Результат интеллектуальной деятельности: Способ установки светильников для равномерного освещения участка поверхности

Изобретение относится к светотехнике, то есть к способам расчета, выбора и размещения светильников по их светотехническим характеристикам, из условия обеспечения минимальной неравномерности облучения на поверхности облучаемых объектов.

Известен способ установки светильников, при котором светильники выбираются рассеянного или преимущественно рассеянного светораспределения с типовыми формами кривой силы света (КСС), которая может быть равномерная, полуширокая, широкая. Точечные светильники распределяются по углам прямоугольника или вершинам ромба. Расстояния L между светильниками по длине L_A и ширине L_B определяются (фиг. 2а) по формуле

где λ_C - светотехнический коэффициент оптимального относительного расстояния между светильниками (для КСС типа широкая М=1,8-2,6; полуширокая Л=1,4-2,0; широкая Ш=1,6-2,2);

H_p - расчетная высота установки светильника, м

где H₀ - высота помещения, м;

h_c высота свеса светильников, м;

h_p высота расчетной поверхности над полом, м.

При равномерном размещении светильников по углам прямоугольника рекомендуется, чтобы L_A/L_B≤1,5, а расстояние от стены принимают в пределах 0,3-0,5 L_A,B [1, 2].

Данные способ наиболее прост, но дает значительные расхождения по равномерности освещения (облучения) на уровне 20-30% и принят в качестве аналога.

Наиболее точные результаты по определению расстояния между облучателями при заданной высоте подвеса дает графоаналитический способ расчета (принят в качестве прототипа), заключающийся в следующем.

Выбирают облучатель с определенной КСС и в прямоугольной системе координат строят зависимости облученности в точках на расчетной поверхности от расстояния г между проекцией оси симметрии облучателя на поверхность и рассматриваемой точкой, точки задают для ряда углов КСС светильника (фиг. 1). Облученность определяется по формуле

где J_α - сила излучения точечного источника в направлении облучаемой точки, кд;

α - угол между направлением силы света и осью симметрии источника, град;

h_p - высота подвеса источника, м.

Например (фиг. 2б), для h_p=1,5 м, λ_C=1,4, L_a,b=1,4*1,5=2,1 м намечают контрольные точки, в которых облученность может оказаться минимальной, например точки А, В и С. Расстояние l от кромки облучаемой поверхности до крайнего ряда излучателей и расстояние между излучателями L_1,2 определяют из условия, что облученность в любой точке расчетной поверхности

где е_доп - требуемая облученность растений, лк;

- коэффициент неравномерности облучения, значения которого принимают равным 0,8.

Для отыскания l предполагают, что на границе облученности в точке А максимальное воздействие оказывает один «ближайший» облучатель. Находят облученность в точке А по формуле e_A≥zе_доп и по кривой определяют отрезок r_A, при котором обеспечивается облученность e_A, равная значению l (фиг. 2б). При определении расстояния l_1,2 кривой находят расстояние r_B, при котором облученность e_B≥0,5zе_доп, предполагая, что облученность в точке В суммируется от двух источников. Аналогично находят отрезок r_C для точки С, в которой облученность суммируется от четырех излучателей.

При этом требуемое значение облученности от одного излучателя должно быть равно e_C=0,25zе_доп. Значения L принимаются из решения прямоугольных треугольников (фиг. 2а) со сторонами r_A, r_B, r_C, то есть

и принимают равным меньшему из двух полученных результатов. Зная l и L компонуют облучательную установку, рассчитывая число облучателей и их размещение. Подобные расчеты можно выполнить в световой или фотосинтезной системах величин /2/.

Недостатками рассмотренных способов, как аналога, так и прототипа, являются высокие показатели неравномерности облучения. В первом случае, показатель Z не рассчитывается и устанавливается приблизительно на уровне 30%, а второй определяется из условия

Z=0,8l_доп

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение неравномерности облучения за счет более точного выбора излучателя по рассчитанной КСС. Условием является заданная величина освещенности (облученности).

Настоящая задача решается тем, что в способе установки светильников для равномерного освещения участка поверхности, заключающемся в том, что предварительно на плане участка размещают светильники с определенной формой кривой силы света, используют ее значения для предварительного размещения и для вычисления показателей освещенности по основной формуле освещенности

где J_α - сила излучения точечного источника в направлении облучаемой точки, кд;

α - угол между направлением силы света и осью симметрии источника, град;

h_p - высота подвеса источника, м,

строят по ним в прямоугольной системе координат для ряда углов распределение освещенности, по которой находят расстояние между центрами светильников с учетом заданной неравномерности, центры светильников находят путем вписывания проекций конуса силы света в границы участка, задаются высотой подвеса и по конусу силы света находят предельные углы, вычисляют по основной формуле освещенности показатели силы света из условия достижения определенной неравномерности облученности и строят по этим значениям в прямоугольной системе координат кривую силы света, по которой подбирают соответствующие светильники и размещают их в ранее найденные центры на плане участка освещения.

Коррекцию формы кривой силы света при другой высоте подвеса светильника производят путем изменения площади участка освещения из условия соблюдения предельных углов конуса света полученных для начальной высоты подвеса светильника.

На фиг. 1 дана кривая распределения освещенности по радиусу участка освещения;

На фиг. 2а - план размещения излучателей;

На фиг. 2б - определение расстояния между светильниками;

На фиг. 3 - размещение светильников по площади участка по конусу света;

На фиг. 4 - расчетные кривые силы света для разной высоты подвеса (M1:10)

На фиг. 5 - таблица расчетных значений силы света, где I_α - сила света для расчетного угла; I_α0 - сила света для угла 0°; I_M - масштабное значение силы света.

Достижение заявленного результата получается следующим образом. На плане участка размещают светильники (фиг. 3) с размерами L_a,b, полученными произведением высоты подвеса на коэффициент освещенности (облученности), вычисляют для ряда углов величины освещенности (облученности) и строят по ним в прямоугольной системе координат кривую освещенности (облученности). После чего находят ее проекции на плоскость в виде отрезка (радиуса), которым проводят окружности через центры ранее размещенных облучателей и определяют расстояние между ними из условия достижения заданной неравномерности освещения (облучения). При этом центры облучателей находят путем вписывания их проекций в план участка. Далее задаются высотой подвеса и определяют предельные углы КСС. В относительных единицах (фиг. 4) вычисляют значения силы света для ряда углов из условия достижения заданной величины освещенности (облученности). После этого в прямоугольной системе координат строят КСС, на основании которой подбирают соответствующие облучатели и размещают их в ранее найденные центры на плане участка.

Согласно изобретению, сначала в план участка вписывают проекции КСС облучателей и, для заданной высоты подвеса, определяют предельные углы КСС.

Например, для участка шириной а=1,73 м и длиной в=5,19 м - вписывают три окружности радиусом r=0,865 м (фиг. 3). Задаемся рабочими высотами H_p1=1,5 м и Н_р2=1,94 м и строим в прямоугольной системе координат в масштабе проекции конуса линий света излучателей С1 и С2 на соответствующей высоте подвеса и радиусе r=0,865 м. После чего получаем предельные углы α₁=30° и α₂=24° и делим их на три части, соответственно для α₁ (0°, 10°, 20°, 30°) и для α₂ (0°, 8°, 16°, 24°). Далее вычисляем I_α1 и I_α2 (силы света для α₁ и α₂ соответственно) по формуле

Полученные значения заносим в таблицу.

В прямоугольной системе координат (Н, r), фиг. 4, откладываем в масштабе выбранные высоты подвеса Н₁=1500 мм и Н₂=1954 мм и радиус вписываемой окружности (фиг. 3) r=865 мм с центрами источников облучения С1 и С2 и уровень облученности Е=1. Проводим окружности и отмечаем расчетные углы (0°, 10°, 20°, 30°) для облучателя С1 и (0°, 8°, 16°, 24°) для облучателя С2, откладываем выбранные отрезки I_α0 для С1 и С2 и расчетные значения I_αx согласно относительным коэффициентам таблицы (табл. 1). По точкам пересечения образующих конусов соответствующих расчетных углов и расчетных окружностей I_αx (см. табл. 1, фиг. 5) проводим расчетные кривые силы света (КСС), кривая А для высоты Η₁=1500 мм и кривая В для высоты Н₂=1954 мм, которые существенно отличаются.

Для коррекции КСС вида В на высоте Н₂, отмечаем расчетные углы (0°, 10°, 20°, 30°) и находим r₂=1125 мм и, соответственно, получаем КСС вида С, которая параллельна кривой А, т.е. имеет подобное распределение отрезков I_αх.

Таким образом, предлагаемый способ установки светильников позволяет точно определить форму КСС для заданной высоты подвеса, разместить эти светильники в выбранные центры и получить равномерное облучение на искомой поверхности.

Источники информации

1. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. / И.Ф. Кудрявцев, Л.А. Калинин, В.А. Карасенко и др.; Под ред. И.Ф. Кудрявцева. - М.: Агропромидат, 1988. - 480 с: ил. с. 421-423.

2. Кнорринг Г.М. Осветительные установки. - Л.: Энергия, 1981. - 284 с: ил. с. 101-102.