Лабораторна робота №2
ТЕМА. Дослідження ефективності штучного та природного освітлення у виробничих та учбових приміщеннях
МЕТА. Освоїти методику дослідження умов зорової роботи, навчитися вимірювати показники освітленості природного та штучного освітлення. Ознайомитися з принципами розрахунку освітленості в співвідношенні з встановленими нормами.
Обладнання, навчальні матеріали: люксметр типу Ю-116 (Ю-1170), таблиці «Норми природної освітленості для виробничих приміщень», «Світловий потік ламп розжарювання», «Світловий потік люмінесцентних ламп», «Коефіцієнт використання світлового потоку для світильників», «Норми освітленості приміщень коледжу»
Теорія.
ОСВІТЛЕННЯ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ
ЗНАЧЕННЯ ОСВІТЛЕННЯ ДЛЯ УСПІШНОЇ ТРУДОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм людини в процесі праці, світло займає одне з перших місць. Адже відомо, що майже 90% всієї інформації про довкілля людина одержує через органи зору. Під час здійснення будь-якої трудової діяльності втомлюваність очей, в основному, залежить від напруженості процесів, що супроводжують зорове сприйняття. До таких процесів належать адаптація, акомодація та конвергенція.
Адаптація — пристосування ока до зміни умов освітлення (рівня освітленості).
Акомодація — пристосування ока до зрозумілого бачення предметів, що знаходяться від нього на неоднаковій відстані за рахунок зміни кривизни кришталика.
Конвергенція — здатність ока при розгляданні близьких предметів займати положення, при якому зорові осі обох очей перетинаються на предметі.
Світло впливає не лише на функцію органів зору, а й на діяльність організму в цілому. При поганому освітленні людина швидко втомлюється, працює менш продуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків. Згідно із статистичними даними, до 5% травм можна пояснити недостатнім або нераціональним освітленням, а в 20% воно сприяло виникненню травм. Врешті, погане освітлення може призвести до професійних захворювань, наприклад, таких як робоча міопія (короткозорість, спазм акомодації).
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не лише
кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так, при світлому пофарбуванні
інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень освітленості підви-
щується на 20—40% (при тій же потужності джерел світла), різкість тіней зменшу-
ється, покращується рівномірність освітлення. При надмірній яскравості джерел світ:
ла та предметів, що знаходяться у полі зору, може відбутись засліплення працівника.
Нерівномірність освітлення та неоднакова яскравість навколишніх предметів призво-
дять до частої переадаптації очей під час виконання роботи і, як наслідок цього — до ,
швидкого втомлення органів зору. Тому поверхні, що добре освітлюються і знахо-
дяться в полі зору, краще фарбувати в кольори середньої світлості, коефіцієнт відбит-
тя яких знаходиться в, межах 0,3—0,6, і, бажано, щоб вони мали матову або напівма-
тову поверхню.
Основні вимоги до виробничого освітлення:
— створювати на робочій поверхні освітленість, що відповідає характеру зорової роботи і не є нижчою за встановлені норми;
— забезпечити достатню рівномірність та постійність рівня освітленості у виробничих приміщеннях, щоб уникнути частої переадаптації органів зору;
— не створювати засліплювальної дії як від самих джерел освітлення, так і від
інших предметів, що знаходяться в полі зору;
— не створювати на робочій поверхні різких та глибоких тіней (особливо рухомих);
— повинен бути достатній для розрізнення деталей контраст поверхонь, що
освітлюються;
— не створювати небезпечних та шкідливих виробничих чинників (шум, теплові
випромінювання, небезпека ураження струмом, пожежо- та вибухонебезпека світильників);
— повинно бути надійним і простим в експлуатації, економічним та естетичним.
ВИДИ ВИРОБНИЧОГО ОСВІТЛЕННЯ
Залежно від джерела світла виробниче освітлення може бути: природним, що створюється прямими сонячними променями та розсіяним світлом небосхилу; штучним, що створюється електричними джерелами світла та суміщеним, при якому недостатнє за нормами природне освітлення доповнюється штучним.
Природне освітлення поділяється на: бокове (одно- або двостороннє), що здійснюється через світлові отвори (вікна) в зовнішніх стінах; верхнє, здійснюване через ліхтарі та отвори в дахах і перекриттях; комбіноване — поєднання верхнього та бокового освітлення.
Штучне освітлення може бути загальним та комбінованим. Загальним називають освітлення, при якому світильники розміщуються у верхній зоні приміщення (не нижче 2,5 м над підлогою) рівномірно (загальне рівномірне освітлення) або з врахуванням розташування робочих місць (загальне локалізоване освітлення). Комбіноване освітлення складається із загального та місцевого. Його доцільно застосовувати при роботах високої точності, а також, якщо необхідно створити певний або змінний в процесі роботи напрямок світла. Місцеве освітлення створюється світильниками, що концентрують світловий потік безпосередньо на робочих місцях. Застосування лише місцевого освітлення не допускається з огляду на небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань.
За функціональним призначенням штучне освітлення поділяється на робоче, аварійне, евакуаційне, охоронне, чергове.
Робоче освітлення призначене для забезпечення виробничого процесу, переміщення людей, руху транспорту і є обов'язковим для всіх виробничих приміщень.
Аварійне освітлення використовується для продовження роботи у випадках, коли раптове вимкнення робочого освітлення та пов'язане з ним порушення нормального обслуговування обладнання може викликати вибух, пожежу, отруєння людей, порушення технологічного процесу тощо. Мінімальна освітленість робочих поверхонь при аварійному освітленні повинна складати 5% від нормованої освітленості робочого освітлення, але не менше 2 лк.
Евакуаційне освітлення призначене для забезпечення евакуації людей з приміщень при аварійному вимкненні робочого освітлення. Його необхідно влаштовувати: в місцях, небезпечних для проходу людей; в приміщеннях допоміжних будівель, де можуть одночасно знаходитись більше 100 чоловік; у проходах; на сходових клітках; у виробничих приміщеннях, в яких працює більше 50 чоловік. Мінімальна освітленість на підлозі основних проходів та на сходах при евакуаційному освітленні повинна бути не менше 0,5 лк, а на відкритих майданчиках — не менше 0,2 лк.
Охоронне освітлення влаштовується вздовж меж території, яка охороняється в нічний час спеціальним персоналом. Найменша освітленість повинна бути 0,5 лк на рівні землі.
Чергове освітлення передбачається у неробочий час, при цьому, як правило, використовують частину світильників інших видів штучного освітлення.
Класифікація видів виробничого освітлення наведена на рис. 1
Рис. 1 Класифікація видів виробничого освітлення
ПРИРОДНЕ ОСВІТЛЕННЯ
Природне освітлення має важливе фізіолого-гігієнічне значення для працюючих. Воно сприятливо впливає на органи зору, стимулює фізіологічні процеси, підвищує обмін речовин та покращує розвиток організму в цілому. Сонячне випромінювання зігріває та знезаражує повітря, очищуючи його від збудників багатьох хвороб (наприклад, вірусу грипу). Окрім того, природне світло має і психологічну дію, створюючи в приміщенні для працівників відчуття безпосереднього зв'язку з довкіллям.
Природному освітленню властиві й недоліки: воно непостійне в різні періоди доби та року, в різну погоду; нерівномірно розподіляється по площі виробничого приміщення (рис. 2); при незадовільній його організації може викликати засліплення органів зору.
Рис. 2 Криві розділу освітленості в приміщеннях
при різних видах природного освітлення: а — односторонньому боковому;
б — двосторонньому боковому; в — верхньому; г — комбінованому
На рівень освітленості приміщення при природному освітленні впливають наступні чинники: світловий клімат; площа та орієнтація світлових отворів; ступінь чистоти скла в світлових отворах; пофарбування стін та стелі приміщення; глибина приміщення; наявність предметів, що заступають вікно як із середини, так і ззовні приміщення.
Оскільки природне освітлення непостійне впродовж дня, кількісна оцінка цього виду освітлення проводиться за відносним показником — коефіцієнтом природного освітлення (КПО): КПО=100%, (рис. 3)
Рис. 3 Схематичне зображення внутрішньої Евн (а) та зовнішньої Езоен (б) освітленості, де Еан— освітленість у даній точці всередині приміщення, що створюється безпосереднім чи відбитим світлом неба (рис. 3, а);
Езовн — освітленість горизонтальної поверхні, що створюється в той самий час ззовні світлом повністю відкритого небосхилу (рис. 3, б).
Нормовані значення КПО визначаються «Будівельними нормами і правилами» (СНиП ІІ-4-79). В основі визначення КПО покладено розмір об'єкта розпізнавання,
під яким розуміють предмет, що розглядається або ж його частину, а також дефект, який потрібно виявити.
Розрахунок природного освітлення полягає у визначенні площі світлових отворів (вікон, ліхтарів) відповідного до нормованого значення КПО.
Розрахунок площі вікон при боковому освітленні проводиться за допомогою наступного співвідношення
де S — площа вікон;
Sn— площа підлоги приміщення;
ен— нормоване значення КПО;
k3— коефіцієнт запасу;
nв — світлова характеристика вікон;
k6уд— коефіцієнт, що враховує затінення вікон протилежними будівлями;
tз— загальний коефіцієнт світлопропускання;
r — коефіцієнт, що враховує підвищення КПО завдяки світлу, відбитому від поверхонь приміщення та поверхневого шару, що прилягає до будівлі (земля, трава тощо).
ШТУЧНЕ ОСВІТЛЕННЯ
Штучне освітлення передбачається у всіх виробничих та побутових приміщеннях, де недостатньо природного світла, а також для освітлення приміщень у темний період доби. При організації штучного освітлення необхідно забезпечити сприятливі гігієнічні умови для зорової роботи і одночасно враховувати економічні показники.
Найменша освітленість робочих поверхонь у виробничих приміщеннях регламентується СНиП П-4-79 і визначається, в основному, характеристикою зорової роботи (табл. 1). Норми носять міжгалузевий характер. На їх основі, як правило, розробляють норми для окремих галузей промисловості.
В СНиП П-4-79 вісім розрядів зорової роботи, із яких перші шість характеризуються розмірами об'єкта розпізнавання. Для І—V розрядів, які окрім того мають ще й по чотири підрозряди (а, б, в, г), нормовані значення залежать не тільки від найменшого розміру об'єкта розпізнавання, але і від контрасту об'єкта з фоном та характеристики фону. Найбільша нормована освітленість складає 5000 лк (розряд Іа), а найменша — 30 лк (розряд VШв).
Джерела штучного освітлення
Як джерела штучного освітлення широко використовуються лампи розжарювання та газорозрядні лампи.
Лампи розжарювання належать до теплових джерел світла. Під дією електричного струму нитка розжарювання (вольфрамовий дріт) нагрівається до високої температури і випромінює потік променевої енергії. Ці лампи характеризуються простотою конструкції та виготовлення, відносно низькою вартістю, зручністю експлуатації, широким діапазоном напруг та потужностей. Поряд з перевагами їм притаманні й суттєві недоліки: велика яскравість (засліплювальна дія); низька світлова віддача (7—20 лм/Вт); відносно малий термін експлуатації, (до 2,5 тис. год); переважання жовто-червоних променів у порівнянні з природним світлом; не придатні для роботи в умовах вібрації та ударів; висока температура нагрівання (до 140 °С і вище), що робить їх пожежонебезпечними.
Таблиця 1
Норми штучного та природного освітлення виробничих приміщень (витяг з «Будівельних норм і правил» — СНиП ІІ-4-79)
Примітки: * При постійному спостереженні за процесом.
** Норматив стосується роботи при середньому контрасті об'єкта з фоном і темним фоном
Лампи розжарювання використовують, як правило, для місцевого освітлення, а також освітлення приміщень з тимчасовим перебуванням людей тощо.
Газорозрядні лампи внаслідок електричного розряду в середовищі інертних
газів і парів металу та явища люмінесценції випромінюють світло оптичного діапазону спектра.
Основною перевагою газорозрядних ламп є їх економічність. Світлова віддача І цих ламп становить 40—100 лм/Вт, що в 3—5 разів перевищує світлову віддачу ; ламп розжарювання. Термін експлуатації — до 10 тис. год, а температура нагрівання І (люмінесцентні) — ЗО—60 °С. Окрім того, газорозрядні лампи забезпечують світловий
потік практично будь-якого спектра, шляхом підбирання відповідним чином інертних газів, парів металу, люмінофора. Так, за спектральним складом видимого світла розрізняють люмінесцентні лампи: денного світла (ЛД), денного світла з покращеною передачею кольорів (ЛДЦ), холодного білого (ЛХБ), теплого білого (ЛТБ), білого (ЛБ) та жовтого (ЛЖ) кольорів.
Основним недоліком газорозрядних ламп є пульсація світлового потоку, що
може зумовити виникнення стробоскопічного ефекту — явища спотворення зорово-
го сприйняття об'єктів, які рухаються, обертаються чи змінюються в пульсуючому
світлі, що виникає при збігові кратності частотних характеристик руху об'єктів
і зміни світлового потоку в часі освітлювальних установок газорозрядних ламп, які
живляться змінним струмом. Таке спотворене зорове сприйняття може призвести
до нещасного випадку, оскільки об'єкт, що рухається, чи обертається може здаватись
нерухомим. До недоліків цих ламп можна віднести також складність схеми вмикан-
ня, шум дроселів, значний час між вмиканням та запалюванням ламп, відносно
висока вартість.
Газорозрядні лампи бувають низького та високого тиску. Газорозрядні лампи низького тиску, що називаються люмінесцентними, широко застосовуються для освітлення приміщень як на виробництві, так і в побуті. Однак, вони не можуть використовуватись при низьких температурах, оскільки погано запалюються та характеризуються малою одиничною потужністю при великих розмірах самих ламп.
Газорозрядні лампи високого тиску застосовуються в умовах, коли необхідна висока світлова віддача при компактності джерел світла та стійкості до умов зовнішнього середовища. Серед цих типів ламп найчастіше використовуються металогенні (МГЛ), дугові ртутні (ДРЛ) та натрієві (ДНаТ).
Окрім газорозрядних ламп для освітлення промисловість випускає лампи спеціального призначення: бактероцидні, еритемні тощо.
До основних характеристик джерел штучного освітлення належать: номінальна напруга живлення, В; електрична потужність лампи, Вт; світловий потік, лм світлова віддача, лм/Вт; термін експлуатації; спектральний склад світла; вартість.
Методи розрахунку штучного освітлення
Для розрахунку штучного освітлення використовують, в основному, три методи: світлового потоку (коефіцієнта використання), точковий та питомої потужності.
Метод світлового потоку призначений для розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь. Цей метод дозволяє врахувати як прямий світловий потік, так і відбитий від стін та стелі. Світловий потік лампи Фл визначають за формулою:
де Е — нормована освітленість, лк;
S — площа освітлюваного приміщення, м2;
k3 — коефіцієнт запасу, що враховує зниження освітленості в результаті забруднення та старіння ламп (ft = 1,3—1,8);
Z — коефіцієнт нерівномірності освітлення (Z = 1,1 —1,15);
N — кількість світильників;
п — кількість ламп у світильнику;
η— коефіцієнт використання світлового потоку.
Коефіцієнт η визначається за світлотехнічними таблицями залежно від показника приміщення і, коефіцієнтів відбиття стін та стелі. Показник приміщення і знаходять за формулою:
де а і b — довжина і ширина приміщення, м;
h — висота світильника над робочою поверхнею, м.
Порахувавши світловий потік лампи Фл, за таблицею вибирають найближчу стандартну лампу і визначають електричну потужність всієї освітлювальної установки.
Точковий метод призначений для розрахунку локалізованого та комбінованого освітлення, а також освітлення похилих площин. В основу точкового методу покладено рівняння:
де I a— сила світла в напрямку від джерела на задану точку робочої поверхні, кд; а — кут падіння світлових променів, тобто кут між променем та перпендикуляром до освітлюваної поверхні; г — відстань від світильника до заданої точки.
Для практичного використання в формулу підставляють коефіцієнт запасу k та значення r=h /cosa (рис. 2.22), тоді
Рис. 4 Освітленість точки А, що
належить горизонтальній площині
Q точковим джерелом світла S
Величини сили світла I a наводяться в світлотехнічних довідниках.
Метод питомої потужності вважається найбільш простим, однак і найменш точним, тому його застосовують лише при наближених розрахунках. Цей метод дозволяє визначити потужність кожного світильника (лампи) Рсд, Вт для створення в приміщенні нормованої освітленості
де р — питома потужність, Вт/ м2 (приймається за довідниками для приміщень даної галузі);
S — площа приміщення, м2;
N — кількість світильників у приміщенні.
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК
Надійність та ефективність природного і штучного освітлення залежить від своєчасності і ретельності їх обслуговування. Забруднення скла світлових отворів, ламп та світильників може знизити освітленість приміщень в 1,5—2 рази. Тому вікна необхідно мити не рідше двох разів у рік для приміщень з незначним виділенням пилу і не рідше чотирьох разів — при значному виділенні пилу. Періодичність чищення світильників — 4—12 разів на рік (залежно від характеру запиленості виробничих приміщень).
В світильниках з люмінесцентними лампами необхідно також слідкувати за справністю схем включення (не допускати миготіння ламп та шуму дроселів), забезпечувати безпеку та зручність експлуатації і обслуговування світильників, а також своєчасно замінювати перегорілі лампи і лампи, що слабо світяться. Замінені люмінесцентні лампи зберігаються на складах і, якщо можливо, вивозяться на спеціальні підприємства для вилучення наявної в них ртуті.
Періодично, не рідше одного разу на рік, необхідно перевіряти рівень освітленості в контрольних місцях виробничого приміщення. Основний прилад для вимірювання освітленості — люксметр.
Хід виконання лабораторної роботи:
1. Визначити основні вимоги до виробничого освітлення.
2. Дати коротку характеристику природному та штучному освітленню.
3. Визначити методи розрахунку природного та штучного освітлення.
4. Дати коротку характеристику джерелам штучного освітлення.
5. За допомогою люксметра виміряти природну освітленість у різних точках приміщення на відстані 1,2,3,4,5метрів від джерела світла. Побудувати криву залежності освітленості від відстані до джерела світла.
6. Визначити коефіцієнт природної освітленості за формулою:
е = Ев /Ез*100%, де
Ев – освітленість в приміщенн, лк, Ез –освітленість зовні приміщення, лк (≈5000лк)
7. За допомогою таблиці вказати, до якого розряду зорової роботи належить отримане значення коефіцієнту.
8. Розрахувати загальну освітленість для світильників, які є у приміщенні
Е = FzNηn/S k3
де Е — нормована освітленість, лк;
F – світловий потік лампи,лм
S — площа освітлюваного приміщення, м2;
k3 — коефіцієнт запасу, що враховує зниження освітленості в результаті забруднення та старіння ламп (k3 = 1,3—1,8);
z — коефіцієнт нерівномірності освітлення (z = 0,75 – 0,90);
N - кількість світильників;
п —кількість ламп в світильниках;
η— коефіцієнт використання світлового потоку (пофарбування стін та стелі) (0,35 – 0,5).
Коефіцієнт η визначається за світлотехнічними таблицями залежно від показника приміщення і, коефіцієнтів відбиття стін та стелі. Показник приміщення і знаходять за формулою:
де а і b — довжина і ширина приміщення, м;
h — висота світильника над робочою поверхнею, м.
9. Визначити умови від яких залежить надійність та ефективність природного та штучного освітлення.
10. Зробити висновок
Додатки
Нормы освещенности помещений колледжа