Практическое занятие № 1 расчет искусственного освещения

Цель практического занятия – закрепление полученных при изучении раздела «Освещение» теоретических знаний и формирование практических навыков расчета искусственного освещения.

1. Общие сведения

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых испытывается недостаток естественного света, а также для освещения помещения в те часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

По принципу организации искусственное освещение можно разделить на три вида: общее, местное 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).

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

Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное.

Характеристики искусственного освещения основаны на оценке ощущений, возникающих от воздействия светового излучения на человеческий глаз, и подразделяются на количественные и качественные.

Количественные характеристики

Энергия излучения (лучистая энергия) - энергия электромагнитного излучения (Дж).

Поток излучения (лучистый поток, мощность излучения) – полная энергия, переносимая электромагнитным излучением (в том числе и светом) в единицу времени, Вт. Полная энергия отражает энергию всех электромагнитных волн. Но для светотехники интерес представляют лишь те излучения, которые воспринимаются глазом человека как свет – видимое излучение.

Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм (1 нанометр = 10^-9 м), воспринимаемых человеческим глазом.

Световой поток (F) – мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению, люмен (лм). Т.е. световой поток – это часть лучистой энергии, воспринимаемая глазом человека как свет. F – численно равная отношению светового потока, идущего от точечного источника, к телесному углу w, в пределах которого он распространяется.

Сила света (I_a) – пространственная плотность светового потока. Единица измерения силы света - кандела (кд)

I_a = dF/dw. (1)

В системе СИ сила света является одной из основных единиц, а все остальные светотехнические единицы – производными от силы света.

Освещенность (Е) - поверхностная плотность светового потока, люкс (лк). Освещенность измеряется люксметром или рассчитывается

E = dF/dS. (2)

Яркость(В) - отношение силы света, излучаемой в рассматриваемом направлении, к площади светящейся поверхности нит (нт)

B = I_a /( dS∙cos a). (3)

К количественным характеристикам относят также светимость (светность) и некоторые другие.

Качественные характеристики

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается (характеризуется коэффициентом отражения p).

Коэффициент отражения - отношение отраженного от поверхности светового потока к падающему на нее световому потоку.

р =Fотр/Fпад.

Коэффициент отражения зависит от цвета и фактуры поверхности и колеблется в пределах 0,02-0,95. При р < 0,2 фон считается темным, от 0,2 до 0,4 – средним, и более 0,4 – светлым.

Объект различения, мм – размер наименьшего элемента, который необходимо увидеть в процессе работы.

Контраст объекта с фоном – характеризует соотношение яркостей рассматриваемого объекта и фона. При слабом различении объекта на фоне контраст считается малым, объект заметен на фоне – средним, четко различается – большим.

Коэффициент пульсации, К_п в % - критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током. Рассчитывается по формуле:

, % (4)

Требования к исполнению светильников

В качестве источников освещения наибольшее распространение получили лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания – источник света – раскаленная спираль из тугоплавкого материала (вольфрамовая). Они дают непрерывный спектр излучения с преобладанием желто-красных лучей. По конструкции бывают вакуумные, газонаполненные, бесспиральные (галогенные), бесспиральные с криптоно-ксеоновым наполнением, зеркальные и др.

Газоразрядные лампы бывают низкого и высокого давления.

Газоразрядные лампы низкого давления – люминесцентные, прямые трубчатые люминесцентные, люминесцентные лампы в виде кольца, компактные (энергосберегающие) люминесцентные лампы. Представляют собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем твердого кристаллического вещества – люминофора. Колба лампы наполнена дозированным количеством паров ртути (30-80мг) и инертным газом (обычно аргоном) при давлении около 400 Па. По обоим концам трубки укреплены электроды. При включении лампы электрический ток, протекающий между электродами, вызывает в парах ртути электрический разряд, сопровождающийся излучением (электролюминесценция). Это излучение, воздействую на люминофор, преобразуется в световое излучение (фотолюминесценция). В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью, в том числе близкой к естественному.

Газоразрядные лампы высокого давления можно подразделить на три группы: дуговые ртутные люминесцентные (ДРЛ), металлогалогенные (МГЛ) и натриевые лампы высокого давления (НЛВД).

Основные элементы устройства всех ламп одинаковы: в горелке из прочного тугоплавкого химически стойкого прозрачного материала в присутствии газов и паров металлов возникает свечение разряда - электролюминесценция.

Горелка ламп ДРЛ и МГЛ выполнена из кварца, а НЛВД - из специальной керамики - поликора. Горелки содержат зажигающий газ аргон или ксенон и пары металлов при высоком давлении: ртути (у ДРЛ), ртути и смеси галоидов некоторых металлов (у МГЛ - отсюда название этих ламп), ртути и паров натрия (у НЛВД).

Разряд происходит под действием приложенного к электродам горелки напряжения. Для облегчения зажигания в некоторых лампах предусмотрен вспомогательный электрод. Горелка размещена внутри внешней колбы обычно прозрачной у МГЛ и НЛВД или порытой изнутри слоем люминофора (для улучшения цветопередачи) у ДРЛ.

Все типы ламп требуют для своего питания, зажигания, разгорания и работы пускорегулирующего аппарата (ПРА), состоящего, по меньшей мере, из ограничивающего ток сопротивления (обычно дросселя). НЛВД, а в некоторых случаях МГЛ и ДРЛ, обязательно требуют для своего включения импульсного зажигающего устройства ИЗУ, подающего в момент зажигания импульс напряжения до 4000 В. Для некоторых типов МГЛ и НЛВД применяются электронные ПРА, повышающие срок службы, надежность работы ламп и качество создаваемого ими освещения.

Несмотря на относительную дешевизну ламп накаливания, более экономичными являются газоразрядные лампы, поскольку обладают большей светоотдачей и меньшим потреблением электроэнергии.

По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого, преимущественно прямого, рассеянного, отраженного и преимущественно отраженного света. Конструкция светильника должна надежно защищать источник света от пыли, воды и других внешних факторов, обеспечивать электро-, пожаро- и взрывобезопасность, стабильность светотехнических характеристик в данных условиях среды, удобство монтажа и обслуживания, соответствовать эстетическим требованиям. В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники открытые, защищенные, закрытые, пылепроницаемые, влагозащитные, взрывозащищенные, взрывобезопасные. На рис.1 приведены некоторые наиболее распространенные типы светильников (а – д – для ламп накаливания, е – ж – для газоразрядных ламп).

Рис.1. Основные типы светильников:

а – «Универсаль»; б – «Глубокоизлучатель»; в - «Люцета»; г – «Молочный шарик»; д – взрывобезопасный типа ВСГ; е – типа ОД; ж – типа ПВЛП

Обеспечение нормального освещения по принятым нормам освещенности является организационно-техническим мероприятием, призванным обеспечить приемлемые эргономические условия труда и быта человека в процессе жизнедеятельности.

Норма освещенности в первую очередь зависит от размера объекта различения, за которым человек наблюдает или с которым работает. Нормы освещенности также зависят от контраста, фона и типа освещения (табл.1).

Таблица 1

Характеристика зрительной работы	Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Подразряд зрительльной работы	Контраст объекта с фоном	Характеристика фона	Искусственное освещение
						Освещенность, лк			Сочетание нормируемых величин: показателя ослепленности (Р) и коэффициента пульсации (Кп)
						При системе комбинированного освещения		При системе общего освещения	Р	Кn , %
						Всего	В том числе от общего
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Наивысшей точности	менее 0,15	I	а	Малый	Темный	5000 4500	500 500	- -	20 10	10 10
			б	Малый Средний	Средний Темный	4000 3500	400 400	1250 1000	20 10	10 10
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	2500 2000	300 200	750 600	20 10	10 10
			г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний	1500 1250	200 200	400 300	20 10	10 10
Очень высокой точности	От 0,15 до 0, 30	II	а	Малый	Темный	4000 3500	400 400	- -	20 10	10 10
			б	Малый Средний	Средний Темный	3000 2500	300 300	750 600	20 10	10 10
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	2000 1500	200 200	500 400	20 10	10 10
			г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний	1000 750	200 200	300 200	20 10	10 10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Высокой точности	От 0,30 до 0,50	III	а	Малый	Темный	2000 1500	200 200	500 400	40 20	15 15
			б	Малый Средний	Средний Темный	1000 750	200 200	300 200	40 20	15 15
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	750 600	200 200	300 200	40 20	15 15
			г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний	400	200	200	40	15
Средней точности	Свыше 0,5 до 1,0	IV	а	Малый	Темный	750	200	300	40	20
			б	Малый Средний	Средний Темный	500	200	200	40	20
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	400	200	200	40	20
			г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний	-	-	200	40	20
Малой точности	Свыше 1 до 5	V	а	Малый	Темный	400	200	300	40	20
			б	Малый Средний	Средний Темный	-	-	200	40	20
			в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	-	-	200	40	20
			г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний	-	-	200	40	20
Грубая (очень малой точности)	Более 5	VI		Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном		-	-	200	40	20
Работа со светящими- ся материалами и изделиями в горячих цехах	Более 0,5	VII		Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном		-	-	200	40	20
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10
Общее наблюдение за ходом производственного процесса: - постоянное		VIII	а	Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном		-	-	200	40	20
- периодическое при постоянном пребывании людей в помещении - периодическое при периодическом пребывании людей в помещении Общее наблюде- ние за инженерными коммуникациями			б	То же		-	-	75	-	-
			в	То же		-	-	50	-	-
			г	То же		-	-	20	-	-