Свет лаба. Лабораторная работа измерение параметров искусственного освещения и оценка эффективности использования источников света
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ  МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра безопасности производств ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
Санкт-Петербург 2021 ЦЕЛЬ Изучение нормируемых качественных и количественных характеристик освещения, оценка степени влияния отделки интерьера на коэффициент использования (КПД) осветительной установки и демонстрация преимуществ и недостатков, применяемых в настоящее время источников света. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Рациональное освещение производственных помещений и рабочих мест – одно из важнейших условий создания благоприятных и безопасных условий труда. В зависимости от источников света производственное освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и совмещенное (при сочетании естественного и искусственного). Для гигиенической оценки освещения и эффективности использования источников света используются следующие физические светотехнические характеристики: • Видимое излучение, вызывающее зрительное ощущение, характеризуется участком спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм. • Световой поток (F) – мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм). • Телесный угол (ω) – пространственный угол, образованный в центре сферы вершиной конуса, основание которого находится на поверхности сферы. • Сила света (Ia)– пространственная плотность светового потока, характеризующая свечение источника излучения • Освещенность (Е)−поверхностная плотность светового потока, измеряемая в люксах (лк) Коэффициент использования осветительной установки (η) – это отношение фактического светового потока Fф к суммарному световому потоку Fл используемых источников света:  где Fф – световой поток, обеспечивающий горизонтальную освещенность на площади помещения, лм; Fл – суммарный стандартный световой поток примененных ламп, лм. Фактический световой поток Fф определяется как произведение средней освещенности Еср в лк на площадь помещения Sп в м2:  В  качестве источников искусственного освещения применяются лампы накаливания, люминесцентные, галогенные, металлогалогенные, светодиодные, энергосберегающие, газоразрядные, дуговые ртутные лампы и другие.Рис. 1. Виды ламп а) накаливания; б) люминесцентная; в) галогеновая; г) светодиодная; д) металлогалогенная; е) дуговая ртутно-люминесцентная; ж) энергосберегающая; з) газоразрядная Основным нормируемым параметром искусственного освещения является минимальная освещенность рабочей поверхности. Значение устанавливается в зависимости от характера зрительной работы и регламентируется СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение»и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278- 03. 2.2.1/2.1.1. «Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных пунктов. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий». Характер зрительной работы определяется минимальным размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Контраст объекта различения с фоном (К) – это отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта В0 и яркостью фона Вф к яркости фона, в котором яркость можно заменить на соответствующие коэффициенты отражения:  где ρо и ρф – коэффициенты отражения объекта и фона соответственно. Контраст объекта с фоном считается большим при К > 0,5; средним при К = 0,2÷0,5; малым при К < 0,2 ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЛАБАРАТОРНОЙ РАБОТЕ Лабораторная установка (рис. 2) выполнена в виде макета помещения с прозрачной стационарной передней и съемными боковыми и задней стенками на магнитных креплениях. Съемные стены с одной стороны окрашены в светлые тона, с другой – в темные, что позволяет моделировать два типа помещений. В  верхней части передней стенки располагаются органы управления вентилятором, расположенным внутри модели помещения, и выключатели ламп. Вентилятор с регулируемой частотой вращения крыльчатки служит для демонстрации стробоскопического эффекта и регулирования температуры внутри установки. Рис.2. Макет производственного помещения 1 – вольтметр; 2 – вентилятор; 3 – ручка для съема стенок; 4 – лампа накаливания; 5 – люминесцентная лампа; 6 – проемы каркаса для установки стенок; 7 – двухскатная крыша; 8 – дуговая ртутная лампа; 9 – боковые стены; 10 – пол; 11 – печатные платы В верхней части макета производственного помещения по потолку размещены шесть стандартных патронов, в которые установлены две лампы накаливания, три дуговые ртутные лампы (ДРЛ) и люминесцентная лампа. Их характеристики приведены ниже: • лампа накаливания прозрачная грибовидной формы мощностью 40 Вт со световым потоком Fл=415 лм; • лампа накаливания синяя грибовидной формы мощностью 40 Вт со световым потоком Fл=200 лм; • люминесцентная энергосберегающая лампа в виде спирали мощностью 11 Вт и световым потоком Fл=900 лм; • три дуговые лампы (ДРЛ-80), включенные в разные фазы трехфазной сети, мощностью 80 Вт и световым потоком Fл=3400 лм. В  работе используется люксметр-яркомер «ТКА-ПКМ-02» (рис.3). Принцип действия прибора – оптический. Позволяет измерять освещенность в диапазоне от 10 до 200 000 лк, яркость – в диапазоне от 10 до 200 000 кд/м2. Рис.3. Люксметр-яркомер «ТКА-ПКМ 02» Относительная погрешность измерений – не более 8-10 %. Возможно в работе применение и других аналогичных автоматических приборов, позволяющих измерять освещенность. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Включить установку в сеть и повернуть тумблер включения питания «Сеть» в верхнее положение. Сигнальная лампа загорится зеленым цветом. 2. Проверить, чтобы фон всех стенок внутри макета был одинаковым – светлым либо темным. 3. Включить одну из ламп. 4. Измерить с помощью люксметра освещенность в трех точках на уровне пола модели помещения по центральной линии помещения вдоль длиной стороны. Полученные результаты записать в таблицу 1. 5. Измерить освещенность непосредственно под лампой на уровне пола модели помещения и записать в таблицу 2. 6. Измерить освещенность в пяти точках производственного помещения: в центре и по углам. Результаты записать в таблицу 3. 7. Выключить лампу, при работе которой проводились измерения освещенности, и включить следующую. 8. Повторить действия, описанные в п. 4-7, для еще 3-х различных ламп, при этом последней должна быть лампа ДРЛ! 9. Не выключая лампу ДРЛ перевернуть стенки макета обратной стороной, чтобы фон внутри установки был одинаковым. 10. В обратном порядке провести измерения освещенности согласно п. 3-7 для 4-х видов ламп. ТАБЛИЦЫ Таблица 1 «Нормирование количественного параметра освещения»
Таблица 2 «Оценка энергетической эффективности источников света»
Таблица 3 «Оценка коэффициента использования осветительной установки»
ОБРАБОТКА ДАННЫХ Исходные данные: ρо=70% ρф=70% Размер объекта 8 мм Лампа накаливания прозрачная Wл=6,4 Вт Fл=470 лм Лампа накаливания синяя Wл=40 Вт Fл=200 лм Лампа люминесцентная Wл=11 Вт Fл=900 лм Лампа дуговая Wл=80 Вт Fл=3400 лм S=0.42 м2 Расчеты:  лк   ВЫВОДЫ По результатам, полученным при проведении опыта №1 и заполнении данными таблицы 1 можно сказать, что норме общей освещенности соответствует синяя лампа накаливания как при использовании светлых стенок, так и при темных стенках. Контраст различения объекта с фоном 0,4, что соответствует среднему значению. Используя исходные данные характеристика зрительной работы была определена как: очень малой точности, разряд работы VI. По результатам опыта №2 можно сказать, что наиболее энергетически эффективна люминесцентная лампа при использовании светлых стенок. Данные, полученные в опыте №3, позволяют нам определить наиболее эффективную осветительную установку, ей стала прозрачная лампа накаливания с использованием светлых стенок. Контрольные вопросы 1. Назовите основные физические светотехнические характеристики, применяемые для гигиенической оценки освещения и эффективности использования источников света. • Видимое излучение, вызывающее зрительное ощущение, характеризуется участком спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм. • Световой поток (F) – мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм). • Телесный угол (ω) – пространственный угол , образованный в центре сферы вершиной конуса, основание которого находится на поверхности сферы • Сила света (Ia)– пространственная плотность светового потока, характеризующая свечение источника излучения • Освещенность (Е)− поверхностная плотность светового потока, измеряемая в люксах (лк) • Яркость (В) – поверхностная плотность силы света в данном направлении. Единицей измерения яркости является кандела на квадратный метр (кд/м2), это яркость светящейся плоской поверхности площадью 1 м 2 в перпендикулярном к ней направлении при силе света в 1 кд. •Коэффициент пульсации светового потока – это параметр, характеризующий глубину пульсации светового потока, обусловленной переменным напряжением в электрической сети •Светоотдача (СО) – отношение светового потока, создаваемого источником света, к мощности, потребляемой этим источником •Коэффициент использования осветительной установки (η) – это отношение фактического светового потока Fф к суммарному световому потоку Fл используемых источников света 2. Как классифицируется освещение? По принципу организации искусственного освещения различают: Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, оно может быть равномерным или локализованным. Оно создает условия для выполнения работы в любом месте освещаемого пространства. При общем локализованном освещении светильники размещают в соответствии с расположением оборудования, что позволяет создавать бóльшую освещенность на рабочих местах. Местное освещение является направленным и создает необходимую освещенность рабочих поверхностей, не охватывая прилегающих к ним площадей. Оно может быть стационарным и переносным. Применение только местного освещения в производственных помещениях запрещается. Комбинированное освещение – сочетание общего и местного, используется при работах высокой точности, а также при необходимости создания определенного или изменяемого в процессе работы направления света. По функциональному назначению искусственное освещение классифицируют на: Рабочее освещение предусматривается для всех помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное. Освещение безопасности – освещение для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Наименьшая освещенность, создаваемая освещением безопасности, должна составлять не менее 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения. Полное включение аварийных светильников должно происходить в течение не более 0,5 секунд после выключения осветительных приборов рабочего освещения. Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения. Предусматривается в местах, опасных для прохода людей. Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов и на ступенях лестниц. Дежурное освещение – освещение в нерабочее время. Охранное освещение размещается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. 3. Какие виды ламп знаете? Объясните их устройство, назовите достоинства и недостатки. Лампа накаливания– это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама). Эти лампы отличаются низкой стоимостью, мгновенно зажигаются при включении, имеют малые габаритные размеры и широкий диапазон мощностей. Недостатки: большая яркость, небольшой срок службы – до 1000 часов, низкий КПД (только 1/10 потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток), остальная энергия преобразуется в тепловую. Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянные с обоих концов стеклянные трубки, изнутри покрытые слоем люминофора. Отличаются хорошей светоотдачей и более высоким КПД (в сравнении с лампами накаливания), разнообразием оттенков света, длительным сроком службы (2000-20000 часов). Основными недостатками являются химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г), неравномерный, неприятный для глаз свет, иногда вызывающий искажения цвета освещенных предметов, наличие дополнительного приспособления для пуска лампы – громоздкого дросселя с ненадёжным стартером. Галогеновые лампы – это лампы накаливания, в колбы которых закачаны пары галогенов (брома или йода), позволяющие повысить температуру спирали и срок службы лампы до 2000-4000 часов. Данные лампы позволяют лучше управлять световым пучком и направлять eгo c большей точностью, компактны. Однако, сильно греются и перегорают при прикосновении пальцами. В светодиодных лампах (LED, Light Emitting Diode) в качестве источника света используются светодиоды. Имеют самый большой срок службы среди всех ламп (от 10000 до 100000 часов), низкое энергопотребление, устойчивы к вибрации и механическим ударам, безотказны при температурах от -60 до +60ºС. Главный недостаток – высокая цена. Металлогалогенные лампы (МГЛ / HMI) являются одним из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. От других ГРЛ отличаются тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути, в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки, представляющие собой галогениды некоторых металлов. Светоотдача у этих ламп в 10 раз больше, чем у ламп накаливания, они компактны, надежны при низких температурах и различных условиях эксплуатации. Однако, время разгорания 30-50 секунд, после отключения не включаются, пока не остынут, имеют высокую стоимость. Дуговые ртутно-люминесцентные лампы (ДРЛ) имеют высокую световую отдачу (до 60 лм/Вт) и относятся к ртутным разрядным лампам высокого давления с исправленной цветностью. ДРЛ состоит из кварцевой трубки, находящейся в стеклянной колбе, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. К недостаткам этих ламп следует отнести преобладание в спектре лучей сине-зеленой части, ведущее к плохой цветопередаче, необходимость включения через балластный дроссель, длительность разгорания при включении (около 7 минут) и долгое начало повторного зажигания (около 10 минут), высокую пульсацию светового потока, уменьшение светового потока к концу службы. Энергосберегающие лампы работают по тому же принципу, что и обычные люминесцентные лампы, имеют компактные размеры. Экономичны, имеют долгий срок службы, низкую теплоотдачу, большую светоотдачу. Но имеют высокую цену и требуют утилизации т.к. экологически вредные. Газоразрядная лампа – это источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Свечение в лампе создается от электрического разряда в газе, парах металла или в смеси пара и газа. Достоинствами являются высокий КПД, длительный срок службы по сравнению с лампами накаливания. К недостаткам относятся высокая стоимость, необходимость пускорегулирующей аппаратуры, долгий выход на рабочий режим, наличие токсичных компонентов и как следствие необходимость в инфраструктуре по сбору и утилизации, невозможность изготовления ламп на любое напряжение, наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты, прерывистый спектр излучения. 4. Как нормируется искусственное освещение? Основным нормируемым параметром искусственного освещения является минимальная освещенность рабочей поверхности. Значение устанавливается в зависимости от характера зрительной работы и регламентируется СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278- 03. 2.2.1/2.1.1. «Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных пунктов. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий». 5. Как нормируется естественное освещение? СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение» Основные мероприятия по улучшению параметров световой среды в помещениях заключаются в рациональном размещении светильников, правильном выборе их типа и высоты подвеса, корректном выборе типа ламп и их мощности, учете отражения и поглощения света при окраске стен помещения. Для обеспечения соответствия параметров освещения регламентируемым нормам, а также для оценки средней освещенности при проектировании освещения проводятся расчеты с применением точечного метода и метода коэффициента использования светового потока. Сглаживание пульсации достигается применением нескольких рядом работающих ламп со сдвигом фаз питающего напряжения или существенным повышением частоты переменного тока (f>1000 Гц). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||