Кафедра

«Безопасность жизнедеятельности»

Автор: доцент Рублёв М.Г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

«Эффективность и качество освещения»

Новосибирск

Тема: ЭФФЕКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОСВЕЩЕНИЯ

Цели работы:

1) изучение количественных и качественных характеристик производственного освещения;

2) измерение производственного освещения (естественного, искусственного или совмещенного) в помещении;

3) оценка влияния типа светильника и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования светового потока;

4) демонстрация стробоскопического эффекта и оценка его влияния на производственную деятельность.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

«ЭФФЕКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО ОСВЕЩЕНИЯ»

Освещение - получение, распределение и использование световой энергии для обеспечения благоприятных условий видения предметов и объектов. Оно влияет на настроение и самочувствие, определяет эффективность труда.

Одно из важнейших условий создания благоприятных и безопасных условий труда – это рациональное освещение помещений и рабочих мест в них.

Примерно 80-90 % из общего объема информации человек получает через зрительный анализатор. Качество получаемой информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное в количественном или качественном отношении освещение не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерационально организованное освещение может, кроме того, явиться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени и пульсации освещенности ухудшают видимость и могут вызвать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта.

В зависимости от источника света освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и совмещенное (смешанное).

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

Видимое излучение - этоучасток 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 (I_a) - пространственная плотность светового потока:

I_a=dF / dω, (1)

где dF - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω.

Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.

Освещенность(Е) - поверхностная плотность светового потока, люкс (лк):

E=dF/dS, (2)

где dS - площадь поверхности (м²), на которую падает световой поток dF.

Яркость (В) - 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.

В= I_a / dS× cos a, (3)

где I_а - сила света, кд;

dS - площадь излучающей поверхности, м;

а - угол между направлением излучения и плоскостью, град.

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

Искусственное освещение предусматривается 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 освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах.

Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Его целесообразно устраивать при работах высокой точности, а также при необходимости создания в процессе работы определенной направленности светового потока. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним участкам. 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.

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

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

Аварийное освещение 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.

Эвакуационное освещение 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. Эти лампы дают непрерывный спектр излучения с повышенной (по сравнению с естественным светом) интенсивностью в желто-красной области спектра. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные, газонаполненные, бесспиральные (галогенные).

Общим недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшой срок службы (менее 2000 часов) и малая световая отдача (отношение создаваемого лампой светового потока к потребляемой электрической мощности) (8 - 20 лм/Вт). В промышленности они находят применение для организации местного освещения.

Наибольшее применение в промышленности находят газоразрядные лампы низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления, называемые люминесцентными, содержат стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, наполненную 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.

В последние годы появились газоразрядные лампы низкого давления со встроенным высокочастотным преобразователем. Газовый разряд в таких лампах (называемый вихревым) возбуждается на высоких частотах (десятки кГц) за счет чего обеспечивается очень высокая светоотдача.

К газоразрядным лампам высокого давления (0, 03 - 0, 08 МПа) относят дуговые ртутные лампы (ДРЛ). В спектре излучения этих ламп преобладают составляющие зелено-голубой области спектра.

Основными достоинствами газоразрядных ламп является 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.

Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях устанавливается в зависимости от характеристики зрительной работы и регламентируется СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» (Актуализированная редакция СНиП 23-05-95).

Характеристика зрительной работы определяется минимальным размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и свойствами фона.

Объект различения - это рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, которые следует контролировать в процессе работы.

Фоном называется поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым при коэффициенте отражения ρ светового потока поверхностью более 0, 4; средне светлым при коэффициенте отражения от 0, 2 до 0, 4; темным при коэффициенте отражения менее 0, 2.

Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности яркостей объекта В_о и фона В_ф к наибольшей их этих двух яркостей. Контраст считается большим при значениях К более 0, 5; средним - при значениях К от 0, 2 до 0, 5; малым - при значениях К менее 0, 2.

В соответствии со СП 52.13330.2011 все зрительные работы делятся на 8 разрядов в зависимости от размера объекта различения и условий зрительной работы.

Кроме цветности источников света и цветовой отделки интерьера, влияющих на субъективную оценку освещения, важным параметром, характеризующим качество освещения, является коэффициент пульсации освещенности К_п:

К_п = (Е_макс - Е_мин) / 2× Еср× 100%, (4)

где Е_макс - максимальное значение пульсирующей освещенности на рабочей поверхности;

Е_мин - минимальное значение пульсирующей освещенности;

Е_ср - среднее значение освещенности.

Пульсации освещенности на рабочей поверхности не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта.

Стробоскопический эффект - этокажущееся изменение или прекращение движения объекта, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой. Например, если вращающийся белый диск с черным сектором освещать пульсирующим световым потоком (вспышками), то сектор будет казаться: неподвижным при частоте f_вcn = f_вpaщ, медленно вращающимся в обратную сторону при f_вcn > f_вpaщ, медленно вращающимся в ту же сторону при f_вcn < f_вpaщ, где f_вcn и f_вpaщ соответственно частоты вспышек и вращения диска. Пульсации освещенности на вращающихся объектах могут вызывать видимость их неподвижности, что в свою очередь, может явиться причиной травматизма.

Значение К_п меняется от нескольких процентов (для ламп накаливания) до нескольких десятков процентов (для люминесцентных ламп). Малое значение К_п для ламп накаливания объясняется большой тепловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению светового потока F_лн ламп в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0 (рисунок 1). В то же время газоразрядные лампы обладают малой инерцией и меняют свой световой поток F_ллпочти пропорционально амплитуде сетевого напряжения (рисунок 1).

Рисунок 1 – Графическое выражение процесса пульсаций разных источников света

Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности К_п люминесцентные лампы включаются в разные фазы трехфазной электрической сети. Это хорошо поясняет нижняя кривая на рисунка 1, где показан характер изменения во времени светового потока (и связанной с ним освещенности), создаваемого тремя люминесцентными лампами 3F_лл, включенными в фазу А и в три различные фазы сети. В последнем случае за счет сдвига фаз на 1/3 периода провалы в световом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, так что пульсации суммарного светового потока существенно уменьшаются. При этом среднее значение освещенности, создаваемой лампами, остается неизменным и не зависит от способа их включения.

В соответствии с нормативными документами коэффициент пульсации освещенности К_п нормируется в зависимости от разряда зрительных работ с сочетании с показателем ослепленности Р:

P = (s - l)× 10³, (5)

где s - коэффициент ослепленности, определяемый как:

s = (Δ B_nop)_s / Δ B_nop, (6)

где Δ В_пор - пороговая разность яркости объекта и фона при обнаружении объекта на фоне равномерной яркости;

(Δ B_nop)_s - то же при наличии в поле зрения блеского (яркого) источника света.

На освещенность рабочих поверхностей в производственном помещении влияют отражение и поглощение света стенами, потолком и другими поверхностями, расстояние от светильника до рабочей поверхности, состояние излучающей поверхности светильника, наличие рассеивателя света и т.д. Вследствие этого полезно используется лишь часть светового потока, излучаемого источником света.

Расчет искусственного освещения предусматривает: выбор типа источника света, системы освещения и светильника, проведение светотехнических расчетов, распределение светильников и определение потребляемой системой освещения мощности.

Величина, характеризующая эффективность использования источников света, называется коэффициентом использования светового потока или коэффициентом использования осветительной установки (η) и определяется как отношение фактического светового потока (F_факт) к суммарному световому потоку (F_ламп) используемых источников света, определенному по их номинальной мощности в соответствии с нормативной документацией:

η = F_факт / F_ламп, (7)

Значение фактического светового потока Е_факт можно определить по результатам измерений в помещении средней освещенности Е_ср по формуле:

F_факт = Е_ср × S, (8)

где S - площадь помещения, м².

При проектировании освещения для оценки светового потока F_факт используется формула:

F_факт =E × S × K₃ × Z, (9)

где Е - нормируемая освещенность, лм;

К₃ - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, запыление и загрязнение светильников (обычно К₃ - 1, 3 для ламп накаливания и 1, 5 для люминесцентных ламп);

Z -коэффициент неравномерности освещения (обычно Z = 1, 1 - 1, 2).

Отражающие свойства поверхностей помещения можно учесть с помощью коэффициента отражения светового потока ρ. В случае равномерно диффузного отражения, когда отраженный световой поток рассеивается с одинаковой яркостью во всех направлениях, яркость участка равномерно диффузно отражающей поверхности равна:

В_отр = Е × ρ / π, (10)

где Е - освещенность поверхности.