Отчёт по лабораторной работе № 3

По дисциплине: Безопасность жизнедеятельности

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «Исследование основных показателей естественного освещения»

Выполнили: студент гр. ТПП-09 /Михайлов А.А./

(подпись) (Ф.И.О.)

Проверил: ассистент ____________ /Ковшов С.В./

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

Цель работы: Измерение основных параметров, характеризующих ествественное освещение помещений; ознакомление с методикой их нормирования и расчета.

Основные светотехнические характеристики

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.
Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:
световой поток Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность световой энергии, измеряется в люменах (лм);
сила света J - величина, характеризующая свечение источника в некотором направлении и равная отношению светового потока dФ к малому телесному углу , в котором он в котором он распространяется: ; измеряется в канделах (кд);
освещенность Е – это световой поток dФ, приходящийся на единицу освещаемой поверхности dS (м 2): ; измеряется в люксах (лк);
яркость L – это величина, характеризующая свечение источника света в данном направлении. Яркость элемента dS светящейся поверхности в каком-либо направлении определяется отношением силы света dJ этого элемента в рассматриваемом направлении к площади dS проекции элемента на плоскость, перпендикулярную к рассматриваемому направлению: где – угол между нормалью к этому элементу dS и направлением, для которого рассчитывается яркость; измеряется в кд/м 2 .
Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как характеристика фона, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель ослепленности, спектральный состав света.
Фон – это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается:
– светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4;
– средним при коэффициенте отражения поверхности от 0,2 до 0,4;
– темным при коэффициенте отражения поверхности менее 0,2.
При проектировании осветительной установки коэффициент отражения строительных и облицовочных материалов следует измерять, принимать по СНиП 23-05–95 или по табл. П.1 приложения.
Контраст объекта различения с фоном K определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона. Контраст объекта различения с фоном
считается:
– большим при K более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости);
– средним при K от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости);
– малым при K менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).
Коэффициент пульсации освещенности Kп, %, – это критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, выражающийся формулой:

(1)

где: E макс и E мин – соответственно максимальное и минимальное значение освещенности за период ее колебания, лк; E ср – среднее значение освещенности за этот же период, лк.
Показатель ослепленности P – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяемой выражением:

(2)

где: S– коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Зрительный анализатор

Зрительный анализатор обладает наибольшей величиной адаптации. При темновой адаптации чувствительность дости­гает некоторого оптимального уровня через 40-50 мин; све­товая адаптация, т. е. понижение чувствительности, длится 8-10 мин. Глаз непосредственно реагирует на яркость, кото­рая представляет отношение силы света (интенсивности), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверх­ности. Яркость измеряется в нитах (нт; nt); 1 нт=1 кд/м 2 . При очень больших яркостях (более 30 000 нт) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлема яркость до 5000 нт.

Под контрастом понимается степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в простран­стве или времени. Контрастная чувствительность позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости от фона, чтобы его было видно.

При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая харак­теризуется минимальным углом, под которым две точки вид ны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. С увели­чением освещенности острота зрения возрастает. При умень­шении констрастности острота зрения снижается. Острота зрения зависит также от места проекции изображения на сет­чатке глаза. Оптический анализатор включает два типа ре­цепторов: колбочки и палочки. Первые являются аппаратом хроматического зрения, вторые -ахроматического. При ра­венстве энергии воздействующих волн различия их длин ощу­щаются как различия в свете источников света или поверх­ностей предметов, которые его отражают. Глаз различает семь основных цветов И более сотни их оттенков. Цветовые ощущения вызываются воздействием световых волн, имею­щих длину от 380 до 780 нм. Приблизительно границы длин и- соответствующие им ощущения (цвета) следующие: 380-455 нм (фиолетовый); 455-470-нм (синий); 470-500 (голубой); 500-550 (зеленый); 540-590 (жел­тый) ;

590-610 (оранжевый); 610-780 (красный). Зрительный анализатор обладает определенной спектраль­ной чувствительностью, которая характеризуется относитель­ной видностыо монохроматического излучения. Наибольшая видность днем соответствует желтому цвету, а ночью или в сумерках - зелено-голубому. Гамма переходов от белого цвета к черному образует ахроматический ряд.

Ощущение, вызванное световым сигналом, в течение опре­деленного времени сохраняется, несмотря на исчезновение сигнала или изменение его характеристик. Инерция зрения по данным различных исследователей находится в пределах 0,1-0,3 с. Ощущения, возникающие после снятия раздражи­теля, называются последовательными образами. При корот­ком ярком сигнале образ выступает из темноты несколько раз в быстрой последовательности. При небольших яркостях через 0,5-1,5 с появляется отрицательный последовательный образ (т. е. светлые поверхности кажутся темными и наобо­рот). При цветном сигнале образ окрашен в дополнительный цвет. При резком действии прерывистого раздражителя воз­никает ощущение мельканий, которые при определенной ча­стоте сливаются в ровный немигающий свет. Частота, при которой мелькания исчезают, называется критической часто­той слияния мельканий. В том случае, когда мелькания света используются в качестве сигнала, возникает вопрос о выборе

оптимальной частоты. Оптимальной является часн, и,- пи-делах 3-10 Гц. Инерция зрения обусловливает стробоскопи­ческий эффект. Если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени гашения зрительного образа, то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. При стробоскопическом эффекте возможна иллюзия движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов или иллюзия неподвижности (замедленного движения), возникающая, ко­гда движущийся предмет периодически занима"ет прежнее по­ложение. При восприятии объектов в двухмерном и трехмер­ном пространстве различают поле зрения и глубинное зрение. Бинокулярное поле зрения охватывает в горизонтальном на­правлении 120-160°, по вертикали вверх - 55-60° и вниз - 65-72°. При восприятии цвета размеры поля зрения сужа­ются. Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх - 25°, вниз - 35°, вправо и влево по 32°. Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30 м равна в сред­нем 12% общего расстояния.

Учебно-исследовательская

Лабораторная работа

Исследование эффективности и качества освещения
8.1. Цель и задачи работы

Целью работы является изучение количественных и качественных характеристик искусственного освещения, а так же оценка влияния источника света и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования осветительной установки (η ).

Основные задачи исследования:

· Измерение освещенности, создаваемой различными источниками света и сравнение с нормируемыми значениями;

· Определение коэффициента использования осветительной установки (η );

· Измерение и сравнение коэффициентов пульсаций освещенности, создаваемой различными источниками света;

· Оценка зависимости коэффициента пульсаций освещенности от способа подключения ламп к фазам трехфазной сети;

· Наблюдение стробоскопического эффекта.

Теоретическая часть

Общие сведения

Освещение – получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий видения предметов и объектов.

Освещение должно быть гигиенически рациональным, т.е. обеспечивать:

Достаточную освещенность рабочих поверхностей;

Постоянство равномерной освещенности во времени;

Равномерное распределение яркости в окружающем пространстве;

Отсутствие слепящего действия.

Освещение имеет большое значение для здоровья и организации труда. Под влиянием светового излучения ускоряются процессы высшей нервной деятельности, повышается общая активность и деятельность дыхательных органов. Недостаток света вызывает раздражение глаз, затрудняет различение предметов, замедляет темп работы.

Переход от одной яркости поля зрения к другой требует определенного времени на так называемую адаптацию зрения, которая может составлять при переходе из темного в ярко освещенное помещение 1,5-2 минуты, а при обратном переходе до 5-6 минут, в течение которых человек плохо различает окружающие предметы, что может послужить причиной несчастного случая. Недостаточная освещенность при напряженной зрительной работе или частая переадаптация зрения приводит к быстрому утомлению, возникновению головных болей, ухудшению зрения.

Установлено, что неудовлетворительное освещение является прямой причиной примерно 5% и косвенной причиной 20% несчастных случаев. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости и увеличивает скорость различения деталей, что приводит к увеличению производительности труда.

Так, при выполнении операции точной сборки, увеличение освещенности с 150 до 1000 лк позволяет получить повышение производительности труда до 25% и, даже при выполнении работ малой точности, не требующих большого зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2 – 3 %. При хорошем освещении устраняется напряжение глаз, облегчается различение обрабатываемых изделий, ускоряется темп работы.

Понижение освещенности ведет к снижению производительности труда, причем не только ручного, но и умственного, требующего напряжения памяти, логического мышления. Например, снижение освещенности на величину до 50% от нормативного значения может привести к зрительному утомлению и снижению производительности труда на 3 – 10 % с одновременным ростом брака продукции.

В зависимости от источника света освещение может быть трёх видов: естественное, искусственное и совмещённое.

Структурная схема типов освещения в зависимости от источника света и функционального назначения приведена на рис.8.1.

Рис. 8.1. Классификация типов освещения

Искусственное освещение в зависимости от функционального назначения на промышленных предприятиях подразделяется на рабочее, охранное, аварийное, эвакуационное, дежурное.

Рабочее освещение обеспечивает необходимые условия при нормальном режиме работы осветительной установки, оно обязательно во всех помещениях и на открытых пространствах.

Охранное освещение – разновидность рабочего освещения, оно устанавливается по линии охраняемых границ территорий промышленных предприятий, строек, а также территорий некоторых общественных зданий.

Аварийное освещение – освещение безопасности, обеспечивает минимально необходимые осветительные условия для продолжения работы при временном погасании рабочего освещения в помещениях и на открытых пространствах в случаях, когда отсутствие искусственного освещения может вызвать тяжелые последствия для людей, производственных процессов, нарушить нормальное функционирование жизненных центров предприятия и узлов обслуживания массовых потребителей.

Эвакуационное освещение служит для безопасной эвакуации людей из помещений и с открытых пространств при аварийном погасании рабочего освещения.

Дежурное освещение используется при перерывах, когда рабочее освещение отключают, например, при уборке помещений и для его охраны.

Указания, в каких случаях необходимо аварийное и эвакуационное освещение, содержатся в СНиП и в отраслевых нормах искусственного освещения. Согласно СНиП аварийное освещение должно создать освещенность не ниже 5% нормируемой освещенности, но не менее 2 лк в помещениях и 1 лк снаружи. Освещенность более 30 лк в помещениях и более 5 лк снаружи разрешается создать при наличии соответствующих обоснований.

Эвакуационное освещение должно создавать освещенность не менее 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк снаружи. Для аварийного и эвакуационного освещения могут использоваться лампы накаливания (в том числе галогенные лампы накаливания) и люминесцентные лампы, причем последние только в помещениях с температурой воздуха не ниже +5ºC при питании их переменным током и напряжении не ниже 90% номинального. Лампы типов ДРЛ, ДРИ и ДНАТ могут использоваться только как дополнительно присоединяемые к группам аварийного освещения в целях усиления освещенности сверх нормированной для аварийного освещения.

Встречающиеся в природе излучения находятся в пределах чрезвычайно широкого диапазона длин волн (рис.8.2). При этом к оптической области излучения принято относить электромагнитные колебания с длиной волн от 10 до 340000 нм, причем диапазон длин волн от 10 до 380 нм относят к области ультрафиолетового излучения, от 380 до 770 нм – к видимой области спектра и от 770 до 340000 – к области инфракрасного излучения.

Рис. 8.2. Спектр электромагнитных излучений.

Видимая часть спектра растянута.

Глаз человека имеет наибольшую чувствительность к излучению с длиной волны 540 – 550 нм (желто-зеленый цвет).

В целом видимая часть спектра воспринимается глазом человека как белый свет. Отдельные узкие участки этой части спектра различаются длиной волны и вызывают соответствующие ей ощущения различных цветов. Интенсивность этих зрительных ощущений неодинакова, т.к. неодинакова чувствительность глаз к излучениям участков видимого спектра.

При естественном освещении наибольшая чувствительность соответствует излучению с длиной волны 555 нм (желтый свет), а ночью (или в сумерках), максимум соответствует примерно 500 нм (зелено-голубой свет).

Относительная чувствительность глаза к излучению крайних участков видимой части спектра (фиолетовой и красной) значительно меньше и зависит от времени суток (рис.8.3).

Рис. 8.3. Кривые относительной видимости:

1 - ночью; 2 - днем.

Светотехнические характеристики освещения

Для гигиенической оценки освещения используются следующие светотехнические характеристики:

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

Сила света I α - пространственная плотность светового потока:

где dF - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω.

Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.

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

где dS – площадь поверхности (м 2), на которую падает световой поток dF.

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

где I α - сила света, кд;

dS - площадь излучающей поверхности, м 2 ;

φ - угол между направлением излучения и плоскостью, град.

Объект различения - рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, который требуется различать в процессе работы. Например, при чте­нии - толщина линий букв, при проведении измерений - размер толщины ли­нии градуировки шкалы прибора и т.п.

Качественными показателями, определяющими условия зрительной работы, являются фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослеплённости, показатель дискомфорта.

Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различе­ния, на которой он рассматривается. Фон характеризуется коэффициентом отра­жения, зависящим от цвета и фактуры поверхности. Фон считается:

светлым - при коэффициенте отражения поверхности более 0.4 (бумага белая, матовая - 0.55...0.65, известковая побелка - 0.8);

средним - при коэффициенте отражения поверхности от 0.2 до 0.4 (желтая краска - 0.4, оцинкованная жесть - 0.2);

тёмным - при коэффициенте отражения поверхности менее 0.2 (красный кирпич.- 0.08...0.1, необработанная сталь - 0.05... 0.1).

Коэффициент отражения (ρ ) - отношение отраженного от поверхности светового потока к падающему на нее потоку. Может выражаться в долях или про­центах.

Контраст объекта различения с фоном (К ) - отношение абсолютной величины разности между яркостью рассматриваемого объекта (точка, линия, риска, знак, пятно, трещина и т.п., которые следует различать в процессе работы) и фона к яркости фона. Контраст считается:

большим - при значениях отношения более 0.5 (объект и фон резко разли­чаются по яркости);

средним - при значениях отношения от 0.2 до 0.5 (объект и фон заметно различаются по яркости);

малым - при значениях отношения менее 0.2 (объект и фон мало различа­ются по яркости).

Контраст может быть прямым и обратным. Прямой контраст - темный объ­ект на светлом фоне, обратный контраст - светлый объект на темном фоне.

Для того чтобы можно было полнее охарактеризовать основные светотех­нические величины и их восприятие человеком, используют еще ряд светотехнических понятий. К ним относятся:

Нормируемая освещенность - нижний предел необходимой освещен­ности, установленный нормативными таблицами, в зависимости от характера вы­полняемой зрительной работы и ориентации рабочей поверхности в пространстве.

Светоотдача (СО ) - световой поток, излучаемый светильником, прихо­дящийся на 1 Вт затрачиваемой энергии и характеризует эффективность светиль­ника, иными словами, его экономичность. Измеряется в лм/Вт. Теоретически 1 Вт электроэнергии может дать световой поток в 683 лм.

Светильник - источник света (лампа накаливания, газоразрядная лам­па) со светотехнической арматурой, предназначенной для закрепления и защиты от воздействия окружающей среды источника света, подвода электроэнергии и распределения светового потока, излучаемого источником света в пространстве

Коэффициент пульсации светового потока (К п):

где Е max , Е min – максимальная и минимальная освещенность соответственно;

Е ср – средняя освещенность

Коэффициент запаса – принимается при проектировании естественного, искусственного и совмещенного освещения, учитывает снижение освещенности в процессе эксплуатации из-за загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также отражающих свойств поверхностей помещения. Принимается по СНиП 23-05-95.

Чтобы было удобно сравнивать светильники между собой, необходимо иметь несколько общепринятых характеристик, основанных на понятиях о . К таким характеристикам относятся: световой поток, сила света, световая отдача, освещенность, цветовая температура, индекс цветопередачи, яркость, светимость, коэффициент пульсаций, показатели ослепленности.

Световой поток представляет собой мощность светового излучения, воспринимаемого человеком как видимый свет. Обозначается буквой Ф и измеряется в люменах (лм). Световой поток обычно указывают в характеристиках ламп. Так для люминесцентной лампы мощностью 18 Вт световой поток может достигать 1350 лм, при мощности лампы 36 Вт - 3350 лм и при мощности лампы 58 Вт - 5200 лм.

Определение светового потока светильников осуществляют с помощью гониофотометров и фотометрических шаров в соответствие с . Данный стандарт устанавливает требования к методам испытаний осветительных приборов.

Сила света представляет собой отношение направленного светового потока, распространяющегося внутри телесного угла, к величине этого телесного угла. Обозначается буквой I и имеет размерность кандела (кд).

Световая отдача (энергоэффективность). Определяется как отношение светового потока, исходящего от светильника, к электрической мощности, потребляемой светильником от электросети. Измеряется в лм/Вт. Параметр напрямую связан с кпд источника света. Следует иметь в виду, что часто под кпд светильника подразумевают не кпд источника света, а только потери светового потока в плафонах и других конструкциях светильника. У люминесцентных светильников энергоэффективность как правило не менее 30 - 35 лм/Вт, у светодиодных не менее 50 лм/Вт.

Показатели ослепленности . Характеризуют слепящее действие, создаваемое светильником. Если сравнить два источника света с одинаковым световым потоком, но с существенно разными площадями излучающих поверхностей, то очевидно, что светильник с меньшей площадью излучающей поверхностью будет иметь большее значение яркости. И вероятность слепящего действия от него будет выше.

Введение

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющемся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает скорость различения деталей, что сказывается на росте производительности труда.

Совмещенное освещение допускается для производственных помещений, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов; для производственных помещений, строящихся в северной климатической зоне страны; для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды (участки прецизионных металлообрабатывающих станков, электропрецизионного оборудования). При этом общее искусственное освещение помещений должно обеспечиваться газоразрядными лампами, а нормы освещенности повышаются на одну ступень.

Целью данной работы является рассмотрение и изучение освещения и его характеристик.

Основные светотехнические характеристики

Количественные показатели

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38...0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

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

- сила света J - пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dф, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dЩ, к величине этого угла; J== dф/dЩ; измеряется в канделах (кд);

- освещенность Е - поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dф, равномерно падающего на освещаемую поверхность dS (м 2), к ее площади: Е=dф/dS, измеряется в люксах (лк);

- яркость L поверхности под углом б к нормали -это отношение силы света dJб, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению: L = dф/(dScosб), измеряется в кд * м -2 .

Качественные показатели

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель освещенности, спектральный состав света.

Фон - это поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения р) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф отр к падающему на нее световому потоку Фпад; р == Фот/Фпад. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02...0,95; при р >0,4 фон считается светлым; при р = 0,2...0,4-средним и при р <0,2-темным.

Контраст объекта с фоном k - степень различения объекта и фона -характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знаки, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона; k = (L op -L o )/L op считается большим, если k >0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при k==0,2...0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k<0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности kЕ- это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока

KЕ=100(E max -E min)/(2E ср);

где E max, E min E cp - максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп kе = 25...65 %, для обычныхламп накаливания k E ? 7 %, для галогенных ламп накаливания K E = 1%.

Показатель ослепленности Ро - критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой,

Po=1000(V 1 /V 2 -1),

где V 1 и V 2 -видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Экранирование источников света осуществляется с помощью щитков, козырьков и т.п.

Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V=k/k пop , где k пор - пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Методические указания

К курсовому и дипломному проектированию

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Новочеркасск 2002

УДК 621.32 (075.8)

Рецензенты: канд. техн. наук Т.Ф. Пересунько

канд. техн. наук В.И. Гребенников

Новиков С.И., Казьмина Г.В.

Производственное освещение: Метод. указания к курсовому и дипломному проектированию/ Юж.-Рос.гос.техн.ун-т. Новочеркасск; ЮРГТУ, 2002 , – с.

Изложены различные методики расчета искусственного и естественного производственного освещения, выбора светильников и источников света. Приведены примеры расчетов, справочные данные, выдержки из СНиП.

Пособие предназначено для студентов ЭМФ, ЭН всех специальностей и может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании.

© Южно-Российский государственный

технический университет, 2002

© Новиков С.И., Казьмина Г.В., 2002

1. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ. ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные светотехнические характеристики.

Правильно спроекти­рованное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет вы­сокую работоспособность.

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излуче­ния (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38...0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зе­леный цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

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

- сила света J – пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потокаdФ , исходящего от источ­ника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dΩ , к величине этого угла: J = dФ / dΩ ; измеряется в канделах (кд);

- освещенность Е – поверхностная плотность светового потока; оп­ределяется как отношение светового потокаdФ , равномерно падаю­щего на освещаемую поверхность dS (м 2), к ее площади: Е= dФ / dS ; измеряется в люксах (лк);

- яркость L поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света dJ α , излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению: L = dJ α /(dS cosα) , измеряется в кд ·м –2 .

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта, показатель ослепленности, спектральный состав света.

Фон – это поверхность, на которой происходит различение объек­та, и характеризуется способностью отражать падаю­щий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ρ ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф отр к падающему на нее световому потоку Ф пад : ρ = Ф отр / Ф пад . В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффици­ента отражения находятся в пределах 0,02–0,95, при ρ >0,4 фон считается светлым, при ρ = 0,2–0,4 - средним и при ρ <0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном k - степень различения объекта и фона - характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона: k = (L ор – L о)/L ор . Контраст считается большим, если k >0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при k = 0,2–0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности k Е – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока:

k Е = 100(E max – E min)/(2Е ср),

где E max , E min , Е ср – максимальное, минимальное и среднее значе­ния освещенности за период колебаний; у газоразрядных ламп коэффициент k Е колеблется в пределах 25–65 %, для обычных ламп накаливания около k Е ≈ 7 %, для галогенных k Е = 1 %.

Показатель дискомфорта нормируется и может быть учтен при расчете по формулам. Однако, практика показывает, что при общем равномерном освещении, а также при отраженном освещении любые нормированные значения показателя дискомфорта обеспечиваются, если минимальная освещенность E min принимается по нормам СНиП 23-05-95, а коэффициент отражения стен составляет не менее 30 % .

Показатель ослепленности Р 0 – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой:

Р 0 = 1000 (V 1 /V 2 – l),

где V 1 и V 2 – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Экранирование источников света осуществляется с помощью щит­ков, козырьков и т.п.

Видимость охарактеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяет­ся числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V = k/k пор, где k пор – пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.

1.2. Системы и виды производственного освещения.

При освещении производственных помещений используют: естественное освещение , создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом не­босвода и меняющееся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы ; искусственное освещение , создаваемое электрическими источниками света ; совмещенное освещение , при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах, верхнее – через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях, комбинированное – сочетание вер­хнего и бокового освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов – общее и комбинированное . Систему общего осве­щения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общие равномерное (световой поток распреде­ляется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и локализованное освещения (с учетом расположения рабочих мест).

При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением при­меняют местное. Совокупность местного и общего освещения назы­вают комбинированным . Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается , по­скольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное .

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

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авари­ях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания обору­дования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, нарушение технологического процесса и т.д. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5 % нор­мируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.

Специальное освещение может быть охранным , дежурным , эвакуационным , эритемным , бактерицидным и др.

Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей: на лестничных клетках, вдоль основных проходов производст­венных помещений, в которых работают более 50 чел. Минимальная освещенность на полу основных проходов и на ступеньках при эваку­ационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях – не менее 0,2 лк.

Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраня­емых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.

Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации.

Условно к производственному освещению относят бактерицидное и эритемное облучение помещений. Бактерицидное облучение («осве­щение») создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, про­дуктов питания. Наибольшей бактерицидной способностью обладают ультрафиолетовые лучи с λ = 0,254–0,257мкм. Эритемное облучение создается в производственных помещениях, где недостаточно сол­нечного света (северные районы, подземные сооружения). Максимальное эритемное воздействие оказывают электромагнитные лучи с λ = 0,297 мкм. Они стимулируют обмен веществ, кровообращение, дыхание и другие функции организма человека.

1.3. Основные требования к производственному освещению.

Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабо­чем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной ра­боты . Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает ско­рость различения деталей, что сказывается на росте производительно­сти труда. Так, при выполнении отдельных операций на главном конвейере сборки автомобилей при повышении освещенности с 30 до 75 лк производительность труда повысилась на 8 %. При дальнейшем повышении до 100 лк – на 28 % (по данным проф. AJI. Тарханова). Дальнейшее повышение освещенности не дает роста производительности.

При организации производственного освещения необходимо обес­печить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и окружающих предметах . Перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз переадаптироваться, что ве­дет к утомлению зрения и соответственно к снижению производитель­ности труда, искажению восприятия окружающей обстановки, повышению вероятности НС. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов осуществляется комбинированное освещение. Светлая окраска потолка, стен и оборудования способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения работающего.

Производственное освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней . Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов различения и тем самым повышает утомляемость, снижает производительность труда. Особенно вредны дви­жущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими молочными стеклами; при естественном освещении – используя солн­цезащитные устройства (жалюзи, козырьки и др.).

Для улучшения видимости объектов в поле зрения работающего должна отсутствовать прямая и отраженная блескость . Блескость - это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая на­рушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение види­мости объектов. Блескость ограничивают уменьшением яркости источника света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильном направлением светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменять матовыми.

Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, обусловливают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией плавающего напряжения, жестким креплением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп.

При организации производственного освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока . Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов. Оптимальный спектральный состав обеспечивает естественное освещение. Для со­здания правильной цветопередачи применяют монохроматический свет, усиливающий одни цвета и ослабляющий другие.

Осветительные установки должны быть удобны и просты в эксплуатации, долговечны, отвечать требованиям электробезопас­ности, а также не должны быть причиной возникновения взрыва или пожара . Обеспечение указанных требований достигается применением зануления или заземления , ограничением напряжения пи­тания переносных и местных светильников, защитой элементов осве­тительных сетей от механических повреждений и т.п.

Для электрического освещения должны применяться газо­разрядные лампы (люминесцентные, ртутные высокого давления с ис­правленной цветностью типов ДРЛ, ДРИ, натриевые, ксеноновые) и лампы накаливания.

Для питания светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны применяться следующие напряжения: в помещениях без повышенной опасности – не выше 220 В и в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных – не выше 42 В.

1.4. Нормирование производственного освещения.

Естественное и искус­ственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном, количества солнечный дней в году и ориентации здания относительно сторон света . Характер зрительной работы определяется наименьшим размером объекта раз­личения (например, при работе с приборами – толщиной линии градуировки шкалы, при чертежных работах – толщиной самой тон­кой линии). В зависимости от размера объекта различения все виды работ, связанные со зрительным напряжением, делятся на восемь разрядов , которые в свою очередь, в зависимости от фона и контраста объекта с фоном делятся на четыре подразряда (табл. 1 прил. 1).

Искусственное освещение нормируется количественными (минимальной освещенностью Е min) и качественными показателями (показателями ослепленности и дискомфорта, коэффициентом пульсации освещенности k Е). Принято раздельное нормирование искусственного освещения в зависимости от применяемыхисточников света и системы освещения . Нормативное значение освещенности для газоразрядных ламп при прочих равных условиях из-за их большей светоотдачи выше , чем для ламп накаливания.

При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не менее 10 % нормируемой освещен­ности. Эта величина должна быть не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания .

Для ограничения слепящего действия светильников общего осве­щения в производственных помещениях показатель ослепленности не должен превышать 20–80 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы. При освещении производственных помещений газоразрядными лампами, питаемыми переменным током промышленной частоты 50 Гц, глубина пульсаций не должна превышать 10–20 % в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы.

При определении окончательного нормируемого значения освещенности, следует учитывать также ряд условий, вызывающих необходимость повышения уровня освещен­ности , выбранного по характеру зрительной работы. Увеличение освещенности следует предусматривать, например, при выполнении напряженной зрительной работы I–IV разрядов в течение всего рабочего дня, при повышенной опасности травматизма и в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет. В некоторых случаях следует снижать норму освещенности, например, при кратко­временном пребывании людей в помещении .

Нормирование естественного освещения. Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метео­рологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина – коэф­фициент естественной освещенности (КЕО), не зависящий от вышеука­занных параметров. КЕО – это отношение освещенности в данной точке внутри помещения Е вн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е н , создаваемой светом полностью от­крытого небосвода, выраженное в процентах, т.е. КЕО = 100 Е вн /Е н.

В соответствии с характером зрительной работы, системы и вида освещения выбирается определенное (единственное) значение КЕО или Е min нормируемое.

Принято раздельное нормирование КЕО для бокового и верхнего естественного освещения. При боковом освещении нормируют мини­мальное значение КЕО в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна; в помещениях с верхним и комбинированным освещением – по усредненному КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом ха­рактера зрительной работы, системы освещения, района распо­ложения зданий на территории страны определяется по формуле

е N = КЕО · m N ,

где КЕО – коэффициент естественной освещенности (табл. 1, 2) ;

т – коэффициент светового климата, определя­емый в зависимости

района расположения здания на территории страны по табл. 4;

N – номер группы обеспеченности естественным светом по табл.4 .

Совмещенное освещение допускается в следующих случаях (табл. 5 ):

Для производственных по­мещений, в которых выполняются зрительные работы I и III разрядов;

Для производственных помещений, строящихся в северной климати­ческой зоне страны;

Для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды (уча­стки прецизионных металлообрабатывающих станков, электропреци­зионного оборудования). При этом общее искусственное освещение помещений должно обеспечиваться газоразрядными лампами, а нормы освещенности повышаются на одну ступень.

1.5. Источники света и осветительные приборы.

Источники света , при­меняемые для искусственного освещения, делят на две группы - газоразрядные лампы и лампы накаливания.

При выборе и сравнении источников света друг с другом пользуются следующими параметрами: номинальное напряжение питания U (В), электрическая мощность лампы Р (Вт); световой поток, излучаемый лампой Ф (лм), или максимальная сила света J (кд); световая отдача ψ = Ф/Р (лм/Вт), т.е. отношение светового потока лампы к ее элект­рической мощности; срок службы лампы и спектральный состав света (табл.2, 3 прил. 1; табл.1, 2, 3 прил. 2).

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфра­мовой нити. Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и различных метеорологических условиях окружающей среды лампы накаливания находят широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами, лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 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.

В последние годы все большее распространение получают галогеновые лампы – лампы накаливания с йодным циклом. Наличие в колбе паров йода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. световую отдачу лампы (до 40 лм/Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с йодом и вновь оседают на вольф­рамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс. ч. Спектр излучения галогеновой лампы более близок к естественному.

Газоразрядные лампы . В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явления люминес­ценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача 40–110 лм/Вт. Они имеют значительно большой срок службы, который у некоторых типов ламп достигает 8–12 тыс. ч. От газоразрядных ламп можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминоформ. По спектраль­ному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ).

Основным недостатком газоразрядных ламп является пульсациясветового потока , что может привести к появлению стробоскопическо­го эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия. При кратности или совпадении частоты пульсации источника света и обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения, что делает невозможным выполнение производственных опе­раций и ведет к увеличению опасности травматизма. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести также длительный период разгорания , необходимость применения специальных пусковых приспо­соблений , облегчающих зажигание ламп; зависи­мость работоспособности от температуры окружа­ющей среды . Газоразрядные лампы могут создавать радиопомехи , исключение которых требует специальных устройств.

При выборе источников света для производственных помещений необходимо руководствоваться общими рекомендациями: отдавать предпочтение газоразрядным лампам как энергетически более эконо­мичным и обладающим большим сроком службы; для уменьшения первоначальных затрат на осветительные установки и расходов на их эксплуатацию необходимо по возможности использовать лампы наи­меньшей мощности, но без ухудшения при этом качества освещения. Создание в производственных помещениях качественного и эф­фективного освещения невозможно без рациональных светильников.

Электрический светильник - это совокупность источника света и осветительной арматуры, предназначенной для перераспределения из­лучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранения глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света, защиты источника от механических повреждений, воздействия окружающей среды и эстетического оформления помеще­ния.

Существует номенклатура светильников, единая система их обозначения .

В основу такой системы обозначений положена класси­фикация светильников. При составлении классификации можно исходить из светораспределения светильников, их конструктивного исполнения, способа установки, основ­ного назначения или других условий.

В основу светотехнической классификации светильни­ков, разработанной Ю. В. Айзенбергом и Г. М. Кноррингом, положено два признака: распределение светового по­тока , излучаемого светильником в окружающее светильник пространство и форма кривой силы света . На практике нередко возникает необходимость учета распределения света от светильника при расчете светового потока светильника.

Для характеристики светильника с точки зрения распределения светового потока в пространстве пользуются понятием силы света (см. определение). Распределение силы света светильников обычно представляют в виде таблиц или графиков (рис. 1), которые строят в полярной системе координат.

Рис. 1. Кривые распределения силы света в пространстве:

1 - широкая; 2 - равномерная; 3 - глубокая

Степень предохранения глаз работников от слепящего действия источника света определяют защитным углом светильника. Защитный угол - это угол между горизонталью и ли­нией, соединяющей нить накала (поверхность лампы) с противопо­ложным краем отражателя (рис. 2). Важной характеристикой светильника является его коэффициент полезного действия - отно­шение фактического светового потока светильника Ф ф к световому потоку помещенной в него лампыФ п , т.е.

η св =Ф ф / Ф п .

По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого , преимущественно прямого , рассеянного , отра­женного и преимущественно отраженного света. Конструкция светиль­ника должна надежно защищать источник света от пыли, воды и других внешних факторов, обеспечивать электро-, пожаро- и взрывобезопасность, стабильность светотехнических характеристик в данных условиях среды, удобство монтажа и обслуживания, соответствовать эсте­тическим требованиям. В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники открытые , защищенные , закрытые , пыленепро­ницаемые , влагозащитные , взрывозащищенные , взрывобезопасные . Ниже приведены некоторые наиболее распространенные типы светиль­ников (Рис.3, а -3, д – для ламп накаливания, 3, е -3, ж – для газоразрядных ламп).

Рис. 2. Защитный угол светильника:

а) с лампой накаливания; б) с люминесцентными лам­пами

Рис. 3. Основные типы светильников:

а – «Универсаль»; б – «Глубокоизлучатель»; в – «Люцетта»; г – «Молочный шарик»; д – взрывобезопасный типа ВЗГ; е- типа ОД; ж – типа ПВЛП

Так как число типоразмеров светильников для люминисцентных ламп за последние годы выросло во много раз, светильники со схожими светотехническими характеристиками объединены в группы, для каждой из которой даны усредненные значения коэффициента использования. В качестве примера приведены таблица типов светильников для люминисцентных ламп и их характеристик с указанием групп (табл.3 прил.2). Коэффициенты использования для групп приведены в табл. 5-6 прил.2.