CC BY
189
УДК 628.984
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А. И. КРАВЧЕНКО, Т. Н. САВКОВА
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,
Республика Беларусь
Введение
Проектирование систем освещения (СО) на основе современных источников света (СИС) затруднено недостатком систематизированной информации по их световой эффективности, который обусловлен отсутствием прогресса в международной стандартизации этого направления и доступного по ценам измерительного оборудования. На сегодняшний день проектированию и производству СИС для промышленных предприятий в Республике Беларусь не уделяется должного внимания. Значительное количество современных источников света для промышленных предприятий импортируется. Поэтому возникает важная задача разработки рекомендаций по применению СИС для промышленных предприятий.
Метод коэффициента использования светового потока является одним из базовых ручных технологий в проектной практике. Обычно этот метод применяют для расчета средней освещенности расчетной поверхности в помещениях [1].
Применение только одного коэффициента использования светового потока (поу)
не позволяет рационально подобрать кривую силы света (КСС) светового прибора, так как при этом часть рабочей поверхности просто не будет освещена. Равномерность распределения освещенности по расчетной поверхности, в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95, учитывают, используя коэффициент неравномерности, равный отношению максимальной освещенности на площадке к средней [2]. Однако несовершенство данного показателя давно является предметом дискуссий, и в последнее время другие подходы были не только предложены, но и введены в нормативные документы [1].
Наряду с этим в мировой практике для оценки равномерности освещения предлагается использовать критериальную оценку и коэффициент вариации [3].
Критериальная оценка определяется как отношение числа расчетных точек Nc, удовлетворяющих данному критерию, к общему числу рассматриваемых точек N. Так, например, при нормировании средней освещенности Енорм, соответствующий
критерий IL определяется как
N
IL=-Nt, °)
где Nc - число расчетных точек, для каждой из которых выполняется условие:
Ei > Енорм.
Более совершенным является коэффициент вариации (СУ), статистически учитывающий разброс значений {Е{}:
где Еср - среднее значение освещенности рабочей поверхности; о(Е) - среднеквад-
Целью настоящей работы является разработка комплексного способа оценки оптимальности светотехнической части осветительных установок промышленных объектов в разрезе современных энергоэффективных источников света.
Промышленный источник света имеет весьма широкую область применения. Это касается и геометрии помещений, и требований, предъявляемых к качеству света. Промышленное освещение сочетает склады различной продукции, сборочные участки, участки контроля и подготовки производства. В каждом случае - свои особенности и, соответственно, уникальные требования к качеству света. Таким образом, выяснить, какой светильник лучше, можно, только сравнивая их применительно к конкретному проекту.
Определение группы критериев для выбора наиболее оптимальной формы КСС из типовых видов и современной осветительной установки (ОУ) производился для цеха № 3 ОАО «РАТОН» (далее - цеха). Исходя из вышеизложенного, для выбора оптимальной КСС может быть использован поу совместно с оценкой
равномерности освещения рабочей поверхности, которую следует проводить по коэффициенту равномерности и критериальной оценке. Расчет коэффициента использования светового потока целесообразно проводить методом прямой трассировки луча, используя современные пакеты светотехнического моделирования (Б1а1их, Ы§Ы;8саре и пр.). В общем виде алгоритм выбора оптимальной формы КСС для осветительной установки приведен на рис. 1.
(2)
ратичное отклонение значений {Е} относительно Еср:
(3)
Определение геометрических параметров ОУ (расчетная высота, узлы установки светильников, начальные условия)
Выбор типа КСС
Расчет ОУ
Расчет коэффициента использования
Расчет коэффициента равномерности
Критериальная оценка
Анализ результатов
Выбор оптимальной формы КСС графическим методом
Рис. 1. Алгоритм выбора оптимальной формы КСС для ОУ
Результаты светотехнических расчетов для цеха в соответствии с алгоритмом выбора приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты светотехнических расчетов для цеха с учетом типовых КСС
Тип КСС Еср, Ло.у, % F IF a-'cd'a-' max IL F IF ^ma^ cd Fmin, Fmax,
К1 214 88,36 0,899 0,85 1,112 101 238
К2 223 92,08 0,907 0,725 1,103 102 246
К3 231 95,38 0,868 0,509 1,152 110 266
Г1 206 85,06 0,862 0,755 1,160 106 239
Г2 212 87,54 0,865 0,619 1,156 104 245
Г3 218 90,01 0,886 0,509 1,128 104 246
Д3 195 80,52 0,867 0,682 1,154 109 225
Выбор оптимальной формы КСС графическим методом представлен на рис. 2.
Еср, лк
-^Gf/^max
Рис. 2. Выбор оптимальной формы КСС графическим методом
Как видно из рис. 2, оптимальной для рассматриваемого помещения при заданный узлах расстановки светильников является КСС типа К1, а при ручном расчете по К2 из оптимального отношения расстояний между соседними светильниками или рядами к высоте их установки (L/Hp) [4]. Как видно из табл. 1, принятый на стадии ручного расчета оптимальным светильник с КСС типа К2 проигрывает по равномерности освещения расчетной поверхности. При этом необходимо отметить завышенное значение коэффициента использования светового потока, что возможно привело к снижению уровня освещенности Emin < 200 лк.
Из анализа светотехнических, энергетических характеристик и результатов моделирования с использованием программы Dialux по осветительным установкам следует, что наилучшими показателями для проектируемой системы освещения обладают светодиодные ОУ ДПО 12-40-113.15 ЗАО БЕЛИНТЕГРА, Factory M LED «Световые технологии», IHB 50-02-C-01 «Новый свет» и Tesla industrial-004-3600-
02-A Tesla Light Company из реализуемых на рынке Республики Беларусь. Светотехнический расчет СО с этими ОУ проводился по алгоритму выбора, в соответствии с рис. 1. Результаты расчетов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты светотехнических расчетов исследуемых светильников для цеха
Тип светильника, используемый в СО цеха КСС Еср, по.у, % Е /Е Ldcp1^ max IL Е /Е max ср Emin, Emax,
1. ДПО 12-40113.15 ЗАО Бе-линтегра ( ) 208 95,04 0,825 0,752 1,2115 102 252
2. Factory M LED «Световые технологии» If 213 82,19 0,855 0,761 1,169 117 249
3. Tesla industrial-004-3600-02-A Tesla Light Company i'2^ H assak і WA 208 92,01 0,848 0,804 1,1778 106 245
4. IHB 50-02-C-01 «Новый свет» 8 241 101,56 0,750 0,418 1,33 101 321
Выбор оптимальной ОУ графическим методом представлен на рис. 3.
Еср, лк
IL
Рис. 3. Выбор оптимальной ОУ графическим методом
Как видно из табл. 2 и рис. 3, оптимальными ОУ для помещения цеха являются Tesla industrial-004-3600-02-A Tesla Light Company и ДПО 12-40-113.15 ЗАО Белинтегра. Светильник Factory M LED «Световые технологии» не подходит, так как характеризуется наименьшим значением коэффициента использования. Светильник IHB 50-02-C-01 «Новый свет» характеризуется самой низкой критериальной оценкой, указывающей на то, что количество расчетных точек Nc, удовлетворяющих заданным условиям освещенности, мало относительно общего числа рассматриваемых точек N.
Экономичность светильника ДПО 12-40-113.15 ЗАО БЕЛИНТЕГРА подтверждается результатами расчета, представленными в табл. 3.
Таблица 3
Результаты сравнения СО по экономическому аспекту
Тип светильника, используемый в СО цеха ДПО 12-40-113.15 ЗАО БЕЛИНТЕГРА Tesla mdustrial-004-3600-02-A
1. Стоимость светильника, р. 1271630 3042000
2. Общая стоимость установленного оборудования, р. 167855160 511056000
3. Количество светильников в установке 132 168
4. Потребляемая мощность, Вт 45 40
5. Годовой расход ЭЭ 3564 4536
6. Экономия э/э при замене ЛЛ светильников кВт • ч/год 17820 16848
Заключение
1. Определена группа критериев (коэффициент использования светового потока, коэффициент равномерности освещения, критериальная оценка) для выбора наиболее оптимальной формы КСС из типовых видов для цеха № 3 ОАО «РАТОН».
2. Разработан алгоритм выбора оптимальной формы КСС для ОУ.
3. Приведен комплексный способ выбора оптимальной формы КСС и оптимальной ОУ, учитывающий как количественные (коэффициент использования светового потока), так и качественные (равномерность) показатели ОУ.
4. Учитывая экономический аспект, для СО цеха № 3 ОАО «Ратон» был выбран светильник ДПО 12-40-113.15 ЗАО БЕЛИНТЕГРА.
Результаты работы могут способствовать более эффективному проектированию СО на основе СИС для промышленных предприятий.
Литература
1. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю. Б. Айзенберга. - 3-е изд. перераб. и доп. - М. : Знак, 2006. - 972 с.
2. Евдасев, И. Коэффициент использования светового потока / И. Евдасев // Современная светотехника. Применение источников света. - 2010. - № 1. - С. 24-27.
3. The IESNA Lighting Handbook, 9-th Edition. IESNA, 2000.
4. Козловская, В. Б. Электрическое освещение / В. Б. Козловская, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацукевич. - Минск : Техноперспектива, 2008. - 271 с. : ил.
Получено 02.11.2012 г.
