Искусственное освещение

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра безопасности производств
Лабораторная работа № 3
По дисциплине: Безопасность жизнедеятельности
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Искусственное освещение
Выполнил: студент гр. ГНГ-16- 1
________
(подпись)
Проверил: ассистент
(должность)
________
(подпись)
Санкт-Петербург
2020
/Намазов В.А./
(Ф.И.О.)
/Фещенко Е.А./
(Ф.И.О.)
Цель работы: Демонстрация преимуществ и недостатков, применяемых в настоящее
время источников света.
Изучение нормируемых качественных и количественных характеристик освещения.
Оценка степени влияния отделки интерьера на коэффициент использования (КПД)
осветительной установки.
Краткие теоретические сведения:
По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух систем:
общее
–
осуществляемое
комбинированное
–
расположением
совокупность
общего
светильников
освещения
на
и
потолке
местных
помещения;
светильников,
расположенных непосредственно на рабочих местах. Применение одного местного
освещения внутри зданий не допускается.
В современных осветительных установках, предназначенных для освещения
производственных помещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания,
газоразрядные и люминесцентные.
Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Свечение в
этих лампах возникает в результате нагрева вольфрамовой нити до высокой температуры.
Такие лампы просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных
устройств для включения в сеть. Недостатки этих ламп: малая световая отдача – от 7 до 20
лм/Вт при большой яркости нити накала; низкий КПД, равный 10-13 %; срок службы – 8001000 ч.
Газоразрядные лампы – это приборы, в которых излучение света возникает в
результате электрического разряда в атмосфере паров металлов (ртуть, натрий), галогенов
(йод, фтор) и инертных газов, а также явления люминесценции. Основным существенным
недостатком всех газоразрядных ламп является пульсация светового потока, то есть
непостоянство во времени излучения света, вызванное переменным током в питающей сети
и малой инерционностью процессов, сопровождающих работу этих ламп.
Люминесцентные лампы создают в производственных и других помещениях
искусственный свет, приближающийся к естественному, более экономичны в сравнении с
другими лампами и создают освещение, более благоприятное с гигиенической точки зрения.
К другим преимуществам люминесцентных ламп относятся большой срок службы (10000 ч)
и высокая световая отдача, достигающая 75 лм/Вт, то есть они в 2,5-3 раза экономичнее ламп
накаливания. Низкая температура поверхности колбы (около 5
2
о
С) делает лампу
относительно пожаробезопасной. Несмотря на ряд преимуществ, люминесцентные лампы
имеют и некоторые недостатки, к ним относятся: пульсация светового потока, вызывающая
искажение зрительного восприятия объектов различения); дорогостоящая и относительно
сложная схема включения; значительная отраженная блесткость; чувствительность к
колебаниям температуры окружающей среды (20-25
о
С) – понижение и повышение
температуры вызывает уменьшение светового потока.
Для оценки совершенства искусственного освещения в соответствии с действующими
строительными нормами и правилами (СниП) предусмотрены светотехнические параметры
количественного и качественного характера.
К количественным параметрамотносятся:
Видимое излучение – вызывающее зрительное ощущение, характеризуется участком
спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от (4-7,6)*10-7м или с учётом
условности границ 380-770 нм (1 нанометр = 1*10-9м).
Световой поток F - мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому
ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Сила светаIa - пространственная плотность светового потока, характеризующая
свечение источник излучения; измеряется в канделах (кд),
Освещенность Е- поверхностная плотность светового потока, люкс (лк)
Яркость (В) - это поверхностная плотность силы света в данном направлении.
Единицей измерения яркости является кандела на м2 (кд/м2), это яркость светящейся плоской
поверхности площадью 1 м2в перпендикулярном к ней направлении при силе света в 1 кд.
(прежнее название – НИТ)
К качественным параметрамотносится коэффициент пульсации освещенности КП в
%, измеряемый с помощью прибора пульсометра.
Принято раздельное нормирование параметров освещения в зависимости от
применяемых
источников
света
и
системы
освещения.
Величина
параметров
устанавливается согласно характеру зрительной работы, который зависит от размеров
объекта различения, характеристики фона и контраста объекта с фоном.
Нормируемый параметр при искусственном освещении - величина минимальной
освещенности на рабочей поверхности. Для выбора нормы освещенности при зрительной
работе необходимо оценить следующие параметры:
Объект различения - это наименьший линейный размер рассматриваемого предмета,
детали или дефекта, который требуется различать в процессе работы. Основными его
характеристиками являются коэффициент отражения и размер в мм.
3
Коэффициент отражения (Котр) характеризует долю отраженного света от
поверхностей различных цветов.
Фон - поверхность, на которой рассматривается объект различения. Различают фон:
светлый (Котр 40%); средний (Котр= 2040 %); темный (Котр 20 %).
Контраст(К) объекта различения с фоном - отношение разности яркостей объекта и
фона к яркости фона
Основные расчетные формулы:
Ia 
dF
,
d
где Ia - сила света в телесном угле ,
dF - световой поток (лм), распределяющийся в пределах единичного телесного угла
d, определяемого в стерадианах (ср).
E
dF
dS
,
гдеЕ– освещенность, dS - площадь поверхности, м2, на которую падает световой поток
dF.
Количественной характеристикой общего освещения, определяющей степень его
экономичности, является светоотдача (СО), численно равная отношению светового потока,
создаваемого источником света к мощности, потребляемой этим источником:
СО =
r 2 Е
, лм/Вт
Р
где: r - расстояние от источника до точки, где измеряется освещенность Е, м;
Р - мощность, потребляемая источником, Вт.
Приведенные параметры связаны следующими соотношениями:
I=F/ ;
кд;
=S/r ;ср;
B =I/(Scos), кд/м2;
Е = F/S ,лк,
где: r - расстояние от источника до освещенной поверхности, м;
 - угол падения светового потока, град;
S - площадь освещенной поверхности, м2.
Контраст(К) объекта различения с фоном - отношение разности яркостей объекта и
фона к яркости фона.
о  ф
К=
ф
4
,
где: о , ф - соответственно коэффициенты отражения объекта и фона, %.
Различают контраст - большой К 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости);
средний - К = 0,20,5 (заметно отличаются по яркости); малый - К 0,2 (мало отличаются по
яркости).
Описание установки
Рис 1. Имитация помещения с различными типами ламп и фонами.
1- Съемная боковая стенка, имитирующая светлый и темный фон;
2- Вентилятор, регулирующий температуру и отображающий стробоскопический
эффект;
3- ЛНII – Люминесцентная лампа;
4- ЛНI – лампа диодная;
5- ЛЛ – Лампа накаливания Синяя;
6- ДРЛII – Дуговая ртутная, люминесцентная.
5
Задание I. Нормирование количественного параметра освещения
Таблица 1. Нормирование количественного показателя освещения.
Разряд и
Средняя
ХаракКонтраст Размер
Норма
Зрительная
подразряд
фактич.
теристика объекта с объекта,
освещенработа
освещензрительной
фона
фоном
мм
ности, лк
ность, лк
работы
Лампа
Накаливания
Дуговая
Светоди- одная
Люминесцентная
Темный
фон
10%
Светлый
фон
70%
Темный
фон
10%
Светлый
фон
70%
Темный
фон
10%
Светлый
фон
70%
Темный
фон
10%
Светлый
фон
70%
2
Большой
Измеренная
освещенность для
ламп, лк
100
365
625
324
420
100
479
765
450
582
100
1323
810
900
1930
V, в
2
V, г
Средний
2
Большой
V, в
2
V, г
100
2591
1801
1950
3400
2
V, в
100
317
385
180
622
100
695
489
1305
812
100
510
290
277
740
100
759
591
430
925
Средний
Большой
2
Средний
V, г
2
V, в
Большой
2
Средний
V, г
Фактическая освещенность определяется по формуле: Е факт  Еизм  К 1  К 2  К 3 , где
Еизм – измеренная освещенность по показанию прибора, лк.; К1 , К 2 , К 3  значения
коэффициента влияния напряжения на освещенность.
Контраст объекта с фоном определяется по формуле: К 
Примеры расчетов:
Для лампы накаливания:
Eфакт = 625 ∙ 0,8 ∙ 1 ∙ 1 = 500 лк;
Eфакт.ср
K
лк;
– для темного фона;
6
0  ф
.
ф
0,2 – для светлого фона;
K
Для дуговой лампы:
Eфакт = 810 ∙ 1,09 ∙ 1 ∙ 1 = 882,9 лк;
Eфакт.ср
Для светодиодной лампы:
лк;
Eфакт = 385 ∙ 0,8 ∙ 1 ∙ 1 = 308 лк;
Eфакт.ср
лк;
Для люминесцентной лампы:
Eфакт = 290 ∙ 1,17 ∙ 1 ∙ 1 = 339,3 лк;
Eфакт.ср
лк;
Задание II. Оценка энергетической эффективности источников света.
Таблица 2. Оценка энергетической эффективности источников света.
Тип лампы
Накаливания
(прозрачная)
Светодиодная
Люминесцентная
Дуговая
Светлый фон стенок
Освещенность,
лк
Удельная
освещенность,
лк/Вт
871
1706
910
5400
17,4
213,3
96,8
73,6
Темный фон стенок
Освещенность,
лк
Удельная
освещенность,
лк/Вт
690
1383
764
2820
13,8
172,9
81,3
38,4
Величина удельной освещенности выражается формулой: Еуд= Ефакт /Wл [лк/Вт]
Примеры расчетов:
Для лампы накаливания (светлый фон):
Eфакт = 871 ∙ 0,8 = 696,8 лк;
Eуд = 696,8 / 40 = 17,4 лк/Вт.
7
Для светодиодной лампы (светлый фон):
Eфакт = 1706 ∙ 0,8 = 1364,8 лк;
Eуд = 1364,8 / 6,4 = 213,3 лк/Вт.
Для люминесцентной лампы (светлый фон):
Eфакт = 910 ∙ 1,17 = 1064,7 лк; Eуд = 1064,7 / 11 = 96,8 лк/Вт.
Для дуговой лампы (светлый фон):
Eфакт = 5400 ∙ 1,09 = 5886 лк; Eуд = 5886 / 80 = 73,6 лк/Вт.
Задание III. Оценка коэффициента использования осветительной установки.
Таблица 3. Оценка коэффициентов использования осветительной установки.
Освещенность, лк
Коэффициент
использования
Точка 5
Среднее
фактическое
значение
189
127
269,60
0,27
582
310
245
376,32
0,38
277
740
484
298
488,83
0,23
591
430
925
676
464
722,12
0,34
Темная
385
180
622
121
152
233,60
0,21
Светлая
489
1305
812
215
257
492,48
0,44
Темная
1110
730
2070
2700
1890
1853,00
0,23
Светлая
1790
1510
3130
3540
2890
2803,48
0,35
Темная
810
900
1930
1900
2950
1850,82
0,23
Светлая
1801
1950
3400
3150
4900
3313,82
0,41
Темная
1360
2070
2720
1370
2040
2084,08
0,26
Светлая
2320
3160
4300
2340
3060
3309,24
0,41
Тип лампы
Окраска
стен
Точка 1
Точка 2
Точка 3
Точка 4
Лампа
Темная
625
324
420
Светлая
765
450
Темная
290
Светлая
накаливания
(прозрачная)
Люминесцентная
Светодиодная
Дуговая I
Дуговая II
Дуговая III
Коэффициент использования осветительной установки:

Fпол
Fл
осветительной
установки
, где Fпол -
световой поток в люменах, обеспечивающий горизонтальную освещенность по внешней
площади помещения, равный произведению средней освещенности Еср в лк на площадь
помещения Sпв м2; Fл - суммарный стандартный световой поток примененных ламп.
Примеры расчетов:
Для светлого фона:
8
Для лампы накаливания:
Fпол = 376,32 ∙ 0,42 = 158,05 лм;
η = 158,05 / 415 = 0,38.
Для светодиодной лампы:
Fпол = 492,48 ∙ 0,42 = 206,84 лм;
η = 206,84 / 470 = 0,44.
Для люминесцентной лампы:
Fпол = 722,12 ∙ 0,42 = 303,29 лм;
η = 303,29 / 900 = 0,34.
Для дуговой лампы I:
Fпол = 2803,48 ∙ 0,42 = 1177,46 лм;
η = 1177,46 / 3400 = 0,35.
Для темного фона:
Для лампы накаливания:
Fпол = 269,6 ∙ 0,42 = 113,23 лм;
η = 113,23 / 415 = 0,27.
Для светодиодной лампы:
Fпол = 233,6 ∙ 0,42 = 98,112 лм;
η = 98,112 / 470 = 0,21.
Для люминесцентной лампы:
Fпол = 488,83 ∙ 0,42 = 205,31 лм;
η = 205,31 / 900 = 0,23.
Для дуговой лампы I:
Fпол = 1853 ∙ 0,42 = 778,26 лм;
η = 778,26 / 3400 = 0,23.
9
Вывод: в ходе эксперимента была измерена освещенность шести различных ламп при
темном и светлом фоне. Использовались лампа накаливания (прозрачная), люминесцентная
лампа, светодиодная лампа и три дуговых лампы. Все лампы соответствуют норме и с
темным, и со светлым фоном. Также мы определили удельную освещенность источников
света, то есть рассчитали то, насколько эффективна каждая из ламп. Наиболее эффективным
источником света оказалась светодиодная лампа, основной причиной этому служит то, что
данный вид ламп имеют маленькую потребляемую мощность и неплохую освещенность.
Был определен коэффициент использования осветительной установки. Наибольший
коэффициент оказался у светодиодной лампы.
10