|
Содержание работы или список заданий
|
1. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ОСВЕЩЕННОСТЬ РАБОЧИХ МЕСТ ВЫСОТЫ ПОДВЕСКИ СВЕТИЛЬНИКОВ И НАПРЯЖЕНИЯ В ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ. ВВЕДЕНИЕ
Цель работы - исследование зависимости освещенности от высоты подвески светильников и от напряжения в осветительной сети.
2. ТЕОРИЯ
Освещение состоит из следующих этапов - получения, распределения и использования световой энергии для обеспечения безопасных и благоприятных условий видения предметов и объектов.
Освещение влияет на обмен веществ, на иммунные и аллергические реакции, на настроение, работоспособность и общее самочувствие человека. Недостаточное освещение затрудняет длительную работу, вызывает повышенную утомляемость, увеличивает опасность травм и способствует развитию близорукости. Излишне яркий свет слепит, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, может вызвать фотоожоги глаз и кожи, катаракты и др. нарушения.
В зависимости от источника света освещение может быть трёх видов: естественное, искусственное и совмещённое.
По принципу организации искусственное освещение можно разделить на два вида: общее (равномерное и локализованное) и комбинированное (общее и местное).
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное и охранное. Рабочее освещение должно предусматриваться для всех помещений производственных зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.
Структурная схема типов освещения в зависимости от источника света и функционального назначения приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Классификация типов освещения
Для гигиенической оценки освещения используются светотехнические характеристики, принятые в физике.
Видимое излучение - участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм, регистрируемых человеческим глазом.
Световой поток ( ) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению (рис. 2.2). За единицу светового потока принят люмен (лм).
Рис. 2.2. Световой поток
Сила света ( ) - пространственная плотность светового потока. Это световой поток на малую поверхность, перпендикулярную к направлению его распространения, деленный на телесный угол с вершиной в точке источника, опирающегося на эту поверхность (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Сила света
, (2.1)
где - световой поток (лм), равномерно распределяющийся в пределах телесного угла .
Единица измерения силы света - кандела (кд), равная световому потоку в 1 лм (люмен), распространяющемуся внутри телесного угла в 1 стерадиан.
Освещенность ( ) - поверхностная плотность светового потока, люкс (лк). На практике среднюю освещенность заданной поверхности рассчитывают отношением светового потока, падающего на эту поверхность, к площади освещенной поверхности (формула 2.2).
, (2.2)
где - площадь поверхности (м2), на которую падает световой поток (лм).
Для преобразования электрической энергии в видимое электромагнитное излучение применяют различные лампы. При выборе источника света учитывают номинальное напряжение (В), мощность лампы (Вт), максимальную силу света (кд), световую отдачу (лм/Вт), спектральный состав.
В лампах накаливания (ЛН) видимое излучение получается за счет нагрева электрическим током вольфрамовой нити. Эти лампы удобны в эксплуатации, легко монтируются, дешевы, работают в широком диапазоне температур окружающей среды. По конструкции лампы накаливания бывают вакуумные, газонаполненные, галогенные.
Общим недостатком ламп накаливания является сравнительно небольшой срок службы (менее 2000 часов), малая световая отдача (отношение создаваемого лампой светового потока к потребляемой электрической мощности) (8 - 20 лм/Вт), непрерывный спектр излучения с повышенной (по сравнению с естественным светом) интенсивностью в желто-красной области спектра. В промышленности они находят применение для организации местного освещения.
Наибольшее применение в промышленности находят газоразрядные лампы низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления, называемые люминесцентными (ЛЛ), содержат стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, наполненную дозированным количеством ртути (30-80 мг) и смесью инертных газов под давлением около 400 Па. На противоположных концах внутри трубки размещаются электроды, между которыми, при включении лампы в сеть, возникает газовый разряд, сопровождающийся излучением преимущественно в ультрафиолетовой области спектра. Это излучение, в свою очередь, преобразуется люминофором в видимое световое излучение.
Люминесцентные лампы характеризуются высокой световой отдачей (до 105 лм/Вт), длительным сроком службы (свыше 10000 ч), низкой температурой частей лампы (около 40°С), малой по сравнению с лампами накаливания чувствительностью к колебаниям напряжения, малой яркостью (5000-8000 кд/м2), ограниченной единичной мощностью ламп (15-80 Вт), пульсацией светового потока ламп. Люминесцентные лампы имеют большие габариты, чувствительны к низкой температуре. В зависимости от состава люминофора люминесцентные лампы обладают различной цветностью.
Люминесцентные лампы требуют особого обращения, т.к. при их разрушении выделяются пары ртути.
К газоразрядным лампам высокого давления (0,03 - 0,08 МПа) относят дуговые ртутные лампы (ДРЛ), дуговые металлогалогенные (ДРИ), натриевые лампы высокого давления (НЛВД). В спектре излучения этих ламп преобладают составляющие зелено-голубой области спектра, применяться они могут при любой температуре.
Дуговые ртутные лампы используются в основном для местного и общего освещения высоких промышленных помещений и зданий, а также для уличного освещения.
Лампы устанавливаются в светильники, образуя с ними осветительную установку. Светильником называется осветительный прибор, перераспределяющий световой поток и защищающий лампы от воздействия окружающей среды.
Светильники обычно выполняют функции защиты источников света от механических и климатических воздействий, перераспределения светового потока, защиты глаз от прямого света источника большой яркости.
В зависимости от характера перераспределения светового потока светильники бывают прямого света и (большая часть светового потока направлена в нижнюю полусферу), рассеянного света (световой поток в верхнюю и нижнюю полусферы примерно одинаков) и отраженного света (большая часть светового потока направлена в верхнюю полусферу, а на рабочую поверхность попадает только свет, отраженный от потолка) (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Перераспределение светового потока
В зависимости от уровня защиты источника света от механических повреждений и климатических воздействий светильники бывают открытого, защищенного, пыленепроницаемого, влагозащищенного, взрывозащищенного и взрывобезопасного исполнений.
Применяемые в настоящее время приборы для измерения освещенности – люксметры – имеют фотоэлементы со спектральной чувствительностью, совмещенной со спектром ламп накаливания, поэтому при измерениях освещенности ламп накаливания осуществляется прямой отсчет по шкале прибора. При измерениях естественной освещенности вводится поправочный множитель ; для ламп ДРЛ – 1,09; люминесцентных ламп белого света ЛБ, ЛХБ – 1,17, дневного света ЛД, ЛДЦ – 0.99, натриевых ламп ДНаТ – 1,23.
Освещенность, создаваемая электрическими лампами, в большой степени зависит от величины питающего напряжения (В). Часто дефицит освещенности обусловлен не малой мощностью и количеством источников света, а низким, в момент измерений, напряжением в питающей сети. Поэтому при измерении освещенности необходимо параллельно измерять напряжение и производить пересчет освещенности на номинальное значение – 220 В с учетом коэффициента .
Таблица 2.1
Значения коэффициента влияния напряжения на освещенность
Источник света
Лампы накаливания 4
Люминесцентные лампы при использовании балластного сопротивления:
индуктивного 3
емкостного 1
Лампы ДРЛ, ДРИ, ДНаТ 3
Фактическая освещенность ( , лк) определяется по формуле:
,
где – измеренная освещенность по показанию прибора;
– коэффициент, учитывающий спектр излучения источников света;
– коэффициент, учитывающий значение напряжения в сети.
Важнейшим световым показателем ламп, характеризующим их экономичность, является световая отдача ( , лм/Вт) – отношение светового потока лампы к потребляемой ею мощности. При равенстве других показателей световая отдача является решающим фактором при выборе лампы. Световая отдача используемой лампы определяется по формуле:
,
где – освещенность, создаваемая данной лампой, лк;
– высота подвеса лампы над поверхностью, м;
– мощность лампы, Вт.
3. ОБОРУДОВАНИЕ
3.1. Активные клавиши
Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:
W, S, A, D – для перемещения в пространстве;
F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);
Ctrl – присесть;
Z – визуальное приближение.
F10 – выход из программы.
Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры
Рис. 3.3. Функции манипулятора
Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).
Средняя клавиша манипулятора (СКМ) – взять (применить) объект (в режиме манипуляции). Также данная клавиша позволяет проводить ускоренную работу с некоторыми объектами (например, ускоренное закручивание (откручивание) рукоятки тормозного устройства).
Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).
Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.
3.2. Оборудование в лабораторной работе
Лабораторная работа выполняется в аудитории на лабораторном стенде «Осветительная стойка» (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема внешнего вида осветительной установки.
1 - опорная площадка стойки; 2 - стойки с измерительной линейкой; 3 - площадка
для размещения датчика ПЛ; 4 - передвижная втулка-держатель с тормозной собачкой;
5 - панель управления; 6 – светильники с лампой накаливания (200 Вт)
и люминесцентной лампой (20 Вт); 7 - выключатель установки; 8 – регулятор
напряжения; 9 - вольтметр
Измерение освещенности осуществляется люксметром-пульсметром с измерительным датчиком.
«Люксметр-пульсаметр» (далее – ЛП) находится на преподавательском столе. Прибор представляет собой корпус и датчик, соединенный с корпусом проводом. ЛП фиксирует освещенность (возможно переключение на диапазоны ×1, ×10, ×100) и коэффициент пульсации (значения в пределах от 0 до 100, %), режимы меняются с помощью переключателя.
Если прибор взять прибора в руки, в правом верхнем меню экрана появится его двухмерное изображение.
Рис. 3.4. Люксметр-пульсаметр
Рис. 3.5. Лабораторный стенд «Осветительная стойка»
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
4.1. Исследование зависимости освещенности от высоты подвески светильника
1. Включите лабораторную установку регулятором напряжения на панели управления 5 (рис. 3.3).
2. Включите ЛП в режим измерения освещенности, начиная с позиции ×1.
3. Разместите ЛП по центру площадки (рис. 3.3 - 3).
4. Площадку (3) при помощи передвижной втулки установите на отметке 0 см.
5. Регулятором напряжения (8) установите напряжение по заданию преподавателя (в диапазоне от 50 до 260 В).
6. Включите лампу накаливания выключателем на панели управления.
7. Произведите снятие значения освещенности (если на дисплее прибора высветилось значение «Е» – необходимо перевести переключатели режимов в положение ×10 или ×100). Результат измерения освещенности занесите в таблицу 5.1.
8. Опуская площадку (3) с ЛП, измерьте освещенность при расположении датчика на высотах от 10 до 170 см.
9. Произведите аналогичные измерения при включении люминесцентной лампы.
10. Рассчитайте фактическую освещенность ( , лк) по формуле:
,
где – измеренная освещенность по показанию прибора;
– коэффициент, учитывающий спектр излучения источников света;
– коэффициент, учитывающий значение напряжения в сети.
11. Рассчитайте световую отдачу используемых ламп по формуле:
,
где – освещенность, создаваемая данной лампой, лк;
– высота подвеса лампы над поверхностью, м;
– мощность лампы, Вт.
12. Результаты расчетов занесите в таблицу 5.1.
13. Постройте график зависимости освещенности от высоты подвески светильника.
14. Сделайте выводы.
4.2. Исследование зависимости освещенности от напряжения в сети
1. Включите лабораторную установку регулятором напряжения на панели управления 5 (рис. 3.3).
2. Включите ЛП в режим измерения освещенности, начиная с позиции ×1.
3. Разместите ЛП по центру площадки (3).
4. Площадку (3) при помощи передвижной втулки установите на отметке, заданной преподавателем (в диапазоне от 0 до 170 см).
5. Регулятором напряжения (8) установите напряжение 260 В.
6. Включите лампу накаливания выключателем (5).
7. Произведите снятие значения освещенности (если на дисплее прибора высветилось значение «Е» – необходимо перевести переключатели режимов в положение ×10 или ×100). Результат измерения освещенности занесите в таблицу 5.2.
8. Уменьшая напряжение с интервалом 10 В (260 В, 250 В, 240 В…) поворотом регулятора (8) против часовой стрелки произведите измерение освещенности при различных напряжениях.
9. Произведите аналогичные измерения при включении люминесцентной лампы.
10. Рассчитайте фактическую освещенность ( , лк) по формуле:
,
где – измеренная освещенность по показанию прибора;
– коэффициент, учитывающий спектр излучения источников света;
– коэффициент, учитывающий значение напряжения в сети.
11. Рассчитайте световую отдачу используемых ламп по формуле:
,
где – освещенность, создаваемая данной лампой, лк;
– высота подвеса лампы над поверхностью, м;
– мощность лампы, Вт.
12. Постройте график зависимости замеренной освещенности от напряжения в сети.
13. Результаты расчетов занесите в таблицу 5.2.
14. Сделайте выводы.
5. ОТЧЕТ
Название работы: ______________________________________________
Цель работы: __________________________________________________
1. Заполненные таблицы
Таблица 5.1
Результаты определения освещенности и светоотдачи в зависимости от высоты подвеса светильника при напряжении U = ____ В.
Высота подвеса светильника,
, см Лампа накаливания Люминесцентная лампа
Освещенность Светоотдача, лм/Вт Освещенность Светоотдача, лм/Вт
, лк , лк , лк , лк
Таблица 5.2
Результаты определения освещенности в зависимости от напряжения в сети при расположении светильника на высоте h = _____ см.
Напряжение,
, В Лампа накаливания Люминесцентная лампа
Освещенность Светоотдача, лм/Вт Освещенность Светоотдача, лм/Вт
, лк , лк , лк , лк
2. График зависимости .
3. График зависимости .
4. Выводы:____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________
Работу выполнил: ______________________________________________
Работу принял: ________________________________________________
«___» ____________ 20__г.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое освещение? Для чего оно предназначено?
2. Какие бывают виды освещения по принципу организации, по функциональному назначению?
3. Какие светотехнические характеристики используют для оценки освещения?
4. Какие лампы применяют для освещения? В чем заключаются преимущества и недостатки различных видов ламп?
5. Для чего предназначены светильники, какие они бывают?
6. Каким прибором производится измерение освещенности?
7. В чем заключается лабораторный эксперимент?
8. От каких факторов зависит освещенность?
9. Как производится корректировка замеренных значений освещенности с учетом напряжения?
10. Как определяется световая отдача лампы?
7. ЛИТЕРАТУРА
1. Безопасность жизнедеятельности и промышленная безопасность: учебное пособие / под ред. проф. В.Д. Шантарина. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2001 – 308 с.
2. ГОСТ ИСО 8995-2002. Принципы зрительной эргономики. Освещение рабочих систем внутри помещений / М.:Издательство стандартов, 2003. - 31 с.
3. Проектирование осветительных электроустановок промышленных предприятий. Внутреннее освещение / М.:АО «Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский институт «Тяжпромэлектропроект». 1996. – 40 с.
4. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение / Минстрой России. - М.:ГП "Информрекламиздат", 1995. – 35 с.
5. Эффективность и качество освещения: Методические указания по лабораторным работам по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей и форм обучения // В.Д. Шантарин, В.Н. Валов, Г.В. Старикова. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. – 29 с.
8. АВТОРЫ
Лабораторная работа «Изучение влияния на освещенность рабочих мест высоты подвески светильников и напряжения в осветительной сети»
Методическое обеспечение: Медведев А.В., Телушкина Т.Ю.
Редактор: Яковлев О.В.
3D-графика: Севостьянов А.А.
Script-программирование: Баканов А.А.
|