Графический метод расчета естественного освещения

Классическим методом расчета естественного освещения является графический метод. КЕО может быть представлен как сумма трех компонентов:

e = e _н + e _о + e _з, (3)

где e _н - КЕО от прямого света небосвода; e _о - КЕО, создаваемый отраженным светом от внутренних поверхностей помещения; e _з - КЕО, создаваемый отраженным светом от стен противостоящих зданий.

e _н = e _рн×t_о× q, (4)

где e _рн - расчетное значение КЕО без учета светопотерь; t_о - общий коэффициент светопропускания, учитывающий суммарные потери света при прохождении через стекло и переплет и зависящий от степени загрязненности стекла; q - коэффициент, учитывающий неравномерность яркости небесной полусферы от горизонта к зениту, определяется в зависимости от угла между горизонтом и линией, соединяющей точку рабочего места и середину светопроема (см. планшет 3, табл.6).

e _о = e _н×(r – 1), (5)

где r - коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света от потолка и стен помещения (в лаборатории r = 1,65).

e = 0,1× e _рн×t_о. (6)

Геометрические коэффициенты естественной освещенности определяют методом Данилюка. Полусферу небосвода условно разбивают на 10000 участков равной световой активности, определяют количество участков небосвода, видимых из данной точки помещения через светопроем, т.е. графически определяют, какая часть светового потока от всей небесной полусферы непосредственно попадает в расчетную точку. Количество видимых через светопроемы участков небосвода определяют при помощи двух графиков, представляющих собой проекцию пучка лучей, соединяющих центры полусферы небосвода с участками равной световой активности, по высоте n ₁ (рис.1) и по ширине n ₂ (рис.2) светового проема.

 

Рис.1. Поперечный разрез помещения

 

Рис.2. План помещения

 

КЕО определяется следующим образом: графики 1 и 2 соответственно накладываются на поперечный разрез и план помещения и подсчитывается число лучей, пропускаемых светопроемом по его высоте и ширине. Геометрическое значение КЕО в данной точке помещения составляет

e _рн = 0,01× n ₁× n ₂, (7)

где n ₁- число лучей графика 1, проходящих через светопроем на поперечном разрезе помещения; n ₂ - число лучей графика 2, проходящих через светопроем на плане помещения.

Методика выполнения работы

1. Определить КЕО по экспериментальным данным в следующей последовательности:

а) выключить искусственное освещение;

б) включить люксметр;

в) замерить освещенность в помещении лаборатории на расстоянии 1, 2, 3, 4, и 5 м от окна. При этом пластину фотоэлемента держать параллельно полу, обращенной светочувствительным слоем вверх, на уровне высоты стола (0,8 м от пола). Наружную освещенность считать в 8 - 10 раз больше замеренной у окна;

г) по формуле (1) для каждой из пяти точек подсчитать значение КЕО;

д) в зависимости от величины КЕО с учетом систем освещения для каждой точки определить вид и разряд допускаемой зрительной работы (планшет 1, табл.1);

е) по полученным данным построить график изменения КЕО в помещении лаборатории в зависимости от расстояния от окна.

2. Произвести расчет площади световых проемов:

а) пронормировать КЕО для данного помещения. Принять во внимание, что средний коэффициент отражения r_ф от потолка, стен и пола для помещения лаборатории составляет 0,4, расстояния от верха окна до рабочей поверхности h = 2,9 м, ширина помещения B = 8 м, глубина помещения L = 8 м;

б) выполнить расчеты по формуле (2);

в) сравнить полученные значения площадей окон с действительными.

3. Определить КЕО графическим методом в заданной точке М
(см. рис.1 и 2);

а) наложить график 1 на поперечный разрез помещения так, чтобы полюс графика совпадал с точкой М, заданной на чертеже. Основание графика должно быть параллельно плоскости пола. Подсчитать количество лучей n ₁, проходящих через оконный проем по его высоте (луч - пространство между двумя условными прямыми на графике);

б) определить длину среднего луча, т.е. расстояние от полюса графика 1 до середины светопроема по его высоте на поперечном разрезе помещения;

в) определить местоположение точки М на плане помещения, для чего наложить график 2 на план помещения так, чтобы его основание было параллельно плоскости расположения светопроема, а полюс графика - на расстоянии, равном длине среднего луча, определенной в пункте б);

г) подсчитать число лучей n ₂, захватываемых световым проемом по ширине;

д) найти e _рн по формуле (7);

е) подсчитать КЕО для точки М, применив формулы (3) - (7);

ж) по нормам СНиП (см. планшет 1, табл. 1) определить, какие работы можно проводить в точке М.

4. Оформить отчет.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1) название и цель работы;

2) расчет КЕО и площади световых проемов;

3) графики КЕО;

4) расчет КЕО графически по методу Данилюка;

5) выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы влияют на распространение естественного света?

2. Назовите основные достоинства естественного освещения.

3. Дайте определение освещенности.

4. Каково влияние освещенности рабочего места на человека?

5. Что такое общее и местное освещение?

6. Какие существуют виды естественного освещения?

7. Что показывает КЕО? Как он определяется?

8. В чем состоит метод Данилюка?

9. Как определяется общий коэффициент светопропускания светового проема?

10. Опишите принцип работы люксметра.

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др. / Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа. 1999. - 448 с.

2. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - М.: Стройиздат, 1996.

Лабораторная работа № 5

Исследование и расчет искусственного
освещения

Цель работы - изучение количественных и качественных характеристик освещения, оценка влияния типа светильника и цветовой отделки интерьера помещения на освещенность и коэффициент использования светового потока.

Продолжительность работы - 2 часа.

Оборудование и приборы.

1. Стенд - модель производственного помещения.

2. Люксметр-пульсаметр.

Теоретические сведения

Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн 380 - 770 нм (1 нм = 10^–9 м), регистрируемых человеческим глазом.

Для гигиенической оценки освещения используются следующие светотехнические характеристики.

Световой потокF - мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света I_а - пространственная плотность светового потока:

I_а = dF / d ω,

где dF - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла d ω. Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 люмен, распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.

Освещенность E - поверхностная плотность светового потока, (лк):

E = dF / dS,

где dS - площадь поверхности, м²; на которую падает световой поток dF, лм.

Яркость В - поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению.

B = I_а / dS ×cos α,

где I_а - сила света, кд; dS - площадь излучающей поверхности, м²;
α - угол между направлением излучения и плоскостью, град. Единицей яркости принята кандела на квадратный метр (кд/м²) - яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади 1 м².

Искусственное освещение предусматривается в помещениях при недостатке естественного света или при его отсутствии в определенное (вечернее, ночное) время суток. Для создания благоприятных условий труда освещение должно отвечать ряду требований:

1. Соответствие минимальной освещенности на рабочем месте зрительным условиям труда согласно санитарным нормам.

2. Равномерное распределение яркостей на рабочей поверхности и в пределах окружающего пространства. Яркости рабочей поверхности и окружающего пространстве не должны отличаться более чем в 3 - 5 раз.

3. Отсутствие резких теней на рабочей поверхности. Тени создают неравномерное распределение яркостей в поле зрения, искажают размеры и формы объектов различения. Особенно вредны «движущиеся» тени, способствующие увеличению травматизма.

4. Отсутствие прямой и отраженной блескости в поле зрения.
Ограничение блескости достигается правильным выбором направления светового потока на рабочую поверхность, увеличением высоты подвеса светильников, конструкцией самих светильников.

5. Постоянство величины освещенности во времени. Причиной колебаний освещенности могут быть изменения напряжения в сети, затенение световых проемов, движущиеся объекты в помещении, колебания светильников, а также пульсации светового потока газоразрядных ламп.

6. Правильное направление светового потока, позволяющее в одних случаях рассматривать внутренние поверхности деталей, в других - различать рельефность элементов рабочей поверхности.

7. Необходимый спектральный состав света, что наиболее существенно при обеспечении правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов.

8. Отсутствие в осветительной установке источников опасностей и вредностей. Необходимо свести до минимума тепловыделение, излучаемый шум, опасность поражения током, пожароопасность.

9. Удобство, надежность и простота эксплуатации.

По принципу организации искусственное освещение можно разделить на общее и комбинированное.

Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Общее равномерное освещение создает условия для выполнения работ в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать повышенную освещенность на рабочих местах и экономить энергоресурсы.

Комбинированное освещение состоит из общего и местного. Оно целесообразно при работах высокой точности, а также при работах, требующих создания светового потока определенной направленности. Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности прилегающих к ним участков. Оно может быть стационарным и переносным. Применение только местного освещения в производственных помещениях запрещено, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными местами утомляет зрение, снижает скорость работы и нередко является причиной несчастных случаев.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное и охранное

Рабочее освещение предусматривается во всех помещениях производственных зданий, а также на участках открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение в помещениях и на местах производства работ необходимо предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса или работы объектов жизнеобеспечения. Наименьшая освещенность, создаваемая аварийным освещением, должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 лк внутри здания и не менее 1 лк на территории предприятия.

Эвакуационное освещение следует предусматривать в местах, отведенных для прохода людей, в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей в количестве более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность не менее 0,5 лк в помещениях и 0,2 лк на открытой территории.

Охранное освещение предусматривается вдоль границ территории, охраняемой в ночное время. Охранное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли.