Светотехнические характеристики освещения

Общие сведения

Освещение – использование световой энергии солнца и искусственных источников света для обеспечения зрительного восприятия окружающего мира.

В производственных условиях используется три вида освещения: естественное (источником его является солнце), искусственное; совмещенное (одновременное сочетание естественного и искусственного освещения).

Совмещенное освещение применяется в том случае, когда только естественное освещение не может обеспечить необходимые условия для выполнения производственных операций.

Методика расчета

Основной задачей при расчёте искусственного освещения является определение требуемой мощности электрической осветительной установки для создания заданной освещённости на рабочих местах.

При проектировании искусственного освещения необходимо:

- выбрать тип источника света, систему освещения, вид светильника;

- наметить целесообразную высоту установки светильников и схему размещения;

- определить число светильников, мощность и число ламп, необходимых для создания нормируемой освещённости на рабочих местах;

- проверить намеченный вариант освещения на соответствие его нормативным требованиям.

Основным методом расчёта общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности является метод коэффициента пользования светового потока. Необходимый световой поток Ф_л, от одной лампы накаливания или группы ламп люминесцентных ламп одного светильника определяют по формуле:

, лм,

где Е_н – нормированная минимально допустимая освещённость, которая определяется по нормативному документу СП 52.13330.2011, лк;

К_з – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение светильников и снижение светоотдачи в процессе эксплуатации (в зависимости от вида технологического процесса или вида помещения принимают по таблицам, приведённым в СП 52.13330.2011);

S – площадь освещаемого освещения, м²;

z – коэффициент неравномерности освещения, который зависит от типа ламп (для ламп накаливания и дуговых ртутных ламп z=1, 15, для люминесцентных ламп z=1, 1);

N – число светильников в помещении;

η – коэффициент использования светового потока, в долях единиц, учитывающий долю общего светового потока ламп, приходящегося на расчётную плоскость, определяется по табл.2 – 6 зависит от типа светильников, коэффициентов отражения поверхностей помещения (потолка – ρ _п; стен – ρ _ст; пола – ρ _р по табл.1) и индекс помещения i по формуле:

где А– длина помещения, м;

В – глубина помещения, м;

h – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м:

, м.

где Н – высота помещения, м;

h_св – длина свеса светильника, м;

h_р – высота рабочей поверхности, м.

Необходимое количество светильников определим исходя из наивыгоднейшего расстояния между ними (L), характеризующегося коэффициентом (табл.7):

, м.

Общее количество светильников определяется по формуле:

N = N_p · N_св,

где N_р – количество рядов, определяемое по формуле:

, шт.

N_св – количество светильников в ряду, определяемое по формуле:

, шт.

Исходя из найденного значения необходимого светового потока, принять тип светильника (табл. 8 – 11), количество ламп в нем и тип лампы (табл. 12 – 13) таким образом, чтобы суммарный световой поток светильника был не менее расчетного значения.

Таблица 1

Ориентировочные значения коэффициентов отражения стен и потолка

Характер отражающей поверхности	Коэффициент отражения. %
Побеленный потолок; побеленные стены с окнами, закрытыми белыми шторами
Побеленные стены при незанавешенных окнах; побеленный потолок в сырых помещениях; чистый бетонный и светлый деревянный потолок
Бетонный потолок в грязных помещениях; деревянный потолок; бетонные стены с окнами; стены, оклеенные светлыми обоями
Стены и потолки в помещениях с большим количеством темной пыли; сплошное (ленточное) остекление без штор; красный кирпич неоштукатуренный; стены с темными обоями

Таблица 2

Коэффициенты использования светового потока.

Светильники с люминесцентными лампами.

Тип светильника	ЛД; ЛСП02; ЛСП04; ЛСЛ06	ПВЛП	ПВЛМ	НОГЛ; НОДЛ
ρ _п, %
ρ _c, %					30,
ρ _p, %	30,.
i	Коэффициенты использования, %
0, 5
0, 6
0, 7
0, 8
0, 9

1, 1
1, 25
1, 5						48-
1, 75

2, 25

3, 5

Таблица 3

Коэффициенты использования светового потока.

Таблица 4

Коэффициенты использования светового потока.

Светильники с лампами накаливания.

Тип светильника	НСП 07	Н4Б - 300M с отражателем	ВЗГ – 200АМ с отражателем	ВЗГ – 100М	ВЗГ/B4A - 200M с отражателем
ρ _п, %
ρ _c, %
ρ _p, %
i	Коэффициенты использования, %
0, 5
0, 6				25.
0, 7
0, 8
0, 9

1, 1
1, 25
1, 5
1, 75						33-

2, 25
2, 5

3, 5

Таблица 5

Таблица 6

Коэффициенты использования светового потока.

Светильники с лампами накаливания.

Тип светильника	УПМ-15; " Астра-1, 11, 12"	У - 15	ППД - 100; ППД - 200	ППД - 500
ρ _п, %				30.
ρ _c, %
ρ _p, %
i	Коэффициенты использования, %
0, 5								II
0, 6									30^
0, 7
0, 8
0, 9
										28
1, 1
1, 25
1, 5			50.			44-	36
1, 75					50 J

2, 25
2, 5

3, 5

Таблица 7

Рекомендуемые значения λ для светильников с типовыми кривыми

Типовая кривая и силовая обозначения в шифре светильника	λ
Концентрированная (К)	0, 6
Глубокая (Г)	0, 9
Косинусная (Д)	1, 4
Полуширокая (Л)	1, 6
Равномерная (М)	2, 0

Таблица 8

Таблица 9

Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Таблица 13

Общие сведения

Светотехнические характеристики освещения

Для гигиенической оценки освещения используются светотехнические характеристики, принятые в физике.

Видимое излучение– участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм (1 нм = 10^–9 м), регистрируемых человеческим глазом.

Световой поток F– мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света J– пространственная плотность светового потока:

где F– световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла w. Единица измерения силы света – кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в1 стерадиан.

Освещенность– поверхностная плотность светового потока, люкс (лк):

где S– площадь поверхности (м²), на которую падает световой поток F.

Светоощущения работающего человека определяется яркостью поверхности (L). Яркость – поверхностная плотность силы света в заданном направлении. Яркость, являющаяся характеристикой светящихся тел, равна отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению:

где J –сила света, кд; S – площадь излучающей поверхности, м; a – угол между направлением излучения и плоскостью, град; S·cosα – площадь проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную лучу света.

Единицей измерения яркости является кд/м² – это яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света 1 кд с площади 1 м².

Яркость освещаемой поверхности является фоном, на котором рассматривается объект различения. Яркость поверхности зависит от её отражающей способности, которая определяется коэффициентом отражения (ρ ):

де Ф_отр и Ф_пад– отраженный и падающий световой поток соответственно. Фон считается светлым при ρ более 0, 4, средним при 0, 2-0, 4, темным при ρ менее 0, 2.

Условия зрительной работы определяются так же соотношением контрастов объекта различия и фона:

где L_о, L_ф – соответственно яркость фона и объекта соответственно. При К менее 0, 2 контраст малый, при 0, 2-0, 5 средним, при более 0, 5 большим.

1.2. Виды, системы и источники искусственного освещения

Искусственное освещениепредусматривается в помещениях, в которых испытывается недостаток естественного света, а также для освещения помещения в те часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

По принципу организации искусственное освещение можно разделить на два вида: общее и комбинированное.

Общее освещениепредназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерноеосвещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованномосвещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах.

Комбинированноеосвещение состоит из общего и местного. Его целесообразно устраивать при зрительных работах высокой точности, а также при необходимости создания в процессе работы определенной направленности светового потока. Местноеосвещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним участках. Оно может быть стационарным и переносным. Применение только местного освещения в производственных помещениях запрещается, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными местами утомляет зрение, замедляет скорость работы и нередко является причиной несчастных случаев.Доля общего освещения в системе комбинированного должна быть не менее 10 % нормируемой освещенности (в помещениях без естественного освещения не менее 20 %).

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется нарабочее, аварийное, эвакуационное и охранное.

Рабочееосвещение предусматривается для всех помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийноеосвещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса или работы объектов жизнеобеспечения. Наименьшая освещенность, создаваемая аварийным освещением, должна составлять 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк для территории предприятий.

Эвакуационноеосвещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей в количестве более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность не менее 0, 5 лк в помещениях и 0, 2 лк на открытой территории.

Охранное освещение предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0, 5 лк на уровне земли.

В качестве источников искусственного освещения применяются лампы накаливания и газоразрядные лампы.

В лампах накаливания источником света является раскаленная вольфрамовая проволока. Они относятся к источникам света теплового излучения и дают непрерывный спектр излучения с повышенной (по сравнению с естественным светом) интенсивностью в желто-красной области спектра, что искажает цветовое восприятие.

Общим недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшой срок службы (менее 2000 часов), малая цветопередача и световая отдача (отношение создаваемого лампой светового потока к потребляемой электрической мощности) (8–20 лм/Вт). Но они являются наиболее надежным источником света в связи с простой схемой их включения, а условия внешней среды, включая температуру воздуха, не оказывают влияния на их работу. В промышленности они находят применение для организации местного освещения.

По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные, газонаполненные, с криптоновым наполнением, бесспиральные (галогенные). В маркировке ламп накаливания буквы обозначают: В – вакуумные лампы, Г – газонаполненные, К – лампы с криптоновым наполнением, Б – биспиральные лампы (галогенные).

Наибольшее применение в промышленности находят газоразрядные лампы низкого и высокого давления. В газоразрядных лампах используется явление люминесценции; свет возникает в результате электрического разряда в газе, парах металлов или в смеси газа с парами.

Газоразрядные лампы низкого давления, называемые люминесцентными, так как изнутри стеклянная трубка покрыты люминофором, который под действием ультрафиолетового излучения, излучаемого электрическим разрядом, светится, преобразуя тем самым невидимое ультрафиолетовое излучение в свет. Стеклянная трубка наполненна дозированным количеством ртути (30–80 мг) и смесью инертных газов под давлением около 400 Па. На противоположных концах внутри трубки размещаются электроды, между которыми, при включении лампы в сеть, возникает газовый разряд, сопровождающийся излучением преимущественно в ультрафиолетовой области спектра. Это излучение, в свою очередь преобразуется люминофором в видимое световое излучение. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью. К ним относятся различные типы люминесцентных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно-белого света (ЛХБ); лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы тепло-белого света (ЛТБ); лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно-белого света улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

К газоразрядным лампам высокого давления (0, 03–0, 08 МПа) относят: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов. В спектре излучения этих ламп преобладают составляющие зелено-голубой области спектра.

Основными достоинствами газоразрядных ламп являются их долговечность (свыше 10000 часов), экономичность, малая себестоимость изготовления, благоприятный спектр излучения, обеспечивающий высокое качество цветопередачи, низкая температура поверхности. Светоотдача этих ламп колеблется в пределах от 30 до 105 лм/Вт, что в несколько раз превышает светоотдачу ламп накаливания. Недостатки газоразрядных ламп: стробоскопический эффект (своеобразное ощущение раздвоения движущихся и вращающихся предметов вследствие пульсации светового потока), шум дросселей, слепящее действие. Они работают в нормальном режиме лишь при температуре воздуха 15–25°С, при больших или меньших температурах световая отдача снижается.

Освещение рабочих помещений осуществляется светильниками – приборами, состоящими из источника света и арматуры, которая защищает источник света от механических повреждений, дыма, пыли, а также служит для крепления и подключения источника к сети питания.

Выбранный светильник должен удовлетворять следующим требованиям: соответствовать условиям окружающей среды; обеспечивать необходимое светораспределение и исключать слепящее действие; быть экономичным.

В зависимости от назначения по конструктивному исполнению светильники подразделяются по степени защиты от пыли (незащищенные открытые или перекрытые; пылезащищенные полностью или частично; пыленепроницаемые полностью или частично), влаги (незащищенные; брызгозащищенные; струезащищенные; водонепроницаемые; герметичные), взрыва (повышенной надежности; взрывонепроницаемые), химически агрессивных сред (их изготавливают из некоррозируемых материалов герметичными).

12	Поделиться: