Нормирование искусственного освещения
Теоретическая часть
Данный раздел курсовой работы содержит краткие теоретические сведения о влиянии освещенности на безопасность трудовой деятельности, об основных светотехнических характеристиках, о расчете и нормировании искусственного освещения.
Влияние освещенности на безопасность труда
Рациональное освещение помещений - один из наиболее важных
факторов, от которых зависит эффективность трудовой деятельности человека.
Наиболее важной областью оптического спектра электромагнитного излучения является видимый свет. Свет – это возбудитель зрительной сенсорной системы, обеспечивающей нас информацией об окружающей среде. Параметры видимого света влияют на способность получать ощущения и восприятия об окружающей среде.
Освещение выполняет полезную общефизиологическую функцию, способствующую появлению благоприятного психического состояния людей. С улучшением освещения повышается работоспособность, качество работы, снижается утомляемость, вероятность ошибочных действий, травматизма, аварийности. Недостаточное освещение ведет к перенапряжению глаз, к общему утомлению человека. В результате снижается внимание, ухудшается координация движений, что может привести при конкретной физической работе к несчастному случаю. Кроме того, работа при низкой освещенности способствует развитию близорукости и других заболеваний, а также расстройству нервной системы. Повышенная освещенность тоже неблагоприятно влияет на общее самочувствие и зрение, вызывая, прежде всего, слепящий эффект.
Основные светотехнические характеристики
Для гигиенической оценки условий освещения используются светотехнические единицы, принятые в физике.
Видимое излучение – участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длины волн от 380 до 770 нанометров (нм), воспринимаемый человеческим глазом.
Световой поток F – мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, воспринимаемому человеческим глазом. За единицу светового потока принят люмен (лм).
Световой поток, отнесенный к пространственной единице – телесному углу ψ, называется силой света Iα:
Iα = dF/dψ (1)
где dF – световой поток, равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dψ;
За единицу силы света принята кандела (кд).
Освещенность Е – плотность светового потока на освещаемой поверхности. За единицу освещенности принят люкс (лк):
E = dF/dS (2)
где dS – площадь поверхности, на которую падает световой поток dF.
Яркость поверхности L в данном направлении – отношение силы света, излучаемого поверхностью в этом направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Единица яркости – кандела на квадратный метр (кд/м2)
L=dI/dScos (3)
где dI – сила света, излучаемого поверхностью dS в направлении .
Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, от степени освещенности, а в большинстве случаев также от угла, под которым поверхность рассматривается.
Световые свойства поверхностей характеризуются коэффициентами отражения , пропускания и поглощения . Эти коэффициенты безразмерные и измеряются в долях единицы ( + + = 1) или в процентах:
=F/F; =F/F; =F/F (4)
где F, F, F – соответственно отраженный, поглощенный и прошедший через поверхность световой поток F – падающий на поверхность световой поток.
Требуемый уровень освещенности определяется степенью точности зрительных работ. Для рациональной организации освещения необходимо не только обеспечить достаточную освещенность рабочих поверхностей, но и создать соответствующие качественные показатели освещения. К качественным характеристикам освещения относятся равномерность распределения светового потока, блескость, фон, контраст объекта с фоном и т. д.
Различают прямую блескость, возникшую от ярких источников света и частей светильников, попадающих в поле зрения работающих, и отраженную блескость от поверхностей с зеркальным отражением. Блескость в поле зрения вызывает чрезмерное раздражение и снижает чувствительность и работоспособность глаза. Такое изменение нормальных зрительных функций называется слепимостью.
Слепящее действие зависит не только от блескости поверхности, направленной к глазу, но и от контраста различения с фоном (К), который определяется отношением абсолютной разности между яркостью объекта и фона к яркости фона: чем он меньше, тем больше ослепленность.
Контраст объекта различения с фоном (К) считается:
большим – при К > 0,5;
средним – при К = 0,2 – 0,5;
малым – при К < 0,2.
Чтобы избежать слепящего действия света, необходимо подвешивать лампы на определенной высоте, которую выбирают в зависимости от мощности лампы и защитного угла (угла падения света на рабочее место) с учетом отражающих поверхностей. Для повышения видимости целесообразно увеличить контраст различаемых объектов, что более эффективно и экономично в сравнении с увеличением освещенности рабочей поверхности. При повышении контраста следует учитывать цветность и коэффициенты отражения объектов и фона.
Фоном считается поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается, фон характеризуется способностью отражать световой поток и считается светлым при коэффициенте отражения поверхности >0,4, средним при =0,2–0,4 и темным при <0,2.
Для повышения равномерности распределения яркостей в поле зрения потолки и стены рекомендуется окрашивать в светлые тона: салатовый, светло-желтый, кремовый, светло-зеленый или бирюзовый.
Производственное оборудование рекомендуется окрашивать в светло-зеленые тона, движущиеся части – светло-желтые, а открытые механизмы в ярко-красный цвет
Для освещения производственных, служебных, бытовых помещений используют естественный свет и свет от источников искусственного освещения.
Искусственное освещение. Нормирование и расчет
Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.
Искусственное освещение может быть общим (все производственные помещения освещаются однотипными светильниками, равномерно расположенными над освещаемой поверхностью и снабженными лампами одинаковой мощности) и комбинированным (к общему освещению добавляется местное освещение рабочих мест светильниками, находящимися у аппарата, станка, приборов и т.д.). Использование только местного освещения недопустимо, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет глаза, замедляет процесс работы и может послужить причиной несчастных случаев и аварий.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное, аварийное.
Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы людей и движения транспорта.
Дежурное освещение включается во внерабочее время.
Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.
В современных многопролетных одноэтажных зданиях без световых фонарей с одним боковым остеклением в дневное время суток применяют одновременно естественное и искусственное освещение (совмещенное освещение).
В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания, галогенные и газоразрядные.
Свечение в лампах накаливания возникает в результате нагрева вольфрамовой нити до высокой температуры.
Галогенные лампы накаливания наряду с вольфрамовой нитью содержат в колбе пары того или иного галогена (например, иода), который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение. Они имеют более продолжительный срок службы (до 3000 ч) и более высокую светоотдачу (до 30 лм/Вт).
Газоразрядные лампы излучают свет в результате электрических разрядов в парах газа. На внутреннюю поверхность колбы нанесен слой светящегося вещества – люминофора, трансформирующего электрические разряды в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления.
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.
Сравнительные параметры источников света широкого применения представлены в таблице А.
Таблица А.
|
Тип лампы |
Световая отдача, лм/Вт |
Средний срок службы, ч |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Лампы накаливания общего назначения (... 40, 60, 75, 100 ...Вт) |
10 – 15 |
1000 |
|
|
Линейные 2-цокольные галогенные лампы накаливания (... 150, 250, 300, 500, 1000, 1500 ...Вт) |
18 - 22 |
2000 |
|
|
Зеркальные галогенные лампы накаливания на напряжение 12 В (20, 35, 50 Вт) |
20 – 30 |
2000 - 3000 |
|
|
Линейные люминесцентные лампы (... 18, 36, 58... Вт) |
60 – 80 |
10000 - 15000 |
|
|
Компактные люминесцентные лампы (... 5, 7, 9, 11, 15, 20, 23 ... Вт) |
50 – 60 |
8000 - 15000 |
|
|
Ртутные лампы высокого давления с люминофором (типа ДРЛ) (50, 80, 125, 250, 400, 700 ... Вт) |
45 – 50 |
12000 - 15000 |
|
|
Металлогалогенные лампы (35, 70, 150, 250, 400 ... Вт) |
70 – 100 |
5000 - 12000 |
|
|
Натриевые лампы высокого давления (... 70, 100, 150, 250, 400 ... Вт) |
90 – 130 |
10000 - 20000 |
К другим преимуществам люминесцентных ламп относятся больший срок службы (10000 ч) и высокая световая отдача, достигающая для ламп некоторых видов 75 лм/Вт, т. е. они в 2,5-3 раза экономичнее ламп накаливания. Свечение происходит со всей поверхности трубки, а, следовательно, яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. Низкая температура поверхности колбы делает лампу относительно пожаробезопасной.
Несмотря на ряд преимуществ, люминесцентное освещение имеет и некоторые недостатки: пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект (искажение зрительного восприятия объектов различия – вместо одного предмета видны изображения нескольких, а также направления и скорости движения); дорогостоящая и относительно сложная схема включения, требующая регулирующих пусковых устройств (дроссели, стартеры); значительная отраженная блескость; чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды (оптимальная температура 20 – 25 °С) понижение и повышение температуры вызывает уменьшение светового потока.
Для освещения помещений, как правило, следует предусматривать газоразрядные лампы низкого и высокого давления. В случае необходимости допускается использование ламп накаливания. Источники света выбирают с учетом рекомендаций СНиП 23-05-95.
Для искусственного освещения нормируемый параметр – освещенность. СНиП 23-05-95 устанавливают минимальные уровни освещенности рабочих поверхностей в зависимости от точности зрительной работы, контраста объекта и фона, яркости фона, системы освещения и типа используемых ламп.
Нормами установлена наименьшая освещенность, при которой обеспечивается выполнение зрительной работы. Кроме того, нормируется степень равномерности освещения источниками общего и местного освещения при комбинированном освещении с целью обеспечения более полной зрительной адаптации в наименьший отрезок времени. Для ослабления слепящего действия открытых источников света и освещенных поверхностей с чрезмерной яркостью (блескостью) нормами предусмотрен ряд защитных мер: наименьшая высота подвеса над уровнем пола светильников общего освещения, наличие отражателей, допустимая яркость светорассеивающей поверхности.
Расчет электрического освещения выполняют при проектировании осветительных установок для определений общей установленной мощности и мощности каждой лампы или числа всех светильников.
Существует несколько методов расчета освещения, наиболее простой – метод удельной мощности, но он менее точен и им пользуются только для ориентировочных расчетов.
Удельную мощность вычисляют по формуле
(9)
где n – число светильников; Р – мощность лампы, Вт; S – освещаемая площадь, м2.
Значение удельной мощности указано в таблицах справочников по светотехнике в зависимости от типа светильника, высоты его подвеса, площади пола и требуемой освещенности.
Обычно при расчете задаются всеми параметрами установки и числом светильников п, по таблице находят W и выбирают мощность лампы, ближайшей к определяемой из выражения W·S/n.
Основной метод расчета – по коэффициенту использования светового потока, которым определяется поток, необходимый для создания заданной освещенности горизонтальной поверхности при общем равномерном освещении с учетом света, отраженного стенами и потолком.
Расчет освещения начинают с выбора типа светильника, который принимается в зависимости от условий среды и класса помещений по взрывопожароопасности.
При использовании в качестве источника света ламп ДРЛ расчет освещения производиться по формуле (10), предварительно задавшись количеством принятых светильников при условии их равномерного распространения. В этом случае определяется световой поток лампы, по которому определяют мощность лампы.
(10)
где:
Фл – световой поток лампы, лм;
Ен – нормированная освещенность, лк;
η – коэффициент использования светового потока;
S – освещаемая поверхность, м2;
k – коэффициент запаса;
N – количество принятых светильников;
z – коэффициент минимальной освещенности (для ламп накаливания и ДРЛ z = 1,15, для люминесцентных ламп z = 1,1);
n – число ламп в светильнике.
При использовании светильников с люминесцентными лампами и при расположении их в виде световой линии, световой поток лампы определяется по формуле (11):
(11)
где:
–
количество светильников в ряду;
–
число ламп в светильнике;
–
количество рядов.
Нормированную освещенность (Е>н>) принимают по СНиП 23-05-95, в соответствии с принятой системой освещения и условиями зрительной работы.
Количество светильников или рядов определяют методом распределения (развешивания) для достижения равномерной освещенности площади. Основным параметром для развешивания светильников является отношение высоты подвески (Н>р>) к расстоянию между светильниками или рядами (L), при котором создается равномерное освещение.
Отношение Н>р>/L принимаются в пределах 1.4÷2.
Коэффициенты использования светового потока для принятого типа светильника определяют по индексу помещения i и коэффициентам отражения потолка (ρ>n>), стен (ρ>c>), и пола (ρ>p>).
Индекс помещения:
(12)
где:
А и Б – соответственно длина и ширина помещения, м;
Н>р> – высота подвеса светильников, м.
Определив световой поток лампы светильника, подбирают ближайшую стандартную лампу.
По окончании монтажа системы освещения обязательно проверяют освещенность. Если фактическая освещенность отличается от расчетной более чем на -10 и +20%, то изменяют схему расположения светильников или мощность ламп.
Практическая часть
В этой части курсовой работы выполнен расчет искусственного освещения в компьютерном классе на 10 рабочих мест в соответствии со СНиП 23-05-95 и СанПиН 2.2.2.542-96.
Описание компьютерного класса
В соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96 («Гигиенические требования к видео дисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы») «…площадь на одно рабочее место с ВДТ и ПЭВМ во всех учебных учреждениях должна быть не менее 6,0 кв.м…», а «…высота помещения с ВДТ и ПЭВМ (от пола до потолка) не менее 4,0 м…».
Будем считать, что на одно рабочее место отводится участок помещения длиной 3м и шириной 2м. (рис.1). Площадь будет составлять 3м × 2м = 6м2. Это не нарушает требований СанПиН 2.2.2.542-96.
Рис.1. Схема одного рабочего места
освещенность искусственное нормирование
Руководствуясь всем вышеперечисленным, а также тем, что компьютерный класс рассчитан на 10 рабочих мест, определим следующие минимально допустимые параметры рассматриваемого помещения:
– длина помещения 10 м.;
– ширина помещения 6 м.;
высота 4 м.;
число окон – 3;
количество рабочих мест – 10;
окраска интерьера: белый потолок, бледно-зеленые стены, пол металлический, обтянутый линолеумом зеленого цвета.
Учитывая требования к организации и оборудованию рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ, которые устанавливают СанПиН 2.2.2.542-96, а именно:
«Рабочие места с ВДТ и ПЭВМ по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева»;
«Схемы размещения рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ должны учитывать расстояния между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора), которое должно быть не менее 2.0 м., а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м»;
целесообразно разместить рабочие места в компьютерном классе так, как показано на рис.2.
Для расчета искусственного освещения в рассматриваемом помещении определим следующие допущения:
в компьютерном классе производится зрительная работа высокой точности (наименьший размер объекта различения 0,3 – 0,5мм), разряд зрительной работы – III, подразряд – в;
компьютерный класс представляет собой учебное помещение, т.е. является помещением общественных и жилых зданий с нормальными условиями среды;
окраска интерьера: белый потолок, бледно-зеленые стены,
пол металлический, обтянутый линолеумом зеленого цвета;
расположение светопропускающего материала в помещении – вертикальное;
вид светопропускающего материала – двойное листовое оконное стекло;
вид переплета для окон – двойные раздельные деревянные переплеты;
расстояние между рассматриваемым и противостоящим зданием равно P = 100м, высота расположения карниза противостоящего здания над подоконником рассматриваемого окна Н>зд> = 25м;
Рис.2. Схема расположения рабочих мест в компьютерном классе
Расчет искусственного освещения
В помещении, где находятся рабочие места операторов, используется смешанное освещение, т.е. сочетание естественного и искусственного освещения.
В качестве естественного - боковое освещение через окна.
Искусственное освещение используется при недостаточном естественном освещении. В данном помещении используется общее искусственное освещение.
Расчет его осуществляется по методу светового потока с учетом потока, отраженного от стен и потолка.
Как было отмечено выше, основной задачей расчета искусственного освещения является определение числа светильников или мощности ламп для обеспечения нормированного значения освещенности.
СанПиН 2.2.2.542-96 устанавливает следующие требования к освещению помещений и рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ:
«Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ВДТ и ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения»;
«В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ»;
«Для освещения помещений с ВДТ и ПЭВМ … допускается применять светильники серии ЛПО»;
Учитывая вышеперечисленные требования, произведем расчет общего искусственного освещения.
Для организации общего искусственного освещения в компьютерном классе выберем люминесцентные лампы типа ЛБ65, в качестве светильников – ЛПО 01-2х65.
Нормами СНиП 23-05-95 установлена необходимая освещенность рабочего места Е>н >= 300лк.
Общий световой поток определим в соответствии с формулой:
.
Значения коэффициентов для расчета общего светового потока, в соответствии с принятыми выше допущениями, выбираем по таблицам СНиП 23-05-95:
Е>н>> >= 300лк;
S = 10×6 = 60 [м2];
z = 1.1;
k = 1.5;
η =0.42;
Коэффициент использования светового потока η выбирают по следующим данным:
– коэффициент отражения побеленного потолка ρ>п>=70%;
– коэффициент отражения от стен, окрашенных в светлую краску ρ>с>=50%;
– коэффициент отражения от пола, покрытого линолеумом темного цвета ρ>p>=10%;
индекс помещения i (формула 12)
Общий световой поток:
Ф>общ >= 300*60*1,5*1,1 = 70714 [лм].
0,42
Световой поток одной лампы ЛБ65 составляет не менее Ф>л> = 4650лм.
Число N ламп, необходимых для организации общего освещения определяем по формуле:
N = Ф>общ> = 70714 = 16.
Ф>л > 4650
Т.к. в качестве светильников были выбраны ЛПО 01-2х65, то для того, чтобы обеспечить световой поток Ф>общ >=70714 [лм], надо использовать 8 светильников по 2 лампы ЛБ65 в каждом.
Поскольку мощность одной лампы ЛБ65 W>л> = 65 [Вт], то мощность всей осветительной системы:
W>общ> = W>л> · N = 65 · 16 = 1040 [Вт].
Согласно СанПиН 2.2.2.542-96 «…общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении ВДТ и ПЭВМ». А, учитывая, что основным параметром для развешивания светильников является отношение высоты подвески (Н>р>) к расстоянию между светильниками или рядами (L), при котором создается равномерное освещение (отношение Н>р>/L принимаются в пределах 1.4÷2), оптимальным будет размещение 8 светильников в 2 ряда (рис.3).
Рис.3. Схема размещения светильников в компьютерном классе
Особенности освещения рабочих мест
При работе в помещениях использования ВДТ и ПЭВМ имеется целый ряд особенностей, которые необходимо учитывать.
Кроме тщательного ограничения отражения это связывается, прежде всего, с правильным выбором уровня освещенности и проблем уменьшения скачков яркости при смене поля зрения. Источники света, такие как светильники и окна, которые дают отражение от поверхности экрана, значительно ухудшают точность знаков.
Наиболее важным является соотношение яркостей при нормальных условиях работы, т.е. освещенность на рабочем месте около 300 лк, и средняя плотность заполнения видеоэкрана.
Отражение, как на экране, так и на рабочем столе и клавиатуре влечет за собой помехи физиологического характера, которые могут выразиться в значительном напряжении, особенно при продолжительной работе. Отражение, включая отражения от вторичных источников света, должно быть сведено к минимуму.
Для защиты от избыточной яркости окон могут быть применены занавеси, шторы и экраны.
Использование дополнительного освещения рабочего стола, например, для освещения документов с нечетким шрифтом, увеличивает соотношение яркостей между документацией и экраном и является нежелательным без соответствующей регулировки яркости экрана.
Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях использования ВДТ и ПЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.
Заключение
В результате выполнения данного курсового проекта с применением расчета искусственного освещения для компьютерного класса на 10 рабочих мест можно сделать вывод о том, что для нормальной работы пользователя рабочего места в компьютерном классе необходимо соблюдение следующих требований:
1) Общее искусственное освещение помещения должно обеспечивать общий световой поток Ф>общ> = 70714[лм], для чего необходимо наличие 8 светильников типа ЛПО 01 с 2-мя лампами типа ЛБ65.
2) Кроме того, рекомендуется использовать ряд специальных мер по защите пользователя от вредных факторов экрана дисплея, например, использование занавесей на окнах, штор и защитных экранов.
Список используемой литературы
1) «Естественное и искусственное освещение». СНиП 23-05-95;
2) «Гигиенические требования к видео дисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы». СанПиН 2.2.2.542—96
3) «Безопасность жизнедеятельности». Под ред. С.В. Белова. 1999