Лабораторная работа исследованию искусственного освещения

Лабораторная работа №2 

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Цель работы: ознакомиться с приборами и методами измерения освещенности на рабочих местах, порядком нормирования и расчета искусственного освещения. 

            Общие положения

            Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест.

            Прием и анализ информации зрительным анализатором (глазом) человека происходит в световом диапазоне λ = 0,38…0,76 мкм оптической области спектра электромагнитных волн. Наибольшее значение чувствительности достигается при длине волны λ_m =  0,554 мкм (желто-зеленая часть спектра).

            При освещении производственных помещений используется как естественное освещение, создаваемое светом небесного купола (прямым и рассеянным), так и искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света. Имея более благоприятный для зрительного восприятия спектральный состав естественное освещение, меняется в зависимости от географической широты, времени года и суток. Поэтому для освещения в те часы суток, когда естественное освещение недостаточно для проведения технологических операций используют искусственное освещение.

            Освещение характеризуется количественными и качественными показателями.

            К количественным светотехническим характеристикам относятся:

световой поток Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая зрением человека как свет; характеризует мощность светового излучения; измеряется в люменах (лм);

освещенность Е – это отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м²), т.е. Е = Ф/S; за единицу освещенности принят люкс (лк); 

сила света J – это отношение светового потока Ф к телесному углу ω, в пределах которого световой поток равномерно распределяется; рассчитывается по формуле J = Ф/ω; измеряется в канделах (кд);

яркость В поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света J_α, излучаемой поверхностью в этом направлении, к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению; определяется по формуле В_α = J_α /S_*cosα; измеряется кд/м².

К качественным характеристикам освещения относятся фон, контраст объекта с фоном К, коэффициент пульсации освещенности k_п, показатель ослепленности Р₀, видимость V.

Коэффициент пульсации освещенности k_п – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока; рассчитывается по формуле k_п = 100_*(Е_max - Е_min)/2Е_ср, где Е_max, Е_min, Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний.

Критерием слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, является показатель ослепленности Р₀, значение которого определяется по формуле Р₀ = (V₁/V₂ - 1)_*1000, где V₁ и V₂ – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух видов – общее и комбинированное, когда к общему освещению помещения добавляется местное, установленное непосредственно на рабочих местах, где выполняются точные зрительные работы. При комбинированном освещении освещенность рабочих поверхностей от общего освещения должна быть равной или больше 10% нормируемой.  

            Общее освещение подразделяется на рабочее, аварийное и специальное.

            Рабочее освещение предназначено для нормального выполнения производственного процесса, прохода людей и движения транспорта и является обязательным для всех помещений.

            Аварийное освещение обеспечивает минимальную освещенность на рабочем месте и предусматривается для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. Оно необходимо для обслуживания оборудования, способного вызвать пожар, взрыв, отравление людей и т. п.

            Минимальная освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания в аварийном режиме, должна быть равна 5% нормируемой освещенности в системе общего освещения. В то же время она не должна быть ниже 2 лк внутри зданий и 1 лк на открытых территориях. Наименьшая освещенность на полу, земле или ступенях при аварийном освещении для эвакуации людей должна быть в помещениях 0,5 лк, а на открытых территориях 0,2 лк.

            Специальные виды освещения и облучения:

            охранное  освещение устраивают вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Его следует по возможности выполнять, используя частично рабочее и аварийное освещение;

            эритемное освещение (искусственное ультрафиолетовое облучение) предусматривается на промышленных предприятиях, расположенных в районах с дефицитом естественного ультрафиолетового облучения;   

            бактерицидное освещение применяется для обеззараживания воздуха в производственном помещении.

            Для искусственного освещения (общего и комбинированного) применяют электрические лампы накаливания и газоразрядные лампы: люминесцентные типа ЛД, ЛБ и др., дуговые ртутные лампы (ДРЛ), дуговые ксеноновые трубчатые лампы (ДКсТ), натриевые лампы (ДНаТ) и др. Все типы ламп ДРЛ, ДКсТ и ДНаТ имеют резьбовые цоколи, аналогичные цоколям ламп накаливания. Световая отдача ламп накаливания общего назначения 7-20 лм/Вт, люминесцентных – 40-75 лм/Вт, ртутных высокого давления – 60 лм/Вт, натриевых – до 100 лм/Вт.

             Осветительные установки состоят из источника света и арматуры (светильника), которая предназначена для перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранении глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света. Различают светильники общего и местного освещения.

Для ламп накаливания применяют светильники типа «Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Люцетта», «Молочный шар» (у вышеперечисленных светильников количество ламп в светильнике n = 1), а для газоразрядных ламп – типа ЛПО («Циклон Де Люкс», «Леванто») и ЛВО («Муссон»). Светильники типа ЛПО предназначены для n = 2 люминесцентных ламп мощностью 36, 40 Вт каждая и крепятся к любому типу потолков. Светильники типа ЛВО предназначены для n = 4 люминесцентных ламп мощностью 18 Вт и устанавливаются в подвесной потолок.

Искусственное освещение должно обеспечить освещенность на рабочих местах в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95. 

            Освещенность принято нормировать раздельно в зависимости от применяемых ламп и систем освещения. Наименьшую освещенность в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 устанавливают согласно условиям зрительной работы, которые определяются следующими параметрами:

            1. Размер объекта различения – наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работы (размер самой маленькой детали, самой тонкой линии на чертеже и пр.).

            2. Фон – поверхность, на которой рассматривается объект различения. Характеризует фон коэффициент отражения ρ, который зависит от цвета и фактуры поверхности; в зависимости от коэффициента отражения фон может быть светлым при ρ > 0,4; средним при ρ = 0,2…0,4 и темным при ρ < 0,2.

            3. Контраст объекта с фоном К – характеризуется соотношением яркости В_об объекта различения и яркости В_ф фона; определяется по формуле К = |В_об-В_ф|/В_об; контраст считается большим, если К > 0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним  при К = 0,2…0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при К < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

            К другим нормируемым параметрам искусственного освещения относятся показатель ослепленности Р₀ и коэффициент пульсации освещенности k_п. Диапазон изменения допустимых значений этих нормируемых параметров определяется разрядом зрительной работы: Р₀ = 20…80 единиц; k_п = 10…20 %

            Расчет искусственного освещения 

            Основной задачей светотехнических расчетов является определение мощности осветительной установки для создания заданной по нормам освещенности. При этом используются три метода расчета: метод коэффициента  использования светового потока, точечный метод и метод удельной мощности.

            Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности основным является метод коэффициента  использования светового потока, при этом учитывается отражение светового потока от потолка и стен.

Световой поток Ф_л (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника

Ф_л = Е_норм*S_*z_*k_з/N_*η,     (2.1)

где Е_норм – нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95, лк; S – площадь освещаемого помещения, м²; z – коэффициент неравномерности освещения, это отношение средней освещенности к минимальной, обычно z = 1,1…1,2; N – число светильников в помещении; η - коэффициент  использования светового потока (в долях единицы), то есть отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп; находится по справочным данным в зависимости от типа светильника, коэффициента отражения стен ρ_с, потолка ρ_п, индекса помещения

i = А_*В/h_*(А+В),     (2.2) 

где А и В – длина и ширина помещения а плане, м; h – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (расстояние между светильниками и освещаемой поверхностью), м.

            Коэффициент запаса k_з, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света приводится в Приложении 1.

            Обычно для расчета задаются числом светильников N, по нормам определяют значение минимальной освещенности Е_норм (Приложение 2), по справочным данным находят значения η (Приложение 3), k_з (Приложение 1) и z, по формуле (2.1) рассчитывается световой поток. По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 17677-82 и ГОСТ 6825-91 выбирается ближайшая стандартная лампа и определяется необходимая электрическая мощность (Приложение 4). При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10…20 %.    

            Для проверочного расчета местного освещения, а также для расчета освещенности конкретной точки на горизонтальной и наклонной поверхности при общем локализованном (с учетом расположения рабочих мест) освещении применяют точечный метод.

            В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

Е_А = J_α*cosα/r²,     (2.3) 

где Е_А – освещенность горизонтальной поверхности в расчетной точке А, лк; J_α – сила света в направлении от источника к расчетной точке А (значение силы света определяется выбранным источником света и типом светильника); α – угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка, и направлением вектора силы света в точку А; r – расстояние от светильника до точки А, м. Учитывая, что r = Н/cosα и вводя коэффициент запаса k_з, можно записать

Е_А = J_α*cos³α/Н²_*k_з ≤ Е_норм     (2.4) 

            При ориентировочных расчетах применяют наиболее простой, но менее точный метод – метод удельной мощности:

Р_уд = Р/S = Р_л*N/S = 0,25_*Е_норм*k_з,     (2.5) 

где Р_уд – удельная мощность источника света, Вт; Р_л – мощность одной лампы, Вт; N – число светильников; S – площадь освещаемой поверхности, м².

            Применяемые приборы и оборудование

            Фотоэлектрический люксметр типа Ю-17, предназначенный для измерения освещенности в люксах. Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. Прибор имеет три основных предела измерения. Измеряя освещенность от источника света с иным, чем у ламп накаливания, спектральным составом, необходимо учитывать поправочные коэффициенты. Для люминесцентных ламп поправочный коэффициент равен 1,5, для ЛД – 0,98, для ДРЛ – 1,2 и естественного света – 0,8.

            Полученная фактическая освещенность должна быть больше или равна нормируемой минимальной освещенности, умноженной на коэффициент запаса. При несоблюдении этого соотношения осветительная установка непригодна для эксплуатации.   

            Порядок проведения эксперимента

            Задание 1.

            Определить параметры, характеризующие условия работы с точки зрения освещения. При замере освещенности исключить влияние естественного освещения.

            1. Включить все верхние светильники, определить тип ламп и систему освещения.

            2. Пользуясь люксметром, определить освещенность на рабочем месте. Для этого положить фотоэлемент на поверхность чертежа чувствительным слоем вверх, снять показания прибора. Во время измерений учесть поправочный коэффициент для применяемой лампы.

            3. Определить размер объектов в миллиметрах (объекты – линии на чертеже, размер объекта – толщина линии на чертеже).

            4. Определить контраст объекта с фоном с помощью нижеприведенной таблицы.

Цвет	Фон	Контраст
Желтый	Светлый	Малый
Голубой	Светлый	Малый
Зеленый	Светлый	Малый
Красный	Светлый	Средний
Синий	Светлый	Средний
Черный	Светлый	Большой

            5. По СНиП 23-05-95 (Приложение 2) определить нормируемую минимальную освещенность для всех возможных случаев (рассмотреть 3-4 линии разного цвета и толщины, имеющиеся на чертеже), принимая во внимание параметры, определенные выше. Полученные данные занести в таблицу 1. Сделать вывод в отчете о возможности проведения работ.  

Таблица 1.

Вид источника	Система освещения	Измеренная освещенность, лк	Фон	Объект	Контраст объекта с фоном	Размер объекта, мм	Разряд зрительной работы	Нормируемая минимальная освещенность, лк

Задание 2.

            Исследование комбинированного освещения.

1. Включить 4 светильника, которые расположены на потолке.

2. Замерить освещенность на рабочем месте.

            3. Включить светильник местного освещения.

            4. Замерить освещенность в одной и той же точке при высоте подвеса h лампы местного освещения 35, 70, 100 см. Полученные данные занести в таблицу 2.

            5. Определить в каждом случае долю общего освещения в процентах, сделав заключение, достаточно ли оно. Выводы занести в отчет.

Таблица 2.

Высота подвеса светильника местного освещения h, см	Освещенность, создаваемая общим освещением, лк	Освещенность комбинированного освещения, лк	Доля общего освещения, %	Нормируемая минимальная освещенность комбинированного освещения, лк
35
70
100

            Задание 3.

            Провести расчет искусственного освещения в помещении конструкторского бюро (при выполнении напряженной зрительной работы 2г, 3б, 3в, 3г, 4а, 4б, 4в, 4г разрядов в течение всего рабочего дня) методом коэффициента использования светового потока по данным, приведенным в нижеследующей таблице (номер варианта указывается преподавателем).

Данные для расчета искусственного освещения

Параметры	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7
	«Глубоко излучатель», n = 1	«Универсаль», n = 1	«Люцетта», n = 1	«Молочный шар», n = 1	«Циклон ДеЛюкс» (ЛПО), n = 2	«Леванто» (ЛПО), n = 2	«Муссон» (ЛВО), n = 4
Длина помещения А, м	10	12	30	6	14	10	12
Ширина помещения В, м	8	10	20	4	8	6	5
Высота подвеса светильника h, м	2,5	1,7	3	3	2,5	3	2,8
Общее количество светильников N, штук	15	30	10	12	22	21	12
Коэффициент отражения потолка ρп, %	70	50	70	30	50	30	70
Коэффициент отражения стен ρс, %	50	30	30	10	30	10	50
Коэффициент неравномерности z	1,2	1,1	1,2	1,1	1,15	1,15	1,1
Напряжение сети U, В	220	220	220	220	220	220	220

            Условные обозначения: Л – люминесцентные, П – потолочные, В – встраиваемые, О – для общественных зданий.

            1. Вычислить площадь помещения S = А_*В.

            2. Определить индекс помещения i по формуле (2.2).

            3. Найти значение коэффициента использования осветительной установки η с помощью Приложения 3.

            4. Найти значение коэффициента запаса k_з (Приложение 1). 

            5. По Приложению 2 выбрать нормируемую минимальную освещенность Е_норм, соответствующую разряду зрительной работы выполнения чертежа. 

            6. Полученные и заданные значения подставить в формулу (2.1) и произвести расчет светового потока.

            7. По рассчитанному значению светового потока Ф_л подобрать тип и мощность лампы светильника (Приложение 4).

8. Определить суммарную электрическую мощность осветительной установки по формуле Р = Р_л*N_*n.

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник / Под ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа, 2001г. – 485с.

2. Справочник для проектирования электрического освещения. – М.: Госэнергоиздат, 1960г.

3. Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

Приложение 1. Значения коэффициента запаса k_з

Характеристика объекта	Коэффициент запаса kз
	Ламп накаливания	Люминесцентных ламп
Помещения с большими выделениями пыли, дыма, копоти	1,7	2,0
Помещения со средними выделениями пыли, дыма, копоти	1,5	1,8
Помещения с малыми выделениями пыли	1,3	1,5
Наружное освещение светильниками	1,3	1,5
Прожекторное освещение	1,5	-

Приложение 2. Нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95

Зрительная работа						Нормируемая минимальная освещенность Енорм, лк
Точность работ	Размер объекта различения, мм	Разряд работы	Подразряд	Контраст объекта с фоном	Фон	Газоразрядные лампы		Лампы накаливания
						Комбини- рованное	Общее	Комбини- рованное	Общее
Очень высокая	От 0,15 до 0,3	2	а	Малый	Темный	4000	1250	3000	300
			б	-	Средний	3000	750	2500	300
			б	Средний	Темный	3000	750	2500	300
			в	Малый	Светлый	2000	500	1500	300
			в	Средний	Средний	2000	500	1500	300
			в	Большой	Темный	2000	500	1500	300
			г	Средний	Светлый	1000	300	750	200
			г	Большой	Средний	1000	300	750	200
			г	Большой	Светлый	1000	300	750	200
Высокая	От 0,3 до 0,5	3	а	Малый	Темный	2000	5000	1500	300
			б	-	Средний	1000	300	750	200
			б	Средний	Темный	1000	300	750	200
			в	Малый	Светлый	750	300	600	200
			в	Средний	Средний	750	300	600	200
			в	Большой	Темный	750	300	600	200
			г	Средний	Светлый	400	200	400	150
			г	Большой	Средний	400	200	400	150
Средняя	От 0,5 до 1,0	4	а	Малый	Темный	750	300	600	200
			б	-	Средний	500	200	500	150
			б	Средний	Темный	500	200	500	150
			в	Малый	Светлый	400	150	400	100
			в	Средний	Средний	400	150	400	100
			в	Большой	Темный	400	150	400	100
			г	Средний	Светлый	300	150	300	100
			г	Большой	Средний	300	150	300	100
Малая	От 1,0 до 5,0	5	а	Малый	Темный	300	200	300	150
			б	-	Средний	200	150	200	100
			б	Средний	Темный	200	150	200	100
			в	Малый	Светлый	-	100	-	50
			в	Средний	Средний	-	100	-	50
			г	-	Светлый	-	100	-	50
			г	Большой	Средний	-	100	-	50

Приложение 3. Таблица коэффициентов использования светильников

Светильник	«Глубоко излучатель»			«Универсаль»			«Люцетта»			«Молочный шар»			«Циклон ДеЛюкс» (ЛПО)			«Леванто» (ЛПО)			«Муссон» (ЛВО)
Коэффициент отражения потолка ρп, %	30	50	70	30	50	70	30	50	70	30	50	70	70	50	30	70	50	30	70	50	30
Коэффициент отражения стен ρс, %	10	30	50	10	30	50	10	30	50	10	30	50	50	30	10	50	30	10	50	30	10
Индекс помещения i	Коэффициент использования η, %
0,6	24	27	31	27	30	34	19	25	33	19	22	26	30	24	20	22	17	15	41	34	31
0,8	32	34	37	35	38	41	25	33	41	28	28	32	37	29	26	27	22	19	48	41	38
1,25	39	41	43	44	46	48	31	38	48	33	35	37	47	38	35	33	28	26	58	50	47
2	44	46	49	50	52	55	38	45	55	39	40	43	57	47	43	41	34	31	68	58	55
3	49	51	53	55	57	60	44	51	60	43	45	47	64	51	50	45	37	36	73	61	60
5	52	54	57	58	60	63	48	56	65	46	48	51	70	58	56	49	41	39	78	66	64

Приложение 4. Лампы накаливания и газоразрядные лампы

Тип лампы	Напряжение на лампе, В	Мощность РЛ, Вт	Световой поток Фл, лм
Б 220-230-40-1	225	40	430
Б 220-230-60-1	225	60	730
Б 220-230-75-1	225	75	960
Б 220-230-100-1	225	100	1380
Б 235-245-150-1	240	150	2180
РН 220-230-200-1	225	200	2950
РН 220-230-300	225	300	3350
РН 230-240-300	235	300	4800
РН 215-225-500	220	500	8400
ЛБ-36	103	36	2800
ЛБ-40	103	40	2800
ЛБ-40-2	110	40	2800
ЛД-40	103	40	2300
ЛД-40-2	110	40	2300
ЛД-18	57	18	880
ЛБ-18	57	18	1060

Условные обозначения: Б – биспиральная с аргоновым наполнением, ЛБ – лампа белого света, ЛД – лампа дневного света.