Метод коефіцієнта використання світлового потоку

Кількісні показники

Світловий потік Φ – потужність променевої енергії, що оцінюється за світловим відчуттям, яке вона справляє на органи зору людини, Вт: (1)

У світлотехніці за одиницю світлового потоку прийнята одиниця лімен (лм) – світловий потік, що випускається точковим джерелом світла силою 1 кандела у тілесному куті 1 стерадіан. Сила світла J – це відношення світлового потоку до величини тілесного кута, в якому рівномірно розподілено випромінювання, кд: (2)

де - елементарний тілесний кут(стерадіан, ср).

Освітленість Е – густина світлового потоку на освітлювальній поверхні (вимірюється в люксах), лк:

де dS – елемент освітлювальної поверхні, м².

Яскравість L – поверхнева густина сили світла у заданому напрямі, що дорівнює відношенню сили світла до площі проекції випромінюваної поверхні на площину, перпендикулярну до того ж напрямку: де φ – кут між нормаллю поверхні та напрямом сили світла.

Одиниця яскравості – кандела на квадратний метр.

Коефіцієнт відбиття ρ – відношення відбитого світлового потоку до світлового потоку, що падає на поверхню: де Ф_відб – відбитий світловий потік; Ф_пад – потік, що падає на поверхню.

Якісні показники

Фон – поверхня, що прилягає безпосередньо до об’єкту розпізнавання, на якій цей об’єкт сприймається. Фон характеризується коефіцієнтом відбитя, залежить від кольору поверхні та від її фактури.Фон вважається: світлим, якщо ρ > 0,4; середнім, якщо ρ = 0,2...0,4; темним, якщо ρ < 0,2. Контраст – ступінь розрізнення яскравості об’єкту і фону: де Lо і Lф – яскравість об’єкту і фону.

Контраст вважається:

великим, якщо К > 0,5;

середнім, якщо К – 0,2...0,5;

малим, якщо К < 0,2.

Коефіцієнт пульсації К_п – критерій оцінки відносної глибини коливань освітленості в результаті зміни в часі світлового потоку газорозрядних ламп при живленні їх змінним струмом: де E_max, E_min, E_cep – значення освітленості за певного коливання, відповідно максимальне, мінімальне і середнє.

2. Вимоги стандартів

Нормована освітленість Е_н (в люксах) регламентується СНиП 11-4-79 залежно від розряду зорової роботи з врахуванням фону, контрасту між об`єктом і фоном. Розряди з першого по п`ятий розбиті на чотири підрозряди залежно від контрасту і характеристики фону.

У нормах передбачено дві системи освітленості: загальна і комбінована.

Комбінована освітленість складається з загальної та місцевої. Застосування однієї місцевої освітленості (без загальної) не припускається, оскільки негативно впливає на органи зору.

У вищих навчальних закладах мінімальна освітленність за нормами: в аудиторіях – 300 лк, в обчислювальних центрах – 400 лк, у коридорах, переходах, на сходових клітках – 50лк.

Норми освітленості робочих поверхонь у виробничих приміщеннях наведені у табл.4.

Технічні дані ламп розжарювання і люмінісцентних ламп регламентуються відповідно ГОСТ 2239-79 і ГОСТ 6825-74

2.6.3. ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО ВИРОБНИЧОГО ОСВІТЛЕННЯ

Для створення сприятливих умов зорової роботи, які б виключали швидку втомлюваність очей, виникнення професійних захворювань,нещасних випадків і сприяли підвищенню продуктивності праці та якості продукції, виробниче освітлення повинно відповідати наступним вимогам:

— створювати на робочій поверхні освітленість, що відповідає характеру зорової роботи і не є нижчою за встановлені норми;

— не повинно чинити засліплюючої дії як від самих джерел освітлення, так і від інших предметів, що знаходяться в полі зору;

— забезпечити достатню рівномірність та постійність рівня освітленості у виробничих приміщеннях, щоб уникнути частої переадаптації органів зору;

— не створювати на робочій поверхні різких та глибоких тіней (особливо рухомих);

— повинен бути достатній для розрізнення деталей контраст поверхонь, що освітлюються;

— не створювати небезпечних та шкідливих виробничих факторів (шум, теплові випромінювання, небезпечне ураження струмом, пожежо-та вибухонебезпека світильників);

— повинно бути надійним і простим в експлуатації, економічним та естетичним.

3.Особливості дослідження і розрахунку штучного освітлення

Джерела штучного освітлення за принципом перетворення електричної енергії в енергію видимих випромінювань, тобто у світлову, поділяються на основні групи: теплові і газорозрядні.

До теплових джерел відносяться лампи розжарювання, а до газорозрядних – лампи люмінесцентні дугові, ртутні високого тиску, металогенні, натрієві та кисневі.

При порівнянні джерел світла, що використовуються у виробничих спорудах, враховуються такі показники:

Світлова віддача, лм/Вт;

Термін горіння лампи, год;

Потужність лампи, Вт;

Кольоровість /спектральний склад/ випромінювання.

Крім вказаних показників мають значення також ламп швидко розгорятись, зменшення світлового потоку до кінця терміну горіння, вплив температури розжарювання спіралі на роботу лампи, вартість ламп тощо.

Незважаючи на вдосконалення ламп розжарювання, до цього часу не вдалося усунути цілий ряд властивих їм недоліків, до яких відносяться: низька світлова віддача /7...22 лм/Вт/, тобто лише близько 20% енергії йде на світло, решта на теплоту, невеликий термін горіння /1...2 тис.год/, у спектрі переважають жовті та червоні промені, що значною мірою відрізняє їх спектральний склад від сонячного світла, спотворює сприймання кольору.

Світлова віддача газорозрядних ламп значно вища від ламп розжарювання і складає /50...120/ лм/Вт, а термін горіння - /8...14/ тис.год. Однак газорозрядні лампи також мають ряд суттєвих недоліків.Безінерційність випромінювання газорозрядних ламп приводить до пульсації світлового потоку і появи так званого стробоскопічного ефекту, що викликає спотворення зорового сприймання об’єктів, які змінюються або обертаються при збіганні частотних характеристик, зі зміною світлового потоку.Об’єкти тоді сприймаються як нерухомі, що може призвести до нещасного випадку.

Залежно від розподілу світлового потоку за спектром люмінесцентні лампи бувають денного /ЛД/, білого /ЛБ/, холодно-білого /ЛХБ/ і тепло-білого /ЛТБ/ світла; дугові лампи бувають ртутні /ДРЛ/, ксенонові /ДКсЩ/, натрієві /ДнаТ/ високого тиску.

Електричний світильник – це поєднання джерела світла та арматури, призначеної для орієнтації світлового потоку в заданому напрямі, захисту зору від надмірної яскравості джерела, захисту джерела від механічних пошкоджень та забруднення, а також для його кріплення і підведення до нього електричного струму.

Загальне штучне освітлення розраховується методом коефіцієнта використання світлового потоку або методом питомої потужності.

 

Метод коефіцієнта використання світлового потоку

Даний метод дозволяє визначити світловий потік ламп, необхідний для досягнення заданої освітленності з урахуванням світла, відбитого від стін, стелі і робочої поверхні.

Сумарний світловий потік, лм:

де Ен – нормована освітленність, лк (див.табл.4); S – площа приміщення, м²; К – коефіцієнт запасу (для ламп розжарювання – 1,3...1,7, для люмінісцентних ламп 1,5...2); Z – коефіцієнт мінімальної освітленості, дорівнює відношенню середньої освітленності до мінімальної (приймається 1,1...1,2); η – коефіцієнт використання світлового потоку практично освітлювальної системи, який залежить від розподілу сили світла світильника, показника приміщення І, коефіцієнтів відбиття потоку ρ_n, стін ρ_с, робочої поверхні ρ_рп, % (табл.5,6).

Показник приміщення

де А і В – відповідно довжина і ширина приміщення, м; Н – висота відвісу світильника над робочою поверхнею,м.

Кількість ламп

де Фл – світловий потік однієї лампи, лм.

Якщо n – дробове число, необхідно заокруглити його у більшу сторону для виконання умови

де та Ен – відповідно фактична і нормована освітленість, лк; К – коефіцієнт запасу.

Виходячи з економічних і естетичних міркувань, у світильнику може бути від однієї до кількох ламп розжарювання. Щодо газорозрядних ламп, то їх у світильнику має бути не менше двох, із зміщенням за фазою вмикання з метою усунення стробоскопічного ефекту.

 

Метод питомої потужності

Метод питомої потужності (ват-метод) – найбільш простий, але і найменш точний. Тому він застосовується для орієнтованих, наближених розрахунків загального штучного освітлення порівняно великих площ:

де Р – електрична потужність, Вт; Рn – питома потужність, Вт/м² (вибирається залежно від висоти відвісу світильника і нормованої освітленості) (табл.7,8); S – освітлювана площа, м².

Вибираємо джерела світла певної потужності і визначаємо кількість ламп:

Де Рл – потужність вибраної лампи.