Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МУ освещение.DOC
Скачиваний:
6
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
383.49 Кб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО образованию

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «промышленная экология и безопасность жизнедеятельности»

исследование показателей качества и эффективности искусственного освещения

Методические указания к лабораторной работе

РПК

"Политехник"

Волгоград

2007

УДК 628.921

Рецензент:

канд. техн. наук доцент В. А. Козловцев

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Исследование показателей качества и эффективности искусственного освещения: метод. указ. к лабораторной работе/ Сост. А. А. Липатов, С. В. Смирнова, Л. И. Греков/ ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – 20 с.

В методических пособиях содержится информация об основных светотехнических показателях качества искусственного освещения и их нормирования, а также данные о преимуществах, недостатках и эффективности различных типов ламп. приведена методика измерения освещенности, коэффициента пульсации освещенности и порядок выполнения лабораторной работы.

Методические указания предназначены для студентов ВолгГТУ всех специальностей и форм обучения при изучении курса "Безопасность жизнедеятельности".

ÓВолгоградский государственный

технический университет, 2007

1. Цель и основные задачи работы

Целью настоящей работы является изучение методики оценки показателей качества и эффективности искусственного освещения (коэффициента пульсации освещенности и световой отдачи источников света), выявление преимуществ и недостатков различных типов ламп.

Основные задачи работы:

1) освоение методов работы с люксметром-пульсаметром;

2) практическое определение коэффициента пульсации освещенности для различных типов ламп и разных схем их включения;

3) качественное исследование световой отдачи различных типов ламп путем сопоставления создаваемой ими освещенности с потребляемой мощностью.

2. Теоретическая часть

Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает сохранность зрения человека, его центральной нервной системы, а также безопасность и повышение производительности труда на производстве.

Наилучшим для зрения человека является естественное освещение. Однако в темное время суток, при неблагоприятных погодных условиях, а также в рамках системы совмещенного освещения не обойтись без искусственного, осуществляемого электрическими лампами.

Глаз человека воспринимает узкую часть оптического диапазона – с длинами электромагнитных волн 380…770 нм. Излучение с длиной волны свыше 770 нм – инфракрасное, с длиной волны менее 380 нм – ультрафиолетовое. Изменение длины волны излучения внутри видимого диапазона глаз воспринимает как изменение цвета: от темно-фиолетового на нижней границе диапазона до темно-красного – на верхней. Важно и то, что одинаковая интенсивность видимого света с разными длинами волн может вызвать различный уровень зрительных ощущений. Наиболее чувствительно зрение человека к излучению с длиной волны 555 нм (середина видимого диапазона, желто-зеленый цвет). К границам видимой части спектра восприятие уменьшается до нуля.

Рассмотрение системы светотехнических величин удобнее начать со светового потока. Световой поток Φ мощность лучистой энергии, излучаемой источником во всех направлениях. На первый взгляд, единицей измерения светового потока должна быть системная единица мощности – ватт. Однако световой поток оценивается по зрительному ощущению, которое испытывает глаз человека. Из двух источников, излучающих в пространство одинаковую мощность (в ваттах), но на разных длинах волн, например, в красной (близкой к границе видимого диапазона) и зеленой (в середине видимого диапазона) частях спектра, больший световой поток создает «зеленый» источник, так как человеческое зрение к нему более восприимчиво. Поэтому световой поток измеряют в специальных единицах – люменах (лм). Подчеркнем, что световой поток является параметром источника света, а не характеристикой условий зрительной работы.

Источники, как правило, излучают свет в пространство неравномерно. Для оценки интенсивности излучения в разных направлениях вводится еще одна характеристика источника. Это сила света I – пространственная плотность светового потока в данном направлении, т. е. отношение светового потока dФ, исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри малого телесного угла dΩ, к величине этого угла: I = dФ/dΩ. Единица измерения – кандела: 1 кд = 1 лм/стер (стер – стерадиан).

Основной характеристикой условий зрительной работы является освещенность Е – отношение светового потока dФ, падающего на малый элемент поверхности, к площади этого элемента dS: Е = dФ/dS. За единицу освещенности принят люкс (лк): 1 лк = 1 лм/м2. Именно освещенность количественно оценивает бытовые понятия «много света – мало света», а создание достаточной по величине освещенности в первую очередь обеспечивает комфортные зрительные условия.

Еще одной светотехнической характеристикой (источника света) является яркость L (кд/м2) элемента светящейся поверхности dS под углом θ к нормали этого элемента – отношение создаваемой им силы света I в данном направлении к площади его проекции на плоскость, перпендикулярную данному направлению: L = I/(dScosθ). В отличие от освещенности, увеличение яркости негативно сказывается на условиях зрительной работы: наличие ярких источников в поле зрения вызывает ослепленность (правильнее говорить: «наличие в поле зрения прямой или отраженной блескости», так как яркость является собственной характеристикой источника и присутствие в поле зрения яркого, но удаленного источника света ослепляющего действия не оказывает).

Следующая светотехническая характеристика – коэффициент отражения ρ фона (поверхности, непосредственно прилегающей к объекту различения). Определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока ФОТР к падающему на нее ФПАД: ρ = ФОТР/ФПАД. Фон считается светлым при ρ > 0,4, при ρ = 0,2…0,4 – средним, при ρ < 0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном К определяется как отношение модуля разности яркостей объекта LО и фона LФ к яркости фона: К = |LО LФ| /LФ. Контраст считается большим при К > 0,5, средним при К = 0,2…0,5 и малым при К < 0,2.

Последняя из основных светотехнических характеристик – видимость V. Описывает способность глаза воспринимать объект. Определяется числом пороговых контрастов в результирующем контрасте К объекта с фоном: V = KПОР (КПОР – наименьший различимый контраст).

Основным (количественным) нормируемым показателем для искусственного освещения является минимальная освещенность рабочей поверхности. Согласно СНиП 23-05-95 [4] величина нормы освещенности ЕН зависит от разряда зрительной работы (основной фактор), контраста объекта с фоном (с увеличением контраста ЕН снижается), характеристики фона (в целом ЕН несколько выше для более светлого фона), а также от системы освещения (при комбинированном освещении требуется большая освещенность, чем при общем). Установлено восемь разрядов зрительной работы. К тому или иному разряду ее относят по точности, т. е. по величине наименьшего (непосредственно в мм) или эквивалентного размера объекта различения (с учетом расстояния до него). Для зрительной работы наивысшей точности (разряд I) размер объекта различения менее 0,15 мм, для грубой работы (разряд VI) – свыше 5 мм (к разрядам VII и VIII относятся работа со светящимися объектами и общие наблюдения соответственно). С переходом к более точным работам (от низших разрядов к I-му) минимально необходимая освещенность ЕН возрастает.

Отношение максимальной освещенности к минимальной (в разных местах освещаемой рабочей поверхности) не должно превышать:

– для работ I…III разрядов – 1,3 при использовании люминесцентных ламп и 1,5 для других (точечных) источников света;

– для работ IV разряда и ниже – 1,5 и 2,0 соответственно.

С той же целью – равномерного освещения рабочих поверхностей – в рамках комбинированной системы светильники общего освещения должны создавать не менее 10 % суммарной освещенности, а применение на производстве только местного освещения не допускается.

Кроме освещенности нормируются и качественные характеристики искусственного освещения. Наиболее значимыми из них являются показатель ослепленности и коэффициент пульсации освещенности.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой:

P = (S 1)∙1000, (1)

где S = V1/V2 – коэффициент ослепленности; причем V1 – видимость объекта наблюдения при экранировании блестких (посторонних) источников света, V2 – видимость объекта при их наличии в поле зрения.

Значения P не должны превышать: от 10…20, для I-го разряда зрительной работы, до 40 – для разрядов, начиная с IV-го.

Не менее важной характеристикой является коэффициент пульсации освещенности КП – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп (в основном, газоразрядных) при питании их переменным током:

KП = 100∙(EМАКС – EМИН ) / 2EСР , % (2)

где ЕМАКС и ЕМИН – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; ЕСР среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Так как ознакомление с коэффициентом пульсации освещенности является основной задачей настоящей лабораторной работы, остановимся на нем подробнее. Значение протекающего через лампу переменного тока дважды за период изменения становится нулевым. В эти моменты мгновенное значение излучаемого лампой светового потока в той или иной степени уменьшается. Таким образом, световой поток пульсирует с частотой, равной удвоенной частоте питающего напряжения, (чаще всего – 100 Гц). Пульсация светового потока порождает пульсацию освещенности. При достаточно большой глубине пульсации видимое человеком изображение объектов (да и всей окружающей обстановки) как бы разбивается на кадры (вспомним, что в кино 24 кадра в секунду, здесь – 100). Поэтому может возникнуть стробоскопический эффект, проявляющийся в искажении восприятия быстро движущихся или вращающихся объектов. Объект может восприниматься как вращающийся с меньшей скоростью, в обратном направлении или даже неподвижным (как колеса перемещающихся автомобилей в кино). Это явление не только ухудшает условия зрительной работы, но и приводит к увеличению опасности травматизма в промышленности. Поэтому величина КП не должна превышать 10 % для зрительных работ I и II разрядов, 15 % – для разряда III и 20 % – в остальных случаях. На экранах мониторов компьютеров (и бытовых телевизоров), как и в кино, имеет место покадровое разбиение изображения (кадровая развертка). Поэтому для устранения негативных зрительных эффектов необходимо снижать пульсацию освещенности экрана от внешних источников в еще большей степени (см. ниже). Уменьшение КП может быть достигнуто:

– правильным выбором источника (типа лампы);

– смещением фазы тока для части ламп с помощью последовательно подключаемых к ним балластных – индуктивных или емкостных (конденсаторов) – сопротивлений (например, для одной из люминесцентных ламп в двухламповом светильнике);

– смещением фазы питающего соседние светильники (еще лучше – разные лампы в одном многоламповом светильнике) напряжения, для чего их включают в две или три разные фазы осветительной сети (трехфазное подключение эффективнее – величина КП снижается в большей степени);

– добавлением к общему освещению, осуществляемому газоразрядными лампами, светильников местного освещения с лампами накаливания, для которых значение КП намного меньше вследствие тепловой инерции;

– увеличением частоты питающего напряжения (при этом проявляется инерционность излучения света и для газоразрядных ламп).

Необходимость в мероприятиях по уменьшению величины КП и выбор соответствующих средств во многом зависит от типа ламп.

В настоящее время основными типами являются лампы накаливания и газоразрядные (разрядные).

Широкое применение ламп накаливания объясняется следующими их преимуществами: просты в изготовлении, компактны и удобны в эксплуатации, включаются в сеть без дополнительных пусковых приспособлений, могут работать при снижении напряжения в сети, мало зависят от температуры окружающей среды, световой поток к концу срока службы снижается незначительно (приблизительно на 15 %), глубина пульсации светового потока невелика (величина КП порядка 7…9 %). Последнее обусловливает их широкое применение в качестве источников местного освещения (в частности, на металлорежущих станках).

Однако лампы накаливания имеют существенные недостатки, главным из которых является низкая световая отдача: отношение испускаемого лампой светового потока к потребляемой ею электрической мощности (для ламп общего назначения находится в пределах 7…20 лм/Вт). Т. е. при использовании ламп накаливания приходится много платить за электроэнергию: получаемый с каждого ватта потребляемой мощности световой поток слишком мал – большая часть мощности расходуется на тепловое (инфракрасное) излучение. Кроме того, лампы накаливания имеют сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. час.), а в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает его от солнечного и ведет к искажению цветопередачи. В известной степени этих недостатков лишены галогенные лампы, в которых реализован механизм осаждения испаряющегося вольфрама обратно на элемент накаливания. Это позволяет повысить температуру последнего и тем самым приблизить спектр излучения к естественному, увеличив световую отдачу до 40 лм/Вт и одновременно не ухудшив долговечность (свыше 3 тыс. час.). К тому же, галогенные лампы обеспечивают наименьший коэффициент пульсации освещенности (порядка 1…2 %).

В газоразрядных лампах световое излучение генерируется электрическим разрядом в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также в результате явления люминесценции. Эти лампы делятся на два основных вида: газоразрядные лампы высокого давления (ГЛВД) и люминесцентные (ЛЛ), называемые также газоразрядными лампами низкого давления. ГЛВД применяются в условиях, когда требуется высокая световая отдача при компактности источника света и стойкости к неблагоприятным условиям внешней среды. Их основные разновидности: дуговые ртутные люминесцентные ДРЛ, металлогалогенные ДРИ, натриевые ДНаТ. Ксеноновые лампы ДКсТ из-за высокой мощности (от 5 кВт) внутри зданий не применяются. Общая черта ГЛВД – малые размеры светящегося тела (как и у ламп накаливания) при, как правило, высокой мощности, т. е. большая яркость, оказывающая ослепляющее действие (у ламп ДРЛ в несколько меньшей степени, так как свет излучает вся покрытая люминофором колба). Поэтому ГЛВД применяются для больших и высоких помещений.

Люминесцентные лампы, напротив, имеют большие размеры при малой яркости светящейся поверхности. Поэтому ЛЛ, учитывая их малую единичную мощность, применяются для небольших помещений при относительно малой высоте подвеса. В ЛЛ генерируемое электрическим разрядом в парах ртути ультрафиолетовое излучение попадает на покрывающий трубку изнутри слой люминофора, сообщая ему энергию для свечения в видимом диапазоне. Составом люминофора можно изменять спектр излучения. Основные типы ЛЛ (в порядке расширения спектра и приближения его к солнечному): белого света (ЛБ), дневного света (ЛД) и дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ). При необходимости правильного различения цветовых оттенков, следует применять лампы ЛДЦ.

Основным преимуществом всех видов газоразрядных ламп перед лампами накаливания является более высокая световая отдача (40…110 лм/Вт), что резко снижает потребление ими электроэнергии. Наибольшая световая отдача у натриевых ламп; у ламп ДРИ выше, чем у ДРЛ (100 против 60 лм/Вт). Световая отдача люминесцентных ламп в большой степени зависит от ширины спектра излучения. Расширение спектра сопровождается ростом затрат энергии на плохо видимое человеком излучение с близкими к границам видимого диапазона длинами волн (красные и синие лучи). Поэтому световая отдача при переходе от ламп ЛБ к ЛДЦ снижается (в зависимости от мощности) с 65…78 лм/Вт до 47…52 лм/Вт. Другим важным преимуществом газоразрядных ламп является большой срок службы, достигающий у некоторых типов 8…12 тыс. час. Отметим еще раз, что подбором инертных газов, паров металлов и люминофора можно получить любой спектр излучения, в т. ч. приближающийся к естественному.

Основным недостатком газоразрядных ламп является их малая инерционность, приводящая к существенным пульсациям светового потока и стробоскопическому эффекту. Например, одиночная лампа ДРЛ создает на освещаемой поверхности коэффициент пульсации освещенности 58 % , ДРИ – 37…48 % (в зависимости от наполнителя), ДНаТ – 72 %. «Не уступают» им и люминесцентные лампы: ЛБ – 34 %, ЛД – 55 %, ЛДЦ – 72 %. Трехфазное подключение многократно уменьшает КП: ЛБ – 3 %, ЛД – 5 %, ЛДЦ – 7 %. Другими недостатками этих ламп являются: высокая стоимость, необходимость применения пускорегулирующей аппаратуры (для запуска требуется разогреть электроды или подать на них повышенное стартовое напряжение; ЛЛ при температуре ниже 10 оС могут вообще не зажигаться), сложность утилизации из-за наличия паров ртути. Некоторые типы ламп имеют длительный период разгорания (до 15 мин), у других (в частности, у ЛЛ) значительно снижается световой поток к концу срока службы. Кроме того, газоразрядные лампы могут создавать радиопомехи.

В связи с широким использованием на производстве и в быту персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) следует отдельно остановиться на требованиях к искусственному освещению оборудованных ими рабочих мест [5]. В помещениях для эксплуатации ПЭВМ оно должно осуществляться системой общего равномерного освещения (в случае преимущественной работы с документами – системой комбинированного освещения). Особенностью является то, что нормируется не только минимальная, но и максимальная освещенность: на поверхности стола в зоне размещения документа она должна быть в пределах 300…500 лк. А освещенность поверхности экрана не должна превышать 300 лк. Яркость светящихся поверхностей (светильники, окна, потолок) – не более 200 кд/м2, а бликов на экране – не более 40 кд/м2. Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях должен быть не более 20. С целью ограничения прямой и отраженной блескости в качестве источников света следует применять ЛЛ: типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), – а защитный угол светильников должен быть не менее 40°. В светильниках местного освещения допускается применение ламп накаливания, в том числе – галогенных.

Работа с ПЭВМ накладывает особенно жесткие ограничения на пульсацию освещенности: величина КП не должна превышать 5 % (отсюда и требования к применению ЛЛ типа ЛБ). Основным методом снижения глубины пульсации является использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), преобразующих частоту питающего напряжения. При отсутствии светильников с ЭПРА необходимо применять трехфазное подключение ламп.

Для контроля качественных характеристик искусственного освещения используются комбинированные приборы: люксметры-яркомеры и люксметры-пульсаметры (позволяют помимо освещенности определять величину коэффициента пульсации КП ).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.