Расчет производственного освещения

Содержание 

Введение 

1. Выбор источников  света, системы освещения, минимальной  освещённости и коэффициента  запаса

1.1. Освещение

1.2. Выбор источников  света

1.3 Выбор типа  светильников и высоты подвеса

2. Производственное  освещение

2.1. Системы освещения.

2.2. Искусственное  освещение.  Методы расчета.

Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ВВЕДЕНИЕ

    История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы  накаливания, в которой свет вырабатывался  в результате поступления электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе появились в начале XIX века, когда было открыто электричество. Эти лампы достаточно неудобными, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц. 
         И, наконец, 12 декабря 1876 года русский инженер Павел Яблочков открыл так называемую "электрическую свечу", в которой две угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую источником света. Лампа Яблочкова нашла широчайшее применение при освещении улиц крупных городов. 
Точку в разработке ламп накаливания поставил американский изобретатель Томас Альва Эдиссон. В его лампах использовался тот же принцип, что и у Яблочкова, однако все устройство находилось в вакуумной оболочке, которая предотвращала быстрое окисление дуги, и поэтому лампа Эдиссона могла использоваться достаточно продолжительное время. 
В 1880 году Томас Эдиссон запатентовал свое изобретение. Первое коммерческое использование ламп Эдиссона состоялось в 1880 году на корабле Columbia. АН следующий год фабрика в Нью-Йорке была освещена лампами Эдиссона.  
        В 1873 году А.Н. Лодыгин устроил первое в мире наружное освещение лампами накаливания Одесской улицы в Петербурге. В 1880 году он получил патент на лампу накаливания с металлической нитью. 
Разработка и производство люминесцентных ламп связано с именем С.И. Вавилова, под руководством которого был разработан люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимое. В 1951 году за разработку люминесцентных ламп С.И. Вавилов, В.Л. Левшин, В.А. Фабрикант, М.А. Константинов-Шлезингер, Ф.А. Бутаев, В.И. Долгополов были награждены Государственной премией. Кстати, Сергей Иванович Вавилов был также одним из первых, кто положил начало светотехнике в СССР.Необходимо отметить вклад Н.А. Карякина в развитие дуг высокой интенсивности с угольными электродами. Прожекторы с такими источниками света применялись во время Великой Отечественной войны. Позже они стали вытесняться ксеноновыми лампами, но их значение в военные годы для СССР трудно переоценить.  
        С целью увеличения срока службы разрядных ламп (причина выхода из строя, как правило, была связана с электродами) разработаны безэлектродные люминесцентные лампы. Сюда можно отнести высокочастотные компактные безэлектродные люминесцентные лампы, безэлектродные лампы в форме витка, микроволновые безэлектродные серные лампы. 
Одним из новых источников света, которые начали внедряться в практическое освещение (сигнальное, рекламное), являются светодиоды. С 1968 года (первое серийное изготовление) до настоящего времени световая отдача увеличена от 0,2 лмВт до 40 лм/Вт. 
        Сегодня уже выпускаются серийно не только светодиоды монохроматического излучения, но и белого цвета. Основные преимущества светодиодов – большая сила света (для некоторых типов несколько тысяч канделл), малые размеры, большой срок службы (десятки тысяч часов), маленькое напряжение питания (единицы вольт). 
Совершенно очевидно, что в скором времени светодиоды составят серьезную конкуренцию не только лампам накаливания, но и люминесцентным лампам. 
 
 

       1. Выбор источников света, системы освещения, минимальной освещённости и коэффициента запаса

    1.1. Освещение

    Общее освещение предназначено для создания равномерного освещения с равномерным распределением освещённости по всей поверхности освещаемого помещения.

    Такое освещение обычно обеспечивается светильниками  одинаковой мощности, равномерно распределёнными  по всей площади на одной высоте.

    Общее освещение используют для освещения  помещений при выполнении относительно грубых работ, при выполнении работ, связанных со значительными размерами рабочих поверхностей или при размещении рабочих поверхностей с большой плотностью; для освещения помещений при работе на всей площади помещения и для разнообразных непроизводственных помещений (склады, конторские помещения и пр.).

    Общее освещение применяется:

    в целях, где рабочей поверхностью может служить каждая точка пола цеха (сборочные цехи, склады и пр.);

    в цехах, где требуемая правилами  освещенность не превышает 25…35 лк (общее наблюдение за машинами, работа не требующая различения особо мелких деталей);

    в тех случаях, когда местное освещение  неприемлемо из-за производственных или экономических соображений (крупное  оборудование, деревообделочные верстаки и пр.);

    в цехах, где основное оборудование имеет длинные рабочие поверхности (поточная линия, красильно-отделочное производство и пр.);

    в помещениях общественного назначения (столовые, красные уголки и пр.).

    В настоящее время существует тенденция  к широкому применению общего освещения, особенно с использованием люминесцентных ламп во всех случаях, когда это допустимо условиями.

    Достоинством  общего освещения является относительно равномерное распределение яркости  вторичны полей адаптации. При этом общее освещение конструктивно  и территориально не связано с производственным оборудованием. Достоинством общего освещения является также и то, что в сравнении с другими системами освещения оно обеспечивается при меньших

    первоначальных  затратах на оборудование осветительной  установки и в большинстве случаев допускает возможность применения ламп большой мощности, обладающих повышенной световой отдачей, по сравнению с лампами малой мощности, обычно устанавливаемыми в светильниках местного освещения.

    Общее локализованное освещение  предназначено для освещения помещений при необходимости получения неравномерного распределения освещенности. Это достигается применением не одинаковых по мощности светильников, неравномерно распределенных и подвешенных на разных высотах.

    Локализованное  освещение целесообразно главным образом в помещениях с больщими размерами рабочих мест, в помещениях с рабочими местами, расположенными рядами или группами, при необходимости получения достаточно высокой освещенности.

    В системе локализованного освещения  важное значение имеет местное переносное освещение.

    Следует отметить, что применение одного только местного освещения во всех случаях  не допускается.

    Местное освещение всегда должно дополняться  общим освещением, для создания освещенности вспомогательных площадей помещения.

    Комбинированное освещение предназначено для создания общего ослабленного равномерного освещения в сочетании с сильным местным освещением непосредственно у рабочих мест. Комбинированное освещение целесообразно использовать в помещениях при наличии определенных рабочих мест ограниченной площади.

    Комбинированное освещение применяется:

    на  рабочих поверхностях, требующих  по точности процесса освещенности более 50 лк (браковка мелких деталей и пр.), в особенности в тех случаях, когда объекты различения рельефны;

    на  рабочих поверхностях, занимающих очень  небольшую часть общей площади  поля цеха (браковка деталей, слесарные  тиски и пр.);

    на  рабочих местах, где общее освещение  создает резкие тени (штампы, станки механической обработки и пр.);

    на  рабочих поверхностях, расположенных вертикально или наклонно, если производственный процессор требует сравнительно высокой освещенности.

    Достоинством  комбинированного освещения является получение значительной местной  освещенности, а также необходимого в процессе работы направленного света, когда по условиям расположения рабочего места освещение не может быть общим. При этом возможно создать необходимые уровни освещенности на вертикальных и наклонных плоскостях.

    Комбинированная система освещения позволяет  экономить электроэнергию за счет выключения светильников местного освещения в промежутки времени, когда часть производственного оборудования не работает.

    Из  представленного краткого анализа  следует, что каждая из систем освещения  имеет свои преимущества и недостатки, правильный учет которых важен при проектировании системы электрического освещения в целом.

    Аварийное освещение. В целях обеспечения бесперебойной работы производственных предприятий процессе проектирования электрического освещения предусматривается дополнительное- аварийное освещение. Это освещение особенно необходимо в тех местах скопления людей при выходе из строя основной системы электрического освещения. Если аварийное освещение должно обеспечивать возможность непрерывной работы производственного предприятия при выходе из строя основного освещения, оно должно быть рассчитано с учетом того, чтоб при этом создавалось не менее 10% освещенности, установленной для нормальных условий работы.

    Если  же аварийное освещение необходимо главным образом для безопасного  выхода людей из рабочей зоны, то наименьшая допустимая при этом освещенность может быть принята равной 0,3 лк.

    Питание аварийного освещения может осуществляться различными способами, в зависимости  от характера освещаемого объекта  и наличия источников питания. В  качестве источников электроэнергии аварийного освещения могут быть использованы отдельные магистрали, аккумуляторные батареи и автономные подстанции, а так же маломощные источники питания, в частности, дизель- генераторы и др.

    1.2. Выбор источников света

    К источникам электрического света, применяемым в народном хозяйстве, предъявляется ряд требований, а именно: простота устройства и схемы включения, простота изготовления, компактность, высокая экономичность, большой срок службы, обеспечение требуемого спектрального состава света и т. д.

    Одним из важнейших показателей источников света является экономичность, которая  характеризуется его световой отдачей, т. е. числом люменов светового потока, отнесенным к 1 Вт потребляемой мощности. В большинстве случаев требуется, чтобы спектр искусственного света возможно меньше отличался от спектра естественного дневного света.

    Электрические источники света, применяемые в  настоящее время, можно разделить  на две группы: лампа накаливания  и люминесцентные лампы.

    Лампы накаливания относятся к тепловым источникам электрического света, основанным на принципе излучения. Лампа накаливания представляет собой стеклянную колбу с находящейся внутри нитью накала.

    При тепловом излучении подводимая к  источнику энергия превращается в тепловую. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром лучей с широким диапазоном волн. Исследования показывают, что в излучении преобладают главным образом невидимые длинноволновые (инфракрасные) лучи. При этом оказывается, что только небольшая часть лучей заключена в видимой части спектра.

    С увеличением температуры нити накала лампы характер теплового излучения  ее заметно меняется. Испускаемый  нитью лучистый поток с увеличением  температуры значительно увеличивается, излучение смещается в сторону  коротких волн. Это приводит к увеличению не только абсолютного, но и относительного значения видимой части излучения. Таким образом, коэффициент полезного действия источника света с увеличением температуры нити накала значительно возрастает.

    В процессе работы лампы при столь высоких температурах нити накала происходит ее неизбежное распыление, что приводит к уменьшению срока службы лампы.

    Во  избежание окисления нити накала воздух из лампы удаляется (вакуумные  лампы), а с целью замедления испарения  нити накала (вольфрама) часто производится заполнение колбы лампы смесью аргона с азотом или криптоновым заполнением (газонаполненные лампы). Вследствие дефицитности этой смеси объем колбы стремится сделать возможно меньшим. С целью же уменьшения тепловых потерь применяются вторичная спирализация уже готовой спирали. У ламп с вольфрамовой нитью в процессе эксплуатации вольфрам испаряется с нити и оседает на стенках колбы в виде тёмного налёта, поглощающего определённую долю светового потока, от чего экономичность лампы снижается. По условиям экономичности лампы сильно потемневшей колбой, даже еще и не перегоревшие, в процессе эксплуатации периодически должны заменить новыми.

    На  работу ламп накаливания значительное влияние оказывает изменение  напряжения питающей сети. С увеличением напряжения происходит возрастание светового потока и увеличение световой отдачи лампы при резком снижение срока ее службы. Так, при увеличении напряжения на 5 % в сравнение с номинальным значением срок службы ламп накаливания уменьшается вдвое.

    Снижение же напряжения приводит к значительному уменьшению экономичности и ухудшению освещения.

    В настоящее время промышленность выпускает разнообразные лампы  накаливания.

    Люминесцентные  лампы представляют собой вакуумную стеклянную трубку с находящимися в ней парами ртути при низком давлении. В качестве вспомогательного вещества в трубке используется газ аргон. Внутренняя поверхность лампы покрыта слоем кристаллического вещества (люминофора). Спектральный состав изучаемого лампой света зависит от состава применяемого в лампе люминофора. При включении лампы происходит накал электродов, в результате чего последние испускают электроны.

    Первоначальный  нагрев лампы обеспечивается работой  специального вспомогательного устройства (стартера). В дальнейшем в процессе пуска рабочее напряжение сети прикладывается к электродам лампы. Возникает основной разряд. При этом поток электронов, испускаемых электродами, ускоряется электрическим полем, в результате чего возбуждаются молекулы ртути, испускающие ультрафиолетовое излучение, возбуждающее люминофоры, которые излучают видимый свет.

    Таблица 2- Световые и электрические параметры люминесцентных ламп низкого давления

    В зависимости от применяемого в качестве люминофора вещества возможно менять спектральный состав излучаемого лампой света.

    Эта особенность люминесцентных ламп сделала  их пригодными не только для освещения  бытовых и производственных помещений, но и для оборудования рекламного освещения зданий и других объектов. Наибольшее применение получили в настоящее время люминесцентные лампы типов ДС, ХБС, БС и ТБС.

    По  сравнению с лампами накаливания  люминесцентные лампы обладают значительно  большей светоотдачей, 40,,,50 лм/Вт и  значительно большим сроком службы около 2000…5000 часов, в то время как  средняя продолжительность горения  лампы накаливания мощностью 40 Вт составляет 1000 часов при световой отдаче 12,5 лм/ Вт. Люминесцентные лампы менее чувствительны к колебаниям напряжения, но им присущи некоторые недостатки. Порог зажигания этих ламп довольно высок, и они могут нормально работать при напряжениях не меньше 90% номинального. Люминесцентные лампы обладают малой тепловой инерцией при питании от сети переменного тока, в результате чего световой поток, испускаемый лампой, пульсирует. Недостатком люминесцентных ламп низкого давления является относительно малая мощность при довольно больших размерах и зависимость параметров ламп от температуры окружающей среды. 

      1.3 Выбор типа светильников  и высоты подвеса 

      Для люминесцентных ламп промышленность выпускает  несколько типов светильников. В  связи с незначительной единичной мощностью люминесцентной лампы выпускаются преимущественно многоламповые светильники. При этом вспомогательные устройства- дроссели и стартеры - как правило, устанавливаются не отдельно, а с целью сокращения протяженности проводов и упрощения обслуживания располагают в пределах самого светильника, в специально предназначенных для этого полостях.

      При выборе светильников следует ориентироваться  на люминесцентные лампы большей  единичной мощности, так как при  этом уменьшается стоимость осветительной  установки и упрощается ее обслуживание.  

      В светильниках для люминесцентных ламп используются диффузорные и зеркальные отражатели, причем для ограничения  слепящего действия ламп применяются  решетчатые затемнители.

        Светильник прямого света серии Л13 для производственных помещений.

      Представляет  собой открытый двухламповый (или  трехламповый) светильник с отражателем. Светильник имеет решетчатый затемнитель, состоящий из продольных и поперечных планок, что приводит к уменьшению размерам отражателя.

        Светильники Л13 выпускаются нескольких типоразмеров, каждый из которых рассчитан на лампы мощностью от20 до 40 Вт. При необходимости направить часть светового потока в верхнюю полусферу светильники монтируются с отражателем, имеющим специальные вырезы.

      Светильники Л13 предназначены для общего освещения производственных помещений.

      Светильник  ЛДОР- 2- 80 относится к серии промышленных светильников ЛД. Предназначен для освещения производственных помещений с нормальными условиями среды и рассчитан на работу с двумя люминесцентными лампами мощностью по 80 Вт каждая. Конструкция светильника обеспечивает возможность подвески и установки непосредственно на потолке. Панели и отражатели с лампами на монтажном коробе можно устанавливать в линию встык или с любым интервалом, можно так же устанавливать индивидуально.  

      Таблица 4 - Технические данные люминесцентного  светильника ЛДОР- 2- 80

      Ограничение слепящего действия света достигается установкой светильников на определенной высоте, которая зависит от мощности лампы и конструкции светильника. В том случае, когда высота подвеса светильника задана, ограничение слепящего действия света осуществляется выбором соответствующего светильника. 

      Таблица 5 - Характеристика светильников

      Выбор высоты подвеса светильника обычно решается одновременно с выбором  варианта их размещения. В ряде случаев  высота подвеса диктуется строительными и производственными соображениями. Наличие в цехах мостовых кранов и вентиляционных труб также определяет высоту подвеса светильника. В высоких цехах светильники обычно располагаются над краном на предназначенном для этих целей тросе в таком же положении, чтоб последний не мог затемнять более одного светильника. При этом светильники должны быть доступны для чистки и замены их с фермы крана. Трос подвешивается на таком расстоянии от потолка, чтоб высота светильника не превосходила 1,8…2 метра от уровня пола крана, чтоб с крана можно было и обслуживать светильники.

      При определение высоты подвеса светильника  необходимо учитывать, что часть  светового потока отражается от поверхности  потолка. Опыт показывает, что достаточно равномерное освещение потолка для большинства светильников рассеянного света получается при условии соблюдения следующего соотношения:

      h_c/H₀=0,2…0,25

      Так как высота помещения высота рабочей  поверхности от пола помещения при  расчетах обычно известны, то высота подвеса  светильника над рабочей поверхностью может быть найдена, как разность

      H_p=H-(h_p+h_c)

      Или

      H_p=H₀-h_c

h_c- расстояние от светового центра светильника до потолка, м;                                               

H₀- расстояние от потолка до освещаемой рабочей поверхности, м;

H- высота помещения;

h_p- высота рабочей поверхности от пола помещения.

2. Производственное освещение

2.1. Системы освещения.

    Правильно выполненная система освещения  играет существенную роль в снижении производственного травматизма, уменьшения потенциальной опасности многих производственных факторов, создает нормальные условия работы, повышает общую работоспособность. По данным НИИ труда увеличение  освещенности от 100 до 1000 Лк при напряженной зрительной работе, способствует повышению производительности труда на 10 – 20%, уменьшение брака на 20 % и снижению количества несчастных случаев на 30 %. Недостаточное освещение, помимо роста количества несчастных случаев, может привести к проф. заболеванию: прогрессирующая близорукость.  В случае, если частично или полностью лишить человека естественного света, может возникнуть световое голодание.

    Освещение характеризуется качественными  и количественными показателями. Количественными являются: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения. Качественными показателями являются: фон, контраст объекта с фоном, ослепленность, степень дискомфорта, коэффициент пульсации освещенности.

    Освещенность  Е – поверхностная плотность, светового потока, представляет собой отношение светового потока dФ, падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента

        (люкс – лк)

    Яркость поверхности L – отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направлении к площади светящейся поверхности.

        (кд/м²)

    Коэффициенты  отражения  ρ – отношение отраженного от поверхности светящегося потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад.

    К основным качественным показателя освещения  относятся6 фон, контраст объекта с  фоном, видимость, показатель ослепленности и дискомфорта, коэффициент пульсации.

    Фон – поверхность, прилегающая непосредственно  к объекту различения, на которой  он рассматривается. Фон считается: светлым при ρ > 0,4, средним при  ρ = 0,2-0,4, темным при ρ< 0,2.

    Контраст  объекта с фоном    где:

    L₀,  L_Ф – яркость объекта и фона.

    При  К > 0,5  - контраст большой

    К = 0,2 ... 0,5 – средний

    К< 0,2 – малый.

    Показатель  ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия осветительной  установки:

    где: S – коэффициент ослепленности равный V₁/V₂;