (C0 / 180), пунктирная линия – вид сбоку (C90 / 270). Форма обеих линий обычно одинакова для большинства ламп. В приведенном выше примере две кривые перекрываются. Вы можете увидеть, почему на 3D-графике. Распределение света одинаково как на фронтальной, так и на боковой проекциях. Две кривые пересекаются с правой стороны графика, поэтому пунктирная линия не видна.
Асимметричное распределение света
В случае удлиненного подвесного светильника с двумя отдельными лампами, две кривые будут иметь различную форму. Мы проиллюстрируем это на примере выше. Если вы смотрите прямо на светильник, то есть, если вы позиционируете себя вдоль оси 0-180 °, вы можете видеть, что восходящий луч сферический (вверху справа). Нисходящий луч, однако, разделен на две сферические плоскости из-за встроенного отражателя. Свет блокируется отражателем в центре. Если вы посмотрите на светильник сбоку, то есть, если вы расположитесь вдоль оси 90-270 °, вы увидите сферическую плоскость вверх и вниз. Это означает, что светильник равномерно распределяет свет. Удлиненная форма светильника не означает, что кривая плоская или удлиненная. Распределение света измеряется от центральной точки светильника. Сечение кривой распределения света PS: иногда видны три или четыре линии, например, при 0 °, 30 °, 60 ° и 90 °. Это позволяет показать еще больше деталей (все вокруг лампы).
Вверх и / или вниз Линии кривой показывают, как и где распространяется свет
Кривая полностью расположена под осью 90 °? Тогда это светильник, свет только светит вниз. В случае восходящего / нисходящего света, подобного этой лампе, кривая располагается как выше, так и ниже оси 90 °. Кроме того, мы можем определить интенсивность света в различных углах, на которые излучается свет. Всегда измеряется, начиная с центральной точки источника света. Интенсивность света выражена в канделах (кд) и обозначена кружками на графике. Чем больше круг, тем выше значение канделы. Это, вероятно, станет понятнее, если мы посмотрим на картинку пример. Точка A на диаграмме выше говорит нам, что интенсивность света при 30 ° составляет 400 кандел. В точке B угол составляет 20 °, что дает значение 800 кандел.
Обозначение КСС
Кривая распределения интенсивности света или кривая распределения силы света представляет собой графическое представление измерения силы света светильника. Здесь предполагается, что светильник подвешен центрально в стандартной комнате и может свободно излучать свой световой поток во всех направлениях. Сила света светильника определяется с помощью гониофотометра. Расстояние от контура кривой распределения силы света до центра светильника дает информацию о силе света в соответствующем направлении. Этот трехмерный контур прорезан в двух вертикальных плоскостях для простого двумерного представления. Сплошная линия показывает кривую распределения силы света в направлении, поперечном к светильнику, пунктирная линия представляет кривую распределения силы света в продольном направлении светильника. Плоскость резки в поперечном направлении обозначена (C0-C180), плоскость резки в продольном направлении (C90-C270). Число после «С» указывает угол, под которым лежит плоскость, если смотреть на кривую распределения света сверху. Система C-плоскости описана в EN 13032-1: 2004. Используя кривую распределения силы света, проектировщик освещения может оценить пригодность светильника по назначению. Для светильников с асимметричным распределением света может потребоваться проложить более подходящие плоскости резки через корпус распределения силы света.
Например, плоскость, повернутая на 45 °, обозначена как C45-C225.
виды КСС
Существует семь основных видов КСС:
- (Д) косинусная 120 градусов (0°-35°; 180°-145°)
- (Г) Глубокая 60 градусов (0°-30°; 180°-150°)
- (К) Концентрированная 25 градусов (0°-15° )
- (Ш) Широкая 135 градусов по оси Х, 65 градусов по оси Y
- (Л) Полуширокая 35°-55°; 145°-125°
- (М) Равномерная 0°-180°
- (С) Синусная 70°-90°; 110°-90°
.
На Рис.1 видно, что чем уже световой поток светильника, тем ярче будет световое пятно на освещаемой поверхности, при этом диаметр этого пятна будет меньше.
Почему кривые силы света так важны?
Эти кривые распределения силы света неоценимы при составлении плана освещения пространства. Они позволяют дизайнерам выбрать правильное освещение для нужной комнаты и применения. Представьте, что вы разрабатываете легкий план офисного здания. У вас есть офис открытой планировки, с различными столами рядом, как на фото “Офисное освещение” Как только вы узнаете, сколько света требуется для каждого рабочего места станции ( для максимальной производительности ), вы можете легко выбрать правильные светильники и выбрать, как их лучше установить, основываясь на кривой распределения света.
Содержание
- Общие сведения о понятии
- Диаграмма фотометрического параметра
- Обозначение параметра в СИ
- Дополнительные варианты расчета
- Заключение
Одним из самых интересных и неоднозначным явлением нашего мира является свет. Для физики это один из основополагающих параметров многочисленных расчетов. С помощью света ученые надеются отыскать разгадку существования нашей вселенной, а также открыть для человечества новые возможности. В повседневной жизни свет также имеет большое значение, особенно при создании качественного освещения в различных помещениях.
Одним из важных параметров света является его сила, которая характеризует мощность данного явления. Именно силе света и расчету этого параметра будет посвящена данная статья.
Общие сведения о понятии
В физике под силой света (Iv) подразумевается мощность светового потока, определяемая внутри конкретного телесного угла. Из этого понятия следует, что под данным параметром подразумевается не весь имеющийся в пространстве свет, а лишь та его часть, которая излучается в определенном направлении.
Сила света
В зависимости от имеющегося источника излучения, данный параметр будет увеличиваться или уменьшаться. На его изменения будет оказывать прямое воздействие значения телесного угла.
Обратите внимание! В некоторых ситуациях сила света будет одинаковой для угла любого значения. Это возможно в тех ситуациях, когда источник светового излучения создает равномерное освещение пространства.
Этот параметр отражает физическое свойство света, благодаря чему он отличается от таких измерений, как яркость, которая отражает субъективные ощущения. Помимо этого сила света в физике рассматривается как мощность. Если быть точнее, она оценивается как единица мощности. При этом мощность здесь отличается от своего привычного понятия. Здесь мощность зависит не только от энергии, которую излучает осветительная установка, но и от такого понятия, как длина волны.
Стоит отметить, что чувствительность людей к световому излучению напрямую зависит от длины волны. Эта зависимость нашла отражение в функции относительно спектральной световой эффективности. При этом сама сила света является зависимой от световой эффективности величиной. При длине волны в 550 нанометров (зеленый цвет) данный параметр примет свое максимальное значение. В результате этого глаза человека будут более или менее чувствительны к световому потоку при различных параметрах длины волны.
Единица измерения для данного показателя является кандел (кд).
Обратите внимание! Сила излучения, которое исходит от одной свечки, будет примерно равна одной канделе. Ранее применявшаяся для формулы расчета международная свеча равнялась 1,005 кд.
Свечение одной свечи
В редких случаях применяется устаревшая единица измерения – международная свеча. Но в современном мире уже практически везде используется единица измерения для этой величины – кандела.
Диаграмма фотометрического параметра
Iv представляет собой наиболее важный фотометрический параметр. Кроме этой величины к важнейшим фотометрическим параметрам относится яркость, а также освещенность. Все эти четыре величины активно используются при создании системы освещения в самых разнообразных помещениях. Без них невозможно оценить требуемый уровень освещённости для каждой отдельной ситуации.
Четыре важнейших световых характеристики
Для простоты понимания данного физического явления необходимо рассмотреть диаграмму, которая изображает плоскость, отражающую распространение света.
Диаграмма для силы света
Благодаря диаграмме видно, что Iv зависит от направления к источнику излучения. Это означает, что для светодиодной лампочки, для которой направление максимального излучения будет принято за 0°, тогда при измерении нужной нам величины в направлении 180° получится меньшее значение, чем для направления 0°.
Как видно, на диаграмме излучение, которое распространяется двумя источниками (желтый и красный), будет охватывать равную площадь. При этом желтое излучение будет рассеянным, по аналогии со светом свечи. Его мощность примерно будет равняться 100 кд. Причем значение этой величины будет одинаковой во всех направлениях. В тоже время красный будет направленным. В положении 0° он будет иметь максимальное значение в 225 кд. При этом данное значение будет уменьшаться в случае отклонения от 0°.
Обозначение параметра в СИ
Поскольку Iv является физической величиной, то ее можно рассчитать. Для этого используется специальная формула. Но прежде, чем дойти до формулы, необходимо разобраться в том, как искомая величина записывается в системе СИ. В этой системе наша величина будет отображаться как J (иногда она обозначается как I), единица измерения которой буде кандела (кд). Единица измерения отражает, что Iv, испускаемая полным излучателем на площади сечения 1/600000 м2. будет направляться в перпендикулярном данному сечению направлении. При этом температура излучателя будет раной уровню, при котором при давлении 101325 Па будет наблюдаться затвердение платины.
Обратите внимание! Через канделу можно определить остальные фотометрические единицы.
Поскольку световой поток в пространстве распространяется неравномерно, то необходимо ввести такое понятие, как телесный угол. Он обычно обозначается символом .
Сила света используется для расчетов, когда применяется формула размерности. При этом данная величина через формулы связана со световым потоком. В такой ситуации световой поток будет произведением Iv на телесный угол, к которому и будет распространяться излучение.
Световой поток (Фv) есть произведение силы света на телесный угол, в котором распространяется поток. Ф=I .
Формула светового потока
Из этой формулы следует, что Фv представляет собой внутренний поток, распространяемый в пределах конкретного телесного угла (один стерадиан) при наличии Iv в одну канделу.
Обратите внимание! Под стерадианом понимают телесный угол, вырезающий на поверхности сферы участок, который равен квадрату радиуса данной сферы.
При этом через световое излучение можно связать Iv и мощность. Ведь под Фv понимается еще и величина, которая характеризует мощность излучения светового излучения при восприятии его усредненным человеческим глазом, имеющего чувствительностью к излучению определенной частоты. В результате из вышеприведенной формулы можно вывести следующее уравнение:
Формула для силы света
Это отлично видно на примере светодиодов. В таких источниках светового излучения его сила обычно оказывается равной потребляемой мощности. В результате, чем выше будет потребление электроэнергии, тем выше будет уровень излучения.
Как видим, формула для расчета нужной нам величины не так и сложна.
Дополнительные варианты расчета
Поскольку распределение излучения, идущего от реального источника в пространство, будет неравномерно, то Фv уже не сможет выступать в роли исчерпывающей характеристикой источника. Но только за исключением ситуации, когда одновременно с этим не будет определяться распределение испускаемого излучения по разнообразным направлениям.
Чтобы охарактеризовать распределение Фv в физике используют такое понятие, как пространственной плотности излучения светового потока для различных направлений пространства. В данном случае для Iv необходимо использовать уже знакомую формулу, но в несколько дополненном виде:
Вторая формула для расчета
Эта формула позволит оценить нужную величину в различных направлениях.
Заключение
Сила света занимает важное место не только в физике, но и в более приземленных, бытовых моментах. Это параметр особенно важен для освещения, без которого невозможно существование привычного нам мира. При этом данное значение используется не только в разработке новых осветительных приборов с более выгодными техническими характеристиками, но и при определенных расчетах, связанных с организацией системы подсветки.
Высота
подвеса светильников над освещаемой
поверхностью (НР) – расчетная высота
подвеса светильников (Рисунок 3.1) в
значительной степени определяет
характеристику и технико-экономические
показатели проектируемой осветительной
установки. От ее величины зависит
установленная мощность источников
света, размещение светильников на плане;
высота подвеса определяет качественные
показатели освещения, выбор светильников
по светораспределению, экономическим
соображением [1].
Рисунок
3.1 – Размещение светильника по высоте
помещения:
Н
– высота помещения; Нр
– высота подвеса светильника над
освещаемой
поверхностью; hс
– высота свеса светильника;
hр
– высота рабочей поверхности
Высота
подвеса определяется по выражению:
.
(3.1)
Определим
высоту подвеса светильников в механическом
цеху, предварительно приняв hc
= 0,3 м, а значение hp
= 0,8 м:
(м).
Расчет
высоты подвеса для остальных помещений
аналогичен. Результат расчета приведен
в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Расчетная
высота подвеса светильников
№ |
Наименование помещения |
Тип светильника |
H, м |
hc, м |
hp, м |
Hp, м |
1 |
Эксперементальный |
РСП-08 |
7,5 |
0,3 |
0,8 |
6,4 |
2 |
КТП |
НСП-17 |
3,4 |
0 |
0,8 |
2,6 |
3 |
Кабинет |
ЛПО-06 |
1,9 |
0 |
0,8 |
1,1 |
4 |
Тамбур |
НСП-17 |
2,7 |
0 |
0,8 |
1,9 |
5 |
Элекромастерская |
ЛПО-06 |
2,1 |
0 |
0,8 |
1,3 |
6 |
Мехмастерская |
ЛПО-06 |
2,1 |
0 |
0,8 |
1,3 |
3.3. Размещение светильников рабочего освещения
При
общем равномерном освещении, а по
возможности также и при локализованном
освещении, светильники рекомендуется
располагать по вершинам квадратных,
прямоугольных или ромбических полей.
Светильники
с люминесцентными лампами следует
преимущественно размещать рядами,
параллельными стенам с окнами. Ряды
выполняются непрерывными или с разрывами.
В
производственных помещениях с типовыми
строительными модулями (в основном это
высокие помещения), светильники
размещаются обычно на фермах в виде
продольных рядов. Такое расположение
светильников не всегда дает возможность
достичь равномерности освещения, что,
в свою очередь, ведет к перерасходу
электроэнергии.
В
этих случаях рекомендуется применение
так называемых неравномерных схем
размещения светильников, которые
уменьшают неравномерность освещенности,
а, следовательно, и расход электроэнергии
[5].
4. Светотехнический расчёт системы общего равномерного освещения и определение единичной установленной мощности источников света в помещениях
Основной
светотехнического расчета освещения
являются три метода расчета: метод
коэффициента использования светового
потока, метод удельной мощности и
точечный метод.
Метод
коэффициента использования
светового потока применяется для расчета
общего равномерного освещения
горизонтальных поверхностей, в основном
для расчета светового потока источника
(источников) света. Этот метод позволяет
рассчитывать также среднюю освещенность
горизонтальной поверхности с учетом
всех падающих на нее потоков, как прямых,
так и отраженных. Он не применим при
неравномерном размещении светильников,
расчете освещенности в характерных
точках как негоризонтальных, так и
горизонтальных поверхностей.
Применим
данный метод для расчёта следующих
помещений: сварочный
цех,
кабинет
мастеров, электромастерская, мехмастеркая.
Метод
удельной мощности
на единицу освещаемой площади является
упрощенной формой метода коэффициента
использования светового потока.
Применяется этот метод для ориентировочных
расчетов общего равномерного освещения.
Применим
данный метод для расчёта следующих
помещений: КТП,тамбур.
Точечный
метод расчета
освещения позволяет определить
освещенность в любой точке поверхности
освещаемого помещения при любом
равномерном или неравномерном размещении
светильников. Он часто используется
как поверочный метод для расчета
освещенности в характерных точках
поверхности.[1].
Проведем
расчет механического цеха методом
коэффициента использования светового
потока.
Определяем
индекс помещения по формуле:
,
(4.1)
где
А – длина помещения, м;
В
– ширина помещения, м;
Нр
– расчетная высота подвеса, м;
Примем
помещение, которому соответствуют
коэффициенты отражения:
ρп
= 70%, ρс
= 50%, ρр
= 10%.
По
Еmin,
i,
ρп,
ρс,
ρр
в соответствии с [1] определяем коэффициент
использования светового потока η, %:
η
= 78% или η = 0,78.
Определяем
световой поток, необходимый для создания
нормируемого уровня освещенности, по
формуле:
,
(4.2)
где
Emin
– нормируемая
освещённость, лк;
kз
– коэффициент запаса;
Z
– коэффициент неравномерности освещения,
принимается 1,15 – для ЛН и ДРЛ, 1,1 – для
ЛЛ [1];
Sр
– общая площадь
помещения,
;
η
– коэффициент
использования светового потока.
(лм).
Определяем
количество ламп в помещении по выражению:
,
(4.3)
где
Ф
– общий световой поток, лм,
Фл
–
световой
поток лампы, лм; в данном случае лампы
ДРЛ мощностью 400 Вт.
(шт.).
Проведем
расчет комнаты отдыха методом
удельной мощности на единицу освещаемой
площади.
По
[1] принимаем величину Руд,
наиболее близко отвечающую заданным
условиям:
Руд
= 16,2
.
Определяем
установленную мощность источников
света в помещении по выражению:
Р
= РудS,
(4.4)
где
S
– площадь освещаемого помещения,
;
Р
= Руд
S
= 16,254
= 874,8 (Вт).
Определяем
количество светильников по формуле:
(4.5)
где
n
– количество ламп в светильнике, шт.;
р
– мощность одной лампы, Вт.
(шт.).
Расчет
остальных помещений аналогичен.
Результаты
расчетов приведены в таблице 4.1
Таблица 4.1 –
Результаты светотехнического расчета
освещения помещений
Номер |
Наименование помещения |
Индекс |
Коэффициент |
Коэфф.испол. |
Руд Вт/м |
Треб. светотвого |
Фл,лм |
Кол-во и св. |
||
gп |
gс |
gр |
||||||||
1 |
Эксперементальный |
3,2 |
0,7 |
0,5 |
0,1 |
0,78 |
– |
1096615.385 |
24000 |
45 |
2 |
КТП |
– |
– |
– |
– |
– |
16,2 |
874.8 |
2950 |
4 |
3 |
Кабинет |
1,17 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
0,58 |
– |
40965.51 |
4800 |
8 |
4 |
Тамбур |
– |
– |
– |
– |
– |
29,2 |
1051 |
2950 |
4 |
5 |
Элекромастерская |
1,333 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
0,56 |
– |
27578.57 |
4800 |
8 |
6 |
Мехмастерская |
1,113 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
0,6 |
– |
18385.71 |
4800 |
6 |
Соседние файлы в папке Вариант №14
- #
- #
- #
15.04.201545.01 Кб5622_T-10.1_30s.bak
- #
15.04.201564.97 Кб6322_T-10.1_30s.dwg
- #
15.04.2015613 б55plot.log
- #
- #
15.04.201586.62 Кб57СТАРЫЙl.bak
- #
15.04.201593.78 Кб64СТАРЫЙl.dwg
Рассмотрим задачи на определение высоты звезд на небесной сфере. Небесной сферой мы называем представление о небе как о пустом глобусе с нашей планетой в центре и небесными объектами на его внутренней поверхности. Оно пришло к нам из древности и остается удобным. Когда мы смотрим на звезды, можно вообразить, что мы находимся внутри такого глобуса, внутри небесной сферы.
Так как земля вращается, то небесная сфера перемещается относительно поверхности земли: нам кажется, что звезды двигаются вокруг нас. При этом можно заметить, что некоторые из них восходят и заходят, то есть мы их то видим, то нет, а некоторые мы все время видим, только в разных частях небосклона. Есть и такие, о существовании которых мы знаем по книгам и картинкам созвездий, но никогда не видели: просто они находятся «под» земным шаром, а мы, как наблюдатели, «сверху», и шар планеты заслоняет от нас такие звезды и созвездия.
Рисунок 1
Зенитом называется точка, расположенная прямо над головой наблюдателя. Математическим горизонтом называется большой круг небесной сферы, все точки которого отстоят от зенита на 90 градусов (вершиной угла будет сам наблюдатель).
Рисунок 2
Как на земле можно найти любую точку по ее координатам (зная широту и долготу места), так и на небесную сферу нанесли воображаемую сетку. Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Полюс мира — точка на небесной сфере, вокруг которой происходит видимое суточное движение звёзд из-за вращения Земли вокруг своей оси. Направление на северный полюс мира совпадает с направлением на географический север, а на Южный полюс мира — с направлением на географический юг. Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы и почти точно совпадает с Полярной звездой, южный — в созвездии Октант. Полюсы мира соединены на небесной сфере линиями (окружностями), называемыми небесными меридианами подобно воображаемым линиям меридианов на земле. Один из этих меридианов проходит через зенит. Горизонтальные воображаемые линии – окружности, параллельные экватору, называются параллелями так же, как и параллели на земле.
На земле широту отсчитывают от экватора. Экватор является нулевой широтой и точкой отсчета. На небе
Склонение
сной сфере «широту» отсчитывают от небесного экватора, и называют склонением. На рисунке показана звезда, склонение которой равно +30 градусам.
«Долготу» на небесной сфере отсчитывают от точки весеннего равноденствия и называют прямым восхождением. У нашей звезды прямое восхождение равно .
Еще раз рассмотрим рисунок
На нем хорошо видны «траектории» звезд. Звезды, имеющие на этом рисунке склонения от до никогда не заходят, а со склонениями от до – наоборот, никогда не восходят.
Земной шар вращается вокруг солнца. Плоскость, в которой движется планета в своем годовом обходе вокруг светила, называется плоскостью эклиптики. На небесной сфере это плоскость, в которой движется солнце. Но планета вращается и вокруг своей оси, и эта ось наклонена к плоскости эклиптики под углом в 23 градуса. Именно по этой причине солнечные лучи падают на Землю под разными углами. Точка весеннего равноденствия – положение солнца, когда оно пересекает небесный экватор, переходя из южной половины небесной сферы в северную.
Теперь поговорим о том, что такое высота светила.
Высота светила — угол между направлением на центр светила и плоскостью истинного горизонта. Отсчитывается в обе стороны от горизонта от 0 до со знаком (+), если светило над горизонтом, и (-), если оно под горизонтом.
Рисунок 3
Кульминация— прохождение центра светила через небесный меридиан в процессе его суточного движения. Иначе — прохождение центром светила точки пересечения суточной параллели светила и небесного меридиана.
В течение суток все светила дважды пересекают небесный меридиан. Различают верхнюю и нижнюю кульминации светила. В верхней кульминации высота светила наибольшая, а в нижней — наименьшая. Для незаходящих светил обе кульминации происходят над горизонтом. Для восходящих и заходящих светил верхняя кульминация происходит над горизонтом, а нижняя под горизонтом. У невосходящих светил обе кульминации происходят под горизонтом и они недоступны наблюдениям.
На рисунке желтым показаны звезды в верхней кульминации, а красным – в нижней.
Рисунок 4
В каждом месте земной поверхности высота полюса мира всегда равна географической широте этого места, т. е. . Угол между полуденной линией и плоскостью небесного экватора равен .
Рисунок 5
Теперь нарисуем расположение звезды в случае и в случае . Из рисунка видно, как определить высоту звезды в обоих случаях для верхней кульминации.
Рисунок 6
Для нижней кульминации светила
Рисунок 7
И еще один рисунок, поясняющий, что такое зенитное расстояние.
Теперь попробуем решать задачи. Необходимо просто применять элементарные геометрические знания и помнить: высота не может быть больше 90 градусов по модулю, но может быть отрицательной.
Задача 1.
Определите высоту звезды Капеллы ( Возничего) в верхней кульминации на северном полярном круге (). Склонение Капеллы .
В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 4558.
В этой задаче , поэтому
Ответ: , в бланк запишем 6925.
Задача 2.
Определите высоту звезды Капеллы ( Возничего) в нижней кульминации на северном полярном круге (). Склонение Капеллы .
В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 4558.
Для нижней кульминации считаем по формуле:
Ответ: , в бланк запишем 2231.
Задача 3.
На какой минимальной географической широте звезда Капелла ( Возничего) не заходит за горизонт? Склонение Капеллы .
В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 4558.
Рассмотрим рисунок для нижней кульминации. Если высота светила будет положительна, тогда звезда не зайдет. Следовательно, необходимо, чтобы
Ответ: звезда не заходит севернее широты . В бланке ответ 4402.
Задача 4.
Определите полуденную высоту Солнца в Петрозаводске () в день летнего солнцестояния. В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 6147.
Так как склонение Солнца в день летнего солнцестояния равно (что меньше широты Петрозаводска), то
Ответ: , в бланк запишем 5140.
Задача 5.
Определите полуденную высоту Солнца в Петрозаводске () в день зимнего солнцестояния.
В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 6147.
Так как склонение Солнца в день зимнего солнцестояния равно (что меньше широты Петрозаводска), то
Ответ: , в бланк запишем 446.
Задача 6.
В некоторой местности в день летнего солнцестояния в полдень Солнце находится на юге на высоте . Определите полуденную высоту Солнца в этой местности в день зимнего солнцестояния.
В ответе градусы и минуты запишите слитно без знаков, например, вместо укажите 7250.
В день летнего солнцестояния склонение Солнца равно , а в день зимнего сонцестояния – . Солнце на Юге, следовательно, .
Сначала , или
В день зимнего солнцестояния также , поэтому
Ответ: , в бланке запишем 2556.
Задача 7.
Сириус ( Б. Пса) был в верхней кульминации на высоте . Чему равна широта места наблюдения?
Склонение Сириуса . Тогда
Ответ: .