Розрахунок штучного освітлення

Тема: ОСВІТЛЕННЯ ВИРОБНИЧИХ ПРИМІЩЕНЬ. ДОСЛІДЖЕННЯ ШТУЧНОЇ ОСВІТЛЕНОСТІ РОБОЧИХ МІСЦЬ

Мета роботи: засвоїти алгоритм розрахунку штучного загального та місцевого виробничого освітлення.

Загальні відомості

Штучне освітлення приміщень може бути загальним або комбінованим, якщо разом із загальним здійснюють місцеве освітлення. Розрізняють загальне освітлення: рівномірне - без урахування розміщення приладів і локалізоване - з урахуванням розміщення робочих місць. Використання тільки місцевого освітлення всередині приміщення забороняється з огляду на небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань. Щоб уникнути значних світлових контрастів між робочим місцем і навколишнім середовищем, частка загального освітлення у комбінованому повинна складати не менше 10%.

Штучне освітлення повинне забезпечувати освітленість на робочому місці у відповідності із СНІП II - 4-79.

Джерелами світла для освітлення навчальних приміщень є лампи розжарювання та газорозрядні лампи. Лампи розжарювання відносяться до джерел світла теплового випромінювання і являються найбільш розповсюдженими за рахунок наступних переваг: зручні у використанні, не потребують додаткових пристроїв для увімкнення в мережу, прості у виготовленні. Разом з тим лампи розжарювання мають значні недоліки: низька світлова віддача 7...20 лм/Вт, порівняно невеликий термін експлуатації лампи (до 2,5 тис. год.), в спектрі – переважають червоні та жовті промені.

В освітлювальних установках використовують лампи розжарювання кількох типів: вакуумні (НВ), газонаповнені біспіральні (НБГ), біспіральні з криптоно-ксеноновим наповненням (НБК), дзеркальні з дифузно відбиваючим шаром, місцевого освітлення та інші.

Газорозрядні лампи - прилади, у яких випромінювання оптичного діапазону спектру виникає в результаті електричного розряду в атмосфері інертних газів і парів металів, а також за рахунок явища люмінесценції. Основна перевага газорозрядних ламп порівняно з лампами розжарювання - велика світлова віддача 40... 110 лм/Вт. Вони мають значно більший термін експлуатації, що досягає 8-12 тис. годин. Газорозрядні лампи створюють світловий потік практично у будь-якій частині спектру за рахунок підбору відповідним чином інертних газів і парів металів, в атмосфері яких відбувається розряд. Поруч з цим газорозрядні лампи мають ряд серйозних недоліків. Безінерційність випромінювання газорозрядних ламп може привести до появи пульсації світлового потоку (виникнення стробоскопічного ефекту). При спостереженні деталей, що швидко рухаються або обертаються, під час освітлення їх пульсуючим потоком виникає уява викривлення зорового сприйняття об'єктів розрізнення (замість одного предмету створюється уява зображення кількох, викривляються напрямки і швидкість руху). Пульсація світлового потоку погіршує умови зорової роботи, а стробоскопічний ефект створює загрозу травматизму і робить неможливим якісне виконання ряду технологічних операцій. Для стабілізації світлового потоку газорозрядних ламп слід використовувати дво- і трифазне увімкнення в мережу або послідовне включення баластного, ємнісного або індуктивного опору.

Найбільш розповсюджені газорозрядні лампи - люмінесцентні, що мають циліндричну форму у вигляді труби, внутрішня поверхня її покрита тонким шаром люмінофору, що служить для перетворення ультрафіолетового випромінювання, що виникає при електричному розряді у парах ртуті, у видиме світло.

В залежності від розподілу світлового потоку за спектром шляхом використання різного складу люмінофору розрізняють кілька типів ламп: денного світла (ЛД), денного світла з покращеною кольоропередачею (ЛДЦ), холодного білого (ЛХБ), теплого білого (ЛТБ) та білого (ЛБ) кольору.

Якісне і ефективне освітлення приміщень можливе лише при використанні раціональних світильників (рис. 1 та ін.).

а) б) в)

Рис. 1. Типи світильників: а) “Універсалі”, б) глибоковипромінювач, в) підвісна “Люцета”.

Електричний світильник являє собою сукупність джерела світла і освітлювальної арматури. Освітлювальна арматура виконує перш за все функцію перерозподілу світлового потоку лампи, що підвищує ефективність освітлювальної установки та забезпечує охорону очей працюючих від дії надмірної яскравості світла. Разом з тим освітлювальна арматура призначена для підведення живлення до джерел світла, його кріплення та захисту від забруднення і механічного пошкодження.

Вибір тих чи інших світильників залежить від характеру робіт, що виконуються в приміщенні, запиленості повітряного середовища, коефіцієнтів відбиття оточуючих поверхонь, естетичних вимог. Для ламп розжарювання найбільш розповсюдженими являються світильники прямого світла у відкритому виконанні “Універсаль”, глибоковипромінювач, підвісна “Люцета”, “Кососвіт” та ін. Для освітлення приміщень з невеликою запиленістю та нормальною вологістю використовують відкриті світильники ЛОУ і ЛСП із застосуванням люмінесцентних ламп. В цих світильниках встановлено дві і більше ламп, що дає можливість зменшити пульсацію сумарного світлового потоку світильника і виключити стробоскопічний ефект.

Для розрахунку прямої складової освітленості використовують різноманітні методи, які визначаються, в основному, типом світильників і їх розміщенням у просторі, що освітлюється.

Вибір методу розрахунку. Для розрахунку штучного освітлення використовують, в основному, три методи: світлого потоку (коефіцієнта використання), точковий та питомої потужності.

Метод світлового потоку використовують для розрахунку потужності освітлювальної установки при рівномірному розміщенні світильників загального освітлення над горизонтальною площиною, коли відсутні крупно габаритні предмети, що затіняють. При розрахунку за цим методом враховується як пряме так і відбите світло. Перехід від середньої освітленості до мінімальної здійснюється в цьому методі наближено.

Метод питомої потужності використовується в тих же випадках, що і метод світлового потоку. Цей метод вважається наближеним, оскільки простота розрахунку досягається за рахунок деякої втрати точності.

Загальне локалізоване освітлення, а також загальне рівномірне при наявності суттєвих затінень повинні розраховуватись за точковим методом. Цей же метод використовується при розрахунку освітленості похилих площин та відкритих просторів, а також місцевого освітлення. Відбита складова освітленості у точковому методі враховується наближено.

Штучне освітлення люмінесцентними лампами і лампами розжарювання в системі загального освітлення розраховують за методом коефіцієнта використання світлового потоку, що полягає у визначенні кількості світильників, їх розташування, потужності та типу ламп.

Якщо у приміщенні площею 5 розташовано N світильників із світловим потоком кожної лампи Ф_л, (Див. таблицю 1), то загальний світловий потік ламп складатиме:

Ф_n=Ф_лN. (1)

На освітлювальну поверхню попадає тільки частина світлового потоку. Відношення цієї частини до всього потоку називають коефіцієнтом використання світлового потоку η. Таким чином на освітлювальну поверхню буде попадати потік, рівний η Ф_лN. Тоді середня освітленість

(2)

Нерівномірність освітленості можна оцінити коефіцієнтом мінімальної освітленості:

(3)

де Е_мін - нормальна мінімальна освітленість, лк відповідного характеру зорової роботи.

Середня освітленість визначатиметься:

(4)

де k - коефіцієнт запасу, що враховує старіння ламп, запиленість та забрудненість світильників, для ламп розжарювання у приміщеннях з малим виділенням пилу приймається рівним 1,3.

Звідси світловий потік однієї лампи:

(5)

де Z – поправочний коефіцієнт нерівномірності освітлення, як відношення мінімальної освітленості до середньої горизонтальної, і приймається рівним 1,1...1,2.

η - коефіцієнт використання світлового потоку освітлювальної установки у частках, що характеризується відношенням потоку, що падає на розрахункову поверхню до сумарного потоку всіх ламп.

Коефіцієнт використання світлового потоку визначається в залежності від величини індексу приміщення i та коефіцієнтів відбиття стін і стелі р_с і р_n

Індекс приміщення розраховують виходячи із геометричних розмірів приміщення:

(6)

де a і b- відповідно довжина і ширина приміщення, м; h_р - висота підвісу світильника над робочою поверхнею, м.

Розрахунок штучного освітлення

При проектуванні штучного освітлення виробничого освітлення по-перше слід обрати тип джерела світла (характеристики ламп наведені в Додатку І), систему освітлення, вид світильника, визначити найбільш доцільні висоти їх розміщення, знайти число світильників і потужність ламп, необхідних для створення нормованої освітленості на робочому місці, після чого здійснити перевірку обраного варіанту освітлення на його відповідність санітарно-гігієнічним нормам.

Для визначення загального освітлення горизонтальної робочої поверхні використовується метод коефіцієнта використання світлового потоку. При цьому спочатку розраховують світловий потік однієї лампи

F = Emin Skz ,

nη

(3.6)

де Етіп – мінімальна нормативна освітленість, лк; S – площа освітлюваного приміщення, м2; k – коефіцієнт запиленості, який залежить від характеру виконуваних робіт і визначається по табл. 3.2;

z = 1,1...1,15 – коефіцієнт нерівномірності освітлення, п – кількість світильників, шт;

η – коефіцієнт використання світлового потоку.

Для визначення коефіцієнта використання світлового потоку розраховують індекс приміщення за формулою

i = ab ,

H_C(a + b)

(3.7)

де a і b – відповідно довжина та ширина приміщення, м; Н_С– висота розміщення світильників над робочою поверхнею, м.

При однаковому коефіцієнті відбиття стелі та стін при визначенні коефіцієнта використання світлового потоку слід користуватися табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Коефіцієнт використання світлового потоку

Індекс приміщення і	0,5
Коефіцієнт використання світлового потоку η	0,22	0,37	0,48	0,54	0,59	0,61

Кількість ламп, необхідних для освітлення робочого приміщення, визначається по формулі

n = Emin Skz .

Fη

(3.8)

Розрахунок місцевого освітлення полягає у визначенні потужності світлового потоку лампи. Для місцевого освітлювання переважно використовують лампи розжарювання, світловий потік лампи визначають за формулою

де ξ – показник, який вибирають по рисунку 3.3.

Рис. 3.3. Графік визначення показника ξ

(3.9)

За значенням світлового потоку F обирають лампу розжарювання по Додатку І. При виборі лампи допускається відхилення світлового потоку від розрахункового в межах 10…20%.

Освітлення приміщення вважається нормальним, якщо дійсна освітленість дорівнює нормативній або більша за неї. В іншому випадку необхідно збільшити потужність електроламп або їх кількість.

Окрім метода світлового потоку для оцінки штучної освітленості також використовуються точковий метод і метод ват.

Приклад

Провести розрахунок освітлення дільниці фарбування автомобілів, довжина якої а = 20 м, ширина b = 18 м, висота Н = 5 м.

Середня висота робочої поверхні становить h = 0,8 м. Розрахунок виконати методом коефіцієнта використання світлового потоку.

Розв’язання

Для загального освітленняданої дільниці використаємо люмінесцентні лампи. Згідно Додатку 2, мінімальна освітленість дільниці фарбування автомобілів має становити

Етіп = 200 (лк).

Відстань від стелі до робочої поверхні

Н₀= Н – h = 5 – 0,8 = 4,2 (м).

Відстань від стелі до світильника

hс = 0,2Н₀= 0,2·4,2 = 0,84 (м).

Тоді висота світильника над освітлювальною поверхнею

Н_С= Н₀– hс = 4,2 – 0,84 = 3,36 (м).

Найменша висота підвіски над підлогою світильників повинна бути 3

м. В нашому випадку розрахункова висота даним вимогам відповідає.

Для досягнення найбільш рівномірної освітленості робочої зони рекомендується дотримуватись співвідношення

де L – відстань між центрами світильників, м.

Необхідну кількість ламп визначаємо по формулі

Остаточно приймаємо п = 16 лампи (4 ряди по 4 штуки).

Індекс дільниці фарбування визначимо через її габаритні розміри по формулі (3.7)

У випадку, коли розраховане значення індексу приміщення відрізняється від табличних для підвищення точності визначення значення коефіцієнта використання за таблицею слід виконати інтерполяцію з урахуванням значень цього коефіцієнта для сусідніх з розрахованим індексів приміщення і₁ і і₂( і₁< iп < i₂):

Далі по табл. 3.1 за допомогою лінійної інтерполяції знаходимо коефіцієнт використання світлового потоку для даного

Дані по коефіцієнту запасу k для ламп і приміщень наведені в табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Значення коефіцієнта запасу

Характеристика приміщення	Люмінесцентні лампи	Лампи розжарювання
Значне виділення пилу	2,0	1,7
Середнє виділення пилу	1,8	1,5
Мале виділення пилу	1,5	1,3
Відкриті простори	1,5	1,3

Світловий потік визначаємо за формулою (3.6)

де z = 1,1 – коефіцієнт нерівномірності освітлення для люмінесцентних ламп (для ламп розжарювання він складає z = 1,15).

За отриманим світловим потоком по Додатку 1 обираємо газорозрядну лампу типу ЛБ-80 зі світловим потоком F₁= 5 220 лм.

Розрахунок місцевого освітленняполягає у визначенні світлового потоку (або потужності) ламп розжарювання. Визначаємо світловий потік однієї лампи по формулі

F = 1000 ⋅ ⋅ E = 1000 ⋅2 ² ⋅200 = 6 667 (лм),

ξ 120

де Н_С= 2 м – відстань лампи до освітлювальної поверхні; ξ = 120 – показник, який визначається за графіком 3.3.

По Додатку 1 обираємо тип лампи розжарювання НГ-500, що має світловий потік F = 8 300 лм.

Завдання до роботи

Провести розрахунок загального та місцевого штучного освітлення виробничого приміщення вказаного типу. Вихідні дані до розрахунку взяти з табл. 3.3, розрахунок виконати методом коефіцієнта використання світлового потоку.

Таблиця 3.3

№	Тип виробничого приміщення	а, м	b, м	Н, м	h, м
	Чекальня для відвідувачів			3,2	0,8
	Зал засідань			3,5	0,8
	Робоча кімната		2,5	3,0	0,8
	Фойє			4,5	-
	Читальна зала				0,8
	Книгосховище				-
	Вестибюль				-
	Коридор				-
	Дільниця з ремонту вузлів та агрегатів двигуна		4,5		0,8
	Сходова клітка				-
	Дільниця миття автомобілів		2,5	4,5	0,8
	Дільниця технічного обслуговування у повному обсязі				0,8
	Гардероб			3,3	-
	Дільниця поточного ремонту автомобілів				0,8
	Оглядова канава		3,5		-
	Дільниця обробки металів тиском				0,8
	Шиномонтажно-балансувальне відділення			3,5	0,8
	Приміщення для зберігання автомобілів				-
	Столярна майстерня				0,8
	Приміщення з ремонту електричних систем автомобіля			3,5	0,8
	Дільниця фарбування автомобілів			4,5	0,8
	Столова			3,5	0,8
	Санітарно-побутове приміщення			2,8	-
	Ливарний цех				0,8
	Мідницько-жерстяницьке відділення				0,8
	Дільниця діагностики системи запалення двигунів			3,5	0,8
	Електрощитова				-
	Відкритий майданчики зберігання автомобілів				-
	Приміщення з ремонту та встановлення сигналізації				0,8
	Дільниця діагностики та ремонту систем живлення			4,5	0,8

Контрольні питання

1. Як класифікується штучне освітлення за призначенням?

2. За якими ознаками нормується штучне освітлення?

3. Які існують типи світильників?

4. Які джерела штучного освітлення використовуються на виробництві, які їх переваги та недоліки?

5. Які методи використовуються для розрахунку штучного освітлення?

6. В чому полягає розрахунок штучної освітленості методом коефіцієнта використання світлового потоку?

7. Від чого залежить величина коефіцієнта запасу?

8. Чим обумовлюється величина коефіцієнтів відбиття стін та стелі?

9. Для чого вводиться та чим визначається коефіцієнт нерівномірності штучного освітлення?

Літературні джерела

1. Жидецький В.Ц. Основи охорони праці.: Підручник. - 4-те вид.,перероб. і доп. – К.:Знання, 2010. – 375 с. (с.143-149).

2. Купчик М.П., Гандзюк М.П. та ін. Охорона праці. Лабораторний практикум. Для студентів вищих закладів освіти України. - К.: Основа, 1998. - 224 с. (табл. 5.3).

3. Сєріков Я. О. Основи охорони праці: Навч. посіб. – Харків, ХНАМГ, 2007. ‑ 227с.(с.128-132).

4. СНиП П-4-79. Естественное и искусственное освещение. - М.: Стройиздат, 1980.-48 с.

5. Основи охорони праці: Підручник. 2- ге видання, доповнене та перероблене. / К. Н. Ткачук, М. О. Халімовський, В. В. Зацарний, Д. В. Зеркалов, Р. В. Сабарно, О. І. Полукаров, В. С. Коз’яков, Л. О. Мітюк. За ред. К. Н. Ткачука і М. О. Халімовського. — К.: Основа, 2006 — 448 с. (с.192-197).

Додаток 1. Характеристики ламп

Лампи розжарювання	Люмінесцентні лампи
Тип і потуж- ність	220 В	Тип і потуж- ність	220 В
Світловий потік, лм	Світлова віддача, лм/Вт	Світловий потік, лм	Світлова віддача, лм/Вт
НВ-15		7,0	ЛДЦ 20		41,0
НВ-25		8,8	ЛД 20		46,0
НБ-40		10,0	ЛБ 20		59,0
НБК-40		11,5	ЛДЦ 30		48,2
НБ-60		11,9	ЛД 30		54,5
НБК-100		14,5	ЛБ 30		70,0
НГ-150		13,3	ЛДЦ 40		52,5
НГ-200		14,0	ЛД 40		58,5
НГ-300		15,4	ЛБ 40		70,5
НГ-500		16,6	ЛДЦ 80		44,5
НГ-750		17,5	ЛД 80		50,8
МГ-1000		18,6	ЛБ 80		65,3

Додаток 2. Норми освітленості виробничих приміщень

Приміщення	Площина	Найменша освітленість, лк
люмінесцентні лампи	лампи розжарювання
Робочі кімнати	Г
Зали засідань	Г
Фойє	Підлога
Читальні зали	Г
Книгосховища	В
Вестибюлі і гардероби	Підлога
Коридори	Підлога
Чекальні для відвідувачів	Г
Сходові клітки	Підлога
Дільниці миття автомобілів	Підлога	-
Дільниця ТО і ПР	Підлога
Агрегатні цехи	Г
Оглядові канави	Г	-
Дільниці механічної обробки матеріалів	Г
Шиномонтажне відділення	Г
Приміщення для зберігання автомобілів	Підлога
Столярна майстерня	Г
Приміщення з ремонту електричних систем	Г
Дільниці фарбування автомобілів	Г
Столові та буфети	Г
Санітарно-побутові приміщення	Підлога
Гарячі та холодні цехи	Г
Процедурні кабінети	Г
Ліфтові холи	Підлога
Електрощитові	В
Відкриті майданчики зберігання автомобілів	Підлога	-

* Г – горизонтальна площина, В – вертикальна площина.