Численные и качественные характеристики контраста
Лабораторная работа № 9
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО
ОСВЕЩЕНИЯ
Цель работы
Изучить принципы нормирования, расчета и контроля естественного и искусственного освещения помещений.
Содержание работы
1. Замерить освещенность в лаборатории при естественном и искусственном освещении.
2. Произвести нормирование искусственного освещения в соответствии со СНиП 23-05-95 и измерение фактической освещенности для заданных зрительных работ.
3. В соответствии с заданием выполнить расчет освещения.
Основные светотехнические понятия и величины
Основными показателями, характеризующими свет, являются сила света, световой поток, освещенность и яркость.
Для качественной оценки визуального действия светового потока и характеристики его распределения по поверхности и в пространстве разработана система световых единиц. Исходной для построения системы световых единиц является единица силы света - кандела (кд), которая определяется как сила света, испускаемая с поверхности площадью 1/600000 м2 эталонного излучателя (черного тела) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины 2042 К и давлении 101325 Па (760 мм. рт. ст).
Световой поток Ф определяется как величина не только физическая, но и физиологическая, так как измерение ее основано на зрительном восприятии. Световой поток Ф - мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, воспринимаемому человеческим глазом в диапазоне длин волн 380-780 нм. Единицей измерения светового потока является люмен (лм). 1 лм - световой поток, испускаемый в единичном телесном угле (1 стерадиане) точечным источником при силе света 1 кд. Распределение светового потока реального источника излучения в окружающем пространстве обычно неравномерно. Поэтому пространственную угловую плотность светового потока характеризуют величиной силы света.
Сила света I является одной из основных величин Международной системы единиц СИ и определяется как отношение светового потока Ф к телесному углу w, в пределах которого световой поток распространяется и равномерно распределяется:
Ia = Ф/w , где Ia - сила света под углом a.
Освещенность Е характеризует поверхностную плотность светового потока на освещаемой площади S: Е=Ф/S. Единица освещенности - люкс (лк) - это освещенность поверхности площадью 1 м2 световым потоком 1 лм.
Яркость L поверхности определяется как отношение силы света светящейся поверхности в рассматриваемом направлении к ее проекции на плоскость, перпендикулярную этому направлению: L=I/(S cos a). Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м2) - специального названия не имеет. Человек различает окружающие предметы только благодаря тому , что они имеют разную яркость.
Уровень ощущения света человеческим глазом зависит от плотности светового потока на сетчатке глаза, поэтому основное значение для зрения имеет не освещенность какой-либо поверхности, а световой поток, отраженный от этой поверхности и попадающий на зрачек, т.е. яркость светящихся поверхностей обратно пропорциональна их площади, а яркость освещенных объектов зависит от их световых свойств, от степени освещенности и, в общем случае, от угла, под которым поверхность рассматривается. Поверхности, яркость которых в отраженном свете одинакова во всех направлениях, называются диффузными. Для них справедливо соотношение L=E r/p, где r = Фr / Ф - коэффициент отражения, определяемый отношением отраженного от поверхности светового потока Фr к падающему потоку Ф.
Виды и системы освещения
В зависимости от природы источника световой энергии различают естественное, искусственное и совмещенное освещение.
Естественное освещение - освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы (окна) в наружных стенах.
Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное (верхнее и боковое). Во всех производственных помещениях с постоянным пребыванием в них людей для работ в дневное время следует предусматривать естественное освещение как более экономичное и совершенное с точки зрения медико-санитарных требований по сравнению с искусственным освещением. Особенность естественного освещения - чрезвычайно широкий диапазон изменения и непостоянство. Поэтому оценивать естественное освещение в абсолютных единицах освещенности - люксах не представляется возможным. В качестве нормируемой величины принята относительная величина - коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой выраженное в процентах отношение естественной освещенности в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения (Евн) светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременно замеренной наружной горизонтальной освещенности (Енар), создаваемой светом полностью отрытого небосвода:
КЕО= (Евн Енар)×100 %.
Достаточность естественного освещения в помещении регламентируется нормами СНиП 23-05-95 (табл. 1.1), которыми установлены значения кео в зависимости от следующих четырех факторов:
1) точности или характера зрительной работы (разряда зрительной работы);
2) системы освещения (боковое, верхнее, комбинированное или совмещенное);
3) коэффициента светового климата, определяемого в зависимости от района расположения здания на территории России;
4) ориентации световых проемов здания по сторонам горизонта.
Для зданий, расположенных в центре Европейской части России независимо от их ориентации, коэффициенты светового климата равны единице.
В небольших помещениях с боковым односторонним освещением нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов. В крупногабаритных производственных помещениях при боковом освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, удаленной от световых проемов: на 1,5 высоты помещения для работ I-IV разрядов;
на 2 высоты помещения для работ V-VII разряда;
на 3 высоты помещения для работ VIII разряда.
Установленные СНиП 23-05-95 нормируемые значения КЕО используются для проектирования производственных зданий (помещений). На стадии проектирования основной задачей светотехнических расчетов при естественном освещении является определение требуемой площади световых проемов.
В том случае, если естественное освещение оказывается недостаточным, его дополняют искусственным. Такое освещение называют совмещенным.
Искусственное освещение применяется в часы суток, когда естественный свет недостаточен, или в помещениях, где он отсутствует. Существуют следующие виды искусственного освещения по функциональному назначению: рабочее, аварийное, охранное (для освещения в нерабочее время) и дежурное. Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности (для продолжения работы) и эвакуационное. Искусственное освещение проектируется в виде двух систем - общее и комбинированное.
При общем освещении светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение).
При комбинированном освещении к общему добавляется местное от светильников, концентрирующих световой поток непосредственно на рабочих местах. Искусственное освещение должно обеспечивать освещенность на рабочих местах в соответствии с нормами СНиП 23-05-95 (табл. 1.2 приведена также на стенде).
В основу нормирования освещенности положены следующие показатели, характеризующие условия зрительной работы: размер объекта, фон, контраст объекта с фоном.
Таблица 1.1
| Характеристика зрительной работы | Наименьший или эквивален-тный размер объекта различения, мм | Разряд зрительной работы | Естественное освещение | Совмещенное освещение | ||
| КЕО, ен, % | ||||||
| при верхнем или комбини-рованном освещении | при боковом освещении | при верхнем или комбини-рованном освещении | при боковом освещении | |||
| Наивысшей точности | Менее 0,15 | I | - | - | 6,0 | 2,0 |
| Очень высокой точности | От 0,15 до 0,30 | II | - | - | 4,2 | 1,5 |
| Высокой точности | От 0,30 до 0,50 | III | - | - | 3,0 | 1,2 |
| Средней точности | Св. 0,5 до 1,0 | IV | 1,5 | 2,4 | 0,9 | |
| Малой точности | Св. 1 до 5 | V | 1,8 | 0,6 | ||
| Грубая (очень малой точности) | Более 5 | VI | 1,8 | 0,6 | ||
| Работа со светящимися материалами и изделиями вгорячих цехах | Более 0,5 | VII | 1,8 | 0,6 | ||
| Общее наблюдение за ходом производственного процесса: Постоянное | VIII | 1,8 | 0,6 | |||
| Периодическое при постоянном пребывании людей в помещении | 0,3 | 0,7 | 0,2 | |||
| Периодическое при периодическом пребывании людей в помещении | 0,7 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | ||
| Общее наблюдение за инженерными коммуникациями | 0,3 | 0,1 | 0,2 | 0,1 |
Нормирование естественного освещения
Таблица 1.2
Нормирование искусственного освещения.
| Характеристика зрительной работы | Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм | Разряд зрительной работы | Подразряд зрительной работы | Контраст объекта с фоном | Характеристика фона | Искусственное освещение | ||||||
| Освещенность, лк | Сочетание нормируемых величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации | |||||||||||
| при системе комбинированного освещения | при системе общего освещения | |||||||||||
| всего | в том числе от общего | Р | Кп% | |||||||||
| Наивысшей точности | Менее 0,15 | I | а | Малый | Темный | - - | ||||||
| б | Малый Средний | Средний Темный | ||||||||||
| в | Малый Средний Большой | Светлый Средний Темный | ||||||||||
| г | Средний Большой « « | Светлый « Средний | ||||||||||
| Очень высокой точности | От 0,15 до 0,30 | II | а | Малый | Темный | - - | ||||||
| б | Малый Средний | Средний Темный | ||||||||||
| в | Малый Средний Большой | Светлый Средний Темный | ||||||||||
| г | Средний | Светлый | ||||||||||
| Очень высокой точности | От 0 15 до 0 30 | II | г | Большой « | Светлый Средний | |||||||
| Высокой точности | От 0 30 до 0 50 | III | а | Малый | Темный | |||||||
| б | Малый Средний | Средний Темный | ||||||||||
| в | Малый Средний Большой | Светлый Средний Темный | ||||||||||
| г | Средний Большой « | Светлый « Средний | ||||||||||
| Средней точности | Св 05 до 1,0 | IV | а | Малый | Темный | |||||||
| б | Малый Средний | Средний Темный | ||||||||||
| в | Малый Средний Большой | Светлый Средний Темный | ||||||||||
| г | Средний Большой « | Светлый « Средний | - | - | ||||||||
| Малой точности | Св. 1 до 5 | V | а | Малый | Темный | |||||||
| б | Малый Средний | Средний Темный | - | - | ||||||||
| в | Малый Средний Большой | Светлый Средний Темный | - | - | ||||||||
| г | Средний Большой « | Светлый « Средний | - | - | ||||||||
| Грубая (очень малой точности) | Более 5 | VI | Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном | - | - | |||||||
| Работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах | Более 0,5 | VII | То же | - | - | |||||||
| Общее наблюдение за ходом производственного процесса: Постоянное периодическое при постоянном пребывании людей в помещении | VIII | а | « | - | - | |||||||
| б | « | |||||||||||
| Периодическое при периодическом пребывании людей в помещении | VIII | В | Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном | - | - | - | - | |||||
| Общее наблюдение за инженерными коммуникациями | То же | - | ||||||||||
1. Размер объекта - наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работы. Например, при чтении текста - толщина линии буквы, при работе с приборами - толщина линий градуировки шкалы или толщина стрелки.
2. Фон - величина, определяемая коэффициентом отражения поверхности (rФ), на которой рассматривается объект (см. на стенде). Коэффициент отражения объекта (r0) различается по светлоте также как и фон. Объект может быть светлым при r0 > 0,4, средним при 0,2 £ r0 £ 0,4 и темным при r0 < 0,2.
3. Контраст объекта с фоном (К) характеризуется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта L0 и фона Lф к яркости фона или между их коэффициентами отражения к коэффициенту отражения фона (см. также на стенде): K=(L0-Lф)/ Lф; K=(r0-rф)/rф.
Контраст объекта с фоном (К) считается большим, средним или малым в зависимости от его численного значения (табл. 2).
Таблица 2.
Численные и качественные характеристики контраста
| К | К>0,5 Объект и фон резко разнятся по яркости | 0,2£К£0,5 Объект и фон заметно разнятся по яркости | К<0,2 Объект и фон мало отличаются по яркости |
| Контраст объекта с фоном | Большой | Средний | Малый |
В некоторых случаях фон и контраст объекта с фоном можно определить визуально, например, при чертежных работах: линии – темные, фон – светлый, следовательно контраст – объекта с фоном – большой.
При нормировании осветительных условий (определении уровня освещенности по СНиП 23-05-95) для заданной зрительной работы при искусственном освещении необходимо знать:
1) разряд работы, который зависит от размера объекта различения,
2) подразряд работы, который зависит от контраста объекта с фоном и характеристики фона.
Принимая во внимание параметры указанные выше, определяется нормируемое значение искусственного освещения. Предусматриваемое СНиПом число разрядов для промышленных предприятий составляет 8, первые пять разрядов имеют подразряды работ. В основу норм положена шкала со ступенями освещенности:
0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7;
10; 15; 20; 30; 50; 75;
100; 150; 200; 400; 500; 600; 750;
1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500;4000; 4500; 5000 лк.
Освещенность повышают на одну ступень по шкале освещенности в следующих случаях:
а) при работах I-IV разряда, если зрительная работа выполняется более половины рабочего дня; б) при повышенной опасности травматизма, если освещенность от системы общего освещения составляет 150 лк и менее;
в) при отсутствии естественного света, если освещенность от системы общего освещения 750 лк и менее;
г) при работе и обучении подростков, если освещенность от системы общего освещения 300 лк и менее;
д) в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет.
В помещении должна быть обеспечена равномерность и устойчивость уровня освещенности. В поле зрения должна отсутствовать прямая (от самих источников) и отраженная блескость. Последняя определяет снижение видимости вследствие чрезмерного увеличения яркости рабочей поверхности и вуалирующего действия, снижающего контраст между объектом и фоном.
Слепящее действие осветительной установки оценивается показателем ослепленности P, определяемым выражением :
P=1000(S-1),
где S-коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения. Нормируемые значения показателей ослепленности не должны превышать P=20 для зрительных работ очень высокой точности и Р=40 для работ меньшей точности (табл. 1.2)
Колебания освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током оценивается коэффициентом пульсации освещенности, определяемым по формуле
где Емакс и Емин – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; Еср – среднее значение освещенности за этот же период, лк.
Для уменьшения коэффициента пульсации газоразрядных ламп используют следующие способы: включение светильников в разные фазы электрической сети, питание током повышенной частоты, использование высокочастотных пускорегулирующих аппаратов и др.
Для ограничения неблагоприятного действия пульсирующих световых потоков газоразрядных ламп нормируется сочетание показателя ослепленности Р (от 10 до 40) для общего освещения и коэффициент пульсации Кп (от 10 до 20%) для общего и комбинированного освещения (табл. 1.2)