Расчет естественного и искусственного освещения рабочей зоны

Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест.

Свет, освещение относится к одному из основных внешних факторов, постоянно воздействующих на человека в процессе труда. Положительное влияние освещения на производительность труда и его качество не вызывает сомнения. Так, солнечное освещение увеличивает производительность труда в среднем на 10 %, а искусственное на 13 %, при этом возможность брака снижается на 20-25 %.

Нормирование освещения внутри и вне зданий, мест производства работ, наружного освещения городов и др. населенных пунктов производится по СНиП в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном (приложение 2) [30].

Безопасность труда в большой степени зависит от освещенности рабочих мест и помещений. Неудовлетворительное освещение утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Неправильное освещение может быть причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие лампы, резкие тени ухудшают или вызывают полную потерю зрения, ориентации. Неправильная эксплуатация осветительных установок в пожароопасных цехах может привести к взрыву, пожару и несчастным случаям.

Обычно пользуются естественным, искусственным и совмещенным (естественное и искусственное совместно) освещением.

Согласно санитарным нормам все помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение.

Естественное освещение может быть :

● боковым - через световые проемы в наружных стенах (одностороннее и двухстороннее);

● верхнее - через световые проемы (фонари) в покрытиях и через проемы в стенах в местах перепада высот зданий;

● верхним и боковым (комбинированное) - сочетание верхнего и бокового.

Нормирование естественного освещения производится с помощью коэффициента естественного освещения КЕО - это отношение естественной освещенности данной точки внутри помещения к освещенности точки, находящейся под открытым небом, выраженное в %.

. (10.1)

Принято раздельное нормирование КЕО для бокового и верхнего естественного освещения. При боковом освещении нормируют минимальное значение КЕО: в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна; в помещениях с верхним и комбинированным освещением – по усредненному КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом характеристики зрительной работы, системы освещения, района освещения, района расположения здания на территории страны определяется по формуле

, (10.2)

где КЕО – нормированное значение по СНиП 23-05-95; m - коэффициент светового климата, определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны; с - коэффициент солнечности климата, определяемый в зависимости от ориентации здания относительно сторон света.

Коэффициент m определяют по таблице (приложение 3), Коэффициент солнечного климата с колеблется в пределах от 0,6-1,0 и зависит от пояса светового климата (для пояса светового климата г. Волжского m=0,9) и, кроме того, при боковом освещении – от ориентации световых проемов по сторонам горизонта, а при верхнем освещении – от вида фонаря и определяется по таблицам СНиП 23-05-95 [30].

Расчет естественного освещения сводится к определению необходимой площади световых проемов (м²):

S ^тр_ок = S_n е_н е _ок k_зд k_з / (100 ρ τ_общ) , (10.3)

где S_n —площадь пола помещений, м²; е_ок — коэффициент световой

активности оконного проема; k_зд — коэффициент, учитывающий за­тенение окон противостоящими зданиями (1 ÷ 1,7); k_з - коэффициент запаса, определяется с учетом запыленности помещения, расположения стекол (наклонно, горизонтально, вертикально) и периодичности очистки (1,2÷2,0); ρ — коэффициент, учитывающий влияние отраженного света; опреде­ляется с учетом геометрических размеров помещения, светопроема и значений коэффициентов отражения стен, потолка, пола (1÷1,4); τ_общ — об­щий коэффициент светопропускания, определяется в зависимости от коэффициента светопропускания стекол, потерь света в переплетах окон, слоя его загрязнения, наличия несущих и солнцезащитных конструкций перед окнами (0,5÷0,95).

Задаваясь стандартными размерами окна (в зависимости от высоты помещения), определяем количество окон:

n= S_ок / S_{одного окна .} (10.4)

При проектировании искусственного освещения необходимо вы­брать тип источника света, систему освещения, вид светильника; наметить целесообразную высоту установки светильников и размеще­ния их в помещении; определить число светильников и мощность ламп, необходимых для создания нормируемой освещенности на рабочем месте, и в заключение проверить намеченный вариант освещения на соответствие нормативным требованиям.

Обычно искусственное освещение выполняется посредством электрических источ­ни­ков света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Для общего освещения будем использо­вать люминесцентные лампы. Они по сравнению с лампами накаливания имеют ряд су­щественных преимуществ: по спектральному составу света они близки к дневному, естественному свету; обладают более высоким КПД (в 1,5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания); обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания); более длительным сроком службы.

Расчет общего равномерного искусственного освещения горизон­тальной рабочей поверхности выполняется методом коэффициента использования светового потока. Световой поток (лм) одной лампы или группы люминесцентных ламп одного светильника определяется по формуле:

Ф = Е_н S z k_з / (n η_и), (10.5)

где Е_н —нормируемая минимальная освещенность [30], лк; S — площадь освещаемого помещения, м²; z — коэффициент неравномерности освещения, обычно z=1,1 ÷ 1,2 ( для люминесцентных ламп 1,1); k_з —коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа применяемых источников света, обычно k_з,=1,3÷1,8 (для люминесцентных ламп -1,5); п —число све-тильников в по­мещении; η_и — коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока, давший название методу расчета, определяют по СНиП 23-05-95 в зависимости от типа светильника, отражательной способности стен (ρ_с) и потолка (ρ_п), размеров помещения, определяемых индексом помещения (i) [30] :

i = АВ/ [Н (А + В)], (10.6)

где А, В – длина и ширина помещения в плане, м; Н—высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м.

Коэффициенты (ρ_с) и (ρ_п) приведены в приложении 4 , индексы η в приложении 5.

По полученному в результате расчета световому потоку по ГОСТ 2239—79 и ГОСТ 6825—91 выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют необходимую электрическую мощность. При выборе лампы допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10-20 %.

При оценке искусственно освещения учитывают его равномерность. Равномерность освещения рабочих поверхностей определяется по количеству рабочих мест в помещении, имеющих достаточное и недостаточное освещение; результаты выражаются отношением количества мест с недостаточной освещенностью к общему количеству мест.

Оценку равномерности освещения можно также определить, пользуясь коэффициентом распределения света, по формуле:

g = Е min / Е mах , ( 10.7)

где: g - искомый коэффициент распределения; Е min- минимальная освещенность рабочего места, лк; Е mах - максимальная освещенность в данном помещении, лк.

Освещенность самого темного места не должна быть слабее освещенности самого светлого более чем в три раза.

Для оценки изменения освещенности поверхности вследствие периодического изменения во времени светового потока определяют коэффициент пульсации освещенности. Необходимость этого показателя вызвана широким применением газоразрядных ламп. При питании их переменным током наблюдаются пульсации во времени величины светового потока таких источников с частотой, вдвое большей частоты питающей сети. Коэффициент пульсации освещенности определяется по формуле

К_п = 100 (Е mах - Е min) / 2 Е_ср , (10.8)

где Е mах, Е min, Е_ср - максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период ее колебания.

Нормируемые и расчетные данные должны быть представлены в виде

таблицы 10.1.

Табл. 10.1. Нормируемые и расчетные данные освещенности

Характеристика зрительной работы
Наименьший разряд объекта
Разряд и подразряд зрительной работы
Контраст объекта с фоном
Нормы КЕО при боковом освещении
Естественное освещение: количество окон площадь окна
Искусственное освещение: тип светильника количество светильников