Системы и виды производственного освещения

Содержание 

 Введение 3

1. Основные световые величины и параметры, определяющие зрительные условия работы 4
2. Система и виды производственного освещения 7
3. Влияние параметров световой среды на здоровье человека 9
4. Естественное освещение 11
5. Принцип расчета естественного освещения 13
6. Источники искусственного света 15
7. Светильники 17
8. Нормирование искусственного освещения 19
9. Расчет искусственного освещения 20

Заключение 24

Список используемой литературы 25

Приложение 1.  26

Приложение 2.  27

 

 

 

    

Введение

 

Освещение рабочего места - важный фактор создания нормальных условий труда. Неудовлетворительное освещение может исказить информацию, получаемую человеком посредством зрения, кроме того оно утомляет не только зрение, но вызывает утомление организма в целом, отрицательно сказывается на состоянии центральной нервной системы. Неправильное освещение может являться причиной производственного травматизма. Освещение влияет на производительность труда и качество выпускаемой продукции. Так при выполнении операции точной сборки увеличение освещенности с 50 до 1000 лк позволяет получить повышение производительности труда до 25 % и даже при выполнении работ малой точности, не требующих большого зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2-3 %

Оптической областью спектра называется часть электромагнитного спектра с длиной волны = 10 - 340 нм. Она делится на:

- инфракрасное излучение ( = 340 - 770 нм), которое проявляется в основном в тепловом воздействии;

- видимое излучение ( = 770 - 380 нм): в зависимости от длины волны вызывает у человека, различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового ( = 400 нм) до красного ( = 750 нм). Зрение наиболее чувствительно к излучению с длиной волны = 550 нм. что соответствует желто-зеленому цвету: к границам видимого спектра чувствительность уменьшается;

- ультрафиолетовое излучение ( = 380 - 10 нм). УФ излучение оказывает биологически положительное воздействие на организм человека, вызывая загар При высокой интенсивности УФ излучение способно вызвать ожог кожи. глаз. УФ излучение возникает при электро- и газовой сварке, при работе кварцевых ламп, электрической дуги высокой интенсивности, лазерных установок.  
1. Основные световые величины и параметры, определяющие зрительные условия работы

К количественным показателям производственного  освещения относятся:

• лучистый поток,
• световой поток,
• сила света,
• яркость,
• освещенность.

Лучистый поток (Ф) - общая мощность электромагнитного излучения оптическом диапазоне длин волн. Единицей измерения служит /Вт/.

Испытываемое человеком зрительное ощущение при попадании лучистого  потока на сетчатку глаза зависит  не только от мощности излучения, но также  и от длины волны. Излучение разных длин волн вызывают различное цветовое ощущение по цвету и интенсивности.

Световой поток (F) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на человеческий глаз. Единица измерения (ЛМ).

Сила света (I)- пространственная плотность светового потока

 

 

где - телесный угол в стерадианах.

Единицей измерения является кандела (КД), которая является основной световой величиной, на которую существует государственный  световой стандарт. Кандела - сила света  с площади платиновой пластины равной 1/600000 м² при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 Па.

 

 

Освещенность (Е)- плотность светового потока на освещенной поверхности

 

где S - площадь поверхности. За единицу измерения принят люкс (ЛК).

Яркость поверхности (L)- отношение силы света dF излучаемого элемента поверхности dS под углом к проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную лучу зрения.

 

 

Блесткость - чрезмерная яркость - причина утомления и снижения работоспособности.

Характер зрительной работы определяется совокупностью таких параметров, как размер объекта различения, фон, контраст объекта с фоном.

Объект различения - наименьший размер рассматриваемого предмета, отдельная  его часть, который необходимо различить  в процессе работы (например, при  работе с приборами - толщина линии  градуировки шкалы; при чертежных  работах - толщина самой тонкой линии  на чертеже).

Фон - поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон характеризуется коэффициентом отражения , под которым понимается способность поверхности отражать падающий на нее световой поток.

 

 

В зависимости от величины коэффициента отражения фон может быть:

- светлым (р > 0,4);

- средним (р = 0,2 т 0,4);

- темным (р < 0,2').

Контраст объекта различения с  фоном определяется из выражения

 

 

где В_ф, В_о - яркость фона и объекта различения соответственно.

Контраст может быть:

- большим (К > 0,5);

- средним (К = 0,2 ^ 0,5);

- малым (К < 0,2).

2. Система и виды производственного  освещения

Рис.1. Классификация систем освещения

 

Системы производственного освещения  можно классифицировать в зависимости  от источника света и по конструктивному  исполнению (рис.1).

По источнику света производственное освещение может быть:

• естественным, созданным небесным светом,
• искусственным, осуществляемым электрическими лампами;
• совмещенным, представляющим собой сочетание естественного и искусственного.

Выбор параметров производственного  освещения должен основываться на учете  требований, предъявляемых конкретным производственным процессом, в соответствии с действующими нормами и правилами.

 При нормировании освещения  пользуются единицами измерения  светового потока и освещенности. Единицей светового потока служит  люмен (лм). За единицу освещенности  принимают люкс (лк), равный освещенности, создаваемой световым потоком  в 1 лм, равномерно распределенным  на площади в 1м².

Естественное освещение по своему спектральному составу является наиболее приемлемым; в нем больше необходимых человеку ультрафиолетовых лучей; оно обладает высокой диффузностью (рассеянностью) света, что весьма благоприятно для зрительных условий работы.

Естественное освещение подразделяют на;

- боковое, осуществляемое через световые проемы в наружных стенах;

- верхнее, организованное через световые проемы в крыше (фонари, купола);

- комбинированное, представляющее собой совокупность верхнего и бокового естественного освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух систем:

- общее, когда освещается все  производственное помещение;

- комбинированное, когда к общему  добавляется местное освещение,  концентрирующее световой поток  непосредственно на рабочих местах.

Общее освещение подразделяется на общее равномерное, которое устраивается без учета расположения рабочих  мест, и общее локализован-ное, при котором размещение светильников связано с расположением оборудования и рабочих мест. При первом – высота подвески светильников, тип светильников, мощность ламп и т.д. принимаются одинаковыми, при втором – перечисленные характеристики могут быть различными.

Если по характеру выполняемой  работы требуется усиленное освещение  рабочего места, а общего освещения  недостаточно, то в этом случае устраивается дополнительное местное освещение. Одновременное общее и местное  освещение носит название "комбинированное".

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на следующие виды:

- рабочее - для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта;

- аварийное - устраивается для продолжения работы в случае внезапного отключения рабочего освещения, наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания при аварийном режиме, должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения при системе общего освещения;

- эвакуационное - для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность в помещениях на полу не менее 0,5 лк, а. на открытых территориях - не менее 0,2 лк.

- охранное - для освещения площадок предприятия;

- дежурное - для освещения помещений;

- бактерицидное - УФ облучение  для обеззараживания воздуха  помещения.

 

3. Основные требования к производственному освещению

Каждое производственное помещение  имеет определенное назначение, поэтому  устраиваемое в нем освещение  должно учитывать характер возникающих  зрительных задач.

1. Освещенность на рабочем месте  должна соответствовать зрительному  характеру работ/характеристике  фона и контраста объекта с  фоном. 

Требования к освещению помещений  устанавливает СниП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». Для помещений промышленных предприятий установлены нормы на КЕО, освещенность, допустимые сочетания показателей ослепленности и коэффициента пульсации. Значения этих норм определяются разрядом и подразрядом зрительной работы. Всего предусмотрено восемь разрядов - от I; где наименьший размер объекта различения составляет менее 0,15мм, до VI, где он превышает 5 мм; VII разряд установлен для работ со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах, VIII - для общего наблюдение за ходом производственного процесса. При расстояниях от объекта различения до глаза работающего более 0,5 м разряд работ устанавливается в зависимости от углового размера объекта различения, определяемого отношением минимального размера объекта различения к расстоянию от этого объекта до глаз работающего. Подразряд зрительной работы зависит от характеристики фона и контраста объекта различения с фоном.

Для помещений жилых, общественных административно-бытовых зданий установлены  нормы на КЕО, освещенность, показатель дискомфорта и коэффициент пульсации  освещенности. В случаях специальных  архитектурно-художественных требований регламентируется также цилиндрическая освещенность. Цилиндрическая освещенность характеризует насыщенность помещения  светом. Она рассчитывается инженерным методом.

 

Выбор этих норм зависит от разряда  и подразряда зрительной работы. Для таких помещений предусмотрено 5 разрядов зрительной работы - от А - до Д.

Зрительная работа относится к  одному из первых трех разрядов (в зависимости  от наименьшего размера объекта  различения), если она заключается  в различении объектов при фиксированной  и нефиксированной линии зрения. Подразряд зрительной работы при этом определяется относительной продолжительностью зрительной работы при направлении зрения на рабочую поверхность (%).

Зрительная работа относится к  разрядам Г и Д, если она заключается в обзоре окружающего пространства при очень кратковременном, эпизодическом различении объектов. Разряд Г устанавливается при высокой насыщенности помещения светом, а разряд Д - при нормальной насыщенности.

Увеличение освещенности повышает яркость объектов, что улучшает их видимость и сказывается на росте  производительности труда. Однако имеется  предел, при котором дальнейшее увеличение освещенности не дает эффекта, поэтому  необходимо улучшать качественные характеристики освещения.

2. Необходимо обеспечить достаточно  равномерное распределение яркости  на рабочем месте и в пределах  окружающего пространства. Предпочтительнее  использовать комбинированную систему  естественного освещения или  общее искусственное освещение.  Светлая окраска потолка, стен  и производственного оборудования  способствует выполнению данного  требования .

3. На рабочем месте должны  отсутствовать резкие тени. Особенно  недопустимы движущиеся тени, способствующие  увеличению травматизма.

4. В поле зрения должна отсутствовать  прямая и отраженная блесткость (приводящая к ослеплению зрения).

Показатель ослепленности (Р) - критерий оценки слепящего действия осветительной установки, характеризующий снижение видимости при наличии ярких источников света в поле зрения

 

 

где V₁ и V₂ - видимость соответственно при экранированных и открытых источниках света в поле зрения работающих.

Видимость (V)- определяется числом пороговых контрастов в действительном контрасте объекта с фоном К_действ, характеризует способность глаза воспринимать объект

 

5. Величина освещенности должна  быть постоянной во времени  и равномерна по площади (Е(T) = const, E(S) = const). Коэффициент пульсации освещенности (K_n) - критерий оценки глубины колебаний светового потока газоразрядных ламп при питании с переменным током 50 Гц.

6. Следует выбрать оптимальную  направленность светового потока, что позволяет, в одних случаях,  рассмотреть внутренние поверхности  деталей, в других - различить  рельефность элементов рабочей  поверхности. Оптимальный угол  падения лучей  = 60° к нормали поверхности, при этом видимый контраст объекта, с фоном максимален.

7. Следует рационально выбрать  тип источника света (ламп) по  спектральному составу для обеспечения  правильной цветопередачи.

8. Все элементы осветительных  установок - светильники, электро проводники, групповые щитки, трансформаторы и т.п. должны быть электро безопасными, а также не должны быть причиной возникновения пожара и взрыва.

9. Осветительная установка должна  быть проста, надежна и удобна  в эксплуатации.

4. Естественное освещение

При естественном освещении создаваемая  освещенность изменяется в очень  широких пределах. Эти изменения  обусловлены временем дня, года и  метеорологическими факторами: характером облачности и отражающими свойствами земного покрова. Поэтому естественное освещение нельзя количественно  задавать величиной освещенности. В качестве нормируемой величины для естественного освещения принята, относительная величина коэффициент естественной освещенности КЕО.

 

КЕО есть выраженное в процентах  отношение освещенности в данной точке внутри помещения Е_в к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, создаваемой светом всего небосвода;

 

 

Таким образом, КЕО оценивает размеры оконных проемов, вид остекления и переплетов, их загрязнение, т.е. способность системы естественного освещения пропускать свет.

Естественное освещение в помещении  регламентируется нормами СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение

Освещенность помещения естественным светом характеризуется коэффициентом естественной освещенности ряда точек, расположенных в пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и горизонтальной плоскости, находящейся на высоте 0,8 м над уровнем пола и принимаемой за условную рабочую поверхность.

При боковом естественном освещении минимальное значение освещенности нормируется :

- при одностороннем - в точке,  расположенной на расстоянии 1 м  от стены, наиболее удаленной  от световых проемов;

- при двустороннем - в точке посередине  помещения на пересечении вертикальной  плоскости характерного разреза  помещения и условной рабочей  поверхности.

При верхнем и комбинированном  естественном освещении нормируется  среднее значение КЕО.

 

 

5. Принцип расчета естественного освещения

Расчет естественного освещения  производится путем определения  КЕО в различных точках характерного разреза, помещения. Учитывается световой поток прямого диффузного света  небосвода, а также света, отраженного  от внутренних поверхностей помещения  и от противостоящих зданий.

Результат расчета естественного  освещения - определение площади  световых проемов и их размещение.

Для расчета естественного освещения  необходимо иметь следующие данные: длину и ширину помещения, количество проемов, значение коэффициента отражения  стен и потолка, коэффициентов светопропускания и затенения окон противостоящими  зданиями, а также степень точности выполняемой работы.

 

 

Для обеспечения нормированного значения КЕО площадь световых проемов  определяется по формуле:

- при боковом освещении

 

 

где ей - нормированное значение КЕО;

S_o, S_ф - площадь окон и фонарей соответственно;

S_n - площадь пола;

- общий коэффициент светопропускания, характеризующий потерю света,  в материале остекления;

r₁,r₂ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света; Ориентировочно значение r₁ можно принимать в пределах 1.5-3.0; причем большее значение при боковом одностороннем освещении, меньшее при боковом двухстороннем; r₂ выбирают в пределах 1.1-1.4

- световая характеристика окна  и фонаря;

К_зд - коэффициент, характеризующий затенение окон от противостоящих зданий 1.0-1.5

К_р - коэффициент запаса (принимается равным 1,5-2), причем меньшее значение используется при вертикальном светопропускании

Определив площадь световых проемов  S_np и зная площадь окон S_ок. определяют количество окон .

6. Источники искусственного света

При выборе источника света искусственного освещения принимают во внимание следующие характеристики:

1. электрические (номинальное напряжение, В; мощность лампы, ВТ)

2. светотехнические (световой поток  лампы, лм; максимальная сила света  I_max, КД).

3. эксплуатационные (световая отдача  лампы ф = F/P, лм/Вт; полезный срок службы);

4. конструктивные (форма колбы лампы, форма тела накала прямолинейная, спиральная; наличие и состав газа, заполняющего колбу, его давление).

В качестве источников света применяют  газоразрядные лампы и лампы  накаливания.

Лампы накаливания - источник света  теплового излучения.

Преимущества - удобство в эксплуатации (могут работать при значительных отклонениях напряжения сети от номинального, практически не зависят от условий  окружающей среды и температуры, световой поток к концу срока службы снижается незначительно -15%), простота изготовления.

Недостатки - низкая световая отдача (7-20 лм/Вт), малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладает желто-красная часть, искажают цветопередачу.

Разновидности ламп накаливания - вакуумные, газонаполненные, галогенные.

Газоразрядные лампы - источники света, в которых излучение оптического  диапазона спектра возникает  в результате электрического разряда  в атмосфере инертных газов и  паров металлов, а также за счет явления люминесценции.

Преимущества- большая световая отдача ("/50-100 лм/Вт), большой срок службы (10 тыс.ч), возможность получить световой поток практически в любой части спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы и пары металлов.

Недостатки - пульсация светового  потока, возможность стробоскопического эффекта, длительный период разгорания ("10-15 с). Разновидности газоразрядных ламп - люминесцентные (дневного света ДД, белого света ЛБ и др.), дуговые ртутные люминесцентные ДРЛ, галогенные ДРД (дуговые ртутные с диодом), ксеноновые ДКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые) и ряд др.

 

 

7. Светильники

Светильник представляет собой  источник света и осветительную  арматуру. Функциональное назначение светильников:

- перераспределение светового  потока лампы.;

- предохранение глаз работающего  от воздействия больших яркостей  источника света.

Характеристики светильников:

- кривая силы света в полярной  системе координат - характеризует  светильник с точки зрения  распределения световой энергии

 

- угол защиты - угол между горизонталью  и линией, соединяющей нить накала  с. противоположным краем отражателя.

 

 

КПД - отношение фактического светового  потока светильника к световому  потоку лампы

 

 

По распределению светового  потока различают светильники прямого, рассеянного, отраженного света.

По конструктивному исполнению

- открытые,

- закрытые,

- пыленепроницаемые, 

- влаго и взрывозащищенные.

По назначению - светильники общего и местного освещения.

8. Нормирование искусственного освещения

Искусственное освещение нормируется  в соответствии со СНиП 23-05-95. Нормируемыми характеристиками искусственного освещения являются:

- количественные - величина минимальной  освещенности;

- качественные - показатель ослепленности и дискомфорта, глубина пульсации освещенности.

Величина минимальной освещенности устанавливается по характеристике зрительной работы, которую определяют наименьшим размером объекта различения, контрастом объекта о фоном и характеристикой фона. Различают 8 разрядов и 4 подразряда работы в зависимости от степени зрительного напряжения. Деление разрядов на подразряды дает возможность более дифференцирование выбрать освещенность для каждой зрительной работы.

Для газоразрядных ламп нормируемая  величина освещенности выше, чем для  ламп накаливания из-за большей светоотдачи  этих ламп. В том и другом случаях  относительная экономичность системы  освещения или источников света используется для приближения к оптимальным условиям освещения.

Для общего освещения помещений  следует использовать разрядные  лампы и/или лампы накаливания. Для местного освещения, кроме разрядных  источников света, допускается использование  ламп накаливания, преимущественно  галогенных. Применение ксеноновых ламп внутри помещений не допускается.

 

 

9.  Расчет искусственного освещения

Задачей расчета искусственного освещения  является определение потребной мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении заданной освещенности. Проектирование искусственного освещения осуществляют в следующей последовательности:

1. Выбор типа. источника света. Для общего освещения производственного помещения, как правило, применяют газоразрядные лампы, для местного - лампы накаливания.

2. Определение системы освещения (общее или комбинированное). Эффективнее система комбинированного освещения, но в гигиеническом отношении система общего освещения более совершенна, т.к. создает равномерное распределение световой энергии. Местное освещение повышает освещенность, а также создает необходимую направленность светового потока. В производственном помещении не допускается использовать одно местное освещение (для исключения частой переадаптации зрения ввиду неравномерности освещения).

3. Выбор типа светильников с  учетом характеристик светораспределения, ограничения прямой блескости, по экономическим показателям, условиям среды, а также с учетом требований взрыво- и пожа-робезопасности.

4. Определение количества светильников  и их распределение, Светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно.

5. Определение нормы освещенности  на рабочих местах (в зависимости  от размера объекта различения, фона, контраста).

Расчет искусственного освещения  осуществляют следующими методами:

1. метод светового потока (E_cp=f(F));

2. точечный метод (E=f(I));

3. метод удельной мощности.

Метод коэффициента использования  светового потока применим для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности. Световой поток лампы (или группы ламп светильника) определяется изображением:

 

 

где  Е_н освещенность в соответствии с нормами,

S - площадь помещения,

k - коэффициент запаса (1.4...1.8),

Z - коэффициент неравномерности освещенности по помещению (1.1...1.2),

N - количество светильников,

- коэффициент использования светового  потока - зависит от геометрии  помещения, коэффициента отражения  потолка и стен, типа светильника.

 

 

Определив F_л, подбирается по справочнику ближайшая стандартна лампа и определяется общая электрическая мощность осветительной установки.

 

 [Вт]

 

Допускается отклонение расчетного светового  потока от фактического на величину -10% - +20%

Точечный метод пригоден для расчета любой системы освещения при произвольно-ориентированных рабочих поверхностях. В основу метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света (закон сохранения энергии для светотехники).

 

Для практических расчетов используют введение коэффициента запаса и производят замену г на h/cos( ), тогда

 

 

Определив освещенность от условной лампы, подсчитывают необходимый поток  лампы для создания освещенности в соответствии с нормами

 

[лм]

 

Подбирают стандартную ближайшую лампу, обеспечивающую рассчитанный световой поток и, наконец, рассчитывают суммарную электрическую мощность всей системы освещения.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но наименее точным, поэтому его используют при ориентировочных расчетах.