Лабораторная работа №5
Исследование естественного освещения

I. Цель работы:
1. Практически определить коэффициенты естественной освещен¬ности (КЕО) в точках характерного разреза помещения лаборатории.
2. Определить нормированное значение коэффициента естествен¬ной освещенности лаборатории.
3. Рассчитать площадь световых проемов, обеспечивающую нормированное значение коэффициента естественной освещенности.
2. Теоретическая часть
2.1. Общие положения

Свет обеспечивает связь организма с внешней средой, обладает высоким биологическим и тонизирующим действием. Около 90% всей ин¬формации о внешнем мире человек получает через органы зрения.
Рациональное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снимает утомление, способствует повышению производительности труда, уменьшению брака, снижает производственный травма¬тизм, уменьшая потенциальную опасность многих производственных фак¬торов, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих.
Плохая освещенность приводит к перенапряжению и быстрому утомлению органов зрения, плохо различаются производственные опасности, повышается производственный травматизм, действует угнетающе на ор¬ганизм и психическое состояние человека.
При освещении производственных помещений используют:
— естественное освещение, создаваемое светом небосвода (прямым и отраженным);
— искусственное, осуществляемое электрическими источниками света;
— совмещенное, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Естественное освещение по своему спектральному составу является наиболее благоприятным для органов зрения, оказывает оздаравливающее биологическое и тонизирующее воздействие на человека.
По конструктивным особенностям естественное освещение подразделяется на боковое, осуществляемое через световые проемы в наруж¬ных стенах (окна); верхнее, осуществляемое через световые проемы в покрытии и фонари; комбинированное — сочетание бокового и верхнего естественного освещения.

2.2. Нормирование естественного освещения

Одним из основных количественных показателей, характеризующих производственное освещение является освещенность.
Освещенность Е (лк) — это плотность светового потока на осве¬щаемой поверхности и определяется как отношение светового потока Ф (лм) к площади освещаемой им поверхности S (м ).
(5.1)
Существенным недостатком естественного освещения являются большие колебания освещенности в зависимости от времени года, времени суток, перемены облачности и отражающих свойств земного покрова.
Непостоянство естественного освещения не позволяет характери¬зовать и нормировать его абсолютными значениями освещенности в лк. Поэтому естественное освещение стали характеризовать и нормировать коэффициентом естественной освещенности КЕЮ (е).
КЕО — отношение освещенности точки внутри помещения Евн к одновременной наружной горизонтальной освещенности Енар, создаваемой рассеянным светом полностью открытого небосвода, %.
(5.2)
Нормируемые значения КЕ0 устанавливаются СНиП 23-05-95 в зависимости от характеристики зрительной работы, вида освещения, расположения здания на территории СНГ и ориентации световых проемов по сторонам горизонта.

Для зданий, расположенных в I, II, IV, V поясах светового климата, нормируемое значение КЕО, %

(5.3)

где: — нормативное значение КЕО для зданий, расположенных в III поясе светового климата, определяется в зависимости от характера зрительной работы по таблицам 5.1 и5.2;
m — коэффициент светового климата, определяется в зависимости от номера его пояса, таблица 5.3;
c — коэффициент солнечности климата, определяется в зависимости от номера пояса светового климата и ориентации световых проемов по сторонам горизонта, таблица 5.4.
При боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО: при одностороннем — в точке, расположенной на расстоянии I м наибо¬лее удаленной стены от световых проемов; при двухстороннем — в точ¬ке посередине помещения на высоте условной рабочей поверхности. При верхнем и комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО. Под условной поверхностью принимается условно принятая гори¬зонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

2.3. Расчет площади световых проемов

Предварительный расчет площади световых проемов согласно СНиП 23-05-95 заключается в определении отношения площади световых проемов к площади пола помещения %, обеспечивающего нормированные значения КЕО.
При боковом освещении помещения площадь световых проемов определяется по формуле:

(5.4)

где S0 — площадь световых проемов, м2;
ен — нормативное значение КЕО, %;
Кз — коэффициент запаса;
?о- световая характеристика окон;
Кзд — коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;
Sп — площадь пола помещения, м2;
r1 — коэффициент, учитывающий повышение освещенности за счет отраженного света при боковом освещении;
?0 — общий коэффициент светопропускания, определяется по формуле:

?0=?1 ?2 ?3 ?4 ?5 (5.5)

где ?1 — коэффициент светопропускания материала;
?2 — коэффициет, учитывающий потери света в переплетах светопроема;
?3 — коэффициент, учитывающий потери света в несущих кострукциях, ( при боковом освещении ?3=1);
?4 — коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах. При их отсутствии ?4= 1;
?5 — коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимается равным 0,9;

При верхнем освещении — определяется по формуле:
(5.6)

где Sф — площадь световых проемов при верхнем освещении, м2;
?ф — световая характеристика фонаря или светового проема в плоскости покрытия;
r2 — коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света при верхнем освещении;
Кф — коэффициент, учитывающий тип фонаря.

3. Экспериментальная часть
3.1. Применяемые приборы

Переносной фотоэлектрический люксметр Ю-116 предназначен для измерения освещенности. Может примениться для контроля освещеннос¬ти и проведения научно-исследовательских работ.
Люксметр состоит из измерителя и отдельного фотоэлемента с насадками. Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. При воздействии светового потока на чувствительный слой селенового фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который вызывает отклонение стрелки прибора пропорционально осве¬щенности фотоэлемента. Прибор градуирован в люксах.
На измерителе прибора имеется две шкалы: 0-30 и 0-100 лк. На каждой шкале точками отмечено начало измерения диапазона: на шкале 0-30 точка находится над отметкой 5, на шкале 0-100 лк. точка нахо¬дится над отметкой 17. Измерение на участках шкал ниже соответственно 5 и 17 лк не рекомендуется из-за большой погрешности. Таким образом, диапазоны измерений 5-30 и 17-100 лк. имеют наименьшую погреш¬ность измерения. На передней панели измерителя имеются две кнопки переключения шкал и таблица со схемой использования насадок. Имеется корректор для установки стрелки измерителя в нулевое положение при отключенном фотоэлементе. На боковой стенке корпуса измерителя расположено гнездо для присоединения селенового фотоэлемента.
Селеновый фотоэлемент помещен в пластмассовый корпус и присоединяется к измерителю шнуром с вилкой, обеспечивающей правильную полярность соединения.
Для расширения диапазона измерений, на фотоэлемент устанавлива¬ются специальные насадки (М, Р, Т и К) с различными коэффициентами ослабления.
Насадка «М» имеет коэффициент ослабления 10 и расширяет диа¬пазоны измерения до 50-300 и 170-1000 лк. Насадка «Р» — коэффициент ослабления 100, диапазоны измерения 500-3000 и 1700-10000 лк. На¬садка «Т» — коэффициент ослабления 1000, диапазоны измерения 5000-30000 и 17000-100000 лк. Каждая из насадок (М,Р,Т) устанавливается на фотоэлемент только совместно с насадкой «К», которая уменьшает косинусную погрешность и выполнена в виде полусферы из белой светорассеивающей пластмассы с непрозрачным пластмассовым кольцом, имеющим сложный профиль. Самостоятельно (без других насадок) насадка «К» не применяется.
Для определения освещенности фотоэлемент устанавливается горизонтально на рабочем месте, отсчет показаний производится по шкале измерителя, также расположенному горизонтально.
Для определения значения измеряемой освещенности нужно показа¬ния соответствующей шкалы измерителя умножить на коэффициент ослаб¬ления установленных насадок. При работе без насадок показания сни¬маются непосредственно с прибора.
При эксплуатации люксметра необходимо оберегать селеновый фотоэлемент от излишней освещенности. Поэтому, если величина освещен¬ности неизвестна, нужно начинать измерения с установки на фотоэле¬мент последовательно насадок К,Т; К,Р; К,М и при каждой насадке сначала нажимать правую, а затем левую кнопку переключения шкал.
После окончания измерения:
— отсоединить фотоэлемент от измерителя люксметра;
— установить на фотоэлемент насадку «Т»;
— уложить фотоэлемент в крышку футляра.
На полу лаборатории в плоскости характерного разреза помеще¬ния наносятся метки на расстоянии 1,2,3,4 и 5 м от светового проема (окна).
3.2. Порядок проведения работы
3.2.1. Практическое определение КЕО в точках характерного разреза помещения лаборатории
1. Ознакомиться с устройством и эксплуатацией люксметра Ю-116.
2. Произвести замер освещенности в точках характерного разреза помещения (Евн„) на расстоянии 1,2,3,4 и 5 м от окна лаборатории на высоте условной рабочей поверхности — 0,8 м (высота столов). Одно¬временно произвести замер наружной освещенности (Енар). Для этого один фотометрист должен располагаться внутри помещения, второй — на открытом пространстве или на крыше здания. По сигналу третьего лица или по сверенным часам фотометристы измеряют одновременно горизонтальную освещенность снаружи и внутри помещения. Замер дол¬жны производиться, когда небосвод закрыт облаками.
Для определения наружной освещенности при выполнении лабораторной работы разрешается фотоэлемент люксметра поместить у остекления окна в горизонтальном положении. Полученную освещенность уве¬личить в 2,3 рада, так как пластину фотоэлемента освещает только половина небосвода (вторая накрыта зданием) и имеются потери света при прохождении его через остекление.
3. По формуле (5.2) для каждой из пяти точек характерного разреза помещения лаборатории определить значения КЕО.
4. По полученным данным построить график изменения КЕО в точках характерного разреза помещения лаборатории.
3.2.2. Определение нормированного значения КЕО лаборатории
1. По формуле (5.3) определить нормированное значение КЕО лабора¬тории в точке, расположенной на расстоянии I м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения к условной рабочей поверхности,
2. Сделать вывод о возможности проведения лабораторных работ по условиям естественного освещения.
3.3. Расчет площади световых проемов лаборатории, обеспечивающих нормированное значение КЕО.
По формуле (5.4) рассчитать площадь световых проемов лаборатории. Исходные данные для расчета принимать согласно варианта, указанного преподавателем.
Средневзвешенный коэффициент отражения ?ср потолка, стен и пола для всех вариантов принимать равным 0,5.
Таблица 5.1
Исходные данные для расчета
Наименование параметра Условное обозначение Вариант
I П Ш
I. Длина помещения, м lп 10 12 15
2. Глубина помещения, м В б 8 10
3 Высота от уровня условной рабочей поверхности до верха окна, м 2 2 2
4 Расстояние расчетной точки от окна, м l 5 7 9
4. Форма протокола отчета

4.1. Определение КЕО в точках характерного разреза помещения лаборатории

Расстояние от окна, м Енар, лк Евн, лк Е, %
1
2
3
4
5

График измерения КЕО в точках характерного разреза помещения лаборатории
е, %
0 1 2 3 4 5 l, м

4.2. Определение нормированного КЕО для лаборатории

еIIIн, % m c ен, % Вывод

4.3 Определение площади световых проемов

Наименование Обозначение Величина
1. Длина помещения, м lп
2. Глубина помещения, м В
3. Высота от уровня условной поверхности до верха окна, м h1
4. Расстояние расчетной точки от окна, м l
5. Нормируемое значение КЕО eн
6. Коэффициент запаса Кз
7. Отношения lп / В
В/ h1
l/ В
8. Световая характеристика окон ?0
9. Коэффициенты светопропускания: ?1
?2
?3
?4
?5
?0
10. Средневзвешенный коэффициент отражения потолка, стен и дола ?ср
11. Коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света при боковом освещении r1
12. Коэффициент, учитывающий затенение противостоящим зданиям Кзд
13. Площадь пола, м2 Sп
14. Площадь окон, м2 Sо

5. Контрольные вопросы

1. Какие виды естественного освещения применяются для освещения производственных помещений?
2. Каковы достоинства и недостатки естественного освещения?
3. Что такое коэффициент естественной освещенности (КЕО)?
4. Как определяется нормированное значение КЕО?
5. В каких точках помещения нормируется КЕО при боковом, верхнем и комбинированном естественном освещении?
6. Как определяется площадь световых проемов, обеспечивающих нормируемое значение КЕО?
7. Каков принцип действия фотоэлектрического люксметра Ю-116?
8. За счет чего увеличивается диапазон намерения освещенности люксметра Ю-116?
9. Каков порядок измерения освещенности при помощи люксметра Ю- 116?

6. Техника безопасности при проведении работы

Настоящая работа не связана с какими-либо опасностями и вредностями, поэтому требуется только соблюдение общих правил по технике безопасности при проведении работ в лаборатории.

7. Материальное обеспечение
I. Люксметр Ю 116.