Описание лабораторной установки

Методические указания

По выполнению лабораторных работ

По курсу «Безопасность жизнедеятельности»

 

 

Составители: доц. Г. Ф. Нафиков

ст. преп. Э. Г. Гарайшина

 

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» /Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: Г.Ф.Нафиков, Э.Г. Гарайшина. Казань, 2006. с.

 

Рассмотрены методики проведения лабораторных работ для изучения эффективности качества освещения на лабораторном стенде, для оценки освещенности на рабочем месте и для проведения расчетов искусственного и естественного освещения, для изучения эффективности мероприятий по снижению шума и вибрации средствами звукоизоляции и виброзащиты.

Предназначены для студентов технологических и механических специальностей, изучающих курс «Безопасность жизнедеятельности».

Подготовлены на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии».

Печатаются по решению методической комиссии по циклу дисциплин механического профиля НХТИ.

 

Рецензенты: доц. Р.Н.Салахиев

доц. М.Г.Гарипов

Л абораторная работа 1

Эффективность и качество освещения

Цель работы: изучение количественных и качественных характеристик освещения, оценка влияния типа светильника и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования светового потока; исследования освещения рабочего места и повести расчет искусственного и естественного освещения.

 

Общие сведения

Освещение – получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий видения предметов и объектов. Оно влияет на настроение и самочувствие, определяет эффективность труда.

Рациональное освещение помещения и рабочих мест – одно из важнейших условий создания благоприятных и безопасных условий труда.

Около 80% из общего объема информации человек получает через зрительный аппарат. Качество получаемой информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное в количественном или качественном отношении освещение не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерационально организованное освещение может, кроме того, явиться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени и пульсации освещенности ухудшают видимость и могут вызвать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта.

В зависимости от источника света освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и совмещенное (смешанное).

Для гигиенической оценки освещения используются светотехнические характеристики, принятые в физике.

Видимое излучение – участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм (1 нм=10^-9 м), регистрируемых человеческим глазом.

Световой поток F – мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света J_α – пространственная плотность светового потока:

, (1.1)

где dF – световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω. Единица измерения силы света – кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.

Освещенность – поверхностная плотность светового потока, люкс (лк):

, (1.2)

где dS – площадь поверхности (м²), на которую падает световой поток dF.

Яркость В – поверхностная плотность силы света в заданном направлении. Яркость, являющаяся характеристикой светящихся тел, равна отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению.

, (1.3)

где J_α – сила света, кд; dS – площадь излучающей поверхности, м²; α – угол между направлением излучения и плоскостью, град.

Единицей измерения яркости является кд/м², это яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади 1 м².

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых испытывается недостаток естественного света, а также для освещения помещения в те часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

По принципу организации искусственного освещения можно разделить на два вида: общее и комбинированное.

Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах.

Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Его целесообразно устраивать при работах высокой точности, а также при необходимости создания в процессе работы определенной направленности светового потока. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним участкам. Оно может быть стационарным и переносным применение только местного освещения в производственных помещениях запрещается, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными местами утомляет зрение, замедляет скорость работы и не редко является причиной несчастных случаев.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное и охранное.

Рабочее освещение предусматривается для помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работ, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса или работы объектов жизнеобеспечения. Наименьшая освещенность, создаваемая аварийным освещением, должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территории предприятий.

Эвакуационное освещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей в количестве более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность не менее 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк на открытой территории.

Охранное освещение предусматривается вдоль границ территории охраняемой в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли.

В качестве источников искусственного освещения применяются лампы, накаливания и газоразрядные лампы.

В лампах накаливания источником света является раскаленная вольфрамовая проволока. Эти лампы дают непрерывный спектр излучения с повышенной (по сравнению с естественным светом) интенсивностью в желто-красной области спектра. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные газонаполненные, бесспиральные (галогенные).

Общим недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшое срок службы (менее 2000 часов) и малая световая отдача (отношение создаваемого лампой светового потока к потребляемой электрической мощности) (8 - 20 лм/Вт). В промышленности они находят применение для организации местного освещения.

Наибольшее применение в промышленности находят газоразрядные лампы низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления называемые люминесцентными, содержат стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, наполненную дозированным количеством ртути (30 - 80 мг) и смесью инертных газов под давлением около 400 Па. На противоположных концах внутри трубки размещаются электроды между которыми, при включении лампы в сеть, возникает газовый разряд сопровождающийся излучением преимущественно в ультрафиолетовой области спектра. Это излучение, в свою очередь, преобразуется люминофором в видимое световое излучение. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью.

В последние годы появились газоразрядные лампы низкого давления со встроенным высокочастотным преобразователем. Газовый разряд в таких лампах (называемый вихревым) возбуждается на высоких частотах (десятки кГц) за счет чего обеспечивается очень высокая светоотдача.

К газоразрядным лампам высокого давления (0,03 - 0,08 МПа) относят дуговые ртутные лампы (ДРЛ). В спектре излучения этих ламп преобладают составляющие зелено-голубой области спектра.

Основными достоинствами газоразрядных ламп является их долговечность (свыше 10000 часов), экономичность, малая себестоимость изготовления, благоприятный спектр излучения, обеспечивающий высокое качестве цветопередачи, низкая температура поверхности. Светоотдача этих ламп колеблется в пределах от 30 до 105 лм/Вт, что в несколько раз превышает светоотдачу ламп накаливания.

Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях устанавливается в зависимости от характеристики зрительной работы и регламентируется строительными нормами и правилами СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение".

Характеристика зрительной работы определяется минимальным размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и свойствами фона.

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

Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым при коэффициенте отражения ρ светового потока поверхностью более 0,4; средне светлым при коэффициенте отражения от 0,2 до 0,4; темным при коэффициенте отражения менее 0,2.

Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности яркостей объекта В₀ и фона Вф к наибольшей их этих двух яркостей. Контраст считается большим при значениях К более 0,5 средним - при значениях К от 0,2 до 0,5; малым - при значениях К менее 0,2.

В соответствии со СНиП 23-05-95 все зрительные работы делятся на 8 разрядов в зависимости от размера объекта различения и условий зрительной работы. Допустимые значения наименьшей освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях в соответствии со СНиП 23-05-95 приведены в Приложении 1. (В зарубежных нормах размер объект; различения часто указывают в угловых минутах).

Кроме цветности источников света и цветовой отделки интерьера, влияю на субъективную оценку освещения, важным параметром, характеризую качество освещения, является коэффициент пульсации освещенности К_п:

, (1.4)

где: Е_макс - максимальное значение пульсирующей освещенности на рабочей поверхности; Е_мин - минимальное значение пульсирующей освещенности; Е_ср - среднее значение освещенности.

Пульсации освещенности на рабочей поверхности не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект - кажущееся изменение или прекращение движения объекта, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой. Например, если вращающийся белый диск с черным сектором освещать пульсирую световым потоком (вспышками), то сектор будет казаться: неподвижным при частоте f_всп = f_вращ, медленно вращающимся в обратную сторону при f_всп > f_вращ, медленно вращающимся в ту же сторону при f_всп < f_вращ, где f_всп и f_вращ - соответственно частоты вспышек и вращения диска. Пульсации освещенности на вращающихся объектах могут вызывать видимость их неподвижности, что в свою очередь, может явиться причиной травматизма.

Значение К_п меняется от нескольких процентов (для ламп накаливания) нескольких десятков процентов (для люминесцентных ламп). Малое значение К_п для ламп накаливания объясняется большой тепловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению светового потока F_лн ламп в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0. В то же время газоразрядные лампы обладают малой инерцией и меняют световой поток F_лл почти пропорционально амплитуде сетевого напряжения.

Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности К_п люминесцентные лампы включаются в разные фазы трехфазной электрической сети. Это хорошо поясняет нижняя кривая, где показан характер изменения во времени светового потока (и связанной с ним освещенности), создаваемого тремя люминесцентными лампами 3 F_лл, включенными в фазу А и в три различные фазы сети. В последнем случае за счет сдвига фаз на 1/3 периода провалы в световом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, так что пульсации суммарного светового потока существенно уменьшаются. При этом среднее значение освещенности, создаваемой лампами, остается неизменным и не зависит от способа их включения.

В соответствии со СНиП 23-05-95 коэффициент пульсации освещенности К_п нормируется в зависимости от разряда зрительных работ с сочетай показателем освещенности Р:

, (1.5)

где s – коэффициент ослепленности, определяемый как:

, (1.6)

где ΔВ_пор – пороговая разность яркости объекта и фона при обнаружении объекта на фоне равномерной яркости, (ΔВ_пор)_s – то же при наличии в поле зрения блеского (яркого) источника света.

На освещенность рабочих поверхностей в производственном помещении влияют отражение и поглощение света стенами, потолком и другими поверхностями, расстояние от светильника до рабочей поверхности, состояние излучающей поверхности светильника, наличие рассеивателя света и т.д. Вследствие этого полезно используется лишь часть светового потока, излучаемого источником света.

Расчет искусственного освещения предусматривает: выбор типа источника света, системы освещения и светильника, проведение светотехнических расчетов, распределение светильников и определение потребляемой системой освещения мощности. Величина, характеризующая эффективность использования источников света, называется коэффициентом использования светового потока или коэффициентом использования осветительной установки (η) и определяется как отношение фактического светового потока (F_факт) к суммарному световому потоку (F_ламп) используемых источников света, определенному по их номинальной мощности в соответствии с нормативной документацией:

. (1.7)

Значение фактического светового потока F_факт можно определить по результатам измерений в помещении средней освещенности Е_ср по формуле:

, (1.8)

где S - площадь помещения, м².

При проектировании освещения для оценки светового потока F_факт используется формула:

, (1.9)

где: Е - нормируемая освещенность, лм (Приложение 1), К₃ - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, запыление и загрязнение светильников (обычно К₃ -1,3 для ламп накаливания и 1,5 для люминесцентных ламп). Z - коэффициент неравномерности освещения (обычно Z = 1,1 - 1,2).

Отражающие свойства поверхностей помещения можно учесть с помощью коэффициента отражения светового потока ρ. В случае равномерно диффузного отражения, когда отраженный световой поток рассеивается с одинаковой яркостью во всех направлениях, яркость участка равномерно диффузно отражающей поверхности равна:

, (1.10)

Расчет освещения производится методом светового потока (коэффициент использования) по точечному методу и по удельной мощности.

Метод светового потока применяется при равномерном расположении светильников и при нормированной горизонтальной освещенности (Е_н). Све­товой поток лампы Ф_л (лм) рассчитывают по формуле:

, (1.11)

где Е_н - минимальная нормированная освещенность (Л К) (табл.1), применяемая по СНиП 23.05-95; S_п – площадь помещения, м; К – коэффициент запаса (1,4÷1,7); Z – коэффициент минимальной освещенности, равный отношению Е_ср/Е_мin: для ламп накаливания и ДРЛ – 1,15; для люминесцентных – 1,1; n_св – число светильников или ламп; η – коэффициент светового потока (в табл.4). Он зависит от индекса помещения i, коэффициент отражения стен ρ_c, потолка ρ_п и типа свеитильника. Коэффициент отражения оцениваются субъективно (табл. 5).

Индекс помещения i определяют по формуле:

, (1.12)

где а и b – ширина и длина помещения, м; H_св – высота подвеса светильников.

Для расчета общего равномерного локализованного освещения помещений и открытых пространств, а также местного освещения при любом рас положении освещаемых поверхностей применяется точечный метод.

Освещенность какой-либо точки А горизонтальной поверхности выражается формулой

, (1.13)

где J_A - сила света (Kg), заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм; α – угол между вертикальной плоскостью и направлением светового потока на освещаемую точку; Н_св - высота подвеса светильника, м.

Относительная освещенность:

, (1.14)

Условная освещенность при Е = е:

. (1.15)

Условную освещенность определяют по графику зависимости е = f(d/ Н_св), где d - расстояние контрольной точки А до проекций све­тильников.

Расчет горизонтальной освещенности в контрольной точке производят по формуле:

, (1.16)

где μ - коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отраженного светового потока (1,1 ÷ 1,2); К - коэффициент запаса (1,3 ÷ 1,5) в зависимости от периодичности чистки светильников; Σе - общая условная освещенность от всех светильников.

Если же требуется найти освещенность для лампы произвольным световым потоком Ф, то формула принимает следующий вид:

. (1.17)

Если мощность источника света не выбрана, то световой поток можно найти по нормированной освещенности:

(1.18)

Расчет по удельной мощности основан на анализе большого количества светотехнических расчетов, выполненных по методу коэффициента использования светового потока.

Удельную мощность определяют по формуле:

, (1.19)

где W - мощность источников света всех осветительных установок; S_n – площадь помещения, м.

Значение удельной мощности зависит от светильников, размещения их в помещениях, мощности, типа ламп, характеристики освещаемого помещения. Метод применяется при расчете общего равномерного освещения, особенно для помещений большой площади.

 

Содержание работы

Задание 1. Исследовать эффективность и качество освещения.

Измерить освещенность, создаваемую различными источниками света и сравнить с нормируемыми значениями. По измеренным значениям, освещенности определить коэффициент использования осветительной остановки. Измерить и сравнить коэффициенты пульсаций освещенности создаваемой различными источниками света, оценить зависимость коэффициента пульсаций освещенности от способа подключения ламп к фазам трехфазной сети.

 

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из макета производственного помещения оборудованного различными источниками искусственного освещения, и люксметра-пульсаметра для измерения значений освещенности и коэффициента её пульсаций. Макет и люксметр-пульсаметр устанавливаются: на стол лабораторный.

Макет имеет каркас из алюминиевого профиля, пол, потолок, боковые стенки, заднюю стенку и переднюю стенку. Задняя и боковые стенки являются съемными и могу устанавливаться любой из двух сторон внутрь макета помещения, фиксируясь в проемах каркаса с помощью магнитных защелок. Одна сторона стенок окрашена в светлые тона, другая - в темные тона, при этом нижняя окрашенная: половина стенки темнее верхней.

Передняя стенка жестко вмонтирована в каркас и выполнена из тонированного прозрачного стекла.

В передней нижней части каркаса предусмотрено окно для установки измерительной головки люксметра-пульсаметра внутрь каркаса.

На полу размещен вентилятор для наблюдения стробоскопической эффекта и охлаждения ламп в процессе работы.

На потолке размещены патроны, в которых установлены две лампы накаливания, три люминесцентные лампы типа КЛ9, галогенная лампа и люминесцентная лампа типа СКЛЭН с высокочастотным преобразователем Вертикальная проекция ламп отмечена на полу цифрами, соответствующими номерам ламп на лицевой панели макета.

Включение электропитания установки производится автоматом защиты находящимся на задней панели каркаса, и регистрируется сигнальной лампой расположенной на передней панели каркаса.

На передней панели каркаса расположены органы управления и контроля, в том числе:

- лампа индикации включения напряжения сети;

- переключатель для включения вентилятора;

- ручка регулирования частоты вращения вентилятора;

- переключатели для включения ламп.

Электропитание ламп накаливания и люминесцентных ламп осуществляется от разных фаз. Схема позволяет включать отдельно каждую лампу с помощью соответствующих переключателей, расположенных на передней панели каркаса.

На задней панели каркаса расположен автомат защиты сети и сдвоенная розетка с напряжением 220В для подключения измерительных приборов.

Люксметр – пульсаметр содержит корпус на лицевой панели которого расположен стрелочный индикатор, переключатель режима измерения (освещенность Е – коэффициент пульсации К_П), переключатель диапазона измерения (100 – 30) и переключатель включения напряжения сети со встроенным индикатором. На задней стенке корпуса закреплен сетевой шнур с вилкой и держатель предохранителя. В качестве приемника светового потока используется измерительная головка с насадками. При выключенном питании прибор работает как люксметр (Ю – 116) и позволяет измерять освещенность в диапазоне от 5 до 100000 лк. Выбор диапазона определяется насадками. В положении 100 переключателя диапазона измерения с насадками К и М измеряется освещенность до 1000 лк, с насадками К и Р – до 10000 лк и с насадками К и Т – до 100000 лк. В положении 30 переключателя диапазона измеряется с этими же насадками измеряется освещенность до 300 лк, 3000 лк и 30000 лк, соответственно.

При включении питания прибор позволяет измерять коэффициент пульсации освещенности в диапазоне от 0 до 30% или от 0 до 100% в зависимости от положения переключателя диапазона измерения. Следует обратить внимание на то, чтобы измерении коэффициента пульсации производилось при тех же насадках, что и измерение освещенности.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: