Светотехнические расчеты осветительных установок

Конечной целью светотехнического расчета является определение типа, мощности, количества, расположения и ориентации световых приборов, при которых обеспечиваются нормативные светотехнические требования к данной ОУ. Задача определения указанных параметров является обратной задачей, решение которой практически всегда отсутствует. Для получения результата приходится решать прямую задачу, т.е. рассчитать нормируемый показатель (освещенность) при выбранных параметрах ОУ. Затем, путем неоднократного перебора (варьирования) исходных параметров подобрать их значения, при которых расчетное значение нормируемого параметра удовлетворяет требованиям нормативных документов.

Действующие нормы регламентируют значения следующих расчетных показателей:

- минимальная освещенность на рабочей поверхности

- показатель неравномерности освещенности;

- показатель ослепленности или показатель дискомфорта;

- цилиндрическая освещенность;

- коэффициент пульсации освещенности;

- средняя яркость.

Основным нормируемым показателем является освещенность, т.к. через нее прямо или косвенно определяются многие другие параметры (к-т неравномерности, к-т пульсации, яркость диффузной поверхности).

Методы расчета освещенности условно можно разделить на упрощенные и сложные. Упрощенные методы используются для расчета утилитарного освещения (освещение дорог, улиц, открытых пространств, спортивное освещение) где не требуется учитывать экранирование объектов, многократные переотражения, характеристики пропускания света и т.д. Сложные методы предназначены для моделирования сцен с учетом указанных факторов, позволяя получить реалистичное графическое изображение моделируемой ОУ.

Для проведения расчетов необходима информация о светораспределении световых приборов. Наиболее полной характеристикой светораспределения СП является его фотометрическое тело. Производители СП, как правило, в качестве характеристики светораспределения приводят КСС в одном или двух сечениях фотометрического тела. В случае осесимметричных СП для проведения светотехнического расчета достаточно одной КСС в меридиональном сечении, но для неосесимметричных СП даже двух КСС приводимых во взаимо-перпендикулярных направлениях уже недостаточно.

Светораспределение СП принято представлять в виде семейства КСС, образующихся при сечении фотометрического тела СП полуплоскостями, имеющими общую линию – ось вращения. В зависимости от ориентации этой линии относительно оптической оси СП различают три системы фотометрирования.

Наиболее распространенной является меридиональная система (C, γ ), в которой ось вращения секущих плоскостей совмещена с оптической осью СП. Направление относительно центра СП определяется двумя углами – азимутальным (экваториальным) С и меридиональным углом γ. В продольной (полярной) системе (B, 𝛽 ) направление в пространстве также определяется двумя углами – азимутальным B и полярным 𝛽, ось вращения плоскостей лежит в главной продольной плоскости, проходит через световой центр СП и перпендикулярна оптической оси СП.

Меридиональная и продольная системы фотометрирования

Третья система фотометрирования (A, α ) также является полярной, и отличается от системы (B, 𝛽 ) только тем, что ось вращения секущих плоскостей перпендикулярна оси продольной системы. Меридиональная система используется для всех осесимметричных светильников, а также для уличных несимметричных СП. Продольная система применяется в основном для неосесимметричных прожекторов. Система (A, α ) используется ограниченно только для фотометрирования автомобильных фар.

Фотометрические данные СП, необходимые для проведения светотехнических расчетов представляют либо в виде графиков КСС по каталогам производителей, либо в виде таблиц семейств КСС, записанных производителем в определенном формате. Использование графиков КСС в расчетах сопряжено с рядом трудностей, в основном возникающих из-за недостаточного количества КСС (не более 2-3) для СП с несимметричным светораспределением. При этом приходится аппроксимировать КСС в тех плоскостях, где информация о них отсутствует. Представление КСС в табличном виде значительно упрощает расчеты, и в настоящее время полностью вытеснило графические способы изображения КСС. Таблицы семейств КСС, оформленные по определенным правилам, предоставляются производителями в виде файлов определенного формата и могут использоваться различными светотехническими программами.

Среди форматов представления фотометрических данных ОП можно указать следующие:

- международный формат CIE 102 (Comission Internationale de l’Eclairage) разработанный МКО;

- британский формат CIBSE TM-14 (Chartered Institution of Building Services Engineers) (расширение файлов .cib )

- европейский формат EULUMDAT (расширение файлов .ldt ), разработанный в Германии;

- формат, разработанный Cевероамериканским светотехническим обществом IESNA (Illuminating Engineering Society of North America) (расширение файлов .ies ).

Упрощенные методы расчета

К упрощенным относятся методы, в которых подразумевается ряд ограничений и упрощений:

- использование точечной модели источника света;

- диффузный характер отражения света от окружающих поверхностей;

- равномерность распределения света по отражающей поверхности;

- отсутствие затеняющих и экранирующих элементов.

Все упрощенные методы расчета основаны на двух соотношениях, в которых освещенность связана с характеристиками светильника:

и

где r – радиус-вектор, проведенный из освещаемой точки к точечному источнику, n – нормаль к освещаемой поверхности в искомой точке.

Первая формула определяет среднюю освещенность, вторая формула является следствием первой и определяет освещенность конкретной точки на поверхности.

Метод, основанный на использовании первой формулы, называется методом коэффициента использования светового потока. Метод, использующий вторую формулу, называется точечным методом.

Точечный метод предназначен для нахождения освещенности в расчетной точке, и служит для расчета освещения произвольно расположенных поверхностей при любом распределении освещенности, при этом отраженная составляющая освещенности учитывается приближенно. ТМ предназначен для расчета общего локализованного освещения и общего равномерного освещения при наличии затенений. ТМ также расcчитывают открытые пространства и местное освещение.

Метод коэффициента использования предназначен для расчета общего равномерного освещения без значительных затеняющих элементов. МКИ учитывается как прямой, так и отраженный свет. МКИ дает среднее значение освещенности, переход к минимальной освещенности производится приближенно.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: