溫度照度記錄儀中是如何進(jìn)行照度計(jì)算
溫度照度記錄儀在對(duì)溫度和照度進(jìn)行記錄監(jiān)測(cè)方面,特別的便捷,不過(guò)對(duì)一些溫度和照度了解不多的人,可能會(huì)感到很神秘,溫度和照度都是一些抽象的東西,如何進(jìn)行記錄呢?這就涉及到如何計(jì)算照度的問(wèn)題,下面就為大家介紹一下溫度照度記錄儀中是如何進(jìn)行照度計(jì)算。
首先要了解一下光能傳播的基本概念:光通量光通量Φ是指光源表面的客觀輻射通量對(duì)人眼所引起的視覺(jué)強(qiáng)度,它等于輻射通量與視見(jiàn)函數(shù)的乘積。發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光體在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度I是指該發(fā)光體在該方向的立體角元dΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔縟Φ除以該立體角元所得的商。照 度,照度E是指單位被照面面積上的光通量,它是表征受照面被照明程度的物理量,即:
E=dΦdσ(1)對(duì)于點(diǎn)光源,dΦ=IdΩ,受照面上某點(diǎn)的照度E與該點(diǎn)至點(diǎn)光源距離l的平方成反比,與光強(qiáng)I及入射角的余弦均成正比,即:
E=dΦdσ=IdΩdΦ=Il2cosθ(2)
亮度L是指光源在給定方向的單位投影面上的發(fā)光強(qiáng)度,它是表征發(fā)光面發(fā)光強(qiáng)弱并與發(fā)光表面特性有關(guān)的物理量,即:
L=Iqscosα=Icosαscosα=Is(3)
由于大多數(shù)情況下物體不是自己發(fā)光的,因此在照明設(shè)計(jì)中,照度的計(jì)算具有重要意義,必須滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低照度值。
照明設(shè)計(jì)中照度的計(jì)算根據(jù)照明設(shè)計(jì)中對(duì)照度的要求,在確定了照明光源的種類(lèi)、功率及燈具布置方案以后,就需要計(jì)算工作面上不同表面的照度,以檢驗(yàn)其是否合乎規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)場(chǎng)所需要的照度、已定的布燈方案,以及所掌握的環(huán)境特征,來(lái)確定燈泡的功率。無(wú)論是由已知燈泡功率求照度,還是由已定照度求燈泡功率,都需要進(jìn)行照度計(jì)算。照度計(jì)算主要有兩方面的要求,一是簡(jiǎn)單迅速,經(jīng)常需要將計(jì)算好的各種結(jié)果編制成圖表或曲線(xiàn)供設(shè)計(jì)人員查用;二是準(zhǔn)確,允許的誤差范圍為-10%~+20%。照度的計(jì)算點(diǎn)可以選擇在水平面、垂直面或傾斜面上。無(wú)論是何種表面,照度總是由其直射分量和反射分量疊成,直射分量取決于燈具的光強(qiáng)分布及其對(duì)所需計(jì)算表面的相對(duì)位置,反射分量取決于燈具投射于反射表面的光通比例、反射表面的反射性能和被照空間的幾何尺寸等。
常用的照度計(jì)算方法主要有利用系數(shù)法、逐點(diǎn)計(jì)算法和單位容量法3種。利用系數(shù)法利用系數(shù)法考慮了直射光和反射光兩部分所產(chǎn)生的照度,主要用于計(jì)算均勻布置照明器的室內(nèi)一般照明,其計(jì)算結(jié)果為水平面上的平均照度,是受照表面上的光通量與房間內(nèi)光源總光通量之比,也是光通量的直射分量和反射分量在水平面上產(chǎn)生的總照度。根據(jù)利用系數(shù)和照度的定義,并考慮燈具使用期間光通量因光源及環(huán)境而衰減的因素,可得出工作面上的實(shí)際平均照度為:
Eav=nΦUMA(4)式中:n安裝燈泡的數(shù)量;Φ每個(gè)燈泡的光通量,lm;U利用系數(shù);M減光損失系數(shù),受光源本身使用期間光通量衰減程度、燈具及環(huán)境污染程度的影響,一般取值為0.7;A房間受照面面積,m2。
式(4)還可用來(lái)確定某平均照度下的燈泡數(shù)量n。
燈具的利用系數(shù)與其型式、光視效能和配光曲線(xiàn)有關(guān),燈具的光視效能越高,光通越集中,利用系數(shù)就越高。燈具懸掛越高,反射光通量越多,利用系數(shù)也越高。此外,燈具的利用系數(shù)還與房間的面積和形狀有關(guān)。房間面積越大,越近似正方形,直射光通量越多,利用系數(shù)就越高。
逐點(diǎn)計(jì)算法逐點(diǎn)計(jì)算法包括平方反比法、等照度曲線(xiàn)法、方位系數(shù)法等,這類(lèi)方法只考慮直射光產(chǎn)生的照度,可以用來(lái)計(jì)算任意面上某一點(diǎn)的直射照度。燈具的尺寸一般遠(yuǎn)小于它與被照表面間的距離,故可將其看作點(diǎn)狀發(fā)光元件,用點(diǎn)光源照度計(jì)算公式,就可以較準(zhǔn)確地計(jì)算各種表面上的照度,計(jì)算過(guò)程中的數(shù)量變化關(guān)系如圖1所示。
光源在法向平面上產(chǎn)生的法向照度為:
En=1l2(5)根據(jù)法向平面與水平平面上光通量相等的原理,可以得出:
EhH=EnN(6)式中:Eh水平面上的照度。
NH=cosθ則有:
Eh=Encosθ=1l2cosθ=1h2cos3θ(7)同理可得,垂直平面上的照度為:
Ev=1l2cosφ=Encosφ=Ensinθ(8)推廣到任意平面,假設(shè)該平面與法向平面的夾角為Ψ,則有:
EΨ=EncosΨ(9)在實(shí)際應(yīng)用中,一般首先規(guī)定一系列照度Ei和角度θ值,并從工廠提供的燈具配光曲線(xiàn)中查出與θ值對(duì)應(yīng)的I值;然后求出對(duì)應(yīng)于不同Ei和θ值的高度h,并繪出各類(lèi)燈具空間的等照度曲線(xiàn);最后按燈具計(jì)算高度h和計(jì)算點(diǎn)到燈具軸線(xiàn)的水平距離d,在等照度曲線(xiàn)上直接查出每個(gè)燈具產(chǎn)生的照度Ei和所有燈具產(chǎn)生的總照度,并求出實(shí)際照度為:
E=M∑Ei1000(10)式中:M減光損失系數(shù):/1000光源實(shí)際光通量在計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的照度。
單位容量法單位容量法可以看成是利用系數(shù)法的簡(jiǎn)化,適用于均勻的一般照明計(jì)算,它主要計(jì)算每單位被照面積所需的燈具安裝功率:
W=PS(11)式中:P全部燈具安裝功率,W;S被照面積,m2。
此方法還可以直接計(jì)算出燈具數(shù)量為:
N=EA0C1C2(12)
式中:E需求照度;A房間面積;0單位面積的光通量;C1,C2修正系數(shù);照明燈具光通量。
我們給出一套速查表格以便使用,表1為室形指數(shù)與燈具配光類(lèi)型;表2為各類(lèi)照型對(duì)應(yīng)的距高比;表3為室內(nèi)頂棚、墻面及地面的反射系數(shù);表4為不同燈具效率對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)。
表格的相關(guān)說(shuō)明如下:
(1)室形指數(shù) 其公式為:
RI=WLH(W+L)(13)
式中:W房間寬度;L房間長(zhǎng)度;H燈具至工作面高度。
(2)反射系數(shù) 室內(nèi)頂棚、墻面及地面的反射系數(shù)分別為ρC,ρW,ρf,根據(jù)實(shí)際環(huán)境不同可加系數(shù)C1修正。
(3)修正系數(shù) 各燈具效率不同,可加系數(shù)C2修正。
由以上表格數(shù)據(jù)查出0,C1,C2,然后代入所需照度E及房間面積A,并選擇合適的光源及其光通量,從而得出布燈數(shù)量或求得某燈具布置方案下的照度。
單位容量計(jì)算法設(shè)計(jì)實(shí)例運(yùn)用單位容量計(jì)算法計(jì)算DL/T5390—2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定附錄B中的例子,以驗(yàn)證該算法的可行性和準(zhǔn)確度。
第一步:由式(13)求室形指數(shù)RI,代入W=20m,L=50m,H=16.7m,得出RI=1.43。由距高比D/h<0。9,查表2可得出單位容量光通量最接近數(shù)值0=3.11。
由于ρC,ρW,ρf分別為0.5,0.5,0.2,查表3可知C1=1.08。
根據(jù)火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定的說(shuō)明,按照燈具效率大于70%來(lái)選參數(shù)C2為1是合適的。
第二步:將式(12)變換為E=N/A0C1C2,代入數(shù)據(jù)后可得E=200。原算例的結(jié)果為259,誤差為23%,在可接受的范圍內(nèi)。與原算例的計(jì)算過(guò)程相比,本算法僅需查表格來(lái)確定相應(yīng)的參數(shù),然后代入公式即可,更為簡(jiǎn)便易行。
利用系數(shù)法是在溫度照度記錄儀中總結(jié)出來(lái)的計(jì)算方法,具有計(jì)算簡(jiǎn)單、理解容易的優(yōu)點(diǎn),適用于計(jì)算精度要求不高的場(chǎng)合;逐點(diǎn)計(jì)算法可用來(lái)計(jì)算各個(gè)溫度照度記錄儀的燈具在計(jì)算點(diǎn)所產(chǎn)生的照度,計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確,缺點(diǎn)是計(jì)算量大;單位容量法的優(yōu)點(diǎn)在于只需簡(jiǎn)單查表計(jì)算,便于工程設(shè)計(jì)人員掌握,而且花費(fèi)時(shí)間較短,準(zhǔn)確度較高,在溫度照度記錄儀工程實(shí)踐中有較廣泛的應(yīng)用前景。