Светотехнические характеристики освещения
Учебно-исследовательская
Лабораторная работа
Исследование эффективности и качества освещения
8.1. Цель и задачи работы
Целью работы является изучение количественных и качественных характеристик искусственного освещения, а так же оценка влияния источника света и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования осветительной установки (η).
Основные задачи исследования:
· Измерение освещенности, создаваемой различными источниками света и сравнение с нормируемыми значениями;
· Определение коэффициента использования осветительной установки (η);
· Измерение и сравнение коэффициентов пульсаций освещенности, создаваемой различными источниками света;
· Оценка зависимости коэффициента пульсаций освещенности от способа подключения ламп к фазам трехфазной сети;
· Наблюдение стробоскопического эффекта.
Теоретическая часть
Общие сведения
Освещение – получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий видения предметов и объектов.
Освещение должно быть гигиенически рациональным, т.е. обеспечивать:
- достаточную освещенность рабочих поверхностей;
- постоянство равномерной освещенности во времени;
- равномерное распределение яркости в окружающем пространстве;
- отсутствие слепящего действия.
Освещение имеет большое значение для здоровья и организации труда. Под влиянием светового излучения ускоряются процессы высшей нервной деятельности, повышается общая активность и деятельность дыхательных органов. Недостаток света вызывает раздражение глаз, затрудняет различение предметов, замедляет темп работы.
Переход от одной яркости поля зрения к другой требует определенного времени на так называемую адаптацию зрения, которая может составлять при переходе из темного в ярко освещенное помещение 1,5-2 минуты, а при обратном переходе до 5-6 минут, в течение которых человек плохо различает окружающие предметы, что может послужить причиной несчастного случая. Недостаточная освещенность при напряженной зрительной работе или частая переадаптация зрения приводит к быстрому утомлению, возникновению головных болей, ухудшению зрения.
Установлено, что неудовлетворительное освещение является прямой причиной примерно 5% и косвенной причиной 20% несчастных случаев. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости и увеличивает скорость различения деталей, что приводит к увеличению производительности труда.
Так, при выполнении операции точной сборки, увеличение освещенности с 150 до 1000 лк позволяет получить повышение производительности труда до 25% и, даже при выполнении работ малой точности, не требующих большого зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2 – 3 %. При хорошем освещении устраняется напряжение глаз, облегчается различение обрабатываемых изделий, ускоряется темп работы.
Понижение освещенности ведет к снижению производительности труда, причем не только ручного, но и умственного, требующего напряжения памяти, логического мышления. Например, снижение освещенности на величину до 50% от нормативного значения может привести к зрительному утомлению и снижению производительности труда на 3 – 10 % с одновременным ростом брака продукции.
В зависимости от источника света освещение может быть трёх видов: естественное, искусственное и совмещённое.
Структурная схема типов освещения в зависимости от источника света и функционального назначения приведена на рис.8.1.
Рис. 8.1. Классификация типов освещения
Искусственное освещение в зависимости от функционального назначения на промышленных предприятиях подразделяется на рабочее, охранное, аварийное, эвакуационное, дежурное.
Рабочее освещение обеспечивает необходимые условия при нормальном режиме работы осветительной установки, оно обязательно во всех помещениях и на открытых пространствах.
Охранное освещение – разновидность рабочего освещения, оно устанавливается по линии охраняемых границ территорий промышленных предприятий, строек, а также территорий некоторых общественных зданий.
Аварийное освещение – освещение безопасности, обеспечивает минимально необходимые осветительные условия для продолжения работы при временном погасании рабочего освещения в помещениях и на открытых пространствах в случаях, когда отсутствие искусственного освещения может вызвать тяжелые последствия для людей, производственных процессов, нарушить нормальное функционирование жизненных центров предприятия и узлов обслуживания массовых потребителей.
Эвакуационное освещение служит для безопасной эвакуации людей из помещений и с открытых пространств при аварийном погасании рабочего освещения.
Дежурное освещение используется при перерывах, когда рабочее освещение отключают, например, при уборке помещений и для его охраны.
Указания, в каких случаях необходимо аварийное и эвакуационное освещение, содержатся в СНиП и в отраслевых нормах искусственного освещения. Согласно СНиП аварийное освещение должно создать освещенность не ниже 5% нормируемой освещенности, но не менее 2 лк в помещениях и 1 лк снаружи. Освещенность более 30 лк в помещениях и более 5 лк снаружи разрешается создать при наличии соответствующих обоснований.
Эвакуационное освещение должно создавать освещенность не менее 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк снаружи. Для аварийного и эвакуационного освещения могут использоваться лампы накаливания (в том числе галогенные лампы накаливания) и люминесцентные лампы, причем последние только в помещениях с температурой воздуха не ниже +5ºC при питании их переменным током и напряжении не ниже 90% номинального. Лампы типов ДРЛ, ДРИ и ДНАТ могут использоваться только как дополнительно присоединяемые к группам аварийного освещения в целях усиления освещенности сверх нормированной для аварийного освещения.
Встречающиеся в природе излучения находятся в пределах чрезвычайно широкого диапазона длин волн (рис.8.2). При этом к оптической области излучения принято относить электромагнитные колебания с длиной волн от 10 до 340000 нм, причем диапазон длин волн от 10 до 380 нм относят к области ультрафиолетового излучения, от 380 до 770 нм – к видимой области спектра и от 770 до 340000 – к области инфракрасного излучения.
Рис. 8.2. Спектр электромагнитных излучений.
Видимая часть спектра растянута.
Глаз человека имеет наибольшую чувствительность к излучению с длиной волны 540 – 550 нм (желто-зеленый цвет).
В целом видимая часть спектра воспринимается глазом человека как белый свет. Отдельные узкие участки этой части спектра различаются длиной волны и вызывают соответствующие ей ощущения различных цветов. Интенсивность этих зрительных ощущений неодинакова, т.к. неодинакова чувствительность глаз к излучениям участков видимого спектра.
При естественном освещении наибольшая чувствительность соответствует излучению с длиной волны 555 нм (желтый свет), а ночью (или в сумерках), максимум соответствует примерно 500 нм (зелено-голубой свет).
Относительная чувствительность глаза к излучению крайних участков видимой части спектра (фиолетовой и красной) значительно меньше и зависит от времени суток (рис.8.3).
Рис. 8.3. Кривые относительной видимости:
1 - ночью; 2 - днем.
Светотехнические характеристики освещения
Для гигиенической оценки освещения используются следующие светотехнические характеристики:
Световой поток F — мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Сила света Iα — пространственная плотность светового потока:
,
где dF - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω.
Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан (угол равен 65032’).
Освещенность — поверхностная плотность светового потока, люкс (лк):
,
где dS – площадь поверхности (м2), на которую падает световой поток dF.
Яркость В — поверхностная плотность силы света в заданном направлении. Яркость, являющаяся характеристикой светящихся тел, равна отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению.
где Iα - сила света, кд;
dS - площадь излучающей поверхности, м2;
φ - угол между направлением излучения и плоскостью, град.
Объект различения— рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, который требуется различать в процессе работы. Например, при чтении — толщина линий букв, при проведении измерений — размер толщины линии градуировки шкалы прибора и т.п.
Качественными показателями, определяющими условия зрительной работы, являются фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослеплённости, показатель дискомфорта.
Фон— поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности. Фон считается:
светлым — при коэффициенте отражения поверхности более 0.4 (бумага белая, матовая — 0.55...0.65, известковая побелка — 0.8);
средним — при коэффициенте отражения поверхности от 0.2 до 0.4 (желтая краска — 0.4, оцинкованная жесть — 0.2);
тёмным — при коэффициенте отражения поверхности менее 0.2 (красный кирпич.— 0.08...0.1, необработанная сталь — 0.05... 0.1).
Коэффициент отражения (ρ)— отношение отраженного от поверхности светового потока к падающему на нее потоку. Может выражаться в долях или процентах.
Контраст объекта различения с фоном (К)— отношение абсолютной величины разности между яркостью рассматриваемого объекта (точка, линия, риска, знак, пятно, трещина и т.п., которые следует различать в процессе работы) и фона к яркости фона. Контраст считается:
большим — при значениях отношения более 0.5 (объект и фон резко различаются по яркости);
средним — при значениях отношения от 0.2 до 0.5 (объект и фон заметно различаются по яркости);
малым — при значениях отношения менее 0.2 (объект и фон мало различаются по яркости).
Контраст может быть прямым и обратным. Прямой контраст — темный объект на светлом фоне, обратный контраст — светлый объект на темном фоне.
Для того чтобы можно было полнее охарактеризовать основные светотехнические величины и их восприятие человеком, используют еще ряд светотехнических понятий. К ним относятся:
Нормируемая освещенность— нижний предел необходимой освещенности, установленный нормативными таблицами, в зависимости от характера выполняемой зрительной работы и ориентации рабочей поверхности в пространстве.
Светоотдача (СО)— световой поток, излучаемый светильником, приходящийся на 1 Вт затрачиваемой энергии и характеризует эффективность светильника, иными словами, его экономичность. Измеряется в лм/Вт. Теоретически 1 Вт электроэнергии может дать световой поток в 683 лм.
Светильник— источник света (лампа накаливания, газоразрядная лампа) со светотехнической арматурой, предназначенной для закрепления и защиты от воздействия окружающей среды источника света, подвода электроэнергии и распределения светового потока, излучаемого источником света в пространстве
Коэффициент пульсации светового потока (Кп):
где Еmax, Еmin – максимальная и минимальная освещенность соответственно;
Еср – средняя освещенность
Коэффициент запаса – принимается при проектировании естественного, искусственного и совмещенного освещения, учитывает снижение освещенности в процессе эксплуатации из-за загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также отражающих свойств поверхностей помещения. Принимается по СНиП 23-05-95.