Источники искусственного освещения
Лабораторная работа № 5
Исследование и расчет искусственного освещения
Цель работы - изучение количественных и качественных характеристик освещения, оценка влияния типа светильника и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования светового потока.
Продолжительность работы - 2 часа.
Оборудование и приборы.
1. Стенд - модель производственного помещения.
2. Люксметр-пульсаметр.
Теоретические сведения
Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн 380 - 770 нм (1 нм = 10–9 м), регистрируемых человеческим глазом.
Для гигиенической оценки освещения используются следующие светотехнические характеристики.
Световой потокF - мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Сила света Iа - пространственная плотность светового потока:
Iа = dF/dω,
где dF - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω. Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 люмен, распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.
Освещенность E - поверхностная плотность светового потока, (лк):
E = dF/dS,
где dS - площадь поверхности, м2; на которую падает световой поток dF, лм.
Яркость В - поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению.
B = Iа/dS×cos α,
где Iа - сила света, кд; dS - площадь излучающей поверхности, м2;
α - угол между направлением излучения и плоскостью, град. Единицей яркости принята кандела на квадратный метр (кд/м2) - яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади 1 м2.
Искусственное освещение предусматривается в помещениях при недостатке естественного света или при его отсутствии в определенное (вечернее, ночное) время суток. Для создания благоприятных условий труда освещение должно отвечать ряду требований:
1. Соответствие минимальной освещенности на рабочем месте зрительным условиям труда согласно санитарным нормам.
2. Равномерное распределение яркостей на рабочей поверхности и в пределах окружающего пространства. Яркости рабочей поверхности и окружающего пространстве не должны отличаться более чем в 3 - 5 раз.
3. Отсутствие резких теней на рабочей поверхности. Тени создают неравномерное распределение яркостей в поле зрения, искажают размеры и формы объектов различения. Особенно вредны «движущиеся» тени, способствующие увеличению травматизма.
4. Отсутствие прямой и отраженной блескости в поле зрения.
Ограничение блескости достигается правильным выбором направления светового потока на рабочую поверхность, увеличением высоты подвеса светильников, конструкцией самих светильников.
5. Постоянство величины освещенности во времени. Причиной колебаний освещенности могут быть изменения напряжения в сети, затенение световых проемов, движущиеся объекты в помещении, колебания светильников, а также пульсации светового потока газоразрядных ламп.
6. Правильное направление светового потока, позволяющее в одних случаях рассматривать внутренние поверхности деталей, в других - различать рельефность элементов рабочей поверхности.
7. Необходимый спектральный состав света, что наиболее существенно при обеспечении правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов.
8. Отсутствие в осветительной установке источников опасностей и вредностей. Необходимо свести до минимума тепловыделение, излучаемый шум, опасность поражения током, пожароопасность.
9. Удобство, надежность и простота эксплуатации.
По принципу организации искусственное освещение можно разделить на общее и комбинированное.
Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах и экономить энергоресурсы.
Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Оно целесообразно при работах высокой точности, а также при работах, требующих создания светового потока определенной направленности. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности прилегающих к ним участков. Оно может быть стационарным и переносным. Применение только местного освещения в производственных помещениях запрещено, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными местами утомляет зрение, снижает скорость работы и нередко является причиной несчастных случаев.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное и охранное
Рабочее освещение предусматривается во всех помещениях производственных зданий, а также на участках открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.
Аварийное освещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса или работы объектов жизнеобеспечения. Наименьшая освещенность, создаваемая аварийным освещением, должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри здания и не менее 1 лк на территории предприятия.
Эвакуационное освещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей в количестве более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность не менее 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк на открытой территории.
Охранное освещение предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли.
Источники искусственного освещения
В качестве источников искусственного освещения применяются лампы накаливания и газоразрядные лампы.
В лампах накаливания источником света является раскаленная вольфрамовая проволока. Эти лампы дают непрерывный спектр излучения с повышенной (по сравнению с естественным светом) интенсивностью в желто-красной области спектра. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные, газонаполненные, бесспиральные (галогенные).
Общими недостатками ламп накаливания являются сравнительно небольшой срок службы (менее 2000 часов) и малая световая отдача (отношение создаваемого светового потока к потребляемой электрической мощности) (8 - 20 лм/Вт). В промышленности они находят, применение для организации местного освещения.
Наибольшее применение в промышленности находят газоразрядные лампы низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления, называемые люминесцентными, содержат стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, наполненную дозированным количеством ртути (30 - 80 мг) и смесью инертных газов под давлением около 400 Па. На противоположных концах внутри трубки размещаются электроды, между которыми при включении лампы в сеть возникает газовый разряд, сопровождающийся излучением преимущественно в ультрафиолетовой области спектра. Это излучение в свою очередь преобразуется люминофором в видимое световое излучение. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью.
Современные газоразрядные лампы низкого давления имеют встроенный высокочастотный преобразователь. Газовый разряд в таких лампах (называемый вихревым) возбуждается на высоких частотах (десятки килогерц), за счет чего обеспечивается очень высокая светоотдача.
К газоразрядным лампам высокого давления (0,03 - 0,08 МПа) относят дуговые ртутные лампы. В спектре излучения этих ламп преобладают составляющие зелено-голубой области спектра.
Основными достоинствами газоразрядных ламп являются долговечность (свыше 10000 часов), экономичность, малая себестоимость изготовления, благоприятный спектр излучения, обеспечивающий высокое качество цветопередачи, низкая температура поверхности. Светоотдача этих ламп колеблется в пределах от 30 до 105 лм/Вт, что в несколько раз превышает светоотдачу ламп накаливания.