Энергосбережение и энергоаудит в осветительных и облучающих установках

3.7. Рациональные схемы размещения светильников

Анализ многовариантных расчетов освещения, проведенных на ПЭВМ, показывает, что эффективность решения во многом зависит от светораспределения светильников и схем их размещения.

Как известно, принятая у нас в стране система нормирования производственного освещения предусматривает регламентацию не средней по помещению, а минимальной освещенности на рабочих местах. При существующих методах расчета освещения и конкретных возможностях реализации осветительных установок это приводит к тому, что на ряде рабочих мест освещенность всегда оказывается несколько выше нормируемой. Если учесть существующие в практике проектирования допуски на отклонение расчетной освещенности от нормируемой и регламентированные нормами значения допустимой неравномерности (от 1,5 до 3,0), становится ясно, что перерасход мощности, связанный с обеспечением на части рабочих мест освещенности большей, чем нормируемая, может иметь существенное значение. Для повышения экономичности освещения необходимо, по возможности, уменьшить ненужное превышение установленной мощности путем максимального приближения расчетной освещенности к нормируемой, а также снижения неравномерности освещения в тех случаях, когда она велика, т. е. близка к максимально допустимой по нормам.

Решение этой задачи заключается в нахождении с помощью существующих средств и способов освещения наиболее экономичного варианта обеспечения заданной нормами освещенности. Трудность отыскания экономически наиболее выгодного решения усугубляется тем, что все три подлежащих согласованию параметра (нормируемая освещенность, высота освещаемого помещения и мощность установленных в нем осветительных приборов) являются дискретными величинами со сравнительно большим шагом дискретизации. При решении любой конкретной задачи освещения первые две величины - нормируемая освещенность и высота помещения - бывают заданы, поэтому основным рычагом повышения экономичности осветительной установки является нахождение в заданных условиях минимальной установленной мощности путем оптимального подбора мощности использованных светильников и выбора подходящей схемы их размещения при выполнении всех нормативных требований к освещению.

При достаточно высоких нормируемых освещенностях и сравнительно малой единичной мощности источников света (люминесцентные лампы и лампы накаливания) удается достаточно просто обеспечить практически хорошее приближение расчетных значений освещенности к нормируемым и достаточную равномерность освещения, что почти полностью исключает завышение мощности, потребляемой на освещение. Решение этой задачи в осветительных установках с газоразрядными лампами высокого давления осложнено высокой единичной мощностью каждого источника и большим шагом дискретизации в типоразмерном ряду ламп общего назначения (250, 400, 700, 1000 и 2000 Вт). За счет этого, а также ввиду большой световой отдачи газоразрядных ламп высокого давления количество светильников, необходимых для обеспечения нормируемой освещенности, оказывается сравнительно небольшим, что повышает значение каждого отдельного светильника в установке.

Строящиеся промышленные и общественные здания имеют, как правило, типовые строительные параметры, среди которых одним из важнейших является размер строительного модуля, характеризуемый шириной пролета и шагом колонн. Существующая практика проектирования внутреннего освещения для таких зданий базируется на использовании опробованных в течение долгого времени и оправдавших себя схем расположения светильников с газоразрядными лампами высокого давления, предполагающих размещение их, как правило, на фермах (или потолках), а в виде исключения - на специальных светотехнических мостиках. Наиболее часто используется двух-, трех-, а иногда - четырехрядное размещение светильников в пролете, причем в некоторых случаях светильники в ряду могут быть сдвоены либо даже строены (рис. 3.14, схемы 2, 3, 5, 6 и др.). При этом расположение светильников на фермах (или, что то же, в строительных модулях) повторяется, что позволяет говорить об определенных схемах размещения светильников. Приведенные на рис. 3.14 схемы размещения светильников 2, 3, 7, 8 и аналогичные им могут быть условно названы равномерными, так как характеризуются равномерным прямоугольным размещением светильников. Часто применяется шахматное размещение, представленное на схемах 4, 5, 6, 9 и аналогичных. Те и другие достаточно широко используются в практике проектирования и монтажа освещения. Характерным для всех них является целое число светильников, приходящихся на каждый строительный модуль. Учитывая изложенные выше соображения о резком возрастании роли каждого светильника в установках с газоразрядными лампами высокого давления, следует признать, что целое число светильников на модуль в рассмотренных схемах размещения ограничивает возможности экономии электроэнергии и затрат на освещение. Размер строительного модуля вдоль пролета в соответствии с принятым шагом колонн равен 6, реже 12 м, что приводит к таким же расстояниям между светильниками в ряду при условии размещения их на фермах. Газоразрядные лампы высокого давления применяются в основном в помещениях, высота которых больше 6,0 - 8,0 м. При этом освещенность в каждой точке рабочей поверхности определяется не только светильниками, установленными на ближайшей ферме, но суммарным действием светильников, расположенных в нескольких модулях. Обычно существенный вклад в освещенность в рассматриваемой точке дают светильники, установленные на пяти-семи последовательно расположенных фермах.

В этих условиях допустимо введение (практически без ущерба для неравномерности распределения освещенности) продольной неоднородности в размещении светильников, позволяющей получить новые схемы, перспективные в плане решения поставленной задачи. Специфической особенностью таких схем является неодинаковое число светильников на соседних фермах (в соседних модулях), второе получается либо за счет того, что допускается разное число светильников в одной световой точке, либо за счет неодинаковых расстояний между светильниками в рядах (рис. 3.14, схемы 9-16 и 19-21). Наличие таких схем, которые могут быть названы неравномерными, позволяет получить способы размещения, приводящие в среднем к дробному числу светильников на модуль. Если в равномерных схемах, приведенных на рис. 3.14 (схемы 1-3, 7-8, 17 и 18), количество светильников на модуль может быть любым целым числом от 1 до 8 включительно, то с введением неравномерных и шахматных схем появляются размещения с условно дробным количеством светильников на модуль, например, 1,5 для схемы 9; 2,5 для схемы 12; 3,5 для схемы 13; 4,5 для схемы 15 и т. д.

Рис. 3.14. Схемы эффективного размещения круглосимметричных светильников в пролетах производственных зданий: а – двухрядные; б – трехрядные; в – четырехрядные (круг – светильник; x - колонна; L – ширина пролета; l – шаг колонн; А – расстояние от крайнего ряда светильников до ряда колонн или до стены; 1-21 – номера схем размещения)

Повышение энергетической эффективности осветительных установок за счет неравномерных схем имеет место в тех случаях, когда использование равномерных размещений приводит к значительному отклонению расчетной освещенности от нормируемой. В том же направлении в некоторых случаях действует и снижение неравномерности распределения освещенности, которое при использовании неравномерных схем получить значительно легче.

Рис. 3.15. Кривые распределения освещенности в поперечном сечении помещения:1, 2, 3 – наиболее часто встречающийся характер распределения освещенности в поперечном сечении помещения; 4 – нормируемая освещенность (Е – освещенность; L – размер помещения в поперечном направлении)

Известно, что кривые распределения освещенности в поперечном сечении помещения наиболее часто имеют вид, представленный на рис. 3.15. Сопоставление хода кривых 1-3 с нормируемой освещенностью показывает, что значительная доля перерасхода установленной мощности может быть связана с чрезмерно высокой освещенностью центральной части помещения. Обычно с этим борются с помощью значительного смещения рядов светильников в сторону стен, что, однако, при использовании равномерных схем дает ограниченный эффект, особенно малый при нечетном числе рядов светильников, когда центральный ряд никуда сместить нельзя. В этом случае могут оказаться полезными схемы размещения, менее загруженные в центре (рис. 3.14, схемы 9-16, 19-21). Разгрузка получается либо за счет пропуска части светильников в среднем ряду, либо – в случае размещения в нем по одному светильнику в точке вместо двух, как это принято для крайних рядов. При необходимости устранения излишней освещенности по оси помещения в широких пролетах могут быть полезны четырехрядные схемы размещения светильников по аналогии со схемами 19-21 рис. 3.14, поскольку их средние ряды меньше загружены, чем крайние.

Описанные выше схемы размещения светильников были использованы при расчете эффективных вариантов освещения производственных помещений с типовыми строительными модулями. Для иллюстрации степени распространения равномерных и неравномерных (в том числе шахматных) схем среди выдаваемых машиной вариантов в табл. 3.16 приведены примеры частоты использования этих двух видов схем для производственных помещений со строительным модулем 6x18 м. Приведенные данные хорошо иллюстрируют целесообразность использования в практике неравномерных схем размещения как одного из возможных резервов экономии электроэнергии на освещение, особенно для достаточно высоких помещений.

Примечание. Шахматные схемы размещения включены в число неравномерных.

© Красноярский государственный аграрный университет