 |
Методы расчета искусственного освещения
|
|
|
|
Расчет искусственного освещения
Методические указания для выполнения практических занятий
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
для студентов всех специальностей
Новокузнецк
Введение
Одним из основных факторов, определяющих условия внешней среды при деятельности человека, является освещение. С помощью зрения человек получает основную часть информации (около 90%), поступающей из окружающего мира. С точки зрения безопасности труда зрительная способность и зрительный комфорт чрезвычайно важны. Без хорошего освещения немыслимы благоприятные условия труда. Неудовлетворительное освещение или ошибки, сделанные рабочим по причине трудности распознавания того или иного предмета, или осознания степени риска, связанного с обслуживанием станков, транспортных средств и т.д., очень часто приводит к травматизму, а также является причиной снижения производительности и качества труда.
При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющимся, в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света; и совмещенное освещение, при котором недостаточное по норам естественное освещение дополняют искусственным.
ВИДЫ искусственного освещения
Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть трех видов – общее, местное (локальное) и комбинированное. Систему общего освещения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение, (световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест). При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.
|
|
|
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным, эвакуационным, бактерицидным и др.
Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений.
Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авариях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, нарушение технологического процесса и т. д. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5 % нормируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.
Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей: на лестничных клетках, вдоль основных проходов производственных помещений, в которых работают более 50 чел. Минимальная освещенность на полу основных проходов и на ступеньках, при эвакуационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях – не менее 0,2 лк.
|
|
|
Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.
Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации.
Основные светотехнические
Характеристики
Ощущение зрения происходит под воздействием света, которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38...0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.
Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:
Световой поток. Ф, (F) – часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм);
Сила света J – пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока Ф, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла, к величине этого угла;. J = Ф/ω; измеряется в канделах (кд);
Освещенность E – поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м2); Е= Ф/S, измеряется в люксах (лк);
Яркость L поверхности – это отношение силы света J, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади S проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению; L = J/S, измеряется в кд/м2
Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, спектральный состав света.
Фон – это поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ρ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр к падающему на нее световому потоку Фпад;
|
|
|
ρ = Фотр/Фпад. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02...0,95; при ρ > 0,4 фон считается светлым;
при ρ = 0,2...0,4 – средним и при ρ < 0,2 -темным.
Контраст объекта с фоном К – степень различения объекта и фона – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона; 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).
Коэффициент пульсации освещенности – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока.
Большое значение имеет характер фона, на котором рассматриваются объекты, т. е. поверхности, непосредственно прилегающей к объекту различения, и контраст объекта с фоном, который определяется соотношением яркостей рассматриваемых объекта и фона.
Количественно фон может быть охарактеризован коэффициентом отражения ρ светового потока от поверхности, образующей фон. Значение ρ лежит в пределах 0,02 – 0,95. Если оно превышает 0,4, то фон называется светлым, при ρ = 0,2 – 0,4 – средним, при ρ < 0,2 – темным.
Контраст объекта с фоном (К) определяется по формуле:
К = 
, (1)
где Lo и Lф – яркость соответственно фона и объекта.
Большое значение имеет также равномерность распределения яркости на рабочей поверхности, отсутствие на ней резких теней, постоянство величины освещенности во времени и ряд других факторов.
Все электрические элементы осветительных установок должны быть электро -, пожаро - и взрывобезопасными, экономичными и долговечными.
Для создания наилучших условий для видения в процессе труда рабочие места должны быть нормально освещены. Требуемый уровень освещенности в первую очередь определяется точностью выполняемых работ и степенью опасности травмирования. Для характеристики точности выполняемых работ вводится понятие объекта различения – это наименьший размер рассматриваемого предмета, который необходимо различить в процессе работы. Например, при выполнении чертежных работ объектом различения служит толщина самой тонкой линии на чертеже, при работе с печатной документацией – наименьший размер в тексте имеет точка и т.д.
|
|
|
ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Для создания искусственного освещения применяются различные электрические источники света: лампы накаливания и разрядные источники света. Кратко рассмотрим основные параметры электрических источников света.
К числу наиболее важных из них относятся показатели, характеризующие излучение, электрический режим и конструктивные параметры.
Излучение электрических источников света характеризуется световым потоком, силой света (силой излучения), энергетической (световой) яркостью и ее распределением, распределением излучения по спектру, а также изменением этих величин в зависимости от времени работы на переменном токе. Для характеристики цвета излучения осветительных ламп дополнительно вводятся цветовые параметры.
Электрический режим характеризуется мощностью лампы, рабочим напряжением на лампе, напряжением питания, силой тока и родом тока (постоянный, переменный с определенной частотой и др.).
К конструктивным параметрам ламп относятся их габаритные и присоединительные размеры, высота светового центра, размеры излучающего света, форма колбы, ее оптические свойства (прозрачная, матированная, зеркализированная и т.д.), конструкция ввода и др.
К эксплуатационным параметрам электрических источников света относятся эффективность, надежность, экономичность и др.
Эффективность источника света определяется как энергетическим кпд преобразования электрической энергии в оптическое излучение, так и эффективным кпд лампы, который представляет собой долю энергии оптического излучения, превращаемую в эффективную энергию приемника (человеческого глаза), т. е. эффективная энергия приемника (человеческого глаза) представляет собой ту часть энергии оптического излучения, которая вызывает в зрительном анализаторе человека определенные ощущения.
Надежность источников оптического излучения характеризуют полным сроком службы или продолжительностью горения и полезным сроком службы, т. е. временем экономически целесообразной эксплуатации лампы. Обычно за эту характеристику выбирают время, в течение которого световой поток, излучаемый лампой, изменяется не более чем на 20%.
|
|
|
Источники света массового применения должны обладать экономичностью, за которую обычно принимают стоимость их эксплуатации, отнесенную к одному люмен – часу.
Для освещения производственных помещений используют либо лампы накаливания (источники теплового излучения), либо газоразрядные лампы.
Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства в эксплуатации. Находят они применение и на производстве, организациях и учреждениях, но в значительно меньшей степени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей – от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы – это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности); небольшим сроком службы – до 2500 часов; кроме того, спектр ламп накаливания, в котором преобладают желтые и красные лучи, значительно отличается от спектра естественного (солнечного) света, что вызывает искажение цветопередачи и не позволяет использовать данные лампы для освещения тех работ, для которых требуется различение оттенков цветов. К преимуществам ламп накаливания следует отнести простоту их изготовления, удобство в эксплуатации. Эти лампы включаются в электрическую сеть без использования каких-либо дополнительных устройств.
В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г – газонаполненные, К – лампы с криптоновым наполнением, Б – биспиральные.
Газоразрядные лампы также широко применяются для освещения производственных помещений. По сравнению с лампами накаливания они обладают повышенной световой отдачей, большим сроком службы (до 12000 ч). Спектр их излучения близок к спектру естественного света.
К недостаткам разрядных ламп в первую очередь следует отнести пульсацию светового потока (периодическое его изменение при работе лампы), ухудшающую условия зрительной работы. Для стабилизации светового потока необходимо использовать дополнительную аппаратуру. Специальные пусковые устройства применяют для включения газоразрядных ламп. Кроме того, эти лампы при работе могут создавать радиопомехи, для подавления которых устанавливают фильтры. Все это приводит к повышению затрат при монтаже осветительной сети из газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания.
К газоразрядным относятся различные типы люминесцентных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно - белого света (ЛХБ), лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы теплого белого света (ЛТБ); лампы близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно - белого света с улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).
К газоразрядным лампам высокого давления относятся: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов.
За рубежом разработаны и используются для освещения компактные люминесцентные лампы. Особенностью этих разрядных ламп является то, что они предназначены для непосредственной замены ламп накаливания, так как снабжены стандартным резьбовым цоколем и могут вворачиваться в электрический патрон, как обыкновенные лампы накаливания. Компактные люминесцентные лампы дают большую экономию электроэнергии. Современные газоразрядные источники света постепенно вытесняют из обихода лампы накаливания. В развитых странах мира газоразрядные лампы создают более половины светового потока и предполагается, что в будущем эта доля будет возрастать.
Источники света располагаются в специальной осветительной аппаратуре, основная функция которой – перераспределение светового потока лампы с целью повышения эффективности осветительной установки. Комплекс, состоящий из источника света и осветительной арматуры, называют светильником или осветительным прибором.
Нормирование освещенности производится в соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». В соответствии с данным нормативным документом в зависимости от степени зрительного напряжения все работы делятся на восемь разрядов (I – VIII) и четыре подразряда (а, б, в, г).
Для определения величин нормированного естественного и искусственного освещения по СНиПу необходимо задать наименьший размер объекта различения, а также характеристику фона и контраст объекта с фоном.
Работа средней точности характеризуется тем, что размер наименьшего объекта различения лежит в пределах от 0,5 до 1 мм. Условимся, что в процессе зрительной работы фон и контраст объекта с фоном средний. По этим данным можно определить разряд и подразряд зрительной работы (IVB), а также нормированные величины освещения. При искусственном освещении величина комбинированной освещенности должна составлять 400 лк, а общей – 200 лк. Основной величиной для расчета и нормирования естественного освещения внутри помещений принят коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение (в процентах) освещенности ЕВ внутри помещения за счет естественного света к наружной освещенности ЕН от всей полусферы небосклона. КЕО=(ЕВ/ЕН) 100%. Соответственно величина КЕО при верхнем или комбинированном естественном освещении должна быть равна 4%, а при боковом – 1,5%. Аналогичные характеристики при совмещенном освещении составят 2,4 и 0,9%.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Определив поСНиП 23-05-95 нормативную величину освещенности в помещении при использовании электрических источников света, необходимо рассчитать общую мощность электрической осветительной установки.
Наиболее простым считается метод удельной мощности, но он менее точен и им пользуются только для ориентировочных расчетов. Удельную мощность вычисляют по формуле:
, (2)
где N – число светильников;
Р – мощность лампы, Вт;
S – освещаемая площадь, м2.
Значение удельной мощности указано в таблицах справочников по светотехнике в зависимости от типа светильника, высоты его подвеса, площади пола и требуемой освещенности.
Для расчета общего равномерного и локализованного освещения помещений и открытых пространств, а также местного освещения при любом расположении освещаемых поверхностей применяется точечный метод.
Освещенность какой-либо точки А горизонтальной поверхности выражается формулой:
Е =Jαcos3α/Kh2св ., (3)
где Jα – сила света (кд), заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм;
α – угол между вертикальной плоскостью и направлением светового потока на освещаемую точку;
hсв – высота подвеса светильника, м;
К – коэффициент запаса.
Основной метод расчета – по коэффициенту использования светового потока, которым определяется поток, необходимый для создания заданной освещенности горизонтальной поверхности: при общем равномерном освещении с учетом света, отраженного стенами и потолком. Расчет выполняют по формуле:
, (4)
– необходимое число светильников определяют по формуле:
, (5)
где F – световой поток одной лампы, лм;
(таблицы А.1, А.2);
Е – нормированная освещенность, лк;
(таблица А.5);
S – площадь помещения, м2;
z – поправочный коэффициент светильника, учитывающий неравномерность освещения (значение которого для ламп накаливания составляет 1,15, а для люминесцентных ламп 1,1);
k – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации (таблица А.3);
N – количество светильников в осветительной установке;
n – количество ламп в светильнике;
η – коэффициент использования светового потока в долях, представленный в процентах (таблица А.6), для определения которого нужно знать коэффициенты отражения стен, потолка и рабочей поверхности (таблица А.4);
– а также индекс помещения I:
I = 
, (6)
где h – расстояние от источника света до рабочей поверхности, h= H-hc - hp;
А – длина помещения;
В – ширина помещения;
H – высота помещения;
hc – высота свеса светильника (для светильника ППД > 30см, для газоразрядных >20см, для светильников типа У > 40см);
hp – высота рабочей поверхности.
По окончании монтажа системы освещения обязательно проверяют освещенность. Если фактическая освещенность отличается от расчетной более чем на -10 и +20%, то изменяют схему расположения светильников или мощность ламп.
список литературы
1. Безопасность жизнедеятельности при чрезвычайных ситуациях: учеб. пособие /В.П. Лавцевич, З.М. [и др.,]; /под ред. В.П. Лавцевича. – СибГИУ. – Новокузнецк, 1999. – 291с.
2. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов /под ред. С.В. Белова. - М.: Выс. Школа, 1999. – 448с.
3. Безопасность и охрана труда: учебное пособие /под ред. О.Н. Русак. – СПб, 1998. – 320с.
4. Охрана труда: учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА – М., 2003. – 400с.: ил. – (Серия «Профессиональное образование»).
5. Справочная книга для проектирования электрического освещения /под ред. Г.М. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976. – 384с. с ил.
6. Строительные нормы и правила РФ. Естественное и искусственное освещение: СНиП 23-05-95. –
Приложение А
|
|
|
