Исследование естественного освещения
12
Лабораторная работа № 1
Исследование ЕСТЕСТВЕННОГО освещения
ЦЕЛИ РАБОТЫ
Цели лабораторной работы:
- изучение характеристик и принципов нормирования естественного освещения;
- изучение принципа действия, устройства и условий применения люксметра;
- приобретение практических навыков по исследованию естественного освещения.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Информацию об окружающей среде человек получает в основном (до 90 %) через зрительный анализатор. Поэтому полнота и качество информации, поступающей через органы зрения, зависят во многом от освещения. Правильно спроектированное и выполненное освещение способствует обеспечению безопасности человека, сохранению его здоровья, работоспособности и высокопроизводительной деятельности. Неудовлетворительное освещение помещений, мест производства работ может явиться причиной, утомления органов зрения, снижения производительности труда, ухудшения самочувствия работающих и причиной несчастных случаев. Неправильно выполненное освещение может привести к неспособности человека различить условную окраску на электрических кабелях, баллонах, трубопроводах, знаках безопасности и др.
Освещение оценивается количественными (световой поток, сила света, яркость, освещенность) и качественными (фон, контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности) показателями.
Световой поток есть мощность лучистой энергии. За единицу светового потока условно принят люмен (лм).
Сила света есть пространственная плотность светового потока:
, (1.1)
где F световой поток, лм; телесный угол, стерадиан.
Сила света измеряется в канделах (кд).
Яркость поверхности (кд/м2) в данном направлении это отношение силы света, излучаемого поверхностью в этом направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:
. (1.2)
Освещенностью называют отношение светового потока к освещаемой поверхности:
. (1.3)
За единицу освещенности принят люкс (лк).
Фон поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается, и может быть светлым, средним и темным в зависимости от коэффициента отражения поверхности.
Контраст объекта различения с фоном определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона. Контраст объекта различения с фоном может быть большим (объект и фон резко различаются по яркости), средним (объект и фон заметно различаются по яркости), малым (объект и фон мало различаются по яркости).
Видимость (V) – характеристика способности человеческого глаза воспринимать объект. Видимость определяется числом пороговых контрастов (Кпор – минимальный различимый контраст) в контрасте объекта с фоном
. (1.4)
В зависимости от источника света различают: естественное, искусственное и совмещенное освещение.
Естественное освещение освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через проемы в наружных ограждающих конструкциях.
По конструктивному выполнению естественное освещение бывает:
- боковое одностороннее освещение помещения через световые проемы в наружных стенах;
- боковое двустороннее;
- верхнее освещение помещения через световые (зенитные) и светоаэрационные фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания;
- комбинированное сочетание верхнего и бокового освещения.
При оценке естественного освещения используют:
- количественный показатель коэффициент естественной освещенности (КЕО) отношение естественной освещенности, созданной в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения (Eвн) светом неба (непосредственно или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности (Eнар), создаваемой светом полностью открытого небосвода, выражается в процентах:
. (1.5)
- качественный показатель неравномерность освещения (учитывается, поскольку наружная освещенность не постоянна и резко колеблется как по времени года, так и по часам суток); определяют из отношения:
, (1.6)
где КЕОср и КЕОmin среднее и минимальное значения КЕО в помещении.
Гигиенические требования к естественному освещению регламентированы строительными нормами и правилами СНиП 23-0595 «Естественное и искусственное освещение». Согласно этому документу, для систем естественного освещения нормируемыми параметрами являются коэффициент неравномерности освещения и КЕО (еN), определяемый из выражения
, (1.7)
где N номер группы обеспеченности естественным светом (Приложения, табл. 1.1); еН значение КЕО (Приложения, табл. 1.4); mN коэффициент светового климата (в Приложении табл. 1.2 значения mN приведены в качестве примера для 1-й и 2-й групп административных районов обеспеченности световым климатом).
Полученные по формуле (1.7) значения сле дует округлять до десятых долей.
Нормативные значения КЕО зависят от разряда и подразряда зрительных работ по точности (СНиП 23-05-95 устанавливают с I по VIII разряды) и конструктивного оформления системы естественного освещения.
В небольших помещениях при односторон нем боковом естественном освещении нор мируется минимальное значение КЕО в точ ке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помеще ния и условной рабочей поверхности на рас стоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, а при двустороннем боко вом освещении — в точке посередине поме щения. При этом под условной рабочей поверхностью понимают горизонтальную поверхность, расположенную на высоте 0,8 м от пола.
В крупногабаритных производствен ных помещениях при боковом освещении ми нимальное значение КЕО нормируется в точ ке, удаленной от световых проемов:
на 1,5 высоты помещения для работ I—IV разрядов;
на 2 высоты помещения для работ V—VII разрядов;
на 3 высоты помещения для работ VIII разряда.
При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируют среднее значение КЕО, определяемое по формуле
, (1.8)
где N – число точек определения (первая и последняя точки выбираются на расстоянии 1 м от поверхности наружных стен и перегородок); e1, e2,…, eN – значения КЕО при верхнем и комбинированном естественном освещении в точках характерного разреза помещения.
Неравномерность естественного освещения не нормируется для помещений с боковым освещением, для производственных помещений, в которых выполняются работы VII и VIII разрядов.
Для обеспечения нормируемого значения КЕО площадь боковых световых проёмов (So) определяют по формуле
, (1.9)
а площадь верхних световых проёмов – по формуле
, (1.10)
где So и Sф – площадь боковых (окон) и верхних (фонарей) световых проёмов соответственно м2; Sп – площадь пола, м2; 0 – общий коэффициент светопропускания, определяемый как произведение коэффициентов пропускания стекла (t1), потерь света в переплётах окна (t2), его загрязнения (t3), наличия несущих и солнцезащитных конструкций перед окнами(t4); r1 и r2 – коэффициенты, учитывающие повышение КЕО от отраженного света (значение r1 ориентировочно допускается принимать в пределах от 1,5 до 3,0; причем большее значение r1 принимают при боковом одностороннем освещении, меньшее – при боковом двухстороннем; значение r2 ориентировочно допускается принимать в пределах от 1,1 до 1,4); 0 и ф – световые характеристики окна и фонаря соответственно (ориентировочно допускается принимать 0 = 8,0 – 15,0, а ф = 3,0 – 5,0); Kзд – коэффициент, характеризующий затенение окон от противостоящих зданий, принимаемый в пределах от 1,0 до 1,5; Kз – коэффициент запаса, зависящий от количества чисток остекления и от угла наклона светопропускающего материала к горизонту, принимают по таблице 3 СНиП [1], (Kз = 1,2 – 2,0).
По рассчитанной площади световых проемов определяют их размеры и количество.
Рассчитанные размеры световых проемов допускается изменять в пределах от +5 до -10%.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Экспериментальное исследование естественной освещенности заключается в определении фактического значения КЕО в помещениях. Оценка естественной освещенности дается на основании сопоставления полученного значения КЕО с нормативным. Поскольку для определения КЕО необходимо знать абсолютные значения освещенности внутри Eвн и снаружи Eнар здания, студент должен ознакомиться с прибором для измерения освещенности – люксметром.
Принцип действия люксметра основан на явлении фотоэлектрического эффекта. При освещении поверхности фотоэлемента световым потоком в нём возникает фототок, величина которого пропорциональна плотности светового потока. Величина этого тока измеряется с помощью гальванометра магнитоэлектрической системы люксметра.
Используемый в данной работе фотоэлектрический люксметр Ю117 (рис. 1.1) состоит из измерителя (поз. 1) и отдельного фотоэлемента (поз. 2) с насадками (поглотителями) (поз. 3). На лицевой панели измерителя имеются кнопки переключателя (поз. 4) и табличка со схемой связи между кнопками и используемыми насадками.
Прибор имеет две шкалы (поз. 5): 0100 и 030, проградуированных в люксах. На боковой стенке корпуса измерителя расположена вилка для присоединения фотоэлемента, заключенного в пластмассовый корпус, который присоединяется шнуром с розеткой к измерителю.
Косинусную погрешность измерений уменьшает насадка (рис.1.2) на фотоэлемент, состоящая из полусферы, выполненной из белой светорассеивающей пластмассы и непрозрачного пластмассового кольца, имеющего сложный профиль.
Рис. 1.1. Люксметр Ю117
Насадка обозначена буквой К, нанесенной на ее внутреннюю сторону. Эта насадка совместно с одним из трех фильтров (рис. 1.1, поз. 3), имеющих обозначение М, Р, Т, образует три поглотителя с коэффициентами ослабления 10, 100, 1000 соответственно.
При отсчете значений измеряемой освещенности нужно знать следующее. Если нажата одна из кнопок, расположенных напротив строк, кратных 10, то для отсчета показаний пользуются шкалой 0100. Если нажата одна из кнопок, расположенных напротив строк, кратных 3, используют шкалу 030. Значения снятых с прибора показаний умножают на коэффициент пересчета шкалы (Приложения, табл. 1.3), зависящий от применяемых насадок.
Например, на фотоэлементе установлены насадки К и Р, нажата кнопка напротив строки 3103–3104, стрелка показывает 10 делений по шкале 030. Измеряемая освещенность равна 10100 = 1000 лк.
Во избежание неточных показаний люксметра следует защищать фотоэлемент от излишней освещенности, не соответствующей выбранным насадкам. Поэтому, если величина измеряемой освещенности неизвестна, измерения начинают с установки на фотоэлемент насадок К и Т.
Если, при насадках К, М и нажатой кнопке напротив строки 30-300-3103-3104, стрелка не доходит до деления 5 по шкале 030, измерения производят без насадок, т. е. открытым фотоэлементом.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
1. Изучить предыдущие разделы данных методических указаний и рекомендуемую литературу из прилагаемого списка.
2. Получить у преподавателя или лаборанта приборы, инструменты и исходные данные, в соответствии с вариантом.
3. Определить вид естественного освещения в помещении лаборатории, коэффициент светового климата m, в котором расположено помещение учебного корпуса (табл. 1.2), нормируемое значение eн (табл. 1.4) и, по формуле (1.7), найти нормируемое значение КЕО (еN). Результаты записать в отчёт (табл. 1.5).
4. С помощью рулетки измерить площадь пола, Sп , м2. Результат записать в таблицу отчёта.
Принимая световую характеристику окна 0 =10,0, коэффициент затенения окон от противостоящих зданий Kзд=1,0, коэффициент запаса Kз = 1,2, по формуле (1.9) определить расчётную площадь окон, необходимую для обеспечения нормируемого значения КЕО. При этом общий коэффициент светопропускания для спаренного деревянного переплета с двойным остеклением будет равен t0=t1t2=0,80,75=0,6. Результат записать в отчёт.
5. Определить суммарную площадь оконных проёмов S0З (м2), для чего, с помощью рулетки, измерить ширину и высоту одного оконного проёма как показано на рис. 1.3. Тогда
,
где n – число оконных проёмов в помещении. Результат записать в отчёт.
6. Сопоставить полученные расчетное и фактическое значения площади оконных проёмов. Сделать вывод о соответствии естественного освещения в помещении требованиям СНиП.
7. Взять люксметр, ознакомиться с его устройством, правилами пользования и производства замеров.
8. Измерить наружную освещенность Eнар. Результат записать в отчёт. В случае неудобства или невозможности точно определить наружную освещенность, фотоэлемент поместить за окно в горизонтальном положении. При этом показание люксметра удвоить, так как пластинку фотоэлемента освещает только половина небосвода, а вторая половина закрыта зданием. Возможно задание значения наружной освещённости преподавателем.
9. Измерить освещенность в помещении лаборатории Eiвн на расстоянии 1, 2, 3, 4 и 5 метров от окна (фотоэлемент держать параллельно полу, обращенным вверх, на уровне 0,8 м от пола). При этом следить за тем, чтобы на фотоэлемент не падала тень от оператора, производящего измерения, а также тень от временно находящихся посторонних предметов.
Для каждой из пяти точек подсчитать значение КЕО. Как показано на рис.1.4. построить график изменения КЕО по характерному разрезу помеще ния.
Рис.1.4. График распределения КЕО по характерному разрезу помеще ния
Сделать вывод о возможности выполнения в помещении лаборатории зрительной работы заданного разряда. При необходимости дать рекомендации по обеспечению требований норм.
ЛИТЕРАТУРА
- СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.
- СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.
- МУ 2.2.4.706-98/МУ ОТ РМ 01-98. Методические указания по оценке освещения рабочих мест.
- ГОСТ 24940-96. Здания и сооружения. Методы измерения освещенности.
- Безопасность жизнедеятельности в техносфере: Учеб. пособие /Под ред. О.Н.Русака, В.Я.Кондрасенко. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 431с.
- Справочная книга по светотехнике/Под. Ред. Ю.А.Айзенберга. – М.: Энергоатомиздат, 1983.–427 с.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- Основные количественные светотехнические величины и единицы их измерения.
- Основные качественные светотехнические величины.
- На какие виды подразделяют системы естественного освещения по их конструктивному выполнению?
- Какие приборы применяют для контроля освещения?
- Принцип действия люксметра.
- По каким параметрам определяют разряд зрительных работ?
- От чего зависит подразряд зрительных работ?
- От чего зависят нормативные значения КЕО в соответствии со СНиП 23-05-95?
- Сколько разрядов зрительных работ установлено СНиП 23-05-95?
- Что называют коэффициентом естественной освещенности?
- Что называют коэффициентом неравномерности естественного освещения?
- Какое значение КЕО нормируют при боковом одностороннем естественном освещении?
- Какое значение КЕО нормируют при боковом двухстороннем естественном освещении?
- Какое значение КЕО нормируют при верхнем и комбинированном естественном освещении?
- Что является результатом расчетов естественного освещения?
- Какие конструкции и устройства применяют для обеспечения бокового естественного освещения?
- Какие конструкции и устройства применяют для обеспечения верхнего и комбинированного естественного освещения?
СОДЕРЖАНИЕ
Цели работы 3 Теоретическая часть 3 Экспериментальное исследование естественного освещения 7 Порядок проведения экспериментального исследования
естественного освещения 9
Литература 11 Контрольные вопросы 11
Приложения 13
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1.1
Группы административных районов по ресурсам светового климата
|
Номер группы
|
Административный район
|
|
1
|
2
|
|
1
2
3
4
5
|
Московская, Смоленская, Владимирская, Калужская, Тульская, Рязанская, Нижего родская, Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская, Новосибирская, Ке меровская области, Мордовия, Чувашия, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан, Крас ноярский край (севернее 63° с.ш.), Республика Саха (Якутия) (севернее 63° с.ш.), Чукотский нац. Округ, Хабаровский край (севернее 55° с.ш.)
Брянская, Курская, Орловская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Пензенская, Самарская, Ульяновская, Оренбургская, Саратовская, Волгоградская области, Республика Коми, Кабардино-Балкарская Республика, Северо-Осетинская Республика, Чеченская Республика, Ингушская Республика, Ханты-Мансийский нац. Округ, Алтайский край, Красноярский край (южнее 63° с.ш.), Республика Саха (Яку тия) (южнее 63° с.ш.), Республика Тува, Бурятская Республика, Читинская область, Хабаровский край (южнее 55° с.ш.), Магаданская обл.
Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Карельская Респуб лика, Ямало-Ненецкий нац. Округ, Ненецкий нац. Округ
Архангельская, Мурманская области
Калмыцкая Республика, Ростовская, Астраханская области, Ставропольский край, Дагестанская Республика, Амурская область, Приморский край
|
Таблица 1.2
Коэффициент светового климата
|
Световые проемы
|
Ориентация световых проемов по сторонам горизонта
|
Коэффициент светового климата, m
|
|
|
|
Номер группы административных
районов
|
|
|
|
1 (Красноярский край севернее
63 с.ш. и другие районы)
|
2 (Красноярский край южнее
63 с.ш. и другие районы)
|
|
В наружных стенах зданий
|
С
СВ, СЗ
З, В
ЮВ, ЮЗ
Ю
|
1
1
1
1
1
|
0,9
0,9
0,9
0,85
0,85
|
|
В прямоугольных и трапециевидных фонарях
|
С-Ю
|
1
|
0,9
|
|
|
СВ-ЮЗ
ЮВ-СЗ
|
1
|
0,9
|
|
|
В-З
|
1
|
0,9
|
|
В фонарях типа «Шед»
|
С
|
1
|
0,9
|
|
В зенитных фонарях
|
|
1
|
0,9
|
Примечание: С северное; СВ северо-восточное; СЗ северо-западное; ЮВ юго-восточное; ЮЗ юго-западное; Ю южное
Таблица 1.3
|
Диапазон
измерений, лк
|
Условное обозначение одновременно применяемых двух насадок на фотоэлементе
|
Общий номинальный коэффициент ослабления применяемых двух насадок коэффициент пересчета шкалы, k
|
|
530
|
Без насадок, с открытым фотоэлементом
|
1
|
|
17100
|
Без насадок, с открытым фотоэлементом
|
1
|
|
50300
|
К, М
|
10
|
|
1701000
|
К, М
|
10
|
|
5003000
|
К, Р
|
100
|
|
170010000
|
К, Р
|
100
|
|
500030000
|
К, Т
|
1000
|
|
17000100000
|
К, Т
|
1000
|
Исследование естественного освещения