Лабораторные работы по курсу «Светотехника и источники света»

Лабораторные работы по курсу «Светотехника и источники света»

Методические указания
(, , )

1-й комплекс

Обследование условий освещения рабочих мест и их соответствия санитарным
правилам и нормам

Теоретическая часть

Освещение – использование световой энергии солнца и искусственных источников света для обеспечения зрительного восприятия окружающего мира. Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для здоровья и высокой производительности труда, основанной на работе зрительного анализатора, самого тонкого и универсального органа чувств. Обеспечивая непосредственную связь организма с окружающим миром, свет является сигнальным раздражителем для органа зрения и организма в целом: достаточное освещение действует тонизирующе, улучшает протекание основных процессов высшей нервной деятельности, стимулирует обменные и иммунобиологические процессы, оказывает влияние на формирование суточного ритма физиологических функций человека. Основная информация об окружающем мире – около 90% - поступает через зрительное восприятие. Именно поэтому гигиенически рациональное производственное освещение имеет огромное положительное значение.

С точки зрения физики свет - это видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380-780нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора. Лучше всего глазом воспринимаются лучи с длиной волны 555нм (желто-зеленого цвета).

Свет имеет различные физические характеристики:

Световой поток

— мощность лучистой энергии по производимому ею зрительному ощущению, измеряется в люменах [лм]).

Лм — световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле в 1стерадиан (телесный угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную квадрату ее радиуса) при силе света 1 кандела (единица силы света)).

Сила света:

— световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану [кд - кандела].

Освещенность

—распределение светового потока на поверхности площадью . [лк = лм/м2]. Освещенность измеряют в люксах [лк] – это освещенность поверхности A=1 м2 световым потоком Ф=1 лм.

С точки зрения гигиены труда освещенность имеет существенное значение, т. к. по ней нормируются условия освещения в производственных помещениях и рассчитываются осветительные установки. В физиологии зрительного восприятия важен также уровень яркости освещаемых производственных и других объектов, при отражении от освещаемой поверхности в направлении глаза. Яркость зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается, измеряется в кд∙м-2 (устаревшее название — нит [нт]). Частые изменения уровней яркости приводят к снижению зрительных функций, развитию переутомления вследствие переадаптации глаза, а зрительное утомление приводит к снижению зрительной и общей работоспособности. (Адаптация: — световая (при повышении яркостей в поле зрения) происходят быстро, в течение 5-10 мин.; темновая – (при понижении яркостей в поле зрения) происходят долго, в течение 0,5-2часов).

Световой поток может поглощаться или отражаться поверхностью, либо пропускаться. Поэтому световые свойства поверхности характеризуются не только падающим световым потоком, но и коэффициентами поглощения (), отражения (), пропускания () и причем .

(коэффициент отражения равен отношению отраженного телом светового потока к падающему),

(коэффициент поглощения равен отношению поглощенного телом светового потока к падающему),

(коэффициент пропускания равен отношению прошедшего тело светового потока к падающему).  Например, для

светлой деревянной поверхности = 35÷40%,

чистого побеленного потолка = 75÷80%.

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННОМУ ОСВЕЩЕНИЮ.

К этим требованиям относят:

– Равномерное распределение яркостей в поле зрения и ограничение теней

– Ограничение прямой и отраженной блескости (от источников света и зеркальных поверхностей)

– Ограничение или устранение колебаний (пульсации)светового потока

Существует 3 вида освещения:

Естественное (источник - Солнце) - ЕО

Искусственное (только искусственные источники) - ИО

Комбинированное (смешанное ЕО+ИО)

ЕО: освещение помещений светом неба – прямым или отраженным, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях (по СНиП – строительные нормы и правила). Создается прямыми солнечными лучами и диффузным светом неба (солнечные лучи, рассеянные атмосферой). ЕО – биологически наиболее ценный вид освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека. Оно обладает высокой интенсивностью светового потока и благоприятным спектральным составом, сочетающим равномерное распределение энергии в области видимого, ультрафиолетового и инфракрасного видов излучений. ЕО благоприятно влияет на психофизиологическое состояние человека.

В помещениях используют:

— Боковое ЕО (через световые премы в наружных стенах [СНиП])

— Верхнее ЕО (через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания[СНиП])

ЕО верхнее обеспечивает большую равномерность уровня освещенности, чем боковое (т. к. в глубине помещения может быть недостаток света). Однако во многих случаях применение только ЕО недопустимо (снижение ЕО из-за загрязнения воздуха, облачности, природных явлений). Поэтому используют комбинированное освещение – сочетание ИО и ЕО. ИО в системе комбинированного может функционировать постоянно или включаться с наступлением сумерек.

НОРМАТИВЫ ЕО:

Оценка ЕО производится в относительных показателях коэффициента естественной освещенности – КЕО. КЕО — отношение ЕО в рассматриваемой точке внутри помещения (Ев) к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности без прямого солнечного света (Ен).

%

На величину КЕО влияют размер и конфигурация помещения, размеры и расположение светопроемов, отражающая способность внутренних поверхностей помещения и затеняющих его объектов. Нормы КЕО для отдельных видов деятельности приведены в таблице 1:

Таблица 1

Помещение	КЕО, % при верхнем освещении	КЕО, % при боковом освещении
Кабинеты, офисы	0.8	1.0
Помещения для работы с дисплеями ПЭВМ	1.4	1.5
Лаборатории	1.6	2
Классные комнаты	1.5	2

ИО: осуществляется лампами накаливания и газоразрядными. Такое освещение в современных городах в связи с теснотой застроек является преобладающим, а в безоконных помещениях единственным. В настоящее время разработаны осветительные установки, которые по яркости, характеру, спектру излучаемого света приближаются к дневному, что позволяет дополнять недостаток ЕО искусственным “дневным” светом.

Нередко применяется общее и местное освещение. Общее освещение – освещение, при котором светильники располагаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение). Местное освещение – дополнительное к общему, создаваемое светильником, концентрирующим световой поток непосредственно на рабочих местах; местное освещение без общего не применяется.

Источники искусственного света – лампы накаливания и люминесцентные лампы. В настоящее время в аудиториях чаще используют люминесцентные лампы, т. к. по спектру излучения они ближе к естественному освещению. Лампы накаливания применяются при местном освещении, т. к. люминесцентные могут вызвать стробоскопический эффект, и при аварийном (для эвакуации из помещения при аварийном отключении рабочего освещения), в этом случае для них применяется автономное питание электроэнергией.

Все учебные помещения должны иметь ЕО. Наилучшими видами ЕО в учебных являются боковое левостороннее. При глубине помещения более 6м необходимо устройство правостороннего подсвета. Направление основного светового потока справа, спереди и сзади недопустимо, т. к. уровень ЕО на рабочих поверхностях парт снижается в 3-4 раза.

Для окраски парт рекомендуется зеленая гамма цветов, а также цвет натуральной древесины с (коэф. отражения) 0,45. Для классной доски – темно зеленый или коричневый цвет с = 0,1 ÷ 0,2. Стекла, потолки, полы, оборудование учебных помещений должны иметь матовую поверхность во избежание образования бликов. Поверхности интерьера учебных помещений следует окрашивать в теплые тона, потолок и верхние части стен окрашивают в белый цвет. Нельзя помещать растения на подоконники.

ИО обеспечивается люминесцентными лампами (ЛБ, ЛЕ) или лампами накаливания. На помещение площадью 50м2 должно быть установлено 12 действующих люминесцентных светильников. Классная доска освещается двумя установленными параллельно ей светильниками (на 0,3 м выше верхнего края доски и на 0,6 в сторону класса перед доской). Общая электромощность на класс в этом случае составляет 1040 Вт.

При освещении лампами накаливания помещения площадью 50м2 должно быть установлено 7-8 действующих световых точек общей мощностью 2400 Вт.

Светильники в учебном помещении располагают двумя рядами параллельно линии окон при расстоянии от внутренней и наружной стен 1,5м, от классной доски 1,2м, от задней стены 1,6м; расстояние между светильниками в рядах 2,65м.

Нормы ИО для отдельных видов деятельности приведены в таблице 2:

Таблица 2

Помещение	Минимальная освещенность рабочей поверхности (Е), лк	Коэффициент пульсации освещенности (Кп), %, не более
Кабинеты, офисы	300	15
Помещения для работы с дисплеями ПЭВМ	300-500	5
Лаборатории	400	10
Классные комнаты	300	10

Лабораторная работа 3:

«Измерение освещенности E и светового потока Ф на рабочем месте при общем и комбинированном освещении»

Задание 1: Определение зависимости естественного освещения и коэффициента естественного освещения от расстояния до светового проема.

Приборы и оборудование: Пульсметр-люксметр ТКА-ПКМ, Люксметр-яркометр ТКА-ПКМ, рулетка.

Общие сведения:

Прибор Пульсметр-люксметр ТКА-ПКМ

предназначен для измерения коэффициента пульсации освещенности и освещённости в видимой области спектра (380...760) нм, создаваемой различными источниками, произвольно пространственно расположенными.

Коэффициент пульсации освещенности, %: критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в осветительной установке в результате изменения во времени светового потока источников света при их питании переменным током формулой:

  (1)

Конструкция:

В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую относительной световой спектральной эффективности

Показания коэффициента пульсации индицируются в процентах, при этом прибор определяет максимальное, минимальное и среднее значение освещенности пульсирующего излучения и рассчитывает значение коэффициента пульсации по формуле (1).

Основные технические данные и характеристики:

Диапазоны измерения:

освещенности, лк.....................................................................10 - 200 000,

коэффициента пульсации, %...................................................1 - 100.

Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения:

освещённости, %...................................................................... 8,

коэффициента пульсации...................................................... 10.

Прибор Люксметр-яркометр ТКА-ПКМ

предназначен для измерения освещённости в видимой области спектра (380 ... 760) нм и яркости протяжённых объектов.

Основные технические данные и характеристики

Диапазоны измерения:

освещенности, лк........................ 10 - 200 000

яркости, кд/м2 .............................. 10 - 200 000

Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения:

освещённости, % ..................................... 8.

яркости, % ............................................... 10.

Выполнение эксперимента

– Выключите искусственное освещение в аудитории.

– Установите датчик люксметра-яркометра снаружи здания (в оконном проеме).

– Измеряйте одновременно освещенность ЕО1, создавамую небосводом (с помощью люксметра-яркометра), и освещенность ЕО2 (с помощью пульметра-люксометра) внутри помещения на различных расстояниях (с шагом 50-70см) от светового проема.

-Для каждой точки измерения вычислите коэффициент естественной освещенности по формуле:

Полученные значения занесите в таблицу 3:

Таблица 3

L, м

ЕО1,лк

ЕО2,лк

КЕО,%

–Используя данные таблицы постройте зависимости от расстояния до светового проема освещенности ЕО2 и коэффициента естественной освещенности КЕО.

–Сопоставьте полученные значения с нормами СнИП по КЕО.

–Сделайте выводы.

Задание 2: Измерение освещенности на рабочем месте при общем и комбинированном освещении.

Общие сведения: как указывалось ранее ИО создается искусственными источниками света. К нему может добавляться местное освещение — освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, направляющими световой поток непосредственно на рабочие места.

       Приборы и оборудование

Пульсметр-люксметр ТКА-ПКМ, cветильник настольный шарнирный

Выполнение эксперимента

–Включите верхнее искусственное освещение

–Зашторьте окна

–Проведите измерения освещенности на рабочем месте при ИО

–Откройте окна и повторите измерения освещенности на рабочем месте при комбинированном освещении ИО+ЕО

–Установите на рабочем месте местное освещение (настольная лампа) и повторите измерения .

–Повторите измерения для нескольких рабочих мест

–Используя нормы СнИП по освещенности для рабочих мест, определите оптимальный вид освещения

Приложение.

Отчет студента гр. НЭ21 

о результатах выполнения лабораторной работы по светотехнике №3 «Измерение освещенности E и светового потока Ф на рабочем месте при общем и комбинированном освещении».

Проверил:  доц.

Контрольные вопросы

Что такое световой поток, сила света, освещенность? Что такое световая и темновая адаптация? Что такое коэффициенты поглощения, отражения, пропускания? Сформулировать гигиенические требования к производственному помещению. Что такое коэффициент естественной освещенности (КЕО). Нормы КЕО для отдельных видов деятельности Что вы знаете об искусственном освещении (ИО)? Нормы ИО для отдельных видов деятельности. Цель работы. Выводы.

Задание 1.  Определение зависимости естественного освещения и коэффициента естественного освещения от расстояния до светового проема.

Таблица 3  Окно №  Простенок

L, м, ΔL=0,5м	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
ЕО1,лк
ЕО2,лк
КЕО,%

Графики рисовать на обороте

ВЫВОДЫ (записать):

Задание 2. Измерение освещенности на рабочем месте при общем и комбинированном освещении.

Таблица 2.

Рабочее место 1	Рабочее место 2	Рабочее место 3	Рабочее место 4
L от окна	град	град	град	-
E1
E2
E3

ВЫВОДЫ (записать):