Тема: Дослідження природного і штучного освітлення.

 

Мета: Визначити коефіцієнт природного освітлення та освітленості приміщення за методом «ват». Дати оцінку освітленості приміщення.

Матеріали та обладнання: люксметр.

Теоретична частина.

Визначення коефіцієнта природного освітлення (КПО). Коефіцієнт природного освітлення — це відношення (у відсотках) освітлення на горизонтальній поверхні усередині приміщення до освітлення на горизонтальній поверхні під відкритим небом:

КПО = О_у • 100: О_з,

де О_у — освітлення у середині приміщення, лк; О_з — освітлення зовні, лк.

Визначаючи цей коефіцієнт, вимірюють люксметром освітлення у середині приміщення на дослідній поверхні, потім зовні, на відкритому повітрі, перший результат ділять на другий і множать на 100, щоб виразити у відсотках. Для житлових приміщень нормою КПО вважається 0,5—1,5 %.

Цим способом визначають КПО у разі вимірювання рівня при­родного освітлення у приміщеннях з боковим освітленням, причо­му вимірювання проводять у найбільш затемнених точках. У приміщеннях з поверхневим або боковим освітленням визначають середнє значення КПО (О_с) за таким рівнянням:

Де n₂, n₃, n₄ — значення КПО в окремих точках приміщення, що знаходяться на рівних відстанях одна від одної; n — кількість точок (не менш 5), у яких визначається КПО. У разі такого визначення пер­ша і остання точки повинні знаходитися на відстані 1 м від стін.

Освітлення вимірюють за допомогою об'єктивних люксметрів типу Ю-16, а також Ю-116.

Люксметр Ю-16 складається з фотоелемента і гальванометра. У разі падання світлових променів на фотоелемент у його активному шарі — селені — виникає потік електронів, що створює фотострум у зовнішньому колі, який відхиляє стрілку гальванометра на кут, величи­на якого буде відповідати інтенсивності освітлення. Гальванометр при­ладу має 3 шкали: до 25 лк (ціна поділки 0,5 лк), до 100 лк (ціна поділки 2 лк), до 500 лк (ціна поділки 10 лк). Люксом називається одиниця освітленості. 1 люкс (лк) дорівнює освітленню такої поверхні, на кож­ний метр якої рівномірно падає світловий потік у 1 люмен. І люмен дорівнює світловому потоку, який випромінюється точечним джерелом з силою світла в одну канделу (кд) у середині кута в 1 стеридіан (ер). Вер­хня шкала гальванометра дозволяє визначити освітлення від 0 до 25 лк, середня — від 0 до 100 лк, нижня — від 0 до 500 лк. Крім того, до прила­ду додається насадка, якою користуються у разі значної інтенсивності освітлення, покриваючи нею частину фотоелемента, яка сприймає потік світла. Показання гальванометра у разі застосування насадки збільшу­ють у 100 разів і одержують шукане освітлення.

Цим приладом можна користуватися для вимірювання освітлення, що створюється лампами розжарювання. Тому для вимірювання освітленості від інших джерел світла до показань при­ладу треба вводити відповідні поправки.

Для люмінесцентного освітлення лампами денного світла (ЛД) поправочний коефіцієнт дорівнює 0,9, для ламп білого світла (ЛБ) — 1,1, для дугових ртутних ламп (ДРЛ) — 1,2, для природно­го освітлення — 0,8.

Визначення інтенсивності природного освітлення у будь-якій точці приміщення за допомогою люксметра дає уявлення про освітлення тільки у момент вимірювання, тому що рівень природно­го освітлення за короткий проміжок часу може різко змінитися, на­приклад, за умови мінливої хмарності. Тому велике поширення отри­мав коефіцієнт природної освітленості (КІТО), під яким розуміють виражене у відсотках відношення горизонтальної освітленості у сере­дині приміщення до одноразово виміряної освітленості горизонталь­ної поверхні під відкритим небом. Перед вимірюванням освітлення люксметр установлюють горизонтально. Розташовану на передній панелі приладу ручку перемикача діапазону вимірювань установлю­ють на цифрі 500, підключають до клем приладу фотоелемент і уста­новлюють його на дослідній поверхні. Якщо стрілка гальванометра залишається на нулі або відхиляється менше ніж на 10 поділок шка­ли, то ручку перемикача повертають на цифру 100. Якщо і в такому разі стрілка не показує більше 10 поділок, то ручку перемикача уста­новлюють на діапазоні 25.

Під час розрахунків ураховують, що ціна поділок кожного діапазону шкали різна. Наприклад, ручка перемикача діапазону вимірювань знаходилася на цифрі 500, стрілка гальванометра показала 15 поділок. Отже, освітлення дорівнює 150 лк, оскільки ціна однієї поділки 10 лк.

Рисунок 1. – Люксиметр Ю-116

Якщо стрілка гальванометра показує 15 поділок, коли ручка перемикача діапазонів вимірювань знаходиться на цифрі 100, то освітлення буде дорівнювати 30 лк, оскільки у даному випадку ціна кожної поділки складає 2 лк. Якщо ті ж 15 поділок були зафіксовані за умови діапазону 25, то освітлення буде 7,5 лк, оскільки ціна кожної поділки дорівнює 0,5 лк.

Коли стрілка гальванометра залишається на нулі за умови усіх трьох діапазонів, то ручку перемикача діапазонів знову поверта­ють на 500 і на фотоелемент надягають насадку. Після надягання насадки проводять дослідження так, як описано вище, але резуль­тат множать на 100. Це й буде шукана освітленість.

Люксметр Ю-116 (рис. 1) складається з вимірника, окремого фотоелемента, 4 насадок. На передній панелі вимірника знаходяться перемикач і табличка зі схемою, що показує сполучення дослідних насадок з діапазонами вимірювань освітлення (табл. 1).

Прилад має дві градуйовані у люксах шкали: одна складається з 30, друга — із 100 поділок. На кожній шкалі точками відзначено початок вимірювань: на шкалі 0—30 точка розташована над познач­кою 5, на шкалі 0—100 — над позначкою 17. Насадка з білої пласт­маси, позначена з внутрішньої сторони буквою К, застосовується тільки разом з однією з трьох інших насадок (М, Р, Т). Без насадок люксметром можна вимірювати освітлення у межах 5—30, 17—100 лк. Застосовуючи одночасно насадки KM, КР, КТ, отримують світлофільтри з коефіцієнтом ославлення світла, що дорівнює відповідно 10, 100, 1000 лк. У разі натиснення правої кнопки пере­микача для підрахунку показань слід користуватися шкалою 0—100, якщо натискувати ліву кнопку — шкалою 0—30.

З метою охорони селенового фотоелемента від надмірного освітлення починати вимірювання треба з установки насадки КТ, потім поступово КР, а за нею KM, спочатку натискуючи праву, а потім ліву кнопку.

Приклад. На фотоелементі установлено насадки KM, натиснута пра­ва кнопка, стрілка на шкалі 0—100 знаходиться над поділкою 22. Отже, вимірювана освітленість буде дорівнювати: 22 • 10 = 220 лк.

Таблиця: Визначення коефіцієнта перерахунку шкали люксметра Ю-116.

Діапазон вимірювань освітлення, лк	Умовне позначення застосованих двох насадок на фотоелементі	Коефіцієнт перерахунку шкали
5—30	Без насадок з відкритим фотоелементом
50—300	KM
170—1000
500—3000	КР
1700—10000
5000—30000	КТ

Визначення освітленості за методом «ват». Достатність штуч­ного освітлення можна визначити за методом «ват», що ґрунтується на залежності середньої горизонтальної освітленості від сумарного світлового потоку всіх джерел світла і розмірів приміщень. У такому разі визначають питому потужність, тобто кількість енергії у ватах, що припадає на одиницю освітлюваної площі, оскільки світловий потік залежить від потужності джерел світла.

Спочатку підраховують число ламп у приміщенні і підсумову­ють їх потужність. Потім визначають площу приміщення у квадрат­них метрах. Ділять отриману потужність усіх ламп на площу приміщення і знаходять питому потужність (Вт/м2). За табл. 2 знахо­дять величину освітленості, яку дає лампа даної потужності за умови витрати енергії 10 Вт/м², і визначають горизонтальну освітленість:

Е = РВ: 10∙К,

де Р — питома потужність, розрахована для даного приміщення, Вт/м2; В — освітленість, знайдена за табл. 2, у разі питомої потуж­ності 10 Вт/м2; К -— коефіцієнт запасу (для житлових і громадських приміщень 1,3). Коефіцієнт запасу компенсує зниження освітле­ності за умови забруднення світильників і від старіння ламп у резу­льтаті експлуатації.

Таблиця 2. Величина горизонтальної освітленості за умови питомої потужності 10 Вт/м2.

Потужність лампи, Вт	Значення освітленості без урахування К, лк
за напруги 110 — 127В	за напруги 220 В
світло	світло
пряме	віддзеркалене	пряме	віддзеркалене
		16,5		19,5
	35,5
	39,5			26,5
	41,5	35,5		29,5

Приклад: Площа кімнати 40 м², освітлюється 4 лампами розжарювання (кожна по 100Вт), напруга в мережі - 220В. Визначити рівень освітленості в цій кімнаті.

Питома потужність – 4 х 100/40 = 10 Вт/м², що в люксах становить: освітленість – 10ВТ/м² х 2,5 = 25лк, де 2,5 – коефіцієнт перерахунку Вт/м² в люкси для ламп розжарювання потужністю більше 100Вт (для ламп потужністю менше 100 Вт- коефіцієнт перерахунку =2,0). Результати порівнюють з таблицею 2.