Искусственное освещение

ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Цель работы.

Демонстрация преимуществ и  недостатков, применяемых в настоящее  время источников света.

Изучение нормируемых  качественных и количественных характеристик  освещения.

Оценка степени влияния  отделки интерьера на коэффициент использования (КПД) осветительной установки.

Общие положения.

Сохранность зрения человека, состояние  его центральной нервной системы, производительность, качество труда и безопасность в производственных условиях в значительной мере зависят от условий освещения.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может  быть двух систем: общее – осуществляемое расположением светильников на потолке помещения; комбинированное – совокупность общего освещения и местных светильников, расположенных непосредственно на рабочих местах. Применение одного местного освещения внутри зданий не допускается.

Источники света.

В качестве источников света в настоящее  время применяются электрические  лампы и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Они удобны в эксплуатации, легко монтируются, дешевы, работают в широком диапазоне температур окружающей среды, однако обладают низкой световой отдачей 10 – 20 лм/Вт ( при идеальных условиях 1 Вт соответствует 683 лм), сравнительно небольшим сроком службы до 2500 часов; их спектральный состав сильно отличается от естественного света, нарушается правильная цветопередача.

Газоразрядные лампы – это приборы, в которых излучение света возникает в результате электрического разряда в атмосфере паров металлов (ртуть, натрий), галогенов (йод, фтор) и инертных газов, а также явления люминесценции. Наиболее широкое применение для целей освещения помещений и открытых площадок получили люминесцентные, ксеноновые лампы в форме светящихся трубок, а также лампы ДРЛ ( дуговые ртутные, люминесцентные) и натриевые по форме напоминающие вытянутые лампы накаливания.

Основные преимущества газоразрядных ламп: высокая световая отдача (ДРЛ – до 65 лм/Вт, люминесцентные – до 90 лм/Вт, ксеноновые и натриевые  – 110-200 лм/Вт); большой срок службы 5000-20000 часов, близкий к естественному солнечный спектр излучения. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести наличие вредных для биосферы человека паров ртути и натрия при их раз герметизации, радиопомехи; сложную и дорогостоящую пускорегулирующую арматуру, включающую в некоторых случаях стартер, дроссели, конденсаторы; длительный период выхода отдельных типов ламп на номинальный режим (для ДРЛ – 3-5 мин), невозможность быстрого вторичного включения лампы при кратковременном отключении питающего напряжения.

Основным существенным недостатком всех газоразрядных  ламп является пульсация светового потока, то есть непостоянство во времени излучения света, вызванное переменным током в питающей сети и малой инерционностью процессов, сопровождающих работу этих ламп.

В момент перехода переменного  напряжения через ноль освещенность, создаваемая лампой, достигает минимального значения Е_min , при достижении напряжением максимального значения освещенность принимает значение Е_max . Пульсация освещенности, не всегда заметная глазом, приводит к быстрому утомлению зрения, вызывает в некоторых случаях покраснение глаз, головную боль.

Глубина пульсации оценивается  коэффициентом пульсации равным:

КП =(Е_max-E_min)/(2E_cр)´100%,  (1)

где  Е_max, E_min, E_cр – соответственно максимальная, минимальная и средняя освещенность, создаваемая лампой за период колебаний.

Пульсация может привести к стробоскопическому эффекту, когда при пульсирующем освещении вращающихся объектов возникает иллюзия их вращения в противоположную сторону или полной остановки. Данный эффект на практике, провоцируя ошибочные действия операторов, приводит к авариям и травмам.

Сглаживание пульсации достигается  применением нескольких рядом работающих ламп со сдвигом фаз питающего  напряжения или существенным повышением частоты переменного тока (f>1000 Гц).

Нормирование освещения.

Для оценки совершенства искусственного освещения в соответствии с действующими строительными нормами и правилами (СниП) предусмотрены светотехнические параметры количественного и качественного характера.

К количественным параметрам относятся: Видимое  излучение – вызывающее зрительное ощущение, характеризуется участком спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от (4-7,6)*10^-7м или с учётом условности границ 380-770 нм (1 нанометр = 1*10^-9м).

Световой поток F - мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света I_a - пространственная плотность светового потока, характеризующая свечение источник излучения; измеряется в канделах (кд),

                                             (2)

где I_a - сила света в телесном угле v,

dF - световой поток (лм), распределяющийся в пределах единичного телесного угла dv, определяемого в стерадианах (ср).

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

                                                     (3)

где dS - площадь поверхности, м², на которую падает световой поток dF.

Яркость (В) - это поверхностная плотность силы света в данном направлении. Единицей измерения яркости является кандела на м² (кд/м²), это яркость светящейся плоской поверхности  площадью 1 м² в перпендикулярном к ней направлении при силе света в 1 кд. (прежнее название – НИТ)

 Количественной характеристикой общего освещения, определяющей степень его экономичности, является светоотдача (СО), численно равная отношению светового потока, создаваемого источником света к мощности, потребляемой этим источником:

 

                   СО = , лм/Вт             ( 4)

 

где: r -  расстояние от источника до точки, где измеряется

освещенность Е, м;

Р - мощность, потребляемая источником, Вт.

К качественным параметрам относится коэффициент пульсации освещенности КП в %, измеряемый с помощью прибора пульсометра.

Приведенные параметры  связаны следующими соотношениями:

                        I=F/w ;           кд;                                          (5)

                        w=S/r ;            ср;                                         (6)

                        B =I/(S´cosa),  кд/м²;                                  (7)

                       Е = F/S ,            лк;                                        (8)

где:  r - расстояние от источника до освещенной поверхности, м;

a - угол падения светового потока, град;

S - площадь освещенной поверхности, м².

Принято раздельное нормирование параметров освещения в зависимости от применяемых  источников света и системы освещения. Величина параметров устанавливается  согласно характеру зрительной работы, который зависит от размеров объекта различения, характеристики фона и контраста объекта с фоном.

Нормируемый параметр при искусственном освещении - величина минимальной освещенности на рабочей поверхности. Для выбора нормы освещенности при зрительной работе необходимо оценить следующие параметры:

Объект различения - это наименьший линейный размер рассматриваемого предмета, детали  или дефекта, который требуется различать в процессе работы. Основными его характеристиками являются коэффициент отражения и размер в мм.

Коэффициент отражения (К_отр) характеризует долю отраженного света от поверхностей различных цветов.

Фон - поверхность, на которой рассматривается объект различения. Различают фон: светлый (К_отр> 40%); средний (К_отр= 20¸40 %); темный (К_отр< 20 %).

Контраст (К) объекта различения с фоном - отношение разности яркостей объекта и фона к яркости фона.

                        К =                                             (9)

          

где:  r_о , r_ф  - соответственно коэффициенты отражения объекта и         фона, % (таблица 2.5.4).

Различают контраст - большой К > 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости); средний - К = 0,2¸0,5 (заметно отличаются по яркости); малый - К < 0,2 (мало отличаются по яркости).

Нормируемый параметр при естественном освещении коэффициент естественной освещенности E (КЕО), численно равный отношению естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке рабочей поверхности внутри помещения светом неба Е_в, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н светом полностью открытого небосвода:

 

                   Z= E_в/Е_н´100, %                                               (10)

 

Значения КЕО в зависимости  от характера зрительной работы и  прочих условий приведены в табл. 2.

 

Нормирование  искусственного освещения производится в следующей последовательности:

1. Определяется объект  различения в данной зрительной  работе (наименьший размер предмета, который необходимо различить  в процессе работы), его цвет  и соответствующий коэффициент отражения (табл. 1).

2. Определяется характеристика  зрительной работы и её разряд (табл. 2).

3. Определяется цвет  фона, на котором непосредственно  находится объект различения. По табл.1 выбирается соответствующий данному цвету, коэффициент отражения, на основании чего выбирается характеристика фона. Если объект различения непосредственно находится на нескольких поверхностях разных цветов, выбирается более темный фон (с наименьшим коэффициентом отражения).

4. По формуле (9) рассчитывается контракт объекта различения с фоном и выбирается его характеристика.

5. По нормам СН и  П 11-4-79 (табл. 2) с учетом полученных  параметров определить наименьшую нормируемую освещенность, учитывая при этом тип освещения.

Таблица 1.

Коэффициент отражения некоторых поверхностей и цветов, %

1.	Белая бумага	84
2.	Белое эмалированное  железо	50-55
3.	Эмаль фарфоровая белая	65-75
4.	Бумага писчая	60-70
5.	Белый кафель	75
6.	Белая фаянсовая плита	70
7.	Известково-белый цвет	80
8.	Стекло молочное	до 50
9.	Стекло матированное	8-20
10.	Белый кирпич	62
11.	Бархат черный	6
12.	Алюминиевая фольга	83
13.	Алюминий матовый	55-75
14.	Сталь полированная	50-55
15.	Грязные цинковые листы	8-20
16.	Бетонный  потолок в грязных помещениях, деревянный потолок, бетонные стены с окнами, оклеенные светлыми обоями	30
17.	Стены и потолки с  большим количеством темной пыли, сплошное остекление без штор, красный кирпич, неоштукатуренный, стены с темными обоями	10
18.	Асфальт	8-12
19.	Кирпич желтый	32
20.	Кирпич красный	18
21.	Линолеум светлый	21
22.	Линолеум темный	16
23.	Серый цвет известковой  штукатурки	42
24.	Фанера	38
25.	Серый цвет сухого бетона	около 32
26.	Серебристо-серый	около 35
27.	Лимонно-желтый	70
28.	Цвет слоновой кости	около 70
29.	Кремовый цвет	около 70
30.	Охра светлая	около 60
31.	Чисто желтый	50
32.	Зеленый, цвет липового листа	около 50
33.	Ель светлая	около 50
34.	Голубой цвет	около 40-50
35.	Небесно-голубой	30
36.	Оливково-зеленый	около 25
37.	Бирюзово-синий, чистый	15
38.	Дуб темный	около 33
39.	Дуб светлый	около 18
40.	Светло-коричневый	около 25
41.	Чисто-бежевый	около 25
42.	Травянисто-зеленый	около 20
43.	Чисто оранжевый	25-30
44.	Киноварь	20
45.	Кармин	10
46.	Клинкер темный	около 10
47.	Черный	10

При выборе нормируемой освещенности размер объекта различения регламентирует выбор зрительного разряда от I до VIII в таблице норм. Сочетание характеристики фона и контраста объекта с фоном определяет подразряд зрительной работы от а до г.

Таблица норм содержит минимальные  значения освещенности на рабочих местах при использовании газоразрядных ламп. Если используются для освещения лампы накаливания, то значение освещенности, указанное в таблице, снижается на одну ступень.  Например, в таблице для конкретного разряда и подразряда зрительной работы указана цифра 200 лк, ищем ближайшую меньшую цифру 150 дк – это и будет норма освещенности для ламп накаливания.

При проектировании осветительных установок  стремятся обеспечить требования норм при минимальных затратах электроэнергии с сохранением равномерного распределения яркостей в поле зрения, исключающих слепящее действие самих дамп. Для этого применяют светильники с рассеивающими экранами, матовыми стеклами, что приводит к частичной потере световой энергии (на 10 – 15 %).

 

Таблица 2.

Характеристика зрительной работы	Наименьший объект различения, мм	Разряд зрительной работы	Подразряд зрительной работы	Контраст объекта различения с фоном	Характеристика фона	Освещенность, лк, при освещении		КЕО, % (естественное освещение)
						комбинированном	общем	При верхнем и боковом освещении	При боковом освещении
									В зоне с устойчивым снежным покровом	На остальной территории
Наивысшей точности	Менее 0,15	I	а б   в     г	Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний	Темный Средний Темный Светлый Средний Темный Светлый	5000 4000     2500   1500	1500 1250     750   400	10	2,8	3,5
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,3	II	а б   в     г	Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой	Темный Средний Темный Светлый Средний Темный Светлый Светлый Средний	4000   3000   2000     1000	1250   750   500     300	7	2	2,5
Высшей точности	От 0,3 до 0,5	III	а б   в     г	Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой	Темный Средний Средний Светлый Средний Темный Светлый Светлый средний	2000 1000     750   400	500 300     300   200	5	1,6	2
Средней точности	От 0,5 до 1,0	IV	а б   в     г	Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой	Темный Средний Темный Светлый Средний Темный Светлый Светлый Средний	750 500           300	300 200           150	4,0	1,2	1,5
Малой точности	От 1,0 до 5,0	V	а б   в     г	Малый Малый Средний Малый Средний Большой Средний Большой Большой	Темный Средний Темный Светлый Средний Темный Светлый Светлый Средний	200 200 200	200 150 150   150 100	3,0	0,8	1,0
Очень малой точности	более 5,0	VI		Независимые характеристики фона и контраста объекта с фоном		150	2	0,4	0,5
Работа со светящимися материалами		VII		Независимые характеристики фона и контраста объекта с фоном		200	3	0.8	1.0
Общее наблюдение за ходом  процесса		VIII		Независимые характеристики фона и контраста объекта с фоном		75	1.0	0.2	0.3