«Оценка эффективности и качества искусственного освещения»

Лабораторная работа № 1

«Оценка эффективности и качества искусственного освещения»

Цель лабораторной работы: сравнить конструкционные иэксплуатационные характеристики различных источников света; изучить нормируемые количественные и качественные характеристики искусственного освещения; оценить степень влияний отделки интерьера на коэффициент использования осветительной установки.

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения

Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы, производительность, качество и безопасность труда в производственных условиях в значительной мере зависят от условий освещения.

По конструктивному исполнению искусственное освещения может быть выполнено как общее(осуществляемое расположение светильников на потолке помещения) и комбинированное (совокупность общего освещения и местных светильников, расположенных на рабочих местах). Применение только местного освещения внутри помещений не допускается.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Они удобны в эксплуатации, легко монтируются, дешевы, работают в широком диапазоне температур окружающей среды, однако не лишены недостатков: низкая световая отдача 10-20 лм/Вт (при идеальных условиях 1 Вт соответствует 683 лм), сравнительно небольшой срок службы (до 2500 часов), спектральный состав сильно отличается от естественного света, вследствие чего сильно нарушается цветопередача.

Газоразрядные лампы- это приборы, в которых излучение света возникает в результате тлеющего электрического разряда в атмосфере паров металлов (ртуть, натрий), галогенов (йод, фтор) и инертных газов (неон, ксенон) и последующей люминесценции. Наиболее широкое применение для целей освещения помещений и открытых площадок получили люминесцентные, ксеноновые лампы в форме светящихся трубок, а такжк лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные) и натриевые, по форме напоминающие вытянутые лампы накаливания.

Основные преимущества газоразрядных ламп состоят в том, что они обладают высокой световой отдачей (ДРЛ - до 6Злм/Вт, люминесцентные - до 90лм/Вт, ксеноновые и натриевые - 110-200 лм/Вт); большим сроком службы (5000-20000 час); близким к естественному (солнечному) спектром излучения. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести наличие вредных для биосферы и человека паров ртути и натрия при их разгерметизации; создание радио помех при работе ламп; необходимость сложной и дорогостоящей пускорегулирующей арматуры (включающей в некоторых случаях стартер, дроссель, конденсаторы); длительный период выхода отдельных типов ламп на номинальный рабочей режим (для ламп ДРЛ это время достигает 3-5 мин); невозможность быстрого вторичного включения лампы при кратковременном отключении, питающего напряжения.

Однако основным недостатком всех газоразрядных ламп является пульсация светового потока, т.е. непостоянство во времени излучения света, вызванное переменным током в питающей сети и малой инерционностью процессов, обеспечивающих работу таких ламп.

На рис 1 изображен график изменения напряжения в сети U_C(B) и примерная осциллограмма светового потока лампы Ф_л(лм) и создаваемой им освещенности Е (лк) на рабочем месте.

Рис.1. Изображен график изменения напряжения в сети.

В момент перехода переменным напряжением через ноль освещенность создаваемая газоразрядной лампой, достигает минимального значения E_min при достижении напряжения максимального значения освещенность принимает значение Е_тах. Пульсация освещенности, не всегда заметная глазом, приводит к быстрому утомлению зрения, в некоторых случаях вызывает покраснение глаз, головную боль.

Глубина пульсации оценивается коэффициентом пульсации:

КП=F

* 100%

Где ⁼E_maxE_minE_cp соответственно максимальная,минимальная и средняя освещенность, создаваемая лампой за период колебаний переменного тока.

Пульсация может привести к стробоскопическому эффекту, когда при пульсирующем освещении вращающихся объектов возникает иллюзия их вращения в противоположную сторону или даже полной остановки. Данный эффект на производстве,провоцируя ошибочные действия операторов, способен привести к авариям и травмам.

Сглаживание пульсации достигается применением нескольких рядов работающих ламп со сдвигом фаз питающего напряжения или существенным повышением частоты переменного тока (£> 1 ООО Гц).

1.2. Нормирование освещения

Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях устанавливается в зависимости от характеристики зрительной работы и регламентируется строительными нормами и правилами СНиП 23- 05-95 «Естественное и искусственное освещение».

Характеристика зрительной работы определяется минимальным размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и свойствами фона.

Объект различения - рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, которые следует контролировать в процессе работы.

Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: светлым при коэффициенте отражения (р) светового потока поверхностью более 0,4; средне светлым при коэффициенте отражения от 0,2 до 0,4; темным при коэффициенте отражения менее 0,2.

I

Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности яркостей объекта В₀ и фона В_ф к наибольшей их этих двух яркостей. Контраст считается большим - при значениях К более

0.5; средним - при значениях К от 0,2 до 0,5; малым - при значениях К менее 0,2.

При выборе нормирующей освещенности размер объекта различения регламентирует выбор зрительного ряда от 1 до 4 в таблице норм. Сочетание характеристики фона и контраст объекта с фоном определяет подразряд зрительной работы от а до г.

Таблица норм содержит минимально допустимые значения освещенности на рабочих местах при использовании газоразрядных ламп. Если для освещения использованы лампы накаливания, то значение освещенности, указанное в таблице, снижает на одну ступень по следующей шкале

15,20,30,50,75,100,150,200,300,400,500,600,750,1000,1250,1500,2000,2500,3000

3500,4000,4500,5000. Например, в таблице для конкретного разряда и подраздела зрительной работы указана цифра 200 лк, ищем ближайшую меньшую цифру 150 лк- это и будет норма освещенности для ламп накаливания.

При проектировании ответительных установок стремятся обеспечить требования норм при минимальных затратах электроэнергии с сохранением равномерного распределения яркостей в поле зрения, исключающих слепящее действие самих ламп. Для этого применяют светильника с рассеивающими экранами, матовыми стеклами, что приводит к частичной потере световой энергии (до 10-15 %).

По конструкции различают светильники прямого света, концентрирующие световой поток в нижнюю полусферу с помощью белого или зеркального отражателя; рассеянного света (при равномерном распределении света в пространстве) и отраженного света (световой поток направлен в верхнюю полусферу).

Светлая окраска потолка,стен,мебели,оборудования способствует увеличению освещенности на рабочих местах за счет лучшего отражения и созданию более равномерного распределения яркостей в поле зрения. В этом случае увеличивается коэффициент использования осветительной установки 77. Этот коэффициент зависит от типа источника света и светильника, геометрии помещения и коэффициентов отражения потолка и стен. Коэффициент использования осветительной установки приближенно может быть рассчитан как

Где Ф пол.-световой поток (лм), обеспечивающий горизонтальную освещенность по всей площади помещения, равный произведению средней освещенности Е_ср (лк) на площадь помещения S_n (м²); Ф_л- суммарный световой поток применяемых ламп.

1.3. Измерение освещенности

В применяемых в настоящее время приборах для измерения освещенности — люксметрах- в качестве светочувствительного элемента используют полупроводниковые фотоэлементы со спектральной чувствительностью, соотнесенной со спектром ламп накаливания (JIH), поэтому при измерениях освещенности, создаваемой такими лампами, осуществляется прямой отсчет по шкале прибора. При измерениях естественной освещенности вводится поправочный коэффициент К_г = 0,8 для ламп ДРЛ-1,09, люминесцентных ламп белого цвета ЛБ,ЛХБ -1,17 дневного света ЛД,ЛДЦ- 0,99 натриевых ламп ДНаТ -1,23.

2. Практическая часть

2.1 Описание лабораторной установки

*

Лабораторная установка состоит из макета производственного помещения, оборудованного различными источниками искусственного освещения, и люксметра-пульсметра для измерения значений освещенности и коэффициента ее пульсаций. Макет и люксметр-пульсметр устанавливают на стол лабораторный.

Внешний вид макета представлен на рисунке 2.

Рис. 2 Макет.

Макет имеет каркас I из алюминиевого профиля, пол 2, потолок 3, боковые стенки являются съемными и могут устанавливаться любой из двух сторон внутрь макета помещения, фиксируясь в проемах каркаса с помощью магнитных защелок. Одна сторона стенок окрашена в светлые тона, другая - в темные тона, при этом нижняя окрашенная половина стенки темнее верхней.

Передняя стенка 5 жестко вмонтирована в каркас и выполнена из тонированного прозрачного стекла. В передней нижней части каркаса I предусмотрено окно для установки измерительной головки 6 люксметра- пульсметра 7 внутрь каркаса.

На полу 2 размещен вентилятор 8 для наблюдения стробоскопического эффекта и охлаждения ламп в процессе работы.

На потолке 3 размещены 7 патронов, в которых установлены две лампы накаливания 9, три люминесцентные лампы 10 типа KJI9, галогенная лампа 11 и люминесцентная лампа 12 типа СКЛЭН с высокочастотным преобразователем.

Вертикальная проекция ламп отмечена на полу 2 цифрами, соответствующими номерами ламп на лицевой панели макета.

Включение электропитания установки производится автоматом защиты, находящимся на задней панели каркаса, и регистрируется сигнальной лампой, расположенной на передней панели каркаса.

На передней панели каркаса (рисунок 3) расположены органы управления и контроля, в том числе:

- лампа индикации включения напряжения;

- переключатель для включения вентилятора;

- переключатели (1-7) для включения ламп.

Рис. 3 Органы управления.

Электропитание ламп накаливания и люминесцентных ламп осуществляется от разных фаз. Схема позволяет включать отдельно каждую лампу с помощью соответствующих переключателей, расположенных на передней панели каркаса. На задней панели каркаса расположен автомат защиты сети и сдвоенная розетка с напряжением 220 В для подключения измерительных приборов.

Люксметр-пульсметр состоит из блока обработки информации 1 (рисунок 4) на лицевой панели которого расположен жидкокристаллический индикатор, кнопки питания «ВКЛ/ВЫКЛ», кнопка управления «HOLD», кнопка индикатора «Подсветка», разъем типа DB-9. На задней стенке блока обработки сигналов расположена крышка батарейного отсека. Фотоприемный элемент с корригирующим фильтрами, формирующими спектральные характеристики, располагаются в фотометрической головке 2 (рисунок 4). При включенном питании прибор работает как люксметр- пульсметр (ТКА-ГЖМ) и позволяет измерять освещенность в диапазоне от 10 до 200000 лк и коэффициент пульсации в диапазоне от 1 до 100%.

Рис. Люксметр-пульсметр.

Для измерения характеристик излучения необходимо расположить фотометрическую головку прибора в плоскости измеряемого объекта.

Для проведения измерений прибором «ТКА-ПКМ» необходимо включить его кнопкой «ВКЛ/ВЫКЛ». На экране после включения появится надпись фирмы производителя и название прибора. В ходе измерения в правом поле строки загорается символ «.Батарейка», информирующий о емкости батареи питания.

Для правильного обнуления прибора произвести затемнение датчика прибора и нажать кнопку «HOLD». Процесс обнуления сопровождается надписью на жидкокристаллическом индикаторе «ПОДОЖДИТЕ, ИДЕТ ИЗМЕРЕНИЕ».

Засветка измерительной части во время обнуления приводит к неправильным измерениям впоследствии!

После пропадания предупреждающей надписи прибор переходит в основной режим измерений. Первая строка выводит текущую освещенность в лк (клк) «Е=», во второй строке отображается значение коэффициента пульсации светового потока в % «К_п=».

I

В случае измерения освещенности, необходимо расположить фотометрическую головку параллельно плоскости измеряемого объекта (при этом на окно фотоприемника не должна падать тень от оператора, производящего измерения, а также посторонних предметов). Подождать 3 секунды и считать с цифрового индикатора измеренное значение. При увеличении сигнала, создаваемого источником светового потока, в строке Е происходит автоматический переход численного значения освещенности в клк. При выходе за пределы измерений освещенности появится надпись «ОСВЕЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНО».

Для запоминания измеренного показания на индикаторе прибора необходимо кратковременно нажать кнопку «HOLD». Для продолжения измерений еще раз нажать кнопку «HOLD».

Если во время работы прибора появится надпись: «ЗАМЕНИТЕ БАТАРЕЙКУ», то необходимо произвести замену элемента питания.

По окончании измерений, прибор выключается, нажатием на кнопку «ВКЛ/ВЫКЛ».

2.2.Указание мер безопасности

К работе допускаются студенты, ознакомленные с устройством лабораторной установки, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.

Для предотвращения перегрева установки при длительной работе ламп необходимо включить вентилятор.

После проведения лабораторной работы отключить электропитание стенда и люксметра-пульсметра.

2.3.Порядок выполнения работы

Задание 1: Нормирование количественного параметра освещения.

1.Включить одну любую газоразрядную лампу.

I

2.Измерить освещенность в трех точках (3,5,6) на уровне пола модели помещений. Определить среднее значение фактической освещенности в лк. Напряжение в питающей сети определить с помощью мультиметра.

Е₃ = 190 лк Е₅ = 188 лк Е₆ = 224 лк

К₁ = 1,09

К₂ = 1

К_п = 3

К₃ = 220 = 1

220 - Кп(220 - 220)

3.Лампу выключить.

4.Визуально для обеих плат оценить характеристику фона (светлый, средний и темный), контраст объекта с фоном (большой, средний и малый), минимальный размер объекта различения (с помощью оптического визира). По таблицам норм определить, к какому разряду зрительных работ относиться работа с печатными платами (1,2,3 и 4), а по соотношению фона и контраста определить подразряд (а,б,в или г). Так как в модели помещения лампы располагаются на потолке, считать освещение общим. Определить освещенность, необходимую для создания комфортных условий. Измеренное и выбранное по таблице значение освещенности

Зрительная работа	Характеристика фона	Контраст объекта с фоном	Размер объекта	Разряд и подразряд зрительной работы	Норма освещенности ламп, лк	Измеренная освещенность ламп, лк
Г азоразр.	Накалив.	Г азоразр.	Накал.
Рисунок на темной плате	Темный	Большой		1 в
Рисунок на светлой плате	светлый	большой		1г

занести в отчет- табл.2

5.Включить одну из ламп накаливания и повторить действия по пунктам 2-4. При этом учесть, что величина нормируемой освещенности для ламп накаливания снижается на одну ступень. Сделать вывод о соответствии нормам измеренных значений освещенности. При необходимости внести обоснованные предложения.

Е₃ = 335 лк Е₅ = 455лк Е₆ = 374лк

Фактическая освещенность не соответствует нормам освещенности. Так как эксперимент проводится при установленных темных накладках на стенах, рекомендуется, для увеличения освещенности, изменить цвет стен на светлый.

Задание 2: Нормирование качественного параметра освещения.

1. По таблицам норм для найденных в первом задании разрядов зрительной работы определить допустимый коэффициент пульсации КП в %. Занести в таблицу 3.

2. По прибору люксметру-пульсметру (нажав клавишу «сеть» и левую клавишу в положении КП) определить последовательно коэффициент пульсации отдельно для каждой лампы накаливания (выключатели Л₄Л₅Л₆) и для люминесцентных ламп (выключатели Л₃Л₇). Значения занести в таблицу.

3. Включить вентилятор и одну люминесцентную лампу (Л1). Регулятором частоты вращения крыльчатки вентилятора добиться возникновения иллюзии вращения периферийной части вентилятора в одну сторону, а центральной- в противоположную. Это и есть стробоскопический эффект.

4. Добавочно включать последовательно люминесцентные лампы (Л2,ЛЗ), убедившись визуально в исчезновении стробоскопического эффекта; измерить коэффициент пульсации КП при одновременной работе двух и трех люминесцентных ламп. Сравнить с нормой. Объяснить причину исчезновения пульсации.

КП	КП, измеренный для ламп,%
допустимый	накаливания				Газоразрядных
по нормам,%	Криптоново- ксеноновой	Молочного цвета	галогенной	Спиральной формы	В форме трубки	Для двух ламп	Для трех ламп
	12,3	14,1	13,6	0,0	20,7	17,9	5,7

При включении последовательно люминесцентных ламп, стробоскопический эффект исчезает. При одновременной работе двух и трех ламп происходит уменьшение коэффициента пульсации. Это происходит за счет того, что у каждой лампы пульсация имеет определенную частоту. При сложении частот пульсации, коэффициент пульсации общего светового потока уменьшается.

Задание 3: Оценка энергетической эффективности источников света.

1.Отдельно для каждой лампы (Л₁Л₄Л₅Л₆Л₇) измерить создаваемую на уровне пола освещенность Еф_акт. Светочувствительный элемент люксметра каждый раз располагать под лампой. Условия работы различных ламп в модели помещения считать практически одинаковыми.

2.Определить для каждой лампы величину удельной освещенности

Е_уд = Еф_акт/ W(лк/Вт),

то есть количество л к в условиях эксперимента, приходящиеся на 1 Вт электрической мощости. Оценить во сколько раз газоразрядная и галогенная лампы эффективнее обычной лампы накаливания. Результаты занести в таблицу. Сделать вывод.

Тип лампы	Накаливания	Г азоразрядная
Криптоново- ксеноновая	Молочного цвета	галогенная	Спиральной формы	В форме трубки
Освещенность, лк					188,3
Удельная освещенность,л к/Вт	7,73	7,45	4,16	23,63	20,9

Лампа накаливания примерно в 1,8 раза эффективнее галогенной лампы. Газоразрядная лампа примерно в 3 раза эффективнее лампы накаливания.

Задание 4: Оценка коэффициента использования осветительной

установки.

Окраска стен	Освещенность, лк	Коэффициент использования, п
Точка 1	Точка 2	Точка 3	Средняя
Светлая					0,22
темная					0,19

1.Включить одну лампу (Л4).

2.Измерить освещенность в трех точках на уровне пола, определить среднее значение фактической освещенности Е ф_акт.Выключить лампу.

3.Принимая во внимание, что площадь пола в модели помещения

S_n = 0.42 м², используя формулу определить коэффициент

использования осветительной установки.

4.Перемонтировать боковую и заднюю стенки модели помещения обратной стороной, повторить действия по пунктам 1 и 2. Результаты занести в таблицу. Сделать вывод.

Коэффициент использования больше в случае светлых стен помещения. Это объясняется тем, что свет от источника света дополнительно отражается от стен. В случае с темными стенками коэффициент использования уменьшается из-за поглощения света темной стороной.

Вывод: в работе сравнили конструкционные характеристики различных источников света; изучили нормируемые количественные и качественные характеристики искусственного освещения; оценили степень влияния отделки интерьера на коэффициент использования осветительной установки.

1.

Ульяновский государственный университет Инженерно-физический факультет высоких технологий Кафедра техносферная безопасность	Форма
Титульный лист

ОТЧЕТ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Название работы:

«Оценка эффективности и качества искусственного освещения»

Факультет ИФФВТ

Группа НТТК-ЗИ-13/1

ФИО преподавателя Варнаков В.В.

Дата выполнения 22.06.2015

ФИО студента Першанин А.Г.

Подпись исполнителя__________

Работу принял «___» _________________ 2015г. _____________________________

Подпись и ФИО преподавателя

Ульяновск 2015.

Дата добавления: 2015-08-29