Как рассчитать уличное освещение: примеры, выбор источников света

Наружное освещение давно стало привычным и необходимым явлением в крупных и небольших населенных пунктах. Во время нового строительства или реконструкции зданий или зон ландшафта приходится обустраивать систему подсветки с нуля. И лучше делать это по проекту, значительную часть которого составляет расчет уличного освещения.

Типы наружного освещения и виды источников света

Наружное освещение по своему назначению делится на несколько категорий:

1. Утилитарное (техническое). Основное назначение – освещение зон (парков, площадей, других широких пространств), улиц, дорог, подъездов к жилым и нежилым зданиям и сооружениям и т.п. в темное время суток. Предназначено для обеспечения безопасности передвижения людей и механизмов.

   

2. Декоративное (сюда же входит и фасадное освещение, которое иногда выделяется в отдельную категорию). Предназначается для выделения, подсветки элементов ландшафта, архитектурных сооружений. В ночное время умело созданным освещением можно преобразить окружающую среду до неузнаваемости и создать великолепные виды.

   

3. В отдельный класс можно выделить маркировочное (указательное) освещение. С его помощью выделяют какие-либо элементы ландшафтного дизайна. Чаще всего, цепочкой фонарей обозначают дорожки, но таким способом можно маркировать и парковые зоны, фонтаны, ограждения жилых участков и т.п.

   

В качестве осветительных приборов еще не так давно не было альтернативы лампам накаливания. В настоящее время их практически отовсюду вытеснили светодиодные светильники. Их основное преимущество — экономичность, наряду с прочими плюсами:

• большое количество форм светильников, позволяющее применить различные дизайнерские и технические решения;
• возможность выбора спектра излучения, что позволяет получить, в зависимости от назначения, комфортность для человеческого глаза, большую контрастность (для безопасности дорожного движения и т.п.);
• длительный срок службы;
• другие преимущества.

LED-освещение вытеснило и галогеновые лампы, хотя они тоже экономичнее ламп накаливания. Низкое энергопотребление позволяет расширить область применения светодиодных осветителей совместно с накопителями энергии от солнечных батарей, что сделало освещение еще более энергоэффективным.

Повысить экономическую эффективность наружного освещения можно применением для включения светильниками датчиков движения, емкостных реле и т.п. Но при их использовании следует учитывать, что они могут срабатывать под действием помех — при появлении бродячих животных, предметов, переносимых ветром и т.п.

Документация и требования для наружного освещения

Техническая часть проектирования декоративного освещения сводится, большей частью, большей частью, к выбору мощности светильников, соответствующего сечения проводников, определению трасс прокладки кабельной продукции. Интенсивность свечения и его цвет определяется больше художественным вкусом дизайнера.

Касательно утилитарного освещения, требования к его параметрам устанавливаются в ГОСТ Р 55706 – 2013. В этом документе есть отсылка к СП 52.13330.2011 (актуализированный СНиП 23-05-95) – в нем устанавливается классификация объектов улично-дорожной сети.

ГОСТ определяет минимальную яркость света в кд/кв.м для дорог различного класса и среднюю освещенность в лк для улиц и жилых зон, а также другие требования к системам освещения.

Какими приборами измеряют

Единицей освещенности в СИ является люкс, а уровень освещенности в конкретной точке измеряется приборами, называемыми люксметрами (в быту – люксометрами). Многие приборы дополнительно измеряют и другие параметры системы освещения, например, яркости. С их помощью можно на практике проверить точность расчетов после реализации проекта и, при необходимости, внести коррективы.

На рынке предлагается большое количество приборов, выбирать надо по нескольким основным параметрам:

• диапазон измерений уровня освещенности (в большинстве случаев от 1 до 200000 лк, этого достаточно для большинства целей);
• погрешность (чем меньше, тем лучше);
• диапазон измерений яркости (если есть такая функция);
• рабочий температурный диапазон (надо обращать внимание на область отрицательных температур).

Во многих случаях определяющим фактором будет и стоимость люксметра.

Методы расчета наружного освещения

Для расчета наружного освещения надо знать единицы измерения, применяемые в светотехнике – ими придется оперировать.

В основном в расчете используются:

• световой поток (обозначается буквой F или Ф) – мощность светового излучения, интенсивность света, которую оценивает человеческий глаз (измеряется в люменах – лм);
• освещенность (E) – световой поток, падающий на единицу площади, площадь светового потока (измеряется в люксах – лк);
• сила света (I) – энергия, переносимая в заданном направлении за единицу времени (кандела, кд);
• яркость (R) – плотность света на поверхности, измеряется в кд/кв.м.

Для качественной оценки системы освещения применяются характеристики фона, характеристики контрастности и коэффициент освещения.

Примеры расчетов

Начальным критерием светотехнического расчета для жилой зоны является ее средняя освещенность, которую можно найти в указанных выше ГОСТ и СП. Пусть надо выполнить расчет освещения территории детской площадки площадью 200 квадратных метров. Согласно таблице 2 упомянутого ГОСТ, данная территория попадает под категорию П2. В таблице 6 того же документа указано, что средняя ее освещенность должна составлять не менее 10 лк. Тогда светильники должны обеспечивать общий световой поток не менее F=Ен*S=10*200=2000 лм.

В расчете надо применить коэффициент запаса к, учитывающий снижение яркости из-за запыленности осветительных устройств и по другим причинам. Его можно принять равным 1,2. Коэффициент неравномерности z для LED можно принять равным единице и не учитывать. Еще надо применить множитель η, учитывающий использование светового потока. Если площадка покрыта асфальтом, его можно принять равным 0,5, а если покрытие другое, придется искать данные в справочниках.

В итоге полученные 2000 лм надо умножить на k*z и разделить на η. В итоге получится, что лампы должны обеспечивать световой поток в 2000*1,2*1/0,5=4800 лм.

Далее надо выбрать необходимое количество светильников и их мощность. Если ограничений в этих параметрах нет, то можно комбинировать их как угодно, выполняя соотношение N=F/F1, где:

• N – потребное количество светильников;
• F – требуемый световой поток, в данном случае 4800 лм;
• F1 – световой поток одного светильника.

Последняя величина берется из паспортных данных на оборудование. Для предварительных прикидок можно взять 100 лм на 1 ватт мощности светодиодного осветительного прибора.

Значит, общая мощность светодиодных светильников должна быть 4800/100=48 ватт. Можно использовать 2 лампы по 24 ватта, 4 по 12 и т.п. На самом деле количество светильников может быть ограничено, тогда исходить надо из него. Допустим, на площадке нельзя установить больше трех фонарей. Тогда каждый из них должен обеспечивать световой поток в 4800/3=1600 лм и иметь мощность 16 ватт. Для окончательного расчета надо учесть и другие параметры – телесный угол излучения каждого светильника, от него – высоту установки. Потом придется уточнить световой поток, обеспечиваемый с этой высоты.

Где можно заказать проект

Если проект выполняется на личном участке, рассчитать мощность и количество светильников можно самостоятельно. Если система освещения выполняется в коммерческих целях (по заказу), и собственного штата проектировщиков-светотехников нет, можно заказать проект в любой проектной организации. Специалисты, имеющие опыт, выяснят все нюансы объекта, учтут все факторы и выполнят проект в кратчайшие сроки. При необходимости согласуют проект в органах Ростехнадзора и Роспотребнадзора.

Другой вариант – использовать программное обеспечение, разработанное для светотехнических расчетов. Сюда относятся программы Dialux, Light-in-Night Road. У этих программ есть бесплатные модули, но если предстоит заниматься расчетами неоднократно, лучше купить коммерческие версии. Они значительно повысят точность и сократят время вычислений.