Основные светотехнические характеристики.

Правильно спроекти­рованное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет вы­сокую работоспособность.

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излуче­ния (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38...0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зе­леный цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

- световой поток, Ф — часть лучистого потока, воспринимаемая че­ловеком как свет; характеризует мощность светового излучения, изме­ряется в люменах (лм);

сила света J — пространственная плотность светового потока; оп­ределяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источ­ника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dW, к величине этого угла; J=dФ/dW ; измеряется в канделах (кд);

освещенность Е—поверхностная плотность светового потока; оп­ределяется как отношение светового потока dФ, равномерно падаю­щего на освещаемую поверхность dS (м²), к ее площади: Е= dФ/dS , измеряется в люксах (лк);

яркость L поверхности под углом a к Нормали — это отношение силы света dJ_a, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению; L = dJ_a/(dScosa), измеряется в кд • м^-2.

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель освещенности, спектральный состав света.

Фон — это поверхность, на которой происходит различение объек­та. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падаю­щий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения р) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр к падающему на нее световому потоку Фпад; р = Фот/Фпм. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффици­ента отражения находятся в пределах 0,02...0,95; при р >0,4 фон считается светлым; при р = 0,2...0,4—средним и при р<0,2—темным.

Контраст объекта с фоном k — степень различения объекта и фона—характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона; k = (Lор—Lо)/Lор считается большим, если k>0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при k=0,2...0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k<0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности k_E—это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока

k_E= 100(Е_max-Е_min )/(2Е_cp ),

где Етin, Еmax, Еср —минимальное, максимальное и среднее значе­ния освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп k_E= 25...65 %, для обычных ламп накаливания k_E= 7%, для галогенных ламп накаливания k_E= 1 %.

Показатель ослепленности Ро — критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой,

Po=1000(V₁/V₂—1),

где V₁ и V₂ —видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Экранирование источников света осуществляется с помощью щит­ков, козырьков и т.п.

Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяет­ся числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V= k/k_пор, где k_пор —пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.

Системы и виды производственного освещения. При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом не­босвода и меняющемся в зависимости от географической широты» времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее —через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях; комбинированное — сочетание вер­хнего и бокового освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов —общее и комбинированное. Систему общего осве­щения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение (световой поток распреде­ляется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).

При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением при­меняют местное. Совокупность местного и общего освещения назы­вают комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, по­скольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.

По функциональному назначению искусственное освещение под­разделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным, эвакуационным, эритемным, бактерицидным и др.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений.

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авари­ях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания обору­дования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, нарушение технологического процесса и т.д. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5 % нор­мируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей: на лестничных клетках, вдоль основных проходов производст­венных помещений, в которых работают более 50 чел. Минимальная освещенность на полу основных проходов и на ступеньках при эваку­ационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях —не менее 0,2 лк.

Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраня­емых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.

Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации,

Условно к производственному освещению относят бактерицидное и эритемное облучение помещений. Бактерицидное облучение («осве­щение») создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, про­дуктов питания. Наибольшей бактерицидной способностью обладают ультрафиолетовые лучи с l=0,254...0,257мкм. Эритемное облучение создается в производственных помещениях, где недостаточно сол­нечного света (северные районы, подземные сооружения). Максимальное эритемное воздействие оказывают электромагнитные лучи с l= 0,297мкм. Они стимулируют обмен веществ, кровообращение, дыхание и другие функции организма человека.

Основные требования к производственному освещению. Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабо­чем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной ра­боты. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает ско­рость различения деталей, что сказывается на росте производительно­сти труда. Так, при выполнении отдельных операций на главном конвейере сборки автомобилей при повышении освещенности с 30 до 75лк производительность труда повысилась на 8%. При дальнейшем повышении до 100 лк —на 28 % (по данным проф. А. Л. Тарханова). Дальнейшее повышение освещенности не дает роста производительности.

При организации производственного освещения необходимо обес­печить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и окружающих предметах. Перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз переадаптироваться, что ве­дет к утомлению зрения и соответственно к снижению производитель­ности труда. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов осуществляется комбинированное освещение. Светлая окраска потолка, стен и оборудования способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения работающего.

Производственное освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов, их различение, и тем самым повышает утомляемость, снижает производительность труда. Особенно вредны дви­жущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими молочными стеклами, при естественном освещении, используя солн­цезащитные устройства (жалюзи, козырьки и др.).

Для улучшения видимости объектов в поле зрения работающего должна отсутствовать прямая и отраженная блескость. Блескость — это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая на­рушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение види­мости объектов. Блескость ограничивают уменьшением яркости источника света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильным направлением светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменять матовыми.

Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, обусловливают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенно­сти во времени достигается стабилизацией плавающего напряжения, жестким креплением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп.

При организации производственного освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов. Оптимальный спектральный состав обеспечивает естественное освещение. Для со­здания правильной цветопередачи применяют монохроматический свет, усиливающий одни цвета и ослабляющий другие.

Осветительные установки должны быть удобны и просты в эксплу­атации, долговечны, отвечать требованиям эстетики, электробезопас­ности, а также не должны быть причиной возникновения взрыва или пожара. Обеспечение указанных требований достигается применением защитного зануления или заземления, ограничением напряжения пи­тания переносных и местных светильников, защитой элементов осве­тительных сетей от механических повреждений и т.п.

Нормирование производственного освещения. Естественное и искус­ственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05—95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Характеристика зрительной работы определяется наименьшим размером объекта раз­личения (например, при работе с приборами—толщиной линии градуировки шкалы, при чертежных работах —толщиной самой тон­кой линии). В зависимости от размера объекта различения все вилы работ, связанные со зрительным напряжением, делятся на восемь разрядов, которые в свою очередь в зависимости от фона и контраста объекта с фоном делятся на четыре подразряда.

Искусственное освещение нормируется количественными (мини­мальной освещенностью Е_min) и качественными показателями (пока­зателями ослепленности и дискомфорта, коэффициентом пульсации освещенности k_E)- Принято раздельное нормирование искусственного освещения в зависимости от применяемых источников света и системы освещения. Нормативное значение освещенности для газоразрядных ламп при прочих равных условиях из-за их большей светоотдачи выше, чем для ламп накаливания. При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не менее 10 % нормируемой освещен­ности. Эта величина должна быть не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания.

Для ограничения слепящего действия светильников общего осве­щения в производственных помещениях показатель ослепленности не должен превышать 20...80 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы. При освещении производственных по­мещений газоразрядными лампами, питаемыми переменным током промышленной частоты 50 Гц, глубина пульсации не должна превы­шать 10...20 % в зависимости от характера выполняемой работы.

При определении нормы освещенности следует учитывать также ряд условий, вызывающих необходимость повышения уровня освещен­ности, выбранного по характеристике зрительной работы. Увеличение освещенности следует предусматривать, например, при повышенной опасности травматизма или при выполнении напряженной зрительной работы I...IV разрядов в течение всего рабочего дня. В некоторых случаях следует снижать норму освещенности, например, при кратко­временном пребывании людей в помещении.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая ос­вещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метео­рологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина—коэф­фициент естественной освещенности КЕО, не зависящий от вышеука­занных параметров. КЕО —это отношение освещенности в данной точке внутри помещения Евн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой светом полностью от­крытого небосвода, выраженное в процентах, т.е. КЕО = 100 Евн/Ен.

Принято раздельное нормирование КЕО для бокового и верхнего естественного освещения. При боковом освещении нормируют мини­мальное значение КЕО в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна; в помещениях с верхним и комбинированным освещением —по усредненному КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом ха­рактеристики зрительной работы, системы освещения, района распо­ложения зданий на территории страны

E_H = КЕО тс,

где КЕО —коэффициент естественной освещенности; определяется по СНиП 23-05—95; т —коэффициент светового климата, определя­емый в зависимости от района расположения здания на территории страны; с —коэффициент солнечности климата, определяемый в за­висимости от ориентации здания относительно сторон света; коэффи­циенты т и с определяют по таблицам СНиП 23-05—95.

Совмещенное освещение допускается для производственных по­мещений, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов;

для производственных помещений, строящихся в северной климати­ческой зоне страны; для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды (уча­стки прецизионных металлообрабатывающих станков, электропреци­зионного оборудования). При этом общее искусственное освещение помещений должно обеспечиваться газоразрядными лампами, а нормы освещенности повышаются на одну ступень.

Источники света, осветительные приборы. Источники света, при­меняемые для искусственного освещения, делят на две группы— газоразрядные лампы и лампы накаливания. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфра­мовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминес­ценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

При выборе и сравнении источников света друг с другом пользуются следующими параметрами: номинальное напряжение питания U (В), электрическая мощность лампы Р (Вт); световой поток, излучаемый лампой Ф (лм), или максимальная сила света J(кд); световая отдача ψ == Ф/Р (лм/Вт), т.е. отношение светового потока лампы к ее элект­рической мощности; срок службы лампы и спектральный состав света.

Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и при различных метеорологических условиях окружающей среды лампы накаливания находят широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 7...20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличаетих спектральный состав от солнечного света.

В последние годы все большее распространение получают галогеновые лампы —лампы накаливания с иодным циклом. Наличие в колбе паров иода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. световую отдачу лампы (до 40 лм/Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с иодом и вновь оседают на вольф­рамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс. ч. Спектр излучения галогеновой лампы более близок к естественному.

Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача 40... 110 лм/Вт. Они имеют значительно большой срок службы, который у некоторых типов ламп достигает 8...12 тыс. ч. От газоразрядных ламп можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминоформ. По спектраль­ному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ).

Основным недостатком газоразрядных ламп является пульсация светового потока, что может привести к появлению стробоскопическо­го эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия. При кратности или совпадении частоты пульсации источника света и обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения, что делает

При выборе источников света для производственных помещений необходимо руководствоваться общими рекомендациями: отдавать предпочтение газоразрядным лампам как энергетически более эконо­мичным и обладающим большим сроком службы; для уменьшения первоначальных затрат на осветительные установки и расходов на их эксплуатацию необходимо по возможности использовать лампы наи­меньшей мощности, но без ухудшения при этом качества освещения.

Создание в производственных помещениях качественного и эф­фективного освещения невозможно без рациональных светильников. Электрический светильник—это совокупность источника света и осветительной арматуры, предназначенной для перераспределения из­лучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранения глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света, защиты источника от механических повреждений, воздействия окружающей среды и эстетического оформления помеще­ния.

Для характеристики светильника с точки зрения распределения светового потока в пространстве строят график силы света в полярной системе координат (рис. 6.1). Степень предохранения глаз работников от слепящего действия источника света определяют защитным углом светильника. Защитный угол —это угол между горизонталью и ли­нией, соединяющей нить накала (поверхность лампы) с противопо­ложным краем отражателя (рис. 6.2.). Важной характеристикой светильника является его коэффициент полезного действия — отно­шение фактического светового потока светильника Фф к световому потоку помещенной в него лампы Фп, т.е. η_св = Фф/Фп.

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

Рис. 6.2 . Защитный Рис. 6.3. Основные типы светильников:

угол светильника: о — «Универсаль»; б — «Глубокоизлучатель»; в — «Люцета»;

а — с лампой накаливания; г — «Молочный шарик»; д — взрывобсзопасный типа ВЗГ;

б — с люминесцентными лам­пами е —типа ОД; ж—типа ПВЛП

среды, удобство монтажа и обслуживания, соответствовать эсте­тическим требованиям. В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащищенные, взрывобезопасные. На рис. 6.3. приведены некоторые наиболее распространенные типы светиль­ников (а—д —для ламп накаливания, е—ж —для газоразрядных ламп).

Расчет производственного освещения. Основной задачей светотех­нических расчетов является: для естественного освещения определение необходимой площади световых проемов; для искусственного — тре­буемой мощности электрической осветительной установки для созда­ния заданной освещенности.

При естественном боковом освещении требуемая площадь световых проемов (м²)

,

где S_П — площадь пола помещений, м²; _ок — коэффициент световой активности оконного проема; k_ЗД — коэффициент, учитывающий за­тенение окон противостоящими зданиями; k_З, — коэффициент запаса;

определяется с учетом запыленности помещения, расположения стекол (наклонно, горизонтально, вертикально) и периодичности очистки; - коэффициент, учитывающий влияние отраженного света; опреде­ляется с учетом геометрических размеров помещения, светопроема и значений коэффициентов отражения стен, потолка, пола; - об­щий коэффициент светопропускания; определяется в зависимости от коэффициента светопропускания стекол, потерь света в переплетах окон, слоя его загрязнения, наличия несущих и солнцезащитных конструкций перед окнами.

При выбранных светопроемах действительные значения коэффициента естественного освещения для различных точек помещения рассчитывают с использованием графоаналитического метода Данилюка по СНиП 23-05—95.

При проектировании искусственного освещения необходимо вы­брать тип источника света, систему освещения, вид светильника;

наметить целесообразную высоту установки светильников и размеще­ния их в помещении; определить число светильников и мощность ламп, необходимых для создания нормируемой освещенности на рабочем месте, и в заключение проверить намеченный вариант освещения на соответствие его нормативным требованиям.

Расчет общего равномерного искусственного освещения горизон­тальной рабочей поверхности выполняется методом коэффициента использования светового потока. Световой поток (лм) одной лампы или группы люминисцентных ламп одного светильника

где Е_н —нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05—95, лк; S - площадь освещаемого помещения, м²; z — коэффициент нерав­номерности освещения, обычно z= 1,1 1,2; k_з, —коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света, обычно

k_з = 1,3 1,8; п —число светильников в по­мещении; - коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока, давший название методу расчета, определяют по СНиП 23-05—95 в зависимости от типа светильника, отражательной способности стен и потолка, размеров помещения, определяемых индексом помещения

,

где А, В — длина и ширина помещения в плане, м; H — высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м.

По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 2239—79* и ГОСТ 6825—91 выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют необходимую электрическую мощность. При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10...20 %.

Для поверочного расчета местного освещения, а также для расчета освещенности конкретной точки наклонной поверхности при общем' локализованном освещении применяют точечный метод. В основу точечного метода положено уравнение

E_A=J_acos /r²

где Е_A — освещенность горизонтальной поверхности в расчетной точке. А, лк; Jа —сила света в направлении от источника к расчетной точке А; определяется по кривой распределения светового потока выбираемого светильника и источника света; —угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка, и направлением вектора силы света в точку А, r—расстояние от светильника до точки А, м.

Учитывая, что r = H/соs и вводя коэффициент запаса k_з, получим E_A=J_acos³ /(Hk₃). Критерием правильности расчета служит нера­венство Е_A Ен.