5.2 Расчет искусственного освещения лаборатории по методу светового потока

Производственное освещение – неотъемлемый элемент условий трудовой деятельности человека. При правильно организованном освещении рабочего места обеспечивается сохранность зрения человека и нормальное состояние его нервной системы, а также безопасность в процессе производства. Производительность труда и качество выпускаемой продукции находятся в прямой зависимости от освещения [26].

Видимый свет – это электромагнитные волны с длиной волны от 770 до 380 нм. Он входит в оптическую область электромагнитного спектра, который ограничен длинами волн от 10 до 340 000 нм. Кроме видимого света в оптическую область входит ультрафиолетовое излучение (длины волн от 10 до 380 нм) и инфракрасное (тепловое) излучение (от 770 до 340 000 нм) [19].

Производственное освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным относятся световой поток Ф, сила света I, освещенность Е, яркость поверхности Я и коэффициент отражения ρ. Качественные показатели характеризуют условия зрительной работы. Это такие понятия, как фон, величина контраста объекта с фоном К, видимость V, показатель ослепленности Р и др.

Световой поток Ф — это лучистая энергия, вызывающая световое ощущение. Единица измерения — люмен (лм). Люмен представляет собой световой поток от эталонного точечного источника в 1 международную свечу, помещенного в вершине телесного угла в 1 стерадиан (ср).

Световой поток принято оценивать в пространстве и на поверхности. В первом случае характеристикой служит сила света I — пространственная плотность светового потока: I=dФ/dw (здесь dw — телесный угол, в пределах которого распространяется световой поток, ср); во втором — освещенность Е= dФ/dS (здесь dS— площадь поверхности, на которую падает световой поток, м2). Единица измерения силы света — кандела (кд) (лат. candela — свеча): 1 кд = 1 лм/ср. Единица измерения освещенности — люкс (лк): 1 лк = 1 лм/м².

Естественное и искусственное освещение нормируется СНиП 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.

Нормы освещенности рабочих мест регламентируются СНиП 23-05-95. При установлении нормы освещенности необходимо учитывать: размер объекта различения, контраст объекта с фоном и характер фона. На основании этих данных по таблицам СНиП 23-05-95 определяется норма освещенности [27].

На практике используются два вида источников освещения: лампы накаливания и газоразрядные. Лампы накаливания просты по конструкции, обладают быстротой разгорания. Но световая отдача их (количество излучаемого света на единицу потребляемой мощности) низкая- 13-15 лм/вт; у галогенных - 20-30 лм/вт, но срок службы небольшой. Газоразрядные лампы имеют световую отдачу 80-85 лм/вт, а натриевые лампы 115-125 лм/вт и срок службы 15-20 тыс. часов, они могут обеспечить любой спектр. Недостатками газоразрядных ламп является необходимость специального пускорегулирующего аппарата, длительное время разгорания, пульсация светового потока, неустойчивая работа при температуре ниже 0°С.

Для освещения производственных помещений используются светильники, представляющие собой совокупность источника и арматуры. Назначением арматуры является перераспределение светового потока, защита персонала от ослепленности, а источника от загрязнения.

Расчет искусственного освещения производственного помещения ведется в следующей последовательности:

1. Выбор типа источников света. В зависимости от конкретных условий в производственном помещении (температура воздуха, особенности технологического процесса и его требований к освещению), а также светотехнических, электрических и других характеристик источников, выбирается нужный тип источников света.

2. Выбор системы освещения. При однородных рабочих местах, равномерном размещении оборудования в помещении принимается общее освещение. Если оборудование громоздкое, рабочие места с разными требованиями к освещению расположены неравномерно, то используется локализованная система освещения. При высокой точности выполняемых работ, наличии требования к направленности освещения применяется комбинированная система (сочетание общего и местного освещения).

3. Выбор типа светильника. С учетом потребного распределения силы света, загрязненности воздуха, пожаровзрывоопасности воздуха в помещении подбирается арматура.

4. Размещение светильников в помещении. Светильники с лампами накаливания можно располагать на потолочном перекрытии в шахматном порядке, по вершинам квадратных полей, рядами. Светильники с люминесцентными лампами располагают рядами. При выборе схемы размещения светильников необходимо учитывать энергетические, экономические, светотехнические характеристики схем размещения. Так, высота подвеса (h) и расстояние между светильниками (I) связаны с экономическим показателем схемы размещения (λ_э), зависимостью λ_э =l/h. С помощью справочных таблиц выбирается целесообразная схема размещения светильников. На основании принятой схемы размещения светильников определяется их потребное количество.

5. Определение потребной освещенности рабочих мест. Нормирование освещенности производится в соответствии со СНиП 23-05-95, как это было изложено выше.

6. Расчет характеристик источника света. Для расчета общего равномерного освещения применяется метод коэффициента использования светового потока, а расчет освещенности общего локализованного и местного освещения производится с помощью точечного метода.

В основу метода светового потока заложена формула:

(17)

где Ф_л – световой поток одной лампы, лм;

Е_н – нормируемая минимальная освещенность, лк;

S – площадь освещаемого помещения, м²;

К_з – коэффициент запаса;

Z – коэффициент минимальной освещенности;

N – число светильников в помещении;

n – число ламп в светильнике;

ŋ – коэффициент использования светового потока лампы [28].