Освещенность точек поверхности, лк

Министерство образования и науки Российской Федерации
Томский политехнический университет
УТВЕРЖДАЮ
Директор ЭЛТИ
___________ Суржиков А.П.
«____» ____________ 2009 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине
«Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей
Томск 2009 г.
УДК 651.382.3
Исследование искусственного освещения
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу
«Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей.
Томск: Изд. ТПУ, 2009. – 10 с.
Составитель
Рецензент
доц., к.т.н. Ю.Ф. Свиридов
доц., к.т.н. Чулков Н.А.
Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим
семинаром экологии и безопасности жизнедеятельности
Зав. кафедрой ЭБЖ
С.В. Романенко
Цель работы: исследование поверхностного распределения светового
потока источников искусственного света; освоение практических приемов
определения освещенности рабочих мест; определение отражательной
способности поверхностей с различной световой отделкой.
Основные светотехнические понятия
В
лабораторной
работе
необходимо
пользоваться
рядом
светотехнических понятий: световой поток, освещенность, сила света,
яркость и яркостный контраст. Световой поток (F, единица измерения –
люмен, лм) – это мощность световой энергии, излучаемой данным
источником света и оцениваемой по световому ощущению, производимому
на глаз человека.
Освещенность E выражается величиной светового потока, равномерно
распределенного на данной поверхности. Единица измерения – люкс (лк)
равна 1 лм на 1 м2 освещенной поверхности.
Величину освещенности можно записать в виде E 
dF
dS
(1)
где, S - освещаемая поверхность, м2.
Сила (интенсивность) света J определяется отношением величины
светового потока, равномерно распределенного внутри данного телесного
(пространственного) угла к величине последнего. За единицу силы света
принята кандела (кд), соответствующая световому потоку в 1 лм,
излучаемому источником света в данном направлении внутри телесного угла
в 1 стерадиан. Если величина угла равна  , то сила света запишется в виде:
J=
dF
d
(2)
Сила света служит основной характеристикой световой интенсивности
источника, генерирующего свет.
Яркость
–
это
единственная
светотехническая
величина,
непосредственно оказывающая физиологическое воздействие на органы
зрения. Яркость характеризует святящуюся поверхность или источник света
в отношении их способности излучать в данном направлении определенную
силу света.
Единица яркости соответствует силе света в 1 кд, излучаемой в данном
направлении с 1 м2 проекции светящейся поверхности на плоскость,
перпендикулярную к этому направлению.
Если светящаяся поверхность имеет площадь S , м2 и излучает под
углом  свет силой J , то яркость равна:
B
J
 кд 
S  cos   м 2 
(3)
Различные предметы, если их облучать одинаковым потоком световой
энергии, будут различаться по своей яркости. При совместном рассмотрении
таких предметов проявляет себя яркостный контраст. Это имеет место, когда
объект, подлежащий зрительному восприятию (объект различения)
располагается на рабочей поверхности. Различия в яркостях предметов
обусловлены степенью их светлоты, состоянием поверхностей и другими
факторами.
Величина
kя 
В0  Вф
Вф
яркостного
контраста
вычисляется
по
выражению
[4], где В0 , Вф - измеренные отдельно яркости объектов и фона.
В выражении [4] числитель должен быть положительным, поэтому
необходимо брать разность яркостей между ее большим и меньшим
значениями.
Установлены три уровня яркостного контраста: большой – при k я  0.5 ;
средний – при 0.2  k я  0.5 ; малый – при k я  0.2 .
Повышение величины k я , при прочих равных условиях, облегчает
зрительную работу.
Блескость
–
характеристика
зрительных
условий
работы,
определяющая возможность резкого воздействия на органы зрения и
нарушения их функций (ослепление). Возникает при наличии в поле зрения
чрезмерных яркостей, источниками которых служат сильно светящиеся тела:
осветительные устройства (прямая блескость); поверхности и предметы с
высокими отражающими свойствами (отраженная блескость). В работе
блескость должна исключаться. Ее проявление оценивается по
субъективному восприятию освещения. Равномерность освещения и
отсутствие резких теней на рабочем месте влияют на адаптационную
нагрузку органов зрения, и при их неудовлетворительном состоянии
максируют реальную обстановку на рабочем месте, искажают правильное
восприятия объекта различения (искажения размера, формы).
Равномерность освещения находится по выражению   
E мин
,
Е макс
(5)
где, E м ин , Е макс - освещенность в точках рабочей поверхности, в которых она
имеет минимальное и максимальное значение. Величины измеряются по
осям x , y на рабочей поверхности, в точке расположения объекта
расположения.
E м ин - определяется по СНиП 23-05-95 (приложение №1) исходя из
точности зрительной работы, контрастности фона и яркости объекта.
Насыщенность светом рабочей поверхности оценивается средним
уровнем освещенности Eср . Эта величина определяется как среднее
арифметическое нескольких измерений, проведенных по координатным осям
x , y в пределах площадки рабочего места.
Зная Eср и суммарную мощность осветительных ламп  Pn ,
используемых в работе, находят удельную мощность расхода электроэнергии
на освещение
p 
E ср
P
(6)
n
Удельная мощность может использоваться на стадии проектирования
систем искусственного освещения.
Методика измерения
Для измерения освещенности в работе применяется люксметр Ю-16
или Ю-116.
Люксметр Ю-16 состоит из светоприемника – селенового элемента и
зеркального миллиамперметра со шкалой, проградуированной в люксах.
Шкала имеет три диапазона измерений – 25, 100 и 500 лк. Кроме того,
имеется съемный светофильтр, расширяющий диапазон измерений в 100 раз.
При пользовании светофильтром показания люксметра, получение на любом
из диапазонов, необходимо умножить на 100.
Объективный люксметр Ю-116 состоит из светоприемника –
селенового элемента и зеркального миллиамперметра с двумя шкалами (300,
1000), проградуированными в люксах. Кроме того имеется один из съемных
светофильтров (М, Р, Т) и концентрирующая насадка К. Измерение по шкале
прибора необходимо увязывать с пределами измерения установленного
светофильтра.
Таблица поправочных коэффициентов для оценки освещенности,
создаваемой различными источниками света.
№
1
2
3
4
5
6
Тип ламп, используемых в
производственных
помещениях
Лампа накаливания
Люминесцентная типа ЛД
Люминесцентная типа ЛБ
Люминесцентная типа ЛДЦ
Ртутно-дуговая типа ДРЛ
Естественный свет
Поправочный
коэффициент
1
0,88
1,15
0,95
1,2
0,8
Фотоэлемент нельзя подвергать сильным световым воздействиям, это
вызывает его быстрое старение. При хранении и в начале замера
освещенности он должен быть закрыт фильтром. Приборы следует оберегать
от толчков и тряски. Его нельзя устанавливать вблизи токоведущих
проводов, создающих сильные магнитные поля. Поверхность фотоэлементов
необходимо оберегать от прикосновений и загрязнения. Точность измерения
люксметром без фильтра ± 10%, с фильтром Прибор рассчитан на работу
при температуре воздуха + 10 ÷ +35 С° и относительной влажности до 80 %.
Измерение освещенности производится следующим образом.
Миллиамперметр
устанавливают
горизонтально.
Затем,
соблюдая
полярность, подключают провод фотоэлемента к клеммам миллиамперметра.
При этом на фотоэлементе должен находиться фильтр, а переключатель
диапазона измерений установлен на диапазон 500 лк. Фотоэлемент
располагается на поверхности, где нужно замерить освещенность и по шкале
прибора определяют ее величину, вводя поправку по таблице.
Показания со шкалы прибора можно считывать, когда стрелка
находится между цифрами 5 и 20 по верхней шкале (в начале и конце шкалы
погрешности прибора максимальны). Если при установке переключателя на
диапазон 500 стрелка не достигает цифры 5, то необходимо перевести его на
диапазон 100, а затем, при необходимости и на диапазон 25. Если и в
последнем случае стрелка не достигла цифры 5, то следует вернуться на
диапазон 500 и тогда только снять с фотоэлемента фильтр. В таком же
порядке следует работать с фотоэлементами без фильтра.
Экспериментальная часть
I. Исследование распределения светового потока на горизонтальной
поверхности
Исследование производится с применением светильников с лампами
накаливания.
1. Повесить светильник прямого света на высоте 40 см над нулевой точкой
координатной сетки, нанесенной на рабочей поверхности стола и включить
его.
2. В различных точках координатной сетки, расположенных по оси абсцисс, в
интервале от 0 до 50 см (точки отсчитываются через 10 см)
устанавливается фотоэлемент люксметра и измеряется величина
освещенности. Полученные данные вносятся в таблицу 1.
3. Проводятся измерения, аналогичные указанным в п. 2 для светильников
преимущественно прямого и рассеянного света. Результаты заносятся в
таблицу 1.
4. По данным таб. 1 строятся графические зависимости освещенности
E  f (d ) для исследуемых типов светильников.
5. Пользуясь кривыми распределениями освещенности, точечным методом,
решается задача: на каком расстоянии по горизонтали надо разместить на
заданной высоте два однотипных светильника, чтобы создаваемая ими
суммарная освещенность в точках оси абсцисс между проекциями
светильников равнялась максимальной освещенности, получаемой от
одного из этих светильников.
6. По полученным результатам делаются выводы о преимуществах и
недостатках светильников различного типа по КПД и равномерности
освещения рабочей поверхности.
II. Определение наивыгоднейшей высоты подвеса светильника
над рабочей поверхностью
1. Светильник прямого света с лампой накаливания подвешивается на высоте
Н  80 см.
2. Определяется освещенность на столе под центром подвеса – Eб (базовая).
3. Высота подвеса последовательно уменьшается, проходя через значения 70,
60, 50, 40, 30, 20 см. И для каждой высоты находится точка на оси абсцисс,
в которой освещенность равна Eб .
4. По результатам опытов заполняется таблица 2 и строится кривая изолюкс в
координатах H , d ( x, y ) для данной величины Eб .
5. На основании таб. 2 и кривой равной освещенности (изолюксы) делается
вывод о наивыгоднейшей высоте подвеса светильника над рабочей
поверхностью.
III. Cравнение экономической эффективности люминесцентной
лампы и лампы накаливания
1. Светильник прямого света с лампой накаливания подвешивается на
высоте Н  50 см и определяется освещенность на столе под центром
подвеса E1 .
2. На той же высоте на кронштейнах подвешивается светильник прямого
света с люминесцентной лампой и определяется освещенность E2 .
3. По полученным данным делается вывод об экономической
эффективности люминесцентных ламп.
Kэ 
Е2
 100% ,
Е1
где Е1 - освещенность от лампы накаливания;
E2 - освещенность от люминесцентной лампы.
Примечание: использованный метод дает ориентировочные значения в
связи с тем, что светильник с лампой накаливания является точечным, а
светильник с люминесцентной лампой – линейный.
IV. Исследование зависимости величины отраженного
светового потока от цвета отражающей поверхности
1. Светильник рассеянного света с лампой накаливания подвешивается на
высоте H  40 см. Фотоэлемент люксметра устанавливается в оправке
кронштейна так, чтобы светоприемная сторона была обращена вниз.
2. На рабочем столе под фотоэлементом располагается зеркальная
поверхность. Производится замер освещенности светом используемого
источника, отраженным от зеркала.
3. Опыт по пункту 2 повторяется с применением поверхностей отделанных
различным цветом. Полученные данные заносятся в таблицу 3. По этим
данным определяется коэффициент отражения поверхностей с разным
цветом - 

E образца
Е зеркал а
 100%
По значению коэффициента отражения определить фон исследуемой
поверхности Значения коэффициентов и фона заносятся в ту же таблицу.
V. Определение освещенности на рабочих местах учебной лаборатории
1. Делается схематичный план учебной лаборатории, и на нем отмечаются
рабочие места студентов при выполнении лабораторных работ. Производится
замер освещенности на отмеченных рабочих местах, и данные замеров
отмечаются в плане лаборатории.
Таблица 1
Вид
светильника
Прямого света
Освещенность точек поверхности, лк
Расстояние, см
0
10
20
30
40
50
Преимущественно прямого света
Рассеянного света
Таблица 2
Высота подвеса, см (d)
Расстояние по горизонтали, см
80
70
60
50
40
30
20
Таблица 3
Отражающая поверхность
Цвета отражающей поверхности
зеркало
Освещенность, лк
Коэффициент отражения, %
фон
Применяемые приборы и оборудование:
1. Люксметр объективный Ю-16 или Ю-116.
2. Светильник прямого света с лампой накаливания, 40 Вт.
3. Светильник преимущественно – прямого света с лампой накаливания,
40 Вт.
4. Светильник рассеянного света с лампой накаливания, 40 Вт.
5. Светильник прямого света с люминесцентной лампой, 40 Вт.
6. Набор пластин с различным цветовым покрытием.
Приложение 1
Нормирование значения освещенности на рабочих местах
производственных помещений при искусственном освещении,
согласно СНиП 23-05-95
Характерис- Наименьший Подразряд
тика зритеразмер
зрительльной рабообъекта
ной работы
ты
1
2
4
а
б
наивысшая менее 0,15
точность
(1 разряд
зрительной
работы)
в
г
а
очень
высокая
точность
(2 разряд
зрительной
работы)
б
0,15-0,3
в
г
а
высокая
точность
(3 разряд
зрительной
работы)
б
0,3-0,5
в
г
Контраст
объекта
различения
с фоном
5
Характеристика фона
малый
малый
средний
малый
средний
большой
средний
большой
большой
темный
средний
темный
светлый
средний
темный
светлый
светлый
средний
5000
4000
4000
2500
2500
2500
1500
1500
1500
1500
1250
1250
750
750
750
400
400
400
малый
малый
средний
малый
средний
большой
средний
большой
большой
темный
средний
темный
светлый
светлый
темный
светлый
светлый
средний
4000
3000
3000
2000
2000
2000
1000
1000
1000
1250
750
750
500
500
500
300
300
300
малый
малый
средний
малый
средний
большой
средний
большой
большой
темный
средний
темный
светлый
светлый
темный
светлый
светлый
средний
2000
1000
1000
750
750
750
400
400
400
500
500
300
300
300
300
200
200
200
6
Освещенность, лк,
КомбинироОбщее
ванное освеосвещение
щение
7
8
Окончание Приложения 1
Характерис Наименьший Подразряд
тика
размер
зрительно
зрительной
объекта
й работы
работы
1
2
4
а
средняя
точность
(4 разряд
зрительной
работы)
б
0,5-1,0
в
г
а
малая
точность
(5 разряд
зрительной
работы)
б
1,0-5,0
в
г
Контраст
объекта
различения с
фоном
5
Освещенность, лк,
Комбинированно Общее
Характеристи
е освещение
освещение
ка фона
6
7
8
малый
малый
средний
малый
средний
большой
средний
большой
большой
темный
средний
темный
светлый
светлый
темный
светлый
светлый
средний
750
500
500
400
400
400
300
300
300
300
200
200
200
200
200
150
150
150
малый
малый
средний
малый
средний
большой
средний
большой
большой
темный
средний
темный
светлый
средний
темный
светлый
светлый
средний
300
200
200
200
150
150
150
150
150
100
100
100
Исследование искусственного освещения
Методические указания
Составители: Юрий Федорович Свиридов
Научный редактор Н. А. Чулков