Файл: Uchebnoe_posobie_OT.doc

- показатель дискомфорта – критерий оценки неравномерности распределения яркости в поле зрения, которая вызывает неприятные ощущения

(3.2)

где В_с – яркость отраженного источника, W – его угловой размер, j_q – индекс позиции источника, L_ад – яркость адаптации;

- коэффициент пульсации освещенности – глубина колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока осветительных ламп

(3.3)

где Е_тах, Е_тіп и Е_ср – наибольшее, наименьшее и среднее значения освещенности за период ее колебаний. Данный коэффициент имеет существенное значение при организации искусственного освещения и составляет для газоразрядных ламп 15…25%, для ламп накаливания – 7%, для галогенных ламп – 1%.

- фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. Его характеристикой является коэффициент отражения – отношение отраженного от поверхности светового потока к полному потоку, падающему на поверхность:

(3.4)

При значении коэффициента р > 0,4 фон считается светлым, при р < 0,2 – темным, при р = 0,2…0,4 – средним;

- контраст объекта с фоном – характеризует степень различения объекта и фона и является отношением яркости рассматриваемого объекта к фону

(3.5)

При значении коэффициента k > 0,5 контраст считается большим, при k < 0,2 – малым (объект почти незаметен на фоне), при k = 0,2...0,5 – средний контраст.

3.3. Общие сведения о лампах накаливания

В качестве источников искусственного света в настоящее время используются два типа ламп – лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения, где проводник раскаляется под действием тока до высокой температуры и начинает светиться в видимом диапазоне. Часть потребляемой энергии превращается в излучение, все остальное теряется в результате теплопроводности и конвекции, причем только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Лампы накаливания излучают желто-красный спектр, который по составу приближен к дневному свету. Для полностью идентичного излучения следует разогреть тело накаливания до 5500°C (температура поверхности Солнца), однако такая температура недостижима, поскольку любой существующий материал плавится, разрушается и перестает проводить электрический ток. В современных лампах применяют материалы с максимальными температурами плавления – вольфрам (3410°C) и значительно реже осмий (3045°C).

Лампы накаливания по конструкции делятся на:

- вакуумные – лампы малой мощности, где из колбы для предотвращения окисления вольфрама откачан воздух;

- газонаполненные – более мощные лампы, в которых для уменьшения испарения спирали в колбе создано избыточное давление инертных газов (азота, аргона или криптона);

- безспиральные с криптоново-ксеноновым наполнением – тело накаливания имеет вид ленты, а в колбе создано избыточное давление инертных газов;

---

- зеркальные лампы-светильники – предназначены для создания потока рассеянного света;

- с иодным циклом – лампы большой мощности, в колбы которых вводятся пары иода для увеличения температуры спирали и предотвращения распыления вольфрама.

Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения, однако все они имеют общие элементы. На рис. 3.1 показана конструкция лампы накаливания.

В зависимости от типа лампы могут изготавливаться без цоколя или с цоколем различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу, другие конструктивные элементы.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель из ферроникелеевого сплава в цепи одного из электродов в ножке лампы. Его назначение – предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накаливания, ведь в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити и может разрушить стекло колбы, приведя к пожару. Предохранитель при возникновении дуги разрушается, а дуга гаснет.

Рис. 3.1 – Конструкция лампы накаливания: 1 – колба; 2 – полость колбы; 3 – тело накаливания; 4, 5 – электроды; 6 – держатели тела накаливания; 7 – ножка лампы; 8 – предохранитель; 9 – корпус цоколя; 10 – изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт цоколя

Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами. Потери мощности на теплопроводность уменьшают подбором газа с большой молярной массой. Смеси азота N₂ (μ = 28 г/моль) с аргоном Ar (μ = 40 г/моль) наиболее распространены в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже – криптон Kr (μ = 84 г/моль) и ксенон Xe (μ = 131,3 г/моль).

К достоинствам ламп накаливания относятся налажено массовое производство, малая стоимость, небольшие размеры и возможность включения в сеть освещения без дополнительных устройств. Они нечувствительны к действию ионизирующего излучения, имеют только активное сопротивление, быстрый выход на рабочий режим, нечувствительны к изменению напряжения в сети, безвредны (отсутствие потребностей в утилизации). Работают на любом роде тока, нечувствительные к полярности напряжения, имеют незначительные пульсации яркости и шумы при работе на переменном токе, непрерывный спектр излучения.

К недостаткам ламп накаливания следует отнести низкую световую отдачу (7...20 лм/Вт), небольшой срок службы (от 5 часов для фар самолета и до 2500 часов обычных ламп), хрупкость, чувствительность к ударам и вибрациям, скачок тока в 10 раз при включении или выключении, возможность взрыва баллона при разрыве нити, пожарную опасность. К тому же лампы накаливания имеют очень низкий КПД, который редко превышает 4 %.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу во многих странах введен или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения потребителей к их замене на энергосберегающие лампы.

---

3.4. Газоразрядные лампы искусственного освещения

В условиях роста цен на энергоносители и производство электроэнергии все серьезнее встает вопрос сокращения расходов на освещение помещений и на замену отработавших ламп, особенно если они установлены в труднодоступных местах. Лампы накаливания не отвечают требованиям высокой надежности и экономичности, поэтому их постепенно вытесняют газоразрядные лампы.

Газорозрядная лампа – источник искусственного освещения, который использует для генерации света электрический разряд в газах. Конструктивно такие лампы делятся на:

- люминесцентные лампы – свет генерируется слоем люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность баллона, под действием излучения газового разряда. Лампы данного типа, в свою очередь, по характеру генерируемого света делятся на 4 типа:

- - лампы дневного свете (ЛД) – спектр излучения максимально приближен к солнечному;

- - лампы с исправленной цветностью (ЛДЦ) – также имеют спектр, приближенный к естественному свету;

- - лампы белого света (ЛБ) – спектр излучения представляет собой белый свет;

- - лампы холодно-белого света (ЛХБ) – в спектре излучения присутствуют частоты сине-фиолетового диапазона;

- лампы тепло-белого света (ЛТБ) – в спектре излучения присутствуют частоты желто-красного диапазона.

Разнообразные спектральные характеристики ламп данного типа позволяют правильно подобрать освещение для любых производственных условий, однако для правильного выбора необходимо решение специалистов в данной области – светотехников;

- газосветные лампы – наружу выходит свет дугового или тлеющего электрического разряда, горящего в газовой среде;

- электродосветные лампы – используется свечение электродов, возбужденных газовым разрядом.

По величине давления газоразрядные лампы делятся на лампы высокого и низкого давления. В качестве рабочего вещества в газоразрядных лампах используют пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон, аргон и криптон) и их смеси. Наибольшую эффективность (150 лм/Вт) на данный момент имеют натриевые лампы, а наиболее распространенными являются ртутные дуговые лампы.

Типичная газоразрядная лампа (рис. 3.2) состоит из следующих деталей:

к олба – предназначена для герметизации разрядной зоны, в люминесцентных лампах на нее наносят слой люминофора;

цоколь – имеет такой же диаметр резьбы, как и в лампах накаливания;

электроды – анод и катод используются при горении разряда, зажигающий электрод предназначен для зажигания разряда;

резистор ограничения тока – предназначен для ограничения разрядного тока до установления рабочих параметров разряда (первые 10 – 15 с).

Рис. 3.2 – Газоразрядная лампа

Эффективность источников искусственного освещения зависит от их своевременного обслуживания, поскольку загрязнение стекла ламп может вызвать уменьшение освещенности помещения до 1,5 раз. Поэтому в помещениях со значительным выделением пыли мытье светильников следует выполнять не менее 4 раз в год, во всех остальных – не реже 2 раз в год. Уровень освещенности помещения необходимо проверять не реже 1 раза в год, своевременно заменять лампы, которые слабо светят.

---

К преимуществам газоразрядных ламп можно отнести их высокую световую отдачу (40 – 110 лм/Вт), малую яркость, следствием которой является значительно меньшее ослепляющее действие, чем у ламп накаливания и возможность подбора любого спектра излучения в зависимости от типов работ. Такие лампы имеют значительно более долгий срок эксплуатации (8 – 12 тысяч часов) и более высокий КПД по сравнению с лампами накаливания.

Главным недостатком газоразрядных ламп являются пульсации светового потока при их эксплуатации в сетях переменного тока. Пульсации не только утомляют зрение, но и приводят к стробоскопическому эффекту – возникновению иллюзии остановки вращающихся частей оборудования, что может стать причиной несчастных случаев. Также газоразрядные лампы имеют ограниченные температурные условия труда (не работают ниже 10°С), а их световой поток уменьшается с увеличением срока эксплуатации.

Еще одним недостатком газоразрядных ламп (особенно дуговых ртутных и люминесцентных) является интенсивное образование озона в процессе их эксплуатации. Если для бактерицидных установок это явление является полезным, то в других случаях концентрация озона может существенно превышать допустимую, поэтому помещения должны иметь вентиляцию. Также к недостаткам газоразрядных ламп следует отнести их высокую стоимость, значительные размеры, необходимость пусковой аппаратуры, долгий выход на рабочий режим и наличие вредных компонентов, требующих создания инфраструктуры по утилизации ламп данного типа.

3.5. Расчет искусственного освещения

При проектировании искусственного освещения изначально следует выбрать тип источника света (характеристики ламп приведены в Приложении И), систему освещения, вид светильника, определить наиболее целесообразные высоты их размещения, найти число светильников и мощность ламп, необходимых для создания нормируемой освещенности на рабочем месте, после чего осуществить проверку выбранного варианта освещения на его соответствие санитарно-гигиеническим нормам.

Для определения общего освещения горизонтальной рабочей поверхности используется метод коэффициента использования светового потока. При этом сначала рассчитывают световой поток одной лампы

(3.6)

где Е_тіп – минимальная нормативная освещенность, лк; S – площадь освещаемого помещения, м²; k – коэффициент запыленности, который зависит от характера выполняемых работ и определяется по табл. 3.2; z = 1,1...1,15 – коэффициент неравномерности освещения, п – количество светильников, шт; η – коэффициент использования светового потока.

Для определения коэффициента использования светового потока рассчитывают индекс помещения по формуле

(3.7)

где a и b – соответственно длина и ширина помещения, м; Н_С – высота размещения светильников над рабочей поверхностью, м.

---

При одинаковом коэффициенте отражения потолка и стен при определении коэффициента использования светового потока следует пользоваться таблицей 3.1.

Таблица 3.1. Коэффициент использования светового потока

Индекс помещения і	0,5	1	2	3	4	5
Коэффициент использования светового потока η	0,22	0,37	0,48	0,54	0,59	0,61

Количество ламп, необходимых для освещения рабочего помещения, определяется по формуле

(3.8)

Расчет местного освещения заключается в определении мощности или светового потока лампы. Для местного освещения в основном используют лампы накаливания, световой поток лампы определяется по формуле

(3.9)

где ξ – показатель, который выбирают по графику 3.3.

Рис. 3.3 – График определения коэффициента ξ

По значению светового потока F выбирают лампу накаливания (Приложение И). Допускается отклонение светового потока от расчетного в пределах 10...20% в большую сторону.

Освещение помещения считается нормальным, если действительная освещенность равна нормативной или больше нее. В противном случае необходимо увеличить мощность электрических ламп или их количество.

Кроме метода светового потока для оценки искусственной освещенности также используются точечный метод и метод ватт, подробно рассмотренные в лабораторной работе №3.

Самостоятельная работа № 3

РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ РАБОЧЕГО ПОМЕЩЕНИЯ

Цель работы: усвоить алгоритм расчета искусственного общего и местного производственного освещения.

Задача 1. Провести расчет освещения участка покраски автомобилей, длина которого а = 20 м, ширина b = 18 м, высота Н = 5 м. Средняя высота рабочей поверхности составляет h = 0,8 м. Расчет выполнить методом коэффициента использования светового потока.

Решение

Для общего освещения данного участка используем люминесцентные лампы. Согласно Приложению Л, минимальная освещенность участка покраски автомобилей должна составлять

Е_тіп = 200 лк.

Расстояние от потолка до рабочей поверхности

Н₀ = Н – h = 5 – 0,8 = 4,2 м.

Расстояние от потолк до светильника

h_с = 0,2·Н₀ = 0,2·4,2 = 0,84 м.

Висота светильеика над освещаемой поверхностью

Н_С = Н₀ – h_с = 4,2 – 0,84 = 3,36 м.

Наименьшая высота подвеса над полом светильников должна быть 3 м. В нашем случае расчетная высота данным требованиям соответствует. Для достижения наиболее равномерной освещенности рабочей зоны рекомендуется соблюдать соотношение

м.

где L – расстояние между центрами светильников, м.

Необходимое количество ламп определяем по формуле

.

Окончательно принимаем п = 16 лампы (4 ряда по 4 штуки).

Индекс участка покраски определим через его габаритные размеры по формуле (3.7)

.

Далее по табл. 3.1 с помощью линейной интерполяции находим коэффициент использования светового потока для данного і

.

Данные по коэффициенту запаса k для разных типов ламп и помещений приведены в табл. 3.2.

---