Разработка системы искусственного освещения в производственном помещении

Фактическая освещенность в производственном помещении должна быть больше или равна нормируемой освещенности. При несоблюдении требований к освещению развивается утомление зрения, понижается общая работоспособность и производительность труда, возрастает количество брака и опасность производственного травматизма. Низкая освещенность способствует развитию близорукости. Изменения освещенности вызывают частую переадаптацию, ведущую к развитию утомления зрения.

Блескость вызывает ослепленность, утомление зрения и может привести к несчастным случаям.

Для освещения помещений  следует использовать, как правило, наиболее экономичные разрядные лампы. Использование ламп накаливания для общего освещения допускается только в случае невозможности или технико-экономической нецелесообразности использования разрядных ламп. 

Для местного освещения кроме разрядных источников света следует использовать лампы накаливания, в том числе галогенные. Применение ксеноновых ламп внутри помещений не допускается.

Освещенность рабочей  поверхности, создаваемая светильниками  общего освещения в системе комбинированного, должна составлять не менее 10 % нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются для местного освещения. При этом освещенность должна быть не менее 200 лк при разрядных лампах, не менее 75 лк при лампах накаливания. Создавать освещенность от общего освещения в системе комбинированного более 500 лк при разрядных лампах и более 150 лк при лампах накаливания допускается только при наличии обоснований.  

В помещениях без естественного  света освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения в системе комбинированного, следует повышать на одну ступень.

В цехах с полностью  автоматизированным технологическим  процессом следует предусматривать  освещение для наблюдения за работой  оборудования, а также дополнительно включаемые светильники общего и местного освещения для обеспечения необходимой освещенности при ремонтно-наладочных работах. 

Для местного освещения  рабочих мест следует использовать светильники с непросвечивающими отражателями. Светильники должны располагаться таким образом, чтобы их светящие элементы не попадали в поле зрения работающих на освещаемом рабочем месте и на других рабочих местах.

Местное освещение рабочих  мест, как правило, должно быть оборудовано  регуляторами освещения. 

Местное освещение зрительных работ с трехмерными объектами  различения следует выполнять: 

 

при диффузном отражении  фона - светильником, отношение наибольшего  линейного размера светящей поверхности  которого к высоте расположения ее над рабочей поверхностью составляет не более 0,4 при направлении оптической оси в центр рабочей поверхности под углом не менее 30°  к вертикали; 

 

при направленно-рассеянном и смешанном отражении фона - светильником, отношение наименьшего линейного размера светящей поверхности которого к высоте расположения ее над рабочей поверхностью составляет не менее 0,5, а ее яркость - от 2500 до 4000 кд/кв.м. 

 
 

РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Расчет искусственного освещения - это основной, а значит, самый ответственный этап проектирования осветительной установки. В ходе расчета искусственного освещения специалисты определяют общую установочную мощность и мощность каждой отдельно взятой лампы осветительной установки, нормы внутреннего и наружного освещения, технические характеристики осветительных приборов, высоту их крепления и другие параметры, а также осуществляют выбор систем освещения.

Расчет искусственного освещения необходим для того, чтобы:

• исключить наличие резких контрастов;

• исключить ослепляемость;

• обеспечить постоянство освещения;

• предупредить возникновение глубоких и резких теней на освещаемой поверхности или территории;

• равномерно и в достаточной мере распределить яркость освещения по освещаемой поверхности или территории.

Ряд единиц, необходимых для расчета искусственного освещения, вытекает из задач данного мероприятия. Эти единицы нормированы, и поддержание их обеспечивает оптимальное распределение световой энергии, а значит, позволяет выполнить поставленные задачи. Основные параметры, которые учитываются при расчете искусственного освещения таковы:  
 
1. Световой поток. Данная величина, измеряемая в люменах (лм) существенна для расчета искусственного освещения, поскольку характеризует мощность лучистой энергии в 1 Вт.  
 
2. Освещенность. Эта характеристика, измеряемая в люксах (лк), важна для расчета искусственного освещения, поскольку определяет отношение светового потока к площади освещаемой поверхности.  
 
3. Сила света измеряется в канделах (кд) и учитывается при расчете искусственного освещения потому, что характеризует плотность светового потока.  
 
4. Светимость важна для расчета искусственного освещения в силу того, что определяет отношения светового потока к источнику освещения. Принятая единица измерения – лм/м2.  
 
5. Яркость. Эта величина принципиальна для расчета искусственного освещения потому, что определяет отношение силы света к освещаемой поверхности. 

Расчет искусственного освещения в помещениях можно производить следующими тремя методами: точечным, методом удельной мощности и методом коэффициента использования светового потока.

ТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ИСКУССТВЕННОГО

ОСВЕЩЕНИЯ

Точечный метод дает возможность определить в любой точке помещения освещенность как в горизонтальной, так и в вертикальной или наклонной плоскостях.

В основном точечный метод расчета освещения применяется при расчете локализованного и наружного освещения в случаях, когда часть светильников закрывается расположенным в помещении оборудованием, при освещении наклонных или вертикальных поверхностей, а также для расчета освещения производственных помещений с темными стенами и потолком (литейные, кузнечные цехи, большинство цехов металлургических заводов и т.п.).

В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

где: I_α - сила света в направлении от источника на заданную точку рабочей поверхности ( определяют по кривым силы света или по таблицам выбранного типа светильника),

α - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы света к расчетной точке, 

μ - коэффициент, учитывающий действие удаленных от расчетной точки светильников и отраженного светового потока от стен, потолка, пола, оборудования, падающего на рабочую поверхность в расчетной точке ( принимают в пределах μ = 1,05...1,2),

k - коэффициент запаса,

h_p - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Перед началом расчета освещения точечным методом необходимо вычертить в масштабе схему размещения светильников для определения геометрических соотношений и углов.

 Расчет ведется  по специальным формулам, номограммам,  графикам и вспомогательным таблицам.Наиболее простым является определение освещенности в горизонтальной плоскости от светильников с ЛН с помощью графиков пространственных изолюкс. Такие графики строятся для светильников каждого типа и имеются в справочных книгах по проектированию электроосвещения. «Изолюксой» называется линия, соединяющая точки с одинаковой освещенностью.

На рис.1 по вертикальной оси отложена высота установки светильника над расчетной поверхностью h в метрах, а по горизонтальной оси - расстояние d в метрах 30, 20, 15, 10, 7 ... - у каждой кривой нанесена освещенность в люксах от светильника, имеющего лампу со световым потоком равным 1000 лм. 

Чтобы понять назначение пространственных изолюкс и сущность расчета по ним, сделаем простой  рисунок (рис.2). Пусть в помещении  установлен светильник С на высоте h над расчетной поверхностью, например, над полом. Возьмем на полу точку А, в которой необходимо определить освещенность. Обозначим расстояние от проекции светильника на расчетную плоскость О до точка А через d.

Чтобы определить освещенность в точке А, необходимо знать величины h и d. Предположим, что h = 4 м, d = 6 м. Проведем на рис.2 горизонтальную линию от цифры 4 на вертикальной оси и вертикальную линию от цифры 6 на горизонтальной оси. Линии пересекаются в точке, через которую проходит кривая, обозначенная числом 1. Это означает, что в точке А светильник С создает условную освещенность е =1 лк. 

Рис. 1. Пространственные изолюксы условной горизонтальной освещенности от светильника с матированным стеклом.

Рис. 2. К расчету освещения  точечным методом. С - светильник, О - проекция светильника на расчетную плоскость, А - контрольная точка.

Рис. 3. К расчету освещенности точечным методом

Расчет освещенности точечным методом от светильников с  симметричным светораспределением (рис.3) рекомендуется вести в такой последовательности:

1. По соотношению d / h_p определяют tgα и, следовательно, угол α и cos³α, где d - расстояние от расчетной точки до проекции оси симметрии светильника на плоскость, ей перпендикулярную и проходящую через расчетную точку.

2. По кривой силы  света (или табличным данным) для выбранного типа светильников и угла α выбирают I_α.

3. По основной формуле  подсчитывают горизонтальную освещенность от каждого светильника в расчетной точке.

4. Определяют суммарную  освещенность в контрольной точке,  создаваемую всеми светильниками.

5. Вычисляют расчетный  световой поток (в люменах), который  должен быть создан каждой  лампой для получения в расчетной  точке требуемой (нормированной) освещенности.

6. По найденному расчетному  световому потоку подбирают лампу  требуемой мощности.

 

 

 

 

 

 

 

Пример расчета  освещения точечным методом

Помещение площадью 100 м² высотой 5 м освещается четырьмя светильниками типа РСП113-400 с лампами ДРЛ мощностью 400 Вт. Светильники расположены по углам квадрата со стороной 5 м (рис. 2). Высота подвеса светильников над рабочей поверхностью h_p = 4,5 м. Нормированная освещенность в контрольной точке А равна 250 лк. Определить, соответствует ли освещенность в контрольной точке требуемой норме.

1. Определяем tgα (рис. 3), α и cos³α ,

 

 α=37°, cos³α=0,49.

2. Определяем I_α. По кривой силе света светильников РСП13 (ДРЛ) при условной лампе со световым потоком Ф_Л = 1000 лм, находим силу света I_α при α = 37° (интерполируя между значениями силы света для угла α = 35° и 45°), I_α1000 = 214 кд.

Световой поток установленной в светильнике лампы ДРЛ мощностью 400 Вт равен 19000 лм. Поэтому

I_α = 214 × (19000 / 1000) = 214 × 19 = 4066 кд.

3. Рассчитываем освещенность  от одного светильника, в горизонтальной плоскости в контрольной точке А. Принимая коэффициент запаса k = 1,5 для одного светильника и μ = 1,05 получим

Так как в расчетной  точке каждый из четырех светильников создает одинаковую освещенность, то суммарная горизонтальная освещенность в точке А будет 

∑Е_А = 4 × 68,8 = 275,2 лк

Фактическая освещенность превышает нормированную (250 лк) примерно на 10%, что находится в допустимых пределах.

Для рационализации техники  расчетов освещенности точечным методом используют справочные кривые пространственных изолюкс, построенные для каждого типа светильника.

 
 
 
 

МЕТОД УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

Приближенный метод  определения мощностей осветительной  установки при равномерном распределении  источников света по удельной мощности более прост по сравнению с остальными методами.

Удельной мощностью p (Вт/м²) называется величина, равная отношению общей (установленной) мощности источников света (Р_уст), установленных в помещении, к площади данного помещения (S)

Порядок расчета:

1.     Наметить общее число светильников и их рядов исходя из оптимального их расположения. Определить общее число источников света

,

где N – количество источников света, N_св – количество светильников, n – количество ламп в светильнике.

2.     Определить значение удельной мощности

Удельная мощность устанавливается  по справочным таблицам  в зависимости от высоты помещения, коэффициентов отражения, типов ламп и светильников. Для этого рассчитывается показатель

,

где L – расстояние между светильниками или их рядами.

Следует учесть, что таблицы  удельных мощностей обычно приводятся для освещенности Е_н=100 лк и значений коэффициентов отражения r_п=0.5; r_с=0.3; r_р=0.1. При расчете установок, имеющих другие значения коэффициентов отражения следует пользоваться следующими коэффициентами пересчета (К_r):         

1.08 для r_п=0.5; r_с=0.5; r_р=0.1.

0.92 для r_п=0.7; r_с=0.5; r_р=0.1.

0.84 для r_п=0.7; r_с=0.5; r_р=0.3.

Во всех других случаях К_r=1.

Пересчет для другой освещенности Е_н производиться по формуле:

где p₁₀₀ – удельная мощность при освещенности 100 лк; К_r - поправочный коэффициент на различие коэффициентов отражения потолка (r_п), стен (r_с) и рабочей поверхности (r_р).

Как правило, справочные данные приводятся для условного КПД=100% (или в долях КПД=1). Расчетное значение удельной мощности w для реально применяемых светильников определяется дополнительным делением табличного значения w₁₀₀ на выраженный в долях единицы КПД светильников (h_св). Кроме того, необходимо учитывать разницу между коэффициентом запаса помещения принятым для расчета (К_з) по справочным и реальным значением коэффициента запаса в таблице  удельных мощностей (К_з1):

3. Рассчитать общую  (установленную) мощность источников  света