Министерство высшего и среднего специального

Образования Р С Ф С Р

УГТУ

Производственное освещение

Сборник лабораторных работ по охране труда

для студентов всех специальностей.

Составитель О.И. Строкова

Ульяновск

Содержание

1. Правила по технике безопасности при выполнении

лабораторной работы……………………………………………………….. 5

2. Цель Работы…………………………………………………………………..5

3. Основные сведения…………………………………………………………...6

3.1. Основные понятия и единицы измерения……………………………...6

3.2. Условия, определяющие зрительную работоспособность…………….8

3.3. Критерии гигиенической оценки зрительной работоспособности

и эффективности освещения……………………………………………11

4. Виды и системы освещения………………………………………………….13

5. Источники света………………………………………………………………15

6. Светильники…………………………………………………………………...18

7. Нормирование освещения…………………………………………………….24

7.1. Нормы искусственного рабочего освещения……………………………24

7.2. Нормы естественного и совмещенного освещения……………………..27

7.3. Нормы аварийного, эвакуационного и охранного освещения………….30

8. Экспериментально-расчетная часть…………………………………………..31

8.1. Лабораторная работа №15 "Исследование искусственной освещенности на рабочем месте. Расчет освещенности точечным методом"………………31

8.1.1. Содержание лабораторной работы……………………………………..31

8.1.2. Измерение освещенности с помощью люксметра……………………..31

8.1.3. Расчет освещенности точечным методом………………………………33

Контрольные вопросы………………………………………………………….39

8.2. Лабораторная работа № 16 "Исследование искусственной освещенности в помещении. Расчет освещенности методом коэффициента

использования"………………………………………………………………….40

8.2.1. Содержание лабораторной работы……………………………………...40

8.2.2. Расчет освещенности методом коэффициента использования

(методом светового потока)……………………………………………………41

Варианты заданий………………………………………………………………47

Контрольные вопросы………………………………………………………….48

8.3. Лабораторная работа № 17 "Исследование зрительной работоспособности и эффективности осветительной установки методом измерения запаса видимости и различимости"……………………………….49

8.3.1. Содержание лабораторной работы……………………………………...49

8.3.2. Работа с измерителем видимости М-53А……………………………….49

Контрольные вопросы…………………………………………………………..54

8.4. Лабораторная работа № 18 "Исследование и расчет естественного освещения . Расчет совмещенного освещения"……………………………….55

8.4.1. Содержание лабораторной работы……………………………………...55

8.4.2. Расчет естественного освещения помещения…………………………..55

8.4.3. Расчет совмещенного освещения помещения………………………….57

Контрольные вопросы………………………………………………………….61

Приложения (Таблицы 1-12)………………………………………………...…62

Список литературы……………………………………………………………72

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.1. Овладеть методами оценки качественно-количественных характеристик освещения, эффективности данной осветительной установки для конкретной работы.

1.2. Ознакомиться и системами и видами освещения, с характеристиками и критериями выбора источников света и светильников для определенных работ и помещений.

1.3. Изучить принципы нормирования искусственного, естественного и нормированного освещения помещений для конкретной зрительной работы с учетом всех влияющих факторов.

1.4. Освоить методы расчета искусственного, естественного и нормированного освещения помещений (светотехнические расчеты).

1.5. Научиться работать с основными светотехническими измерительными приборами: люксметром, измерителем видимости и др.

2. Основные сведения.

2.1. Основные понятия и единицы измерения.

Световой поток Ф - это количественная характеристика лучистого потока, выражающая его способность производить световое ощущение. Единицей светового потока является люмен(лм) - световой поток, излучаемый в единичном пространственном угле w в 1 стерадиан (стер) равномерным точечным источником, имеющим силу света I в 1 канделу.

Ф = I w (2.1)

Сила света I - это отношение светового потока Ф, испускаемого источником света внутри бесконечно малого конуса, ось которого совпадает с данным направлением, к пространственному углу этого конуса w.

средняя сила света

(или иначе: сила света-пространственная плотность светового потока).

Единицей силы света является кандела (кд). 1 кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающая монохроматическое излучение частотой 540 10¹²Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/стер.

Освещенность Е - отношение светового потока Ф, воспринятого бесконечно малым элементом поверхности к площади этого элемента А.

Средняя освещенность поверхности конечных размеров

(иначе, освещенность - поверхностная плотность светового потока)

Существует другая зависимость: освещенность в расчетной точке поверхности

где

I - сила света источника в направлении к точке (кд);

l - расстояние от точечного источника света до расчетной точки освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению силы света (м).

Единицей освещения является люкс(лк) - его освещенность, которую создает равномерно распределенный световой поток в 1 лм на площади в 1 м². Формулы (3.5) и (3.6) являются основной для светотехнических расчетов освещенности методами светового потока и точечным.

Яркость (средняя) светящей поверхности (L) - отношение силы света I, излучаемой поверхностью А в данном направлении, к площади проекции светящей поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

где a - угол между перпендикуляром к светящей поверхности и направлению силы света.

Этой формулой пользуются, определяя яркости источника света и светильника.

Яркость освещаемой, диффузно отражающей поверхности (гипо, клеевая краска), определяется по выражению

где r - коэффициент диффузного отражения поверхности (табл. 3.1)

Яркость освещенной поверхности, обладающей направленным (зеркальным) отражением, можно определить по формуле

где r - коэффициент зеркального отражения освещенной поверхности.

Соответственно, яркость освещаемой напросвет, диффузно пропускающей поверхности (молочное стекло), равна

где t - коэффициент пропускания поверхности (табл. 3.1.).

Единицей яркости является кандела. Яркость является той из световых величин, на которую глаз реагирует непосредственно. Предмет становится различным только потому, что он имеет яркость, отличную от яркости фона, на котором он находиться. Яркость, таким образом, характеризует свечение источника света и освещаемых ими предметов по разным направлениям и не зависит от расстояния, на котором они рассматриваются.

В соответствии с законом сохранения энергии:

r + t + b = 1

где b - коэффициент поглощения (табл. 3.1.).

Таблица 3.1.

Материалы	Коэффициент отражения, поглощения, пропускания
	r	b	t
Стеклянное зеркало	0,85	0,15	-
Белая клеевая (меловая)краска	0,80	0,20	-
Белая бумага	0,75	0,25	-
Желтая краска	0,40	0,60	-
Необработанная поверхность чугуна	0,10	0,90	-
Черная ткань, бумага	0,02	0,98	-
Оконное стекло	0,08	0,02	0,90
Матированное стекло	0,10	0,05	0,85
Молочное стекло (тол. 2-3 мм)	0,45	0,15	0,40
Хром полированный	0,65	0,35	-

3.2. Условия, определяющие зрительную работоспособность человека.

Осветительная установка является рациональной, если она создает условия для высокой зрительной работоспособности без утомления глаз в течении длительного времени (обычно в течении рабочего дня). Рациональные осветительные условия можно создать не только увеличением освещенности или иначе, увеличением количества электроэнергии на цели освещения (этот путь не является лучшим и единственным), но, и это главное, правильным выбором качественных параметров освещения. Соблюдением этих параметров можно при сравнительно небольших условиях освещенности обеспечить глазу высокую работоспособность. Зрительная работоспособность - это способность глаза длительно и качественно выполнять конкретную работу без утомления.

К качественным параметрам, определяющим зрительную работоспособность, относятся:

1. Размер и форма различаемого объекта (риски, линии, пятна)

2. Размер поля зрения и поля обзора: поле зрения - это совокупность точек в пространстве, которые могут быть замечены, если глаз и голова неподвижны; поле обзора - это совокупность точек в пространстве, которые могут быть фиксированы подвижным глазом при неподвижной голове; работоспособность значительно снижается, если размеры поля зрения ограничиваются величиной, меньшей 10¸5 угловых градусов.

3. Яркость фона или поля зрения и ее постоянство во времени. Рост отражения яркости оборудования, стен до определенного предела влечет за собой значительное повышение работоспособности глаза.

4. Наличие прямой отраженной блескости в поле зрения в направлении к глазу, вызывающей ухудшение нормальной работы глаза - "ослепленность". Оценку слепящего действия источника возможно проводить по показателю ослепленности P

Р = (С-1)1000,

где С - коэффициент ослепленности

V₁,V₂ - видимости объектов наблюдения соответственно при экранировании блеских источников света и без экранирования их, полученные с помощью измерителя видимости.

Для различных зрительных работ показатель ослепленности нормируется l

Наибольшие допустимые яркости рабочих поверхностей составляют 2000 кд/м² при площади рабочей поверхности, м², менее 0,0001

1500 -"- -"- -"- от 0,0001 до 0,001

1000 -"- -"- -"- св. 0,001 до 0,01

750 -"- -"- -"- св. 0,01 до 0,1

500 -"- -"- -"- более 0,1

Известно, что яркость лампы накаливания составляет 10⁷, люминесцентной - 7 10³, снега в солнечный день - 3 10⁴, ясного неба- 1600 кд/м²

5. Яркостный и цветовой контраст объекта различается с фоном. Яркостный контраст определяется формулой

где r_d r_m - большее и меньшее значение коэффициента отражения объекта и фона.

L_ф - яркость фона

L_o - яркость объекта

L_ф и L_o определяются по указанным выше формулам, (3.7 - 3.10), предварительно замерив освещенность люксметром и выбирая коэффициент отражения фона и объекта по табл. 3.1.

6. Спектральный состав света. Известно, что свет естественный, от ламп накаливания, люминесцентных (разрядных) ламп различных марок воспринимается глазом по-разному: создает различное ощущение светлоты. Наиболее благоприятен для глаза естественный дневной свет и искусственный, приближенный к дневному свету (от люминесцентных ламп).

7. Равномерность распределения яркостей фона в поле зрения и в поле обзора. Эта равномерность характеризуется соотношением яркостей центральной периферической части рабочей поверхности или поля зрения L_ц/L_пер и соотношением яркости центральной части поля зрения и поля окружения - оборудования, стен, колонн и др. - L_ц/L_ок . Для глаза благоприятны такие условия, когда все поверхности, находящиеся в поле зрения, имеют одинаковые или мало отличающиеся яркости, т.е.

L_ц = L_пер

Разнояркие поверхности вызывают частую переадаптацию (нарушение приспособления глаза к определенной яркости), утомляют зрение, ухудшают восприятие объекта, снижают производительность и качество работы.

Нормы [1] регламентируют отношение максимальной освещенности к минимальной в зоне размещения рабочих мест. Оно не должно превышать для работ 1-3 разрядов при люминесцентных лампах 1,3; при других источниках света 1,5; для работ 4-7 разрядов - соответственно 1,5 и 2.

8. Время различения рассматриваемого объекта, которое в производственных условиях может быть ограниченным и даже кратковременным.

Величину, обратную наименьшему времени различения заданного объекта в определенных осветительных условиях, называют скоростью различения (в C^-1).

9. Наличие в поле зрения посторонних, мешающих зрительной работе, объектов.

10. Индивидуальные особенности зрения человека, определяемые его возрастом, состоянием здоровья, утомлением и др.

11. Окружающие условия: температура, шум, загазованность.

Исследованиями установлено, что уровень работоспособности глаза будет тем выше, чем больше размеры различаемого объекта и поля зрения, чем проще форма объекта, чем выше (до определенного предела) яркость фона, чем больше яркостный и цветовой контрасты объекта с фоном, чем меньше прямая и отраженная блескость в направлении к глазу, чем равномернее распределение яркости в поле зрения, чем больше время различения. Благоприятны для глаза правильно подобранный спектральный состав света, отсутствие мешающих зрительному процессу необязательных индексов, обозначений ("пестроты") в поле зрения, отсутствие пульсации светового потока.

Правильно выбранное направление света на рабочее место не только избавит глаз от отраженной блескости, но и позволит лучше различать объемные объекты вследствие повышения контраста за счет тенеобразования.

Таким образом, тщательный выбор и учет всех рассмотренных параметров освещения при организации осветительных условий на рабочем месте обеспечивает высокий уровень зрительной работоспособности, а в сочетании с элементами условий труда (если они соответствуют нормам) и высокую общую работоспособность человека.

Все сказанное здесь можно распространить на естественное освещение помещений.

Естественное освещение принято характеризовать не освещенностью (она переменна), а коэффициентом естественной освещенности, который представляет собой отношение одновременно замеренных естественных горизонтальных освещенностей внутри и снаружи помещения и является величиной постоянной для каждой точки помещения.

КЕО = Е_вн/Е_нар × 100 % = const

Постоянную величину КЕО можно нормировать и рассчитывать.

3.3. Критерии гигиенической оценки зрительной работоспособности и эффективности освещения.

Для оценки рациональности осветительных условий и тесно связанной с ними зрительной и общей работоспособности человека существуют определенные критерии и методы.

Наиболее полным и общим критерием для комплексной оценки влияния на зрительную работоспособность всех рассмотренных выше качественно-количественных параметров освещения является видимость и различимость.

Видимость и различимость это комплексные зрительные функции, характеризующие уровень работоспособности глаза в конкретных условиях.

Под видимостью принято понимать пороговое восприятие объекта, как бесформенного пятна с яркостью, еле-еле отличимой от фона.

Различимость - это такое пороговое восприятие объекта, когда становиться едва различимой форма объекта (его узнавание). Отсюда, отношение фактического контраста объекта с фоном (К) к его пороговому значению (К_пор) будет количественно характеризовать запас видимости и различимости. Этот запас можно определить как расчетом, так и измерением с помощью приборов - измерителей видимости, фиксирующих названное соотношение (в порогах)

где К - фактический контраст объекта с фоном при заданных осветительных условиях, который можно определить по формулам (3.13 и 3.14);

К_пор - пороговый контраст, т.е. наименьший контраст, различаемый глазом, между данным объектом и фоном при тех же заданных осветительных условиях (или наименьшая, еще воспринимаемая глазом, разность яркостей фона и объекта).

Величина, обратная К_пор, характеризует контрастную чувствительность глаза, т.е.

К_ч × К_пор = 1

Снижая с помощью измерителя видимости существующий контраст К до К_пор, определяют соотношение между ними, т.е. определяют запас видимости данного объекта в заданных условиях освещения без нарушения этих условий. Один и тот же рассматриваемый объект, находясь в различных осветительных условиях, обусловленных уровнями освещенности (яркости) фона, контрастом, равномерностью распределения яркости и многими другими ранее перечисленными факторами, будет иметь различные запасы видимости. Большой запас видимости будет свидетельствовать о высокой работоспособности глаза и о рациональности осветительных условий. Таким образом, измерением видимости можно легко и просто оценить все многообразие факторов, комплексно влияющих на работоспособность глаза в реальной обстановке. Работа с измерителем видимости рассматривается в п. 8.3.2.

Зрительную работоспособность человека можно оценить и по другим параметрам: по производительности труда, по утомлению зрения, по качеству работы (браку), но эти, так же комплексные методы, являются более трудоемкими и не всегда приемлемыми.

4. ВИДЫ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ.

Освещение производственных помещений может быть искусственным, естественным и совмещенным (когда недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным).

Искусственное (электрическое) освещение может быть рабочим, аварийным, эвакуационным, охранным, дежурным, специальным [1].

Рабочее освещение предназначено для выполнения конкретной зрительной работы в течении всей рабочей смены, а также для прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение предназначено для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения.

Эвакуационное освещение предназначено для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения.

Дежурное освещение - освещение в нерабочее время, обеспечивающее общий осмотр помещения.

Рабочее искусственное освещение производственных помещений проектируется 2-х систем:

1. общее равномерное или локализованное

2. комбинированное.

При общем равномерном освещении светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно, при общем локализованном освещении - применительно к расположению оборудования или рабочих мест.

Комбинированное искусственное освещение - освещение, при котором к общему освещению добавляется местное (МО).

Местное освещение - освещение дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственное на рабочих местах. В производственных условиях как самостоятельная система МО не применяется.

Систему комбинированного освещения как наиболее экономичную применяют, как правило, для освещения точных и особо точных работ (табл. 1 прил.) :

1. В помещениях, где производятся зрительные работы разрядов 1. Па и Пб.

2. В помещениях, где производятся зрительные работы с разрядами 2в, 2г, 3 и 4, связанные с различением объемных объектов для создания на них благоприятного распределения яркости (сборка приборов и аппаратов, столы ОТК и т.п.), с работами на блестящих поверхностях металлов, стеклах для исключения отраженной блескости [1,2].

Общее освещение в системе комбинированного обеспечивает равномерность распределения яркости, для чего его доля освещенности может составлять 10% и выше нормы для комбинированного освещения [1,2] .

Общее искусственное освещение, как правило, применяют для освещения помещений со зрительными работами малой точности и грубых, т.е. с разрядами 5-7. Для работ средней и высокой точности его применяют при наличии обоснований, сделанных проектировщиком (например, невозможности или нецелесообразности устройства местного освещения в системе комбинированного).

Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных отражающих конструкциях.

Исходной величиной, характеризующей условия наружного естественного освещения, является освещенность горизонтальной площадки, создаваемая диффузным (рассеянным) светом всего небосвода. Диффузный свет обусловлен многократным отражением прямых солнечных лучей от мельчайших взвешенных в атмосфере частиц воды, льда и пыли. На величину диффузной оказывает влияние характер и степень облачности, высота стояния солнца, прозрачность воздуха, коэффициент отражения земного покрова, время года. Средняя полуденная диффузная освещенность в течении года колебаться в пределах от 4000лк (декабрь) до 38000лк (июнь). Прямое солнечное освещение может достигать 100000 лк и более. Ночная освещенность при полнолунии 0,2 лк, в белые ночи - 2-3 лк. Естественное освещение по своему спектральному составу наиболее благоприятно для глаза. Естественное освещение подразделяется на боковое (через оконные проемы), верхнее (через световые фонари в верхней части зданий) и комбинированное, когда здание имеет боковое и верхнее освещение.

Неравномерность естественного освещения не должна превышать 3 : 1 для производственных и общественных зданий с верхним или комбинированным освещением и для основных помещений с боковым освещением, если в них находятся дети и подростки.

Неравномерность естественного освещения не нормируется для помещений с боковым освещением и помещений с верхним и комбинированным освещением, если в них выполняются работы 7 и 8 разрядов [1,2].

Как самостоятельная система, естественное освещение применяется в основном в помещениях со зрительными работами 4-8 разрядов.

В помещениях с 1-3 разрядами зрительной работы следует, как правило, предусматривать совмещенное освещение. Допускается применение совмещенного освещения и в помещениях со зрительными работами 4-8 разрядов, если по условиям технологии, организации производства или климата невозможно применить одно естественное освещение, когда технико-экономическая целесообразность совмещенного освещения подтверждена расчетом.

Нормирование искусственного, естественного и совмещенного освещения рассмотрено в разделе 7, а расчеты в разделе 8.