Исследование естественного освещения

Лабораторная работа № 1

Цель работы.

1. Изучить методы измерения, принципы нормирования и расчета естественной освещенности в производственных помещениях.

2. Исследовать естественную освещенность на рабочих местах и дать ее гигиеническую оценку.

Сохранность зрения человека, состояние его нервной системы и безопасность на производстве в большой степени зависят от условий освещения. Рациональное освещение рабочих мест создает благоприятные условия труда, способствует повышению качества выпускаемой продукции и производительности труда.

В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП 23-05-95) в производственных помещениях с постоянным пребыванием в них людей для работ в дневное время необходимо предусматривать естественное освещение, которое создает наиболее благоприятные санитарно-гигиенические условия для трудовой деятельности человека по сравнению с искусственным освещением.

Одной из основных характеристик видимого (светового) излучения ( =0,38-0,76 мкм) является световой поток Ф, который измеряется в люменах (лм). Световым потоком называют поток лучистой энергии, оцениваемый глазом человека по световому ощущению. Световой поток, падая на рабочую поверхность, освещает ее. Плотность светового потока на освещаемой поверхности характеризуется освещенностью и измеряется в люксах (лк)

где dS - площадь элемента освещаемой поверхности (м²).

Естественное освещение создается лучами солнца. Проходя через атмосферу земли, солнечные лучи многократно преломляются в ней, рассеиваются по небосклону и сам небосклон становится источником света.

Различают три системы естественного освещения: боковое, осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее, осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях; комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое. Наиболее рациональным является комбинированное освещение, так как создает равномерное по площади помещения освещение.

Естественная освещенность непостоянна во времени и зависит от метеорологических факторов, времени дня и года. Для средних широт она колеблется от 600 до 120000 лк, а ночью в полнолуние освещенность составляет 0,2 лк. Поэтому характеризовать естественное освещение абсолютным значением невозможно. Для характеристики освещения принято относительная величина - коэффициент естественной освещенности е (КЕО)

(1)

где Eв - естественная горизонтальная освещенность в заданной точке внутри помещения;

Eн - одновременная наружная горизонтальная освещенность, создаваемая светом небосвода.

Коэффициент естественного освещения показывает, какую долю от одновременной горизонтальной освещенности на открытом месте при диффузном свете небосвода составляет освещенность в рассматриваемой точке производственного помещения и характеризует способность системы естественного освещения пропускать свет небосвода.

При определении норм естественной освещенности производственных помещений нормативные значения КЕО выбираются из табл.1 строительных норм и правил (СНиП 23-05-95) "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования" (см. планшет лабораторной работы) с учетом следующих факторов:

- характеристики зрительной работы (определяется в зависимости от наименьшего размера объекта различения , мм);

- системы освещения (верхнее, боковое или комбинированное);

- коэффициента светового климата m (m=0,8-1,2 в зависимости от района расположения здания на территории РФ);

- коэффициента солнечности С (зависит от ориентации здания относительно сторон света и составляет от 0,6 до 1,0);

- зоны РФ, характеризующиеся устойчивостью снежного покрова.

Нормируемое значение КЕО находится по формуле

Для зданий, расположенных в центре европейской части РФ, коэффициенты светового климата и солнечности равны единице, а зона устойчивости снежного покрова относится к "остальной территории РФ". Освещенность на рабочем месте создается не всем небосводом, а отдельным участком, определяемым световыми проемами, а так же отраженным светом от противостоящих объектов (рис.1). Попадая в помещение, свет многократно отражается от стен и потолка (рис.2), чем создается дополнительная освещенность рабочих мест.

Рис. 1. Схема создания освещенности прямым и отраженным от противостоящих зданий светом небосвода

Для определения КЕО используются два метода: экспериментальный и графический.

При определении КЕО по первому методу расчет ведется по формуле (1), используя измеренные люксметром величины освещенности в заданной точке (Ев) и одновременной освещенности в горизонтальной плоскости под всем небосводом (Ен). Этот метод используется для определения или проверки освещенности в существующих производственных помещениях с целью установления их пригодности для того или иного вида работ при сравнении рассчитанного значения КЕО с нормативным, определяемым по СНиП (23-05-95).

При отсутствии экспериментальных данных, например, в проектируемых зданиях, КЕО для бокового освещения определяется расчетным путем по формуле:

,

где - геометрический КЕО в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет небосвода;

q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба;

- геометрический КЕО в расчетной точке, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий;

R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания.

Рис. 2. Схема создания освещенности отраженным от внутренних поверхностей помещения светом

Для определения геометрических КЕО ( , ) используется графический метод архитектора А.М. Данилюка с учетом того, что оконные проемы не имеют остекления и переплетов, а внутренние поверхности помещения не отражают света. Сущность этого метода состоит в том, что полусфера небосвода разбита на 100 меридианов и 100 пересекающих их параллелей. В результате на полусфере образуется 10000 площадок равномерного светового потока. Каждая из этих площадок создает освещенность в 10000 раз меньшую, чем освещенность всей полусферы небосвода. Таким образом, если через световой проем здания видна одна площадка небосвода, то создаваемая ею освещенность будет равна 0,0001 освещенности открытого места, а = 0,01% если будет видно К площадок, то =к·0,01%. В соответствии с этим геометрический коэффициент естественной освещенности, учитывающий прямой свет неба, определяется по формуле =0,01·(n₁·n₂), где n₁ - количество лучей по графику I, проходящих через световые проемы в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис. 3); n₂ - количество лучей по графику II, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на плане помещения (рис.4).

Рис. 3

Геометрический коэффициент естественной освещенности, учитывающий свет, отраженный от противостоящего здания ,определяется по формуле =0,01·(n₁'·n₂'), где n₁' - количество лучей по графику I, проходящих от противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на поперечном разрезе помещения (рис. 5); n₂' - количество лучей по графику II, проходящих от противостоящего здания в расчетную точку на плане помещения (рис. 4).

Рис. 4 Номер полуокружности по графику I

Расчет естественного освещения заключается в определении площади световых проемов в помещении и фактического значения КЕО. Исходной величиной для расчета является величина коэффициента естественной освещенности в зависимости от разряда зрительной работы, определяемая по СНиП 23-05-95, значение которого совпадает с нормируемым значением этого коэффициента е_н (так как m=1, с=1).

При боковом освещении площадь световых проемов S₀, необходимая для обеспечения нормированного значения КЕО, будет равна

где S_П - площадь пола;

- общий коэффициент светопропускания световых проемов;

- коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении за счет света, отраженного от поверхности помещения;

- коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями;

- световая характеристика окон;

K_З - коэффициент запаса;

e_н - нормативное значение КЕО, соответствующее заданному разряду зрительных работ.

Рис. 5