2 Лабораторная работа № 2. Исследование и расчет

искусственного освещения

2.1 Цель работы: изучение количественных и качественных характеристик освещения, приобретение навыков измерения искусственной освещенности, ознакомление с нормированием и методами расчета искусственного освещения.

2.2 Содержание работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия люксметра-пульсаметра. Измерить освещенность, создаваемую искусственными источниками света в исследуемом помещении. Произвести оценку искусственного освещения помещения на его соответствие нормативам по условиям освещения и дать заключение о равномерности распределения освещенности в помещении. Выполнить расчет искусственного освещения методом коэффициента использования светового потока.

2.3 Основные теоретические положения

Искусственное освещение создаётся искусственными источниками света и предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, а также для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

Искусственное освещение помещений по конструктивному исполнению может быть двух систем - общее (равномерное и локализованное) и комбинированное.

Общее освещение - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение).

Общее искусственное освещение, как правило, применяют для освещения помещений со зрительными работами малой точности и грубых, т.е. с разрядами V-VIII.

Локальное освещение - освещение части здания или сооружения, а также отдельных архитектурных элементов при отсутствии заливающего освещения.

При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах.

Комбинированное искусственное освещение - искусственное освещение, при котором к общему искусственному освещению добавляется местное. Его целесообразно устраивать при работах высокой точности, а также при необходимости создания в процессе работы определенной направленности светового потока.

Местное освещение - освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Применение только местного освещения в производственных помещениях недопустимо, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет зрение, замедляет скорость работы и может послужить причиной несчастных случаев и аварий.

Искусственное освещение по функциональному назначению подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Аварийное освещение разделяется на эвакуационное и резервное.

Рабочее освещение - освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий.

Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение - освещение, предусматриваемое в случае выхода из строя питания рабочего освещения.

Эвакуационное освещение - вид аварийного освещения для эвакуации людей или завершения потенциально опасного процесса.

Резервное освещение - вид аварийного освещения для продолжения работы в случае отключения рабочего освещения.

Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) должно предусматриваться вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. Освещенность должна быть не менее 0,5 лк на уровне земли в горизонтальной плоскости или на уровне 0,5 м от земли на одной стороне вертикальной плоскости, перпендикулярной к линии границы. Для охранного освещения могут использоваться любые источники света.

Дежурное освещение - освещение в нерабочее время.

Источники искусственного освещения

Для искусственного освещения помещений в качестве источников освещения применяют: лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГЛ).

Для оценки источников света используют следующие характеристики: электрическая мощность лампы Р (Вт); номинальное напряжение питания U (В); световой поток, излучаемый лампой Ф (лм), или максимальная сила света I, кд; световая отдача (лм/Вт), т.е. отношение светового потока лампы к ее электрической мощности; световой КПД; срок службы лампы и спектральный состав света.

Световой КПД характеризует долю светового потока к лучистому потоку энергии, от источника света. Коэффициенты полезного действия ламп накаливания - до 3%, люминесцентных - до 10% и ламп ДРЛ - до 20%.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение (свет) в них возникает при нагреве нити накала до температуры свечения.

Лампы накаливания общего назначения применяются при освещении квартир, административных и промышленных территорий, вечерних улиц и т.д. Их используют при грубых работах (освещенность менее 50 лк), из-за особых условий среды (во взрыво- и пожароопасных помещениях, сырых, пыльных, с химически активной средой), а также для местного освещения.

По характеру среды, окружающей тело накала лампы накаливания делятся на вакуумные (НВ), газополные (аргоновые, криптоновые, ксеноновые с разным содержанием азота), галогенные (в которых к наполняющему газу добавляются йод и некоторые летучие химические соединения галогенов).

К достоинствам ламп накаливания относятся удобство в эксплуатации, простота в изготовлении, небольшая стоимость, отсутствие дополнительных пусковых устройств для включения в сеть, широкий спектр излучаемого лампами светового потока, обеспечивающий самый высокий индекс цветопередачи (Ra = 55), надежность работы при колебании напряжения в сети и различных состояниях окружающей среды. Они компактны, световой поток их к концу срока службы снижается незначительно (приблизительно на 15%).

Главные недостатки ламп накаливания: низкая светоотдача (8 ÷ 20 лм/Вт), ограниченный срок службы (до 1000 часов), преобладание излучения в желто-красной части спектра, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света, низкий КПД, равный 10–13%, высокая степень теплоотдачи ламп.

Газоразрядные лампы представляют собой источники света видимого излучения, вызываемого электрическим разрядом в атмосфере некоторых инертных газов (неон, ксенон и другие) и паров металлов (ртути или натрия) и их смесей при различных давлениях с использованием в отдельных типах ламп люминофоров – специальных составов, которые преобразуют невидимое ультрафиолетовое излучение в видимый свет.

Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные), высокого и сверхвысокого давления.

Люминесцентные лампы низкого давления используются в основном для местного и общего освещения жилых и общественных помещений.

По спектральному составу видимого света люминесцентные лампы делятся на несколько типов: дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), белого цвета (ЛБ), холодного белого (ЛХБ) и теплого белого цвета (ЛТБ). Находят применение для освещения производственных помещений и газоразрядные лампы высокого давления: дуговые ртутные (ДРЛ), галогенные (ДРИ), дуговые ксеноновые трубчатые (ДКсТ), натриевые (ДНаТ) и др.

Основными преимуществами газоразрядных ламп перед лампами накаливания являются: высокая световая отдача (40÷ 110 лм/Вт), повышенная цветопередача, большой срок службы (10000÷14000 ч), световой поток ламп по спектральному составу близок к естественному освещению, низкая температура поверхности лампы (около 40 °С).

К недостаткам газоразрядных ламп относятся: сложность схемы включения; пульсация светового потока с частотой вдвое большей частоты питающего лампы переменного тока, что может привести к появлению стробоскопического эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия; длительный период разгорания; наличие специальных пускорегулирующих аппаратов, облегчающих зажигание ламп и стабилизацию их работы; зависимость работоспособности от температуры окружающей среды (рабочий диапазон температур – 10÷30 °С); повышенная чувствительность к снижению напряжения питающей сети; снижение светового потока к концу срока службы на 50% и более; создание радиопомех, исключение которых требует специальных устройств; ограниченная единичная мощность (до 150 Вт); акустические помехи и повышенная шумность работы; лампы заполнены парами ртути, поэтому вышедшие из строя газоразрядные лампы требуют тщательной утилизации.

Светильники

Светильник (световой прибор) - совокупность источника света и осветительной арматуры.

Светильник перераспределяет световой поток в пространстве для его более рационального использования, защищает лампу от механических повреждений, исключает контакт лампы с агрессивной или пожарно-взрывоопасной средой, защищает глаза от стелящей блесткости источника света.

Светильник состоит из двух основных частей: электрической лампы и арматуры.

В состав арматуры входят: патрон для крепления лампы, отражатель, концентрирующий световой поток и направляющий его в нужное место, плафон - рассеиватель света и придающий равномерность освещению, корпус светильника - объединяющий и скрепляющий все перечисленные части, крепление светильника, устройство проводов.

Основные светотехнические характеристики светильников: коэффициент полезного действия, защитный угол α, распределение светового потока в пространстве (светораспределение).

В зависимости от формы фотометрического тела светильника светильники подразделяются на симметричные, фотометрическое тело которых имеет ось или плоскость симметрии, и несимметричные.

Светораспределение светильников принято характеризовать кривыми силы света.

Кривые силы света представляются в виде графиков, таблиц или задаются в виде формул, аппроксимирующих кривые силы света.

По ГОСТ все светильники по типу кривой силы света подразделяют на семь классов: К, Г, Д, Л, Ш, М, С:

К - концентрированная, с зоной направления максимальной силы света в пределах угла от 0° до 15°;

Г - глубокая, с зоной от 0° до 30° и от 180° до 150°;

Д - косинусная, с зоной от 0° до 35° и от 180° до 145°;

Л - полуширокая, с зоной от 35° до 55° и от 145° до 125°;

Ш - широкая, с зоной от 55° до 85° и от 125° до 95°;

Р - равномерная, с зоной от 0° до 180°;

С - синусная, с зоной от 70° до 90° и от 110° до 90°.

Кроме того, по типу светораспределения (доли излучения в верхнюю и нижнюю полусферы) светильники подразделяются на пять классов: П, Н, Р, В, О.

Светильники относятся к классу прямого света (его обозначение П), если эта доля составляет более 80%; классу преимущественно прямого света (Н), если она составляет 60-80%; рассеянного света (Р) - 40-60%; преимущественно отраженного света (В) - 20-40%; отраженного света (О) - не менее 20%.

По конструктивному исполнению светильники делятся на открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащищенные, взрывобезопасные.

От размещения светильников в помещении зависит равномерность распределения освещенности и защита от слепящего действия лампы.

Различают размещение прямоугольное, шахматное, параллельными рядами.

Нормирование искусственного освещения

Нормирование освещенности производится в зависимости от системы освещения и характеристики зрительной работы, которая определяется наименьшим размером объекта различения.

Нормируемыми качественными показателями являются: коэффициент пульсации освещенности, показатели ослеплённости и дискомфорта.

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

Пульсации освещенности на рабочей поверхности не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект - явление искажения зрительного восприятия вращающихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени.

Показатель ослепленности Р - критерий оценки слепящего действия осветительной установки.

Показатель дискомфорта М - критерий оценки дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения.

При проведении измерений искусственной освещенности контрольные точки размещают в соответствии с методикой размещения контрольных точек при измерении средней освещенности помещений.

Для определения контрольных точек план помещения разбивают на равные, по возможности квадратные, части. Контрольные точки размещают в центре каждого квадрата.

Минимальное число контрольных точек для измерения определяют исходя из размеров помещения и высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью. Для этого рассчитывают индекс помещения по формуле (2.5).

Минимальное количество контрольных точек для измерения средней освещенности квадратного помещения определяют по табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Минимальное количество контрольных точек

Индекс помещения	Число точек измерения
Менее 1	4
От 1 до 2 включительно	9
Свыше 2 до 3 включительно	16
Свыше 3	25

В неквадратных помещениях выделяют квадрат наибольшей площадью , для которого определяют количество точек измерения .

Минимальное количество контрольных точек N для измерения средней освещенности неквадратного помещения рассчитывают по формуле:

, (2.1)

где - площадь помещения, м²; - площадь квадрата, м².

При размещении контрольных точек на плане помещения их сетка не должна совпадать с сеткой размещения светильников. В случае совпадения сеток число контрольных точек на плане помещения целесообразно увеличить.

Схема расположения контрольных точек при измерении средней освещённости внутри помещений представлена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Расположение контрольных точек при

измерении средней освещенности в помещении