 |
Производственное освещение.
|
|
|
|
1. ОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЙ.
Часть электромагнитного спектра с длинами волн 10-340000 нм называется оптической частью спектра, которая делится на инфракрасное излучение с длинами волн 340000-770 нм, видимое излучение 770-380 нм, ультрафиолетовое излучение 380-10 нм. В пределах видимой части спектра излучения различной длины волн вызывают различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового до красного. Наибольшая чувствительность зрения к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.
Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость.
Та часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет, называется СВЕТОВЫМ ПОТОКОМ Ф и измеряется в люменах (лм).
Световой поток определяется как величина не только физическая, но и физиологическая, поскольку измерение её основывается на зрительном восприятии.
Все источники света излучают световой поток в пространство неравномерно, поэтому вводится величина пространственной плотности светового потока – СИЛА СВЕТА I, которая определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри элементарного телесного угла d, к величине этого угла
I= dФ/d
За единицу силу света принята кандела (кд). Одна кандела – сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/600000 кв.м полного излучателя (государственный световой эталон) в перпендикулярном направлении при температуре затвердения платины (2046,65К) при давлении 101325 Па.
ОСВЕЩЕННОСТЬ Е – отношение светового потока dФ падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента.
|
|
|
Е = dФ/Ds
За единицу освещенности принят люкс (лк).
ЯРКОСТЬ L элемента поверхности dS под углом α относительно нормали этого элемента есть отношение силы света dI к произведению площади dS и косинуса угла?.
L = dI/dScosα Кд/кв. м
КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток. Определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф отр. к падающему на неё световому потоку Ф пад.
К основным качественным показателям освещения относятся коэффициент пульсации, показатель ослепленности и дискомфорта, спектральный состав света. Для оценки условий зрительной работы существуют такие характеристики, как фон, контраст объекта с фоном, видимость объекта.
ОБЪЕКТ РАЗЛИЧЕНИЯ – наименьший размер рассматриваемого предмета или отдельной его части, которые необходимо различить в процессе работы.
ФОН – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения и на которой он рассматривается. Характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности, при коэффициенте более 0,4 фон считается светлым, 0,2-0,4 – средним, менее 0,2 – темным.
КОНТРАСТ ОБЪЕКТА С ФОНОМ – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого и фона. Контраст определяется по формуле:
K = | Lоб – Lф | / Lф
Где Lф и Lоб – яркость соответственно фона и объекта
Контраст объекта с фоном считается большим при значениях К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при значениях К=0,2 – 0,5 и малым при значениях К менее 0,2..
БЛЕСКОСТЬ – повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций.
ВИДИМОСТЬ – характеризует способность глаза воспринимать объект; зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном: V = К/Кпор, где Кпор – пороговый контраст, т.е. наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым на фоне.
|
|
|
КОЭФФИЦИЕНТ ПУЛЬСАЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ Кп = 100(Емах-Емин)/2Еср, где Емах, Емин, Еср – соответствующие значения освещенности за период её колебания.
2. СИСТЕМЫ И ВИДЫ ОСВЕЩЕНИЯ.
При освещении производственных помещений естественное освещение, создаваемое светом неба (прямым и отраженным), искусственное, осуществляемое электрическими лампами, и совмещенное, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Естественное освещение подразделяется на боковое, осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее и комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.
По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух систем – общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах.
Общее освещение подразделяется на общее равномерное освещение (при равномерном распределении светового потока без учета расположения оборудования) и общее локализованное освещение (при распределении светового потока с учетом расположения рабочих мест) Применение одного местного освещения внутри зданий не допускается.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на следующие виды:
РАБОЧЕЕ – обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта.
АВАРИЙНОЕ – устраивают для продолжения работ в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования может привести к аварии или нарушение работы таких объектов, в которых недопустимо прекращение работ. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживание при аварийном режиме, должно составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий.
|
|
|
ЭВАКУАЦИОННОЕ – предусматривается для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей. Должно обеспечивать наименьшую освещенность в помещениях на полу основных проходов и на ступенях не менее 0,5 лк, а на открытых территориях – не менее 0,2лк.
ОХРАННОЕ и ДЕЖУРНОЕ – обеспечивает минимальное искусственное освещение для обеспечения дежурств охраны.
3. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННОМУ ОСВЕЩЕНИЮ.
Основная задача освещения на производстве – создание наилучших условий для видения. Следовательно любая осветительная система должна отвечать следующим требованиям.
1. Освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, которая определяется параметрами объекта различения, фона и контраста объекта с фоном.
2. Необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства. Для этого применяют комбинированное освещение, а также светлую окраску потолка, стен и оборудования.
3.На рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени. Тени искажают размеры и формы объектов различения поэтому их необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими молочными стеклами.
4.В поле зрения должна отсутствовать прямая и отраженная блескость. Пря-мая блескость связана с источниками света, отраженная возникает на поверхности с большим коэффициентом отражения или отражением по направлению к глазу. Критерием оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, является показатель ослепленности Ро = (V1/V2-1)х1000 где V1 и V2 – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения. Прямую блескость ограничивают уменьшением яркости источников света, правильным выбором защитного угла светильника и т.д. Отраженную блескость ослабляют правильным выбором направления светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности.
|
|
|
5. Величина освещенности должна быть постоянной во времени. Достигается стабилизацией питающего напряжения, жестким креплением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп.
6.Следует выбирать оптимальную направленность светового потока. Оптимальная видимость достигается при падении света на рабочую поверхность под углом 60* к её нормали, а наихудшая – при 0*
7. Следует выбирать необходимый спектральный состав света. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи и обеспечивается выбором источников света со спектральной характеристикой близкой к солнечной.
8. Все элементы осветительных установок должны быть долговечными и безопасными, малошумными и экономичными, с минимальными выделениями теплоты.
9. Установки должны быть удобными, простыми в эксплуатации и отвечать требованиям эстетики.
4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА.
При сравнении источников света и при выборе пользуются следующими характеристиками:
- электрическими (номинальное напряжение, электрическая мощность);
- светотехническими (световой поток, излучаемый лампой, максимальная сила света);
- эксплутационными (световая отдача лампы т.е. отношение светового потока лампы к её электрической мощности, срок службы, полезный срок службы – время, в течении которого световой поток лампы изменится не более чем на 20%, т.е. время экономически целесообразной эксплуатации лампы);
- конструктивными (форма колбы лампы, форма тела накала, наличие и состав газа, заполняющего колбу лампы, давление газа).
В качестве источников света для освещения промышленных предприятий применяют газоразрядные лампы и лампы накаливания.
Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения и пока ещё широко распространенны. Это объясняется следующими их преимуществами: удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения в сеть, просты в изготовлении.
К недостаткам относится: низкая световая отдача (для ламп общего назначения она составляет 7-20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс.ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света. Они искажают цветопередачу и поэтому их не применяют при работах, требующих различения цветов.
В последние годы получают все более широкое распространение лампы накаливания с йодным циклом – галоидные лампы. Наличие в колбе паров йода дает возможность повысить температуру накала спирали, образующиеся при этом пары вольфрама соединяются с йодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити. Срок службы этих ламп достигает 3 тыс.ч, световая отдача доходит до 40 лм/Вт, спектр излучения близок к естественному.
|
|
|
Газоразрядные лампы – это приборы, в которых излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явления люминесценции Основным преимуществом газоразрядных ламп является большая световая отдача (40-110 лм/Вт). Они имеют значительный срок службы (до 12 тыс.ч) и от них можно получить световой поток практически в любой части спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы и пары металлов, в атмосфере которых происходит разряд
Газоразрядные лампы имеют ряд существенных недостатков. Безынерционность излучения ГРЛ может привести к появлению пульсаций светового потока. При рассмотрении быстро движущихся или вращающихся деталей в пульсирующем потоке возникает стробоскопический эффект, который проявляется в искажении зрительного восприятия объектов различения (вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажаются направление и скорость движения). У некоторых типов ламп период разгорания может длиться 10-15 минут. ГРЛ могут создавать радиопомехи, исключение которых требует специальных устройств.
5. НОРМИРОВАНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ.
В действующих нормах проектирования производственного освещения задаются как количественная (величина минимальной освещенности), так и качественные характеристики (показатель ослепленности и дискомфорта, глубина пульсации освещенности) искусственной освещенности.
Принято раздельное нормирование освещенности в зависимости от применяемых источников света и систем освещения. Величина минимальной освещенности устанавливается по характеристике зрительной работы, которую определяют наименьшим размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Различают восемь разрядов и четыре подразряда в каждом разряде работ в зависимости от степени зрительного напряжения.
При определении нормы освещенности следует учитывать также ряд условий, вызывающих необходимость повышения уровня освещенности, выбранного по точности зрительной работы. Увеличение освещенности следует предусматривать, например, при повышенной опасности травматизма или при выполнении напряженной зрительной работы 1 - IV разрядов зрительной работы в течении всего рабочего дня.
Нормы для ГРЛ по освещенности выше, чем для ламп накаливания из-за большей светоотдачи этих ламп. Система комбинированного освещения как более эффективная имеет нормы освещенности выше, чем для общего освещения. Таким образом в нормы заложена тенденция повышения освещенности во всех случаях, когда её можно увеличить за счет повышения экономичности установки.
При освещении помещений ГРЛ, питаемыми переменным током 50 Гц, допустимые коэффициенты пульсаций в зависимости от системы освещения и характера выполняемой работы не должны превышать 10-20%.
Естественное освещение характеризуется тем, что освещенность меняется в чрезвычайно широких пределах. Эти изменения обусловливаются временем года, дня и метеорологическими факторами. Поэтому естественное освещение нельзя количественно задавать величиной освещенности. В качестве нормируемой величины для естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности КЕО, который представляет собой выраженное в процентах отношение освещенности в данной точке внутри помещения Ев к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой светом полностью открытого небосвода.
КЕО = Ев/Ен∙100%
Таким образом, КЕО оценивает размеры оконных проемов, вид остекленения и переплетов, их загрязнение, т.е. способность системы естественного освещения пропускать свет. Величина КЕО различных помещений лежит в пределах 0,1 – 12%.
Кроме количественного показателя КЕО нормируют и качественную характеристику – неравномерность естественного освещения. Минимальное значение КЕО в производственных помещениях с верхним и комбинированным освещением не должно быть меньше нормированного значения при боковом освещении для аналогичной зрительной работы.
6. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕНОГО ОСВЕЩЕНИЯ.
Задачей расчета является определение потребной мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении заданной освещенности.
Для этого необходимо:
1. Учитывая заданные характеристики зрительной работы (наименьший размер объекта различения, характеристика фона и контраст объекта различения с фоном) с помощью таблицы (СНиП 23-02-2003) определить разряд и подразряд зрительной работы, а также нормируемый уровень минимальной освещенности на рабочем месте.
2.Начертить помещение в масштабе. Распределить светильники и определить их число.
Существуют следующие методы расчета искусственного освещения:
-метод расчёта по коэффициенту использования светового потока;
-точечный метод;
-метод расчёта по коэффициенту удельной мощности (метод удельных ватт).
Метод расчёта по коэффициенту использования светового потока:
(этим методом можно рассчитывать только общее равномерное освещение)
а) выбирается нормированная освещённость ЕН (лк) (СНиП 23-02-2003);
б) рассчитывается световой поток одной лампы:
(лм)
где S – площадь помещения, м2;
К – коэффициент запаса, учитывающий запылённость и старение ламп (К = 1,3);
Z - коэффициент неравномерности (Z = 1,3…1,5);
N – количество ламп;
η – коэффициент использования светового потока;
в) определяется количество светильников:
N = na∙nв
где na = а/Lдл – число ламп по длине помещения (а – длина помещения, Lдл – расстояние между светильниками по длине);
nв = в/Lш – число ламп по ширине помещения (в – ширина помещения, Lш – расстояние между светильниками по ширине);
г) определяется коэффициент использования светового потока:
где Фпад – суммарный падающий световой поток;
Фл – световой поток одной лампы.
В целом коэффициент η зависит от площади стен, потолка, пола, то есть от конфигурации помещения, которая характеризуется индексом помещения i:
где Нр = Н – hp –hc расстояние между поверхностью стола и светильником (hp –высота стола, обычно принимается 0,8; 1; 1,2 м; hc – расстояние от потолка до светильника, обычно 0,15…0,25 м).
В зависимости от индекса помещения i по таблице выбирается значение коэффициента использования светового потока η.
д) по расчётному световому потоку подбирается ближайший гостовский световой поток и выбирается мощность одной лампы;
е) определяется фактическая освещённость:
Занижать освещённость по сравнению с нормами можно только на 10%, а завышать – на 20%.
Точечный метод:
(рассчитывается только местное освещение)
а) устанавливается нормированная освещённость Ен (80% от норм комбинированного освещения;
б) рассчитывается световой поток на границе рабочей зоны:
, лм
где k – коэффициент запаса (выбирается по таблице СНиП 23-02-2003);
Фу – световой поток условной лампы, Фу = 1000 лм;
Iу – сила света условной лампы (таблица СНиП 23-02-2003).
в) по Фл определяется Фгост;
г) пересчитывается фактическая освещённость Ефакт.
Метод расчёта по коэффициенту удельной мощности (метод удельных ватт).
Этим методом можно рассчитать только общее равномерное освещение:
а) определяется суммарная мощность всех источников света:
P = ωS, Вт
где ω – коэффициент удельной мощности, Вт/м2
ω = f (Eн, S, Hp, тип светильника, Sпот, Sст, Sпола);
S – площадь помещения, м2.
б) определяется количество светильников по мощности одной лампочки:
N = P/P0
|
|
|
