Исследование естественного освещения в производственных помещениях

Федеральное государственное  образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Государственный технологический университет

Московский  институт стали и сплавов

 

Институт металлургии  экологии и качества

 

 

КАФЕДРА «БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №8a

 

Исследование  естественного освещения в производственных помещениях

 

 

 

 

Студента гр. МЦМ-04-1

Ким П.В.

Преподаватель: Толешов А.К.

 

 

 

 

 

Москва 2008

Цель  работы

Ознакомиться с порядком нормирования и расчета естественного освещения и исследовать условия зрительной работы в лаборатории.

 

1. Основные понятия и определения

Освещение характеризуется  количественными и качественными  показателями.

К количественным показателям относятся:

- Световой поток F – мощность световой энергии, вызывающей световое ощущение; измеряется в люменах (лм). Люмен – световой поток, излучаемый в единичном телесном углу точечным источником с силой света 1 кандела.

- Сила света I – величина пространственной плотности светового потока, определяется как отношение светового потока F, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла ω, к величине этого угла. Измеряется в канделах (кд):

.

Единица силы света  – кандела (кд): для ее определения  служит эталон специальной конструкции, излучение которого соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре затвердевания платины 2046,65 К и давлении 101325 Па. Сила света излучаемая таким источником в направлении нормали к его поверхности с площади 1/60 см², равна 1 кд.

- Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока F, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м²). Измеряется в люксах (лк):

.

Люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 м², на которой равномерно распределен световой поток в 1 лм.

- Яркость L поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света I, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади S проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Измеряется в кд/м²:

.

Для качественной оценки условий зрительной работы используют следующие показатели:

- Фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения ρ) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад;

.

В зависимости  от цвета и фактуры поверхности  значения коэффициента отражения находятся  в пределах 0,02 – 0,95.

При ρ > 0,4 фон считается светлым; при ρ = 0,2-0,4 – средним и при ρ < 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:

.

Контраст 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_Е – это критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током:

,

где Е_max, Е_min, Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний. Необходимость в показателе k_Е вызвана широким применением газоразрядных ламп. При питании их переменным током наблюдается пульсация во времени величины светового потока таких источников с частотой, вдвое большей частоты питающей сети. Для газоразрядных ламп k_Е = 25-65%, для обычных ламп накаливания k_Е ≈ 7%, для галогенных ламп накаливания k_Е = 1%.

  - Показатель ослепленности P₀ – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой.

,

где V₁ и V₂ – видимость объекта различения соответственно при экранированном и разэкранированном источнике света. Экранирование источников света осуществляется с помощью щитков, козырьков и т.п. При отсутствии экрана (плафона) на источнике искусственного света яркость объекта и фона увеличивается за счет появления бликов L_б, что приводит к снижению показателей контрастности, а значит и к уменьшению показателя видимости:

.

  - 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:

,

где k_пор – пороговый или наименьше различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.

 

2. Виды и системы освещения

При освещении  производственных помещений используют естественное освещение создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода; искусственное освещение создаваемое искусственными источниками света; совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Естественное освещение имеет положительные и отрицательные стороны. Более благоприятный спектральный состав (наличие ультрафиолетовых лучей), высокая диффузность света способствуют улучшению зрительных условий работы. Однако, при естественном освещении освещенность во времени и пространстве непостоянна, зависит от погодных условий, возможно тенеобразование, ослепление при ярком солнечном свете.

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

 

3. Нормирование естественного освещения

Нормирование  естественной и искусственной освещенности осуществляется в соответствии со СНиП 23-05-95 “Естественное и искусственное освещение”.

Поскольку для естественной освещенности характерно изменение ее в чрезвычайно широких пределах, в качестве нормируемой величины взята относительная величина – коэффициент естественного освещения (КЕО = е).

,

где Е_вн – освещенность внутри помещения, лк (при одностороннем боковом освещении в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены и высоте 0,8 м от пола);

Е_нар – горизонтальная наружная освещенность, лк.

Нормированное значение КЕО определяется с учетом размеров рассматриваемого объекта, т.е. по характеристике зрительной работы, системы освещения, района расположения здания по формуле:

,

где N – номер группы обеспеченности естественным светом по таблице 1;

е_N – значение КЕО по таблицам 2 и 3;

m_N – коэффициент светового климата по таблице 1.

Полученные  значения следует округлять до десятых  долей.

Минимальное значение КЕО в производственных помещениях должно быть не менее е_N.

В небольших  помещениях при одностороннем боковом  естественном освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, а при двухстороннем боковом освещении – в точке посредине помещения.

В крупногабаритных производственных помещениях при боковом  освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, удаленной  от световых проемов:

• на полторы высоты помещения для работ I – IV разрядов;
• на две высоты помещения для работ V – VII разрядов;
• на три высоты помещения для работ VIII разряда.

При верхнем  или комбинированном естественном освещении нормируется среднее  значение КЕО в точках, расположенных  на пересечении вертикальной плоскости  характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). При этом первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн. Неравномерность естественного освещения помещений с верхним или комбинированным естественным освещением не должна превышать 3 : 1.

Для оценки достаточности  естественного освещения на рабочих  местах принимаются нормативные значения КЕО, установленные СНиП для совмещенного освещения.

 

4. Расчет естественного освещения

При расчете  естественного освещения определяют площадь световых пролетов, которые обеспечивают нормированное значение КЕО:

,

где e_N – нормированное значение КЕО, % (e_N = 2);

k₃ – коэффициент запаса, при запыленности и загазованности от 1,3 до 1,7; с “чистым” режимом – 1,2-1,3;

η₀ – световая характеристика окон (таблица 3);

k_3a – коэффициент, учитывающий затенение окон другими зданиями (таблица 3) (k_3a = 1);

τ₀ – коэффициент светопропускания окна, τ₀= τ₁ ∙ τ₂;

τ₁ – для одинарного стекла 0,9, двойного 0,8, армированного 0,6;

τ₂ – для переплетов деревянных 0,6-0,75, для стальных 0,8-0,9;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО из-за отражения, r₁ = 1;

S_n – площадь пола помещения, 68 м²;

S₀ – площадь освещения помещения, м².

 

5. Теоретическое определение КЕО

Очень часто  на стадии проектирования производственного здания для правильной расстановки оборудования и размещения рабочих мест с различной степенью зрительного напряжения необходимо аналитически определять КЕО. Световой поток, падающий на расчетную точку М производственного помещения, включает прямой диффузионный свет части небосвода, видимого через световой проем, а также света, отраженного от внутренних поверхностей помещения и от противостоящих зданий.

При боковом  освещении КЕО определяется:

,

где ε_нб и ε_зд – геометрические коэффициенты естественной освещенности в расчетных точках при боковом освещении соответственно от небосвода и противостоящего здания (их значения определяются с помощью графического метода Данилюка А. М.);

β_а – коэффициент ориентации световых проемов, учитывающий ресурсы естественного света по кругу горизонта;

b_ф – средняя относительная яркость фасадов противостоящих зданий;

γ_а – коэффициент ориентации фасада здания, учитывающий зависимость его яркости от ориентации по сторонам горизонта;

k_зд – коэффициент, учитывающий изменение внутренней отраженной составляющей КЕО в помещении при наличии противостоящих зданий;

τ₀ – коэффициент светопропускания;

r₀ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя при открытом горизонте (отсутствии противостоящих зданий);

k₃ – коэффициент запаса заполнения светового проема.

Геометрические  коэффициенты КЕО определяются методом  Данилюка А.М. Полусферу небосвода условно разбивают на 10000 участков равной световой активности и графически определяют, какая часть светового потока от всей небесной полусферы попадает в расчетную точку.

Количество  видимых через светопроемы участков небосвода определяют при помощи двух графиков, представляющих собой проекцию пучка лучей, соединяющих центр полусферы небосвода с участками равной световой активности (по высоте светового проема график 1, по ширине – график 2).

Определение КЕО  сводится к наложению графиков 1 и 2 соответственно на поперечный разрез и план помещения и к подсчету числа лучей, пропускаемых светопроемом по его высоте и ширине.

Геометрическое  значение КЕО в данной точке помещения

е_р=0,01 ∙ n₁ ∙ n₂, %

где n₁ – число лучей графика 1, проходящих через светопроем на поперечном разрезе помещения;

n₂ – число лучей графика 2, проходящих через светопроем на плане помещения.

 

6. Экспериментальное определение кео

При проведении инструментальных замеров используется люксметр Ю-116, предназначенный для измерения освещенности, создаваемой источниками света и естественным светом.

Люксметр состоит  из измерителя люксметра и отдельного фотоэлемента с насадками.