ИССЛЕДОВАНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по науке и образованию
Саратовский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ
РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
по курсу «Безопасность жизнедеятельности»
для студентов всех специальностей
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2006
Цель работы: исследование характеристик освещенности рабочей поверхности для помещения при использовании системы общего и комбинированного освещения и факторов, определяющих освещенность рабочей поверхности; определение коэффициента использования светового потока осветительной установки.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Световой поток Ф-мощность лучистой энергии; оценивается по световому ощущению, которое испытывает глаз. Единица светового потока-люмен
(лм)- световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1
стерадиан при силе света, равной одной канделе.
Распределение светового потока, излучаемого реальными источниками
света в окружающем пространстве, обычно неравномерно. Для характеристики
распределения светового потока в пространстве пользуются понятием пространственной плотности светового потока, называемой силой света.
При неравномерном излучении источником света светового потока сила
света I численно определяется как отношение бесконечно малого светового потока dФ равномерно распределенного в пределах бесконечно малого телесного
угла dW с вершиной у источника света, к величине этого телесного угла:
I  dФ / dW .
При равномерном распределении светового потока в пределах телесного
угла, имеющего конечные размеры, сила света в направлении оси угла:
I Ф/W
(1)
Направление силы света определяется осью телесного угла, в пределах
которого излучается световой поток.
Под телесным углом понимается часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Величина телесного угла W измеряется отношением
площади участка сферы S, на которую телесный угол опирается, к квадрату радиуса R сферы:
W  S / R2 .
За единицу телесного угла - стерадиан (ср), принимается телесный угол,
который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса
данной сферы.
За единицу силы света принята кандела (кд) (одна из основных единиц
СИ).
Кандела равна силе света, испускаемой в перпендикулярном направлении
с площади в 1/600000 м2 черного тела при температуре затвердевания пластины
Т=2045К и давлении 101325 Па.
Световой поток, падая на любую поверхность, освещает ее. Для количественной оценки плотности светового потока на освещаемой поверхности пользуются понятием освещенности.
При неравномерном освещении поверхности освещенность Е бесконечно-малой освещаемой поверхности определяется отношением:
E  dФ / dS ,
где dФ - световой поток, падающий на элемент поверхности dS.
Для поверхности конечных размеров пользуются понятием освещенности
поверхности:
Е ср  Ф / S .
(2)
Единица освещенности называется люксом (лк). Освещенность в 1 лк
имеет поверхность, на 1 кв.м которой падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм. Освещенность в один лк - небольшая величина, дающая возможность лишь ориентироваться в окружающем пространстве.
Освещенность в какой-либо точке освещаемой поверхности можно определить по силе света источника. Величина элементарного телесного угла dW
опирающегося на освещенную поверхность dS равна (рис.1):
dW  dS  cos   / l 2
(3)
где l - расстояние между источником света и элементом поверхности dS;  угол между нормалью к поверхности и направлением
силы света.
Следовательно, световой поток, падающий на
элемент поверхности dS, будет равен
dФ  I a dW  I a dS cos   / t 2 ,
где I a - сила света источника в направлении элемента
поверхности dS. Освещенность элемента поверхности по определению:
Е=Ф/dS=(Ia cos  )/t2.
(4)
Рис.1 К выводу зависимости между освещенностью и силой света
Из полученного соотношения вытекает два основных закона:
1. Освещенность, создаваемая точечным источником света, пропорциональна
силе света в данном направлении и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света.
2. Освещенность пропорциональна косинусу угла падения света на освещаемую
поверхность.
Коэффициентом использования светового потока осветительной установки называют отношение светового потока, падающего на горизонтальную поверхность, к суммарному потоку всех ламп, размешенных в данном помещении:
Т1=(Фн+Фотр)/(n Фл),
(5)
где Фн - световой поток, падающий от светильников непосредственно на освещаемую поверхность;
Фотр - отраженный световой поток, падающий на ту же освещаемую поверхность;
Фл - световой поток каждой лампы;
n- число ламп в освещаемом помещении. При этом коэффициент использования
:
- прямо пропорционален коэффициенту полезного действия светильников, зависит от формы кривой силы света светильников, возрастая с увеличением степени концентрации светильниками светового потока и убывая с увеличением доли потока, направляемой светильниками в верхнюю часть пространства;
- возрастает с увеличением площади помещения, так как при этом увеличивается телесный угол, в пределах которого поток падает непосредственно на
расчетную поверхность;
- возрастает с уменьшением расчетной высоты (по той же причине) и
убывает по мере удаления формы помещения от квадрата, так как при этом
уменьшается среднее расстояние светильников от стен и увеличивается доля
светового потока, падающего на стены;
- возрастает, хотя и незначительно, с увеличением А (отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте), так как при этом увеличивается
среднее расстояние светильников от стен;
- возрастает с увеличением коэффициентов отражения потолков, стен и
полов помещения.
Влияние геометрических размеров помещения: на величину коэффициента
использования светового потока учитывается одной комплексной характеристикой- индексом помещения:
i=S/(h (А+В)),
(6)
где А и В - стороны помещения,
S- его площадь. h- расчетная высота.
Значения коэффициентов использования светового потока определяют по
таблицам, приведенным в электротехнических справочниках для отдельных типов
светильников в зависимости от индекса помещения, коэффициентов отражения
потолка, стен, расчетной поверхности (рис.2).
При расчетах по методу коэффициента использования определяется число и
мощность источников света, необходимых для создания нормированной освещенности на освещаемой поверхности, или необходимый для этого световой поток
каждого светильника, т.е.
N=(Енорм SZ К)/(Ф  ) или Ф= (Енорм S ZK)/(N  ),
где Енорм- нормированная освещенность, лк,
S- освещаемая площадь, кв.м,
К- коэффициент запаса,
(7)
Z=Ecp/Emin- коэффициент минимальной освещенности,
N- число светильников.
Рис.2 График зависимости коэффициента использования осветительной установки
от индекса помещение
Входящий в формулы коэффициент минимальной освещенности Z зависит от размера и формы помещения, коэффициента отражения его поверхностей, характеристик светильника и в наибольшей степени от значения  =L/h
(L- расстояние между светильниками, h - расчетная высота). Если расстояние
между светильниками близко к наивыгоднейшему, то можно с достаточной для
практики точностью принимать Z=l,l5 при освещении точечными источниками
света (лампами накаливания, ДРЛ и т.д.) и Z=1,1 при освещении линиями люминесцентных светильников. С увеличением 1 сверх оптимальных значений
коэффициент Z начинает быстро возрастать, что обуславливает энергетическую невыгодность больших значений  .
Коэффициент запаса учитывает снижение освещенности в период эксплуатации осветительной установки и определяется по таблицам зависимости от
типа освещаемого объекта и типа источника света.
По найденному значению Ф выбирается ближайшая стандартная лампа в
пределах допусков - 10- +20%. Если такое приближение не реализуется, то корректируется число светильников. При заданном потоке лампы используется
формула для нахождения N.
Упрощенный метод определения коэффициента использования светового
потока основывается на соотношении:
 =Еср
Еусл,
(8)
где Еср- средняя освещенность, создаваемая светильником площади:
Ecp=Emax+Emin)/2,
(9)
где Еmах, Emin- максимальная и минимальная освещенности на освещаемой площади,
Еусл. - условная освещенность на той же площади от полного светового потока
источника света:
Еусл=Фл/S,
где Фл - световой поток источника света, лм,
S- освещаемая площадь, кв.м.
(10)
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В предлагаемой учебно-исследовательской работе требуется исследовать
влияние двух параметров - высоты подвеса светильника и угла наклона расчетной плоскости на величину освещенности ее от исследуемого светильника.
Установка представляет собой закрепленный на неизменной высоте исследуемый светильник и расчетную плоскость, высоту и угол наклона которой
можно изменять в необходимых для измерения пределах.
Для выявления изменения освещенности на расчетной плоскости, с помощью переносного люксметра производится замер освещенности на ней при
различной высоте ее расположения.
Для исследования влияния угла наклона расчетную плоскость фиксируют
на определенном расстоянии от светильника и замеряют освещенность при различных углах ее наклона по отношению к светильнику.
При выполнении данной работы большое влияние на получение результатов измерений оказывает световой фон помещения. Для устранения систематической погрешности измерений предлагается все замеры освещенности произвести предварительно при выключенном светильнике и окончательным результатом считать разность этих замеров.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1
1. Ознакомиться с конструкцией исследуемого светильника и областью его
применения.
Задание 2 (учебно-исследовательское)
влияние высоты подвеса 1. Исследовать светильника на освещенность расчетной плоскости, для чего по изложенной выше методике произвести замеры на
расчетной плоскости при различной высоте ее расположения.
2. Исследовать влияние наклона расчетной плоскости на величину ее освещенности при неизменной высоте ее расположения.
3. На расчетной плоскости производить два замера освещенности- Еmin и Еmax.
4. Рассчитать коэффициент использования светового потока светильника
на различной высоте его подвеса.
5. На основании проделанных исследований построить графические зависимости освещенности от высоты и угла наклона расчетной плоскости.
6. Сделать выводы о влиянии высоты и угла наклона расчетной плоскости на
величину ее освещенности.
7. Данные измерений и расчетов занести в таблицу.
Таблица измерений и расчетов
ИЗМЕРЕНО
Нр/о
.
М
Emax, лк Emin, лк
РАССЧИТАНО
Sp,
М2
Еср, лк
Еусл, лк
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Используя упрощенный метод определения коэффициента использования
светового потока светильника, определить зависимости от высоты подвеса светильника на основании соотношений (8)-(10).
Ожидаемое изменение освещенности определить по соотношении (4) в зависимости от высоты подвеса светильника и угла наклона освещаемой поверхности.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Привести светотехнические данные исследуемого светильника, рисунок его
внешнего вида, область применения.
2. Данные эксперимента, занесенные в таблицу.
3. Построенные кривые ожидаемого и фактического изменения освещенности.
4. Расчет коэффициента использования светового потока.
5. Выводы по проделанной исследовательской работе.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое освещенность рабочей поверхности?
2. В каких единицах измеряется освещенность?
3. Что такое световой поток? В каких единицах он измеряется?
4. Какие факторы влияют на величину освещенности?
5. Каков порядок светотехнического расчета осветительной установки?
6. Что называется коэффициентом использования светового потока осветительной установки?
7. Какие факторы влияют на него?
8. Как в лабораторной работе определяется коэффициент использования светильника?
9. Как определяется средняя освещенность расчетной плоскости?
10. Как определяется световой поток источника света, необходимого для
создания заданной средней освещенности?
11.Как определяется мощность лампы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочная книга по светотехнике./ Под. Ред. Ю. Б. Айзенберга- М.: Энергоавтомииздат., 1983.
2.Кнорринг Г. М., Осветительные установки. Л: Энергоиздат; 1985.
3. Справочная книга для проектирования электрического освещения. / Под ред.
Г. М. Кнорринга-Л: Энергия; 1976.
4. Основы электрического освещения. Методические указания к выполнению
лабораторных работ 3,4 для студентов специальности 100400.- Саратов:
СГТУ,2002..
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ
РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
по курсу «Безопасность жизнедеятельности»
для студентов всех специальностей
Составила: СКОРОБОГАТОВА Татьяна Викторовна
Рецензент
Корректор
Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01
Подписано в печать
Формат 60×84 1/16
Бум. тип.
Усл. печ. л.
Уч.-изд. л.
Тираж
экз.
Заказ
Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77