Стремительно растущая урбанизация изменяет интенсивность и спектральный состав важнейшего фактора среды обитания человека – солнечной радиации у поверхности земли вследствие загрязнения атмосферного воздуха, снижения его прозрачности и существенного затенение территорий плотной многоэтажной застройкой. Ограниченная прозрачность остекления светопроемов, их затеняемость, а зачастую и несоответствие их размеров площади и глубине помещений, вызывают повышенный дефицит естественного света в помещениях. Недостаток естественного света восполняется искусственным освещением [1].

Следовательно, расчет искусственного освещения влияет на:

– работоспособность и утомляемость сотрудников, а значит, на производительность труда;

– условия труда;

– качество выполняемых работ;

– психологическое состояние человека;

– безопасность жизнедеятельности;

– энергозатраты;

– подбор оборудования для осветительной установки.

Ряд единиц, необходимых для расчета искусственного освещения, вытекает из задач данного мероприятия. Эти единицы нормированы, и поддержание их обеспечивает оптимальное распределение световой энергии, а значит, позволяет выполнить поставленные задачи. Основные параметры, которые учитываются при расчете искусственного освещения таковы:

1. Световой поток. Данная величина, измеряемая в люменах (лм) существенна для расчета искусственного освещения, поскольку характеризует мощность лучистой энергии в 1 Вт.

2. Освещенность. Эта характеристика, измеряемая в люксах (лк), важна для расчета искусственного освещения, поскольку определяет отношение светового потока к площади освещаемой поверхности.

3. Сила света измеряется в канделах (кд) и учитывается при расчете искусственного освещения потому, что характеризует плотность светового потока.

4. Светимость важна для расчета искусственного освещения в силу того, что определяет отношения светового потока к источнику освещения. Принятая единица измерения – лм/м².

5. Яркость. Эта величина принципиальна для расчета искусственного освещения потому, что определяет отношение силы света к освещаемой поверхности.

Работа, выполняемая с использованием вычислительной техники, имеют следующие недостатки:

– вероятность появления прямой блесткости;

– ухудшенная контрастность между изображением и фоном;

– отражение экрана.

В связи с тем, что естественное освещение слабое, на рабочем месте должно применяться также искусственное освещение.

Для расчета искусственного освещения специалисты прибегают к различным методам.

Для примера сравним два метода расчета: математический и с применением систем автоматизированного проектирования.

Математический расчет освещения научно-исследовательской лаборатории.

Размещение светильников определяется следующими размерами:

Н = 4 м. – высота помещения

h_c = 0,25 м. – расстояние светильников от перекрытия

h_п = H – h_c = 4 – 0,25 = 3,75 м. – высота светильников над полом

h_p = высота расчетной поверхности = 0,75 м (для помещений, связанных с работой ПЭВМ)

h = h_п – h_p = 2,75 – 0,75 = 2 м – расчетная высота.

Светильник типа ДРЛ (4х18 Вт). Длина 0,6 м, ширина 0,6 м, высота 0,11 м.

L – расстояние между соседними светильниками (рядами люминесцентных светильников), L_а (по длине помещения) = 1,2 м, L_в (по ширине помещения) = 1,2 м.

l – расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены, l = 0,3 – 0,5L.

l_а = 0,5L_a, l_в = 0,3L_в

l_a= 0,6 м., l_в = 0,36 м.

Светильники с люминесцентными лампами в помещениях для работы рекомендуют устанавливать рядами.

Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затемняющих предметов. Потребный поток ламп в каждом светильнике:

где     Е – заданная минимальная освещенность равна 500 лк., т.к. разряд зрительных работ = 3

r – коэффициент запаса = 1,3 (для помещений, связанных с работой ПЭВМ)

S – освещаемая площадь = 45,36 м².

z – характеризует неравномерное освещение, z = Е_ср / Е_min
- зависит от отношения l = L/h , l_a = L_a/h = 0,6, l_в = L_в/h = 1,5. Т.к.
l превышают допустимых значений, то z=1,1 (для люминесцентных ламп).

N – число светильников, намечаемое для расчета. Первоначально намечается число рядов n, которое подставляется вместо N. Тогда F – поток ламп одного ряда.

где F₁ – поток ламп в каждом светильнике.

h – коэффициент использования. Для его нахождения выбирают индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения r_пот. (потолка) = 70 %, r_ст. (стены) = 50 %, r_п. (пола) = 30 %.

Расчеты показали, что рационально использовать 12 светильников, расположив их: 4 светильника в длину и 3 светильника в ширину. Светильники вмещаются в ряд, так как длина ряда 8,4 м., ширина – 5,4 м. Применяем светильники с лампами 4х18 Вт в количестве 12 шт. получим освещенность помещения:

Схема расположения светильников представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема расположения светильников

Так же, провести расчет освещенности становится возможным с помощью применения различных программных продуктов. Для расчетов освещения применяется программный продукт DIALux , разработанный DIAL GmbH (Deutche Institut fur Angewandte Lichttechnik) – Немецким Институтом Прикладной светотехники.

DIALux одна из самых эффективных программ для расчета освещения на рынке программного обеспечения. Она учитывает все современные требования к дизайну и расчету освещения. Этот комплекс поддерживает международные и национальные стандарты европейских стран.

Процесс проектирования освещения состоит из следующих этапов [3]:

1. Задание геометрических размеров расчетного помещения;
   
2. Выбор и расположение оборудования в помещении;
   
3. Задание для пола, стен и потолка коэффициента отражения;
   
4. Подбор и расположение светильников;
   
5. Автоматизированный расчет;
   
6. Вывод результатов.

Модель помещение лаборатории, созданная в программе DIALux и
распределение освещенности приведены на рис. 2 и рис.3 соответственно.

Рисунок 2 – Модель лаборатории

Рисунок 3 – Распределение освещенности

Проведенные исследования показали, что для расчета освещенности существует несколько подходов. При выборе их необходимо исходить из возможности более точного подхода к расчету.

Моделирование помогает проектировщикам понять, какие компромиссы и решения в области проекта они должны сделать для оптимизации своей продукции. Моделирование значительно сокращает затраты на разработку продукта.

По итогам моделирования получен готовый проект освещения лаборатории. Математические расчеты и расчеты в программном комплексе DIALuxсовпадают. Из рис.2 и рис.3 видно, что лаборатория удовлетворяет условиям минимальной освещенности в 500 лк [4].

С целью повышения точности проектно-сметной документации и совершенствования расчетов освещения можно проводить расчеты в программных комплексах, специально предназначенных для этих целей.

Целью данной работы является разработка программного обеспечения для расчета стоков фильтрационных установок с катионитом и фильтрующим материалом комплексного действия.

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в сточных водах регламентируются в каждом цивилизованном обществе соответствующими документами, выполнение которых строго контролируется. В Украине действующим документом является [1], который указывает ПДК наиболее распространённых загрязняющих веществ и соединений.

В зависимости от методов водоподготовки, которые используются в конкретном случае, объем и состав стоков может сильно варьироваться. Одним из самых распространённых методов подготовки воды в промышленности и в быту является ионный обмен, позволяющий эффективно удалять из воды различные примеси. В данной работе были рассмотрены фильтрационные системы с Na-катионитом или комплексным фильтрующим материалом, предназначенным для снижения жёсткости воды с одновременным удалением примесей железа, марганца и природных органических веществ.

В процессе своей работы катионит поглощает катионы из раствора, обменивая их на катионы (Na⁺ ), связанные с функциональными группами катионита. По окончанию фильтроцикла установки она выводится на регенерацию, во время которой из фильтра раствором соли удаляются все задержанные загрязнители и восстанавливаются свойства материала. В зависимости от химического состава стоков, их можно использовать для извлечения ценных компонентов.

Разработанное для расчётов составов стоков программное обеспечение является серверным приложением, написанным на языке программирования PHP с использованием СУБД MySQL. Преимуществами такого подхода является возможность доступа и использования программы с любого устройства вне зависимости от операционной системы или браузера. Кроме того, нет необходимости в установке дополнительного программного обеспечения, а ресурсоёмкие расчёты не создают излишней нагрузки на стороне пользователя.

Разработанный программный продукт позволяет рассчитать химический состав регенерационных стоков катионитных и комплексных фильтров. В начале работы программы необходимо выполнить ввод исходных данных (рисунок 1). Для расчета указываются параметры фильтрационной установки (её типоразмер), характеристики фильтрующего материала (рабочая обменная емкость, доза реагента для регенерации, скорость обратной промывки) и состав исходной воды. Сведения о степени удаления тех или иных загрязнителей автоматически загружаются из базы данных в зависимости от выбранного материала. Новые фильтрующие материалы можно добавлять в базу самостоятельно.

В основу расчёта концентрации загрязнителей в стоках положена следующая общая формула:

где С_загр –концентрация задерживаемого загрязнителя на выходе, С_исх - концентрация задерживаемого загрязнителя на входе в установку, С_кон - концентрация задерживаемого загрязнителя на выходе из установки, Ф – фильтроцикл установки, V_стоков – объем образующихся стоков.

Рисунок 1. Ввод исходных данных в программу

Результатом работы программы является отчет с таблицей (рисунок 2), которая отображает введенные исходные данные, объем и химический состав стоков. Пример отчета приведен на рисунке 2. Демонстрационный расчёт выполнен для фильтрующего материала Ecomix A, характеристики которого приведены на рисунке.

Выводы

Разработан программный продукт, позволяющий высчитать состав стоков для различных материалов и конкретного анализа воды. В дальнейшем планируется использовать данный программный продукт как компонент для автоматизированной системы химических расчетов в качестве экологического критерия подбора оборудования; нахождения необходимой степени разбавления полученных стоков для сброса в городскую канализацию или последующей очистки.