Методы расчета естественного и искусственного освещения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р Е Ф Е Р А Т

На тему:

«Методы расчета естественного и искусственного освещения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Днепропетровск

2002

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Охрана  труда представляет собой систему  законодательных актов, социально - экономических, организационных, технических и лечебно – профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Охрана труда выявляет и изучает  возможные причины производственных несчастных случаев, профессиональных заболеваний, аварий, взрывов, пожаров  и разрабатывает систему мероприятий  и требований с целью устранения этих причин и создания, безопасных и благоприятных для человека условий труда.

С вопросами  охраны труда неразрывно связанно и  решение вопросов охраны природы.

Сложность стоящих перед охраной труда  задач требует использования  достижений и выводов многих научных дисциплин, прямо или косвенно связанных с задачами создания здоровых и безопасных условий труда.

Так как главным объектом охраны труда  является человек в процессе труда, то при разработке требований производственной санитарии используются результаты исследований ряда медицинских и биологических дисциплин.

Особо тесная связь существует между  охраной труда, научной организацией труда, эргономикой, инженерной психологией  и технической эстетикой.

Успех в решении проблем охраны труда в большой степени зависит от качества подготовки специалистов в этой области, от их умения принимать правильные решения в сложных и изменчивых условиях современного производства.

 

ОРГАНИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА НА РАБОЧЕМ  МЕСТЕ

УСЛОВИЯ ТРУДА

Под условиями  труда понимается совокупность фактов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда.

Исследования  условий труда показали, что факторами  производственной среды в процессе труда являются: санитарно - гигиеническая  обстановка, психофизиологические элементы, эстетические элементы, социально - психологические элементы.

Из  вышеперечисленного следует, что производственная среда, создающая здоровые и работоспособные  условия труда, главным образом  обеспечивается выбором технологического процесса, материалов и оборудования; распределением нагрузки между человеком и оборудованием; режимом труда и отдыха, эстетической организацией среды и профессиональным отбором работающих.

СОЗДАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ  ТРУДА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Организация и улучшение условий труда на рабочем месте является одним из важнейших резервов производительности труда и экономической эффективности производства, а также дальнейшего развития самого работающего человека. В этом главное проявление социального и экономического значения организации и улучшения условий труда.

Для поддержания длительной работоспособности  человека большое значение имеет  режим труда и отдыха. Под рациональным физиологически обоснованным режимом  труда и отдыха подразумевается  такое чередование периодов работы с периодом отдыха, при котором достигается высокая эффективность общественно- полезной деятельности человека, хорошее состояние здоровья, высокий уровень работоспособности и производительности труда.

 

 

После установления нормального производственного процесса сменный режим труда и отдыха рабочих становится фактором ритмизации труда, эффективным средством предупреждения утомления работающих.

Рациональная  организация труда на рабочем  месте связана с такой проблемой, как правильная организация работы в течение всей недели, что обеспечивается систематической научной организацией производства.

Для поддержания длительной работоспособности  человека имеет большое значение не только суточный и недельный режим  труда и отдыха, но и месячный, поэтому законодательством о труде предусмотрен еженедельный непрерывный отдых продолжительностью не менее сорока двух часов. А рациональный годовой режим труда и отдыха обеспечивается ежегодным отпуском.

Для создания оптимальных условий труда  на рабочем месте необходимо, чтобы на предприятии были установлены оптимальные показатели этих условий для каждого вида производства, состоящие из данных, характеризующих производственную среду.

Для получения доступа к работе все  принимаемые должны проверить состояние  здоровья, т. е. пройти медицинский профотбор.

 

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ  ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННОМУ  ОСВЕЩЕНИЮ

 

Основными понятиями, характеризующими свет, являются световой поток, сила света, освещённость и яркость.

Световым потоком называют поток лучистой энергии, оцениваемый глазом по световому ощущению.

Хорошее освещение действует тонизирующие, создаёт хорошее настроение, улучшает протекание основных процессов нервной  высшей деятельности.

Улучшение освещённости способствует улучшению работоспособности даже в тех случаях, когда процесс труда практически не зависит от зрительного восприятия.

90% информации человек получает  через органы зрения. Свет оказывает  положительное влияние на обмен  веществ, сердечно-сосудистую систему, нервно-психическую   сферу.   Рациональное   освещение   способствует   повышению производительности труда, его безопасности. При недостаточном освещении и плохом его качестве происходит быстрое утомление зрительных анализаторов, повышается травматичность. Слишком высокая яркость вызывает явление слепимости, нарушение функции глаза.

Часть электромагнитного  спектра с l от 10... 340 000 нм называется оптической областью спектра, которая подразделяется на инфракрасное излучение (770... 340 000), видимое излучение (380... 770), УФ область - 10... 380 нм. В пределах видимой области, излучение paзличнoй вызывает разные световые и цветовые ощущения: от фиолетового до красного цветов. Наиболее чувствителен человеческий глаз к 550 нм излучению. К границам спектра чувствительность уменьшается.

 

ПАРАМЕТРЫ ОСВЕЩЕНИЯ.

 

Количественные  характеристики:

Световой  поток - Ф, лн (люмены). Поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному  ощущению, характеризует мощность светового  излучения, основан на зрительном восприятии.

 

 

Сила  света - J, кд (кандела). Так как световой поток распространяется в пространстве неравномерно, вводится понятие силы света. J - пространственная плотность светового потока; W - телесный угол.

Освещённость - Е, лк (люкс). Поверхностная плотность светового потока. S -

освещаемая  площадь.           Е = Ф / S

L, кд/м². Поверхностная плотность силы света. Коэффициент отражения - р. Блескость - повышенная яркость.

Качественные  характеристики.

Фон - поверхность, прилегающая к объекту  различения. Объект различения - деталь минимальных размеров, знак, символ, буква, которые человек различает в результате деятельности.

Фон характеризуется коэффициентом  отражения: > 0. 4 - светлый фон; ³ 0. 2 - светлый; < 0. 2 - тёмный; контраст объекта с фоном: > 0. 5 - большой; < 0. 2 - малый

Видимость, спектральный состав света, коэффициент пульсации светового  потока.

ВИДЫ ОСВЕЩЕНИЯ

Производственное  освещение бывает:

Естественным: обусловлено прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода. Меняется в зависимости от географической широты, времени суток, степени облачности, прозрачности атмосферы. По устройству различают: боковое, верхнее, комбинированное.

Искусственным: создаётся искусственными источниками  света (лампа накаливания и т. д.). Применяется при отсутствии или недостатке естественного. По назначению бывает:

рабочим, аварийным, эвакуационным, охранным, дежурным. По устройству бывает:

местным, общим, комбинированным. Устраивать одно местное освещение нельзя.

Рациональное  искусственное освещение должно обеспечивать нормальные условия для работы при допустимом расходе средств, материалов и электроэнергии.

При недостаточности естественного  освещения используется совмещенное (комбинированное) освещение. Последнее представляет собой освещение, при котором в светлое время суток используется одновременно естественный и искусственный свет.

ИСТОЧНИКИ ОСВЕЩЕНИЯ

Чаще  всего применяют газоразрядные лампы (галогеновые, ртутные...), так как велик срок службы (до 14 000 часов) и большая световая отдача. Недостатки:

стробоскопический эффект (пульсация светового потока, которая приводит к утомлению зрения из-за постоянной переадаптации глаза). Лампы накаливания применяются, когда по условиям технологической среды или интерьера применение газоразрядных ламп нецелесообразно. Достоинства: тепловые источники света, простота и надёжность. Недостатки: малый срок службы (1000), световая отдача мала (КПД). Светильник: лампа с арматурой, основное назначение - перераспределение светового потока в требуемом направлении; защита лампы от воздействий внешней среды.

По  исполнению: открытые, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащитные.

По распределению светового  потока: прямого света, отражённого  света, рассеянного света.

 

 

НОРМИРОВАНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ

Естественное и искусственное  освещение нормируется СНИП II 4-79 в зависимости от характеристики зрительной работы, наименьшего размера объекта различения, фона контраста объекта с фоном. Для естественного освещения нормируется коэффициент естественного освещения, причём для бокового освещения нормируется минимальное значение КЕО, а для верхнего и комбинированного - среднее значение.

Для каждого  помещения строится кривая распределения  КЕО и освещенности в характерном  разрезе помещения - фронтальная  плоскость, проходящая по середине помещения   перпендикулярно   плоскости   остекления.   Измерение   Е_{внутреннего} осуществляется на уровне 0. 8 м от уровня пола. Нормированной характеристикой для искусственного освещения является минимальная освещённость на рабочем месте E_min (люкс).

Нормированные значения освещенности в люксах и КЕО в % в производственных помещений представлены в табл:

Степень точности зрительной работы	Наимен. размер объекта различе-ния	Зритель-ная Работа		Контраст объекта различения с фоном	Характеристика фона	Освещение
		Разряд	Подра-зряд			Искусственное		Естественное		Совмещенное
						Комби-ниро-ванное	Общее	Верхн. или комбиниров.	Боковое	Верхнее или Комбиниров-анное	Боковое
						Освещенность, лк		КЕО %		КЕО %
Наивыс	менее 0, 5	I	а	Малый	Темный	5000	1500
шая			б	Малый	Средний	4000	1250
				Средний	Темный
			в	Малый	Светлый	2500	750
				Средний	Средний
				Большой	Темный			10	3,5	6	2
			г	Средний	Светлый	1500	400
				Большой	а
				а	Средний
Очень	0, 15-0, 3	II	а	Малый	Темный	4000	1250
высокая			б	Малый	Средний	3000	750
				Средний	Темный
			в	Малый	Светлый	2000	500	7	2,5	4,2	1,5
				Средний	Средний
				Большой	Темный
			г	Средний	Светлый	1000	300
				Большой	(,(,
				а	Средний
Высокая	0, 3-0, 5	III	а	Малый	Темный	2000	500
			б	Малый	Средний	1000	300
				Средний	Темный
			в	Малый	Светлый	750	300	5	2	3	1,2
				Средний	Средний
				Большой	Темный
			г	Средний	Светлый
				Большой	а	400	200
				&&	Средний

 

 

Средняя	0,5-1	IY	a	Малый	Темный	750	300
			6	Малый	Средний	500	200
				Средний	Темный
			в	Малый	Светлый	400	200	4	1,5	2,4	0,9
				Средний	Средний
				Большой	Темный
			г	Средний	Светлый	300	150
				Большой	Средний
Малая	1-5	Y	а б	Малый Малый	Темный  Средний	300 200	200 150
				Средний	Темный
			в	Малый	Светлый	-	150	3	1	1,8	0,6
				Средний	Средний
				Большой	Темный
			г	Средний	Светлый	-	100
				Большой
				а	Средний
Очень	Более 5	YI	-	Независимо от		-	150	2	0,5	1,2	0,3
малая				характеристик фона и
				контраста объекта с
				фоном

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННОМУ  ОСВЕЩЕНИЮ

Освещённость на рабочем месте  должна соответствовать характеру  зрительной работы; равномерное распределение  яркости на рабочей поверхности  и отсутствие резких теней; величина освещения постоянна во времени (отсутствие пульсации светового потока); оптимальная направленность светового потока и оптимальный спектральный состав; все элементы осветительных установок должны быть долговечны, взрыво-, пожаро-, элекгробезопасны.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ОСВЕЩЕНИЯ

Основной задачей является: определение требуемой площади  световых проёмов - при естественном освещении. Определение мощности осветительных  установок - для искусственного. Для  расчёта искусственного существует 2 методики: метод коэффициентов  использования светового потока; точечный метод (рассчитывает освещение определённой точки; местное освещение).

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК  И КОНТРОЛЬ

Эксплуатация включает: регулярную очистку остеклённых проёмов  и светильников от грязи; своевременную  замену перегоревших ламп; контроль напряжения в сети;

регулярный ремонт арматуры светильников; регулярный косметический ремонт помещения. Для этого предусмотрены специальные  передвижные тележки с платформами, телескопические лестницы, подвесные  устройства. Все манипуляции производятся при отключенном питании. Если высота подвеса до 5м - обслуживаются лестницами стремянками (обязательно 2 человека). Контроль освещения осуществляется не реже 1 раза в год путём измерения освещённости или силы света при помощи фотометра; последующее сравнение с нормативами.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ РАБОЧЕГО МЕСТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭРГОНОМИКИ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА И ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

 

Факторами метеорологических условий  производственной среды являются: температура воздуха, его относительная влажность, скорость перемещения воздуха и наличие теплоизлучений.

Для обеспечения  нормальных условий деятельности человека параметры микроклимата нормируются. Нормы производственного микроклимата установлены ГОСТ 12.1.005-88 ССПТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны". Они едины для всех производств и всех климатических зон. Параметры микроклимата в рабочей зоне должны соответствовать оптимальным или допустимым микроклиматическим условиям. Оптимальные условия обеспечивают нормальное функционирование организма без напряжения механизмов терморегуляции. При допустимых микроклиматических условиях возможно некоторое напряжение системы терморегуляции без нарушения здоровья человека.

Параметры температуры, влажности и скорости движения воздуха регламентируются с учетом тяжести физического труда: легкая, средняя и тяжелая работа. Помимо этого, учитывается сезон года: холодный период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10°С и теплый период с температурой + 10°С и выше.

Для контроля метеоусловий используются приборы: термометры, термограф и парный термометр; актинометр при замерах напряженности излучений; психрометр или гидрограф при  измерении относительной влажности; анемометр или кататермометр для замеров скорости движения воздуха.

Вентиляция - это комплекс устройств для обеспечения нормальных метеорологических условий и удаления вредных веществ из производственных помещений.

Вентиляция  может быть естественной (аэрация) и  механической в зависимости от способа перемещения воздуха. В зависимости от объема вентилируемого помещения различают обще обменную и местную вентиляцию. Обще обменная вентиляция обеспечивает удаление воздуха из всего объема помещения. Местная вентиляция обеспечивает замену воздуха в месте его загрязнения. По способу действия различают вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также аварийную. Аварийная предназначена для устранения загазованности помещения в аварийных ситуациях.

Независимо  от типа вентиляции к ней предъявляются следующие общие требования: объем приточного воздуха должен быть равен объему вытяжного воздуха; элементы системы вентиляции должны быть правильно размещены в помещении; потоки воздуха не должны поднимать пыль и не должны вызывать переохлаждения работающих; шум от системы вентиляции не должен превышать допустимого уровня.

В основе устройства вентиляции лежит воздухообмен, то есть объем воздуха помещения, заменяемый в единицу времени L (м/ч). Потребный воздухообмен определяется в соответствии со СНиП 2.04.05-86 расчетным путем из условий удаления из воздуха помещения избыточных вредных веществ, теплоты и влаги:

а) При выделении в воздух помещения  вредных веществ:

 

,

 

где L_рз - количество воздуха, удаляемого местной вентиляцией;

М - количество вредных веществ, поступающих в  помещение, мг/ч;

С_рз - концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом местной вентиляцией, мг/м;

С_п, С_ух - концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение и уходящем из него, мг/м.

б) При  удалении избыточной явной теплоты, повышающей температуру воздуха:

 

 

где О_н - избыточная явная теплота в помещении, Дж/с;

Т_рз - температура воздуха, удаляемого местной вентиляцией, С;

Т_п, Т_ух - температура воздуха, подаваемого в помещение и уходящего из него, С.

в) При  удалении избытка влаги:

 

 

где W - избыток влаги в помещении, г/ч;

d_рз - влагосодержание воздуха, удаляемого местной вентиляцией, г/кг;

d_п, d_yx - влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение и уходящего из него, г/кг.

Механическая вентиляция распределяет воздух по всему производственному помещению. В общем случае в ее состав входят: воздухоприемное устройство, фильтр, калорифер, вентилятор и сеть воздуховодов.

Расчет  механической вентиляции включает:

1. Определение на плане производственного помещения конфигурации вентиляционной системы, расположение ее элементов.
2. Определение проходного сечения воздуховодов (скорость движения воздуха в воздуховодах принимается V = 6-10 м/с)

 

FV=L/(3600V),

 

где V - потребный  воздухообмен, м /ч.

3. Определение потери давления в воздуховодах на участке воздуховода:

 

Р_общj = Р_трj + Р_мj,

 

где Р_трj - сопротивление на преодоление сил трения воздуха при перемещении по воздуховодам;

Р_м - местное сопротивление воздуховодов.

Общие потери в сети воздуховодов:

 

,

 

где η - число  участков, на которые разбита система  воздуховодов вентиляции.

4. Подбор вентилятора для системы вентиляции по величине потребного воздухообмена и потерям давления в сети воздуховодов. Полное давление Р, которое должно создаваться вентилятором, принимается Р = Р_общ, а производительность вентилятора G (м /ч) принимается G = L.
5. Определение потребной мощности электродвигателя вентилятора N:

 

N = G P_k (3,6 10⁶ η_б η_п).

 

где К  - коэффициент запаса мощности электродвигателя (1,05-1,5);

Р - потери полного давления в сети. Па;

η_б η_п - КПД вентилятора и передачи от электродвигателя к вентилятору.

Естественная  вентиляция производственных помещений  осуществляется под воздействием разности температур наружного и внутреннего воздуха (тепловое давление) и ветра (ветровое давление).

Расчет естественной вентиляции в соответствии со СНиП 2.04.05-86 заключается в определении площадей вентиляционных проемов здания и включает следующие этапы.

1. Определение скорости движения воздуха (м/с) в нижнем проеме V:

 

,

 

где h - расстояние между центрами нижнего и верхнего проемов, м;

ρ_н, ρ_в - плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м.

2. Определение площади (м²) нижних вентиляционных проемов:

 

F = L / (μ₁ V₁),

 

где μ₁ - коэффициент расхода воздуха через нижние проемы (μ₁ = 0,15-0,65).

3. Определение потери давления (Па) в нижних проемах H₁ = V₁² ρ_н/2
4. Определение избыточного давления (Па) в верхних проемах:

 

Н₂ =H_r-H_i,

 

где Hr - гравитационное давление воздуха. Па,

 

Нr = h(ρ_н – ρ_в) g.

 

5. Определение площади (м²) верхних вентиляционных проемов:

 

 

где μ₂ - коэффициент расхода воздуха через верхние проемы.

Для увеличения воздухообмена на крыше производственного  здания устанавливают вытяжные шахты с дефлекторами, которые увеличивают воздухообмен за счет эффекта эжекции.

Местная вентиляция используется для удаления выделяющихся вредных веществ от источников. Она может быть вытяжной и приточной. Разновидностями вытяжной вентиляции являются: защитные кожухи, вытяжные шкафы, кабины, аспирационные устройства.

К приточной  местной вентиляции относятся воздушные  души, воздушные оазисы, завесы.

Отопление предназначается для поддержания нормальных метеорологических условий в производственных помещениях. Система отопления необходима в помещении, где тепловые потери Q_п превышают выделение теплоты от технологического оборудования Q, то есть Q_п > Q. Для обогрева помещений используют паровые, воздушные, водяные, электрические системы отопления.

В основе расчета системы отопления лежит  уравнение теплового баланса

 

Q_п = Q_oгр + Q_в + Q_n,

 

где Q_п - потери теплоты в помещении, Дж;

Q_orp - потери теплоты в строительных элементах здания, Дж;

Q_в - потери теплоты на нагрев воздуха, Дж;

Q_м - потери теплоты на нагрев материалов, машин, завозимых в помещение, Дж.

Потери  теплоты в элементах здания

 

Q_oгp = RF (t_в-t_н),

 

где R - сопротивление теплопередаче конструкции, м С/Вт;

F - площадь поверхности ограждений, м²;

t_н, t_в - температура наружного и внутреннего воздуха, °С.

Потери  теплоты на нагрев в помещении  обычно принимаются Q_в=(0,2-0,3)Q_огр, на нагрев материалов и машин Q_м = (0,05-0,1) Q_oгp.

Необходимая тепловая мощность (кВт) источника в  системе отопления: