ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Количественные и качественные показатели освещения

Часть электромагнитного спектра с длинами волн 10— 340 000 нм называется оптической областью спектра, которая делится на инфракрасное излучение с длинами волн 340 000— 770, видимое излучение 770-380, ультрафиолетовое излучение 380—10 нм. В пределах видимой части спектра излучения различной длины волны вызывают различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового (к = 400 нм) до красного (к = 750 нм) цветов. Чувствительность зрения максимальна к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Производственное освещение характеризуется:

количественными показателями (световой поток, сила света, Яркость, освещенность, коэффициент отражения);

качественными показателями (фон, контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта).

Виды и системы освещения

В зависимости от источника света производственное освещение может быть:

естественным — освещение помещений дневным светом неба, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

По конструктивному исполнению освещение подразделяется на:

боковое (одно- и двустороннее — через проемы в наружных стенах),

верхнее (через светоаэрационные фонари, световые проемы в перекрытиях);

комбинированное (сочетание верхнего и бокового освещения);

искусственным — по функциональному назначению подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Рабочее освещение предусматривается для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. При искусственном освещении по месту расположения светильников используются две системы: общее и комбинированное освещение. Система комбинированного освещения включает общее и местное освещение. Применение одного местного освещения (без общего) внутри помещений не допускается.

Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности (для продолжения работ, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать взрыв, пожар, отравление, травму, гибель людей или длительное нарушение технологического процесса) и эвакуационное (для безопасной эвакуации людей). Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) должно предусматриваться вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время; совмещенным — следует предусматривать: для производственных помещений, в которых выполняются работы I—III разрядов;

для производственных и других помещений в случаях, если по условиям технологии, организации производства или климата в месте строительства требуются объемно-планировочные решения, которые не позволяют обеспечить нормированное значение КЕО (многоэтажные здания большой ширины, одноэтажные многопролетные здания с пролетами большой ширины ит. п.).

Основные требования к производственному освещению

Освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, который определяется объектом различения, фоном и контрастом объекта с фоном.

Необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства. При переводе взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность глаз вынужден переадаптироваться, что ведет к утомлению зрения. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов осуществляется комбинированное освещение.

На рабочей поверхности должны отсутствовать резкие тени. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов различения.

В поле зрения должна отсутствовать прямая и отраженная блескость. Блескость — повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая ухудшение видимости объектов. Прямая блескость связана с источниками света, отраженная — возникает на поверхности с большим коэффициентом отражения.

Величина освещенности должна быть постоянной во времени. Колебания освещенности, вызывая переадаптацию глаза, приводят к значительному утомлению. Пульсация освещенности связана с особенностью работы газоразрядных ламп.

Необходимо выбирать оптимальную направленность светового потока. Наибольшая видимость достигается при падении света на рабочую поверхность под углом 60° к ее нормали, а наихудшая — При 0°.

Все элементы осветительных установок должны быть достаточно долговечными, удобными и простыми в эксплуатации, электро- и пожаробезопасными, не являться источником шума и тепловыделений, отвечать требованиям эстетики.

Нормирование освещения

При выборе требуемого минимального уровня освещенности рабочего места необходимо установить разряд (характер) выполняемой зрительной работы. Его определяют по наименьшему размеру объекта различения (мм). В соответствии с ТКП 45-2.04-153-2009 «Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы проектирования» все зрительные работы,

. проводимые в производственных помещениях, делятся на восемь разрядов (табл. 4.1).

Нормирование естественного освещения. Непостоянство освещенности вызвало необходимость нормировать естественное освещение с помощью относительного показателя — коэффициента естественной освещенности КЕО (е). КЕО — это отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения Евн светом неба, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Енар, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах:

КЕО (е) = (Евн/ Енар) • 100.

Для зданий, расположенных в различных районах местности, нормированные значения КЕО (е„) определяют по формуле

е = ен-т,

где ен— значения КЕО, приведенное в табл. 4.1; т - коэффициент светового климата, определяемый по табл. 4.2.

Нормирование искусственного освещения.

Искусственное освещение оценивается по величине освещенности рабочей поверхности (Е, лк). При выборе нормы освещенности кроме характеристики зрительной работы необходимо также учитывать контраст объекта различения с фоном и характеристику фона, на котором рассматривается этот объект, т. е. определить подразряд зрительной работы (а, б, в или г). При выполнении в помещениях работ I—III, IVa, IV6, IVb, Va разрядов следует применять систему комбинированного освещения. Освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения в системе комбинированного, должна составлять не менее 10 % нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются для местного освещения. При этом освещенность должна быть не менее 200 лк при разрядных лампах, не менее 75 лк при лампах накаливания.

В помещениях без естественного света освещенность рабочей поверхности, создаваемую светильниками общего освещения в системе комбинированного, следует повышать на одну ступень. В производственных помещениях освещенность проходов и участков, где работа не производится, должна составлять не более 25 % нормируемой освещенности, создаваемой светильниками общего освещения, но не менее 75 лк — при разрядных лампах и не менее 30 лк - при лампах накаливания.

Нормирование совмещенного освещения.

При оценке и нормировании совмещенного освещения необходимо по данным табл. 4.1 выбрать нормативную величину КЕО для выполняемого разряда зрительной работы и конструктивного исполнения естественного освещения. Освещенность от системы общего искусственного освещения (при совмещенном освещении) принимается по табл. 4.1 для соответствующего разряда и подразряда зрительной работы с повышением на одну ступень по шкале освещенности (кроме разрядов 16,1в, Пб). При этом освещенность рабочей поверхности в любом случае должна составлять не менее 200 лк при разрядных лампах и 100 лк при лампах накаливания. При использовании комбинированного искусственного освещения (в системе совмещенного) нормативная освещенность от светильников общего освещения повышается на одну ступень, кроме разрядов 1а, 16, Па.

Характерный разрез помещения (рис. 4.1) — поперечный разрез посередине помещения, плоскость которого перпендикулярна к плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или к продольной оси пролетов помещения. Условная рабочая поверхность — условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

Источники света

Для общего искусственного освещения помещений следует использовать, как правило, разрядные источники света. Использование ламп накаливания для общего освещения допускается только в случае невозможности или технико-экономической нецелесообразности использования разрядных ламп. Для местного освещения кроме разрядных источников света рекомендуется использовать лампы накаливания, в том числе галогенные.

При сравнении источников света друг с другом и при их выборе пользуются следующими характеристиками:

электрическими (номинальное напряжение в вольтах, электрическая мощность ламп в ваттах);

светотехническими (световой поток, излучаемый лампой, в люменах); эксплуатационными (световая отдача лампы (лм/Вт), срок службы);

конструктивными (форма колбы лампы, форма тела накала, наличие и состав газа, заполняющего колбу лампы, давление газа).

Преимущества ламп накаливания: удобны в эксплуатации; не требуют дополнительных устройств для включения в сеть; просты в изготовлении. Они имеют и недостатки: низкая световая отдача (7—20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2500 ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света. В последние годы получают все большее распространение лампы накаливания с йодным циклом — галоидные лампы. Срок службы этих ламп до 3000 ч, световая отдача доходит до 40 лм/Вт, спектр излучения близок к естественному.

Преимущества газоразрядных ламп: большая световая отдача - 40—110 лм/Вт (натриевые до 110 лм/Вт, металлогалогенные до 100 лм/Вт, люминесцентные до 75 лм/Вт, ртутные до 60 лм/Вт, ксеноновые до 40 лм/Вт). Они имеют значительно больший срок службы (до 8000—12 000 ч). От газоразрядных ламп можно получить световой поток практически в любой части спектра. Недостатки газоразрядных ламп: пульсации светового потока, приводящие к возникновению стробоскопического эффекта; напряжение при зажигании значительно выше напряжения сети. Самыми распространенными газоразрядными лампами являются люминесцентные, которые подразделяются на следующие типы: дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ). Лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные) представляют собой ртутные лампы высокого давления с исправной цветностью. Галогенные лампы ДРИ (дуговые ртутные с йодидами) по своей конструкции аналогичны лампам ДРЛ. Для заполнения колбы лампы применяют галогениды галлия, натрия, индия, лития и др.

Энергосберегающие люминесцентные лампы. Их отличительной особенностью является высокая световая отдача, т. е. величина светового потока, получаемого в расчете на 1 Вт мощности, потребляемой лампой. Если для ламп накаливания этот показатель составляет до 10—15 лм на 1 Вт, для галогенных — до 30 лм, то для энергосберегающих - примерно 50-60 лм на 1 Вт. Таким образом, требуемую освещенность можно получить, заменив, например, 100-ватгные лампы накаливания 20-ваттными люминесцентными лампами.

Светильники

Электрический светильник представляет собой совокупность источника света и осветительной арматуры. Наиболее важной функцией осветительной арматуры является перераспределение светового потока лампы, что повышает эффективность осветительной установки. Для характеристики светильника с точки зрения определения световой энергии в пространстве строят график силы света (рис. 4.2) в полярной системе координат. Другим назначением осветительной арматуры является предохранение глаз работников от воздействия чрезмерно больших яркостей источников света, что определяют защитным углом светильника (рис. 4.3).

Важной характеристикой светильника является его коэффициент полезного действия (отношение светового потока светильника к световому потоку помещенной в него лампы). По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого, преимущественно прямого, рассеянного, преимущественно отраженного и отраженного света. Выбор светильников зависит от характера выполняемых в помещении работ, степени запыленности и загазованности воздушной среды, коэффициентов отражения окружающих поверхностей, эстетических требований. В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащищенные, взрывобезопасные. По назначению светильники делятся на светильники общего и местного освещения.

Методы расчета освещения

Задачей расчета является определение необходимой мощности осветительной установки для создания в производственном помещении заданной освещенности или при определенном количестве и мощности ламп расчет необходимой освещенности на рабочей поверхности.

При проектировании осветительной установки необходимо выполнять следующие требования:

выбрать тип источника света (должны применяться газоразрядные лампы);

выбрать систему освещения (экономичнее система комбинированного освещения);

выбрать тип светильника (с учетом загрязненности воздушной среды и с требованиями взрыво- и пожаробезопасности);

произвести распределение светильников и определить их количество',

определить нормируемую освещенность на рабочем месте (определить характер выполняемой работы по наименьшему размеру объекта различения; оценить контраст объекта с фоном и фон на рабочем месте; по ТКП 45-2.04-153-2009, в соответствии с выбранной системой освещения и источником света, найти минимальную нормируемую освещенность).

Для расчета искусственного освещения пользуются тем или иным методами.

Метод светового потока, именуемый также методом коэффициента использования, является основным для расчета общего равномерного освещения производственных помещений, если определяется средняя освещенность горизонтальной поверхности. Световой поток лампы F„ (при лампах накаливания) или световой поток группы ламп светильника (при люминесцентных лампах) определяется по формуле

где Ен - нормированная минимальная освещенность по разряду выполняемых работ; S — площадь освещаемого помещения, м2;K3— коэффициент запаса следует принимать по данным табл. 4.3; Z— коэффициент минимальной освещенности, равный отношению Еср/ Emin, принимаемый равным 1,15 для ламп накаливания и дуговых ртутных ДРЛ и 1,1 для люминесцентных ламп (при отраженном освещении Z = 1,0); N— число светильников в помещении; ŋ — коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от КПД и кривой распределения силы света светильников, коэффициентов отражения светового потока от потолка Рпот, стен Рст и рабочей поверхности Рр, высоты подвеса светильников и размеров помещения.

Подсчитав по формуле (4.1) световой поток ламп Fn, подбирают ближайшую стандартную лампу и определяют электрическую мощность всей осветительной системы. В практике допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного до -10 и +20 %, в противном случае задается другая схема расположения светильников.

Точечный метод применяют для расчета локализованного и местного освещения, освещения наклонных плоскостей и для проверки результата расчета общего равномерного освещения. Если метод используется для расчета освещения горизонтальной поверхности, то формулы метода принимают вид:

при определении мощности (светового потока) лампы (в люксах), необходимой для создания заданной освещенности:

при определении освещенности, создаваемой лампами с известным световым потоком:

где Е — освещенность, лк; Fл — световой поток, лм; е — сумма условных освещенностей (для контрольной точки); µ — коэффициент дополнительной освещенности, учитывающий действие удаленных светильников и отраженного света; Кз— коэффициент запаса. Значение коэффициента р колеблется от 1,0 до 1,3. Для производственных помещений µ можно считать равным 1,1—1,15 и только при заведомо хорошо отражающих потоках и стенах µ можно повышать до 1,2—1,25. Условная освещенность определяется при условном потоке лампы в каждом светильнике, равном 1000 лм, и может быть найдена как расчетным путем, так и на основании пространственных кривых равных значений освещенности (кривые пространственных изолюкс).

Средства индивидуальной защиты органов зрения. Контроль освещения

Для защиты глаз от механических повреждений, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, слепящей яркости видимого излучения применяют защитные очки, щитки, шлемы. Очки должны быть легкими, не должны ограничивать поле зрения, не раздражать кожу, хорошо прилегать к лиду и не покрываться влагой. Стекла для очков лучше использовать безосколочного типа триплекс или прошедшие закалку. Для защиты от яркого света, ультрафиолетового и инфракрасного излучения применяют очки и щитки со специальными светофильтрами. Светофильтры подбирают в соответствии с характером и интенсивностью излучения. Защитные очки необходимо индивидуально подбирать по межцентровому расстоянию стекол. Существуют пять типоразмеров с межцентровым расстоянием 64—80 мм.

Тщательный и регулярный уход за установками естественного и искусственного освещения имеет важное значение для создания рациональных условий освещения, в частности обеспечения требуемых величин освещенности без дополнительных затрат электроэнергии. Чистка стекол световых проемов должна производиться не реже 2 раз в год для помещений с незначительным выделением пыли и не реже 4 раз в год для помещений со значительными выделениями пыли; для светильников — 4—12 раз в год, в зависимости от характера запыленности производственного помещения. Замена ламп осуществляется двумя способами: индивидуальным — после выхода ламп из строя и групповым — через определенный интервал одновременно заменяют и перегоревшие, и работающие лампы (ДРЛ — через 7500 ч, люминесцентные 40 Вт — через 8000 ч, люминесцентные 65—80 Вт — через 6300 ч).

Уровень освещенности в контрольных точках производственного помещения проверяют не реже одного раза в год после очередной чистки светильников и замены перегоревших ламп. Фактическая освещенность должна быть больше или равна нормируемой освещенности, умноженной на коэффициент запаса.