Основные светотехнические единицы

Правильное освещение в производственных помещениях не может быть достигнуто при произвольной установке источников света или световых проемов. Для обеспечения рационального освещения необходимо знать основы светотехники, учитывать специфические особенности производственного процесса, правильно применять действующие нормы и уметь проводить надлежащие расчеты. Световой поток F-это мощность световой энергии, воспринимаемая человеческим глазом. За единицу светового потока принят люмен (лм).Силой света I определяется пространственная плотность светового потока в заданном направлении. Она равна отношению светового потока к телесному углу ω, в пределах которого распределение светового потока равномерно:

Где:ω- телесный угол. За единицу силы света принята кандела(кд). Телесный уголω- часть пространства, ограниченная конусом с вершиной в центре сферы, опирающимся на поверхность. Телесный угол определяется отношением площади S, которую конус вырезает на поверхности сферы, к квадрату радиуса R этой сферы. Единицей телесного угла является стерадиан(CP)

Освещенность E- плотность светового потока на освещаемой поверхности. Эта величина равна отношению светового потока F к площади освещаемой поверхности S при условии его равномерного распределения. Единицей освещенности является люкс(лк), равномерно распределенный на площади в 1 кв.м. Средняя освещенность , если свет источника падает на освещаемую поверхность перпендикулярно, определяется по формуле

При расчётах искусственного освещения производственных помещений понятие освещенности обычно применяют к горизонтальной плоскости на высоте 0,8 м от пола здания. Яркость L определяется силой света, излучаемой с единицы площади поверхности в заданном направлении:

где ρ-коэффициент отражения поверхности. За единицу яркости принимается кандела на квадратный метр, (кд/кв.м) Коэффициент отражения поверхности ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на неё световой поток; определяется отношением светового потока ,отраженного от поверхности, и падающему на неё световому потоку :

Помимо количественных показателей необходимо также учитывать следующие качественные понятия: фон, контраст объекта с фоном, показатель ослепленности (блескость). Фон- это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым- при коэффициенте отражения поверхности более 0,4, средним- от 0,4 до 0,2 и тёмным- менее 0,2. Контраст объекта с фоном определяется как фотометрически измеряемая разность яркости двух зон. В практике машиностроительного предприятия это соотношение яркости рассматриваемого объекта различения(риска, трещина, раковина, пятно и т.п.) и фона. Принято считать контраст объекта различения с фоном: большой(К>0,5) объект и фон резко различаются по яркости; средний(К0,2-0,5) –заметно различаются по яркости; малый(К<0,2)-мало различаются по яркости. Блескость различают прямую, возникшую от прямых источников света и частей светильников, попадающих в поле зрения работающих, и отраженную от поверхностей с зеркальным отражением. Блескость вызывает чрезмерное раздражение, снижает чувствительность и работоспособность глаза. Нарушение зрительных функций глаз называется ослеплённостью.

Естественное освещение

Естественное освещение используется в дневное время суток. Оно обеспечивает хорошую освещенность, равномерность; вследствие высокой диффузности (рассеивания) благоприятно действует на зрение и экономично. Помимо этого солнечный свет оказывает биологически оздоравляющее и тонизирующее воздействие на человека. Естественная освещенность меняется в больших пределах в безлунную ночь-0,005 лк; при полнолунии-0,2 лк; при солнечном освещении-100000 лк. Естественное освещение помещений осуществляется через световые проемы и может быть выполнено в виде бокового, верхнего или комбинированного. Боковое- осуществляется через окна в наружных стенах здания, верхнее- через световые фонари, располагаемые в перекрытиях и имеющее различные формы и размеры; комбинированные- через окна и световые фонари. Естественное освещение в помещении определяется коэффициентом естественной освещенности (КЕО)-е, представляющим собой выраженное в процентах отношение освещенности какой-либо точки помещения к точке на горизонтальной плоскости вне помещения, освещенной рассеянным светом всего небосвода, в тот же самый момент времени:

где -освещенность точки внутри помещения; -освещенность точки вне помещения(под открытым небом).

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности с учетом характера зрительной работы и светового климата в районе расположения здания определяется по формуле

где m – коэффициент светового климата (без учета прямого солнечного света), определяемый в зависимости от района расположения здания; с – коэффициент солнечности климата (с учетом прямого солнечного света)(от 0,65 до 1). Нормированное значение является минимально допустимым. - нормальное естественное освещение в III поясе. Расчет дальнейший дан в СНиЛ II-4-79.

Территория СССР по световому климату разделена на V поясов (I – самый северный, V – самый южный):

Пояс	I	II	III	IV	V
Коэффициент светового климата (m)	1,2	1,1		0,9	0,8

Солнечность климата – характеристика, учитывающая пояс светового климата и световой поток, проникающий через светопроемы в помещение в течение года благодаря прямому солнечному свету, вероятности солнчного сияния, ориентации световых проемов по сторонам горизонта и их архитектурно-конструктивного решения.

Коэффициент солнечности (с) колеблется в пределах с 0,65 до 1.

Задачей расчета естественного освещения является определение отношения общей площади застекленных проемов окон и фонарей к площади пола ( ). Минимальные значения этого отношения приведены в табл.7. - площади окон, фонарей, пола.

Разряд зрительной работы	I	II	III	IV	V	VI
Минимальное значение	1:3…1:4	1:4…1:5	1:5…1:6	1:6…1:7	1:7…1:8	1:8…1

Указанные в табл.7 величины определены исходя из условия, что очистка стекол в помещении, а также покраска стен и потолков производятся регулярно в следующие сроки. При незначительном выделении пыли, дыма и копоти – не реже двух раз в год; покраска – не реже одного раза в три года. При незначительных выделениях пыли, дыма и копоти – не реже четырех раз в год; покраска – не реже одного раза в год.

Загрязненные стекла световых проемов (окон и фонарей) могут в пять-семь раз сменить освещенность помещений.

Искусственное освещение.

В темное время суток, а также при недостаточном естественном освещении необходимо применять искусственное освещение как в помещениях, так и на открытых площадках, проездах и т.п. В связи с этим качеству искусственного освещения придают серьезное значение. Электрический свет не только заменяет естественное освещение, но и облегчает труд, снижает усталость. На качество освещения помещения оказывает влияние световой поток лампы, а также тип и цвет светильника, цвет окраски помещения и оборудования, их состояние (свежесть окраски и запыленность).

Искусственное освещение по способу расположения источников света подразделяется на общее, местное и комбинированное (общее 10% + местное 90%). В производственных помещениях одно местное освещение использовать не разрешается.

В осветительных установках промышленных предприятий применяют лампы накаливания и газоразрядные источники света. Основные характеристики ламп: номинальное напряжение, электрическая мощность, световой поток, световая отдача и срок службы.

Лампы накаливания основаны на способности нагретого до высокой температуры тела (нити из тугоплавского металла) излучать видимый свет, а газозарядные – на принципе люминесценции.

В лампе накаливания световой поток F зависит от потребляемой электрической мощности и температуры вольфрамовой нити, помещенной в стеклянную колбу, наполняемую при изготовлении инертным газом: аргоном, ксеноном, криптоном и их смесями. Это обеспечивает повышение температуры вольфрамовой нити и уменьшает ее распыление.

Лампы накаливания несложны в изготовлении, просты и надежны в эксплуатации. К их недостаткам следует отнести: низкую световую отдачу(в три-шесть раз меньшую по сравнению с газоразрядными лампами), небольшой срок службы(около 1000ч), неблагоприятный спектральный состав, искажающий светопередачу. Лампы накаливания обладают большой яркостью, но не дают равномерного распределения светового потока.

Газоразрядные источники света включают люминесцентные, ртутные и ксеноновые лампы. Последние в осветительных установках промышленных предприятий не применяются.

Газоразрядные лампы дают свет в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов, паров металла и их смесей. Преимущества по сравнению с лампами накаливания следующие: высокая светоотдача, весьма продолжительный срок службы(8-14 тыс.ч); спектр излучения люминесцентных ламп близок к спектру естественного света.

К недостаткам надо отнести относительно сложную схему включения и необходимость специальных пусковых приспособлений.

Люминесцентные лампы представляют собой стеклянную прозрачную трубку, наполненную дозированным количеством ртути и инертного газа ,а по концам впаяны электроды. Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, в зависимости от вида которого создается та или иная цветность излучения. Выпускают следующие: белого света(ЛБ), теплого белого света(ЛТБ), холодного белого света(ЛХБ), дневного света(ЛД), с исправленной цветопередачей(ЛДЦ). Помимо основных типов выпускаются также лампы для целей местного освещения.

Освещение люминесцентными лампами следует применять в помещениях, в которых необходимо создать особо благоприятные условия для зрения. Например, при выполнении точных работ, требующих значительного зрительного напряжения, или при выполнении работы, связанной с различием цветовых оттенков, а также в помещениях с постоянным пребыванием людей при недостаточном или вообще отсутствующем естественном освещении.

Если по условиям работы необходимо правильное различение цветов и их оттенков, надлежит применять лампы ЛДЦ. При работе с блестящими поверхностями в установках общего освещения следует применять люминесцентные лампы ЛД, поскольку их световая отдача выше, а глубина колебаний светового потока меньше. При этом в светильниках местного освещения целесообразно использовать люминесцентные лампы ЛХБ или ЛД.

Люминесцентные лампы чувствительны к температуре окружающего воздуха, оптимальной величиной которой является . Отклонение температуры от оптимального предела вызывает уменьшение светового потока лампы. При температурах, близких к , зажигание ламп затруднено.

Ртутные лампы высокого давления ДРЛ имеют следующее устройство: В кварцевой трубке, содержащей дозированную долю ртути и инертного газа, происходит электрический разряд. Трубка помещена в колбу из жароустойчивого стекла, внутренние стенки которого покрыты слоем люминофора. Ультрафиолетовое излучение в кварцевой трубке воздействует на люминофор и вызывает его свечение. Световая отдача ртутных и люминесцентных ламп примерно одинакова. Срок их службы около 5000 ч. Режим работы ртутных ламп высокого давления в отличие от люминесцентных ламп низкого давления не зависит от температуры окружающего воздуха. Включение их в сеть производится посредством специального прибора включения (ПРА).

Под светильником понимается комплект лампы (источника света) и осветительной арматуры. Светильник обеспечивает крепление лампы, присоединение к ней электрического питания, предохранение ее от загрязнения и механического повреждения.

Светильники классифицируются: по назначению – для общего и местного освещения; по конструктивному исполнению – открытые, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащищенные, взрывзащищеные (взрывонепроницаемые и повышенной надежности против взрыва); по распределению светового потока – прямого света, преимущественно прямого света, рассеянного света, отраженного света, преимущественно отраженного света.

Светильники местного освещения предназначены для освещения места выполнения работы; они укрепляются обычно на шарнирных кронштейнах, обеспечивающих возможность их перемещения и изменения направления светового потока. Поскольку светильники местного освещения располагаются в непосредственной близости от глаз работающего, необходимо, чтобы защитный угол светильника был не менее , а при расположении светильника не выше уровня глаз работающего – не менее , что исключает ослепление и правильно освещает рабочее место.

Аварийное освещение устраивается, когда оно необходимо для продолжения работы или для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения. Аварийное освещение должно иметь постоянно действующий источник питания и автоматически включаться при аварии рабочего освещения.

Но машиностроительных предприятиях аварийное освещение предусматривается в следующих случаях:

1. Для продолжения работы в помещениях, прекращение рабочего освещения в которых может привести к взрыву, пожару или отравлению вследствие нарушения нормального обслуживания механизмов или в случае, когда отсутствие освещения может вызвать длительное нарушение технологического процесса. При этом аварийное освещение должно обеспечиваться на рабочих поверхностях не менее 5% освещенности от норм одного общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и 1 лк на открытых площадках.

2.Для эвакуации людей из помещений с числом работающих более 50 человек, если при прекращении рабочего освещения может возникнуть опасность травматизма вследствие продолжения работы производственного оборудования или наличия в помещении мест, опасных для прохода людей.

3.В проходных помещениях, пожарных проездах, коридорах и на лестницах, служащих для эвакуации людей из производственных зданий с числом работающих более 50 человек.

4.В отдельных помещениях, где одновременно могут находиться более 100 человек(красные уголки, аудитории и т.п.)

Освещенность, создаваемая аварийным освещением, необходимым для эвакуации, принимается не менее 0,5 лк на полу помещения и 0,2 на открытых площадках.