Системы освещения.

Правильно выполненная система освещения играет существенную роль в снижении производственного травматизма, уменьшения потенциальной опасности многих производственных факторов, создает нормальные условия работы, повышает общую работоспособность. По данным НИИ труда увеличение  освещенности от 100 до 1000 Лк при напряженной зрительной работе, способствует повышению производительности труда на 10 – 20%, уменьшение брака на 20 % и снижению количества несчастных случаев на 30 %. Недостаточное освещение, помимо роста количества несчастных случаев, может привести к проф. заболеванию: прогрессирующая близорукость.  В случае, если частично или полностью лишить человека естественного света, может возникнуть световое голодание.

Освещение характеризуется качественными и количественными показателями. Количественными являются: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения. Качественными показателями являются: фон, контраст объекта с фоном, ослепленность, степень дискомфорта, коэффициент пульсации освещенности.

Световой поток Ф = часть лучистого потока, которая воспринимается  зрением как свет (люмен – лм). Сила света I – величина, оценивающая пространственную плотность светового потока и представляющая собой отношение светового потока dФ к телесному углу dω , в пределах которого  световой поток распространяется: ( кандела – КД)

Освещенность Е – поверхностная плотность, светового потока, представляет собой отношение светового потока dФ, падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента

   (люкс – лк)

Яркость поверхности L – отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направлении к площади светящейся поверхности.

   (кд/м2)

Коэффициенты отражения ρ – отношение отраженного от поверхности светящегося потока Фотр к падающему на нее световому потоку Фпад.

К основным качественным показателя освещения относятся6 фон, контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности и дискомфорта, коэффициент пульсации.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым при ρ > 0,4, средним при ρ = 0,2-0,4, темным при ρ< 0,2.

Контраст объекта с фоном     где:

L0,  LФ – яркость объекта и фона.

При  К > 0,5  - контраст большой

К = 0,2 ... 0,5 – средний

К< 0,2 – малый.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия осветительной установки:

где: S – коэффициент ослепленности равный V1/V2;

V1  и V2 – видимость объекта наблюдения при экранировании блёстких источников света и без экранирования соответственно.

Показатель дискомфорта М- критерий оценки дискомфортной блесткости, вызывающий неприятные ощущения при неравномерном распределении яркости в поле зрения.

Коэффициент пульсации освещенности КП(%).

Критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока (применяется в основном для газоразрядных ламп при питании их переменным током).

где  Еmax,   Е min  -   значения освещенности за период.

Е ср  - среднее значение освещенности за период.

Основная задача освещенности на производстве – создание наилучших условий для видения. Эта задача решается осветительной системой, отвечающей следующим требованиям:

освещенность на рабочем месте должна соответствовать гигиеническим нормам,

яркость на рабочей поверхности и в пределах окружающего пространства, должна распределяться по возможности равномерно,

на рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени,

в поле зрения не должно быть прямой и отраженной блесткости (т.е. повышенной яркости светящихся поверхностей, вызывающих ослепление),

величина освещенности должна быть постоянной во времени,

оптимальная направленность светового потока и необходимый спектральный  состав света,

все элементы осветительных установок  должны быть долговечными, электро-и пожаробезопасными, удобными в эксплуатации и отвечать требованиям эстетики.

(Источники света – на самостоятельную проработку). Здесь – лампы накаливания, газоразрядные источники света.

Характеристики и расчет естественного освещения.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в очень широких пределах в зависимости от времени года, дня, метеоусловий. Поэтому в качестве нормируемой величины для естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности (КЕО), равный в % отношению освещенности в данной точке внутри помещения ЕВ к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности ЕН, создаваемой светом полностью открытого небосвода.

таким образом, КЕО оценивает размеры оконных проемов, вид остекленения и переплетов, их загрязнение, т.е. способность системы естественного освещения пропускать свет.

Естественное освещение в помещениях регламентируется СНИП 11-2-72 «Нормы проектирования естественного и искусственного освещения». Значения КЕО в СНИП даны для III пояса светового климата. Для других поясов рассматривается по формуле:

где М – коэф. светового климата,

С – коэф. солнечности климата, определяемый по нормативам (0,62 – 1)

в зависимости от ориентации здания относительно сторон света.

Пояс:	I	II	III	IY	Y
М:	1,2	1,1	1,0	0,9	0,8

Для каждого производственного помещения строится кривая значения КЕО в характерном сечении – в месте пересечения вертикальной плоскости (по оси оконного проема) и горизонтальной плоскости на расстоянии 0,8 метра над уровнем пола. При боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО, в помещениях с верхним и комбинированным освещением – среднее значение. Минимальный КЕО в зависимости от точности работы при верхнем и комбинированным освещением составляет 10 ... 2%, при боковом освещении 3,5 ... 0,35%.

Площадь световых проемов рассчитывается по формулам:

- при боковом освещении:

при верхнем освещении: ,

где: S0 , SФ – площадь окон (фонарей),

Sn – площадь пола помещения,

КЕОн – нормированное значение КЕО (0,5 ... 10),

η0   ηФ – световая характеристика окон, фонаря, (0,5 ... 66) окно

               (2,0 ... 16) фон,

Кз – коэффициент запаса (1,15 ... 1,8),

Кзд – коэффициент затенения окон (1-17),

τ0 – общий коэффициент светопропускания (0,15 ... 0,6),

r1   , r2 – коэффициенты, учитывающие отражение света при боковом и верхнем  освещении (1,0 – 10).

Кф – коэффициент, учитывающий тип фонаря (1,0 – 1,4).

С течением времени из-за загрязнения и запыления остекления, эффективность естественного освещения снижается (до 25% норм.). Поэтому необходимо 2 раза в год очищать стекла, 1 раз в год белить стены и потолки.

Искусственное освещение. Методы расчета.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное, дежурное.

По назначению светильники делятся на светильники общего и местного освещения, соответственно искусственное освещение может быть общим (равномерным или локализованным) и  комбинированным  (к общему добавляется местное). Применение только местного освещения запрещается.

Задачей расчета искусственного освещения является определение требуемой мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении заданной освещенности.

Порядок расчета осветительной установки:

Выбрать тип источника света (в основном рекомендуется газоразрядные лампы, для местного освещения – лампы накаливания),

Определить систему освещения (общая локализованная или равномерна, комбинированная),

Выбрать тип светильников с учетом характеристики светораспределения, условий среды и т.п.

Распределить светильники и определить их количество.

Определить норму освещенности на рабочем месте.

Расстояние L между светильниками или рядами определяется по формуле: где hp- высота светильника над расчетной поверхностью (на высоте 0,8 м от уровня пола).

λ   - относительное расстояние между светильниками, определяется в зависимости от характера светораспределения  светильника и типа лампы.

Расстояние от светильника до ламп принимается равным:  (0,3 ... 0,5) L.

При расчете общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей обычно принимается:

Метод коэффициента использования светового потока.

Количество светильников определяется по формуле:

где: Е – требуемая освещенность по нормам (лк),

S  - освещаемая площадь (м2),

К – коэф. запаса (1,15 ... 1,8),

Z – коэф. неравномерности (1,1 ... 1,2),

n -     количество ламп светильника,

Ф – световой поток одной лампы (лм),

η – коэф. использования осветит. установки  (0,2 ... 0,7).

Значение η  определяют в зависимости от показателя помещения:

где: А и В – длина и ширина помещения (м),

Нр – высота светильников над рабочей поверхностью (м), а также от коэффициентов отражения внутренней поверхности помещений (пола, стен, потолка, рабочих поверхностей).

Более простым является метод удельной мощности.

Определяется мощность светильников.

где hр – высота,

ρ – коэффициент отражения,

S – площадь помещения,

Е – требуемая освещенность.  Количество светильников:

где  Рл – мощность одной лампы (Вт),

n  - кколичество ламп в светильнике .

Для прожектора удельная мощность определяется из выражения:

ω  =  0,25 Еmin·K,

где: Еmin -   заданный минимальный уровень освещенности данной поверхности,

К – коэффициент запаса (1,3 ...2).

Такой метод расчета применим в основном для приближенных расчетов освещенности в помещениях с равномерным расположением светильников.

Точечный метод  позволяет определить зависимость освещенности данной точки от силы света светящих её источников в соответствующих направлениях. По этому методу рассчитывают локализованное, местное, наружное, а также общее равномерное освещение для любого расположения освещаемых поверхностей, но не учитывают отраженный световой поток потолка и стен.

Сделаем допущение, что при выбранном расположении светильников, в каждом из них установлена лампа со  световым потоком 600 лм,  создающая освещенность Е. Если выбранная точка лежит на наклонной плоскости, то освещенность Ен = Ег ·ψ,

где:  Ег – освещенность горизонтальной плоскости,

ψ  - переходной коэффициент.

Если i – тый светильник создает в точке i освещенность ψЕi , то все светильники создают освещенность:  в выбранной точке, где μ – коэффициент дополнительной освещенности (учитывает отраженный от стен  и потолка) μ = 1,1 ... 1,2.

Для горизонтальной плоскости ψ = 1, и  , тогда освещенность точки А от одного светильника, находящегося в точке В определяется по формуле:

где Iα – сила света лампы со светильником,

α – угол падения светового потока,

h – высота подвеса светильника

К – коэф. запаса.

Вертикальная освещенность определяется по формуле:

Таким образом: при увеличении угла α –   Ег- уменьшается, в тоже время как Ев требуется увеличивать.

Учитывая это обстоятельство, расстояние между светильниками выбирают в пределах (1,5 ... 2)Н с целью обеспечения достаточной равномерности освещения выбранной поверхности.

В случае, если точка одновременно освещается несколькими светильниками – подсчитывают ее освещенность отдельно от каждого светильника  и полученные результаты суммируют.

где n – число учитываемых светильников.

Для получения нормированной освещенности Ен в выбранной точке с учетом коэффициента запаса К при одинаковой мощности всех ламп световой поток  принимают равным:

Далее определяют на основании данных специальных таблиц и выбирают лампы для контрольной точки с минимальной освещенностью. В случае если известны графики пространственных изолюкс светильников, то освещенность подсчитывается по формуле:

где   е -  условная горизонтальная освещенность, определяемая по графику изолюкс.