 |
Метод коэффициента использования светового потока
|
|
|
|
Практическое занятие 1.
РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Ст. преп. Власюк А.В.
Основные понятия и определения
Характеристики искусственного освещения основаны на оценке ощущений, возникающих от воздействия светового излучения на человеческий глаз, и подразделяются на количественные и качественные.
Основные количественные характеристики:
световой поток - мощность световой (лучистой) энергии, излучаемой источником излучения, Ф, люмен (лм);
сила света – величина светового потока Ф, лм в единице телесного угла 
, стерадиан (пространственная интенсивность светового потока), I = Ф / , кандела (кд);
освещенность – величина светового потока Ф, лм, отнесенная к единице площади освещаемой поверхности S,м2 (плотность светового потока) 
Е = Ф / S, люкс (лк);
яркость – сила света, испускаемого светящейся поверхностью в определенном направлении I, кд, отнесенная к величине проекции светящейся поверхности F, м 2 на плоскость, перпендикулярную этому направлению L = I / (F cos 
), люкс (лк).
Основные качественные характеристики:
Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. В зависимости от величины отражательной способности 
фон считают: светлым – при 
; средним – при 
; темным – при 
;
Контраст объекта различения с фоном – отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта L оби фона L ф к яркости фона, K = | L об - L ф | / L ф. Контраст считается: большим – при 
;средним – при 
;малым – при 
.
Коэффициент пульсации освещенности – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током 
%.
|
|
|
Характеристики искусственного освещения регламентируются Строительными нормами и правилами (СНиП 23-05-95) «Естественное и искусственное освещение».
Нормы искусственного освещения устанавливают наименьшую освещенность в зависимости от минимального или эквивалентного размера объекта различения, контраста объекта с фоном и характеристики фона. Параметры освещенности производственных помещений основных металлургических производств приведены в табл. 1.
Методы расчета количественных характеристик искусственного освещения
Наиболее часто используют следующие методы расчета количественных характеристик искусственного освещения:
· метод коэффициента использования светового потока, применяемый при расчетах общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности;
· метод точечного источника, применяемый при расчетах освещения при любом расположении освещаемых поверхностей (с учетом размещения рабочих мест).
Метод коэффициента использования светового потока
Количество светильников N св со световым потоком ламп Фл, обеспечивающих в данном помещении заданное значение освещенности Е можно определить по формуле
, (1)
где 
- коэффициент запаса, зависящий от степени износа лампы и загрязненности воздуха, (табл. 2); 
- площадь помещения, м2; z = (E ср /E min) – коэффициент минимальной освещенности. Для ламп накаливания и ламп разрядных высокого давления рекомендуется принимать z = 1,15 и для ламп разрядных низкого давления люминесцентных z = 1,1; 
- световой поток лампы, лм; n – количество ламп в одном светильнике; 
- коэффициент использования светового потока (табл. 3), зависящий от геометрических параметров помещения (индекс помещения 
) и отражательной способности потолка 
и стен ст (табл. 4).
Индекс помещения находим по формуле
, (2)
где A – длина помещения; B – его ширина; H св – высота подвеса светильников.
|
|
|
Суммарную мощность осветительных установок можно определить по формуле:
P оу = P л * N св * n, (3)
где: 
- электрическая мощность одной лампы, Вт; 
- количество ламп в одном светильнике.
Если световой поток и тип лампы не заданы, то формула (1) решается относительно и по найденному значению светового потока выбирается (табл.5) ближайшая стандартная лампа в пределах допусков –10 – +20 %. Если такое приближение не реализуется, то корректируется рассматриваемое число светильников.
Таблица 1. Освещенность производственных помещений
| Характеристика зрительной работы | Наименьший размер объекта различения, мм | Примеры освещаемых помещений, рабочих поверхностей в металлургии | Разряд зрительной работы | Подразряд зрительной работы | Освещенность, лк | ||
| Комбинированное искусственное освещение | Общее искусственное освещение | ||||||
| Всего | В т.ч. от общего освещения | ||||||
| Наивысшей точности | Менее 0,15 | Столы контроля листов адъюстажного отделения цехов холодного проката. | I | а | - | ||
| б | |||||||
| в | |||||||
| г | |||||||
| Очень высокой точности | От 0,15 до 0,30 | Отделения изготовления форм и стержней 1-го класса литейных цехов. | II | а | - | ||
| б | |||||||
| в | |||||||
| г | |||||||
| Высокой точности | От 0,30 до 0,50 | Отделения изготовления форм и стержней 2-го класса литейных цехов. | III | а | |||
| Отделения вторичной обработки литья, отделения изготовления форм и стержней 3-го класса литейных цехов. | б | ||||||
| Отделение заливки форм жидким металлом литейных цехов. | в | ||||||
| г | |||||||
| Средней точности | От 0,50 до 1,0 | Клети, агрегаты непрерывного отжига цехов холодного проката листа. | IV | а | |||
| Плавильно-заливочные отделения литейных цехов. | б | ||||||
| Агрегаты резки цехов холодного проката листа. | в | ||||||
| Пролеты прокатных станов цехов холодного проката листа. | г | - | - | ||||
| Малой точности | свыше 1 до 5 | Агрегаты непрерывного травления цехов холодного проката листа. Отделения обрубки и очистки литья литейных цехов. | V | а | |||
| Смесеподготовительные отделения литейных цехов. | б | - | - | ||||
| Столы подачи, места упаковки листа цехов холодного проката листа. Ножницы, пилы холодной резки цехов горячего проката. | в | - | - | ||||
| Площадки приводных роликов башенных печей цехов холодного проката листа. | г | - | - | ||||
| Грубая (очень малой точности) | Более 5 | Стрипперные отделения сталеплавильных цехов. Склады пакетов листов цехов холодного проката листа. Отделения выбивки литейных цехов. | VI | - | - | - | |
| Работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах | Более 0,5 | Разливочные и печные пролеты сталеплавильных цехов. Конвертерные цехи. Печные пролеты эл.сталеплавильных цехов. Ножницы, пилы, прессы горячей резки, окна загрузки выгрузки печей непрерывного действия цехов горячего проката. | VII | - | - | - | |
| Общее наблюдение за ходом процесса: постоянное периодическое | - | Низ мартеновских печей. Транспортеры смесеприготовительных отделений литейных цехов. | VIII | а | - | - | |
| Миксерные отделения сталеплавильных цехов. | б в | - - | - - | ||||
| Скиповые ямы доменных цехов. | |||||||
| Подбункерные помещения доменных цехов. | г | - | - |
|
|
|
Таблица 2. Коэффициент запаса, 
| Характеристика воздушной среды производственного помещения | Примеры освещаемых помещений, рабочих поверхностей | Коэффициент запаса
| |
| Газоразряд-ные лампы | Лампы накаливания | ||
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей вредных выделений в рабочей зоне:
а) свыше  пыли, дыма, копоти
б)  пыли, дыма, копоти
в) менее  пыли, дыма, копоти
г) значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов
| Литейный двор доменного цеха. Миксерное отделение сталеплавильного цеха. Разливочный и печной пролеты мартеновского цеха. Конвертерный цех. Печной пролет эл.сталеплавильного цеха. Пролет прокатного стана, ножницы, пилы, прессы горячей резки цеха горячего проката. Разливочная машина доменных цехов. Низ мартеновской печи, склады скрапа, стрипперное отделение мартеновских цехов. Печи непрерывного действия, адъюстажное отделение цехов горячего проката. Пролет прокатного стана, агрегаты непрерывного травления, агрегаты резки цехов холодного проката листа. Ножницы, пилы, прессы холодной резки цеха горячего проката. Подбункерное помещение, скиповая яма доменных цехов. Агрегаты непрерывного отжига, площадки устройств очистки металла, башенные печи, отделения отделки и упаковки цехов холодного проката листа. Отделения изготовления форм и стержней 1-го класса, отделения вторичной обработки литья литейных цехов. Цехи химических производств. Гальванические цехи. | 2,0 1,8 1,5 1,8 | 1,7 1,5 1,3 1,5 |
Таблица 3. Определение коэффициентов использования светового потока, η
|
|
|
| Светильник | СЗ | РСП | ГСП | НСП | ЛСП | ПВЛ | |||||||||||||||
| Лампа | ДРЛ | ДРЛ; МГЛ | МГЛ; ДРЛ | ЛН, ЛНГ | ЛЛ | ЛЛ | |||||||||||||||
|
| 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | |||
| 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | |||
|
| Коэффициент использования светового потока, η | ||||||||||||||||||||
| 0,5 | 0,17 | 0,21 | 0,25 | 0,21 | 0,24 | 0,28 | 0,14 | 0,16 | 0,22 | 0,12 | 0,14 | 0,17 | 0,23 | 0,26 | 0,31 | 0,11 | 0,13 | 0,18 | |||
| 0,6 | 0,23 | 0,27 | 0,31 | 0,25 | 0,28 | 0,34 | 0,19 | 0,21 | 0,27 | 0,16 | 0,18 | 0,21 | 0,30 | 0,33 | 0,37 | 0,14 | 0,17 | 0,23 | |||
| 0,7 | 0,30 | 0,34 | 0,39 | 0,29 | 0,39 | 0,38 | 0,23 | 0,24 | 0,29 | 0,19 | 0,21 | 0,24 | 0,35 | 0,38 | 0,42 | 0,16 | 0,20 | 0,27 | |||
| 0,8 | 0,34 | 0,38 | 0,44 | 0,33 | 0,36 | 0,42 | 0,25 | 0,26 | 0,33 | 0,21 | 0,24 | 0,26 | 0,39 | 0,41 | 0,45 | 0,19 | 0,23 | 0,29 | |||
| 0,9 | 0,37 | 0,41 | 0,47 | 0,38 | 0,40 | 0,44 | 0,27 | 0,29 | 0,35 | 0,23 | 0,25 | 0,28 | 0,42 | 0,44 | 0,48 | 0,21 | 0,27 | 0,32 | |||
| 0,39 | 0,43 | 0,49 | 0,40 | 0,42 | 0,47 | 0,29 | 0,31 | 0,37 | 0,25 | 0,27 | 0,29 | 0,44 | 0,46 | 0,49 | 0,23 | 0,28 | 0,34 | ||||
| 1,5 | 0,41 | 0,50 | 0,55 | 0,46 | 0,51 | 0,57 | 0,34 | 0,37 | 0,44 | 0,29 | 0,30 | 0,39 | 0,50 | 0,52 | 0,56 | 0,30 | 0,36 | 0,42 | |||
| 0,51 | 0,55 | 0,60 | 0,54 | 0,58 | 0,62 | 0,38 | 0,41 | 0,48 | 0,32 | 0,33 | 0,35 | 0,55 | 0,57 | 0,60 | 0,35 | 0,40 | 0,46 | ||||
| 0,58 | 0,62 | 0,66 | 0,61 | 0,64 | 0,67 | 0,44 | 0,47 | 0,54 | 0,35 | 0,37 | 0,39 | 0,60 | 0,62 | 0,66 | 0,41 | 0,45 | 0,52 | ||||
| 0,62 | 0,66 | 0,70 | 0,64 | 0,67 | 0,70 | 0,46 | 0,50 | 0,59 | 0,37 | 0,39 | 0,41 | 0,63 | 0,65 | 0,68 | 0,44 | 0,48 | 0,54 | ||||
| 0,64 | 0,69 | 0,73 | 0,66 | 0,69 | 0,72 | 0,48 | 0,52 | 0,61 | 0,38 | 0,40 | 0,42 | 0,64 | 0,66 | 0,70 | 0,48 | 0,51 | 0,57 | ||||
Табл. 4. Значения коэффициентов отражения потолка и стен
| Состояние потолка | 
| Состояние стен |
|
| Свежепобеленный | 0,70 | Свежепобеленные с окнами, закрытыми белыми шторами | 0,70 |
| Побеленный, в сырых помещениях | 0,50 | Свежепобеленные с окнами без штор | 0,50 |
| Чистый бетонный | 0,50 | Бетонные с окнами | 0,30 |
| Светлый деревянный (окрашенный) | 0,50 | Оклеенные светлыми обоями | 0,30 |
| Бетонный грязный | 0,30 | Грязные | 0,10 |
| Деревянный неокрашенный | 0,30 | Кирпичные неоштукатуренные | 0,10 |
| Грязный (кузницы, склады) | 0,10 | С темными обоями | 0,10 |
Таблица 5. Величина светового потока различных ламп
| Тип лампы | Световой поток, лм | Тип лампы | Световой поток, лм |
| Лампы накаливания общего назначения | |||
| Б 215-225-40-1 | Г 245-255-150 | ||
| Б 215-225-60-1 | Г 245-255-200 | ||
| Б 215-225-75-1 | Г 245-255-300 | ||
| Б 215-225-100-1 | Г 245-255-500 | ||
| Б 215-225-150-1 | КГ 110-500 | ||
| Б 215-225-200-1 | КГ 110-1000 | ||
| Б 230-240-100-1 | КГ 110-2000 | ||
| Б 230-240-100-1 | КГ 220-360 | ||
| Б 235-245-100-1 | КГ 220-500 | ||
| Б 235-245-150-1 | КГ 220-1000 | ||
| В 215-225-25 | КГ 220-1500 | ||
| БК 220-230-100 | КГ 220-2000 | ||
| БК 220-230-150 | КГ 220-10000 | ||
| БК 230-240-100 | КГ 220-230-5000 | ||
| В 245-255-25 | КГ 220-230-10000 | ||
| Галогенные лампы накаливания | |||
| Г 215-225-300-2 | КГ 240-1000 | ||
| Г 215-225-500-1 | КГ 240-2000 | ||
| Г 215-225-750 | КГТД 220-1000 | ||
| Г 215-225-1000 | КГТО 220-2500 | ||
| Г 230-240-150 | КГТО 380-7500 | ||
| Г 230-240-200 | КГИ 12-100 | ||
| Г 230-240-350 | КГИ 24-250 | ||
| Г 230-240-500 | КГЭ 24-150 | ||
| Г 230-240-1000 | КГЭ 24-250 | ||
| Люминесцентные ртутные лампы низкого давления | |||
| ЛЗ40 | ЛБ40 | ||
| ЛР40 | ЛД40 | ||
| ЛДЦ40 | ЛБ65 | ||
| ЛБР40 | ЛД65 | ||
| ЛГ40 | ЛБ80 | ||
| Газоразрядные лампы высокого давления, металлогалогенных и ДРЛ | |||
| ДРИ 1000 | ДРИШ 4000 | ||
| ДРИ 2000 | ДРЛ 50 | ||
| ДРИ 3000 | ДРЛ 80 | ||
| ДРИ 3500 | ДРЛ 125 | ||
| ДРИЗ 175 | ДРЛ 250 | ||
| ДРИЗ 250 | ДРЛ 400 | ||
| ДРИЗ 400 | ДРЛ 700 | ||
| ДРИЗ 700 | ДРЛ 1000 |
|
|
|
Метод точечного источника
Локальная освещенность Е, лм в какой-либо точке А (рис. 1) связана с силой света I, кд источника излучения (принимаемого за точечный) соотношением
, (1.5.)
где 
- сила света в направлении от источника на заданную точку рабочей поверхности, кд; 
- расстояние от светильника до расчетной точки, м; 
- угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы света от источника (рис. 1)
ℓ
А
d
Рис 1. Схематическое изображение величин, применяемых в
расчетах освещенности методом точечного источника
Пространственное распределение силы света зависит от типа лампы, конструкции осветительной установки и т.д. Используя табличные значения силы света, рассчитанные для светильников с условной лампой, обладающей световым потоком 1000 лм, искомую освещенность в заданной точке можно вычислить по формуле:
, (6.)
где 
- табличное значение силы света, кд, (табл. 7).
Остальные обозначения те же, что и в формуле 1.
Задача 1. Определите количество светильников и общую мощность осветительной установки, обеспечивающей необходимую освещенность при общем искусственном освещении помещения, характеристика которого приведена в табл. 6.
Таблица 6. Исходные данные для выполнения задачи №1
| вариант № | Характеристика воздушной среды производственного помещения | А, м | В, м | м
| %
| %
| Z | Разряд зрительных работ | Характерный тип светильника | Тип и мощность источника освещения | n, т |
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VII | СЗ5ДРЛ | ДРЛ 700 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,1 | IVб | ПВЛ | ЛБ 65 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VII | СЗДРЛ | ДРЛ 250 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,1 | VI | ЛСП14 | ЛР 40 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VII | РСП10 | ДРЛ 50 | |||||||
| значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов | 1,1 | IIIб | ЛСП14 | ЛД 40 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,15 | IIв | НСП | БК 150 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | IIIб | НСП | Г 300 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,1 | Iб | ПВЛ | ЛБ 80 | |||||||
| значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов | 1,15 | IVб | РСП13 | ДРЛ 50 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | Vа | ГСП19 | ДРИ 1000 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,1 | IIб | ЛСП16 | ЛБ 65 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,15 | Iв | НСП | Б 150 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VII | СЗДРЛ | ДРЛ 250 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,1 | IIIб | ЛСП16 | ЛД 65 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | IIIв | РСП14 | ДРЛ 125 | |||||||
| значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов | 1,15 | VII | ГСП18 | ДРИЗ 250 | |||||||
| свыше пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VIб | РСП13 | ДРЛ 50 | |||||||
| пыли, дыма, копоти
| 1,15 | VI | НСП | БК 150 | |||||||
| значительные концентрации паров кислот, щелочей, газов | 1,1 | IIв | ПВЛ | ЛБ 80 |
Таблица 7. Значения силы света, характерные для отдельных групп светильников с 
=1000 лм
| , град
| Группы светильников | ||||
| НПО18, НПО30, НСП, РСП11, СК300, ПВЛ, ЛСП16, ПВЛМ, ЛСП14, ЛПО09, ЛПО25 | СЗДРЛ, РСП10, РСП13, РСП17, ГСП17, СВП | РСП14, Н4Т4, ГСП18, РСП18, | СЗ5ДРЛ, ИСП02, РСП08, ГК | ГСП19, ССП02 | |
 , кд
| |||||
| 233,4 | 670,7 | 894,2 | |||
| 232,9 | 664,8 | 883,8 | |||
| 229,2 | 647,5 | 852,5 | |||
| 228,5 | 618,5 | 801,1 | |||
| 224,7 | 579,5 | 731,2 | |||
| 220,0 | 530,2 | 643,8 | |||
| 214,1 | 471,4 | 541,3 | |||
| 207,1 | 404,7 | 439,9 | |||
| 199,3 | 330,9 | 301,0 | |||
| 190,6 | 251,4 | 168,8 | |||
| 180,0 | 167,3 | 32,6 | |||
| 170,5 | 81,8 | - | |||
| 159,2 | |||||
| 147,1 | |||||
| 134,3 | |||||
| 121,0 | |||||
| 106,9 | |||||
| 92,5 | |||||
| 77,7 |
Если на рабочую поверхность светят несколько источников освещения, то результаты расчетов по формуле 6. суммируются.
Задача 2. По исходным согласно Вашему варианту данным и полученных Вами результатам расчетов задачи 1 рассчитайте локальную освещенность в точке, расположенной на высоте 1,5 м от пола при 
= 35 град. и d = 2,5 м.
литература
1.СНиП 23-05-95. «Естественное и искусственное освещение».
2. ГОСТ 24940-96. Здания и сооружения. Методы измерения освещенности.
3. Оценка освещения рабочих мест. Методические указания. Утв. Минтруда РФ № ОТ РМ 01-98 и гл. гос. сан. врачом РФ № 2.2.4.706-98.
4.Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю.Б. Айзенберга, - М.; Энергоатомиздат, 1995.
5. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Руководство Р 2.2.755-99. /Охрана труда. Практикум. № 3. 2000 г. Приложение к журналу «Охрана труда и социальное страхование».
|
|
|
