Исследование параметров естественного освещения

1. Цель и содержание работы

Изучить существующие санитарно-гигиенические нормы и требования к естественному освещению, освоить методики измерения и расчета параметров естественного освещения.

Формируемые компетенции или их части

Выполнение лабораторной работы способствует формированию у студентов следующих компетенций:

- способностью использовать основные методы защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-20)

- способностью использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительной продукции для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-1)

Теоретическое обоснование

Естественное освещение осуществляется за счет прямого и отраженного света неба.

Естественное освещение по конструктивному исполнению бывает:

- боковое, осуществляемое через оконные проемы;

- верхнее, когда свет в помещение проникает через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях;

- комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.

Освещение, создаваемое в совокупности естественным и искусственным освещением, называется совмещенным.

Для систем естественного освещения нормируемыми параметрами являются коэффициент естественного освещения (КЕО) и неравномерность естественного освещения.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) –отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (Е_вн, лк), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода (Е_нар, лк); выражается в процентах.

(3.1)

Неравномерность естественного освещения –отношение среднего значения к наименьшему значению КЕО в пределах характерного разреза помещения. Неравномерность не должна превышать 2:1 для работ I и II разрядов и 3:1 для работ III и IV разрядов.

Характерный разрез помещения – поперечный разрез посередине помещения, плоскость которого перпендикулярна к плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или к продольной оси пролетов помещения. В характерный разрез помещения должны попадать участки с наибольшим количеством рабочих мест, а также точки рабочей зоны, наиболее удаленные от световых проемов.

В небольших помещениях при одностороннем боковом естественном освещении 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, а при двустороннем боковом освещении – в точке посередине помещения. При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн.

При определении достаточности естественного освещения в производственном помещении при правильной расстановке оборудования и распределении рабочих мест с различной степенью зрительного напряжения используются следующие методы аналитического определения КЕО:

1) расчетным методом;

2) графо-аналитическим методом.

Нормированное значение КЕО, e_N, для зданий, расположенных в различных районах, определяют по формуле

(3.2)

где e_n – нормативное значение КЕО (таблица 1 СНиП 23-01 – 95* «Естественное и искусственное освещение»;

m_N –коэффициент светового климата (таблица 4 СНиП 23-01 – 95*).

Для обеспечения нормальной величины КЕО необходимо определить площадь световых проемов. Расчет световых проемов при боковом освещении проводят по формуле:

,

(3.3)

где e_N – нормируемое значение коэффициента естественной отсвещенности;

S_о – площадь окон, м²;

S_П – площадь пола, м²;

η_о – световая характеристика окон (таблица 3.1);

К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящи­ми зданиями, принимаемый по таблице 3.4;

К_З – коэффициент запаса. Определяемый в зависимости от назначения помещения, равный 1,3 – 1,5;

τ_о – общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле

,

(3.4)

где t₁ – коэффициент светопропускания материала, определяемые по таблице 3.2;

t₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема, определяемый по таблице 3.2;

t₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, определяемый по таблице 3.2;

t₄ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащит­ных устройствах, определяемый по таблице 3.3;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию, принимаемый по таблице 3.5.

Таблица 3.1 – Значение световых характеристик окон при боковом освещении

Отношение длины помещения к его глубине	Значение световой характеристики при отношении глубины помещения В к его высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна
	1,5					7,5
4 и более	6,5		7,5					12,5
	7,5		8,5	9,6			12,5
	8,5		9,5	10,5	11,5
1,5	9,5	10,5
							26,5
0,5								-

Таблица 3.2 – Значения коэффициентов t_1, t_2, t₃

Вид светопропускающего материала	t1	Вид переплета	t2	Несущие конструкции покрытия	t3
Стекло оконное листовое: одинарное двойное тройное Стекло листовое узорчатое Пустотелые стекольные блоки: светорассеивающие светопрозрачные стеклопакеты	0,9 0,8 0,75 0,65   0,5 0,65 0,8	Переплеты для окон жилых, общественных и вспомогательных зданий. а) деревянные: одинарные, спаренные, двойные разделенные, с тройным остеклением. б) металлические: одинарные, спаренные, двойные разделенные, с тройным остеклением	0,8 0,75 0,65 0,5   0,9 0,85 0,65 0,7	железобетонные и деревянные фермы и арки	0,9 0,8

Таблица 3.3 – Значение коэффициента учитывающего потери света в солнце защитных устройствах

Солнцезащитные устройства	t4
1. Убирающиеся регулируемые жалюзи и шторы (межстекольные, внутренние, наружные) 2. Горизонтальные козырьки: - с защитным углом не более 30о - с защитным углом от 15о до 45о (многоступенчатые)	0,8 0,9 – 0,6

Таблица 3.5 – Значение коэффициента К_зд

Р/Нзд	Кзд
0,5	1,7
	1,4
1,5	1,2
	1,1
3 и более

Таблица 3.4 – Значение коэффициента r₁

Отношение глубины помещения к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна	Отношение расстоя-ния расчетной точки от наружной стены к глубине помещения	Значение r1 при боковом одностороннем освещении
Средневзвешенный коэффициент отражения rср потолка, стен, пола
0,5	0,4	0,3
отношение длины помещения к его глубине
0,5		2 и более	0,5		2 и более	0,5		2 и более
от 1 до 1,5	0,1	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05		1,05
0,5	1,4	1,3	1,2	1,2	1,15	1,1	1,2	1,1	1,1
	2,1	1,9	1,5	1,8	1,6	1,3	1,4	1,3	1,2
более 1,5 до 2,5	0,1	1,055	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05
0,3	1,3	1,2	1,1	1,2	1,15	1,1	1,15	1,1	1,05
0,5	1,85	1,6	1,3	1,5	1,35	1,2	1,3	1,2	1,1
0,7	2,25	2,	1,7	1,7	1,6	1,3	1,55	1,35	1,2
	3,8	3,3	2,4	2,8	2,4	1,8		2,8	1,5
более 2,5 до 3,5	0,1	1,1	1,05	1,05	1,05
0,2	1,15	1,1	1,05	1,1	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05
0,3	1,2	1,15	1,1	1,15	1,1	1,1	1,1	1,1	1,05
0,4	1,35	1,25	1,2	1,2	1,15	1,1	1,15	1,1	1,1
0,5	1,6	1,45	1,3	1,35	1,25	1,2	1,25	1,15	1,1
0,6		1,75	1,45	1,6	1,45	1,3	1,4	1,3	1,2
0,7	2,6	2,2	1,7	1,9	1,7	1,4	1,6	1,5	1,3
0,8	3,6	3,1	2,4	2,4	2,2	1,55	1,9	1,7	1,4
0,9	5,3	4,2		2,9	2,45	1,9	2,2	1,85	1,5
	7,2	5,4	4,3	3,6	3,1	2,4	2,6	2,2	1,7
более 3,5	0,1	1,2	1,15	1,1	1,1	1,1	1,05	1,05	1,05	1,1
0,2	1,4	1,3	1,2	1,2	1,15	1,1	1,1	1,05	1,05
0,3	1,75	1,5	1,3	1,4	1,3	1,2	1,25	1,2	1,1
0,4	2,4	2,1	1,8	1,6	1,4	1,3	1,4	1,3	1,2
0,5	3,4	2,9	2,5		1,8	1,5	1,7	1,5	1,3
0,6	4,6	3,8	3,1	2,4	2,1	1,8		1,8	1,5
0,7		4,7	3,7	2,9	2,6	2,1	2,3		1,7
	0,8	7,4	5,8	4,7	3,4	2,9	2,4	2,6	2,3	1,9
0,9		7,1	5,6	4,3	3,6			2,6	2,1
		7,3	5,7		4,1	3,5	3,5		2,5

Методика определения КЕО при боковом освещении с использованием графических зависимостей

При использовании графических зависимостей расчет КЕО осуществляют в следующей последовательности.

1. Определяют непосредственным измерением или по строительным чертежам площадь S_o,м², световых проёмов, площадь S_n, м², освещаемой части пола помещения и находят их отношение S_o/S_n.

2. Определяют глубину помещения h_n, м, от световых проёмов до расчётной точки, высоту h_о, м, верхней грани световых проёмов (окон) над уровнем рабочей поверхности и находят их отношение.

3. С использованием графика, изображённого на рисунке 3.1, по значениям отношений S_o / S_n и h_n/h_о находят значение КЕО.При необходимости определения размеров оконных проёмов, обеспечивающих требуемое по условиям трудовой деятельности значение КЕО, можно использовать график, приведённый на рисунке 3.2. По графику на пересечении вычисленного отношения h_n/h_о (точка А) и необходимой величины КЕО (точка Б)определяют требуемое значение S_o/S_n (точка В),выраженное в процентах. Далее определяют требуемую площадь световых проёмов.

SФ/SП, %

Рисунок 3.1 – График для определения КЕО по значению площади светового проема и освещаемой площади пола

SФ/SП, %

hП/hО

Рисунок 3.2 – График определения КЕО по глубине помещения и высоте световых проемов

Оборудование и материалы

Для контроля и измерения освещенности на рабочих местах применяют люксметры Ю-116, Ю-117. Они состоят: из селенового фотоэлемента с насадками и измерителя – стрелочного гальванометра и органов управления (рисунок 3.3). При освещении поверхности фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, пропорциональный падающему световому потоку.

Рисунок 3.3 – Переносной фотоэлектрический люксметр:

1 – измеритель люксметра; 2 – селеновый фотоэлемент; 3 – кнопки переключателя; 4 – табличка со схемой; 5 – корректор

Люксметр Ю-116 имеет два предела измерений: от 0 до 30 лк; от 0 до 100 лк. При измерении более высоких уровней освещенности на фотоэлемент надеваются специальные поглотители света с коэффициентами пропускания: «М»-0,1; «Р»-0,01; «Т»-0,001, что позволяет расширить пределы измерения. Для уменьшения косинусной погрешности применяется насадка «К» на фотоэлемент. На лицевой панели измерителя находятся: две шкалы измерений, проградуированных в люксах (лк); кнопки переключения диапазонов измерений

На боковой стенке корпуса измерителя расположена вилка для присоединения селенового фотоэлемента к измерителю с помощью шнура с розеткой, которая обеспечивает правильную полярность соединений. Для снятия показаний с прибора необходимо нажать кнопку диапазона 0 – 30 или 0 – 100 (более точный результат достигается при нахождении стрелки прибора в середине одной из шкал) и записать показания прибора. При использовании поглотительных насадок М, Р и Т полученную величину нужно умножить на коэффициент ослабления светового потока соответствующей насадки: М-10, Р-100, Т-1000.