Источники искусственного производственного освещения. Источниками света при искусственном освещении являются газоразрядные лампы и лампы накаливания.
Газоразрядные лампы предпочтительнее для применения в системах искусственного освещения. Они имеют высокую световую отдачу (до 100 лм/Вт) и большой срок службы (10 000...14 000 ч). Световой поток от газоразрядных ламп по спектральному составу близок к естественному освещению и поэтому более благоприятен для зрения. Однако газоразрядные лампы имеют существенные недостатки, к числу которых относится пульсация светового потока. При рассмотрении быстро движущихся или вращающихся деталей в пульсирующем световом потоке возникает стробоскопический эффект, который проявляется в искажении зрительного восприятия объектов (вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажаются направление и скорость движения). Это явление ведет к увеличению опасности
186
производственного травматизма и делает невозможным выполнение некоторых производственных операций.
В системах производственного освещения применяют люминесцентные газоразрядные лампы, имеющие форму цилиндрической стеклянной трубки. Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение газового электрического разряда в видимый свет. Люминисцентные газоразрядные лампы в зависимости от применяемого в них любминофора создают различный спектральный состав света. Различают несколько типов ламп: дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого света (ЛБ).
Кроме люминесцентных газоразрядных ламп (низкого давления), в производственном освещении применяют газоразрядные лампы высокого давления: лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные); галогенные лампы ДРИ (дуговые ртутные с йодидами); ксеноновые лампы ЛКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые), которые в основном применяются для освещения территорий предприятия; натриевые лампы ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые), используемые для освещения цехов с большой высотой (в частности, многих литейных цехов).
Применяются для освещения производственных помещений также лампы накаливания, в которых свечение возникает путем нагревания нити накала до высоких температур. Они просты и надежны в эксплуатации. Недостатками их являются низкая световая отдача (не более 20 лм/Вт), ограниченный срок службы (до 1000 ч), преобладание излучения в желто-красной части спектра, что искажает цветовое восприятие. В осветительных системах используют лампы накаливания различных типов: вакуумные (НВ), газонаполненные биспиральные (НБ), биспиральные с криптоноксеноновым наполнением (НБК), зеркальные с диффузно отражающим слоем и др. Все большее распространение получают лампы накаливания с йодным циклом - галоидные лампы, которые имеют лучший спектральный состав света и хорошие экономические характеристики.
Эксплуатация осветительных установок. Качественные показатели освещения в производственных помещениях во многом определяются правильным выбором светильников, представляющих собой совокупность источника света и осветительной арматуры. Основное назначение светильников заключается в перераспределении светового потока источников света в требуемых для освещения направлениях, механическом креплении источников света и подводе к ним электроэнергии, а также защите ламп, оптических и электрических элементов от воздействия окружающей среды.
Важной характеристикой светильника является коэффициент полезного действия - отношение светового потока светильника к световому потоку лампы, помещенной в светильник.
187
Рис. 4.10. Защитный угол светильника (а):
а - с лампой накаливания;
б - с люминесцентными лампами;
d - расстояние от края отражателя;
h - глубина утопления лампы
Рис. 4.11. Основные типы светильников:
1 - "Универсаль";
2 - "Глубокоизлучатель";
3 - "Люцетта";
4 - "Молочный шар";
5 - взрывобезопасный типа ВЗГ;
6 - типа ОД;
7 - типа ПВЛП
Устранение слепящего действия источника света обеспечивается конструкцией светильника и характеризуется защитным углом, т.е. углом между горизонталью и линией, касательной к светящемуся телу лампы и краю отражателя (рис. 4.10).
По конструктивному исполнению светильники делятся: на открытые, защищенные закрытые, пыленепроницаемые, влагозащищенные, взрывозащищенные и взрывобезопасные. По распределению светового потока в пространстве светильники бывают прямого, преимущественно прямого, рассеянного и отраженного света (рис. 4.11).
Светильники местного освещения часто предусматривают возможность их перемещения и изменения направления светового потока и выполняются с не просвечивающимися отражателями, которые имеют защитный угол не менее 30 °.
При эксплуатации осветительных установок производственного освещения необходимо проводить регулярную очистку остекленных проемов и светильников от загрязнений, своевременную замену перегоревших ламп, контроль напряжений в осветительной сети, систематический ремонт элементов светотехнической и электрической частей осветительной установки. Чистка стекол световых проемов должна производиться не менее двух раз в год для помещений с незначительным
188
выделением пыли и не реже четырех раз в год для помещений со значительным выделением пыли. Чистка светильников должна производиться 4...12 раз в год в зависимости от запыленности производственного помещения. Проверка уровня освещенности в контрольных точках помещения или на отдельных рабочих местах производится не реже 1 раза в год.
Основным прибором для измерения освещенности является фотоэлектрический люксметр (Ю-16, Ю-117 и др.). Для создания благоприятного светового климата в производственных помещениях важное значение имеет не только правильное проектирование системы освещения, но и цветовое оформление.
Основные правила цветового оформления производственных помещений заключаются в следующем: в любом производственном помещении должно быть светло, стены и потолки должны быть окрашены в светлые тона при относительно небольшой насыщенности и высоком коэффициенте отражения. Необходимо использовать также контрасты между теплыми и холодными тонами (если стены окрашены в теплые тона, то оборудование - в холодные, и наоборот). Цветовое решение внутренней отделки помещения должно соответствовать климатической зоне, ориентации по сторонам света, особенностям технологического процесса и т.д. Освещение и цветовое оформление производственных помещений при правильном решении и удачном сочетании оказывают благоприятное влияние на настроение и работоспособность человека, рост производительности труда и снижение числа и тяжести производственных травм.
Методы расчета общего искусственного освещения рабочих помещений.Метод светового потока (коэффициента использования) применяется при равномерном расположении светильников и при нормированной горизонтальной освещенности. С помощью этого метода рассчитывают среднюю освещенность поверхности. При этом наиболее целесообразно рассчитывать освещение для помещений со светлым потолком и стенами, особенно при рассеянном и отраженном свете. Световой поток лампы Φл (лм) для ламп накаливания или световой поток люминисцентных ламп светильника рассчитывают по формуле:
Φл = 100ESпKz /nсвη ,
где Е - минимальная нормированная освещенность (лк), принимаемая по СНиП 23-05-95 - или отраслевым нормам; Sп - площадь освещаемого помещения, м; К - коэффициент запаса, принимаемый по СНиП 23-05-95 (1,4 - 1,7); z - коэффициент минимальной освещенности, равный отношению Eср /Emin . Его значения для ламп накаливания и ДРЛ - 1,15; для люминисцентных - 1,1; nсв - число светильников в помещении; η -коэффициент использования светового
189
Таблица 4.5. Коэффициент использования светового потока
Светильник | "Астра", УПМ-15 | УПД | НСП-07 | ВЗГ-200 с отражателем | ЛСП-01 | ПВЛ |
ρп , % | 30 | 50 | 70 | 30 | 50 | 70 | 30 | 50 | 70 | 30 | 50 | 70 | 30 | 50 | 70 | 30 | 50 | 70 |
ρc , % | 10 | 30 | 50 | 10 | 30 | 50 | 10 | 30 | 50 | 10 | 30 | 50 | 10 | 30 | 50 | 10 | 30 | 50 |
i | Коэффициент использования, η |
0,5 | 17 | 21 | 25 | 21 | 24 | 28 | 14 | 16 | 22 | 12 | 14 | 17 | 23 | 26 | 31 | 11 | 13 | 18 |
0,6 | 23 | 27 | 31 | 25 | 28 | 34 | 19 | 21 | 27 | 16 | 18 | 21 | 30 | 33 | 37 | 14 | 17 | 23 |
0,7 | 30 | 34 | 39 | 29 | 39 | 38 | 23 | 24 | 29 | 19 | 21 | 24 | 35 | 38 | 42 | 16 | 20 | 27 |
0,8 | 34 | 38 | 44 | 33 | 36 | 42 | 25 | 26 | 33 | 21 | 24 | 26 | 39 | 41 | 45 | 19 | 23 | 29 |
0,9 | 37 | 41 | 47 | 38 | 40 | 44 | 27 | 29 | 35 | 23 | 25 | 28 | 42 | 44 | 48 | 21 | 27 | 32 |
1 | 39 | 43 | 49 | 40 | 42 | 47 | 29 | 31 | 37 | 25 | 27 | 29 | 44 | 46 | 49 | 23 | 28 | 34 |
1,5 | 41 | 50 | 55 | 46 | 51 | 57 | 34 | 37 | 44 | 29 | 30 | 39 | 50 | 52 | 56 | 30 | 36 | 42 |
2 | 51 | 55 | 60 | 54 | 58 | 62 | 38 | 41 | 48 | 32 | 33 | 35 | 55 | 57 | 60 | 35 | 40 | 46 |
3 | 58 | 62 | 66 | 61 | 64 | 67 | 44 | 47 | 54 | 35 | 37 | 39 | 60 | 62 | 66 | 41 | 45 | 52 |
4 | 62 | 66 | 70 | 64 | 67 | 70 | 46 | 50 | 59 | 37 | 39 | 41 | 63 | 65 | 68 | 44 | 48 | 54 |
5 | 64 | 69 | 73 | 66 | 69 | 72 | 48 | 52 | 61 | 38 | 40 | 42 | 64 | 66 | 70 | 48 | 51 | 57 |
190
потока, представлен в табл. 4.5. Он зависит от индекса помещения i, высоты подвеса светильников Нсв и коэффициентов отражения стен ρо, потолка ρп. Коэффициенты отражения оцениваются субъективно (табл. 4.6).
Таблицa 4.6. Значения коэффициентов отражения потолка и стен (%)
Состояние потолка | ρп, % | Состояние стен | ρп, % |
Свежепобеленный | 70 | Свежепобеленные с окнами, закрытыми белыми шторами | 70 |
Побеленный, в сырых помещениях | 50 | Свежепобеленные с окнами без штор | 50 |
Чистый бетонный | 50 | Бетонные с окнами | 30 |
Светлый деревянный (окрашенный) | 50 | Оклеенные светлыми обоями | 30 |
Бетонный грязный | 30 | Грязные | 10 |
Деревянный неокрашенный | 30 | Кирпичные неоштукатуренные | 10 |
Грязный (кузницы, склады) | 10 | С темными обоями | 10 |
Индекс помещения i определяют по формуле
i = ab/Hсв(a + b) ,
где а и b - длина и ширина помещения, м; nсв - число светильников в помещении.
Для расчета общего равномерного и локализованного освещения помещений и открытых пространств, а также местного освещения при любом расположении освещаемых поверхностей применяется точечный метод.
Освещенность какой-либо точки А горизонтальной поверхности выражается формулой
E = IAcos3α/h2св ,
где IA - сила света (кд), заданная для условной лампы со световым потоком 1000 лм; α - угол между вертикальной плоскостью и направлением светового потока на освещаемую точку; h2св - высота подвеса светильника, м.
Относительная освещенность
ε = IAcos3α .
Эта величина численно соответствует освещенности точки А, расположенной на том же луче, но на плоскости, по отношению к которой высота установки светильника равна 1 м. Чтобы подчеркнуть, что освещенность рассчитывается не вообще, а для ламп со световым потоком 1000 лм, заменив обозначение освещенности E на е, запишем е = ε/h2св, где е - условная освещенность. Хотя относительная освещенность есть функция утла а, ее удобнее изображать кривыми в функции отношения d/h = tgε (рис. 4.12). Переход от относительной освещенности к освещенности данной поверхности производится в
191
Рис. 4.12. Кривые относительной освещенности для светильников УПД ДРЛ
соответствии с вышеприведенными выражениями. Если же требуется найти освещенность для лампы с произвольным световым потоком Φ, то основная формула принимает следующий вид:
E = Φe/1000h2 .
Кривые относительной освещенности (рис. 4.12) позволяют вести расчет с высокой точностью, но при этом требуются определение отношения d/h или h/d и деление на h2. Пользование пространственными изолюкса-ми устраняет эти операции. Пространственные изолюксы строят для каждого типа светильника, они показывают условную горизонтальную освещенность е, являющуюся функцией параметров d и h.
Порядок расчета освещенности по точечному методу. Выбрать тип и размещение светильников и высоту их подвески hсв. Вычертить в масштабе план помещения со светильниками. На план нанести контрольную точку и найти расстояние d от нее до проекций светильников. По пространственным изолюксам горизонтальной освещенности отыскать условную освещенность (e) от каждого светильника. Вычислить общую условную освещенность ∑е от всех светильников. Рассчитать горизонтальную освещенность в контрольной точке по формуле:
E = Φμ∑e/1000K
где μ - коэффициент, учитывающий дополнительную освещенность от удаленных светильников и отраженного светового потока (принимается в пределах 1,1... 1,2); К - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,3... 1,5 (в зависимости от периодичности чистки светильников).
Если мощность источника света предварительно не выбрана, то ее можно найти по световому потоку
Φ = Eнорм1000K/μ∑e
Расчет по удельной мощности основан на анализе большого количества светотехнических расчетов, выполненных по методу коэффициента использования светового потока.
Удельная мощность Wy - отношение мощности W источников 192
192
света всех осветительных установок освещаемого помещения к освещаемой площади Sп, т.е.
Wy = W/Sп .
Значение удельной мощности зависит от следующих основных факторов: светильников, размещения их в помещениях, мощности и типа ламп, характеристики освещаемого помещения.
Метод применяется при расчете общего равномерного освещения, особенно для помещений большой площади.
193