Производственное освещение, его параметры. Естественное освещение

ЛЕКЦИЯ 10. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ. ЕСТЕСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ. Ощущение зрения происходит под воздействием электромагнитного излучения в видимом диапазоне длин волн  = 0,38…0,76 мкм (света). Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с  = 0,555 мкм (желто-зеленому цвету) и уменьшается к границам видимого спектра. Рационально устроенное освещение способствует длительному сох- ранению работоспособности и росту производительности труда, снижает опасность травматизма, предупреждает развитие профессиональной близорукости. Гигиенические требования к производственному освещению заключаются в достаточности освещения рабочего места в соответствии с характером выполняемой работы; в равномерности и постоянстве во времени; в отсутствии резких теней, прямой и отраженной блескости. Спектральный состав света не должен искажать цветовосприятие; осветительная установка должна быть надежной, удобной, простой в эксплуатации. При организации производственного освещения необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и окружающих предметах. Светлая окраска потолка, стен и оборудования способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения работающего. Производственное освещение не должно давать резких теней в поле зрения работающего. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов различения и тем самым повышает утомляемость, снижает производительность труда, а также повышает вероятность получения травм. Для смягчения теней необходимо применять светильники со светорассеивающими молочными стеклами, а при естественном освещении использовать солнцезащитные устройства (жалюзи, козырьки и т.д.). Для улучшения видимости объектов в поле зрения работающего необходимо устранить либо уменьшить прямую и отраженную блескость. Блескость – это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушения зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение видимости объектов. Уменьшение яркости источника света, правильный подбор защитного угла светильника, увеличение высоты подвеса светильников, изменение угла наклона рабочей поверхности - все эти мероприятия направлены на ограничение блескости. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменить на матовые. Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, обуславливают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией плавающего напряжения, жестким креплением 8 светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп. Производственное освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К основным 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 d, к величине этого угла;    d d J , измеряется в канделлах (кд); - освещенность Е – поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dФ, равномерно падающего на освещаемую поверхность dS (м2 ), к ее площади: dS Е  d ; измеряется в люксах (лк); Для измерения и контроля освещенности применяют люксметр, принцип действия которого основан на фотоэлектрическом эффекте. Типы люксметров: Ю-I6, Ю-116, Ю-17. - яркость L поверхности под углом  к нормали – это отношение силы света dJ излучаемой, освещенной или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению; ( cos)  dS dJ L  , измеряется в кдм -2 . Для измерения яркости используют фотометры, в которых яркость поля прибора сравнивается с яркостью исследуемой поверхности. Качественными показателями освещения являются: Фон – это поверхность, на которой происходит различение предмета. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Фотр к падающему на нее световому потоку Фпад; 9 пад отр     . В зависимости от цвета и фактуры поверхности  меняется в диапазоне 0,02…0,95; при   0,4 фон считается светлым; при  = 0,2…0,4 – средним и при   0,2 – темным. Контраст объекта с фоном k – степень различения объекта и фона – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины риски и т.д.) и фона т.е. ОР ОР О L L L k (  )  . В случае k  0,5 контраст объекта с фоном считается большим (объект резко выделяется на фоне), если k = 0,2…0,5 - средним (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k  0,2 (объект слабо заметен на фоне). Коэффициент пульсации освещенности kE – это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока: (2 ) ( ) 100 max min ср E E E E k   , где: Еmax, Emin,, Eср - максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп kE = 25…65 %, для обычных ламп накаливания kE = 7 %, для галогенных ламп накаливания kE = 1%. Показатель ослепленности Ро – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, ( ) 2 1 1 o V V V P 1000   , где: V1 и V2 – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличия ярких источников света в поле зрения. Экранирование источников света осуществляется с помощью щитков, козырьков. 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/kпор, где kпор – пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится не различим на этом фоне. 10 Освещение бывает трех видов: естественное, искусственное и совмещенное, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополнятся искусственным. Естественное освещение. Естественное освещение зданий может быть боковым (одно- и двухстороннее), верхним - через аэрационные и зенитные фонари и комбинированным – сочетание верхнего и бокового освещения. Естественное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05 – 95 «Естественное и искусственное освещение» в зависимости от характера зрительной работы, фона, контраста объекта с фоном. Характеристика зрительной работы определяется наименьшим размером объекта различения. Все виды работ, связанные со зрительным напряжением, делятся на восемь разрядов, которые в свою очередь в зависимости от фона и контраста объекта с фоном образуют четыре подразряда. Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. В качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности (КЕО). КЕО – это отношение освещенности в данной точке внутри помещения Евн к одновременно измеренному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах, т.е: КЕО = 100% Евн/Ен. При боковом освещении нормируют минимальное значение КЕО в пределах рабочей зоны (которое должно быть обеспечено в наиболее удаленных точках от окна). Для верхнего и комбинированного освещения – по усредненному значению КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом характеристики зрительной работы, системы освещения, района расположения зданий на территории страны определяется по формуле: ен = КЕОmс, где: КЕО – коэффициент естественной освещенности (по СНиП 23-05 – 95); m – коэффициент светового климата, определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны (по СНиП 23-05 – 95 ); с – коэффициент солнечности климата, определяемый в зависимости от ориентации здания относительно сторон света (СНиП 23-05 – 95); Светотехническое нормирование производится по КЕО (ен). При одностороннем освещении КЕО нормируется для точки, расположенной в одном метре от противоположной к окнам стеки на пересечении вертикальной плоскости условного разреза помещения и условной рабочей поверхности. При комбинированном и верхнем освещении нормирование ведется по среднему значению нескольких характерных точек . 11 Расчет КЕО производят по следующим формулам:   , 1 Kз е е q e R r б зд б р     ( 1) , 2 з в ср ф в р К е е е r К     где: в р б р е ,е - соответcтвенно геометричеcкий КЕО в расчетной точке при боковом и верхнем освещении; q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба; езд - геометрический коэффициент КЕО, учитывающий отражение света от противостоящих зданий; R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящих зданий; еср - среднее значение геометрического КЕО; r1, r2 - коэффициенты, учитывающие повышение КЕО из-за отражения от поверхностей помещения; τ0 - общий коэффициент светопропускания; Кз - коэффициент запаса (1,2…2); Кф- коэффициент, учитывающий тип фонаря. Геометрическое нормирование производится по отношению площади окон к площади пола Sо(ф)/Sn. Минимальное значение этого отношения нормируется в зависимости от разряда зрительной работы как 1:3 (I разряд), I:8 (VI разряд). Расчет сводится к определению площади светопроемов при учете нормируемого значения КЕО: - при боковом освещении: 0 1 100   r S e J K К S n n зд з  , при верхнем освещении: 0 2 100  r S e J К S n n ф з ф  , где: Sn – площадь пола помещения, м² ; ен- нормируемое значение КЕО, %; Кзд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями; τ0 - общий коэффициент светопропускания; r1, r2 - коэффициенты, учитывающие отражение света от поверхностей помещения и площадки перед зданием; J0, Jф - световые характеристики окон, фонарей; КЗ – коэффициент запаса, применяемый в зависимости от загрязнения свето- проемов. Установленные размеры допускается изменять на + 5...-10 %. 12 При проектировании естественного освещения следует помнить о необходимости снижения теплопотерь через остекление светопроемов, применять оптимальные размеры площади остекления и использовать тройное остекление для районов Севера. 13 ЛЕКЦИЯ 11. ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов – общее и комбинированное. Общее освещение применяют для помещений, в которых по всей площади выполняются однотипные работы, а также в административных, конторских и складских помещенях. Общее освещение бывает равномерное по всей площади без учета рабочих мест и локализованное с учетом расположения рабочих мест. При выполнении некоторых работ (слесарных, токарных и т.д.) наряду с общим освещением применяют - местное. Применение одного только местного освещения внутри производственных помещений не допускается (появляются резкие тени, увеличивается утомляемость, создается опасность травматизма). Сочетание местного и общего освещения называется комбинированным освещением. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на: рабочее, аварийное и специальное. Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений. Аварийное освещение предназначено для ведения работы в нештатных ситуациях (авариях и т.п.), когда происходит внезапное отключение рабочего освещения. (Еmin составляет 5% от нормируемой, но не менее 2 лк.). Специальное освещение может быть: охранным, сигнальным, эвакуационным и др. Охранное освещение организовывают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом, Еmin в ночное время должна быть 0,5 лк. Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации. Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения; организуется в местах, опасных для прохода людей. Еmin на полу основных проходов и на ступеньках при эвакуационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых местах – не менее 0,2 лк. Искусственное освещение в помещениях также регламентируется нормами СНиП 23-05 – 95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Искусственное освещение нормируется минимальной освещенностью Еmin (количественный показатель), а также показателями ослепленности и дискомфорта, коэффициентом пульсаций освещенности kE (качественные показатели). Искусственное освещение нормируется раздельно в зависимости от применяемых источников света и системы освещения. Нормативное значение освещенности для газоразрядных ламп при равных прочих условиях выше, чем для ламп накаливания (для ламп накаливания 14 нормы освещенности снижаются на две ступени шкалы освещенности по СНиП 23-05-95). При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не менее 10 % нормируемой освещенности (не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания). Показатель ослепленности светильников общего освещения в производственном помещении не должен превышать 20…80 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы. Для газоразрядных ламп (f = 50 Гц), глубина пульсаций 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. К параметрам источника света относятся: номинальное напряжение питания U (В); мощность лампы Р (Вт); световой поток, излучаемый лампой Ф (лм) или сила света J (кд); световая отдача  = Ф/Р (лм/Вт); срок службы лампы и спектральный состав света. Источниками света могут служить лампы накаливания, газоразрядные люминесцентные лампы низкого давления (ЛД, ЛДЦ, ЛБ, ЛХБ, ЛТБ), дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ), лампы НЛВД (натриевые), ДКсТ (ксеноновые), ДРИ (йодные). Общим недостатком ламп накаливания является небольшой срок служ- бы (около 1000 часов) и малый коэффициент полезного действия. Основным преимуществом газоразрядных ламп является их экономичность: световая отдача этих ламп колеблется в пределах 30...80 лм/Вт, что в 3...4 раза превышает световую отдачу ламп накаливания. Срок службы их доходит до 10000 часов. Гигиенические преимущества этого типа ламп: большая равномерность освещения, меньший тепловой эффект, спектр их ближе к естественному. К недостаткам газоразрядных ламп относится пульсация светового потока, слепящее действие, сложность схемы включения, шум дросселей, зависимость от температуры среды (не включаются при температуре ниже +8˚С), от напряжения в сети, "сумеречный эффект" при освещенности ниже 15 лк, "стробоскопический эффект" - искаженное восприятие движущихся и вращающихся объектов, а также экологическая небезопасность таких ламп (содержат ртуть и соли тяжелых металлов, относятся к 1 классу опасности отходов). Для борьбы с пульсацией светового потока применяют специальные схемы включения газоразрядных ламп в многоламповых светильниках. Лампы ДРЛ экономичнее люминесцентных - световая отдача 40...60 лм/Вт позволяет создать большие освещенности. Наибольшее преимущество их - в высоких цехах при высоте подвеса не менее 6м. Для перераспределения светового потока в пространстве, защиты глаз от блескости, а источника света от пыли и влаги применяется осветительная арматура, которая вместе с источником представляет собой осветительный 15 прибор. Осветительные приборы ближнего действия называются светильниками, дальнего - прожекторами. Основные типы прожекторов: ПЗС-45, ПЗС-35, ПЗС-25, ПЗС-50, ПCM- 40, ИСУ, ПСИ, ПКН, ОУКеН и др. с лампами накаливания мощностью от 150 до 1000 Вт и лампами ДРЛ, ДРИ, ДКсТ. Светильники с лампами накаливания в зависимости от распределения светового потока в пространстве подразделяют на светильники прямого, преимущественно прямого, рассеянного, преимущественно отраженного и отраженного света с кривыми светораспределения К, Г, Д, Л, Ш, М и С. Важной характеристикой светильника является его коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия светильника - отношение фактического светового потока светильника ФФ к световому потоку помещенной в него лампы Фл, т.е. СВ = ФФ /Фл Для освещения специальных помещений применяют пылебрызгозащитные, взрывонепроницаемые светильники. Разработаны и рекомендованы к применению (СНиП 23-05-95) типовые конструкции светильников –«молочный шар», «люцета», «универсаль» и др. Равномерность в пространстве и постоянство освещения достигаются равномерным распределением светильников общего освещения, жестким их креплением, использованием специальных схем включения люминесцентных ламп. Для устранения резких теней не допускается применение местного освещения без общего. Для устранения блескости нормируется высота установки светильника, защитный угол арматуры. Там, где нужна правильная цветопередача, подбирается соответствующий тип источника света. Нормы предусматривают систематическую очистку светильников (2...18 раз в год) и остекления (2...4 раза в год), замену перегоревших ламп (выборочную или полную после окончания срока их службы), контроль освещенности (2 раза в год и после полной замены ламп). Методы расчета искусственного освещения. При проектировании искусственного освещения необходимо выбрать тип источника света, систему освещения, вид светильника; наметить высоту подвеса светильников и их рациональное размещение в помещении; определить число светильников и мощность ламп, проверить выбранный вариант освещения на соответствие его нормативным требованиям. Для расчета освещенности (или суммарной мощности осветительной установки - обратная задача) используются три метода: удельной мощности; коэффициента использования светового потока и точечный. При проектировании искусственного освещения метод удельной мощности является наиболее простым. Устанавливается мощность всех светильников: P = WS, 16 где: W - удельная мощность, Вт/м2 ; приводится в справочниках в зависимости от типа светильника, высоты подвеса и требуемой осве- щенности; S - освещаемая площадь, м . Общее число светильников: n = Р/Рл, где: Рл - мощность лампы светильника, Вт. Найденное число светильников равномерно распределяют по осве- щаемой поверхности. Расчет общего равномерного искусственного освещения горизонтальной рабочей поверхности выполняется методом коэффициента использования светового потока. Световой поток (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника: /( ) К  ЕН Szkз nн , где: Ен – нормируемая минимальная освещенность по СНиП 23-05 – 95, лк; S – площадь освещаемого помещения, м2 ; z = 1,1…1,2 – коэффициент неравномерности освещения; kз = 1,3…1,8 – коэффициент запаса; n – число светильников; н – коэффициент использования светового потока. Коэффициент использования светового потока, определяют по СНиП 23-05 – 95 в зависимости от типа светильника, отражательной способности стен и потолка, размеров помещения, определяемых индексом помещения: i = AB/[H(A+B)], где: А, В - длина и ширина помещения в плане, м; Н – высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м. Число светильников определяется, исходя из расстояния между ними: n = S/L 2 Расстояние между светильниками L или наивыгоднейшее их расположение λ определяется соотношением λ = L/H. Отсюда L= Нλ. Наивыгоднейшее расположение светильников λ с учетом светораспределения может быть определено по справочникам. Практически расстояние между светильниками принимают L = 1,5…2H (при шахматном расположении - 1,7...2,5Н). По полученному в результате расчета световому потоку ламп, выпускаемых по ГОСТ 2239 – 79* и ГОСТ 6825 – 91 выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют необходимую электрическую мощность (лампу выбирают с отклонением Фн от расчетных значений в пределах 10…20 %). 17 Метод коэффициента использования светового потока применяется при оптимальной высоте подвеса и равномерном распределении светильников, как правило, для общественных зданий. Точечный метод применяется при локализованном размещении све- тильников общего освещения, для расчета местного освещения, освещения наклонных поверхностей, при использовании светильников с лампами разной мощности. В основу точечного метода положено уравнение: ЕА = Jа cos / r 2 , где: ЕА – 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 в точку А; r – расстояние от светильника до точки А, м. Учитывая, что r = H/cos и вводя коэффициент запаса kз , получим ЕА = Jа cos 3/(Н kз) Критерием правильности расчета служит неравенство ЕА  Ен. При использовании светильников с лампами разной мощности точечный метод реализуется через определение светового потока лампы. Световой поток лампы: Ф=1000Ekз/μΣei, где: Σei- сумма условных оcвещенностей; μ - коэффициент дополнительной освещенности, учитывающий действие удаленных светильников и отраженного света; μ = 1,2...1,25; kз- коэффициент запаса. Условная освещенность может быть найдена расчетным путем или на основании кривых пространственных изолюкс. Совмещенное освещение. Дефицит естественного освещения в ряде помещений жилых и общественных зданий требует комплексного решения проблемы его восполнения искусственным освещением, в частности с помощью системы совмещенного освещения. Основной гигиенический недостаток применения совмещенного освещения обусловлен разной биологической эффективностью естественного и искусственного света, которая не в полной мере учитывается при нормировании освещения. Неблагоприятное воздействие на организм замены естественного света искусственным подтверждается и данными биологических экспериментов по изучению иммунологической реактивности животных и их устойчивости к химической нагрузке. Полученные результаты позволили показать 18 биологическую неадекватность естественного и искусственного света одинаковой интенсивности. Совмещенное освещение должно улучшать положение в тех помещениях, в которых по разным причинам (строительным, эксплуатационным и т. п.) не может быть обеспечено удовлетворительное дневное освещение. Во вновь проектируемых жилых зданиях следует изыскивать возможности полноценного естественного освещения. В том случае, когда дневное освещение постоянно дополняется общим или комбинированным искусственным, большое значение имеет выбор источников света и светильников, а также их размещение в помещении. При совмещенном освещении нельзя применять лампы накаливания. Для этого целесообразно использовать люминесцентные лампы белого и дневного света, выбираемые с учетом ориентации помещения, а на крупных общественных объектах (вокзалы, спортивные залы и т. п.) - ртутные лампы, высокого давления. Размещение и тип светильников должны обеспечивать автономный подсвет зоны с недостаточным естественным освещением и однонаправленность теней. Действенным фактором улучшения условий труда является рациональное цветовое оформление производственного интерьера. Установлено, что цвета могут воздействовать на человека по-разному: одни цвета успокаивают, а другие раздражают, возбуждают. Например, зеленый цвет – цвет покоя и свежести, успокаивающе действует на нервную систему, а в сочетании с желтым повышает настроение. Поэтому при оформлении интерьера производственного помещения цвет используется в гигиенических целях как фактор, создающий оптимальные условия зрительной работы и повышающий работоспособность. Организация оптимальной цветовой гаммы в производственном помещении достигается правильным выбором осветительных установок (лампы «теплого» дневного света), обеспечивающих необходимый световой спектр, рациональной окраской стен и потолка и др.