Лекция Свет. Производственное освещение
 Скачать 30.26 Kb.
|
|
Производственное освещение Наиболее важной областью оптического спектра электромагнитных излучений является видимый свет, представляющий собой излучения с длинами волн от 0,38 до 0,78 мкм. Видимый свет воспринимается с помощью глаз, дающих около 90% информации об окружающей среде. Зрительное восприятие влияет на тонус центральной нервной системы, на обмен веществ в организме, его иммунные и аллергические реакции, на работоспособность и самочувствие человека. Только за счет улучшения освещения может быть достигнуто повышение производительности труда на 5 и более % . Недостаточное освещение рабочего места затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление и способствует развитию близорукости. Слишком низкие уровни освещения вызывают апатию и сонливость, способствуют развитию чувства тревоги. Длительное пребывание в условиях недостаточного освещения сопровождается снижением интенсивности обмена веществ [1]. Излишне яркий свет слепит, снижает зрительные функции, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, нарушает механизм сумеречного зрения. Воздействие чрезмерной яркости вызывает фотоожоги глаз, кератиты, катаракты. Основными величинами, характеризующими свет, являются: световой поток, сила света, освещенность и яркость. Световой поток- это мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению человеческого глаза. За единицу светового потока принят люмен /лм/ равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм2 при температуре затвердевания платины 2042оК. Сила света - это пространственная плотность светового потока. Она равна отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излечение. I = F/W или для точки I = dF/dW где: dF- световой поток, лм; dW- телесный угол, стер /стерадиан/ ; I - сила света, кд. За единицу силы света принята кандела /кд/. Одна кандела - это сила света, испускаемая с поверхности 1/600000 м2 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины и давлении 101325 Па.Телесный угол - это часть пространства ограниченная некоторой конической поверхностью. Если поместить точечный источник света в центр полого шара, радиус которого значительно превышает размеры светящегося тела, то весь излучаемый световой поток будет распределен на внутренней поверхности шара. В этом случае значение телесного угла равно отношению площади вырезаемой им части сферы с центром в вершине телесного угла к квадрату радиуса этой сферы. W = S/R2 где: S- площадь поверхности сферы вырезаемой телесным углом; R- радиус шара; W- телесный угол. Для шара S = 4 π R2, т.е. в пределе телесный угол сферы равен 4 π стер. Освещенность - это плотность светового потока на освещаемой поверхности. E = F/S или для точки E = dF/dS где: E- освещенность, лк /люкс/; dF- световой поток, лм; dS- площадь, м2. В случае шара S = WR2, тогда E = F/ (WR2) = I/ R2 Яркость светящейся поверхности - это световое ощущение, создаваемое самосветящимся или освещаемым предметом в глазу наблюдателя. Она зависит от силы света, испускаемого предметом в направлении глаза и величины проекции светящейся поверхности на плоскость перпендикулярную этому направлению. L = Iα/( Scosα) где: L- яркость, кд/м2; Iα- сила света испускаемая предметом в направлении глаза, кд; α- угол между нормалью к поверхности светящегося тела и направлением к глазу наблюдателя, град.; S- площадь поверхности, м2. При α=0 cosα=1 тогда формула приобретает вид L = Iα/S При расчетах освещенности производственных помещений важное значение имеет коэффициент отражения, который расcчитывается по формуле: P = Fотр х 100% / Fпад где: P – коэффициент отражения, %; Fотр , Fпад - соответственно отраженный и падающий световой поток, лм. Коэффициент отражения предопределяет фон. Фон - это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым - при коэффициенте отражения поверхности более 0,4; средним - от 0,2 до 0,4; темным - менее 0,2 [2]. При выполнении работ важное значение имеет контраст объекта с фоном К, который определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона: К = | Lоб -Lф| / Lф, где К - контраст объекта с фоном; Lоб - яркость объекта; Lф- яркость фона. Контраст объекта различения с фоном считается: -большим – при К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости); -средним – при К от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости); -малым – при К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости) [2]. Существует также пороговый контраст – это наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым. Естественное освещение Нормами предусмотрено два вида освещения – естественное и искусственное. Преимущества естественного освещения: 1. Более благоприятный спектральный состав; 2. Недостатки естественного освещения: 1. Непостоянство во времени и пространстве; 2. Зависимость от погодных условий; 3. Возможность ослепления при ярком солнечном свете; 4. Тенеобразование. Искусственное освещение помогает избежать недостатков естественного освещения и обеспечивает оптимальный световой режим. Гигиена труда требует максимального использования естественного освещения, так как солнечный свет оказывает на организм оздоровляющее действие. Оно не используется только там, где это противопоказано технологическими условиями производства, где хранятся светочувствительные химикаты, материалы, изделия. По типу источников света производственное освещение бывает: естественное, искусственное и совмещенное. Естественное освещение может быть боковым – через световые наружные проемы в наружных стенах, верхним – через световые фонари и застекленные проемы в перекрытиях и комбинированным. Боковое освещение бывает одно- и двухстороннее. Нормирование освещения При нормировании освещенности принимается во внимание характеристика зрительной работы, которая подразделяется на 8 разрядов: 1- наивысшей точности с размером объекта различения до 0,15 мм; 2- очень высокой точности с объектом различения 0,15-0,3 мм; 3- высокой точности с объектом различения 0,3-0,5 мм; 4- средней точности с объектом различения 0,5-1 мм; 5- малой точности с объектом различения 1-5 мм; 6- очень малой точности /грубая/ с объектом различения более 5 мм; 7- работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах с объектом различения более 0,5 мм; 8- общее наблюдение за ходом производственного процесса. При проектировании искусственного освещения для разрядов с 1 по 5 учитываются подразряды а, б, в, г, характеризующие контраст объекта с фоном. За короткое время уровень естественного освещения рабочего места может сильно измениться, поэтому уровень естественного освещения нормируется коэффициентом естественной освещенности (КЕО). КЕО показывает, какую часть наружной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода на горизонтальной плоскости, составляет освещенность в данной точки внутри помещения. Она находится из соотношения: е = Ев/Ен Где: е – КЕО Ен – наружная освещенность, лк Ев – освещенность внутри помещения, лк Величина КЕО нормируется в зависимости от разряда выполняемых зрительных работ согласно Свода Правил СП52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение» Актуализированная редакция СНиП 23-05-95. Кроме того, в зависимости от характера и точности работы нормируется величина средней освещенности. Она задается для наиболее темного участка рабочей поверхности, нормируется также согласно СП52.13330.2016. Искусственное освещение Искусственное освещение применяется в помещениях, когда естественный свет недостаточен или отсутствует. Оно подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное. Искусственное освещение помещений может быть двух систем – общее (равномерное и локализованное) и комбинированное. При комбинированном освещении к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток на рабочем месте. Общее равномерное искусственное освещение помещений – освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения и создают равномерное распределение освещенности на рабочих местах. Общее локализованное искусственное освещение помещений – освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения непосредственно над оборудованием [2]. Общее освещение может быть рабочим и аварийным. Рабочее освещение является обязательным во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения. Оно имеет независимый источник питания. Искусственное освещение производственных помещений осуществляется с помощью осветительных приборов – светильников. Они состоят из ламп и осветительной арматуры, с помощью которой световой поток перераспределяется в нужном направлении, уменьшается слепящее действие ламп. Арматура защищает лампы от механических повреждений, и нагретые ее части изолирует от огнеопасной волокнистой пыли. Источники искусственного освещения Для освещения производственных помещений используются люминесцентные и ртутные лампы, светодиоды. В случае ртутных ламп летучий металл /ртуть/ возбуждается электронами, которые ускоряются в пространстве между двумя электродами. Столкновения возбужденных газообразных атомов металла вызывает люминесценцию, которая дает видимый свет. Люминесцентные лампы являются электрическими газоразрядными источниками, подобными ртутным лампам. Их основное различие заключается в том, что внутреннюю часть стеклянной оболочки покрывает люминесцирующий материал, называемый люминофором. При испарении атомы ртути излучают энергию. Около 50% излучения приходится на ультрафиолет, который возбуждает люминофор, покрывающий внутреннюю часть оболочки трубки. С помощью люминофоров невидимое ультрафиолетовое излучение преобразуется в излучение в видимом диапазоне. Люминесцентные лампы имеют ряд преимуществ. Они дают возможность получить спектральный состав света, близкий к дневному, имеют высокую светоотдачу - до 100 лм/Вт и большой срок службы - от 8000 до 14000 ч. К недостаткам люминесцентных ламп относятся: Пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект. Стробоскопический эффект - это искажение зрительного восприятия объектов различения - вместо одного предмета видны изображения нескольких. В результате искажается направление и скорость движения. Дорогостоящая и относительно сложная схема включения, требующая регулирующих пусковых устройств. Чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды, выражающаяся в уменьшении светового потока. Излучают ультрофиолетовые лучи, которые частично поглощаются люминофором. УФ-излучение отрицательно влияет на здоровье людей, ухудшают зрение. Люминесцентные лампы стареют. К концу срока эксплуатации их яркость сокращается в 2 раза. Это происходит из-за разрушения люминофора. В результате увеличивается УФ-излучение, снижается их КПД. После окончания работы возникают высокотоксичные отходы, появляются проблемы их переработки и захоронения. В них используется значительное количество ртути. В качестве люминофора находят применение высокотоксичные соединения мышьяка, стронция, кадмия. Светодиоды (СД) – полупроводниковый прибор с p – n переходом, испускающий некогерентное видимое излучение при пропускании через него электрического тока [3]. Принцип работы светодиодных ламп: преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разными типами проводимости. Материал с n-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с р-проводимостью – дырками. В результате появляются два слоя полупроводникового кристалла легированные разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую донорными. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности. В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к р-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне р-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона. В большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Поэтому стали использовать люминофоры: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы. Как результат, применение высокотоксичных соединений мышьяка и фосфора, которые поглощают ультрофиолетовые излучения и выделяют видимый свет. Все соединения мышьяка чрезвычайно ядовиты. Они используются в качестве добавок к сплавам и полупроводниковым материалам. Мышьяк особой чистоты используется для синтеза важнейших полупроводниковых материалов [4]. Достоинства светодиодных ламп: они имеют cветоотдачу до 160 Лм/Вт и срок службы до 100 000 часов. В светодиодах может быть достигнут диапазон света от ультрафиолетового (GaN) до инфракрасного (PbN). Недостатки светодиодных ламп: Деградация кристалла, в результате чего он постоянно теряет яркость. Нейтральный и холодный белый свет подавляет производство гормона мелатонина, который отвечает за регуляцию сна. Применение понижающего преобразователя с функцией стабилизации тока, что ведет к удорожанию изделия. Высокий коэффициент пульсации. Плохие цветовые характеристики Особенно вредны дешевые светодиодные лампы китайского производства. Используются соединения мышьяка особой чистоты. Вопросы по лекции Свет и его влияние на организм человека. Световой поток, сила света, телесный угол, формулы для расчета. Освещенность и яркость, формулы для расчета. Фон и контраст, их классификация. Коэффициент отражения. Естественное освещение и его классификация. Производственное освещение. Искусственное освещение и его классификация. Осветительные приборы производственных помещений, их состав. Нормирование производственного освещения. Люминесцентные и ртутные лампы, их устройство, достоинства и недостатки. Светодиоды, их строение, принцип работы, достоинства и недостатки. |