Расчет искусственного освещения
Методические указания к практическим работам по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех направлений и специальностей
Астрахань 2016 Составители: Гаврилкина А.Г.,старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика»
Рецензент: Шипулина Ю.В., к.т.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика»
РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех направлений и специальностей, 2016 – 24 с
В методических указаниях рассмотрены виды искусственного освещения, типы источников света и приведена сравнительная их характеристика. Дана методика расчета производственного освещения.
Методические указания утверждены на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика» 17 мая 2016 г, протокол № 5
© Астраханский государственный технический университет
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ: 1. Изучить особенности организации искусственного освещения в производственных помещениях. 2. Получить представление о разнообразии использования искусственного освещения в жизни и деятельности человека. 3. Ознакомиться с характеристиками источников искусственного освещения. 4. Изучить особенности нормирования искусственного освещения. 5. Провести расчет искусственного освещения. 6.Нарисовать схему расположения светильников по заданному помещению.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ. Освещение - это создание освещённости поверхностей предметов, обеспечивающее видимость этих предметов или возможность их регистрации светочувствительными веществами или устройствами. Значение освещения определяется тем, что посредством зрения люди получают наибольший объём информации о внешнем мире. Вначале в качестве искусственных источников света использовались костры, факелы, свечи, керосиновые лампы и т.д. На рубеже 19 и 20 вв. в быт стало прочно входить электрическое освещение, ставшее к настоящему времени основным видом искусственного освещения.
Искусственное освещение – освещение от искусственных источников света, созданных руками человека. Первоначально искусственное освещение создавалось для продолжения деятельности человека в темное время суток или при недостаточном естественном свете. Постепенно функции искусственного света расширились и в настоящее время искусственное освещение по характеру выполняемых задач делят на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное, сигнальное, бактерицидное, эритемное, декоративное. Рабочее освещение устраивают во всех помещениях, предназначенных для выполнения работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение предназначено на случай внезапного отключения рабочего освещения для продолжения обслуживания производственного оборудования. Эвакуационное освещение служит для безопасного выхода людей из помещения в экстренных ситуациях. При этом используются точечные источники света, которые располагаются в местах стыка стен и пола. Освещенность на полу основных проходов и на ступенях лестничных маршей должна быть не менее 0.5 лк. Светильники аварийного и эвакуационного освещения питаются от независимого источника. Охранное освещение предназначено для охраны помещений с ценным оборудованием в нерабочее время. Для охранного освещения используют в часть светильников рабочего освещения или специально выполненное освещение, при этом светильники могут питаться от независимого источника энергии. Сигнальное освещение чаще всего используют для предупреждения об опасности. Для этого используются источники света красного цвета. Например, освещение в темное время суток высотных зданий и сооружений, габаритные огни движущегося транспорта. Бактерицидное освещение применяется для обеззараживания воздуха в стерильных помещениях. Для этого используют лампы с ультрафиолетовым излучением. Излучение мощное и может быть опасным для человека, поэтому обработка помещений ведется в отсутствии в помещении людей.
По конструктивному исполнению искусственное освещение подразделяется на общее и комбинированное. Общее освещение -это освещение всех рабочих мест от общей осветительной установки. Комбинированное освещение — это сочетание общего и местного освещения рабочих мест. Вопросы качества освещения впервые возникли перед разработчиками ламп в 1930-х годах. Именно тогда попытка широкого применения новейших ртутных газоразрядных ламп, обладавших вчетверо большей светоотдачей, чем лампы накаливания, столкнулась с тем, что яркий свет этих ламп обладал выраженным зеленоватым оттенком, и лица людей в нем приобретали мертвенный вид. Важность спектральной характеристики света заключается в том, что от нее зависят цвета освещаемых объектов и, как следствие, психофизиологическое восприятие людей в условиях искусственного освещения. Появление электрических ламп породило существенную проблему. При питании лампы переменным током излучаемый ею свет пульсирует с частотой этого тока. Здесь наблюдается существенное отличие от естественных излучений (или ламп накаливания), интенсивность которых изменяется в сотни раз медленнее. Эффект мерцания наиболее заметно проявился в (особенно первых) газоразрядных лампах, излучение которых практически гаснет десятки раз в секунду при прохождении питающего напряжения через нулевую отметку. Следствием этого эффекта являются повышенная утомляемость, головные и глазные боли людей, выполняющих напряженную зрительную работу (например, чтение) при искусственном освещении. Это объясняется тем, что, хотя человек и не различает мерцаний с частотой более 25 - 30 раз/с, его зрительный аппарат продолжает подсознательно их отслеживать, выполняя дополнительную зрительную работу и вызывая переутомление. Именно на этом основан эффект «двадцать пятого кадра», внедряемого в киноленту через каждые 24 кадра фильма и приводящего к гипнотическому внедрению изображенной на нем информации в память зрителя. В подавляющем большинстве случаев свет электрических ламп пульсирует с частотой 50 - 100 Гц, которая находится в пределах различимости зрительным аппаратом. Для снижения вредного воздействия пульсаций на человека существуют два основных способа: уменьшение отношения максимальной интенсивности света к минимальной и выведение частоты мерцаний за пределы различения. Оба способа применяются в технике освещения. Глубину пульсаций удается снизить путем повышения инерционности излучающего элемента (нити накала, люминофора и т.п.) и выпрямлением питающего напряжения (в случае, если конструкция ламп это допускает).С учетом того, что глаз не воспринимает в виде прерывистого излучение с частотой более 400 - 1000 Гц, основным современным способом борьбы с пульсациями является питание ламп током повышенной частоты (18 - 60 кГц). Однако электромагнитное излучение проводов светильника, находящееся в этом диапазоне, способно намного дальше распространяться в пространстве и оказывать воздействие на весь организм человека. Поэтому полностью безопасными являются только профессионально изготовленные и установленные экранированные светильники подобного типа.
Некоторые современные газоразрядные лампы представляют для человека опасность ультрафиолетового облучения. Его последствиями могут стать раздражения кожи, частичная потеря зрения и даже появление злокачественных опухолей. Проблемы ультрафиолета не существует для обычных ламп накаливания и всех разновидностей люминесцентных. В качестве источников искусственного света в настоящее время используются лампы накаливания, галогеновые лампы, газоразрядные и светодиодные лампы. Лампы накаливания являются самыми первыми источниками искусственного света, работающими от электрической энергии. Световой поток в этих лампах получают за счет нагрева спирали, выполненной из тугоплавкового материала до 1000-20000С. Спираль помещена в стеклянную колбу, внутри которой создан вакуум. Лампы накаливания имеют низкий срок службы. Для увеличения продолжительности работы таких ламп были предложены лампы с двумя спиралями (биспиральные) и лампы с газовым наполнением колбы (ксеноновые). Основными недостатками ламп накаливания кроме низкого срока службы являются - низкая светоотдача (отношение полученного светового потока к затраченной электрической энергии), нагрев поверхности колбы. К достоинствам – удобство эксплуатации и утилизации, независимость от температуры окружающей среды.
Для искусственного освещения общественных помещений рекомендуется использовать люминесцентные лампы, у которых высокая световая отдача, продолжительный срок службы, малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектральный состав излучаемого света. Газоразрядные лампы выполняются двух видов – низкого давления или люминесцентные и высокого давления. При работе люминесцентной лампы между двумя электродами находящимися в противоположных концах лампы возникает электрический разряд. Лампа заполнена парами ртути и проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и выделяет видимый свет. Изменяя состав люминофора можно менять оттенок получаемого света. От качества люминофора также зависит, насколько естественно передается цвет предметов в свете этой лампы. Главными достоинствами люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются высокая светоотдача (люминесцентная лампа 23 Вт даёт освещенность как 100 Вт лампа накаливания) и длительный срок службы (6000-20000 часов против 1000 часов). Это позволяет люминесцентным лампам экономить значительные средства, несмотря на более высокую начальную цену. К недостаткам относятся сложность эксплуатации и утилизации, зависимость от температуры окружающей среды. Применение люминесцентных ламп особенно целесообразно в случаях, когда освещение включено продолжительное время, поскольку включение для них является наиболее тяжёлым режимом и частые включения-выключения сильно снижают срок службы. С точки зрения электротехники люминесцентная лампа — устройство с отрицательным сопротивлением (чем больший ток через неё проходит — тем больше падает её сопротивление). Поэтому при непосредственном подключении к электрической сети лампа очень быстро выйдет из строя из-за огромного тока, проходящего через неё. Чтобы предотвратить это, лампы подключают через специальное устройство (балласт). В настоящее время наибольшее распространение получили два типа балластов — электромагнитный и электронный. По стандартам лампы дневного света разделяются на колбные и компактные.
Колбные лампы - лампы в виде стеклянной трубки. Различаются по диаметру и по типу цоколя, имеют следующие обозначения: T5 ((диаметр 5/8 дюйма=1.59 см), T8 (диаметр 8/8 дюйма=2.54 см), T10 (диаметр 10/8 дюйма=3.17 см) и T12 (диаметр 12/8 дюйма=3.80 см)). Лампы такого типа часто можно увидеть в промышленных помещениях, офисах, магазинах и т. д. к ним относятся лампы типа ЛД (дневного света), ЛБ (белого света), ЛХБ (холодного белого), ЛТБ (теплого белого), ЛДЦ (с улучшенной цветопередачей). Компактные лампы - лампы с согнутой трубкой. Различаются по типу цоколя на (G23,G24Q1,G24Q2, G24Q3). Выпускаются также лампы под стандартные патроны E27 и E14, что позволяет использовать их в обычных светильниках вместо ламп накаливания. Преимуществом компактных ламп являются устойчивость к механическим повреждениям и небольшие размеры. Цокольные гнёзда для таких ламп очень просты для монтажа в обычные светильники, срок службы таких ламп составляет от 6000 до 15000 часов. Газоразрядные лампы высокого давления применяются в производственных помещениях реже, чем люминесцентные, как правило в тех случаях когда другие типы ламп не дадут нужного освещения. Например, в производственных помещениях большой высоты используются лампы типа ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые), для освещения территорий – ДКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые), для внутренних помещений – ДРИ (дуговые ртутные с йодидами) или ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные). Все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 40 до 70 мг), ядовитое вещество. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью. По истечении срока службы в России лампу, как правило, выбрасывают куда попало. На проблемы утилизации этой продукции в России не обращают внимания ни потребители, ни производители, хотя существует несколько занимающихся ею фирм. При выборе источников искусственного освещения должны учитываться их электрические, светотехнические, конструктивные, эксплуатационные и экономические показатели. На практике используются два вида источников освещения: лампы накаливания и газоразрядные (Таблица 1). Таблица 1.Некоторые характеристики источников излучения
Сравнительные характеристики искусственных источников света. К сравнительным характеристикам относятся такие показатели, как мощность, (Вт); световой поток, (лм); светоотдача (лм/Вт); срок службы (час.); спектр излучения (цвет светового потока); коэффициент пульсации (%); простота или сложность эксплуатации и утилизации; инерционность при включении; отношение к характеристике окружающей среды. Излучаемый искусственными элементами свет принято делить на три типа Желтый (теплый) - лампы накаливания. Нейтральный - галогенные, оптиковолоконные. Белый (холодный) - неоновые, лампы дневного света.
Показатели светоотдачи: -самый высокий показатель - оптиковолоконные и газоразрядные лампы; - самый низкий показатель - лампы накаливания.
По продолжительности службы - самый высокий показатель – оптиковолоконные, газоразрядные, галогенные; - самый низкий показатель - лампы накаливания
По стоимости - самый низкий показатель - лампы накаливания, далее галогенные и газоразрядные лампы; - самый высокий показатель - оптиковолоконные С целью рационального использования световой энергии, создаваемой источниками света, а также для защиты их от воздействия окружающей среды и уменьшения слепящего действия применяют соответствующие световые приборы (СП) - светильники и прожекторы. Световые приборы - это электротехнические изделия, которые должны отвечать комплексу сложных требований, в числе которых не только специальные светотехнические требования, но и требования безопасности и надежности, монтажно-эксплуатационные требования, требования к уровню различного рода помех, требования эстетичности. Наряду с этими требованиями СП должны отвечать общим технико-экономическим требованиям. Световые приборы являются не только функциональными изделиями, обеспечивающими возможность труда и отдыха, но и архитектурными элементами, создающими значительное эмоциональное воздействие на людей. По основной светотехнической функции СП разделяют на: · приборы для освещения (осветительные приборы); · приборы для световой сигнализации. По характеру светораспределения все СП принципиально подразделяются на: · светильники; · прожекторы; · проекторы. По условиям эксплуатации на: · СП для помещений (производственных и жилых помещений, транспортных средств, общественных зданий, рудников и шахт); · СП для открытых пространств (улиц, дорог и площадей, тунелей и пешеходных переходов, архитектурных и декоративных сооружений, транспортных средств); · СП для экстремальных сред (под водой, в космосе). Для освещения производственных помещений используются светильники (Таблица 2), представляющие собой совокупность источника и арматуры. Назначением арматуры является перераспределение светового потока, защита работающих от ослепленности, защита источника от загрязнения. Основными характеристиками арматуры являются: кривая распределения силы света, защитный угол и коэффициент полезного действия. В зависимости от светового потока, излучаемого светильником в нижнюю полусферу, различают светильники: прямого света (П), у которых световой поток, направленный в нижнюю сферу, составляет более 80 %; преимущественно прямого света (Н) 60-80%; рассеянного света (Р) 40-60%; преимущественно отраженного света (В) 20-40%; отраженного света (О) менее 20 %. Защитный угол светильника характеризует угол, который обеспечивает светильник для защиты работающих от ослепленности источником.
Таблица 2 Эксплуатационные группы светильников
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ. Основной задачей расчета искусственного освещения является определение количества светильников и мощности осветительной установки. Наиболее часто применяемыми методами расчета являются: - метод коэффициента использования светового потока, - точечный метод, - метод ватт. Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчета освещенности общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей. Точечный метод применяется для расчета местного, общего равномерного и локализованного освещения при любом расположении освещаемых поверхностей, а также в качестве проверочного. При расчете определяется величина освещенности в заданной или выбранной точке при выбранном источнике света. Этот метод является наиболее сложным из всех используемых, так как требует соответствующей подготовки и знаний и выполняется, как правило, только специалистами. Расчет освещенности методом ватт применяется в основном для расчета прожекторных установок и для расчета освещения помещений в которых не требуется большой точности расчета (например для расчета освещения торговых залов или складских помещений). Этот метод основан на использовании нормативной величины удельной мощности. Удельная мощность – это отношение величины мощности всех осветительных приборов исследуемого помещения к величине освещаемой площади (Вт/м2). Величина нормируемой удельной мощности зависит от характеристики помещения, типов светильников и типа ламп выбранных для освещения. НОРМИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ. Согласно действующим строительным нормам и правилам искусственного освещения СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» (с изменениями от 1 июля 2003 г.) регламентирована наименьшая допустимая освещенность рабочих мест. Нормы освещенности построены на основе классификации зрительных работ по определенным количественным признакам. Ведущим признаком, определяющим разряд работы, является размер различаемых деталей. Для помещений установлено восемь разрядов зрительной работы. В свою очередь разряды делят на четыре подразряда в зависимости от светлоты фона и контраста между деталями и фоном. Нормы освещенности зависят от принятой системы освещения. При комбинированном искусственном освещении, как более экономичном, нормы выше, чем при общем При этом освещенность, создаваемая светильниками общего освещения, должна составлять 10 %, от нормируемой, но не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания. Кроме количественных характеристик, нормируются и качественные показатели освещенности. Для ограничения неблагоприятного действия пульсирующих световых потоков газоразрядных ламп установлены предельные значения коэффициентов пульсации освещенности рабочих мест кп в пределах 10 ÷ 20 % в зависимости от разряда зрительной работы, а показатель ослепленности 20-80 единиц в зависимости разряда зрительной работы и от продолжительности работы.
Нормативные значения искусственного освещения. Таблица 3.
Характеристика фона поверхности делится на три вида: светлый, средней светлоты и темный. Контраст – это разность яркостей фона поверхности и предмета, лежащего на этой поверхности. Различают три вида: малый, средний и большой.
ПОРЯДОК РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ МЕТОДОМ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕТОВОГО ПОТОКА.
1. Для выполнения расчета выпишите исходные данные по своему варианту из таблицы 1.1. 2. Из таблицы 3 (стр.) определить нормативное значение искусственного освещения для заданного помещения по разряду зрительной работы, фону поверхности и контрасту. 3. Из таблицы 1.2. приложения 1 определить световой поток лампы, предложенной вам для расчета. 4. Для того чтобы определить коэффициент светового потока из таблицы 1.3 приложения 1 необходимо рассчитать расчетную высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью и индекс помещения. 5. Расчетная высота подвеса светильника над рабочей поверхностью определяется по формуле: Нр =H-hpn – hп где H – высота помещения; hpп -высота рабочей поверхности; hп высота подвеса светильника от потолка);
Высоту рабочей поверхности принять равной 0,8 м. Высоту подвеса светильника от потолка принять равной: для люминесцентных ламп — О - 2 м (в зависимости от высоты помещения); для ламп накаливания - 0,5 - 1,7 м (в зависимости от высоты помещения). 6. Индекс помещения определяется по формуле:
S - площадь помещения, м2; L - длина помещения, м; В - ширина помещения, м.
7. Из табл. 1.3. приложения 1 определяется коэффициент использования светового потока по индексу помещения, типу светильника и коэффициентам отражения стен и потолка заданного помещения. 8. Количество ламп, необходимых для освещения помещения, рассчитывают по формуле: Ен- нормативное значение искусственного освещения, лк (табл. 1.2); к - коэффициент запаса (для люминесцентных ламп - 1,5; для ламп накаливания 1,3); S — площадь помещения, м2; Z - коэффициент неравномерности освещения (для люминесцентных ламп - 1,1 - 1,2; для ламп накаливания - 0,7 - 0,8); η - коэффициент использования светового потока (табл. 1.3); F - световой поток одной лампы, лм (табл. 1.4). 9. Рассчитать мощность энергетической установки Ne(Bt) по формуле: где Р - электрическая мощность одной лампы n - количество ламп. 10. Выполнить заново расчет искусственного освещения для заданного помещения и определенного по заданию норматива искусственного освещения заменив источники света на более современные и экономичные. 11. Рассчитать мощность энергетической установки Ne(Bt) при замененных источниках света. 12. Сравнить полученные результаты и сделать вывод по организации искусственного освещения заданного помещения.
Приложение 1. Табл. 1.1 Исходные данные для расчета искусственного освещения
|