Введение. к светотехническому проекту

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к светотехническому проекту

тема: Освещение игрового спортивного зала №1 (корпус 4) ИжГТУ.

Выполнил:

Руководитель проекта: доцент кафедры «Электротехника»

к.т.н. Морозов В.А.

Ижевск 2009

Содержание.

Введение

Освещение общественных зданий представляет собой одно из наиболее перспективных направлений современной светотехники. Эта область предоставляет возможности для применения новейших осветительных технологий совместно с современными средствами дизайна.

Большая часть информации, получаемая человеком, воспринимается зрительно и для правильного различения объектов необходимо качественное освещение. Для того, чтобы обеспечить качественное освещение, т.е. комфортной световой среды, необходимо на стадии проектирования провести светотехнический расчет, который поможет определить освещенность объекта в различных точках и соответствие их нормируемым значениям, а также количество и типы световых приборов, мощности и типы источников света, размещение светильников в пространстве.

Равномерность освещения зависит от разновидности и расположения светильников, от геометрии и вида ограничивающих поверхностей. Она влияет как на зрительный комфорт, так и на зрительную способность. Неравномерность освещенности может привести к появлению зон, в которых возникает недостаточный контраст между предметами и окружением. Кроме того глаза, вынужденные из-за неравномерности освещения часто перенастраиваться, быстро утомляются.

Поддержание постоянного уровня освещенности осуществляется системами освещения с регулировкой светового потока. Это позволяет снизить расходы на электроэнергию, повысить световой комфорт и адаптировать освещение индивидуальным требованиям.

Необходимое количество света в любом применении предписывается международными и национальными нормами освещения.

Светом принято называть излучение, напрямую воспринимаемое глазом. Его длины волн лежат в промежутке от 380 до 780 нм (1 нм = 10^{-9 м, то есть одна миллионная миллиметра).}

Принципиально различают три способа генерации света: термоизлуче­ние, газовый разряд высокого и низкого давления.

Термоизлучение — излучение нагреваемого провода до максимальной темпе­ратуры при прохождении электрического тока. Образцом является солнце с температурой поверхности 6000 К. Лучше всего подходит для этого элемент вольфрам с наивысшей среди металлов температурой плавления (3683 К). За счет термоизлучения работают лампы накаливания и галогенные лампы накаливания.

Газовый дуговой разряд появляется в закрытой стеклянной емкости, на­полненной инертными газами, парами металла и редкоземельными эле­ментами при подаче напряжения. Возникающие при этом свечения газооб­разных наполнителей дают желаемую цветность света. За счет газового дугового разряда работают ртутные, металлогалогенные и натриевые лампы.

Люминесцентный процесс -под действием электрического разряда зака­ченные в стеклянную трубку пары ртути начинают излучать невидимые ультрафиолетовые лучи, которые, попадая на нанесенный на внутреннюю поверхность стекла люминофор, преобразуется в видимый свет. За счет люминесцентного процесса работают люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы.

В люминесцентных и ряде других типов газоразрядных ламп используют фотолюминесценцию — оптическое излучение, возникающее в результате поглощения телами оптического излучения, но с другой длиной волны.

1 Общая часть

1.1 Обоснование выбора темы

Целью проекта является создание проекта внутреннего освещения на основе энергосберегающих технологий и исследование эффективности такого решения. Объектом проекта выбран спортивный зал №1 Ижевского Государственного Технического Университета.

Светотехнический расчет искусственного освещения выполнен аналитическим методом с использованием средств автоматизированного проектирования и является изображением будущего устройства искусственного освещения спортивного зала. Расчет силовой электрической части произведен традиционными инженерными методами.

Данный проект представляет собой вариант осветительной установки внутреннего освещения спортивного зала в соответствии с ВСН-1-73 «Нормы электрического освещения спортивных сооружений», СНиП 23-05-95 «Естественное и искуственное освещение», МГСН 2.06-99 «Естественное, искусственное и совмещённое освещение», DIN EN 12193 «Свет и освещение – освещение спортивных сооружений». При этом минимальный уровень освещённости зала в данном проекте позволяет проводить соревнования национального, регионального и Всероссийского уровня.

Процесс проектирования осветительной установки состоит из нескольких этапов. На первом из них разрабатывается общая концепция освещения объекта.

На втором производится подбор осветительного оборудования с учетом доступного ассортимента и материальных затрат.

Третий этап представляет собой расчет количества ламп и светильников, обеспечивающего предписанные нормами параметры световой среды.

И, наконец, на завершающем этапе проектирования производится расчет электрических нагрузок, выбор марки и сечения проводов и трассы прокладки электрической сети. Одновременно с этим подбираются автоматы защиты сети от перегрузок.

Основой для разработки проекта служат строительные чертежи здания или территории, а также описание характера деятельности, производящейся на данном объекте.

Стандартной формой отчета является план объекта с нанесенными на нем местами расположения светильников, а также линиями равных значений освещенности (изолюксами). Для большей наглядности возможно предоставление заполненных или раскрашенных изолюкс, трехмерных графиков распределения освещенности, а также объемного внешнего вида освещенного объекта.

1.2 Назначение и характеристика разрабатываемого спортивного зала, состав установленного в нем оборудования.

Спортивный зал предназначен для проведения тренировок и соревнований по баскетболу, волейболу, мини футболу и многим другим видам спорта, которым удовлетворяют характеристики данного зала.

В зале установлены кольца для игры в баскетбол, ворота для игры в мини футбол, временно натягиваемая сетка для игры в волейбол.

Для подключения осветительной сети спортивного зала в здание подведена трёхфазная система сети переменного тока напряжением 380В. Включение напряжения производится с помощью вводного расцепителя распределительного пункта. Подача питающего напряжения на осветительные установки производится с щита освещения, который в свою очередь запитан от распределительного пункта. Щит освещения расположен в коридоре первого этажа здания, в котором расположен спортивный зал.

План помещения является исходным данным для проектирования системы освещения спортивного зала.

1.3 Характеристика существующей системы освещения

Помещение спортивного зала имеет естественное боковое освещение через окна в боковых стенах. Естественного освещения достаточно для проведения тренировок в дневное время суток.

Помимо естественного, в зале присутствует искусственное освещение, выполненное посредством люминесцентных ламп различной мощности.

Марка установленных светильников - ЛПП (люминесцентные, подвесные, для производственных помещений), мощность одной лампы 80 Вт, либо 36 Вт (в зависимости от типа светильника), питающие напряжение 220 В.

В состав светильников не входят рассеиватели, что приводит к неравномерности освещения и может вызвать ослепление, либо повышенную утомляемость органов зрения. Конструкция не предусматривает защиты от возможности выпадения ламп из держателей, что также несёт потенциальную опасность. Освещенность зала не достаточна для проведения соревнований регионального и всероссийского уровня. Кроме того, конструкция светильников неэстетичная.

По выше указанным причинам делаем вывод, что данный тип светильников не подходит для установки в спортивном зале.

Во время выполнения дипломного проекта будет произведена замена светильников на прожекторы UMA 400 H производства «Световые технологии» с металлогалогенными лампами.

Монтаж будет выполнен на балках перекрытий в пять рядов по восемь светильников в каждом ряду.

Управление освещением будет осуществляется выключателями в соответствии с тремя режимами освещения, как того требуют нормативные документы:

- спортивный режим

- тренировочный режим

- дежурное освещение

Осветительная проводка будет проложена в гофре, закрепленной на стенах и балках перекрытий.

Защита осветительной сети будет выполнена на автоматических выключателях щита освещения.

1.4 Требования к системе освещения спортивного зала.

При проектировании электроустановок жилых и общественных зданий необходимо руководствоваться требованиями действующих строительных норм и правил, других нормативных документов, утвержденных в установленном порядке.

Применяемые в электротехнических установках оборудование и материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов, а также технических условий, утвержденных в установленном порядке согласно установленному перечню, и иметь сертификат соответствия и пожарной безопасности согласно установленным перечням.

Конструкция, исполнение, способ установки, класс изоляции и степень защиты электрооборудования должны соответствовать номинальному напряжению сети и условиям окружающей среды.

Помещения с постоянным пребывани­ем людей должны иметь, как правило, естес­твенное освещение. Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное (верх­нее и боковое).

В помещениях с нормальной средой коэффициент запаса при расчете осветительных установок следует, как правило, принимать равным 1, 4 для светильников с газоразрядными лампами и 1, 2 для светильников с лампами накаливания, за исключением случаев, когда обслуживание светильников затруднено (при высоте подвеса более 5 м и отсутствии мостиков).

Для повышения энергоэффективности осветительных установок следует, как правило, предусматривать в проектах разрядные источники света. В рабочих помещениях рекомендуется использовать светильники прямого и рассеянного света с кривой силы света типа Л в нижней полусфере.

Световая отдача разрядных источников света для общего искусственного освещения помещений общественных зданий при минимально допустимых индексах цветопередачи (примем R_a> 60) не должна быть меньше 75 лм/Вт.

Нормы освещенности, ограничения слепящего действия светильников, пульсации освещенности и другие качественные показатели осветительных установок, виды и системы освещения должны приниматься согласно требованиям СНиП 23-05-95 " Естественное и искусственное освещение" и другим нормативным документам, таким как: ВСН-1-73 «Нормы электрического освещения спортивных сооружений», МГСН 2.06-99 «Естественное, искусственное и совмещённое освещение», DIN EN 12193 «Свет и освещение – освещение спортивных сооружений». Сведём данные показатели в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Освещённость спортивных сооружений

Исходя из назначения спортивного зала – проведение спортивных соревнований без телетрансляции и тренировки по различным видам спорта, спроектируем систему освещения для трёх режимов:

1 режим – Спортивный 700-800 лк

2 режим – тренировочный 350 лк

3 режим – дежурный 150 лк

2 Расчетная часть

В светотехнической части проекта производится выбор значений освещенности и показателей качества освещения, систем, видов и способов освещения, типов источников света и осветительных приборов, выполняются светотехнические расчеты, в результате которых выявляются тип, мощность и расположение осветительных приборов.

В электротехнической части проекта выбираются источники питания, намечаются способы управления освещением, выбираются типы магистральных и групповых щитков и другого электрооборудования, выявляются способы доступа к осветительным приборам для обслуживания.

Имеется два метода проектирования электроустановок: ручной и автоматизированный машинный. При ручном методе проектирования все инженерные расчеты и другие работы по разработке и оформлению проектной документации выполняются без применения ЭВМ. Под автоматизированным машинным методом проектирования в широком смысле понимается выполнение всех расчетов и большинства других проектных материалов, включая чертежи планов осветительных установок, с помощью ЭВМ. Автоматизированное проектирование освещения применяется во все возрастающих объемах. Для проектирования осветительных установок характерен процесс непрерывного совершенствования, проходящий в направлениях оптимизации и унификации проектных решений, наибольшего удовлетворения требований к проектам со стороны электромонтажных и эксплуатирующих организаций и понижения трудоемкости проектирования.

2.1 Выбор и обоснование возможных вариантов систем освещения

Искусственное освещение может быть двух систем: общего освещения и комбинированного (к общему освещению добавляется местное, концентрирующее свето­вой поток непосредственно на рабочих местах).

Общее освещение подразделяется на: общее равномерное осве­щение (при равномерном распределении светового потока без учета расположения оборудования); общее локализованное освещение (при распределении светового потока с учетом расположения рабочих мест).

В помещениях общественных зданий, как правило, следует применять систему общего освещения.

Систему комбинированного освещения рекомендуется использовать в помещениях общественных зданий, где выполняется зрительная работа разрядов А-В по СНиП 23-05 (например, кабинеты, рабочие комнаты, читальные залы библиотек и т.п.).

В спортивных сооружениях, как правило, следует применять систему общего освещения с применением прожекторов с металогалогенными лампами (для обеспечения высокой цветопередачи) или с натриевыми лампами высокого давления (для снижения затрат на эксплуатацию ОУ).

В помещении спортивного зала в данный момент применена система общего равномерного освещения. Система общего освещения - система освещения помещения, предназначенная для освещения не только рабочих поверхностей, но и всего помещения в целом, в связи с чем светильники общего освещения обычно размещаются под потолком на достаточно боль­шом расстоянии от рабочих поверхностей.

С целью повышения освещённости рабочих поверхностей может быть применена система общего локализованного освещения (при распределении светового потока с учетом расположения рабочих мест). Однако по светотехническим и экономическим (снижение электропотребления) показателям для помещения спортивного зала оптимальной, на мой взгляд, является система общего, либо комбинированного освещения.

Система комбинированного освещения — система освещения помещений, включаю­щая в себя светильники, расположенные непосредственно у рабочего места и предназна­ченные для освещения только лишь рабочей поверхности (местное освещение), а также светильники общего освещения, предназначенные для выравнивания распределения ярко­сти в поле зрения и создания необходимой освещенности в помещении.

Светотехнический расчёт существующей системы освещения выполним ручным и автоматизированным методом. Расчёт проектируемой системы освещения выполним автоматизированным методом. Расчеты автоматизированным методом произведём с помощью программного комплекса «DIALux».

Различные варианты систем освещения представлены на схемах распределения изолюкс на рабочей поверхности. На схемах указано расположение светильников в помещении спортивного зала.

Схема 1 – Существующая система освещения в помещении спортивного зала. Множество светильников с люминесцентными лампами равномерно распределённые в различных точках зала (рисунок 2.1).

Схема 2 – Общая система освещения в помещении спортивного зала при установке 40 прожекторов типа UMA 400 H производства «Световые технологии» равномерно распределенных по площади в пять рядов по 8 прожекторов (на каждой балке перекрытия) (рисунок 2.2).

Схема 3 – Общая система освещения в помещении спортивного зала при установке 55 прожекторов типа UMA 250 H производства «Световые технологии» равномерно распределенных по площади в пять рядов по 11 прожекторов (на каждой балке перекрытия) (рисунок 2.3).

После определения наиболее целесообразной схемы освещёния рассчитаем 3 режима освещения в соответствии с требованиями норм ВСН-1-73, при которых:

1 режим – Спортивный 700-800 лк

2 режим – тренировочный 350 лк

3 режим – дежурный 150 лк

На основании выбранной схемы определим количество включаемых прожекторов при каждом режиме.

Произведём светотехнический расчёт для рассмотренных систем освещения.

2.2 Светотехнический расчет освещения методом коэффициента использования светового потока и удельной мощности

Светотехническим расчетом могут быть определены:

1) мощность ламп, необходимая для получения задан­ной освещенности при выбранном типе, расположении и числе све­тильников;

2) число и расположение светильников, необходимых для получения заданной освещенности при выбранном типе светильни­ков и мощности ламп в них;

3) расчетная освещенность при из­вестном типе, расположении светильников и мощности ламп в них.

Основными при проектировании являются задачи первого вида, поскольку тип светильников и их расположение должны выбирать­ся исходя из качества освещения и его экономичности. Решение задач второго вида производится, если мощность ламп точно зада­на. Задачи третьего вида решаются для существующих установок, если освещенность невозможно измерить, и для проверки проектов и расчетов, например, для проверки то­чечным методом расчетов, выполненных методом коэффициента использования.

Выполнение расчетов возможно методами:

1) коэффициента использования светового потока;

2) удельной мощности;

3) точеч­ным.

Метод коэффициента использования применяется для расчета об­щего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при светильниках любого типа; метод удельной мощности — для приб­лиженного предварительного определения установленной мощности осветительной установки; точечный метод — для расчета общего равномерного и локализованного освещения, местного освещения независимо от расположения освещаемой поверхности при светиль­никах прямого света.

Произведём расчёт существующей системы освещения для спортивного зала.

В результате решения находится световой поток лампы, по которому она подбирается из числа стандартных. Поток выбранной лампы не должен отличаться от расчетного более чем на +20 или —10%. При большем расхождении — коррек­тируется намеченное число светильников.

Расчетное уравнение для определения необходимого светового потока одной лампы:

; (2.1)

где Ф – световой поток одной лампы, лм;

Ен – нормируемая освещенность, лк;

Кз – коэффициент запаса;

S – площадь помещения;

z – коэффициент минимальной освещенности, принимаем равный 1, 2 – для МГЛ;

N – число светильников в помещении;

n – число ламп в светильнике;

η – коэффициент использования светового потока лампы.

Коэффициент использования η зависит от типа светильников, коэффициентов отражения светового потока, индекса помещения. Принимаем коэффициенты отражения по таблице Кнорринга потолка – 0, 7 (побеленный потолок), стен – 0, 5 (кирпичные оштукатуренные окрашенные стены), пола – 0, 2 (крашеный деревянный пол).

Определим высоту подвесов светильников над рабочей поверхностью

H_p = H - h_c - h_p (2.2)

где H – высота помещения;

h_c – высота свеса светильников от потолка;

h_p – высота освещаемой поверхности.

Освещение нормируется по высоте от 0, 8 до 2 метров (от уровня мяча при игре в баскетбол до уровня глаз игроков).

H_p = H - h_c - h_p = 8 – 1 – 0, 85 = 6, 15 м.

Индекс помещения определяется по формуле:

(2.3)

где S – площадь помещения, м²;

А и В – длина и ширина помещения, м

В соответствии с рассчитанными величинами из таблицы паспортных данных прожекторов коэффициент использования η равен 0, 8.

Тогда световой поток светильника:

по схеме 2:

По схеме 3:

Выполним расчет освещения помещений методом удельной мощности.

Метод удельной мощности пригоден для расчета общего равномерного освещения не загроможденных помещений (когда можно пренебречь затенениями), длинна которых не более чем в два с половиной раза превышает ширину, и строго для тех исходных данных, для которых составлены таблицы.

Суммарная мощность ламп в помещении определяется по формуле:

Р = Р_уд ∙ S (2.4)

где Р_уд – удельная мощность осветительной установки, Вт/м²;

S – площадь помещения, м ²;

Удельная мощность осветительной установки зависит от типа КСС светильников, нормируемой освещенности, коэффициентов запаса и минимальной освещенности, расчетной высоты и площади помещения. Удельную мощность можно определить по справочным таблицам.

Произведем расчет освещения спортивного зала. Площадь помещения составляет 648 м². По справочным данным удельная мощность освещения металлогалогенными лампами при средней освещённости 700 лк и равномерном светораспределении составляет 24, 7 Вт/м² для схемы 2.

Определим расчетную мощность ламп в помещении для семы 2:

Р_расч = 24, 7 ∙ 648 = 16005, 6 Вт

Соответственно, мощность одной лампы определяем по формуле:

(Вт) (2.5)

Из расчетов видно, что результаты полученные методом коэффициента использования светового потока и методом удельной мощности не противоречат друг другу, потому как паспортные данные прожекторов удовлетворяют условиям расчётов:

Прожектор UMA 400 H (схема 2) имеет следующие параметры:

Прожектор UMA 250 H (схема 3) имеет следующие параметры:

Однако результаты расчёта при ручном методе напрямую зависят от приближённого выбора значений коэффициентов, используемых в расчётах. Из этого делаем вывод, что ручной метод расчёта является очень приближённым, т.к. табличные данные не могут учитывать большое количество факторов влияющих на светораспределение и окончательными результатами следует принимать данные, полученные автоматизированным методом.

Выполним расчет для схемы 3:

(Вт)

Анализ полученных при расчёте данных проведём после выполнения автоматизированного расчёта.

2.3 Полный светотехнический расчет с использованием

средств программных комплексов

Полный светотехнический расчёт выполним автоматизированным методом с помощью программы «DIALux».

«DIALux» является мощным программным комплексом, позволяющим производит светотехнических расчёт помещения с учетом более 100 различных факторов, таких как расположение мебели, стен, коэффициента отражения и текстура стен и т.д. Программа позволяет использовать базы светильников и источников света европейского и российского производства.

Исходными данными для расчёта принимаем план разрабатываемого помещения, типы устанавливаемых светильников и геометрию их расположения. В качестве высоты рабочей поверхности принимаем 0, 85м – высота уровня мяча при игре в баскетбол. На основании этой величины будем производить сравнение схем по освещённости. Так как уровень освещённости нормируется от 700 до 800 лк в спортивном режиме на высоте до 2 метров, то примем за норму 800 лк – высота 2 метра, а за норму 700 лк – высоту 0, 85 метров. Данное условие должно тоже выполняться.

Выполним автоматизированный расчёт схем по пунктам 2.1 и 2.2.

Сведём значения средней, максимальной и минимальной освещённости в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Величины освещенности рабочей поверхности спортивного зала №1 для выбранных вариантов освещения

Рассмотрим изолюксы рассчитываемых схем освещения:

Рисунок 2.1 - Распределение изолюкс на рабочей поверхности для варианта №1

Рисунок 2.2 - Распределение изолюкс на рабочей поверхности для варианта №2

Рисунок 2.3 - Распределение изолюкс на рабочей поверхности для варианта №3

Из рисунков видно, что наиболее равномерное распределение света мы получаем при 2 варианте освещения.