Исследование искусственного освещения

Югорский государственный  университет

Кафедра «Физика и общетехнические дисциплины»

 

 

 

 

БЖД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая  работа № 2

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ  ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал: _________________ Пасечник А.Г.                                       

08.10.2013 год

 

 

 

Ханты-Мансийск

2013

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

 

Цель работы: ознакомиться с приборами и методами измерения освещенности на рабочих местах, порядком нормирования и расчета искусственного освещения.

 

1. Общие положения (теоретическая часть)

Одним из основных вопросов безопасности жизнедеятельности является организация рационального освещения учебных, бытовых и производственных помещений и рабочих мест.

Прием и анализ информации зрительным анализатором (глазом) человека происходит в световом диапазоне λ = 0,38…0,76 мкм оптической области спектра электромагнитных волн. Наибольшее значение чувствительности достигается при длине волны λ_m =  0,554 мкм (желто-зеленая часть спектра).

При освещении помещений  используется как естественное освещение, создаваемое светом небесного купола (прямым и рассеянным), так и искусственное  освещение, создаваемое электрическими источниками света. Имея более благоприятный  для зрительного восприятия спектральный состав естественное освещение, меняется в зависимости от географической широты, времени года и суток. Поэтому для освещения в те часы суток, когда естественное освещение недостаточно для проведения технологических операций используют искусственное освещение.

Освещение характеризуется  количественными и качественными  показателями.

К количественным светотехническим характеристикам относятся:

световой поток  Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая зрением человека как свет; характеризует мощность светового излучения; измеряется в люменах (лм);

освещенность Е – это отношение светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м²), т.е. Е = Ф/S; за единицу освещенности принят люкс (лк); 

сила света J – это отношение светового потока Ф к телесному углу ω, в пределах которого световой поток равномерно распределяется; рассчитывается по формуле J = Ф/ω; измеряется в канделах (кд);

яркость В поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света J_α, излучаемой поверхностью в этом направлении, к площади S проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению; определяется по формуле В_α = J_α /S_*cosα; измеряется кд/м².

К качественным характеристикам  освещения относятся фон, контраст объекта с фоном К, коэффициент пульсации освещенности k_п, показатель ослепленности Р₀, видимость V.

Коэффициент пульсации  освещенности k_п – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока; рассчитывается по формуле k_п = 100_*(Е_max - Е_min)/2Е_ср, где Е_max, Е_min, Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний.

Критерием слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, является показатель ослепленности Р₀, значение которого определяется по формуле Р₀ = (V₁/V₂ - 1)_*1000, где V₁ и V₂ – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может  быть двух видов – общее и комбинированное, когда к общему освещению помещения добавляется местное, установленное непосредственно на рабочих местах, где выполняются точные зрительные работы. При комбинированном освещении освещенность рабочих поверхностей от общего освещения должна быть равной или больше 10% нормируемой.  

Общее освещение подразделяется на рабочее, аварийное и специальное.

Рабочее освещение предназначено для нормального выполнения производственного процесса, прохода людей и движения транспорта и является обязательным для всех помещений.

Аварийное освещение обеспечивает минимальную освещенность на рабочем месте и предусматривается для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. Оно необходимо для обслуживания оборудования, способного вызвать пожар, взрыв, отравление людей и т. п.

Минимальная освещенность рабочих  поверхностей, требующих обслуживания в аварийном режиме, должна быть равна 5% нормируемой освещенности в  системе общего освещения. В то же время она не должна быть ниже 2 лк внутри зданий и 1 лк на открытых территориях. Наименьшая освещенность на полу, земле или ступенях при аварийном освещении для эвакуации людей должна быть в помещениях 0,5 лк, а на открытых территориях 0,2 лк.

Специальные виды освещения и облучения:

охранное  освещение устраивают вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Его следует по возможности выполнять, используя частично рабочее и аварийное освещение;

эритемное освещение (искусственное ультрафиолетовое облучение) предусматривается на промышленных предприятиях, расположенных в районах с дефицитом естественного ультрафиолетового облучения; 

бактерицидное освещение применяется для обеззараживания воздуха в производственном помещении.

            Для искусственного освещения  (общего и комбинированного) применяют электрические лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды:

	Светодиодные лампы	Энергосберегающие лампы	Лампы накаливания
Световая отдача	до 150 Лм/Вт	до 100 лм/Вт	15 Лм/Вт
Срок службы	> 50 000 часов	До 10 000 часов	~1000 часов
Индекс цветопередачи	> 75, Ra	~70, Ra	100, Ra
Доля энергии, преобразуемой в  тепло	~60%	~70%	~95%
Содержание ртути	нет	содержат пары ртути	нет

 

Преимущества светодиодного  освещения

• Светодиоды – наиболее экономичны и эффективны
• Светодиоды – наиболее долговечны и дешевы в обслуживании
• Высокий индекс цветопередачи - естественное восприятие цветов
• Низкое тепловыделение - уменьшение затрат на кондиционирование
• Светодиоды – безопасны для человека и окружающей среды. Не требуют специальной утилизации
• Работают без перебоев при температурах от -45 до +50 градусов
• Реальная экономия средств

Осветительные установки состоят  из источника света и арматуры (светильника), которая предназначена  для перераспределения излучаемого  источником светового потока в требуемом  направлении, предохранении глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света. Различают светильники общего и местного освещения.

Для ламп накаливания применяют  светильники типа «Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Люцетта», «Молочный  шар» (у вышеперечисленных светильников количество ламп в светильнике n = 1), а для газоразрядных ламп – типа ЛПО («Циклон Де Люкс», «Леванто») и ЛВО («Муссон»). Светильники типа ЛПО предназначены для n = 2 люминесцентных ламп мощностью 36, 40 Вт каждая и крепятся к любому типу потолков. Светильники типа ЛВО предназначены для n = 4 люминесцентных ламп мощностью 18 Вт и устанавливаются в подвесной потолок.

Искусственное освещение должно обеспечить освещенность на рабочих местах в  соответствии с требованиями СНиП 23-05-95. 

Освещенность принято нормировать раздельно в зависимости от применяемых ламп и систем освещения. Наименьшую освещенность в соответствии с требованиями СНиП 23-05-95 устанавливают согласно условиям зрительной работы, которые определяются следующими параметрами:

1. Размер объекта различения  – наименьший размер, который  необходимо выделить при проведении  работы (размер самой маленькой  детали, самой тонкой линии на  чертеже и пр.).

2. Фон – поверхность, на которой  рассматривается объект различения. Характеризует фон коэффициент отражения ρ, который зависит от цвета и фактуры поверхности; в зависимости от коэффициента отражения фон может быть светлым при ρ > 0,4; средним при ρ = 0,2…0,4 и темным при ρ < 0,2.

3. Контраст объекта с фоном  К – характеризуется соотношением яркости В_об объекта различения и яркости В_ф фона; определяется по формуле К = |В_об-В_ф|/В_об; контраст считается большим, если К > 0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при К = 0,2…0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при К < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

К другим нормируемым параметрам искусственного освещения относятся показатель ослепленности Р₀ и коэффициент пульсации освещенности k_п. Диапазон изменения допустимых значений этих нормируемых параметров определяется разрядом зрительной работы: Р₀ = 20…80 единиц; k_п = 10…20 %.

              

2. Практическая часть
1. Расчет искусственного освещения

 

Основной задачей  светотехнических расчетов является определение  мощности осветительной установки  для создания заданной по нормам освещенности. При этом используются три метода расчета: метод коэффициента  использования светового потока, точечный метод и метод удельной мощности.

Для расчета  общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности основным является метод коэффициента  использования светового потока, при этом учитывается отражение светового потока от потолка и стен.

Световой поток Ф_л (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника

Ф_л = Е_норм*S_*z_*k_з/N_*η,     (2.1)

 

где Е_норм – нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05-95, лк; S – площадь освещаемого помещения, м²; z – коэффициент неравномерности освещения, это отношение средней освещенности к минимальной, обычно z = 1,1…1,2; N – число светильников в помещении; η - коэффициент использования светового потока (в долях единицы), то есть отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп; находится по справочным данным в зависимости от типа светильника, коэффициента отражения стен ρ_с, потолка ρ_п, индекса помещения

 

i = А_*В/h_*(А+В),     (2.2)

 

где А и В – длина и ширина помещения а плане, м; h – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (расстояние между светильниками и освещаемой поверхностью), м.

Коэффициент запаса k_з, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света приводится в Приложении 1.

Обычно для расчета задаются числом светильников N, по нормам определяют значение минимальной освещенности Е_норм (Приложение 2), по справочным данным находят значения η (Приложение 3), k_з (Приложение 1) и z, по формуле (2.1) рассчитывается световой поток. По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 17677-82 и ГОСТ 6825-91 выбирается ближайшая стандартная лампа и определяется необходимая электрическая мощность (Приложение 4). При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10…20 %.    

Для проверочного расчета местного освещения, а также для расчета  освещенности конкретной точки на горизонтальной и наклонной поверхности при общем локализованном (с учетом расположения рабочих мест) освещении применяют точечный метод.

В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

 

Е_А = J_α*cosα/r²,     (2.3)

 

где Е_А – освещенность горизонтальной поверхности в расчетной точке А, лк; J_α – сила света в направлении от источника к расчетной точке А (значение силы света определяется выбранным источником света и типом светильника); α – угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка, и направлением вектора силы света в точку А; r – расстояние от светильника до точки А, м. Учитывая, что r = Н/cosα и вводя коэффициент запаса k_з, можно записать

 

Е_А = J_α*cos³α/Н²_*k_з ≤ Е_норм     (2.4)

 

При ориентировочных расчетах применяют  наиболее простой, но менее точный метод – метод удельной мощности:

 

Р_уд = Р/S = Р_л*N/S = 0,25_*Е_норм*k_з,     (2.5)

 

где Р_уд – удельная мощность источника света, Вт; Р_л – мощность одной лампы, Вт; N – число светильников; S – площадь освещаемой поверхности, м².

 

 

 

2. Применяемые приборы и оборудование

 

Фотоэлектрический люксметр типа Ю-16 (Ю-116, Тесто-540), предназначенный для измерения освещенности в люксах. Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. Прибор имеет три основных предела измерения. Измеряя освещенность от источника света с иным, чем у ламп накаливания, спектральным составом, необходимо учитывать поправочные коэффициенты. Для люминесцентных ламп поправочный коэффициент равен 1,5, для ЛД – 0,98, для ДРЛ – 1,2 и естественного света – 0,8.