Методические указания к лабораторной работе по теме «Освещение производственных помещений» курса «Безопасность жизнедеятельности» (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра «Экология и право»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по теме

«Освещение производственных помещений»

курса «Безопасность жизнедеятельности»

Москва 2009

Составитель:

В методических указаниях изложены основные сведения по вопросам реализации, нормирования, расчета и оценки качества естественного и искусственного освещения производственных помещений, сформулированы основные требования к порядку работ, содержанию и оформления отчетов.

Цель работы – повысить уровень знаний студентов в вопросах реализации, нормирования и оценки качества естественного освещения рабочих мест.

Теоретическая часть

Освещение исключительно важно для здоровья человека. С помощью зрения человек получает подавляющую часть информации (около 90 %), поступающей из окружающего мира. Свет – главный посредник между человеком и окружающим его миром.

Недостаточное освещение (или избыточное) вызывает дискомфорт, может являться причиной снижения производительности труда, получения травм. Недостатки систем естественного и искусственного освещения на рабочем месте приводят к нарушению зрения у работающих.

Приспособление глаза к различению объекта осуществляется за счет трех процессов:

- аккомодация – изменение кривизны хрусталика глаза таким образом, чтобы изображение предмета оказалось в плоскости сетчатки глаза (при изменении кривизны хрусталика происходит изменение величины фокусного расстояния – осуществляется «наводка на резкость»);

- конвергенция – поворот осей зрения обоих глаз так, чтобы они пересекались на рассматриваемом объекте;

- адаптация – приспособление глаза к данному уровню освещения за счет изменения площади зрачка. При увеличении яркости площадь зрачка уменьшается, при уменьшении же увеличивается.

Существуют два источника света – Солнце и искусственные источники, созданные человеком. Основные искусственные источники света, применяемые ныне, - электрические источники, прежде всего лампы накаливания и газоразрядные. Источник света излучает энергию в виде электромагнитных волн, имеющих различную длину волны. Человек воспринимает электромагнитные волны как свет только в диапазоне от 0,38 до 0,76 мкм.

Освещение и световая среда характеризуются следующими параметрами:

Световой поток (Ф) – часть электромагнитной энергии, которая излучается источником в видимом диапазоне. Поскольку световой поток – это не только физическая, но и физиологическая величина, т. к. характеризует зрительное восприятие, для него введено специальная единица измерения – люмен (лм). Световой поток характеризует мощность светового излучения (1 лм = Вт).

Сила света (I). Так как источник света может излучать свет по различным направлениям неравномерно, вводится понятие силы света как отношения величины светового потока, распространяющегося от источника света в некотором телесном угле W к величине этого телесного угла. Телесный угол измеряется в стерадианах (ср), 1 ср – телесный угол, опирающийся на сферическую поверхность площадью r (м2); так как площадь сферы 4r2, то развернутый телесный угол равен 4 ср.

I = Ф/W (кд)

Сила света измеряется в канделах (кд), характеризует пространственную плотность светового потока.

Солнце и искусственные источники света – это первичные источники светового потока, т. е. источники, в которых генерируется электромагнитная энергия. Однако существуют вторичные источники – поверхности объектов, от которых свет отражается.

Коэффициент отражения (r) характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток и определяется отношением отраженного от поверхность светового потока к падающему.

R = Фотр./Фпад.

Яркостью поверхности (L) является сила света, излучаемая поверхностью, отнесенная к площади этой поверхности.

L = Ф/WS=Iотр/S (кд/м2) где S – площадь отражающей поверхности.

Если поверхность (фон), на котором располагается рассматриваемый объект, имеет близкую по величине яркость, то он плохо различим. Для лучшей видимости объекта необходимо, чтобы яркость объекта Lо и фона Lф различались.

Разность между яркостями объекта и фона, отнесенная к яркости фона, называется контрастом (К).

К=|Lо-Lф|/Lф

Величина контраста берется по модулю. При К>0,5 – контраст считается большим (хорошая различимость), при К=0,2-0,5 контраст средний, при К<0,2 контраст малый (слабая различимость рассматриваемого объекта).

Для характеристики интенсивности падающего на поверхность от источника света светового потока введена специальная величина, получившая название освещенности.

Освещенность (Е) – это отношение падающего на поверхность светового потока (Фпад) к величине площади этой поверхности (S).

Е= Фпад/S (лм/м2) (лк)

Освещенность характеризует поверхностную плотность светового потока и измеряется люксах (лк).

Таким образом, чем больше освещенность и контраст, тем лучше видно объект, а следовательно, меньше нагрузка на зрение. Следует обратить внимание на то, что слишком большая яркость отрицательно воздействует на зрение (разлагающийся светочувствительный материал сетчатки глаза не успевает восстанавливаться) – возникает явление ослепленности. Как правило, большая яркость связана с не со слишком большой освещенностью, а с очень большим коэффициентом отражения (например, с зеркальным отражением).

Одной из характеристик зрительной работы является фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. В зависимости от цвета и фактуры поверхности фон может иметь разные коэффициенты отражения r=(0,02-0,95). Фон считается светлым при r>0,4, средним при r=(0,2-0,4) и темным при r<0,2.

Важной характеристикой, от которой зависит требуемая освещенность на рабочем месте, является размер объекта различения. Размер объекта различения – это минимальный размер наблюдаемого объекта (предмета), отдельной его части или дефекта, которые необходимо различать при выполнении работы. Размер объекта различения определяет характеристику работы и ее разряд.

Чем меньше размер объекта различения (выше разряд работы) и меньше контраст объекта различения с фоном, на котором выполняется работа, тем больше требуется освещенность рабочего места, и наоборот.

Факторы, определяющие зрительный комфорт.

Для того чтобы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, в системе освещения должны быть реализованы следующие предварительные требования:

- однородность освещения;

-  оптимальная яркость;

-  отсутствие теней и бликов;

-  соответствующая контрастность;

-  правильная цветовая гамма;

-  отсутствие стробоскопического эффекта (мерцания).

Свет должен включать компоненты как рассеянного, так и прямого излучения. Раздражающие отражения, которые затрудняют восприятие деталей, должны быть устранены, так же как и чрезмерно яркий свет или глубокие тени.

Освещение подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение разделяется на боковое (световые проемы в стенах), верхнее (прозрачные перекрытия) и комбинированное (наличие световых проемов в стенах и перекрытиях одновременно). Величина освещенности Е в помещении от естественного света небосвода зависит от времени года, времени дня, наличия облачности, а также доли светового потока Ф от небосвода, которая проникает в помещение. Эта доля зависит от размера световых проемов, светопроницаемости стекол, наличия напротив световых проемов зданий, растительности, коэффициентов отражения стен и потолка помещения и т. д.

Естественный свет лучше по своему спектральному составу, чем искусственный, создаваемый любыми источниками света. Кроме того, чем лучше естественная освещенность в помещении, тем меньше времени приходится пользоваться искусственным светом, что приводит к экономии электроэнергии.

Для оценки использования естественного света введено понятие коэффициента естественной освещенности (КЕО) и установлены его минимальные допустимые значения. КЕО – это отношение освещенности внутри помещения Ев к одновременно измеренной наружной освещенности Ен, выраженное в процентах.

КЕО=%

КЕО не зависит от времени года и суток, а определяется геометрией оконных проемов, загрязненностью стекол, окраской стен и т. д. Чем дальше от световых проемов, тем меньше значение КЕО.

Минимальная допустимая величина КЕО определяется разрядом зрительной работы: чем выше разряд работы, тем больше минимально допустимое значение КЕО. По характеристике зрительной работы труд учащихся в аудиториях можно отнести ко второму разряду зрительной работы, а при боковом естественном освещении на рабочих столах должен обеспечиваться КЕО1,5%.

При недостатке освещенности от естественного света используют искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света. По своему конструктивному исполнению искусственное освещение может быть общим, местным и комбинированным.

При общем освещении источники света распределяют равномерно на потолке, обеспечивая требуемую освещенность на рабочих местах. Такая система должна быть оснащена антибликовыми приспособлениями (диффузорами, рефлекторами и т. д.), часть света должна быть направлена на потолок и на верхнюю часть стен, и третье требование состоит в том, что источники света должны быть установлены как можно выше, чтобы свести ослепление до минимума и сделать освещение как можно более однородным.

Комбинированное освещение наряду с общим включает местное освещение (например, настольная лампа), сосредоточивающее световой поток непосредственно на рабочем месте. Использование местного освещения совместно с общим рекомендуется применять при высоких требованиях к освещенности.

Применение одного местного освещения недопустимо, так как возникает необходимость частой переадаптации зрения, создаются глубокие и резкие тени и другие неблагоприятные факторы. Поэтому доля общего освещения в комбинированном должна быть не менее 10%.

Расчетная часть

Основным методом расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности является метод коэффициента использования светового потока.

Необходимый световой поток Ф (лм) от всех ламп при люминесцентном освещении рассчитывают по формуле:

Ф=

Где Ен – нормированная минимальная освещенность (лк), которая определяется нормативом (см. табл.1);

S – площадь помещения (м2);

z – коэффициент неравномерности освещения, который зависит от типа ламп (для люминесцентных ламп z=1,1);

k – коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и снижение светоотдачи, зависит от содержания пыли в объеме воздуха и берется из таблицы 2;

η – коэффициент использования светового потока ламп, учитывающий долю общего светового потока, приходящуюся на расчетную плоскость, и зависящий от типа светильника, коэффициента отражения потолка r­п и стен rc, высоты подвеса светильников, размеров помещения, индекса помещения.

Индекс помещения определяется по формуле

,

где А и В – длина и ширина помещения, м;

Нс – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (Нс=Н-0,8 м), Н – высота помещения.

Коэффициент использования светового потока ламп η определяют по таблицам, приводимым в СНиП в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка и стен и индекса помещения (таблица 3).

В техническом задании на расчет освещенности должны быть следующие данные: тип ламп (люминесцентные или лампы накаливания), габариты помещения - длина, ширина, высота (м), назначение помещения, вид зрительной работы, фон, контраст объекта с фоном, содержание пыли в воздухе помещения (мг/м2), коэффициенты отражения потолка и стен r­п и rc.

После подсчета Ф выбираем тип осветительной арматуры (светильника) используя данные о назначении помещения. Так, для офисных и лабораторных помещений подходит светильник ПВЛП. Расстояние между светильниками на потолке не могут быть произвольными из-за требования равномерности освещенности на рабочей поверхности. Если L – расстояние между светильниками на потолке, то для ПВЛП оно может быть оптимальным в двух случаях: L1=0,6Hc и L2=1,5Hc.

На рисунке изображены эти два случая.

При несоблюдении оптимальных L у нас будут на рабочей поверхности переосвещенные и недоосвещенные зоны, что недопустимо.

На эскизе потолка, выполненном в удобном масштабе, предварительно вычислив L=0,6Hc, размещаем оси симметрии светильников как один из вариантов их расположения. При этом расстояние крайних светильников от боковых стен назначаем (это рекомендуемое расстояние).

Расположение светильников на потолке должно иметь две оси симметрии, иначе нам не добиться равномерности освещения (как показано на рисунке).

Находим количество ламп, умножая изображенное на эскизе количество светильников на 2 (в каждый светильник ПВЛП устанавливаются две лампы мощностью 40 Вт)

Зная количество ламп N, находим световой поток, приходящийся на одну лампу Фл.

Фл==(лм)

По полученному в результате расчета Фл выбираем ближайшую стандартную лампу (не выше 40 Вт) и определяем ее необходимую мощность по таблице 4.

При выборе типа лампы допускается отклонение от расчетного светового потока лампы Фл до –10% и +20%ю Если такую лампу не удалось подобрать, выбирают другую схему расположения светильников, другое расстояние между светильниками L=1,5Hc, их тип и повторяют расчет.

Отчет о выполненной работе должен содержать:

-  условие технического задания,

-  расчетную часть,

-  тип светильника, их количество,

-  количество ламп, их тип, мощность,

-  эскиз крепления светильников на потолке со всеми необходимыми размерами для монтажа.

Пример расчета

Задание: Рассчитать общее люминесцентное освещение в офисном помещении, габариты которого 10 х 5 х 3 м, вид зрительной работы – средняя точность, фон – средний, контраст объекта с фоном - средний, содержание пыли 6 мг/м3, коэффициенты отражения потолка стен r­п = 50% и стен rc.=30%.

Расчетная часть

Подсчитываем суммарный поток Ф по формуле

Ф=

Ен находим в таблице 1 (столбец 8 – общее люминесцентное освещение по данным технического задания). Ен=200 лк, z=1,1; k=1,8 (таблица 2); S=10х5=50 м2

темная стена rc<40%

Считаем индекс помещения

==1,5

Далее по I и r­п, rc, а также выбрав светильник ПВЛП находим в таблице 3 η=0,36

Ф== 55000 лм

Считаем оптимальные расстояния между светильниками

L1=0,6Нс=0,6(3-0,8)=1,32 м

L2=1.5Hc=1.5(3-0.8)=3.3 м

Второе расстояние L2 нас не устраивает, так как получаем 6 или 9 светильников, соответственно 12 и 18 ламп с несуществующими параметрами.

Чертим в масштабе эскиз потолка и размещаем светильники с L=1,32 симметрично двум осям в два ряда.

Получаем 14 светильников ПВЛП, 28 ламп. Находим световую мощность одной лампы.

Фл====1964 (лм)

По таблице 4 выбираем лампы, ближайшие по световой мощности. Это лампы ЛБ-30 Вт (2100 лм) и ЛДЦлм). Выбор останавливаем на лампе ЛДЦ-40, т. к. лампа ЛБ-30 не подходит по габаритам. Подсчитываем суммарную электрическую мощность освещения заданного помещения.

Р=40 Вт * 28=1120 Вт

Практическая часть

Для измерения освещенности, создаваемой искусственным или естественным светом, используется переносной люксметр «Аргус-01», имеющий следующие технические характеристики:

1.  Диапазон измерения освещенности – от 1 до 200000 лк (четыре поддиапазона чувствительности);

2.  Спектральный диапазон - 0,38-0,8 ккм;

3.  Предел допускаемой погрешности измерения – до 8%;

4.  Питание прибора осуществляется от элементов питания (батареи типа «Крона»). Ресурс элементов питания – 50 часов.

Люксметр АРГУС 01 предназначен для измерения освещенности, создаваемой источниками естественного и искусственного света. Принцип основан на преобразовании светового потока, создаваемого естественным и искусственным светом, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный световой освещенности, который затем преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока.

В люксметре АРГУС 01 в измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения - полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую «кривой видности». На передней панели индикаторного блока прибора помещен переключатель пределов измерений и гнезда для аналогового сигнала с выхода головки. В задней части прибора размещены элементы питания (батарейка типа «Крона»). Показания индицируются в единицах люкс или килолюкс (1000 люкс).

При проведении замеров измерительную головку прибора устанавливают в месте, где необходимо измерить освещенность (обычно рабочая поверхность). Если переключатель на лицевой панели установить в положение «lx» или «klx», то должны появиться показания на цифровом табло в лк и клк соответственно. При загорании в левой части табло символа «bat», необходимо сменить элемент питания.

Если в положении «lx» на табло индицируется единица наивысшего разряда, а цифры остальных разрядов не горят, это означает перегрузку для данного предела измерений. В этом случае необходимо выбрать следующий предел измерения, установив переключатель в положение «klx».

По окончании измерительных работ, во избежание преждевременной разрядки элементов питания, необходимо выключить прибор, установив переключатель в положение «выкл.».

Порядок выполнения работы

В дневное время суток студентам предлагается оценить состояние естественного освещения в свободной от занятий аудитории (искусственный свет должен быть отключен).

Для этой цели необходимо иметь в наличии люксметр и рулетку.

Сначала измеряют наружную освещенность Ен от всей полусферы небосклона. При этом измерительную головку люксметра необходимо расположить за пределами помещения (открыть окно или просунуть измерительную головку в форточку), добиваясь поворотом головки максимального показания освещенности на индикаторном блоке.

Затем приступают к измерениям внутренней естественной освещенности Евн. Замеры делают в точках, расположенных в плоскости рабочей поверхности, начиная от середины окна с интервалом в 1 метр до противоположной окну стене. Данные замеров заносим в таблицу А. Подсчитываем для каждой точки КЕОi=100% и также заносим в таблицу.

Таблица А

Параметры	Расстояния контролируемых точек от окна l (м)
0	1	2	3	4	5	6	7	8
Евн i, (лк)	200	1000	600	200	150	100	90	80	70
КЕОi ,%	33	17	10	3.3	2.5	1.7	1.5	1.4	1.3

Если, к примеру, Ен=60000 лк, и Евн i допустим, как в заполненной таблице, то для оценки состояния естественной освещенности строим график зависимости КЕО от расстояния от окна.

Если график расположен выше горизонтали КЕО=1.5%, то санитарные нормы соблюдены, а в случае, как показано на примере оценка состояния естественной освещенности такова: далее 6 метров от окна санитарные нормы не соблюдаются, читать и писать текст размером менее 1.5 мм противопоказано.

В вечернее время суток (лучше ночное) практическая часть лабораторной работы заключается в оценке искусственного освещения аудиторий при наличии включенных люминесцентных ламп. Фактическая, измеренная освещенность на рабочих местах (на партах) должна соответствовать санитарным нормам. Освещенность на рабочем месте в диапазоне 360 – 270 лк считается нормальной.

Если 30% рабочих мест не соответствует этим требованиям, то аудитория не отвечает санитарным нормам. Причины несоответствия могут быть разными – это и несвоевременная замена сгоревших и устаревших ламп, запыленность светильников, несоответствие ламп по мощности.

Для этой практической части лабораторной работы отчет должен содержать план помещения, где на рабочих местах должны быть указаны результаты измерений освещенности. По полученной информации и делается вывод о соответствии естественной освещенности санитарным нормам, а также указываются возможные причины этого несоответствия.

Контрольные вопросы

1.  Как освещенность влияет на производительность труда?

2.  За счет каких трех процессов осуществляется приспособление глаза к различению объектов?

3.  Какие параметры характеризуют первичные источники света?

4.  Какие параметры характеризуют вторичные источники света?

5.  Почему большая яркость отрицательно воздействует на зрение?

6.  Что является фоном? Какие различают фоны?

7.  От каких характеристик зависит требуемая освещенность на рабочем месте?

8.  Назовите факторы, определяющие зрительный комфорт.

9.  Какие типы освещения Вы знаете?

10.  Какой параметр используют при оценке использования естественного света в помещении?

11.  От чего зависит КЕО?

12.  Назовите типы искусственного освещения.

13.  Почему применение одного местного освещения на рабочих местах недопустимо?

14.  От каких параметров зависит коэффициент использования светового потока?

15.  Каким требованиям должно отвечать искусственное освещение на рабочих местах?

16.  Назовите необходимые данные для расчета искусственного освещения в помещении?

17.  Почему для светильников ПВЛП рекомендуется два оптимальных расстояния на потолке и что получится при несоблюдении этих расстояний?

18.  Какой прибор используется для измерения освещенности и как он устроен?

19.  Почему при оценке естественной освещенности замеры на люксметре нужно производить как можно быстрее?

20.  Назовите возможные причины несоответствия санитарным нормам искусственного освещения на рабочих местах.

Приложение

№ вари-анта	Параметры
Размеры помещения А*В*Н (м)	Характеристика зрительной работы	Контраст объекта с фоном	Характе-ристика фона	Содержание пыли в помещении (мг/м3)	Коэффициент отражения потолка, ρп, %	Коэффициент отражения стен, ρс, %
1	5*4*3	Высокой точности	Средний	Темный	Менее 5	70	50
2	6*5*2,8	Очень высокой точности	Большой	Средний	Менее 5	70	50
3	10*5*3,5	Высокой точности	Малый	Светлый	6	50	30
4	8*4*3	Средней точности	Средний	Светлый	8	50	30
5	7*4*2,8	Высокой точности	Большой	Светлый	Менее 5	70	50
6	15*5*4	Малой точности	Малый	Средний	9	30	10
7	10*6*3,8	Средней точности	Малый	Темный	8	50	30
8	5*3*3	Наивысшей точности	средний	светлый	Менее 5	70	50

Таблица 1