Задача светотехнического расчета при проектировании осветительных установок состоит в определении мощности отдельной лампы и установленной мощности всей установки.
При расчете вначале определяется световой поток, необходимый для заданной освещенности, а затем по световому потоку выбираются стандартные лампы.
Светотехнические расчеты в основном выполняются двумя методами:
- метод коэффициента использования;
- точечный метод;
Метод коэффициента использования светового потока применим и дает достаточные для практики данные при расчете общего равномерного освещения горизонтальных плоскостей закрытых помещений с симметрично размещенными светильниками при условии отсутствии в помещении громоздкого оборудования, затеняющего рабочие места. Данным методом определяется освещенность поверхности с учетом как светового потока, падающего от светильника непосредственно на освещаемую поверхность, так и самой освещаемой поверхности.
Поскольку в данном случае учитывается доля освещенности, создаваемая отраженным световым потоком, метод коэффициента использования светового потока пригоден и для расчетов помещений со светлыми стенами и потолками при светильниках рассеянного, отраженного и преимущественного отраженного света.
Коэффициентом использования светового потока осветительной установки называется отношение светового потока, падающего на горизонтальную поверхность, равную площади освещаемого помещения, к суммарному световому потоку всех источников света, размещенных в данном помещении.
Коэффициент использования светового потока осветительной установки всегда меньше единицы. Его величина зависит от типа и коэффициента полезного действия светильника, высоты подвеса, окраски стен и потолка, площади помещения.
При неравномерном распределении освещенности на рабочей поверхности, например при однорядном или локализованном размещении светильников, как было указано, метод коэффициента использования не применим. В этих случаях, а также для местного и наружного освещения светотехнические расчеты производятся точечным методом. Точечный метод применяется также для определения освещенности любой точки на рабочей поверхности, различным образом расположенной в пространстве, например горизонтально, вертикально или наклонно.
Недостатком точечного метода является то, что он не учитывает освещенность, создаваемую отраженным световым потоком.
Для светового участка я выбираю расчет осветительной установки методом коэффициента использования.
2.2.1 Расчет осветительной установки методом коэффициента использования светового потока для рабочего освещения, лампами ДРЛ.
2.2.1.1 Определяю световой поток данного ряда светильников
(1)
где Е – нормированная освещенность данного участка, лк;
S – площадь освещаемой поверхности, м2;
К – коэффициент запаса, 1,5;
Z – коэффициент минимальной освещенности, 1,15;
N – количество рядов светильников, шт;
η – коэффициент использования светового потока.
Для определения коэффициента использования светового потока необходимо определить индекс помещения:
(2)
где S – площадь участка, м2;
h – высота подвеса светильников над освещенной поверхностью, м2;
А – длина участка, м;
В – ширина участка, м;
С учетом индекса помещений (i), определяем коэффициент использования по справочнику η1 = 0,62; η2 = 0,56; η3 = 0,6.
лм
лм
лм
В светильник устанавливаем одну лампу ДРЛ мощностью 700 Вт с потоком 35000 лм. Требуемое число светильников в ряду определяется из отношения светового потока ряда к световому потоку лампы:
(3)
где Ф – световой поток всего ряда, лм;
Фл – световой поток одной лампы, лм;
Следовательно в ряду устанавливаем 11 светильников. Общее количество светильников рабочего освещения на проектируемом участке 44.
Следовательно в ряду устанавливаем 16 светильников. Общее количество светильников рабочего освещения на проектируемом участке 32.
Следовательно в ряду устанавливаем 13 светильников. Общее количество светильников рабочего освещения на проектируемом участке 39.
2.2.2 Расчет осветительной установки методом коэффициента использования для аварийного освещения лампами накаливания.
2.2.2.1 Определяю световой поток одного ряда светильников
где S – площадь освещаемой поверхности, м2;
Е – нормированная освещенность данного участка, лк;
N – количество рядов светильников, шт;
К – коэффициент запаса, 1,5;
Z – коэффициент минимальной освещенности, 1,15;
η – коэффициент использования светового потока.
Для определения коэффициента использования необходимо определить индекс помещения:
где S – площадь участка, м2;
h – высота подвеса светильников над освещенной поверхностью, м2;
А – длина участка, м;
В – ширина участка, м;
С учетом индекса помещений (i), определяем коэффициент использования по справочнику η1 = 0,62; η2 = 0,55; η3 = 0,6.
лм
В светильник устанавливаем одну лампу накаливания мощностью 1000 Вт с потоком 18000 лм.
Требуемое число светильников в ряду определяем из отношения светового ряда к световому потоку лампы.
лм
лм
В светильнике устанавливаем одну лампу накаливания мощностью 500 Вт с потоком 9000 лм. Требуемое число светильников в ряду определяем из отношения светового ряда к световому потоку лампы:
где Ф – световой поток всего ряда, лм;
Фл – световой поток одной лампы, лм;
Следовательно в ряду устанавливаем 6 светильников. Общее количество светильников рабочего освещения на проектируемом участке 12.
Следовательно в ряду устанавливаем 9 светильников.
Следовательно в ряду устанавливаем 6 светильников. Общее количество светильников рабочего освещения на проектируемом участке 39.
2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ
Прохождение тока по проводнику вызывает его нагревание. Расчет проводов по току нагрузки сводится к определению тока, при длительном протекании которого нагрев проводника не превысит значений установленных правилами устройства и эксплуатации для определенной конструкции проводов. В электротехнических справочниках приведены таблицы допустимых по условиям нагрева токовых нагрузок на провода и кабели с алюминиевыми и медными жилами в зависимости от вида изоляции, сечения проводников, числа совместно прокладываемых токопроводящих жил, способов и условий прокладки сети.
Для подсчета тока осветительной нагрузки надо знать величину расчетной нагрузки, т.е. мощность всех светильников, ток который протекает по рассчитываемому участку сети. В зависимости от характера производства, цеха в них могут одновременно включаться все установленные светильники или только часть их. Расчетная осветительная нагрузка определяется произведением полной мощности всех установленных светильников, найденной в результате светотехнического расчета на коэффициент спроса kс, различный для разных зданий и помещений.
2.3.1 Расчет нагрузок для аварийного освещений лампами накаливания.
2.3.2 Для питающей линии
2.3.2.1 Определяю установленную мощность
(4)
где Рл – мощность одной лампы, Вт;
N – количество ламп всей сети;
2.3.2.2 Определяю расчетную мощность
Рр = Ру·kс (5)
где kс – коэффициент спроса, 1;
Ру – установленная мощность, кВт;
Рр = 16,5·1 = 16,5 кВт
2.3.2.3 Определяю расчетный ток для выбора сечения провода
(6)
где Рр – расчетная мощность питающей линии, кВт;
А
Выбираем по справочнику сечение провода 16 мм2, = 54 А.
2.3.3 Для групповой линии
2.3.3.1 Определяю установленную мощность
где Рл – мощность одной лампы, Вт;
N – количество ламп на групповой сети;
2.3.3.2 Определяю расчетную мощность
Рр = Ру·kс
где Ру – установленная мощность, кВт;
kс – коэффициент спроса, 1;
Рр1 = 3·1 = 3 кВт
Рр2 = 4,5·1 = 4,5 кВт
Рр1 = 6·1 = 6 кВт
2.3.3.3 Определяю расчетный ток для выбора провода
где Рр – расчетная мощность групповой сети, кВт;
А
Выбираем по справочнику сечение провода 2,5 мм2, = 17 А.
А
Выбираем по справочнику сечение провода 2,5 мм2, = 17 А.
А
Выбираем по справочнику сечение провода 2,5 мм2, = 17 А.
2.3.4 Расчет нагрузок для рабочего освещения лампами ДРЛ
2.3.4.1 Для питающей линии
2.3.4.2 Определяю установочную мощность
где Рл – мощность одной лампы, Вт;
N – количество ламп всей сети;
2.3.4.3 Определяю расчетную мощность
Рр = Ру·kс
где Ру – установленная мощность, кВт;
kс – коэффициент спроса, 0,95;
Рр =58,1·0,95 = 55,195 кВт
2.3.4.4 Определяю расчетный ток для выбора сечения провода
где Рр – расчетная мощность групповой сети, кВт;
А
Выбираем по справочнику сечение провода 50 мм2, = 100 А.
2.3.5 Для групповой линии
2.3.5.1 Определяю установочную мощность
где Рл – мощность одной лампы, Вт;
N – количество ламп на групповой сети;
2.3.5.2 Определяю расчетную мощность
Рр = Ру·kс
где Ру – установленная мощность, кВт;
kс – коэффициент спроса, 0,95;
Рр1 =30,8·0,95 = 29,26 кВт
Рр2 =22,4·0,95 = 21,28 кВт
Рр3 =27,3·0,95 = 25,935 кВт
2.3.5.3 Определяю расчетный ток для выбора сечения провода
где Рр – расчетная мощность групповой линии, кВт;
А
Выбираем по справочнику сечение провода 16 мм2, = 54 А.
А
Выбираем по справочнику сечение провода 10 мм2, = 38 А.
А
Выбираем по справочнику сечение провода 16 мм2, = 54 А.
Таблица 1 Результаты расчетов для аварийного освещения
Щит
освещения
Количество светильников, шт
Мощность одного светильника, кВт
Итого нагрузка на щитке, кВт
ЩОА 1
12
0,5
6
ЩОА 2
9
0,5
4,5
ЩОА 3
6
1
6
Итого мощность всех щитков
16,5
Таблица 1 Результаты расчетов для рабочего освещения
Щит
освещения
Количество светильников, шт
Мощность одного светильника, кВт
Итого нагрузка на щитке, кВт
ЩОА 1
44
0,7
30,8
ЩОА 2
32
0,7
22,4
ЩОА 3
39
0,7
27,3
Итого мощность всех щитков
80,5
2.7. РАСЧЕТ ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Для того, чтобы электрические лампы горели нормально – излучали достаточное количество света и не перегорали раньше установленного для них срока службы, напряжение на лампах не должно заметно отклоняться от нормального, т.е. от того, на которое лампы рассчитаны. Особенно заметное влияние оказывают отклонения напряжения на режим работы ламп накаливания. Недокал ламп наносит большой вред и производству – освещенность в помещении резко снижается, а это приводит к ухудшению условий работы, увеличению брака продукции. Электроэнергия при этом расходуется крайне непроизводительно. Так же вредно для ламп накаливания и повышенное напряжение – срок службы их при этом сильно сокращается.
На люминесцентных и ртутных лампах отклонения сказываются в несколько меньшей степени. Известно, то провода электрической сети обладают определенным сопротивлением электрическому току. Это сопротивление тем больше, чем протяженнее линия и чем меньше сечение проводов. При прохождении тока по проводнику в них теряется часть приложенного к началу линии напряжения, т.е. в сети происходит потеря напряжения. В этом легко убедиться, если измерить вольтметром напряжение в начале и в конце линии, по которой протекает ток какой-нибудь нагрузки. Если ток значителен, линия достаточно длинная, а сечение проводов слишком мало, то разница в показаниях вольтметра может оказаться довольно значительной.
2.7.1. Определяем общую потерю напряжения в сети до наиболее удаленного светильника
(7)
где – напряжение трансформатора при холостом ходе;
– потеря напряжения в трансформаторе;
– допустимая величина напряжения на клеммах светильника.
Выражая величины в формуле в процентах получим:
2.7.1.1 Определяем величину потери напряжения в трансформаторе
(8)
где % – активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
(9)
где - потери короткого замыкания, кВт;
- номинальная мощность трансформатора, кВ·А
- реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %
(10)
где - напряжение короткого замыкания, %
2.7.2 Определяем момент нагрузки питающей линии рабочего освещения
(11)
где – нагрузка питающей линии, кВт;
L – длина питающей линии, 100 м
=83·700·100 = 5810 кВт·м
2.7.3 Определяем момент нагрузки питающей линии аварийного освещения
где – нагрузка питающей линии аварийного освещения
L – длина линии
= 0,5·12·100 = 600 кВт·м
= 0,5·9·100 = 450 кВт·м
= 1·6·100 = 600 кВт·м
2.7.4 Определяем момент нагрузки групповой линии рабочего освещения
(12)
где – нагрузка на групповой линии аварийного освещения;
L – длина групповой линии аварийного освещения м;
м
м
м
= 4,2·48 = 201,6 кВт·м
= 5,6·48 = 268,8 кВт·м
= 4,9·50 = 245 кВт·м
2.7.5 Определяем момент нагрузки групповой линии аварийного освещения
(12)
где – нагрузка на групповой линии, кВт;
L – длина групповой линии, м;
м
м
м
= 3·500·43 = 64,5 кВт·м
= 5·500·48 = 120 кВт·м
= 3·1000·45 = 135 кВт·м
2.6.7 Определяем сечение провода питающей линии рабочего освещения
(13)
где С – коэффициент, С=46
мм2
Выбираем стандартное сечение 50 мм2.
2.7.7 Определяем потерю напряжения на питающей линии рабочего напряжения
(14)
где S – сечение провода, мм2
2.7.8 Определяем потерю напряжения на групповой линии рабочего освещения
(15)
2.7.9 Определяем сечение провода групповой линии рабочего освещения
(16)
где Мгр – момент групповой линии
Uгр – потеря напряжения на групповой линии
мм2
Выбираем сечении 16 мм2
мм2
Выбираем сечении 10 мм2
мм2
Выбираем сечении 16 мм2.
2.7.10 Определяем сечение провода питающей линии аварийного освещения
(17)
Выбираем сечение 16 мм2.
2.7.11 Определяем потерю напряжения на питающей линии аварийного освещения
где S – сечение провода, мм2
2.7.12 Определяем потерю напряжения на групповой линии аварийного освещения
2.7.13 Определяем сечение групповой линии аварийного освещения
мм2
Выбираем сечение провода 2,5 мм2
мм2
Выбираем сечение провода 2,5 мм2
мм2
Выбираем сечение провода 2,5 мм2
3.2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ЦЕХА
Для определения эксплуатационных расходов необходимо определить капитальные затраты. Капитальные затраты – это денежные средства, направленные на внедрение запроектированного объекта, который включает все затраты на основные фонда (ОФ) и оборотные средства (ОС), так как оборотные средства в электрических установках очень малы (порядка одного процента), то ими можно пренебречь и в дальнейшем под названием капитальные затраты понимать только затраты на основные фонды.
Для определения капитальных затрат пользуются:
- прейскурантами (ценниками);
- калькуляцией;
- информационными материалами оборудования завода-изготовителя.
Для определения затрат составляется смета-спецификация.
Для расчета сумм капитальных затрат необходимо составить сметы расходов по вариантам, а для расчета сумм годовых эксплуатационных расходов в проекте следует рассчитать по каждому из вариантов:
- стоимость энергии потребляемой источником – Сэ;
- стоимость замены лампы – Сэл;
- стоимость обслуживания и затраты на ремонт, Ср.
Составление сметы на приобретение и монтаж электрооборудования.
Таблица 5 Стоимость материалов для освещения с лампами накаливания.
Наименование материалов
Единицы измерения
Количество единиц
Стоимость единицы
Общая стоимость
Светильник с лампой накаливания «Универсаль» УЗ-500
шт
100
12
1200
Провод АВВГ 3х10
м
250
13
3250
Итого материалы
4450
Транспортные расходы 2%
89
Итого по разделу 1
4539
Таблица 6 Стоимость монтажных работ для освещения с лампами накаливания
Наименование материалов
Единицы измерения
Количество единиц
Стоимость единицы
Общая стоимость
Монтаж светильников «Универсаль» УЗ-500
шт
100
10
1000
Прокладка провода АВВГ 3х10
м
250
10
2500
Итого по разделу 2
3500
Итого по разделам 1 и 2
8039
Плановые накопления 6%
482,34
Всего по смете 1
8521,34
Контрольные затраты по смете 1
8521,34
Таблица 7 Стоимость материалов для освещения с лампами ДРЛ.
Наименование материалов
Единицы измерения
Количество единиц
Стоимость единицы
Общая стоимость
Светильник с лампой ДРЛ-700
шт
115
189
21735
Провод АВВГ 3х70
м
350
17
5950
Итого материалы
27685
Транспортные расходы 2%
554
Итого по разделу 1
28239
Таблица 8 Стоимость монтажных работ для освещения с лампами ДРЛ
Наименование материалов
Единицы измерения
Количество единиц
Стоимость единицы
Общая стоимость
Монтаж светильников ДРЛ-700
шт
115
100
11500
Прокладка провода АВВГ 3х70
м
350
10
3500
Итого по разделу 2
15000
Итого по разделам 1 и 2
43239
Плановые накопления 6%
2594,4
Всего по смете 1
45833,4
Контрольные затраты по смете 1
45833,4
3.2.1 Определяю количество электроэнергии для освещения цеха
W1 = Р·Чгор·ко = 50·4150·0,9 = 186750 кВт·ч
W2 = (Р·Чгор·ко)·(1+кn)= (80,5·4150·0,9)·(1+0,1) = 330734,25 кВт·ч
где Р – мощность всех световых точек, кВт;
Чгор – кодовое число горения ламп, 4;
ко – коэффициент одновременного горения световых точек;
кn – коэффициент, учитывающий потери в пуско-регулирующей аппаратуре.
3.2.2 Рассчитываю стоимость электроэенергии
Сэ = Цо·W (18)
где Цо – стоимость одного кВт/ч электроэнергии, руб/кВт·ч
Сэ1 = 0,68·330734,25 = 224899,29 руб.
Сэ2 = 0,68·186750 = 126990 руб.
3.2.3 Определяю кратность замены ламп
(19)
где Тср – срок службы ламп
3.2.4 Стоимость ламп определяется на основании типа ламп, их количества и оптовой цены
Сл = Цл·N (20)
Таблица 9 Стоимость ламп
Наименование материалов
Единицы измерения
Количество единиц
Оптовая цена, руб.
Сумма руб.
Лампы накаливания 500 Вт
шт
100
10,0
1000,0
Лампы ДРЛ 700 Вт
м
115
150,0
17250,0
Итого
Руб.
18250,0
3.2.5 Определяю стоимость замены ламп
Сзл = Сл·Зкр (21)
где Сл – стоимость лампы, руб.;
Зкр – кратность замены ламп.
Сзл1 = 1000 · 4,15 = 4150 руб.
Сзл2 = 17250 · 0,415 = 7176 руб.
3.2.6. Определяю расходы связанные с обслуживанием светильников и затратами на ремонт (они составляют 10% от капитальных затрат)
Эр = 0,1 · к (22)
Эр1 = 0,1 · 45833,4 = 4583,34 руб.
Эр2 = 0,1 · 8521,34 = 852,134 руб.
3.2.7 Определяю эксплуатационные расходы (издержки производства)
U = Cэ + Сзл + Эр (23)
U1 = 224899,29 + 7176 + 4583,34 = 236658,63 руб.
U2 = 126990 + 4150 + 852,134 = 131992,13 руб.
3.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА СВЕТИЛЬНИКА
В нашем случае необходимо сравнить два варианта освещения и от выбора которого мы сделаем зависит экономичность освещения, его качество, надежность работы, пожарная безопасность и энергобезопасность. Экономичность повышается с увеличением светового потока, направленного в нижнюю часть пространства с увеличением степени концентрации светового потока.
Если исходить из критерия наименьших капитальных затрат, то оптимальный по экономическим показателям вариант осветительной установки будет всегда характеризоваться применением более дешевых, но менее эффективных источников света, более дешевой, но менее долговечной электрической проводки.
Составление первоначальных затрат производится непосредственно со сметой стоимости каждого варианта, однако вариант с большей величиной затрат может характеризоваться меньшими эксплуатационными расходами и рассматриваться, как оптимальный, если он является наиболее экономичным.
3.3.1 Определяем вариант с минимальными затратами (используя формулу минимума приведенных затрат)
З = U + Ен·к (24)
З1 = 236658,63 + 0,15·8521,34 = 237936,83 руб.
З2 = 131992,13 + 0,15·45833,4 = 138867,14 руб.
Из расчета видно, что наиболее экономичным будет вариант с ртутными лампами, так как он характеризуется меньшими приведенными затратами.
3.3.2 Определяю годовой экономический эффект от внедрения замены светильника
(25)
где Ен – нормативный коэффициент эффективности, 0,15;
Э = 104666,5 – (0,15·37312) = 99069,7
3.3.3 Определяю расчетный (фактический) коэффициент эффективности
(26)
где - дополнительные капиталовложения
2,8 > 0,15
Экономически выгоден вариант 2 за счет меньших годовых издержек.
3.4 СРОК ОКУПАЕМОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ
Срок окупаемости представляет собой величину обратную коэффициенту эффективности. Он характеризует собой период времени в течении которого дополнительные капиталовложения по одному из вариантов полностью окупятся за счет экономии на годовых эксплуатационных издержках.
Важно рассчитать срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, если увеличение капитальных затрат окупится в период не более 6,6 лет, то внедрять этот вариант целесообразно.
Определяю нормативный срок окупаемости:
Тн – 1/Ен = 1/0,15 = 6,6 лет
где Тн – нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных затрат по сравниваемым вариантам. Он определяет период времени в течении которого возмещаются дополнительные капитальные вложения за счет экономии на годовых эксплуатационных расходах.
Определяю срок окупаемости дополнительных капитальных вложений по сравниваемым вариантам
(27)
года.
Вывод: расчетный срок окупаемости намного меньше нормативного и поэтому внедрять вариант с ртутными лампами целесообразно.