Расчет тепловыделения от светильников

Тепловыделения от источников искусственного освещения

Принято считать, что вся энергия, затрачиваемая на освещение, переходит в теплоту, нагревающую воздух помещения; при этом пренебрегают частью энергии, нагревающей конструкции здания и уходящей через них.

Количество тепла, выделяемое источниками искусственного освещения, определяют по электрической мощности светильников. В тех случаях, когда мощность светильников известна, тепловыделения от источников света Q_осв, кДж/ч, можно определить по формуле:

если мощность светильников не известна,

где N_осв – установленная мощность освещения, Вт; F – площадь пола помещения, м 2 ; q_осв – максимально допустимая удельная установленная мощность освещения, Вт/м 2 . Определяется по [17] или табл.2.2; η_осв – доля тепла, поступающая от светильника в различные зоны помещения, определяется по [17] или табл. 2.3.

Если в помещении предусматривается подача приточного воздуха, не возмущающая верхнюю зону помещения, из которой осуществляется вытяжка, то η_осв можно определить по графе 3 табл.2.3. В противном случае следует считать все тепло поступающим в помещение (η_осв определяется по графе 2 табл. 2.3). Если светильник расположен в пределах вентилируемого подшивного потолка или чердака, η_осв определяется по графе 4 табл. 2.3 вне зависимости от схемы подачи и удаления воздуха из помещения. При установке вентилируемых плафонов, через которые осуществляется вытяжка, η_осв определяется по графе 5 табл. 2.3.

Если осветительная арматура и лампы находятся вне пределов помещения (чердачные помещения бесфонарного здания, остекленные стены и т.д.), то доля тепла, поступающего в помещение η_осв , составляет 0,5 при люминесцентных лампах и 0,2 при лампах накаливания.

Тепловыделения от источников освещения рабочих мест учитывают независимо от периода года и времени суток, а от источников общего освещения – с учетом времени суток и архитектурно-планировочных решений.

Максимальная удельная установленная мощность освещения q_осв, Вт/м 2

Наименование помещения	qосв, Вт/м 2
Кабинеты и рабочие комнаты, офисы, машинописные бюро
Проектные комнаты и залы, конструкторские и чертежные бюро
Помещения для ксерокопирования, электрофотографирования и т.п.
Помещения для работы с дисплеями, видеотерминалами, мониторами, серверные, помещения межбанковских электронных расчетов, помещения для электронной почты
Читальные залы
Операционные и кассовые залы банковских и страховых учреждений
Помещения отдела инкассаций
Классные комнаты, аудитории, учебные кабинеты, лаборатории, лаборантские, кабинеты информатики и вычислительной техники различных образовательных учреждений
Групповые, игральные, столовые, комнаты для музыкальных и гимнастических занятий детских дошкольных учреждений
Обеденные залы столовых, закусочных, кафетериев, буфетов, ресторанов 2-й категории
Обеденные залы ресторанов 1-й категории
Помещения приготовления пищи, резки хлеба, моечные
Залы парикмахерских
Залы заседаний, спортивные залы, фойе театров
Палаты и спальные комнаты санатория
Номера гостиниц
Крытые бассейны, фойе клубов и кинотеатров
Мастерские по ремонту часов, ювелирных изделий, радиоаппаратуры, бытовых машин и приборов, пошивочные, обувные:
• общее освещение
• на рабочем месте
Залы обслуживания посетителей аптек
Репетиционные залы досуговых и любительских клубов
Зрительные залы клубов
Торговые залы магазинов:
• супермаркетов
• продовольственных
• промтоварных
• хозяйственных
Помещения хранения автомобилей

1. В теплый период года тепло от искусственного освещения, как правило, не учитывают. Исключение составляет помещение, не имеющее окон, помещения торговых залов магазинов, помещения многопролетных зданий при отсутствии верхнего естественного света и помещения, режим работы, которых вечерний или ночной.

2. Частичный учет тепла от искусственного освещения в теплый период года с коэффициентом 0,3-0,5 возможен в помещениях обеденных и актовых залах, в фойе и других подобных помещениях, в которых часть светильников работает днем

Доли тепла, η_осв, излучаемого источником света, поступающие

в рабочую (числитель) и верхнюю (знаменатель) зоны помещения

Тип источника освещения	Способ установки светильника
у потолка	> 0,5 м от потолка	за подшивным потолком	вентилируемый светильник
Лампы накаливания	1/0	0,9/0,1	0,85/0,15 1	0,8/0,2
Люминесцентные лампы	1/0	0,7/0,3	0,6/0,4 1	0,5/0,5
1 В знаменателе указана доля тепла, поступающая в пространство подшивного потолка

Пример 2.2. Требуется определить тепловыделения от источников общего освещения люминесцентными лампами диффузного рассеянного света в торговом зале магазина промышленных товаров площадью 200 м 2 . Светильники находятся вне помещения.

Решение. По табл. 2.2 принимаем Максимальную удельную установленную мощность освещения q_осв = 20 Вт/м 2 . Доля тепловой энергии, попадающей в помещение, η_осв = 0,5. Тогда тепловыделения в помещении, определяемые по формуле (2.6), будут равны

Источник

Расчет теплопритоков от систем освещения

Производительность вентиляционных и отопительных систем, а также систем кондиционирования воздуха рассчитывается с поправкой на параметры сопутствующих инженерных систем, которые устанавливаются на обслуживаемых объектах. В частности, при расчетах нужно обязательно учитывать систему освещения, которая особенно влияет на систему кондиционирования.

Включенное световое оборудование является источником тепловых притоков. За последние несколько лет правительство России утвердило ряд нормативных документов, прямо или косвенно связанных с системами освещения.

Восемь лет назад государство начало активно развивать энергосберегающие технологии. Так, на протяжении длительного срока обсуждалось массовое использование энергетически эффективных систем освещения, которые должны были прийти на смену лампам накаливания. Изначально власти взяли курс на отказ от ламп, производительность которых составляет больше ста ватт. Далее, с прилавков магазинов должны были пропасть лампы с отдачей в 75 ватт. Три года назад правительство хотело запретить лампы, мощность которых составляет более 25 ватт.

Несмотря на попытки изменения политики энергетической эффективности, инициаторы внедрения люминесцентных ламп не могли добиться своего, так как подобное световое оборудование имеет высокую стоимость, проблемы с утилизацией и содержит ртуть. В итоге четыре года назад российские власти одобрили документ, предусматривающий поэтапный отказ от ламп накаливания. На темпы ликвидации таких приборов влияла эффективность их работы и область применения. Вместе с тем документ не называл конкретные сроки полного отказа от ламп.

Однако активная борьба за энергетическую эффективность продолжалась, что стало предпосылкой для релиза нового Свода правил с описанием современных требований к организации систем освещения.

Подробно о Своде правил 52.13330.2011

Свод правил 52.13330 2011 года выпуска посвящен естественному и искусственному освещению. Он пришел на замену Своду норм и правил 23-05 1995 года редакции. Принципиально он отличается от прежнего документа двумя деталями.

В первую очередь, по сравнению со старым документом, учитываются задачи законопроекта № 384-ФЗ (издан в конце декабря 2009 года), посвященного техническому регламенту безопасности строительных объектов. Также учитывается концепция нормативного документа № 184-ФЗ (разработан в конце 2002 года), предусматривающего техническое регулирование. Кроме того, Свод правил соответствует предписаниям проекта закона № 261-ФЗ (создан в ноябре 2009 года), который регулирует сохранение энергии и увеличение энергетической эффективности.

Тем самым, утвержденные законодательством нормы по энергетической эффективности стали официальными конкретными требованиями.

Также Свод правил 52.13330 отчасти наследует предписания европейской нормативно-правовой базы, чтобы с помощью общей методики определять эксплуатационные характеристики и оценочные методы. Вместе с тем, как это было раньше, в документе указаны нормы по естественному, искусственному и комбинированному освещению строительных объектов. Кроме того, здесь прописаны нормы по искусственному освещению селитебных и производственных территорий, а также открытых рабочих зон.

Инициированный чиновниками курс на использование энергосберегающих технологий отразился и в нормативных документах, посвященных освещению зданий. В частности, принадлежащая искусственному освещению часть Свода Правил 52.13330 призывает использовать энергосберегающие световые источники. Если несколько источников имеют одинаковую мощность, выбирается тот, который имеет наибольшие светоотдачу и срок эксплуатации.

Вместе с тем требования по освещению были предельно осторожно связаны с тезисами энергетической эффективности. Так, складские и производственные объекты запретили оборудовать лампами накаливания. Помимо этого, ужесточилось предоставление лимитов по удельной производительности светового оборудования на объектах производственного типа (смотреть в Таблице 1).

Что касается удельной мощности устанавливаемого в общественных зданиях светового оборудования, данный показатель остался неизменным. Для этого можно сравнить таблицу 10А Свода норм и правил 23-05 с таблицей 9 Свода правил 52.13330.

В Таблице 1 можно ознакомиться с требованиями по допустимой удельной мощности зданий общественного и производственного назначения.

Таблица 1. Предельно разрешенные показатели удельной мощности светового оборудования, используемого на строительных объектах общественного и производственного типа (на основании Свода правил 52.13330)

Уровень освещения в рабочей зоне, люкс	Индекс помещения	Предельно разрешенная удельная мощность, Вт/м 2
		Производственные помещения	Общественные помещения
750	0,6	37	—
	0,8	30	—
	1,25	28	—
	2,0	25	—
	3 и более	23	—
500	0,6	35	42
	0,8	22	39
	1,25	18	35
	2,0	16	31
	3 и более	14	28
400	0,6	15	30
	0,8	14	28
	1,25	13	25
	2,0	11	22
	3 и более	10	20
300	0,6	13	25
	0,8	12	23
	1,25	10	20
	2,0	9	18
	3 и более	8	16
200	0,6-1,25	11	18
	1,25-3,0	7	14
	более 3	6	12
150	0,6-1,25	8	15
	1,25—3,0	6	12
	более 3	5	10
100	0,6-1,25	7	12
	1,25-3,0	5	10
	более 3	4	8

Примечание. Под индексом помещения понимают величину, которая определяется с учетом размеров помещения и высоты размещения светового оборудования. Данные об индексе помещения находятся в дополняющем МГСН 2.06 1999 года выпуска пособии. Для этого в нем имеется таблица 1.9.1. В целом документ посвящен проектированию и расчету искусственного освещения помещений общественного назначения.

Если индекс помещения или уровень освещенности не соответствует ни одному табличному значению, предельная удельная мощность искусственного света определяется с помощью интерполяции.

В качестве альтернативного варианта для определения индекса помещения можно использовать следующую формулу:

Исходя из формулы, S является площадью помещения, измеряемой в квадратных метрах; h_помещ – высотой помещения, измеряемой в метрах; h_света – высотой размещения светового оборудования, измеряемой в метрах; а и b – длиной и шириной помещения, измеряемыми в метрах.

Способы расчета тепловых притоков от светового оборудования

Занимающихся вентиляцией и кондиционированием специалистов в большей степени интересует правильный расчет тепловых притоков, поступающих от установленного в каждом отдельном помещении светового оборудования.

Практический опыт указывает на существование четырех главных способов расчета тепловых притоков от освещения, которые обосновываются:

• Использованием сведений, представленных в техническом задании или проектной документации.
• Упрощенными расчетами по размерам помещения.
• Подробными расчетами тепловых притоков на основании Свода правил 52.13330.
• Детальными расчетами производительности люминесцентных световых приборов.

Данные способы требуют подробного рассмотрения.

Использование технического задания или проекта системы освещения

Этот способ самый лучший, так как предусматривает максимальную точность для каждой отдельной проектной документации. Во время создания технического задания на систему кондиционирования согласовывается точная производительность всех световых приборов, которые создают тепловые притоки.

В качестве альтернативы используется производительность, взятая из технического задания на систему освещения. Полученные значения используют в дальнейших расчетных операциях.

Третьим вариантом является обращение к соответствующему специалисту с целью получения значений производительности светового оборудования. Делается это во время реализации проекта системы освещения.

Главным преимуществом всех вышеописанных решений можно считать получение информации, взятой из проектной документации, которая разрабатывается для определенного строительного объекта. В связи с этим используемые в расчетах данные отличаются предельной точностью.

Упрощенный расчет по размерам помещения

Такой способ предусматривает использование усредненных значений удельных тепловых притоков. Для вычисления создаваемой световым оборудованием тепловой нагрузки применяется следующая формула:

В данной формуле q_освещ является тепловыми притоками на «квадрат» площади освещаемого помещения; S – освещаемой площадью помещения, измеряемой в квадратных метрах.

Если используются лампы накаливания, значение тепловых притоков составляет 25 ватт на квадратный метр. В случае использования люминесцентных аналогов данное значение составляет 10 ватт на «квадрат».

Данный способ отличается меньшей точностью, так как при его использовании не учитывается геометрия помещения и высота размещения светового оборудования. При этом с его помощью можно дать оценку порядка интенсивности тепловых притоков.

Подробный расчет тепловых притоков по Своду правил 52.13330

Свод правил 52.13330 не располагает определенным способом расчета системы освещения, но он дополнен таблицами, в которых указана предельная удельная производительность искусственного освещения. Имея номинальную освещенность и индекс помещения, вычисляющийся на основе его геометрии, можно вычислить предельную удельную производительность системы освещения. Для получения предельно допустимой мощности освещения необходимо взять площадь помещения и умножить ее на максимальную удельную производительность системы освещения. Также это значение отражает тепловой приток для системы кондиционирования воздуха.

Следует подчеркнуть, что данный способ характеризуется высокой точностью, так как при его использовании учитываются геометрические параметры помещения: его площадь, высота, форма и так далее. Вполне очевидным является тот факт, что помещения одинаковой площади, но разной высоты будут отличаться уровнем теплового притока. Причиной тому является использование более производительного светового оборудования в высоких помещениях.

Детальный расчет производительности люминесцентных приборов

Многие проектировщики крайне заинтересованы в ознакомлении со способами расчета производительности энергосберегающего светового оборудования. Предлагаем освоить самую простую и понятную методику, которой могут пользоваться даже люди, предметно неуглубленные в изучение систем освещения и электроснабжения.

Производительность системы освещения измеряется в ваттах и определяется по формуле:

В данной формуле: Е является необходимой горизонтальной освещенностью, измеряемой в люксах (для ее определения используются нормативные документы; если помещение офисное, освещенность составляет триста люкс); S является площадью помещения, измеряемой в квадратных метрах; K_зап является коэффициентом запаса, позволяющим учитывать уменьшение потока света во время работы или загрязнения ламп, а также в других случаях (рекомендуемое значение – 1,4); U является коэффициентом использования потока света, излучаемого лампой (для его определения имеется Таблица 2); N_л является мощностью лампы, измеряемой в ваттах; Ф_л является световым потоком лампы, измеряемым в люменах (если в состав светового оборудования входят четыре люминесцентных лампы производительностью восемнадцать ватт, значение светового потока составит в пределах 2,8-3,0 тысячи люмен).

Таблица 2. Определение коэффициента использования потока света, учитывая индекс помещения и коэффициенты отражения потолочных и стеновых, а также напольных перекрытий

Потолочных 80 80 80 70 50 50 30 0 Стеновых 80 50 30 50 50 30 30 0 Напольных 30 30 10 20 10 10 10 0 Индекс помещения 0,6 53 38 32 37 35 31 31 27 0,8 60 15 38 и 41 38 37 34 1 65 51 43 49 46 43 42 38 1,25 70 57 49 54 51 48 47 44 1,5 72 61 52 57 54 51 51 47 2 76 66 56 61 57 55 54 51 2,5 78 70 59 и 60 58 57 54 3 80 73 62 67 62 60 59 57 4 81 76 64 69 63 62 61 58 5 82 78 65 70 65 64 62 60

Примечание. Для получения коэффициента отражения перекрытия используется Таблица 3.

Чтобы определить индекс помещения, необходимо заглянуть в примечание к Таблице 1.

Значение высоты размещения светового оборудования составляет 0,8 метра. Данная величина эквивалентна средней высоте стола.

Таблица 3. Определение коэффициента отражения с поправкой на цвет покрытия

Цвет покрытия	Коэффициент отражения
Белоснежный	0,85
Белый	0,75
Светлый	0,5
Серый	0,3
Темно-серый	0,2
Темный	0,1
Черный	4

Расчет тепловых притоков от светового оборудования на конкретном примере

В качестве примера можно привести реальное помещение офисного типа с рабочими местами.

Помещение имеет длину 9,6 метра и ширину 6 метров. Таким образом, площадь равна 57,6 квадратных метра при высоте размещения светильников 3,3 метра. Потолочная поверхность окрашена в белый цвет, стеновые перекрытия имеют светлые тона, а пол является серым. При этом находящиеся в помещении столы имеют высоту 0,8 метра.

Комната оборудована восемнадцатью светильниками с четырьмя люминесцентными лампами в каждом. Производительность каждой лампы составляет восемнадцать ватт. Уровень освещенности находится на максимально комфортном уровне, так как освещение падает на все без исключения столы.

Если руководствоваться первым способом, необходимо подсчитать количество светового оборудования с последующим определением потребляемой мощности. Тепловые притоки составляют:

N₁ = N * n * N_л = 18 * 4 * 18 = 1,3 киловатта.

Согласно третьей методике производительность светового оборудования определяется как:

N₂ = q_освещ * S = 10 * 57,6 = 0,6 киловатта.

Второй способ связан с данными, прописанными в Своде правил 52.13330. В первую очередь требуется определение индекса помещения:

φ = S / ((h_помещ — h_света) * (a + b))=57,6 / ((3,3 — 0,8) * (9,6 + 6)) = 1,48.

Если освещенность равна тремстам люксам в зданиях общественного назначения (значение взято из Таблицы 1), интерполяция индексов помещения j, равных 1,25 и 2, дает предельно возможную удельную производительность, равную 19 ваттам на квадратный метр.

N₃ = N_{2удельная} * S = 19 * 57,6 = 1,1 киловатта.

Четвертая методика предполагает использование данных о цвете стеновых, потолочных и напольных покрытий. Определение коэффициентов отражения потолочной, напольной и стеновой поверхности выполняется по Таблице 3. Таким образом, они составят 75, 50 и 30. Что касается коэффициента использования светового потока, он составляет 0,61. Для его расчета берутся данные из Таблицы 2 (коэффициенты отражения составляют 80, 30 и 50, а индекс помещения – 1,5).

Приняв освещенность за триста люкс, вычисляем производительность светового оборудования:

N₄ = (E * S * K_зап * N_л) / (U * Ф_л) = (300 * 57,6 * 1,4 * 72) / (0,61 * 2850) = 1 киловатт.

Использование четырех способов принесло достаточно противоречивые данные в пределах 0,6-1,3 киловатта.

Как уже говорилось выше, самым точным способом принято считать получение данных из реальной проектной документации, посвященной системам освещения. Третья и четвертая методики отличились похожими результатами. При этом их отличие от первого способа составило больше двадцати процентов. Нужно подчеркнуть, что при расчете по третьей и четвертой методике освещенность составляла триста люкс. Однако в исходных данных был указан чуть ли не максимальный уровень освещения. Без проведения измерительных процедур понятно, что уровень освещенности составляет больше трехсот люкс. Это и стало причиной превалирования фактических расходов на освещение над расчетными. Если брать уровень освещения четыреста люкс, результаты первого, третьего и четвертого способов будут весьма схожими.

Говоря о третьей методике расчета производительности системы освещения, следует указать наибольшее отклонение. Разница значений связана с устаревшим коэффициентом удельной мощности и общим поверхностным подходом, при котором не берется во внимание высота помещения и уровень затемнения стеновых, напольных и потолочных поверхностей. Нужно учитывать, что в наше время системы освещения помещений разрабатывают с излишней мощностью светового оборудования. Кроме того, серьезно изменились представления о комфортном освещении. Принимаемый за комфортный ранее уровень освещения в данный момент считается низким. Поэтому новые офисные помещения оснащают мощным световым оборудованием, дающим более интенсивные тепловые притоки.

В качестве дополнения нужно сказать, что первый способ расчета идеально подходит для современных объектов строительства, где помещения оборудованы сложными системами освещения, предусматривающими наличие основного света, локального освещения и декоративной подсветки. Таким образом, каждое из названных освещений отличается мощностью, типом применяемых источников света и вариативностью использования: часть оборудования испускает световые лучи постоянно, в то время как остальные приборы включаются только на определенное время. Из этого можно сделать следующий вывод: чтобы получить общее представление об освещении помещений, необходимо взаимодействовать с инженерами проектного отдела специализированных фирм, тем самым получая данные о производительности системы.

Споры во время расчетов тепловых притоков от системы освещения

Невзирая на длительное существование (в течение шести лет) Свода правил 52.13330, как показала практика, этот документ не является основным для смежных областей. Разработчики проектов уже привыкли отслеживать изменения нормативных документов, связанных с определенными подсистемами. Поэтому описывающие смежные инженерные системы актуализированные стандарты учитываются очень редко.

Так, во время согласования одной из проектных документаций по кондиционированию воздуха заказчику не понравилось завышенное значение холодильной производительности, обусловленное повышенными тепловыми притоками, в создании которых принимало участие и освещение. Несмотря на малое число тепловых притоков от системы освещения, результат выливался в десятки киловатт.

Вместе с тем утвержденный проект системы освещения отсутствовал, а заказчик обвинил инженеров в использовании неактуальных способов расчета тепловых притоков. Перед новой командой проектировщиков стояла задача использовать актуальные нормативные документы, позволяющие правильно рассчитать холодильную производительность системных кондиционеров. В итоге Свод правил 52.13330 помог решить возникшую проблему.

В качестве примера можно взять еще один строительный объект, который также был связан с проблемой чрезмерной производительности системы кондиционирования. Только в данном случае причина крылась в потерях тепловой энергии, часть которой задерживалась в потолочном пространстве, не попадая в рабочую зону помещения. Если в потолочную зону монтировать высасывающее горячий воздух устройство, такое решение способствует значительной экономии на холодопроизводительности кондиционеров.

Можно согласиться с данным фактором, однако нужно помнить, что единственным источником выделения тепловой энергии является лампа, а не какая-либо другая часть светового оборудования. При проектировании светильников учитывается максимальное попадание светового луча внутрь помещения. С этой целью верхняя часть лампы оборудуется световым отражателем, который отражает не только световую энергию, но и тепловую. Из этого следует, что нагревающийся в потолочном пространстве воздух не играет столь значительную роль, как это кажется на самом деле.

Отражение светового потока в офисном светильнике

Выводы

Специалисты, занимающиеся проектированием инженерных систем, должны учитывать актуализацию нормативной документации в смежных областях, одной из которых является система освещения. Из посвященного естественному и искусственному освещению Свода правил 52.13330 можно почерпнуть полезную информацию о предельной удельной производительности систем освещения, устанавливаемых в зданиях общественного и производственного назначения. Документ помогает обосновать тепловые притоки, образуемые системой освещения.

Полезной для специалистов по проектированию систем освещения будет информация о способах расчета тепловых выделений от светового оборудования. Необходимо еще раз отметить, что в сложных концептуальных решениях систем освещения при расчете тепловых притоков рационально брать данные об энергетических параметрах из готовой проектной документации систем освещения. Это даст возможность получить максимально точные расчеты.

На основе материалов из журнала «Мир Климата»

Источник