Основные светотехнические показатели и величины

Лекция 10

Производственное освещение

 

В зависимости от природы источника световой энергии различают естественное, искусственное и совмещенное освещение.

Основные требования к освещению

Основной задачей рациональной организации освещения является поддержание освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Увеличение освещенности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает скорость различения деталей. При организации освещения необходимо обеспечить равномерное распределение яркости. Перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз переадаптироваться, что ведет к утомлению зрения. Для повышения равномерности естественного освещения больших помещений применяется комбинированное освещение. Светлая окраска потолка и стен способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения. Освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения резких теней. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов и, тем самым, повышает утомляемость. Особенно вредны движущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими стеклами, при естественном освещении необходимо использовать солнцезащитные устройства. Для улучшения видимости объектов должна отсутствовать прямая и отраженная блесткость. Блесткость – это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение видимости объектов. Блескость ограничивают уменьшением яркости источников света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильным направлением светового потока. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменить матовыми. Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, обусловливают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией питающего напряжения, жестким креплением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп. При организации освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов. Оптимальный спектральный состав обеспечивает естественное освещение. Все эти требования учитываются действующими нормами проектирования и правилами эксплуатации освещения в помещениях и на открытых пространствах.

 

Основные светотехнические показатели и величины

В результате преобразования подводимой к телам энергии, в частности тепловой или электрической, при определенных условиях возникает электромагнитное излучение, количественно характеризующееся мощностью – лучистым потоком. Та часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет, называется световым потоком Ф и измеряется в люменах, лм.

Световой поток может быть различно распределен в пространстве. Интенсивность его излучения в любом направлении характеризуется силой света I, определяемой отношением светового потока к телесному углу w, в пределах которого свет распространяется

В свою очередь телесный угол определяется отношением площади S, вырезанной им из сферы произвольного радиуса R, к квадрату радиуса

Полный телесный угол пространства, окружающего точку равен 4p ср (стерадиан), телесный угол каждой из полусфер, верхней и нижней, равен 2p ср. Единица силы света - кандела (кд). Кандела – это световой поток в люменах, испускаемый точечным источником в телесном угле 1 ср, лм/ср. понятие силы света применимо только к точечным источникам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием до них.

 

 

 

Схематическое изображение светотехнических единиц

Падая на поверхность площадью S, световой поток Ф создает ее освещенность Е, определяемую соотношением

Единица освещенности – люкс, лк. Это освещенность поверхности площадью 1 м² световым потоком 1 лм, лм/м². Освещенность поверхности не зависит от ее световых свойств. Зрительное восприятие в основном определяется яркостью В равномерно светящейся плоской поверхностью площадью 1 м² в перпендикулярном к ней направлении при силе света 1 кд. Поэтому

Единица яркости – кд/м². Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности, а в большинстве случаев также от угла, под которым поверхность рассматривается.

Свет и зрительная информация об окружающем мире воспринимаемая глазом человека, передаются по зрительному нерву в мозг, в котором формируется субъективный зрительный образ. Основными показателями работоспособности глаза являются контрастность, острота зрения, вероятность различения, время зрительного восприятия, поле зрения и ослепленность.

Для различения предметов человеком, прежде всего, необходима разность яркости предмета и фона, т.е. контрастность. Количественно контрастность определяют как отношение разности яркости предмета и фона к яркости предмета (фона)

Оптимальным значением яркости считают 0,6 – 0,9.

Нормальная видимость предметов зависит от угловых размеров предметов, различения, времени экспозиции и вероятности различения. Характеристикой пространственного порога зрения является острота зрения. Она определяется величиной, обратной минимальным размерам предмета, при которых он различим глазом. Размеры предмета выражают в угловых величинах, которые связаны соотношением

где a - угловой размер предмета различения; h – линейный размер предмета; l - расстояние от глаз до предмета.

У людей с нормальным зрением порог остроты зрения при нормальной яркости соответствует примерно 1¢. Оптимальные условия различения предметов будут при a ³ 30 - 40¢.

 

Нормирование освещенности

 

Освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях регламентируется строительными нормами и правилами СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

В основу нормирования освещенности положены следующие показатели, характеризующие условия зрительной работы: размер объекта различения и его коэффициент отражения, фон, контраст объекта с фоном.

Объект различения – рассматриваемый объект, отдельная его часть или дефект, которые следует контролировать в процессе работы.

Размер объекта – наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работ.

Коэффициент отражения объекта r₀ различается по светлоте так же, как и фон. Объект может быть светлым при r₀ > 0,4, средним при 0,2 £ r₀ £ 0,4 и темным при r₀ < 0,2.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым при коэффициенте отражения поверхности r_Ф, на которой рассматривается объект, более 0,4; среднесветлым при коэффициенте отражения от 0,2 до 0,4; темным при коэффициенте отражения менее 0,2.

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. Контраст объекта с фоном бывает большим, средним или малым в зависимости от его численного значения:

o большим – при К > 0,5 (объект и фон резко разняться по яркости);

o средним – при 0,2 £ К £ 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости);

o малым – при К < 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

При нормировании осветительных условий для заданной зрительной работы при искусственном освещении необходимо знать:

разряд работы, который зависит от размера объекта различения;

подразряд работы, который зависит от контраста объекта с фоном и характеристики фона.

В соответствии со СНиП 23-05-95 все зрительные работы делятся на 8 разрядов. Разряды от I до V разбиты на четыре подразряда в зависимости от контраста объекта различения с фоном и характеристики фона.

 

Естественное освещение

 

Естественное освещение – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы (окна) в наружных стенах. Образуемое в результате взаимодействия прямого и отраженного света диффузное освещение помещений создает благоприятное распределение яркости, что оказывает положительное действие на зрение. Естественное освещение подразделяется на боковое - через световые проемы в наружных стенах или через прозрачные части стен, выполненные из пустотелых стеклянных блоков; верхнее - через световые проемы, устраиваемые в покрытии или через прозрачные части покрытия; и комбинированное - через световые проемы в покрытии и стенах или через прозрачные ограждения покрытий и стен. 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 естественной освещенности е (КЕО), который представляет собой выраженное в процентах отношение освещенности в данной точке помещения Е_ВН к одновременной освещенности точки Е_НАР, находящейся на горизонтальной плоскости вне помещения и освещенной рассеянным светом всего небосвода

 

 

 

Схема определения коэффициента естественной освещенности

 

Следовательно, коэффициент естественной освещенности показывает, какую долю от одновременной горизонтальной освещенности на открытом месте при диффузном свете небосвода составляет освещенность в рассматриваемой точке помещения. Наружная освещенность для разных местностей различна и колеблется в широких пределах. В пределах России в ясный день полуденная освещенность колеблется от 4000 лк (в декабре) до 38000 лк (в июне). Наименьшую расчетную освещенность в помещении определяют при наружной освещенности 5000 лк.

Достаточность естественного освещения в помещении регламентируется специальными нормами, которыми установлены значения КЕО в зависимости от следующих 4-х факторов:

§ характера и точности зрительной работы;

§ системы освещения;

§ коэффициента светового климата, определяемого в зависимости от района расположения здания на территории России;

§ коэффициента солнечности, зависящего от ориентации здания относительно сторон света.

Нормированные значения КЕО, е_N, для зданий, располагаемых в различных районах следует определять по формуле

 

 

где N — номер группы обеспеченности естественным светом по табл.; е_Н — значение КЕО; т_N — коэффициент светового климата.

В зависимости от напряжения зрительного аппарата при выполнении работы освещенность на предприятиях делят на 8 разрядов – от наивысшей точности до общего наблюдения за ходом производственного процесса.

В помещениях с боковым односторонним освещением нормируется минимальное значение коэффициента естественной освещенности в точке на рабочей плоскости, наиболее удаленной от светового проема. При боковом двустороннем освещении и симметричных световых проемах нормируется минимальное значение коэффициента естественной освещенности в середине помещения, а при наличии в середине помещения свободного прохода — на границах этого прохода. Если световые проемы несимметричны, за минимальное значение коэффициента естественной освещенности принимается наименьшее значение коэффициента из числа вычисленных для различных точек помещения с предполагаемой наименьшей освещенностью.

В помещениях, освещаемых верхним или комбинированным светом, нормируется среднее значение коэффициента естественной освещенности в пролете или помещении, который определяется по формуле

 

 

где е₁ е₂,..., е_n —значения коэффициента естественной освещенности в отдельных точках, находящихся на равном расстоянии друг от друга; n - количество точек, в которых определяется коэффициент естественной освещенности (таких точек берется не менее пяти).

 

В помещениях с комбинированным освещением суммарное значение среднего коэффициента естественной освещенности определяется по формуле

 

 

где е_Ф — среднее значение коэффициента естественной освещенности от фонаря; е_О - среднее значение коэффициента естественной освещенности от окон.

Кроме интенсивности естественного освещения, нормируется равномерность естественного освещения, которая в производственных помещениях 1 и 2-го разрядов работ с верхним освещением должна быть не менее 0,5, а для работ 3 и 4-го разрядов — не менее 0,3.

Равномерность освещения характеризуется отношением минимального коэффициента естественной освещенности e_min к максимальному его значению е_max на рабочей плоскости в пределах характерного разреза помещения (обычно посредине помещения по оси светового проема или по оси простенка между световыми проемами).

Для производственных помещений с боковым и комбинированным освещением неравномерность естественного освещения не нормируется.

Размеры и расположение световых проемов в помещениях, а также соблюдение норм освещенности проверяются расчетом. При этом руководствуются следующими соображениями.

Световой поток, падающий в ту или иную точку помещения, суммируется из прямого диффузного света от небосвода е_Н (с учетом светопотерь), света, отраженного от внутренних поверхностей помещения е_О, и света, отраженного от поверхности земли е_З. Таким образом, e = е_Н + е_О + е_З.

Освещенность е_Н, получаемая в помещении от диффузного света небосвода, зависит от величины световых проемов и их размещения. Она увеличивается с увеличением площади световых проемов, а также при размещении световых проемов в верхней части стен и в покрытии зданий. Освещенность е_О, получаемая за счет света, отраженного от внутренних поверхностей помещения, зависит от цвета пола, окраски стен и потолка. В помещениях со светлыми полами, с потолком и стенами, окрашенными белой краской, освещенность повышается в 2 и более раза. Освещенность e_З учитывается только для зданий с боковым освещением. Отраженный свет от поверхности территории, прилегающей к зданию, при боковом освещении помещений, имеющих светлую окраску потолка, увеличивает освещенность в помещениях на 30% и более при светлом грунте (песок) или при покрытии грунта светлой керамической плиткой^.

 

Схема определения коэффициента естественной освещенности с учетом отраженного света

 

Рабочие места предприятий быта по зрительной характеристике относятся обычно к 3 и 4 разрядам работ с нормируемым КЕО = 1, 5 – 2,0. В помещениях, в которых осуществляют работы различной точности, значение КЕО принимают по точности работы, преобладающей в данном производстве. При расположении зданий ниже 45° северной широты КЕО умножают на 0,75, при расположении зданий севернее 60°северной широты – на 1,2.

При устройстве естественного освещения надо учитывать, что боковое освещение применяется в зданиях при отношении глубины помещения к высоте не более 8. Световые проемы в наружных стенах могут быть в виде отдельных окон, ленточные (одна или несколько лент по высоте стены) и сплошные. Проемы в виде отдельных окон устраиваются в тех зданиях, где производится грубая обработка изделий, а также в складских зданиях. Если необходимо иметь хорошее естественное освещение на большую глубину помещений, предусматривают ленточное или сплошное остекление. В зданиях, имеющих отношение глубины помещения к высоте более восьми, возникает необходимость устройства световых фонарей (световые фонари — это остекленные надстройки, возводимые над проемами, устраиваемыми в покрытии здания).

Расчет естественного освещения

 

Расчет естественного освещения сводится к определению площади оконных проемов производственного помещения. Этот расчет должен определить правильное отношение площади оконных проемов к площади пола. Правильное соотношение этих площадей обеспечивает минимально допустимое значение коэффициента естественной освещенности на рабочем месте.

Расчет осуществляют по формуле

 

 

где S₀ - площадь оконных проемов, м²; S_П - площадь помещения, м²; e_N - нормируемый КЕО; К_З - коэффициент запаса – величина, принимаемая в зависимости от запыленности производственного помещения (при запыленности рабочей зоны свыше 5 мг/м³ К_З = 2,0; от 1,0 до 5,0 мг/м³ – К_З = 1,8; менее 1 мг/м³ – К_З = 1,5); h₀ - световая характеристика окна, равная площади светового проема в % от площади пола (принимают по таблицам СНиП 23 – 05 – 95); t₀ - общий коэффициент светопропускания (определяют по формуле t₀ = t₁ × t₂ × t₃, где t₁ – коэффициент светопропускания материала, t₂ – коэффициент, учитывающий потерю света в переплетах светопроема; t₃ – коэффициент, учитывающий потерю света в несущих конструкциях; r₁ - коэффициент, учитывающий повышение коэффициента естественной освещенности благодаря свету, отраженному от светлых поверхностей оборудования, стен и потолка помещения; К_ЗД – коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями.

Коэффициент r₁ зависит от средневзвешенного коэффициента отражения поверхностей помещения Р_СР, %, который при боковом и верхнем освещении определяется по формуле

 

 

 

где Р_ПТ, Р_СТ, Р_ПП – коэффициент отражения потолка, стен, пола, %; S_ПТ, S_СТ, S_ПП – площади потолка, стен, пола, м²:

 

 

где В – ширина помещения, м; L – длина помещения – расстояние между стенами, перпендикулярными к наружной стене, м; Н – высота помещения, м.

Отношение площади окон к площади пола для производственных помещений обычно должно быть 1: 4 ¼ 1: 6.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: