Параметры естественного и искусственного освещения для создания комфортных условий труда

(время практических занятий по теме — 6 ч.)

Освещение является одним из важнейших производственных условий работы. Через зрительный аппарат человек получает порядка 90 % информации. От освещения зависит утомление работающего, производительность труда, его безопасность.

Достаточное освещение действует тонизирующе, улучшает протекание основных процессов высшей нервной деятельности, стимулирует обменные и иммунобиологические процессы, оказывает влияние на суточный ритм физиологических функций организма человека. Практика показывает, что только за счет улучшения освещения на рабочих местах достигался прирост производительности труда от 1,5 до 15%.

Освещение производственных помещений, если оно правильно спроектировано, повышает эффективность, комфортность и безопасность труда. По способу (источнику света) освещение подразделяют на естественное, искусственное (местное, общее и комбинированное) и совмещенное (естественное и искусственное).

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное (верхнее и боковое).

В производственных помещениях при естественном освещении нормируется минимальное значение коэффициента естественной освещенности (КЕО) в специально оговоренной точке помещения. (КЕО — отношение (в %) освещенности в контрольной точке внутри помещения к одновременной освещенности снаружи при полностью открытом небосводе и сплошной облачности.)

Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных в первой группе административных районов, принимают в соответствии с приложением 7.

Значения КЕО в жилых и общественных зданиях, расположенных во второй, третьей, четвертой и пятой группах административных районов, определяют по формуле

e_N = e_Hm_N, (6.1)

где N — номер группы административных районов, дан в прил. 6, табл. 1;

е_н — нормированное значение КЕО дано в прил. 7;

mN — коэффициент светового климата, принимается по табл. 2 прил.6.

При поверочном расчете естественного освещения определяют фактическое значение КЕО и сравнивают его с КЕО_Н, а при конструктивном — определяют площадь световых проемов, которые обеспечат нормированное значение КЕО_П.

Площадь световых приемов для обеспечения нормированного значения коэффициента естественного освещения (КЕО) определяется в следующем порядке. По имеющимся данным находятся следующие показатели:

• а) номер группы административного района по ресурсам светового климата по табл.1 (прил. 6);
• б) коэффициент светового климата (mN) по табл.2 (прил. 6);
• в) нормированное значение КЕО (прил. 7);
• г) коэффициенты, учитывающие светопропускания стекла п и коэффициент потери света в переплетах тг, по табл.1 (прил.8);
• д) коэффициенты, учитывающие потери света в несущих конструкциях тз и коэффициент потери света в солнцезащитных устройствах Т4, по табл.2 (прил. 8);
• е) рассчитывается общий коэффициент пропускания светового проема т₀

То ⁼ Tl* Т2 * Тз * Т4 * Тз, (6.2)

где тз — коэффициент, учитывающий света в защитных сетках расположенных под световым фонарем, для помещений принимается 1.

ж) определяется средневзвешенный коэффициент отражения внутренних поверхностей помещения по формуле

^КсР С 1 С 1 С

где P(i,2,3) — коэффициенты отражения стен, потолка, пола принимаем по табл. 3 (прил. 8);

S(i, 2,3) — площади стен, потолка, пола.

Si = 2(L- Н) + 2(В Н);

s₂=s₃=lb,

где L, В, Н — длина, ширина и высота помещения, м.

з) определяется площадь световых проемов - So

S_o= S_n- e_N • k₃* т|о* кзд/100 • т₀’ П, (6.4)

где S_n — площадь пола помещения, м²;

ем — нормированное значение коэффициента естественной освещенности (формула 4.1);

кз — коэффициент запаса, учитывающий загрязнение воздушной среды (определяется по табл.4, прил.8);

г|о — световая характеристика окна, учитывает геометрические размеры (определяется по табл.5, прил.8 от отношения L/B и B/h, где h — высота от уровня условной рабочей поверхности до верха окна, м.);

к₃д — коэффициент, учитывающий затенение окон противоположными зданиями (определяется по табл.6, прил.8);

г, —коэффициент, учитывающий влияние отраженного света, определяется в зависимости от найденного средневзвешенного коэффициента отражения внутренних поверхностей (р_ср.) по табл. 7, (прил. 8);

Искусственное освещение используется на предприятиях для освещения производственных помещений, при этом применяются две системы:

• - общее освещение с равномерным (симметричным) или локализованным размещением светильников;
• - комбинированное освещение, представляющее одновременное использование общего и местного освещения.

Для гигиенической оценки освещения используются светотехнические характеристики, принятые в физике.

Видимое излучение — участок спектра электромагнитных колебании в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм (1 нм =10 ’⁹ м), регистрируемых человеческим глазом.

Световой поток F — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света 1_а — пространственная плотность светового потока:

Ia = F/w, (6.5)

где: F — световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла w . Единица измерения силы света — кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.

Освещенность Е — поверхностная плотность светового потока, люкс (лк):

Е =F/S, (6.6)

где: S — площадь поверхности (м²), на которую падает световой поток F.

Яркость В — поверхностная плотность силы света в заданном направлении. Яркость, являющаяся характеристикой светящиеся тел, равна отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению.

B = I_a/Scosa, (6.7)

где 1_а — сила света, кд;

S — площадь излучающей поверхности, м²;

а — угол между направлением излучения и плоскостью, град.

Единицей измерения яркости является кд/м², это яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади 1 м².

При расчете искусственной освещенности применяют методы коэффициента использования светового потока, точечный, удельной мощности, пучка прожекторов. Расчет искусственного освещения предусматривает: выбор типа источника света, системы освещения и светильника, проведение светотехниче ских расчетов, распределение светильников и определение потребляемой системой освещения мощности.

Для расчета освещенности методом коэффициента использования светового потока используют следующую формулу:

Ер = Фн* N-1J/S-Z- Кз, (6.8)

где Фн — табличное значение светового потока для лампы, установленной в светильниках, люмен (лм.), (таб.1, прил.9);

N — число светильников, ед.;

g — коэффициент использования светового потока, характеризует потери светового потока, обусловленные его поглащением арматурой светильника потолком, стеной, полом и рассеиванием по пути от источника света до расчетной поверхности.

Коэффициент г) — является функцией f (Р_п, Р_ст., Р_пол; i), где Рп, Рст-, Рпол соответственно коэффициенты отражения потолка, стены и пола (определяются по табл.2.прил.9); i — индекс помещения, безразмерная величина.

i = S / ho(L+B), (6.9)

где S — площадь помещения, кВ.м.;

h — высота светильника над освещенной поверхностью, м.;

L, В и Н —длина, ширина и высота помещений помещения, м.

h = H-h_n-h_n0JI, (6.10)

где h_n — расстояние от потолка до светильника;

Ьпол — расстояние от пола до освещаемой поверхности.

Расчетная схема при проектировании системы общего освещения методом коэффициента использования светового потока приведена на рис.6.1.

Рис. 6.1. Расчетная схема общего освещения методом коэффициента использования светового потока

В зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения стен и потолка и индекса помещения по табл.З, прил.9 находим значение g коэффициента использования светового потока.

Z — коэффициент неравномерности освещения определяется по формуле:

Z = Emin + Emax I 2 Emin (6.11)

K₃ — коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, запыление и загрязнение светильников (принимается для ламп накаливания К, — 1,3 и для люминесцентных ламп — 1,5).

Точечный метод. Применяется для расчета местного, локализованного освещения, а также для расчета общего равномерного освещения помещений. Его используют для расчета освещенности наклонных и вертикальных поверхностей.

Наружное освещение светильниками также рассчитывается с помощью точечного метода. Суть его заключается в следующем:

В заданной точке как угодно расположенной поверхности требуется обеспечить нормируемую освещенность Е, с коэффициентом запаса Кз.

В основе метода лежит уравнение, связывающее освещенность и сетевой поток. Что бы освещенность точки внутри помещения была равна нормируемой с коэффициентом запаса нужно изменить световой поток каждой лампы пропорционально по отношению освещенности: ц?Е_усл./К₃-Е_н = lOOOOi (6.12)

где ц — коэффициент дополнительной освещенности принимается 1,1. ..1,2;

?Е_Усл — суммарная условная освещенность течки в помещении, лк;

К₃ — коэффициент запаса источника света;

Е_н — нормируемая освещенность рабочего места, лк;

Ф1 — световой поток источника света, дм.

Отсюда искомый световой поток определяется, лм,

3-Е_н / nEE_ycjI (6.13)

Решение задач

Задача 1. Рассчитать площадь световых проемов в цехе для обеспечения нормированного значения коэффициента естественного освещения (КЕО). Для расчета естественного освещения принять боковое расположение световых проемов при совмещенном освещении. Несущие конструкции покрытий — стальные фермы. Исходные данные для расчета принять по варианту (табл.6.1), номер которого совпадает с номером фамилии студента в журнале посещаемости

Таблица 6.1

Варианты исходных данных

Указания по решению задачи 1

• 1. Согласно имеющимся данным принять и установить:
  • а) группу административного района по ресурсам светового климата по табл. 1 (прил. 6);
  • б) коэффициент светового климата(т) по табл. 2 (прил. 6);
  • в) нормированное значение КЕО по прил.7 вид светопропускающего материала и вид переплета принять самостоятельно. Солнцезащитных устройств на окнах нет;
  • г) значения коэффициентов ii, 12, тз, ?4 принять по табл. 1, 2 (прил. 8) вид светопропускающего материала и вид переплета принять самостоятельно.;
  • д) световую характеристику окна г/₀ по табл. 5 (прил. 8);
  • е) коэффициент запаса К< по табл. 4 (прил. 8), назначение цеха выбрать самостоятельно. Угол наклона светопропускающего материала к горизонту, градусы 16-45 для всех.
• 2. Определить по формулам 6.1-6.4.:
  • а) средневзвешенный коэффициент отражения внутренних поверхностей цеха (цветовую отделку поверхностей цеха принять самостоятельно), коэффициенты отражения потолка, пола, стен принять по табл. 3 (прил. 8);
  • б) значение коэффициента п, учитывающего влияние отраженного света в зависимости от найденного средневзвешенный коэффициент отражения внутренних поверхностей цеха по табл. 7 (прил. 8);
  • в) требуемую площадь световых проемов при К_зл = I.
• 3. Сделать выводы.

Задача 2. Произвести расчет общего искусственного освещения методом коэффициента использования светового потока в производственном цехе. Исходные данные для расчета принять по варианту (табл.6.2), номер которого совпадает с номером фамилии студента в журнале посещаемости.

Указания по решению задачи 2

• 1. Высоту подвески от потолка принять самостоятельно.
• 2. Согласно имеющимся данным принять и установить:
  • а) норму освещенности рабочей поверхности (на высоте 0,8 м от пола) по прил. И (контраст объекта с фоном принять самостоятельно).
  • б) коэффициент запаса принять К₃ =(1,2... 1,5), z — коэффициент, учитывающий неравномерность освещения, z=l,l...l,2;
• 3. Определить:
  • а) расчетную высоту подвески светильника (расстояние от светильника до поверхности рабочего места);
  • б) индекс помещения;

• в) коэффициент использования светового потока (прил. К);
• г) количество светильников и ламп в светильнике при условии равномерного освещения (значение принять самостоятельно), сделать схему расположения светильников.

Расстояние между рядами светильников определяется из соотношения L= ah, где а — коэффициент наивыгоднейшего соотношения L и h, h — расчетная высота подвески светильника.

Расстояние между стенами и крайними рядами светильников ориентировочно принимается равным 1 = (0,3...0,5)L.

• д) световой поток лампы, необходимый для освещения цеха.
• 4. По прил.М подобрать мощность и тип (марку) лампы, чтобы номинальная освещенность не превышала расчетную более чем на 20 % и не снижалась менее чем на 10%.
• 5. Сделать выводы.

Варианты исходных данных

Таблица 6.2

Задача 3. Определить необходимое количество ламп для освещения помещения диспетчера площадью S м². Для освещения используются люминесцентные лампы. Высота подвеса светильника — ho. м.

Исходные данные для расчета принять по варианту (табл. 6.3), номер которого совпадает с номером фамилии студента в журнале посещаемости.

Для всех принять: коэффициент запаса K_s = 1,3; коэффициент неравномерности освещения Z = 1,2.

Таблица 6.3.

Варианты исходных данных

Указание к решению задачи

1. Проводим расчет общего равномерного искусственного освещения горизонтальной рабочей поверхности рассчитывается по формуле:

Ф_к= Ен ? S • Z • кз,

где Ф_к — световой поток ((лм)

Е_н— нормируемая минимальная освещенность(находим по табл.4 (прил. 9)

• S — площадь освещаемого помещения (м²)
• 2. Но т.к. освещенность зависит от высоты светильника, вводим попра-вочный коэффициент использования светового потока по формуле (4.8).
• 3. Определяем фактический световой поток для нормальной освещенности помещения Фр ⁼ Фк ‘ i
• 4. По значению Ф_Р и табл. 1 прил. 9 подбираем тип и мощность лампы и их количество соответствующее значению Ф_р.
• 1. Задача 4. По данным табл. 6.4. и вариантам работы рассчитать общее люминесцентное освещение помещения по методу коэффициента использования светового потока, исходя из норм по разряду зрительной работы и безопасности труда по следующим исходным данным: высота цеха Н=3 метра, напряжение осветительной сети = 220Вт. В светильниках используются лампы ЛБ-УВЛН, мощность Wh = 40 Вт. Потолок побеленный, стены бетонные.

Таблица 6.4.

Указание к решению задачи

• 1. Расчет общего необходимого светового потока F_p (лм) выполняется из формулы (4.7). При этом принимается N= 1;
• 2. Ен — освещенность, Лк, выбирается по табл. 5, прил.9;

Z— коэффициент неравномерности освещения принять = 1,15;

Кз — коэффициент запаса Кз= 1,5;

ho— высоту подвески - 2 м.

3. Необходимое количество ламп п определить N = F_p / Е_л.,

где Р_л — взять из табл. 1, прил.9 от заданного типа и мощности лампы.

4. Общее освещение Еоб. = N • Ен.

Задача 5. Механо-сборочный цех. Размеры цеха L=24m, В=12, Н=6м Потолок побеленный Стены светло-зеленые Пол бетонный. Система комбинированного освещения.

Светильники ОД с люминесцентными лампами. Рассчитать комбинированное освещение методом коэффициента использования светового потока. h_c= 0,5 м., h_p= 0,8м. Схема 6.16

Местное освещение одного из станков — светильник СМО-ЮО с Г лампой накаливания — рассчитать точечным методом h=0,4 м; d = 0,2 м.

Задача 6. Помещение дизель-генераторов на судне. Размеры Ь=8м, В=8, Н=4м.

Потолок белый Стены светло-зеленые Пол темно-серый.

Рассчитывается система общего освещения 8 светильниками типа СС-328 с лампами накаливания Е = 50лк; Кз =1,5; методом коэффициента использования светового потока (расчетная рис.6.2а); h =3,9м, d -устанавливается после вычерчивания в масштабе расчетной схемы.

Рис. 6.2а. Схема освещенности с лампами накаливания при проектировании точечным методом

Задача 7. Кузнечный цех. Размеры цеха L=22 м, В=16 м, Н=6 м Потолок бетонный.

Стены бетонные с окнами. Пол асфальт.

Рассчитать систему общего освещения 33 светильниками Г.У с лампами накаливания. - методом коэффициента использования светового потока h_c= 0,5м., hp = 0,8м — точечным методом: светильники размешаются в три ряда с расстоянием между рядами —2м. При расчете принять, что контрольная точка освещается ближайшими к ней 6 светильниками, а влияние остальных учесть коэффициентом ц = 1,3; h = 6,7 м.

Задача 8. Штурманская рубка с рабочим и штурманским столом. Размеры L =5 м, В=4 м, Н=2,5м. Потолок белый. Стены светлое дерево. Пол темно-серый линолеум.

d определится после вычерчивания в масштабе расчетной схемы. Рассчитать систему комбинированного освещения. Общее — методом коэффициента использования светового потока. Рассчитать точечным методом 4 светильника Го с судовыми лампами накаливания (расчетная схема рис. 6.1а.) h_c= 0,2 м., Ь_р=0,8м Местное освещение рабочего стола светильником К-1 с судовыми лампами накаливании; й=0,4м; d =0,2м.

Задача 9. Электроремонтный цех (слесарно-сборочное отделение). Размеры цеха L =16 м., В=8м, Н=4,5 м. Потолок бетонный чистый Стены бетонные с окнами Пол асфальт. Рассчитать систему комбинированного освещения. Общее — светильниками ОДО с люминесцентными лампами (в каждом светильнике 2 лампы). Рассчитывается методом коэффициента использования светового потока (расчетная схема рис.6.16) h_c=0,3 м., hp= 0,8 м. Местное освещение на одном из верстаков — светильником СМО-2 с лампой накаливания рассчитывается точечным методом, h — 0,3 м; d =0,2м.

Задача 10. Каюта судовая размеры L =3 м, В=2 м, Н=2,4 м. Потолок белый.

Стены светлое дерево. Пол темно-серый линолеум. Рассчитать систему комбинированного освещения. Общее — 2 светильниками УПМ с судовыми лампами накаливания.

Рассчитать методом коэффициента использования светового потока h_c= 0,2 м., d = 0,8 м.

Местное, на столе КС-50 с судовой лампой накаливания — рассчитывается точечным методом h = 0, 6м; d = 0,4 м.