lab_9 (Лабники по БЖД с кафедры)

8

Лабораторная работа 9

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО

ОСВЕЩЕНИЯ

Цель работы

Изучить принципы нормирования, расчета и контроля естествен­ного и искусственного освещения помещений.

Содержание работы

1.Замерить освещенность в лаборатории при естественном и искусственном освещении.

2.Произвести нормирование искусственного освещения в соот­ветствии со СНиП 23-05-95 и измерение фактической освещенности для заданных зрительных работ.

Основные светотехнические понятия и величины

Основными показателями, характеризующими свет, являются све­товой поток, сила света, освещенность и яркость.

Для качественной оценки визуального действия светового пото­ка и характеристики его распределения по поверхности и в простран­стве разработана система световых единиц. Исходной для построения системы световых единиц является единица силы света - кандела (кд), которая определяется как сила света, испускаемая с поверх­ности площадью 1/600000 м эталонного излучателя (черного тела) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания пла­тины 2042 К и давлении 101325 Па (760 мм.рт.ст.).

Световой поток  определяется как величина не только физи­ческая, но и физиологическая, так как измерение ее основано на зрительном восприятии. Световой поток  - мощность лучистой эне­ргии, оцениваемой по световому ощущению, воспринимаемому челове­ческим глазом. Единицей измерения светового потока является люмен (лм). 1 лм - световой поток, испускаемый в единичном телесном уг­ле (1 стерадиане) точечным источником при силе света 1 кд. Расп­ределение светового потока реального источника излучения в окру­жающем пространстве обычно неравномерно. Поэтому пространствен­ную угловую плотность светового потока характеризуют величиной силы света. Сила света I является одной из основных величин Международной системы единиц СИ и определяется как отношение све­тового потока  к телесному углу  , в пределах которого свето­вой поток распространяется и равномерно распределяется:

I_= / ,

где I_. - сила света под углом . Освещенность Е характеризует поверхностную плотность светового потока на освещаемой площади S: Е=/S. Единица освещен­ности - люкс (лк) - это освещенность поверхности площадью 1 м² световым потоком 1 лм. Яркость L поверхности определяется как отношение силы света светящейся поверхности в рассматриваемом направлении к ее проекции на плоскость, перпендикулярную ýòîмy направлению: L=I/(Scos). Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м²) - специального названия не имеет. Чело­век различает окружающие предметы только благодаря тому, что они имеют разную яркость. Уровень ощущения света человеческим глазом зависит от плотности светового потока на сетчатке глаза, поэто­му основное значение для зрения имеет не освещенность какой-либо поверхности, а световой поток, отраженный от этой поверхности и попадающий на зрачок, т.е. яркость. Яркость светящихся поверх­ностей обратно пропорциональна их площади, а яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, от степени освещен­ности и, в общем случае, от угла, под которым поверхность рассма­тривается. Поверхности, яркость которых в отраженном свете оди­накова во всех направлениях, называют диффузными. Для них спра­ведливо соотношение L=E/, где  — коэффициент отраже­ния, определяемый отношением отраженного от поверхности светово­го потока _ к падающему потоку .

Виды и системы освещения

В зависимости от природы источника световой энергии различа­ют естественное, искусственное и совмещенное освещение. Естест­венное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникавшим через световые проемы (окна) в наружных стенах.

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее в комбинированное. Во всех производственных помещениях с постоян­ным пребыванием в них людей для работ в дневное время следует предусматривать естественное освещение как более экономичное и совершенное с точки зрения медико-санитарных требований по срав­нению с искусственным освещением. Особенность естественного ос­вещения - чрезвычайно широкий диапазон изменения и непостоянство. Поэтому оценивать естественное освещение в абсолютных единицах освещенности - люксах - не представляется возможным. В качестве нормируемой величины принята относительная величина - коэффициент искусственной освещенности е (КЕО), который представляет собой выраженное в процентах отношение освещенности в данной точке внутри помещения (E_вн). к одновременно замеренной наружной освещенности (E_нар), создаваемой рассеянным светом всего небосвода: е = E_вн/E_нар100%. Достаточность естественного освещения в по­мещения регламентируется нормами СНиП 23-05-95 (таблица приведена на стенде), которыми установлены значения КВО в зависимости от следующих четырех факторов: I) характера или точности зрительной работы; 2) системы освещения; 3) коэффициента светового климата, определяемого в зависимости от района расположения здания на тер­ритория России; 4) коэффициента солнечности, зависящего от ориента­ции здания относительно света. Для зданий, расположенных в центре Европейской части СССР, независимо от их ориентации, коэффициен­ты светового климата и солнечности равны единице. В помещениях с боковым односторонним освещением нормируется минимальное значение КЕО в точке на рабочей плоскости, наиболее удаленной от светового проема. Значение KЕO меняется в зависимости от точности зритель­ной работы и может быть при верхнем и комбинированном освещении от 2 до 10 %, при боковом - от 0,5 до 3,5 %. Установленные СНиПом нормируемые значения КЕО используются для проектирования производственных зданий (помещений). На стадии проектирования основной задачей светотехнических расчетов при естественном освещении яв­ляется определение требуемой площади световых проемов.

Методика расчета естественного освещения подробно изложена в СНиП 23-05-95. В том случае, если естественное освещение оказыва­ется недостаточным, его дополняют искусственным. Такое освещение называют совмещенным.

Искусственное освещение применяется в часы суток, когда естественный свет недостаточен, или в помещениях, где он отсутству­ет. Существуют следующие виды искусственного освещения по функ­циональному назначению: рабочее, аварийное, эвакуационное в де­журное. Искусственное освещение проектируется двух систем - общим и комбинированным. Общее - при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализован­ное освещение). Комбинированное - к общему добавляется местное от светильников, концентрирующих световой поток непосредственно на рабочих местах. Искусственное освещение должно обеспечивать освещенность на рабочих местах в соответствии с нормами СНиП 23-05-95 (табл. приведена на стенде). В основу нормирования освещен­ности положены следующие показатели, характеризующие условия зри­тельной работы: размер объекта и его коэффициент отражения фон, контраст объекта с фоном. 1) Размер объекта - наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работы. Например, при чтении текста - толщина линии буквы, при работе с приборами - тол­щина линии градуировки шкалы или толщина стрелки. Коэффициент от­ражения объекта (₀) различается по светлоте, также как и фон. Объект может быть светлым при ₀>0,4, средним при 0,2₀0,4 и темным при ₀0,2. 2) Фон - величина, определяемая коэффициен­том отражения поверхности (_ф), на которой рассматривается объ­ект (см. на стенде). 3) Контраст объекта с фоном (К) характеризу­ется отношением абсолютной величины разности между яркостью объек­та и фона к яркости фона или между их коэффициентами отражения к коэффициенту отражения фона (см. на стенде). Контраст объекта с фоном (К) считается большим, средним или малым в зависимости от его численного значения (табл.1).

Таблица 1

В некоторых случаях фон и контраст объекта с фоном можно опреде­лить визуально, например, при чертежных работах: фон - светлый, контраст - объекта с фоном - большой.

При нормировании осветительных условий (определении уровня освещенности по СНиП 23-05-95) для заданной зрительной работы при искусственном освещении необходимо знать: I) разряд работы, кото­рый зависит от размера объекта различения, 2) подразряд работы, который зависит от контраста объекта с фоном и характеристики фо­на. Принимая во внимание параметры указанные выше, определяется нормируемое значение искусственного освещения. Предусматриваемое СНиПом число разрядов для промышленных предприятий составляет 8, первые 5 разрядов имеют подразряды работ. В основу норм положена шкала со ступенями освещенности: 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000 лк. Освещенность повышают на одну ступень по шкале освещенности в тех случаях, когда работа связана с повышенной опас­ностью, при непрерывной зрительной работе более 4 часов, отсутст­вии естественного света, в помещениях для работы и обучения под­ростков, при рассмотрении объектов, расположенных от глаз далее чем на 0,5 м или движущихся поверхностях. В помещении должна быть обеспечена равномерность и устойчивость уровня освещенности во избежание частоты переадаптации и утомления зрения. В поле зрения должна отсутствовать прямая (от самих источников) и отра­женная блескость.

Расчет и контроль освещения

Расчет искусственного освещения может выполняться различны­ми методами. Наиболее распространенным в проектной практике явля­ется расчет освещения по методу коэффициента использования свето­вого потока, который предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей. Расчетное уравнение метода

Ф= E_нkSZ/(N) ,

где Ф - световой поток каждой из ламп или каждого светильника в лм;

E_н - нормируемая минимальная освещенность в лк;

k - коэффициент запаса, учитывавший запыление светильников и износ источников света в процессе эксплуатации (для помещений общественных зданий k=1,3-1,5);

S - площадь помещения в м²;

Z - коэффициент неравномерности освещения (в большинстве случаев Z =1,1-1,2);

N - выбранное число ламп или светильников;

 - коэффициент использования излучаемого светильниками светового потока (в долях единицы).

Определяют  по справочным данным в зависимости от типа светиль­ников, коэффициентов отражения потолка, стен, расчетной поверх­ности и индекса помещения i=АВ/h(А+В) , где h - высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м; А и В - ширина и длина помещения, м. По формуле, приведенной выше, рассчитывается световой поток Ф в лм лампы (ламп) в светильнике, необходимый для создания на рабо­чих поверхностях освещенности Е не ниже нормируемой на все вре­мя эксплуатации осветительной установки. По полученному в результате расчета требуемому световому потоку подбирается ближайшая стандартная лампа. Допускается отклонение светового потока лампы от расчетного не более чем на (-10%)(+20%). При невозможности выбора ламп с таким приближением корректируют количество светиль­ников.

Чаще решается обратная задача, т.е. по известному световому потоку лампы (ламп) в светильнике определяется необходимое чис­ло ламп или светильников N для получения требуемой нормирован­ной освещенности Е_н.

Измерение и контроль освещенности осуществляется с помощью приборов, получивших название люксметров. Принципиальная электри­ческая схема люксметра приведена на стенде. Принцип действия люксметра основан на явлении фотоэлектрического эффекта. Под влиянием светового потока, падающего на селеновый фотоэлемент, в замк­нутой цепи возникает ток, величина которого пропорциональна све­товому потоку. Прибор градуирован в люксах. Существенным преиму­ществом селенового фотоэлемента по сравнению с другими типами фо­тоэлементов является то, что его кривая спектральной чувствитель­ности наиболее близко совпадает с кривой относительной видности человеческого глаза. При измерении освещенности фотоэлемент уста­навливается горизонтально на некотором расстоянии от проводящего измерения так, чтобы тень не падала на фотоэлемент.