Статьи → ElectriCS Light 2.1 → Автоматизация светотехнических расчетов в среде ElectriCS Light

Система ElectriCS Light предназначена для светотехнических расчетов при проектировании осветительных установок промышленных предприятий. ElectriCS Light позволяет выполнять расчеты как для внутреннего освещения зданий и сооружений, так и для наружного (в том числе прожекторного) освещения промплощадок.

К существенным преимуществам системы, заметно отличающим ее от программ аналогичного назначения, следует отнести:

• прямой расчет освещенности с использованием кривых силы света светильников (с отслеживанием затенений и отражений от поверхностей);
• возможность расчета освещенностей в помещениях произвольной конфигурации (прямоугольной, овальной, Г- или T-образной и т.п.);
• получение сводного результата по расчету множества помещений и всего здания (проекта);
• возможность детального анализа распределения освещенности по области расчета, построение полей освещенности, а также оценка освещенности в произвольных точках пространства с различной ориентацией расчетной поверхности;
• возможность ввода исходных данных — координат светильников, стен, точек контроля и т.д. — с использованием графических средств AutoCAD (оцифровка планов в AutoCAD) с параллельной выдачей информации на планы;
• просмотр в трехмерном виде (аксонометрии) исходных данных для расчетов: источников света (светильников) с вектором направленности светового потока, точек контроля, а также стен, зданий и сооружений, создающих тень;
• просмотр в трехмерном виде результатов расчета как световых полей, что позволяет визуально оценить распределение освещенности по площади освещаемой поверхности;
• отображение на плане (в AutoCAD) линий заданного уровня освещенности, что позволяет визуально оценить и вывести на планы границы области заданного уровня освещенности;
• итоговая документация в форматах AutoCAD и MS Word.

В инженерной практике для выполнения светотехнических расчетов приняты два метода: метод коэффициента использования и точечный. Первый из них пригоден для расчета общего освещения, если не требуется учитывать особенности размещения оборудования и светильников. Второй позволяет учесть освещенность от каждого светильника в произвольной точке пространства, но для его использования необходимы заранее построенные кривые равной освещенности (изолюксы).

В ElectriCS Light для расчета освещенности применяется метод силы света. Исходной информацией о помещении служат его геометрические размеры и коэффициенты отражения поверхностей потолка, стен и пола. Число стен помещения произвольно, а само помещение может иметь различную конфигурацию — в том числе и овальную. В один проект (расчет) допускается включение нескольких помещений. Исходные данные о светильнике включают его геометрические размеры, описание кривых силы света (КСС), площадь выходного окна светильника, коэффициент полезного действия, число ламп, их мощность и величину светового потока. Светильники могут быть круглосимметричными, иметь две или одну плоскость симметрии. В одном помещении возможно совместное использование светильников разных типов.

При выполнении расчетов принимается ряд допущений — менее жестких, чем те, что используют в традиционных расчетах освещенности:

• все светильники рассматриваются как точечные источники или совокупности точечных источников света с заданными характеристиками кривых силы света;
• отражающие поверхности считаются однородными диффузными с заданным коэффициентом отражения, в расчете они представляются множеством элементарных площадок с однородной освещенностью.

Освещенность в произвольной точке пространства определяется как E_i=E_ci+E_oi

где E_ci — освещенность, создаваемая в расчетной точке прямым светом светильников; E_oi — освещенность, создаваемая в расчетной точке светом, отраженным от поверхностей потолка, стен и пола.

Освещенность, создаваемая прямым светом всех светильников S_j в расчетной точке A_i (рис. 1):

где N — количество светильников; I (α_j, β_i) — сила света j-го светильника, приведенная к потоку 1000 лм в направлении, определяемом углами α_j и β_j; α_j — плоский угол, образуемый перпендикуляром к излучающей плоскости и лучом, направленным на расчетную точку; β_j — угол между плоскостями, проходящими через перпендикуляр к плоскости светильника и его продольную ось и через перпендикуляр к расчетной поверхности, проходящий через точку A_i; γ_j — угол, образованный перпендикуляром к расчетной поверхности и падающим лучом света j-го светильника в расчетной точке; Φ_лj — световой поток одной лампы j-го светильника; n_j — число ламп в светильнике; η_j — коэффициент полезного действия светильника; R_ij — расстояние от светильника S_i до расчетной точки A_i.

Величина силы света I (α_j, β_i) вычисляется на основе каталожных кривых силы света светильников с использованием линейной интерполяции табличных значений в продольной и поперечной плоскостях светильника и последующей аппроксимации эллипсом в направлениях, не принадлежащих плоскостям симметрии светильника.

Освещенность от отражающих поверхностей определяется как сумма освещенности от всех элементарных площадок отражающих поверхностей:

где E_ck — освещенность k-й элементарной площадки, создаваемая прямым светом всех светильников; F_k — площадь k-й элементарной отражающей поверхности; ρ_k — коэффициент отражения k-й элементарной площадки; α_k — угол, образуемый отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности k; β_k — угол, образующийся лучом и перпендикуляром к расчетной поверхности; R_ik — расстояние от центра отражающей элементарной поверхности k до расчетной точки A_i.

Выбор светильников и ламп производится из базы данных. Число светильников, а также способ их расположения в пространстве помещений определяются на основе вариантных расчетов с учетом обеспечения заданных уровней освещенности в контрольных точках и допустимой степени ее неравномерности. Размещение светильников выполняется как вручную (диалоговый режим), так и в графическом режиме на планах помещений (генпланах).

Предварительное определение числа светильников производится по методу коэффициента использования, который при работе с упрощенным вариантом можно задать в диалоге, а при более сложном варианте автоматически получить на основании исходных данных проекта, касающихся размеров помещения (вычисляется индекс помещения), усредненного коэффициента отражения поверхностей и усредненной КСС по формуле:

где E_n — норма освещенности; F_n — площадь помещения; K_u — коэффициент использования; n — число ламп в светильнике; Φ_ном — номинальный световой поток лампы.

Оптимальное проектное решение определяется как результат итерационного процесса, состоящего из выбора светильников, размещения их в пространстве с последующей оценкой освещенности в контрольных точках и по 3D-поверхностям освещенности. На план (генплан) могут выводиться изолинии, то есть линии равной освещенности. Табличные документы проекта — таблицы расчета освещенности помещений и выбранных светильников — выводятся в Word.

Рис. 1. Схема к расчету освещенности в точке Ai: a) от i-го светильника Sj (схама слева); б) от k-ой элементарной площадки отражающей поверхности (иллюстрация справа)

Исходными данными для светотехнических расчетов являются перечни источников света (светильников), точек контроля, стен, комнат (помещений), мачт, а также зона расчета и группа примитивов зданий и сооружений. Последнюю составляют здания, резервуары, цистерны, сферы, трубы — они используются только для формирования теней (учета затененности при расчете освещенности). Координаты исходных данных можно вводить на строительных планах (генпланах) в AutoCAD. Пример окон ввода исходных данных для светильников, точек контроля, стен и комнат (помещений) показан на рис. 2.

База данных ElectriCS Light состоит из таблицы ламп, таблиц кривых силы света (КСС), таблицы светильников со ссылками на таблицу ламп и одну из таблиц КСС, таблицы отражающих поверхностей и таблицы коэффициентов использования, которая используется для упрощенного выбора коэффициента использования в зависимости от индекса помещения и усредненного коэффициента отражения поверхностей помещения при расчете числа светильников.

Кривые силы света можно просматривать как в декартовой (рис. 3), так и в полярной (рис. 4) системе координат.

Расчет освещенности проводится как для точек контроля, так и для заданных поверхностей (расчет изолиний). При расчете точек контроля для каждой из них рассчитывается прямой свет от всех источников (светильников) в данном помещении и отраженный свет от всех отражающих поверхностей в соответствии с координатами этой точки и расположением нормированной поверхности (В или Г).

Расчет числа светильников производится в проекте с исходными данными по стенам и комнатам. На основе исходных данных по габаритам комнаты вычисляется ее индекс помещения I_ном:

где а — длина помещения; b — ширина помещения; h — расчетная высота. По вычисленному усредненному коэффициенту отражения и индексу помещения вычисляется коэффициент использования (КСС светильников считается равной Д-2).

Исходные данные и результаты расчета можно выдавать в AutoCAD как в трехмерном представлении, так и в виде плана.

В 3D-виде выдаются:

• результаты расчета — как две поверхности (первая — горизонтальная тонированная плоская поверхность на заданном уровне освещенности, вторая — тонированная неплоская поверхность, заданная расчетными точками освещенности, где освещенность приведена к координате Z);
• изолинии — как замкнутые линии для заданного уровня освещенности;
• источники света (светильники) — как круг или ориентированный прямоугольник заданных размеров с 3D-вектором;
• точки контроля — как тонированный шар стандартных размеров с выноской проектной позиции;
• стены — как тонированный вертикальный прямоугольник;
• мачты — как тонированный вертикальный цилиндр;
• зона расчетов — как тонированный ортогональный параллелепипед;
• здания и сооружения — как тонированные объекты различного типа (резервуар, сфера и т.д.).

В виде плана представляются:

• источники света (светильники) — как круг или ориентированный прямоугольник стандартных размеров с выноской проектной позиции. Если вектор светильника направлен не строго вертикально, на план выдается плоская стрелка как проекция вектора;
• точки контроля — как квадрат стандартных размеров с выноской проектной позиции;
• стены — как линия с выноской проектной позиции;
• зона расчетов — как ортогональный прямоугольник.

В состав ElectriCS Light включены пять контрольных примеров: два посвящены наружному (прожекторному) освещению, остальные — внутреннему.

Рис. 6

Первый контрольный пример представляет собой проект наружного освещения технологической площадки при обустройстве нефтяного месторождения. На территории расставлены девять прожекторных мачт различной высоты: восемь мачт с 45 прожекторами типа ПКН-1500 и одна мачта со светильником КНУ01−20000. На рис. 5 приведен трехмерный вид исходного плана с расставленными прожекторными мачтами и изолинией уровня 10 лк как результатом расчета. На рис. 6 показан трехмерный вид (график) результатов расчета, где отображается граница освещенности, равной 10 люксам. Здания и сооружения в этом примере не оцифровывались, поэтому их тени не учтены. На рис. 7 — таблицы источников света и точек контроля с результатами расчета освещенности, выведенные в Word.

Второй контрольный пример — это проект наружного освещения части площадки геотермальной электростанции. На плане установлены две прожекторные мачты с тремя светильниками типа Haline-2−1500W на каждой. На рис. 8 показан трехмерный вид исходного плана с расставленными прожекторными мачтами и изолинией уровня 10 лк как результатом расчета. Рис. 9 представляет трехмерный вид результатов расчета в виде световой поверхности на уровне 10 лк без плоскости сечения. В этом КП указаны (оцифрованы) некоторые резервуары, поэтому он показателен в смысле учета затененности от зданий и сооружений и оценки распределенности освещенности по всей площадке.

Рис. 8

Рис. 9

Для третьего контрольного примера взят проект внутреннего освещения пожарной насосной. Здание насосной состоит из двух помещений: собственно насосной и венткамеры. В насосной под потолком на высоте 4,7 м вертикально размещены семь светильников типа НСП11−200−234. На стене венткамеры — два светильника типа НПП03−100−001, горизонтально размещенные на высоте 2,7 м. На рис. 10 представлен трехмерный вид исходного плана с расставленными светильниками и стенами. На рис. 11 — трехмерный вид результатов расчета в виде световой поверхности. Здесь хорошо заметно влияние теней от некоторых стен на уровень освещенности в различных точках насосной.

Рис. 10

Рис. 11

Четвертый контрольный пример — это проект внутреннего освещения спортивного зала, где под потолком размещены в три ряда 90 светильников типа ЛП002−2×40/11−01.

В качестве пятого контрольного примера взят проект внутреннего освещения комнаты отбора проб. По потолком на высоте 4 м расположено 8 светильников типа 7266/24 (два ряда по четыре светильника).

Рис. 12

На рис. 12 приведены трехмерные виды четвертого и пятого контрольных примеров с результатами расчетов в виде изолиний и световой поверхности. Рис. 13 иллюстрирует фрагмент выданных на план (плоскость) исходных данных (прожекторов и точек контроля). Можно выдавать их и на существующий план в AutoCAD.

Рис. 13

Система ElectriCS Light работает под управлением Microsoft Windows NT 4.0 и выше (Windows 98). Минимальные требования к компьютеру: процессор Pentium II c оперативной памятью 64 Мб. В качестве документатора используется Microsoft Word 2000, а в качестве графического трехмерного редактора (для просмотра планов и работы с ними) — AutoCAD 2000.