Методичка по лабораторным работам 5, 7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ “МАМИ”
Кафедра “Экология и безопасность жизнедеятельности”
Ю. А. Феофанов
Н. Н. Шарипова
Э. Е. Смирнова
Одобрено
методической комиссией
по общетехническим дисциплинам
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЕСТЕСТВЕННОГО И
ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Методические указания к лабораторным работам №5 и №7
по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности”
для студентов всех специальностей
Под редакцией
д. т. н., проф. Б. Н. Нюнина
МОСКВА 2001
2
УДК [331.45; 621] (083.74)
Феофанов Ю. А., Шарипова Н. Н., Смирнова Э. Е. Исследование и
расчет естественного и искусственного освещения. Методические указания к лабораторным работам №5 и №7 по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей. - М.: МГТУ “МАМИ”,
2001. - 36 c.
В методических указаниях дано описание лабораторных работ №5 и
№7 по исследованию и расчету естественного и искусственного освещения.
Указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих дисциплину “Безопасность жизнедеятельности”.
С Московский государственный технический университет “МАМИ”, 2001 г.
3
СОДЕРЖАНИЕ
1. Лабораторная работа №5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ (Н. Н. Шарипова,
Э. Е. Смирнова) ……………………………………………………….
1.1. Цель работы ……………………………………………………………
1.2. Задачи лабораторной работы …………………………………………
1.3. Теоретическая часть …………………………………………………...
1.4. Применяемые приборы ………………………………………………..
1.5. Порядок выполнения работы …………………………………………
1.6. Содержание отчета …………………………………………………….
1.7. Контрольные вопросы ………………………………………………...
4
4
4
4
11
13
15
15
2. Лабораторная работа №7. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ (Ю. А. Феофанов,
Н. Н. Шарипова) ……………………………………………………...
2.1. Цель работы ……………………………………………………………
2.2. Задачи лабораторной работы …………………………………………
2.3. Теоретическая часть …………………………………………………..
2.4. Применяемые приборы ………………………………………………..
2.5. Порядок выполнения работы …………………………………………
2.6. Содержание отчета …………………………………………………….
2.7. Контрольные вопросы ………………………………………………...
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………….…..
16
16
16
16
31
31
34
35
36
4
1. Лабораторная работа №5
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
1.1. Цель работы
Изучить основные принципы нормирования, порядка расчета и определения качества естественного освещения в производственных помещениях.
1.2. Задачи лабораторной работы
1. Ознакомление с влиянием естественного освещения на безопасность
труда и снижение травматизма.
2. Изучение принципов нормирования естественного освещения на рабочих местах.
3. Изучение методов расчета естественного освещения в производственном помещении.
4. Ознакомление с прибором для измерения характеристик естественного освещения на рабочем месте.
5. Расчет естественного освещения в производственном помещении.
1.3. Теоретическая часть
Важным вопросом охраны труда является организация рационального
освещения производственных помещений и рабочих мест.
Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции, благоприятно влияет на производственную деятельность, что оказывает положительное воздействие на работающего, повышает безопасность
труда и снижает травматизм.
Во всех производственных помещениях с постоянным пребыванием в
них людей для работ в дневное время необходимо предусматривать естественное освещение, как наиболее экономичное и современное с позиций медико-санитарных требований в сравнении с искусственным освещением.
Различают три вида естественного освещения производственных
помещений:
1) боковое освещение – осуществляется через световые проемы в наружных стенах или светопрозрачные наружные конструкции;
2) верхнее освещение – осуществляется через аэрационные фонари
или зенитные купола, световые проемы в перекрытиях, а также через световые проемы в местах перепада высот смежных пролетов
зданий;
3) комбинированное освещение – совокупность бокового и верхнего
освещения. Комбинированное освещение является наиболее рацио-
5
нальным, так как обеспечивает равномерное освещение по площади
помещения.
Нормирование естественного освещения
Количественную оценку естественного производственного освещения
проводят по освещенности рабочей поверхности.
Освещенностью Е называется отношение светового потока ∂Ф в люменах (лм), падающего на элемент поверхности ∂S , к площади этого элемента в м2.
E=
∂Ф
.
∂S
За единицу освещенности Е принят люкс (лк).
Естественный свет внутри помещения распространяется неравномерно,
так как зависит от конструкции световых проемов и их размещения.
Естественное освещение характерно тем, что создаваемая в помещении
освещенность изменяется в значительных пределах. Эти изменения обусловлены временем года, дня и метеорологическими факторами (облачностью и
отражающими свойствами земного покрова). В связи с этим оценить естественное освещение абсолютным значением освещенности на рабочем месте не
представляется возможным. Поэтому в качестве нормируемой величины при
оценке естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности e (КЕО), который представляет собой отношение освещенности в заданной точке внутри помещения E B к одновременной наружной горизонтальной освещенности E H , создаваемой рассеянным светом всего небосвода:
e=
EB
100% . (1.1)
EH
Таким образом, КЕО оценивает размеры оконных проемов, вид остекления и переплетов, их загрязнение, т. е. способность системы естественного
освещения пропускать свет.
Естественная освещенность в помещении регламентируется
СНиП 23-05-95 “Естественное и искусственное освещение”. Нормируемое
значение КЕО eN зависит от следующих трех факторов:
1) характеристики зрительной работы (определяется в зависимости от
размера объекта различения – рассматриваемый предмет, отдельная
часть его или различимый дефект, которые необходимо различать в
процессе работы);
2) системы освещения (верхнее, боковое или комбинированное);
3) коэффициента светового климата mN (зависит от месторасположения на территории России и ориентации световых проемов здания
6
по сторонам горизонта).
Нормируемое значение КЕО eN для зданий, располагаемых в различных районах, определяется по выражению
e N = eH m N , % .
где
eH - значение КЕО по табл. 1.1;
mN = 1 (для всех зданий, расположенных в центральной европейской
части России, независимо от ориентации).
Следовательно, для помещения лаборатории кафедры “Экология и
безопасность жизнедеятельности” МГТУ “МАМИ” eN = eH .
Расчет естественного освещения
Коэффициент естественной освещенности e можно определить экспериментальным или аналитическим методами.
Экспериментальный метод. Для этого необходимо предварительно
измерить освещенность E B внутри помещения на рабочем месте и одновременно наружную освещенность E H горизонтальной поверхности, создаваемую небосводом. Далее по выражению (1.1) определяют коэффициент естественной освещенности e .
Аналитический метод. При проектировании производственных помещений для правильной расстановки оборудования и распределения рабочих мест с различной степенью зрительного напряжения необходимо уметь
аналитически определять коэффициент естественной освещенности.
Световой поток, падающий в расчетную точку А (рис. 1.1) производственного помещения, складывается из прямого диффузного света части небосвода, видимого через светопроем, и света, отражаемого от внутренних поверхностей помещения и от противостоящих зданий.
Рис. 1.1.
7
1.1. Регламентируемое значение КЕО
eH для производственных помещений
Наименьший
размер объекта
различения, мм
Разряд
зрительной работы
Наивысшей точности
Очень высокой точности
Высокой точности
Менее 0,15
От 0,15 до 0,3
Свыше 0,3 до 0,5
I
II
III
Средней точности
Малой точности
Грубая (очень малой точности)
Свыше 0,5 до 1,0
Свыше 1,0 до 5,0
Свыше 5,0
IV
V
VI
Характеристика зрительной
работы
Значение eH при
естественном освещении,
%
верхбоконем или вом
комбинированном
10,0*
7,0*
5,0*
4,0
1,5
3,0
1,0
3,0
1,0
Выполняемая работа
Работа со светящимися материалами и изделиями в горячих
Свыше 0,5
VII
3,0
1,0
цехах
постоянное
3,0
1,0
периодическое
при постоянном пребыва1,0
0,3
Общее наблюнии людей в
дение за ходом
помещении
производстпериодическое
венного проVIII
при
периодицесса
ческом пре0,7
0,2
бывании людей в помещении
Общее наблюдение за инженер0,3
0,1
ными коммуникациями
* Только в крупнопролетных сборочных цехах, в которых работы выполняются в
значительной части объема помещения на разных уровнях от пола и на различно ориентированных в пространстве поверхностях.
В производственных помещениях со зрительной работой I – III разрядов следует
устанавливать совмещенное освещение, когда недостаточное по нормам естественное
освещение дополняется искусственным.
При боковом освещении КЕО определяется из выражения
eб = (ε б q + ε зд R ) r τ o , (1.2)
где (ε б q + ε зд R ) - выражение, определяющее часть КЕО, создаваемого
светом, проникающим из вне;
8
ε б и ε зд - геометрические коэффициенты естественной освещенности
в расчетных точках при боковом освещении, учитывающие соответственно
свет от небосвода и противостоящего здания (определяются графическим методом А. М. Данилюка).
q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба (принимаем q = 1 );
R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания (принимаем R = 0,11 );
r - коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного
света от потолка и стен помещения (подбирается по табл. 1.2);
τ o - общий коэффициент светопропускания материала, определяемый
по выражению
τ 0 = τ1 τ 2 τ 3 τ 4 ,
где τ 1 - коэффициент светопропускания материала ( τ 1 = 0,8 для двойного
оконного стекла);
τ 2 - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах оконных
рам ( τ 2 = 0,6 для двойных открывающихся рам);
τ 3 - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях
оконных рам. Для случая бокового освещения τ 3 = 1,0 ;
τ 4 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах ( τ 4 = 1,0 для раздвигающихся штор).
Геометрические коэффициенты естественной освещенности определяют графическим методом А. М. Данилюка, который пригоден для определения КЕО при легкой сплошной облачности, т. е. при диффузном распространении светового потока. Суть этого метода сводится к тому, что полусферу
разбивают на 10 тыс. участков равной световой активности и подсчитывают,
какое число участков видно из данной точки помещения через светопроем,
т. е. графически определяют, какая часть светового потока от всей небесной
полусферы непосредственно попадает в расчетную точку.
При этом число видимых через светопроем участков небосвода находят
при помощи двух планшетов (рис. 1.2), представляющих собой нанесенную
на прозрачный лист, проекцию пучка лучей, соединяющих центр полусферы
небосвода с участками равной световой активности по высоте (планшет I) и
по ширине (планшет II) светового проема.
Определение геометрического КЕО сводится к наложению планшета I
на поперечный разрез помещения, а планшета II на план помещения (см. рис. 1.2) и подсчету числа лучей, проходящих через светопроем соответственно по его высоте и ширине.
9
От 1
до 1,5
Отношение расстояния l расчетной
точки от наружной стены к ширине
помещения B
Отношение ширины помещения В к
высоте от уровня условной рабочей
поверхности до верха окна h1
1.2. Значение коэффициента
0,1
0,5
1,0
Более 0
1,5 до 0,3
2,5
0,5
0,7
1,0
Более 0,1
2,5 до 0,2
3,5
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Более 0,1
3,5
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
r
Значение
r при боковом освещении
Средневзвешенный коэффициент отражения потолка, стен и пола
ρ ср
0,5
0,4
0,3
Отношение длины помещения l П к его ширине B
0,5
1,0
1,05
1,4
2,1
1,05
1,3
1,85
2,25
3,8
1,1
1,15
1,2
1,35
1,6
2,0
2,6
3,6
5,3
7,2
1,2
1,4
1,75
2,4
3,4
4,6
6,0
7,4
9,0
10,0
1,05
1,3
1,9
1,05
1,2
1,6
2,0
3,3
1,05
1,1
1,15
1,25
1,45
1,75
2,2
3,1
4,2
5,4
1,15
1,3
1,5
2,1
2,9
3,8
4,7
5,8
7,1
7,3
2,0 и
более
1,05
1,2
1,5
1,05
1,1
1,3
1,7
2,4
1,05
1,05
1,1
1,2
1,3
1,45
1,7
2,4
3,0
4,3
1,1
1,2
1,3
1,8
2,5
3,1
3,7
4,7
5,6
5,7
0,5
1,0
1,05
1,2
1,8
1,05
1,2
1,5
1,7
2,8
1,05
1,1
1,15
1,2
1,35
1,6
1,9
2,4
2,9
3,6
1,1
1,2
1,4
1,6
2,0
2,4
2,9
3,4
4,3
5,0
1,05
1,15
1,6
1,05
1,15
1,35
1,6
2,4
1,0
1,1
1,1
1,15
1,25
1,45
1,7
2,2
2,45
3,1
1,1
1,15
1,3
1,4
1,8
2,1
2,6
2,9
3,6
4,1
2,0 и
более
1,0
1,1
1,3
1,05
1,1
1,2
1,3
1,8
1,0
1,05
1,1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,55
1,9
2,4
1,05
1,1
1,2
1,3
1,5
1,8
2,1
2,4
3,0
3,5
0,5
1,0
1,05
1,2
1,4
1,05
1,15
1,3
1,55
2,0
1,0
1,05
1,1
1,15
1,25
1,4
1,6
1,9
2,2
2,6
1,05
1,1
1,25
1,4
1,7
2,0
2,3
2,6
3,0
3,5
1,0
1,1
1,3
1,0
1,1
1,2
1,35
1,8
1,0
1,05
1,1
1,1
1,15
1,3
1,5
1,7
1,85
2,2
1,05
1,05
1,2
1,3
1,5
1,8
2,0
2,3
2,6
3,0
2,0 и
более
1,0
1,1
1,2
1,0
1,05
1,1
1,2
1,5
1,0
1,05
1,05
1,1
1,1
1,2
1,3
1,4
!.5
1,7
1,0
1,05
1,1
1,2
1,3
1,6
1,7
1,9
2,1
2,5
Геометрическое значение КЕО в данной точке М помещения определяется по выражению
ε = 0,01 n1 n2 , (1.3)
10
где n1 - количество лучей по
планшету I, проходящих через
светопроем на поперечном разрезе помещения;
n2 - количество лучей по
планшету II, проходящих через
светопроем на плане помещения.
При определении расчетного значения КЕО в произвольной
точке помещения лаборатории
имеется ряд особенностей расположения
световых
проемов
(окон), что требует внесения в
выражения (1.2) и (1.3) определенных поправок.
Помещение
лаборатории
имеет боковое освещение от 3-х
оконных проемов. Геометрический коэффициент естественной
освещенности при боковом осм
вещении обозначим eб , где индекс “м” обозначает значение
КЕО для произвольной точки М
помещения. Так как в боковые
Рис. 1.2. Схема для расчета естественного окна помещения лаборатории
попадает отраженный свет от ряосвещения по методу А. М. Данилюка
дом стоящего здания, то выражения (1.2) и (1.3) для определения КЕО в расчетной точке М примут вид:
eбм = ε зд R r τ o
и
eбм = 0,01 n1 n2 R r τ o .
(1.4)
При практическом использовании выражения (1.4) вводится коэффициент запаса К З , учитывающий загрязнение стекол. В результате выражение
(1.4) примет вид
eбм = 0,01 n1 n2 R r τ o / K З . (1.5)
Для данного помещения лаборатории К З = 1,2 .
Поскольку в помещении могут быть как боковые, так и торцевые светопроемы, то действительное значение КЕО в произвольной точке М такого
помещения определяется исходя из метода суперпозиции (наложения) освещенности от боковых и торцевого светопроемов.
11
e м = ебм + еТм ,
м
где eТ - значение КЕО в точке М от света, проходящего через торцевое окно
м
(определяется аналогично, как и eб ).
1.4. Применяемые приборы
Фотоэлектрический люксметр типа Ю-116 (рис. 1.3) предназначен
для измерения освещенности, создаваемой лампами искусственного освещения и естественным светом, источники которого расположены произвольно
относительно светоприемника люксметра.
Люксметр состоит из выносного селенового фотоэлемента 1 с насадками 2 и 3 и магнитоэлектрического прибора 5. Селеновый фотоэлемент присоединяется к прибору шнуром с соединительным разъемом 4, включаемым в
гнездо, расположенное в углублении панели прибора.
.
Рис. 1.3. Люксметр Ю-116:
1 – фотоэлемент; 2 – насадка К светопоглощающая корректирующая; 3 – насадка
(М, Р или Т) корректирующая; 4 – разъем соединительный; 5 – прибор М2027-5; 6 –
винт корректировки положения стрелки; 7 – включатель диапазонов нижней шкалы; 8 – включатель диапазонов верхней шкалы
На передней панели расположены кнопки 6 и 7 переключения шкал
прибора и табличка со шкалой, связывающей действие кнопок и используемых насадок с пределами измерений освещенности.
12
Для корректировки угловой чувствительности фотоэлемента 1 применяется насадка 2 (маркированная буквой К на внутренней поверхности), состоящая из полусферы, изготовленной из белой светорассеивающей пластмассы и непрозрачного пластмассового кольца. Данная насадка применяется
только со сменными насадками 3, имеющими маркировки М, Р и Т, что обеспечивает общий номинальный коэффициент ослабления показаний прибора 5
соответственно 10, 100 и 1000. Указанные насадки применяются для расширения диапазона измерения прибора.
Принцип отсчета значения замеряемой освещенности состоит в следующем: против нажатой кнопки определяют выбранное с помощью насадок
на светоприемник (или без насадок) наибольшее значение диапазонов измерений. При нажатой правой кнопке 8, против которой нанесены наибольшие
значения диапазонов измерений кратные 10, следует пользоваться для отсчета показаний шкалой 0 - 100 (верхняя), а при нажатой левой кнопке 7, против
которой нанесены наибольшие значения диапазонов измерений кратные 30,
следует пользоваться шкалой 0 – 30 (нижняя). Показания прибора в делениях
по соответствующей шкале умножаются на коэффициент пересчетa шкалы,
указанный в табл. 1.3, в зависимости от применяемых насадок 2 и 3. Маркировка корректирующей насадки 3 расположена на ее ободке
1.3. Коэффициенты пересчета показаний люксметра типа Ю-116 в зависимости от применяемых насадок на фотоэлементе
Диапазон измерений,
лк
5 – 30
17 – 100
50 – 300
170 – 1000
500 – 3000
1700 – 10000
5000 – 30000
17000 - 100000
Условное обозначение совме- Общий номинальный
стно применяемых насадок на коэффициент ослабления применяемых двух
фотоэлементе
насадок (коэффициент
пересчета шкалы)
Без насадки с открытым
1
фотоэлементом
К, М
10
К, Р
100
К, Т
1000
Предположим, что на светоприемник (фотоэлемент) установлены насадки К, Р и нажата левая кнопка 7, а стрелка прибора показывает 10 делений по шкале 0 - 30. Тогда измеряемая освещенность будет равна
10 × 100 = 1000 лк .
С целью ускорения поиска диапазона измерения, который соответствует показаниям прибора в пределах 17 - 100 делений по шкале 0 - 100 и 5 - 30
делений по шкале 0 - 30, необходимо последовательно устанавливать насадки К, Т; К, Р; К, М и при каждой насадке нажимать сначала правую 8, а затем левую 7 кнопки.
13
Если при насадках К, М и нажатой левой кнопке 7 стрелка не доходит
до 5 делений по шкале 0 - 30, то измерения производите без насадок, т.е. с
открытым фотоэлементом 1.
Для проведения лабораторной работы желательно подготовить два
люксметра.
1.5. Порядок выполнения работы
Работа состоит из двух самостоятельных заданий:
1) экспериментальное – определение изменения КЕО по экспериментальным данным для расчетных точек помещения лаборатории;
2) расчетно-теоретическое – расчет значения КЕО для произвольной
точки М помещения.
Задание №1
Определить экспериментально изменение КЕО для расчетных точек
помещения лаборатории.
1. Замерить освещенность в помещении лаборатории E В на расстоянии
1, 2, 3, 4 и 5 м от боковых окон по ширине В помещения в соответствии с
метками на полу и результаты замеров занести в табл. 1.4. При выполнении
замеров пластину фотоэлемента держать параллельно полу, обращенной
вверх на уровне условной рабочей поверхности (0,8 м от поверхности пола).
Искусственное освещение при проведении замеров должно быть выключено.
2. Одновременно замерить наружную освещенность E H и результат
занести в табл. 1.4. Так как наружная освещенность определяется на горизонтальной плоскости, освещаемой небесной полусферой, то для замера наружной освещенности датчик люксметра поместите снаружи открытого окна либо форточки в горизонтальном положении. При этом пластина фотоэлемента
должна быть обращена вверх. Погрешностью вносимой стеной здания, перекрывающей часть небосвода, можно пренебречь, учитывая светлую окраску
стены.
В случае неудобства или невозможности замера наружной освещенности E H прямо из помещения лаборатории необходимо выйти из здания и на
расстоянии более 8…10 м от его стены определить E H . При замерах E H необходимо избегать попадания прямых солнечных лучей на фотоэлемент
люксметра.
3. По выражению (1.1) для всех пяти точек внутри помещения лаборатории, где выполнялись замеры E В , подсчитать значения КЕО и результаты
занести в табл. 1.4.
4. Построить кривую изменения КЕО в лаборатории по ширине B помещения (см. рис.1. 4).
14
Рис. 1.4.
5. В зависимости от величины
КЕО определить разряд зрительной
работы (см. табл. 1.1), которую
можно выполнять на расстоянии 1,
2, 3, 4 и 5 м от боковых окон по
ширине помещения. Результаты занести в табл. 1.4.
6. Определить, можно ли выполнять следующие работы:
чертежные
(толщина
линии 0,3 мм) на расстоянии 3 м от
бокового окна;
с мерительным инструментом (толщина риски
микрометра 0,15 мм) на расстоянии
5 м от окна.
Выводы занести в отчет.
Задание №2
Определить КЕО графическим методом в заданной точке М. Координаты точки М задаются преподавателем.
1. Наложить планшет I (см. рис. 1.2) на поперечный разрез помещения
лаборатории так, чтобы полюс графика совпадал с точкой М, а основание
планшета должно быть параллельно плоскости пола. Подсчитать количество
лучей n1 , проходящих через оконный проем по его высоте. Луч – пространство между двумя сплошными линиями на планшете. Пространство между
штриховыми линиями соответствует 0,1 луча.
2. Наложить планшет II (см. рис. 1.2) на план помещения лаборатории
так, чтобы полюс графика совпадал с точкой М, а основание планшета
должно быть параллельно плоскости расположения боковых окон. Подсчитать количество лучей n2 , проходящих через оконный проем по его ширине.
3. По выражению (1.5) определить значение КЕО в точке М, принимая
во внимание при поиске величины r по табл. 1.2, что средневзвешенный коэффициент отражения потолка, стен и пола для помещения лаборатории
ρ ср = 0,46 , ширина помещения B = 6,1 м , расстояние от верха окна до рабочей поверхности h1 = 2,4 м .
4. Пользуясь табл. 1.1, определить, можно ли проводить в точке М
данную лабораторную работу по условиям естественного освещения. В качестве минимального объекта различения принять толщину букв в печатном
материале 0,15…0,3 мм.
5. Полученные результаты и выводы занести в отчет по лабораторной
работе.
15
1.6. Содержание отчета
1. Записать в табл. 1.4 результаты замеров естественной освещенности.
2. Рассчитать КЕО по экспериментальным данным и определить разряд
зрительной работы для расчетных точек помещения. Полученные данные записать в табл. 1.4.
3. По данным табл. 1.4 построить график изменения КЕО по ширине В
помещения лаборатории (см. рис. 1.4).
4. Определить, можно ли в помещении лаборатории выполнять следующие работы:
- чертежные (толщина линии 0,3 мм) на расстоянии 3 м от бокового окна;
- с мерительным инструментом (толщина риски микрометра 0,15
мм) на расстоянии 5 м от окна.
1.4. Результаты замеров естественной освещенности
Расстояние от боковых окон по
ширине В помещения, м
1
2
3
4
5
E В , лк
E H , лк
e, %
Разряд зрительной работы
5. Сделать вывод по заданию №1.
6. Определить графическим методом значение КЕО для заданной расчетной точки М.
7. Определить, можно ли проводить в точке М данную лабораторную
работу по условиям естественного освещения. В качестве минимального объекта различения принять толщину букв в печатном материале 0,15…0,3 мм.
8. Сделать вывод по заданию №2.
1.7. Контрольные вопросы
1. Что такое освещенность?
2. Виды естественного освещения.
3. Что такое КЕО?
4. Почему для оценки естественного освещения пользуются КЕО и в
зависимости от чего он изменяется?
5. Какими методами определяется естественное освещение производственных помещений?
6. Нормирование естественного освещения.
7. Как рассчитать естественную освещенность помещения лаборатории?
8. Сущность метода А. М. Данилюка.
9. Влияет ли степень застройки прилегаемого участка местности на
КЕО помещения? Если да, то каким образом?
16
2. Лабораторная работа №7
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО
ОСВЕЩЕНИЯ
2.1. Цель работы
Изучить основные принципы нормирования, порядка расчета и определения качества искусственного освещения в производственных помещениях.
2.2. Задачи лабораторной работы
1. Изучение основных характеристик искусственного освещения и их
влияние на повышение безопасности труда и снижение травматизма на производстве.
2. Изучение принципов нормирования освещения на рабочих местах.
3. Изучение методов расчета искусственного освещения производственного помещения.
4. Ознакомление с прибором для измерения производственного освещения.
5. Определение влияния вида источника, типа светильника и светотехнических характеристик помещения на освещенность.
6. Расчет общего искусственного освещения методом светового потока.
2.3. Теоретическая часть
Основная задача освещения – создание наилучших условий для зрительного восприятия информации.
Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы, его активность, общий тонус и настроение, его работоспособность и
безопасность труда в значительной мере зависят от условий освещения. От
освещения зависят также производительность труда и качество выпускаемой
продукции. В связи с этим искусственное освещение является одним из важных элементов создания для человека оптимальных условий труда.
При создании установок внутреннего освещения возможно применение
двух систем:
1) общего освещения (искусственное освещение помещения в целом и
рабочих мест осуществляется только с помощью светильников,
расположенных в верхней зоне помещения);
2) комбинированного освещения (когда не менее 10% нормируемой
освещенности создается светильниками общего освещения, а остальная освещенность – светильниками местного освещения, располагаемых рядом или в непосредственной близости от рабочих
мест и посылающих световой поток на рабочую поверхность, не освещая при этом прилегающие поверхности).
17
Структура систем искусственного освещения приведена на рис. 2.1.
Искусственное освещение
Общее
Равномерное
Комбинированное
Локализованное
Рис. 2.1. Структура систем искусственного освещения
в производственных помещениях
Общее равномерное освещение – когда при равномерном распределении светового потока не учитывается расположение оборудования.
Общее локализованное освещение – когда при распределении светового потока учитывается расположение оборудования.
Применение одного местного освещения внутри производственных
помещений не допускается.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на следующие виды: рабочее, аварийное, охранное и дежурное.
Рабочее освещение – освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в
местах производства работ вне зданий.
Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности и эвакуационное.
Освещение безопасности – освещение для продолжения работы при
аварийном отключении рабочего освещения.
Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения.
Дежурное освещение – освещение в нерабочее время.
При проектировании систем освещения производственных помещений
необходимо учитывать физиолого-гигиенические, светотехнические и технико-экономические факторы.
18
Физиолого-гигиенические факторы
Эффективность производственной деятельности человека зависит от
состояния его зрительного анализатора, характеризуемого уровнями основных зрительных функций:
- контрастной чувствительностью, определяемой пороговым контрастом;
- остротой различения, определяемой пороговым угловым размером
объекта;
- скоростью обнаружения и различения, определяемой необходимым
для этого временем;
- цветовой чувствительностью, определяемой цветовым порогом и
т. д.
Все перечисленные функции улучшаются с ростом освещенности, так
как соответствующие пороги, имеющие большие значения при малой освещенности, резко уменьшаются с ее увеличением.
Зрительная работоспособность, являющаяся комплексной функцией и
определяющая эффективность зрительной работы в целом, сильно зависит от
яркости поля зрения (освещенности). При этом, чем меньше размер объекта
различения (выше точность зрительной работы), тем ниже зрительная работоспособность. Обеспечение достаточного уровня зрительной работоспособности для работ наивысшей точности, особенно при малом контрасте и темном фоне (проверка и исправление печатных плат при производстве микропроцессоров), возможно лишь при значительном повышении яркости (примерно на два порядка).
Общая оценка эффективности
освещения производственных помещений по интегральным показателям
работы и качеству выпускаемой
продукции представлена на рис. 2.2.
С увеличением освещенности Е рабочего помещения от 30 до 1000 лк
рост производительности труда (ПТ)
составляет 10% (кривая 1), утомляемость (УТ) снижается приблизительно на 2% (кривая 2), в то время как
количество допускаемых ошибок
(ОД) при выполнении работы
уменьшается более чем в 10 раз
(кривая 3).
Рис. 2.2. Влияние освещенности на
Однако следует помнить, что
интегральные показатели работы
излишняя яркость может вызывать
временное ослепление, резь в глазах и головную боль, т.е. может являться
причиной потери трудоспособности.
19
Основные светотехнические характеристики
искусственного освещения
Производственное искусственное освещение характеризуется определенными количественными и качественными показателями.
К количественным показателям освещения относятся:
- световой поток Ф, измеряемый в люменах (лм);
- интенсивность или сила света I, измеряемая в канделах (кд);
- освещенность Е, измеряемая в люксах (лк);
- яркость В, измеряемая в канделах, деленных на квадратный метр
( кд/м2).
Количественную оценку совершенства производственного освещения
проводят по освещенности рабочей поверхности.
Освещенностью Е называется отношение светового потока ∂Ф , падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента ∂S .
E=
∂Ф
.
∂S
Все источники света, в том числе и осветительные приборы, излучают
световой поток в пространство неравномерно. Поэтому вводится величина
плотности светового потока – сила света I.
Сила света I - отношение светового потока ∂Ф , исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри телесного угла ∂Ω , к величине этого угла.
I=
∂Ф
.
∂Ω
Яркостью В называется поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению:
B=
∂I
,
∂S cos ϕ
где ∂I - сила света элемента светящейся поверхности ∂S в направлении, составляющем угол ϕ с нормалью к этому элементу.
Яркость В является единственной светотехнической величиной, воспринимаемой органами зрения. Яркость рабочей поверхности нормируется.
Ее величина зависит от площади S рабочей поверхности. Так при
S < 0,0001 м 2 В ≤ 2000 кд / м 2 , а при S > 0,1 м 2 В ≤ 500 кд / м 2 .
Основными качественными показателями освещения являются:
- контраст объекта с фоном
К = ( ВO − ВФ ) / BФ ,
где
ВФ - яркость фона (т. е. поверхности, прилегаемой к объекту);
20
ВO - яркость объекта;
- видимость V - способность глаза воспринимать объект различения в зависимости от яркости объекта, его освещенности, размера
объекта, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции.
Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:
V = K K ПОР ,
где К ПОР - пороговый контраст, при уменьшении которого объект становиться неразличимым;
- показатель дискомфорта M - критерий дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном
распределении яркости в поле зрения (определяется по специальным таблицам в зависимости от типа светильника, соотношения
размеров помещения и коэффициентов отражения его потолка и
стен);
- показатель ослепленности P - критерий оценки слепящего действия осветительной установки:
V

P =  1 − 1 ⋅ 10 3 ,
 V2

где V1 и V2 - видимость объекта различения соответственно при экранировании и при наличии блестящих источников в поле зрения;
- коэффициент пульсации K П - критерий оценки относительной
глубины колебаний освещенности в результате изменения во
времени светового потока газорязрядных ламп при питании переменным током:
K П = 100
E max − E min
,
E max + E min
где E max и Emin - наибольшее и наименьшее значение освещенности за период колебаний.
Источники искусственного освещения и
осветительные приборы
Отечественная светотехническая промышленность выпускает свыше
800 типоразмеров источников света, характеристики основных видов которых представлены в табл. 2.1. Для освещения производственных помещений
следует использовать, как правило, наиболее экономичные разрядные лампы.
Использование ламп накаливания для общего освещения допускается лишь в
случае невозможности или нецелесообразности использования разрядных
ламп.
21
Для местного освещения кроме разрядных источников света следует
использовать лампы накаливания, в том числе галогенные. Применение ксеноновых ламп внутри помещения не допускается.
2.1. Характеристики отечественных источников света
Вид источников света
Мощность,
Вт
Лампы накаливания
15…1000
нормальные
Лампы накаливания с
йодным циклом, гало- 1000…2000
генные (КИ)
Люминесцентные
15…80
лампы
Лампы ДРЛ (дуговые
ртутные люминес80…2000
центные высокого
давления)
Галогенные лампы
250…3500
ДРИ (дуговые ртутные с йодидами)
Натриевые лампы
85…400
ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые)
Ксеноновые лампы
ДКсТ (дуговые ксе- 2000…50000
ноновые трубчатые)
Напряжение
в сети, В
Световая отдача, лм/Вт
Срок службы, ч
24…220
7…19,7
1000
220
2
2000
127; 220
30…70
3000…10000
127; 220
40…50
10000
127; 220
75…100
1500…10000
220
70…100
2000…15000
220; 380
30…40
До 1000
Лампы накаливания не смотря на низкую светоотдачу и малый срок
службы, но благодаря простоте обслуживания и малым затратам на изготовление составляют в суммарном световом потоке от всех видов применяемых
ламп 30…40%. Характеристики основных видов ламп накаливания представлены в табл. 2.2.
Люминесцентные лампы представляют собой газоразрядные источники
света низкого давления, в которых излучение ртутного разряда преобразуется
люминофором в видимое излучение. Маркировка люминесцентных ламп основана на буквенном обозначении конкретных признаков. Первая буква Л –
люминесцентная, следующие буквы обозначают или цвет излучения, или особенности спектра излучения: ТБ – тепловая белая; Б – белая; ХБ – холоднобелая; Д – дневная; Е – естественная белая; УФ – ультрафиолетовая; К, С, З,
Г – красная, синяя, зеленая, голубая; Ф – фотосинтетическая; Ц – повышенное качество цветопередачи. Далее следуют буквы, обозначающие особенности конструкции лампы: Р – рефлекторная; У – у-образная; К – кольцевая; Б –
быстрого пуска; А – амальгамная. Цифры, стоящие после букв, обозначают
мощность в Вт.
22
2.2. Характеристики ламп накаливания общего назначения с напряжением
220 В и местного освещения с напряжением 24 и 36 В
Световой поток Ф Л , лм при потребной мощности WЛ , Вт
Тип
лампы
В 215-225
Б 215-225
В 215-225
Г 215-225
15
25
40
60
105
-
220
-
415
460
-
715
790
-
75
100
150
200
300
500
1000
Общего назначения
760
950 1350 2100 2920
1020 1450
2090 2920 4610 8300 18600
-
Местного освещения
350 580 950
1740
МО 24
345 580 950
1590
МО 36
820
950
1740
МОД 24
240 470 760
1380
МОД 36
420 680
1250
МОЗ 24
400 650
1200
МОЗ 36
Маркировка ламп: В – вакуумная моноспиральная; Б – газополная биспиральная;
К – криптоновая; Г – газополная моноспиральная; МО – местного освещения в
прозрачной колбе; МОД - местного освещения с диффузным отражателем; МОЗ –
местного освещения с зеркальным отражателем
Характеристики люминесцентных ламп общего назначения приведены
в табл. 2.3.
2.3. Характеристики люминесцентных ламп общего назначения
Мощность
WЛ ,
Вт
15
20
30
40
65
80
Сред
ний
срок
служ
бы, ч
15000
12000
15000
12000
13000
12000
Среднее значение светового потока ФЛ , лм
за 100 ч горения для ламп
ЛБ
ЛТБ
820
1200
2180
3200
4300
5400
820
1100
2020
3100
4650
5200
ЛХБ
800
1020
1940
3000
4400
5040
ЛД
ЛДЦ
ЛДЦУФ
ЛХЕЦ
ЛЕЦ
ЛТБЦ
700
1000
1800
2500
4000
4300
600
850
1500
2200
3160
3800
1560
-
1930
-
865
1400
2190
3400
-
1700
-
Ртутные газоразрядные лампы являются самыми распространенными и
многочисленными источниками света среди газоразрядных ламп высокого
давления. На заводах автотракторной промышленности наибольшее применение нашли лампы ДРЛ (Д – дуговая, Р – ртутная, Л – люминесцентная), основные характеристики которых приведены в табл. 2.4. Применяют ртутные
23
лампы для наружного освещения и освещения высоких (более 5 м) цехов, не
требующих высокого качества цветопередачи.
2.4. Характеристики ламп типа ДРЛ
Мощность лампы WЛ , Вт
80
125
250
400
700
Световой поток ФЛ , лм
3400
6000
13000
23000
40000
57000 120000
Средний срок службы, ч
10000
10000
12000
15000
15000
15000
1000
2000
6000
Натриевые и ксеноновые лампы применяются в основном для освещения больших открытых пространств, архитектурных сооружений и теплиц.
Допускается применять натриевые лампы для освещения некоторых типов
помещений с кратковременным пребыванием людей (вокзалы, аэропорты и
т. п.).
Светильник – это световой прибор, представляющий собой совокупность источника света и осветительной арматуры.
Основные функции осветительной арматуры:
- перераспределение светового потока лампы внутри светильника,
что повышает эффективность осветительной установки;
- предохранение глаз работающих от воздействия больших яркостей источника света.
Рис. 2.3. Защитный угол светильника:
а – с лампой накаливания; б – с люминесцентными лампами
где
Осветительная арматура служит
также для подвода электрического питания, крепления и предохранения источника света от загрязнения и механического повреждения.
Ограничение слепящего действия источника света (лампы) определяется защитным углом α светильника (рис. 2.3) – углом между горизонталью и линией, соединяющей нить накала (для ламп накаливания) или поверхность лампы (для люминесцентных ламп) с противоположным краем
отражателя.
Экономичность светильника определяется его коэффициентом полезного действия (коэффициентом светоотдачи):
ФСВ - световой поток светильника, лм;
ФЛ - световой поток открытой лампы, лм.
ηСВ = ФСВ ФЛ ,
24
По характеру светораспределения различают светильники прямого,
преимущественно прямого, отраженного, преимущественно отраженного и
рассеянного света. Выбор тех или иных светильников зависит от характера
выполняемых в помещении работ, возможности запыленности воздушной
среды, коэффициентов отражения окружающих поверхностей, эстетических
требований.
В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники
открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные,
взрывозащищенные, взрывобезопасные.
По назначению светильники делятся на светильники общего и местного освещения.
Для ламп накаливания наиболее распространенными являются светильники прямого света в открытом или защищенном исполнении «Астра»,
УПД, УПМ-15. Ряд светильников выпускают для помещений с тяжелыми условиями среды, для взрывоопасных помещений. Например, у светильников
типа ВЗГ (взрывобезопасные) конструкция предусматривает локализацию
взрыва внутри светильника.
При применении люминесцентных ламп для освещения производственных помещений с небольшой запыленностью и нормальной влажностью
используют открытые светильники ЛОУ, ЛСП, для помещений с большим
содержанием пыли – влаговзрывопылезащищенные светильники ПВЛП,
НОГЛ, РВЛМ. В этих светильниках установлено две и более ламп, что дает
возможность уменьшить пульсацию суммарного светового потока светильника и исключить стробоскопический эффект.
Рекомендуемые типы светильников для помещений предприятий автотракторной промышленности приведены в табл. 2.5.
2.5. Рекомендуемые типы светильников для помещений предприятий
автотракторной промышленности
Цех, участок
Механосборочный
Литейный
Кузнечноштамповочный
Типы светильников с лампами
люминесцентными
ДРЛ
накаливания
ПВЛМ, ЛД, ЛОУ, УПД, ДРЛ
ППД-2, УПД, Н,
ЛСП 01, ЛСП 02,
НСП 03
АСТРА-32
НСП 09
ПВЛП, ЛПП 01
ЛПП 01
РСП 07
НСП 09
Окрасочный
ПВЛП, ЛСП 04
РСП 11-01
Испытательные
стенды
ЛПО 01, ЛСО 02,
ЛПР
АСТРА-12
СПБ-300,
СОО-200
ППД 2, АСТРА-12
Действующий стандарт на осветительные установки регламентирует
структуру шифра светильников (исключение составляют светильники, применяемые на транспорте и специального назначения):
25
1 2 3 4 - 5 x 6 - 7 8 , где 1 – буква, обозначающая источник
света (Н – лампы накаливания, Р – ртутные лампы типа ДРЛ, Г – ртутные
лампы типа ДРИ, Ж – натриевые лампы, И – кварцевые галогенные лампы,
Л – прямые трубчатые люминесцентные лампы и т. д.); 2 – буква, обозначающая способ установки светильника (С – подвесные, П – потолочные, Б –
настенные, В – встраиваемые и т. д.); 3 – буква, обозначающая основное назначение светильника (П – производственные помещения, О – общественные
здания, Б – бытовые помещения, У – наружное освещение и т. д.); 4 – двухзначное число, обозначающее номер серии; 5 – число, обозначающее число
ламп в светильнике (для одноламповых светильников не указывается и при
этом знак “x” опускается); 6 – число, обозначающее мощность лампы в Вт;
7 – трехзначное число, обозначающее номер модификации; 8 – обозначение
климатического исполнения и категории размещения светильников.
Нормирование искусственного освещения
В действующих нормах проектирования производственных помещений
СНиП 23-05-95 регламентируются как количественная (величина минимальной освещенности), так и качественные характеристики искусственного освещения (показатели ослепленности Р и дискомфорта М , коэффициент пульсации K П освещенности).
Принято раздельное нормирование освещенности в зависимости от
применяемых источников света и системы освещения.
Величина минимальной освещенности устанавливается в зависимости
от 3-х основных факторов:
1) характеристики зрительной работы (наименьший размер объекта
различения);
2) контраста объекта с фоном;
3) характеристики фона.
Для ограничения слепящего действия светильников общего освещения
показатель ослепленности Р не должен превышать 20…40 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы.
При освещении производственных помещений газоразрядными лампами, питаемыми переменным током промышленной частоты 50 гц, следует ограничить глубину пульсаций освещенности. Допустимые коэффициенты
пульсаций K П не должны превышать 10…20% в зависимости от системы освещения и характера выполняемой работы.
Наличие объектов повышенной яркости в поле зрения может вызвать
неприятные ощущения зрительного дискомфорта. Дискомфорт является начальной стадией ослепленности и оценивается показателем дискомфорта М,
значение которого определяют по специальным таблицам в зависимости от
26
типа светильника, соотношений размеров помещения, коэффициентов отражения его потолка и стен.
В табл. 2.6 приведены рекомендуемые значения освещенности Е и коэффициенты запаса k для распространенных в автотракторостроении цехов
и рабочих мест в соответствии с отраслевыми нормами.
2.6. Рекомендуемые значения освещенности E и коэффициенты запаса k
Освещенность Е, лк
Лампы накаливания
Газоразрядные лампы
Общее и
местное
Общее
Общее
освещение
Коэффициент
запаса k
75
100
1,3
400
150
200
1,5
-
150
1,3
-
-
200
1,4
150
150
-
1,3
1,3
2000
2500
200
300
-
1,5
1,5
200
-
1,3
3000
300
-
1,5
-
-
150
150
1,5
1,5
-
-
200
200
1,7
1,7
-
-
150
1,5
-
-
200
1,7
750
-
100
-
200
150
1,5
1,6
1000
-
150
-
300
200
1,7
1,8
1500
500
500
150
75
75
300
200
200
1,4
1,4
1,4
2000
750
750
200
150
150
500
300
300
1,6
1,6
1,5
300
Заготовительные
Механические:
станки, слесарные верстаки 1500
1500
столы ОТК
прецезионные станки в отдельных помещениях
2000
Кузнечно-прессовые
Термические
Литейные:
плавильно-заливочные
отделения
участки изготовления
литейных форм и стержней
Сварочные
Деревообрабатывающие и
модельные:
станки
сборка моделей
Сборочные конвейеры
Общее
Коэффициент
запаса k
Пульты операторов станков с ЧПУ, автоматических
линий,
испытательных
стендов
Комбинированное
освещение
Общее
освещение
Комбинированное
освещение
Общее и
местное
Цех, участок,
рабочее оборудование
В приведенных нормах для газоразрядных ламп значения норм 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. Для исключения
27
частой переадаптации зрения из-за неравномерной освещенности в помещении при системе комбинированного освещения необходимо, чтобы светильники общего освещения создавали не менее 10% нормированной освещенности.
Методы расчета искусственного освещения
Задачей расчета является определение потребной мощности электрической осветительной установки для создания в помещении заданной освещенности. При этом предполагают заданными:
- форма и геометрические размеры помещения;
- отражательные способности внутренних поверхностей;
- разряд зрительных работ, проводимых в помещении;
- расположение и габариты оборудования.
Проектируя осветительную установку, решают ряд вопросов.
1. Выбирают тип источника света. Для освещения производственных
помещений, как правило, применяют газоразрядные лампы, а для
местного освещения следует отдавать предпочтение лампам накаливания.
2. Определяют систему освещения. Выбирая систему освещения, необходимо учитывать, что эффективнее система комбинированного
освещения, но в гигиеническом отношении система общего освещения более совершенна, так как создает равномерное распределение светового потока.
3. Выбирают тип светильников с учетом характеристик светораспределения, ограничения прямой блескости, по экономическим показателям, условиям среды, а также с учетом требований взрыво- и пожаробезопасности.
4. Распределение светильников и определение их количества. Светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно. Равномерное распределение освещенности достигается,
если L H Р = 1,4...2 , где L - расстояние между центрами светильников, м; H P - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.
5. Определение нормы освещенности на рабочем месте. Для этого устанавливают характер выполняемой работы по наименьшему размеру объекта различения, контраст объекта с фоном и фон на рабочем месте.
Для расчета искусственного освещения используют в основном три метода: метод светового потока лампы, точечный метод и метод удельной
мощности.
Точечный метод применяют в основном для расчета локализованного
и комбинированного освещения, освещения наклонных и вертикальных
плоскостей и для проверки расчета равномерного общего освещения, когда
28
отраженным световым потоком можно пренебречь. На практике точечный
метод расчета применяют при проектировании общего равномерного освещения помещений, если требуется оценить освещенность в конкретных точках.
Особое значение имеет расчет по точечному методу при светильниках
концентрированного светораспределения, так как в этом случае даже незначительное изменение расположения светильников может привести к резкому
снижению освещенности на отдельных участках, обнаружить которое на стадии проектирования можно только расчетами по точечному методу.
Расчет освещенности в заданной точке от точечного источника света на
плоскости, произвольно ориентируемой в пространстве, осуществляется по
выражению

Iα cos 2 α 
Р

 ,
E=
cos
sign
sin
+
θ
θ
2
НР
H Р k 

где
(2.1)
I α - сила света по направлению к расчетной точке, кд;
α - угол между нормалью рабочей поверхности и направлением све-
тового потока от источника света, град.;
Н Р - высота подвеса светильника над горизонтальной плоскостью,
проходящей через расчетную точку, м;
k – коэффициент запаса лампы;
Р – кратчайшее расстояние от проекции оси симметрии светильника на
горизонтальную плоскость до следа пересечения последней с расчетной
плоскостью, м;
θ - угол наклона расчетной плоскости к горизонту, град.
В случае определения освещенности в горизонтальной и вертикальной
плоскостях выражение (2.1) примет вид:
для горизонтальной плоскости
Iα cos 3 α
;
E=
2
HР k
для вертикальной плоскости
Iα cos 3 α
.
E=
HР k
Данные о распределении силы света приводятся в светотехнических
справочниках.
При необходимости расчета освещенности в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а
затем полученные значения складывают.
Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчетах.
29
Метод позволяет определить мощность каждой лампы WЛ в осветительной
установке, необходимую для создания нормируемой освещенности:
WЛ = w S / n ,
где w - удельная мощность (отношение мощности осветительной установки
к площади помещения), Вт/м2 - выбирается по таблицам в зависимости от
уровня освещенности, площади помещения, типа светильника и высоты его
подвеса, типа и мощности ламп;
S – площадь помещения, м2;
n – число ламп в осветительной установке.
Метод светового потока, именуемый иногда методом коэффициента
использования, обычно используют только для определения общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности, так как при
расчете данным методом оценка минимальной освещенности без конкретизации точек с такой освещенностью весьма приблизительна.
Расчет искусственного освещения методом
светового потока
При выполнении расчетной части лабораторной работы можно пользоваться упрощенной методикой расчета искусственного освещения. Этапы и
методика расчета приведены ниже.
1. Определить высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью
по выражению
Н Р = Н − hР − 0,5 ,
где
Н - высота помещения, м;
hР - высота расположения рабочей поверхности от уровня пола, м.
2. Определить индекс помещения по выражению
i=
АВ
,
Н Р ( А + В)
где А – длина помещения; В – ширина помещения, м;
3. Выбрать тип светильника по табл. 2.5.
4. Определить потребный световой поток лампы по выражению
ФП =
100 Е А В z k
,
n Nη
где Е – рекомендуемое для помещений значение освещенности, лк (см. табл.
2.6);
z - коэффициент неравномерности освещения ( z = 1,15 - для ламп накаливания и ДРЛ; z = 1,1 - для люминесцентных ламп);
30
k - коэффициент запаса лампы, учитывающий загрязнение и старение
лампы в процессе эксплуатации (см. табл. 2.6);
η - коэффициент использования светового потока лампы, учитывающий тип светильника, коэффициенты отражения потолка ρ п , стен ρ с , рабочей поверхности ρ р и индекс i помещения (определяется по табл. 2.7);
N - число светильников;
n - число ламп в светильнике.
2.7. Коэффициенты использования светового потока η лампы
Тип светильника
Коэффициенты отражения
Коэффициент использования светового потока η лампы, %
при индексе i помещения
ρ п ρс ρ р
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,25
1,5
2,0
2,5
3,0
4,0
2
0,7
0,7
0,5
0,5
3
0,5
0,5
0,5
0,3
4
0,3
0,1
0,1
0,1
5
42
39
34
30
6
46
44
38
34
7
49
47
39
36
8
51
49
43
37
9
53
50
45
41
10
56
52
47
43
11
60
56
50
46
12
66
60
51
49
13
70
64
59
55
14
73
66
62
58
15
78
70
66
62
ППД-2
Астра-32
0,7
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,3
0,3
0,1
0,1
0,1
48
44
39
35
53
48
43
39
56
52
47
43
59
56
50
47
61
56
51
48
63
58
53
50
67
61
56
53
72
62
61
57
76
67
63
60
78
69
65
63
81
72
68
65
НСП-01
НСП-03
НСП-09
0,7
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,3
0,3
0,1
0,1
0,1
29
27
19
15
33
31
23
18
35
33
25
19
37
35
26
20
40
37
28
22
43
40
30
24
46
42
32
25
52
47
37
29
56
50
40
32
60
53
43
35
64
57
47
38
ПВЛМ
ЛД
ЛСПО-4
0,7
0,7
0,5
0,5
0,7
0,7
0,5
0,5
0,7
0,7
0,5
0,5
0,7
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,3
0,5
0,5
0,5
0,3
0,5
0,5
0,5
0,3
0,5
0,5
0,5
0,3
0,3
0,1
0,1
0,1
0,3
0,1
0,1
0,1
0,3
0,1
0,1
0,1
0,3
0,1
0,1
0,1
38
36
30
26
38
36
29
24
39
36
30
25
31
29
23
19
43
39
33
29
42
40
32
27
46
42
37
32
47
43
36
30
46
43
36
30
37
34
28
23
49
45
40
35
50
46
39
33
49
45
36
32
39
36
30
25
52
48
42
38
53
49
41
35
52
47
40
35
42
38
32
27
55
50
45
40
56
52
44
38
56
51
44
38
46
42
36
30
60
54
49
45
61
56
48
42
59
54
47
42
49
44
38
33
65
59
55
51
68
61
54
48
62
56
49
44
51
46
40
35
70
63
58
55
73
66
58
52
73
65
61
58
76
68
60
55
69
62
55
50
58
52
45
41
77
68
64
61
80
71
64
59
73
64
58
53
61
54
48
44
1
Астра-12
УПМ
ЛСПО1
ЛСПО2
ЛОУ
ЛДОР
ПВЛП
43
40
33
28
34
32
26
21
66
60
53
48
55
50
43
39
31
Продолжение табл. 2.7
1
ЛППО1
ЛПОО2
ЛСОО2
2
0,7
0,7
0,5
0,5
3
0,5
0,5
0,5
0,3
4
0,3
0,1
0,1
0,1
5
32
30
28
24
6
35
33
30
26
7
38
35
33
29
8
41
38
35
31
9
43
40
37
33
10
45
41
38
35
11
49
45
42
38
12
54
49
45
42
13
58
52
48
46
14
60
54
50
48
15
64
56
52
50
5. По табл. 2.2 или 2.3 исходя из условия 0,9 ФП ≤ ФЛ ≤ 1,2 ФП подобрать лампу со световым потоком ФЛ и мощностью WЛ (в практике допускается отклонение светового потока ФЛ выбранной лампы от расчетного
ФП до –10% и +20% , в противном случае выбирают другую схему расположения светильников).
6. Определить суммарную потребную мощность осветительной установки по выражению
W∑ = WЛ N n .
(2.2)
2.4. Применяемые приборы
Фотоэлектрический люксметр типа Ю-116 предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами искусственного освещения и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно светоприемника люксметра. Описание люксметра и инструкция по
его применению подробно рассмотрены в разделе 1.4 (см. лабораторную работу №5).
Установка для изучения влияния вида источника света, типа светильников и светотехнических характеристик помещения на освещенность (рис. 2.4) состоит из деревянного корпуса и смонтированных на нем
ламп накаливания 2 и люминесцентной 3, включение которых осуществляется выключателем 1, расположенным на передней панели корпуса. Изменение
коэффициентов отражения стен помещения осуществляется поворотом створок 5, имеющих разную окраску и фактуру.
Моделирование светильников прямого и рассеянного света осуществляется установкой на кронштейн корпуса вставки 4 из полупрозрачного материала (при наличии вставки имитируется светильник рассеянного света,
при ее отсутствии – прямого света).
2.5. Порядок выполнения работы
Работа состоит из двух самостоятельных частей:
1) экспериментальной – определение коэффициента светоотдачи осветильной установки;
32
2) расчетно-теоретической – расчет общего искусственного освещения
методом светового потока.
Рис. 2.4. Установка для изучения влияния вида источника, типа светильника
и светотехнических характеристик помещения на освещенность
Требования техники безопасности при проведении работы
1. Приступать к проведению экспериментальной части работы только с
разрешения преподавателя после изучения теоретической части, правил
пользования установкой и приборами.
2. Смену облицовочных панелей 5 (см. рис 2.4) и рассеивателя 4 производить при выключенных лампах установки.
3. При обнаружении неисправности в работе установки или люксметра
установка отключается от сети. О неисправности сообщается преподавателю.
4. Категорически запрещено самостоятельно ремонтировать установку
и люксметр. Устранение неисправностей производится только преподавателем или лаборантом кафедры.
5. После завершения работы установка обесточивается.
Экспериментальная часть работы
Оценка влияния типа ламп, вида освещения и цветового оформления
помещения на коэффициент светоотдачи ηСВ осветительной установки.
1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и расчетов
(см. раздел. 2.6).
2. Включить установку в сеть.
33
3. Поворотом створок 5 (см. рис. 2.4) установить окраску камеры (модели помещения) по варианту “О”.
4. Вынуть из установки рассеиватель 4 (см. рис. 2.4).
5. Подготовить люксметр к работе (см. рис. 1.3 из лабораторной работы
№5), для чего на фотоэлемент установить насадки К и М и кнопкой 8 включить верхнюю шкалу прибора.
6. Замерить освещенность прямым светом от лампы накаливания, а затем – люминесцентной лампы, для чего показания прибора по верхней шкале
умножить на 10. Если стрелка прибора стоит ниже отметки 20, то необходимо кнопкой 7 переключиться на нижнюю шкалу. Для исключения влияния
освещенности в лаборатории на показания прибора при измерениях необходимо закрывать шторку.
7. Вставить в установку (см. рис. 2.4) рассеиватель 4 и замерить освещенность рассеянным светом также как в пункте 6.
8. Поворотом створок 5 (см. рис. 2.4) установить окраску камеры (модели помещения) по варианту “А” и произвести замеры по пунктам 4 – 7.
9. Поворотом створок 5 (см. рис. 2.4) установить окраску камеры (модели помещения) по варианту “Б” и произвести замеры по пунктам 4 – 7.
10. Произвести расчет коэффициента светоотдачи ηСВ осветительной
установки.
Для осветительной установки с одним светильником ηСВ определяется
по упрощенной зависимости:
ηСВ =
где
Е S ЭЛ
100% ,
ФЛ
E - освещенность, замеренная прибором, лк;
S ЭЛ - приведенная площадь светочувствительной поверхности фото-
2
−2
элемента (в расчетах принимать S ЭЛ = 5 ⋅ 10 м );
ФЛ - световой поток лампы, лм (определяется по табл. 2.2 и 2.3).
Полученные в результате расчета коэффициенты светоотдачи ηСВ осветительной установки позволяют провести сравнительный анализ влияния
на ηСВ окраски помещения, типа светильника и вида источника света.
Расчетная часть работы
Расчет общего искусственного освещения методом светового потока.
1. Исходные данные для расчета берутся из табл. 2.8. Номер варианта
соответствует номеру вашей подгруппы при выполнении лабораторной работы.
2. Рекомендуемая освещенность E и коэффициент запаса k определяется по табл. 2.6 исходя из специальности группы (конструкторские факуль-
34
теты – пульты испытательных стендов; технологические специальности –
механообрабатывающие цеха; специальности литейного и кузнечноштамповочного производства – литейные и кузнечно-прессовые цеха; экономические специальности – механосборочные цеха).
3. Типы светильников выбирают по табл. 2.5 исходя из особенностей
производственного процесса.
4. Производится расчет суммарной потребной мощности осветительной
установки W∑ по выражению 2.2.
2.8. Исходные данные
Наименование
параметра
Размеры помещения:
длина А, м
ширина В, м
высота H, м
Высота расположения
рабочей поверхности
hР , м
Коэффициенты отражения:
стен ρ c
потолка ρ п
рабочей
поверхности ρ Р
Число светильников N
Число ламп в светильнике n
Вид источника (ЛН –
лампы накаливания; ЛЛ
– люминесцентные лампы)
1
2
120
20
6
№ варианта
5
6
3
4
7
8
9
120
20
6
40
15
5
40
15
5
18
10
4,5
0,8
0,8
1,2
1,2
0,5
0,5
0,5
0,7
0,7
0,3
10
18
10
4,5
12
10
5
12
10
5
60
20
6
60
20
6
0,8
0,8
1,2
0,8
0,8
1,2
0,5
0,5
0,5
0,3
0,5
0,5
0,3
0,7
0,5
0,7
0,7
0,5
0,5
0,7
0,5
0,1
0,3
0,3
0,3
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
360
600
100
80
42
60
36
36
200
180
2
1
2
2
2
1
2
2
2
2
ЛЛ
ЛН
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
ЛН
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
2.6. Содержание отчета
1. Вычерчивается табл. 2.9, которая заполняется при выполнении работы (здесь E ЛЛ и E ЛH - освещенность при использовании соответственно
люминесцентной лампы и лампы накаливания; ηСВ ЛЛ и ηСВ ЛН - коэффициент
светоотдачи осветительной установки соответственно с люминесцентной
лампой и лампой накаливания).
2. Под таблицей записываются тип, мощность и световой поток лампы
накаливания и люминесцентной лампы (тип и мощность ламп указан под выключателем панели установки).
35
2.9. Результаты экспериментальных исследований
Параметр
Панели “О”
прямой рассеянный
Панели “А”
прямой рассеянный
Панели “Б”
прямой рассеянный
E ЛЛ , лк
E ЛH , лк
ηСВ ЛЛ , %
ηСВ ЛН , %
3. После заполнения таблицы сделать вывод о влиянии окраски панелей, вида источника и типа светильника на коэффициент светоотдачи ηСВ
осветительной установки.
4. После заголовка “Расчет общего искусственного освещения” выписываются данные из табл. 2.8 для проведения расчета.
5. Проводится расчет общего искусственного освещения методом светового потока, по результатам которого делается вывод о необходимой суммарной мощности W∑ осветительной установки и типе ламп для обеспечения требований СНиП 23-05-95.
2.7. Контрольные вопросы
1. Какие системы искусственного освещения Вы знаете?
2. Как влияет освещенность на интегральные показатели работы?
3. Перечислите основные количественные и качественные показатели
искусственного освещения.
4. Какие виды источников света Вы знаете? Назовите преимущества и
недостатки ламп накаливания.
5. Какие основные типы газоразрядных источников света Вы знаете?
6. Что такое светильник? Назовите основные функции осветительной
арматуры светильника.
7. Чем ограничивается слепящее действие светильника общего освещения?
8. Чем определяется экономичность светильника?
9. Виды светильников по характеру светораспределения, конструктивному исполнению и функциональному назначению?
10. Какими методами можно рассчитывать местное освещение?
11. Нормирование искусственного освещения.
12. Какие качественные показатели освещения нормируются действующим СНиП 23-05-95?
13. Какие параметры определяют значение требуемой освещенности
для определенного вида работ?
36
14. Чему равна освещенность рабочей поверхности светильниками общего освещения в системе комбинированного освещения при использовании
ламп накаливания? Газоразрядных ламп?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрана труда в машиностроении: Учебник для машиностроительных
вузов/ Под общ. ред. Е. Я. Юдина, С. В. Белова. - М.: Машиностроение, 1983.
432 с.
2. СНиП 23-05-95 “Естественное и искусственное освещение”. – М.:
Минстрой России, 1995. 35 с.
3. Месяц В. Г., Чалмаев В. В. Методические указания к лабораторным
работам №3-5 по курсу “Охрана труда”. – М: МАМИ, 1988. 36 с.
4. Исхаков Н. М., Феофанов Ю. А. Методические указания к лабораторной работе №7 “Исследование и расчет искусственного производственного освещения” по курсу “Охрана труда” для студентов дневного и вечернего
отделений всех специальностей. – М.: МАМИ, 1987. 25 с.
Составители:
Юрий Александрович Феофанов,
Наталья Николаевна Шарипова,
Эльвира Евгеньевна Смирнова.
Исследование и расчет естественного и искусственного освещения. Методические указания к лабораторным работам №5 и №7 по дисциплине “Безопасность
жизнедеятельности” для студентов всех специальностей.
Лицензия ЛР № 021209 от 17.04.97 г.
Подписано в печать
Заказ
Усл. п. л. 2,13
Уч.- изд. л. 2,26
Бумага типографская. Формат 60x90/16
МГТУ “МАМИ”, Москва, 105839 Б. Семеновская, 38
Тираж 150