Методика и алгоритм расчета

Общие положения

Для создания гигиенически рационального освещения на производстве к нему предъявляются определенные требования, отражающие как количественные, так и качественные характеристики. Количественный показатель – освещенность Е рабочей поверхности в люксах (лк) оценивается поверхностной плотностью светового потока:

. (2.1)

где Ф – световой поток, падающий на рабочую поверхность, лм;

S – площадь рабочей поверхности, м².

К гигиеническим требованиям, отражающим качество производственного освещения, относятся следующие показатели:

- равномерное распределение яркости в поле зрения и ограничение теней;

- ограничение прямой и отраженной блескости.

В производственных помещениях используется три вида освещения: естественное, искусственное и совмещенное (характеризуется одновременным сочетанием естественного и искусственного освещения).

Естественное освещение создается природными источниками – прямыми солнечными лучами и диффузным (рассеянным) светом небосвода. Интенсивность и спектральный состав естественного освещения изменяются в зависимости от географической широты, времени суток, степени облачности и прозрачности атмосферы, степени загрязненности атмосферного воздуха, периода года. Этот вид освещения биологически наиболее ценен, к нему максимально приспособлен глаз человека. Действие естественного освещения определяется высокой интенсивностью светового потока и благоприятным спектральным составом.

В зависимости от конструктивного исполнения и расположения проемов для пропускания света естественное освещение подразделяется на: боковое, если световые проемы (окна) расположены в наружных стенах; верхнее, если световые проемы расположены в покрытии; верхнее освещение осуществляется и через фонари – специальные строительные конструктивные детали на крышах или в местах перепада высот смежных зданий; комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения.

Естественное освещение верхним или комбинированным светом обеспечивает большую равномерность уровня освещенности, чем боковое. При применении только бокового освещения создается высокая освещенность вблизи световых проемов и низкая в глубине цеха и при этом возможно образование теней от оборудования больших размеров.

Основной величиной для расчета и нормирования естественного освещения является коэффициент естественной освещенности (КЕО) е, который определяется отношением освещенности Е_вн, создаваемой в некоторой точке (рис.2.1) заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, создаваемой светом полностью открытого небосвода

(2.2)

Е_вн

Е_н

Рис. 2.1. Схема определения коэффициента естественной освещенности:

Е_ВН – освещенность внутри помещения в точке О;

Е_Н – наружная освещенность

На величину КЕО влияют размер и конфигурация помещения, размеры и расположения светопроемов, отражающая способность внутренних поверхностей помещения и затеняющих его объектов.

Световой поток, падающий на поверхность, частично отражается, поглощается или пропускается сквозь освещаемое тело. Поэтому световые свойства освещаемой поверхности характеризуются не только величиной падающего на нее светового потока, но и коэффициентами отражения r, пропускания g и поглощения a, причем во всех случаях

r + g + a =1, (2.3)

Коэффициент отражения r определяется как отношение светового потока Ф_отр, отраженного от поверхности, к падающему Ф_пад на нее световому потоку:

r= (2.4)

Таким образом, коэффициент отражения характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток. Отражение светового потока поверхностями зависит от их окраски, состояния и строения.

Средневзвешенный коэффициент отражения поверхностей (потолка, стен, пола) может быть подсчитан по формуле:

r₁×S₁ + r₂×S₂ +…+ r_n×S_n

rср = (2.5) где S₁ … S_n – площадь поверхностей, для которых определяются коэффициенты отражения;

r₁,…r_n – коэффициенты отражения для различных поверхностей.

Естественное освещение нормируется СНиП II-4-79 в зависимости от характеристики зрительной работы и системы освещения (для зданий, расположенных в III поясе светового климата бывшего СССР).

Нормированные значения КЕО для зданий, расположенных в I, II, IV, V поясах светового климата, определяется по формуле:

, (2.6)

где - значение КЕО для зданий, расположенных в III поясе светового климата;

m – коэффициент светового климата;

С – коэффициент солнечности климата.

Зрительные работы по степени точности их выполнения подразделяются на 8 разрядов (I – VIII).

Разряд и характеристика зрительной работы устанавливаются по наименьшему размеру объекта различения.

При боковом естественном освещении минимальное значение (е_мин) нормируется:

при одностороннем – в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов (так называемая расчетная точка) (рис. 2.2);

при двустороннем – в точке посередине помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения (например, посередине помещения по оси окон или между ними) и условной рабочей поверхности^* (или пола).

При верхнем или комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола).

Среднее значение КЕО находится по формуле:

(2.7)

где N – количество точек, в которых определяется КЕО (первая и последняя точки выбираются на расстоянии 1 м от поверхности наружных стен или перегородок);

е₁, е₂,… е_N – значение КЕО при верхнем или комбинированном освещении в точках характерного разреза помещения.

Для обеспечения нормированного значения КЕО при боковом освещении требуемая суммарная площадь световых проемов в зависимости от площади пола

, (2.8)

* Условная рабочая поверхность помещения – это горизонтальная плоскость, находящаяся на высоте 0,8 – 1 м над уровнем пола.

при верхнем освещении

, (2.9)

где – нормированное значение КЕО;

S₀, S_ф – площадь световых проемов (в свету) при боковом и верхнем освещении соответственно, м ²;

S_п – площадь пола помещения, м ²;

h₀ – световая характеристика окон [Приложение А., таблица А.7];

К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями [Приложение А., таблица А.8];

К_з – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации остекления и зависящий от концентрации вредностей в воздушной среде рабочей зоны и расположения светопропускающего материала[Приложение А., таблица А.9];

t₀ – общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле

t₀ = t₁ × t₂ × t₃ × t₄ × t₅ , (2.10)

где t₁ – коэффициент, учитывающий потери света в светопропускающем материале [Приложение А., таблица А.4];

t₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема [Приложение А., таблица А.4];

t₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении t₃ = 1) [Приложение А., таблица А.4];

t₄ - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах [Приложение А., таблица А.4];

t₅ – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимаемый равным 0,9;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхности помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию [Приложение А., таблица А.5];

h_ф – световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия;

r₂ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении, благодаря свету, отраженному от поверхности помещения;

Кф – коэффициент, учитывающий тип фонаря.

Значение величин, входящих в формулы 2.8 – 2.10, принимаются по СНиП II-4-79.

По расчетной площади световых проемов определяют их размер.

При выбранных светопроемах действительные значения КЕО в различных точках внутри помещения рассчитываются с использованием графического метода Данилюка А.М.

Методика и алгоритм расчета

1. Определить нормированное значение КЕО для выполняемой зрительной работы. Занести в табл. 2.1.

2. По формуле 2.6 вычислить е_Н для данного светового климата [1]. Занести в табл.2.1.

3. Определить площадь пола производственного помещения. Занести в табл 2.1.

4. Выбрать коэффициенты t₀, r₁, К_зд, К_з [1]. Занести в табл.2.1.

5. Рассчитать требуемую (расчетную) площадь световых проемов для данного производственного помещения по формулам (2.8) – (2.9). Результаты расчетов занести в табл. 2.1.

6. Определить требуемое количество световых проемов и их размеры.

7. Сравнить расчетную площадь световых проемов S_O с фактической S_ф, а также расчетное количество окон с имеющимися в помещении. Сделать соответствующие выводы.

Таблица 2.1 - Исходные данные и результаты расчета площади световых проемов

Вид освещения

SП, м2

,%

h0

КЗ

КЗД

r1

t0

Площадь световых проемов, м2

B

l

h₁ 1 м

a₁ a₂ a₃ a₄ a₅ уровень рабочей поверхности

 

 

1м

Базовая точка

 

a₁ a₂ a₃ a₄ a₅ A

В

 

Рис. 2.2. Характерный поперечный разрез и план помещения для расчета коэффициента естественной освещенности при боковом освещении: В – глубина помещения, А – длина помещения, h₁ – высота верха окна над рабочей поверхностью.

 

 

Контрольные вопросы

1. Количественные и качественные показатели освещения.

2. Преимущества и недостатки естественного освещения.

3. Принцип нормирования естественного освещения.

4. Виды естественного освещения.

5. Определение коэффициента естественной освещенности.

6. Технические решения, обеспечивающие достаточную освещенность рабочих мест естественным светом.

Литература

1.СНиП 23-05-95 . Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1995. – 48 с.