Производственное освещение: проектирование и расчёт

            ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ


        ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ

Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 628.97
ББК 31.294
     П80


Авторы:
Трунова И. Г., Елькин А. Б., Маслеева О. В., Малафеев О. Ю., Агальцова Т. А.

Рецензент:
доктор технических наук, профессор В. И. Наумов




П80       Производственное освещение: проектирование и расчёт : учебное
      пособие / [Трунова И. Г. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 240 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1494-4

           Приведены общие сведения о роли и видах производственного освещения, основные принципы проектирования систем освещения. Указаны особенности выбора системы производственного освещения, изложены методики расчета общего, местного искусственного освещения производственных и административных зданий и помещений. Приведены примеры расчетов и необходимые справочные данные.
           Для бакалавров и магистров всех направлений подготовки очной и заочной форм обучения. Может быть использовано при выполнении выпускной квалификационной работы.

УДК 628.97
ББК 31.294
















ISBN 978-5-9729-1494-4

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................5
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ................................................7
1. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ........................................11
2. ВИДЫ И СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ.......................21
2.1. Естественное освещение.........................................21
2.2. Искусственное освещение........................................23
3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННОМУ ОСВЕЩЕНИЮ................30
4. ИСТОЧНИКИ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ...............................33
4.1. Тепловые источники света.......................................34
4.1.1. Лампы накаливания............................................34
4.1.2. Галогенные лампы.............................................36
4.2. Разрядные лампы................................................37
4.2.1. Люминесцентные лампы.........................................37
4.2.2. Лампы ДРЛ, ДНаТ..............................................40
4.2.3. Металлогалогенные лампы......................................45
4.3. Светодиодные лампы.............................................48
5. СВЕТИЛЬНИКИ......................................................54
6. Нормирование освещения...........................................74
6.1. Нормирование искусственного освещения..........................74
6.2. Нормирование естественного освещения...........................77
6.3. Нормирование наружного освещения...............................78
6.4. Нормирование аварийного освещения..............................82
6.5. Эвакуационные знаки безопасности...............................85
7. КОНТРОЛЬ ОСВЕЩЕНИЯ...............................................88
7.1. Методика контроля параметров освещения.........................88
7.2. Приборы для контроля параметров освещения......................91
8. МЕТОДИКИ РАСЧЁТА СИСТЕМЫ ОБЩЕГО ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ...........................................................95
8.1. Расчёт по методу коэффициента использования светового потока...95
8.2. Расчёт по методу удельной мощности (метод Ватта)...............98
8.3. Расчёт по точечному методу.....................................99
8.4. Электротехнический расчёт.....................................102
9. МЕТОДИКИ РАСЧЁТА ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ........................105
9.1. Расчёт площади световых проёмов...............................108
9.2. Графоаналитический метод расчёта КЕО методом Данилюка.........109

3

10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ В ПРОГРАММЕ DIALux.........................114
10  .1. Проектирование светотехнической части системы освещения административного помещения...............................................................114
10.2. Проектирование системы общего освещения производственного помещения....128
10.3. Проектирование системы наружного освещения........................143
11. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТОВ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ...........................159
11.1. Расчёт общего освещения для производственного помещения...........159
11.2. Расчёт общего освещения для офисного помещения....................162
11.3. Электротехнический расчёт.........................................168
11.4. Расчёт по методу удельной мощности (метод Ватта).......................170
11.5. Расчёт точечным методом...........................................172
12. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТОВ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ............................174
12.1. Расчёт площади остекления световых проёмов для естественного освещения.174
12.2. Расчёт геометрического КЕО (метод Данилюка)............................178
13. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ................................................180
13.1. Методика экономического расчёта...................................180
13.2. Экономический расчёт сравнения двух вариантов системы искусственного общего освещения...............................................................181
14. ХРАНЕНИЕ И УТИЛИЗАЦИЯ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ ЛАМП..........................185
14.1. Хранение ртутьсодержащих ламп.....................................185
14.2. Утилизация ртутьсодержащих ламп...................................187
14.2.1. Методы утилизации ртутъсодержащих ламп..........................187
14.2.2. Технология вакуумной дистилляции РСО............................189
14.2.3. Технология термической демеркуризации РСО.......................189
14.2.4. Технология реагентной демеркуризации............................191
14.2.5. Технология противоточной продувки...............................192
14.2.6. Переработка люминофора..........................................193
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................195
Приложение 1. Справочные материалы для расчёта искусственного освещения.197
Приложение 2. Справочные материалы для расчёта естественного освещения..234

4

ВВЕДЕНИЕ


    Современное человеческое общество немыслимо без повсеместного использования света. Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающее около 90 % информации, получаемой человеком от окружающего мира.
    Освещение исключительно важно для здоровья человека. Свет - это ключевой элемент нашей способности видеть, оценивать форму, цвет и перспективу окружающих нас предметов. Очень много несчастных случаев происходит, помимо всего прочего, из-за неудовлетворительного освещения или из-за ошибок, сделанных рабочим, по причине трудности распознавания того или иного предмета или осознания степени риска, связанного с обслуживанием станков, транспортных средств, контейнеров и т. д. Недостаточное освещение вызывает зрительный дискомфорт, выражающийся в ощущении неудобства или напряженности. Длительное пребывание в условиях зрительного дискомфорта приводит к отвлечению внимания, уменьшению сосредоточенности, зрительному и общему утомлению.
    Свет создаёт нормальные условия для работы и учёбы, улучшает наш быт. Без современных средств освещения невозможна работа шахт и рудников, предприятий в безфонарных и безоконных зданиях, метрополитена, многих взрыво-и пожароопасных производств. Без искусственного света не может обойтись современный город, невозможны строительство, сельскохозяйственные работы, а также работа транспорта в темное время суток. Свет обеспечивает возможность космических полетов, освоения мирового океана. Оптическое излучение все в большей степени используется в современных технологических процессах в промышленности и сельском хозяйстве для обеззараживания помещений и воды, становится неотъемлемой частью фотохимических производств, играет всё возрастающую роль в повышении продуктивности животноводства и птицеводства, урожайности растительных культур. Световая сигнализация является одним из распространенных средств связи, особенно на всевозможных видах транспорта.
    Производственное освещение - неотъемлемый элемент условий трудовой деятельности человека. Правильно организованное освещение рабочего места обеспечивает сохранность зрения человека и нормальное состояние его нервной системы, а также безопасность в процессе производства. Производительность труда и качество выпускаемой продукции находятся в прямой зависимости от освещения.
    Рационально устроенное освещение в цехах промышленных предприятий и общественных зданий является существенным показателем высокого уровня культуры труда и технического прогресса, неотделимой частью научной организации труда и эстетики, производства.
    Обеспечение гигиенически рациональных условий освещения в производственных помещениях способствует длительному сохранению работоспособности и предотвращению производственного травматизма и повышает производительность труда от 5 до 20 %. Производственное освещение должно обеспечивать не только достаточную освещенность на рабочих местах, но и обладать высоким 5

качеством - равномерное распределение яркостей на рабочей поверхности, отсутствие слепящих бликов и резких теней, быть экономичным и безопасным.
    Рациональное освещение рабочих мест является одним из элементов благоприятных условий труда. При неудовлетворительном освещении зрительная способность глаза снижается, могут появиться головные боли, резь в глазах, близорукость, катаракта, поэтому немаловажное значение должно придаваться созданию хорошей освещенности рабочего места.
    Из-за постоянного напряжения зрения наступает зрительное утомление. При недостаточном освещении рабочий наклоняется к оборудованию, вследствие чего возрастает опасность несчастного случая. Постоянный перевод взгляда с достаточно освещенного предмета на плохо освещенный вызывает профессиональную болезнь - нистагм. Длительная работа при высокой освещенности может привести к светобоязни - повышенной чувствительности глаз к свету с характерным слезотечением, воспалением слизистой оболочки или роговицы глаза.
    Эффективное использование света с помощью достижений современной светотехники - важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма и сохранения здоровья людей.
    О масштабах современной светотехники можно судить по следующим цифрам. В нашей стране в настоящее время только в промышленности и сельском хозяйстве, в общественных и жилых зданиях и на улицах установлено более одного миллиарда световых точек суммарной мощностью около 100 млн кВт. Во всем мире 19 % всей электроэнергии тратится на освещение. По разным оценкам в России эта цифра составляет около 13^16 %. Большая часть приходится на освещение зданий и улиц - 75 %. На освещение ежегодно расходуется свыше 115 млрд кВт • ч электроэнергии (по данным на 2019 год). На нужды уличного освещения в 2019 году было израсходовано 4,73 млрд кВт • час.
    Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.
    Будущие осветительные устройства (ОУ) - это не только комфортные многофункциональные световые комплексы, но и энергоэкономичные, эффективные и экологичные ОУ, производящие высококачественный свет только в таком количестве и в то время, сколько, когда и где требуется.
    Проблема энергосбережения в ОУ всех стран мира, не только передовых, но и развивающихся, приобрела за последние годы исключительное значение. При этом от успехов в решении этой проблемы во многом зависит будущее человеческой цивилизации не только в связи с постепенным исчерпыванием горючих ископаемых, идущих на выработку электроэнергии, но и из-за быстро происходящего загрязнения окружающей среды выбросами в атмосферу вредных веществ (диоксидов углерода и серы, а также ртути), образуемых в результате сжигания топлива при производстве электроэнергии.

6

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

    В учебном пособии используются следующие термины в соответствии с ГОСТ Р 56228-2014 «Освещение искусственное. Термины и определения»:
    -      аварийное освещение: освещение, предназначенное для использования при нарушении питания рабочего освещения;
    -      акцентирующее освещение: освещение, предназначенное для существенного увеличения освещенности на ограниченном участке или объекте по сравнению с окружающим пространством при минимуме рассеянного освещения;
    -      антипаническое освещение: вид эвакуационного освещения для предотвращения паники и безопасного подхода к путям эвакуации;
    -      архитектурное освещение: искусственное освещение объектов, имеющих важное градостроительное, композиционное или визуально-ориентирую-щее значение, отвечающее эстетическим требованиям зрительного восприятия;
    -      блескость: явление, при котором появляется дискомфорт или уменьшается способность видеть детали или объекты вследствие неблагоприятного распределения или уровня яркости или экстремальных контрастов;
    -      вертикальная освещенность, лк: освещенность на вертикальной плоскости;
    -      внутреннее освещение: освещение объектов, находящихся внутри помещений, и/или их окружения;
    -      горизонтальная освещенность, лк: освещенность на горизонтальной плоскости;
    -     дежурное освещение: освещение в нерабочее время;
    -      диффузное освещение: освещение, при котором свет, падающий на рабочую плоскость или объект, не имеет преимущественного направления;
    -      дискомфортная блескость: блескость, вызывающая неприятные ощущения, но не обязательно ухудшающая при этом видимость объектов;
    -      знак безопасности: знак, дающий информацию о мерах безопасности (запрещения, предписания или разрешения определенных действий) с помощью комбинации цвета, формы и графических символов или текста;
    -      знак безопасности с внешней подсветкой: знак безопасности, освещаемый извне;
    -      знак безопасности с внутренней подсветкой: знак безопасности, освещаемый изнутри;
    -      зона зрительной работы: часть рабочей поверхности, на которой выполняют зрительную работу;
    -      зона непосредственного окружения: область шириной не менее 0,5 м, окружающая зону зрительной работы внутри поля зрения;
    -      зона периферии: зона, следующая за зоной непосредственного окружения объекта наблюдения внутри поля зрения;

7

    -      индекс цветопередачи; ИЦ: мера соответствия зрительных восприятий цветного объекта, освещенного исследуемым и стандартным источниками света при определенных условиях наблюдения (с учётом хроматической адаптации наблюдателя);
    -      источник света; ИС: устройство, излучающее свет в результате преобразования электрической энергии;
    -     комбинированное освещение: сочетание общего и местного освещения;
    -      контраст: субъективное восприятие качественного или количественного различия двух частей поля зрения, видимых одновременно или последовательно;
    -      контраст объекта различения с фоном: яркостный контраст, определяемый отношением разности между яркостью объекта и фона к яркости фона;
    -      коэффициент ослепленности: число, характеризующее слепящее действие находящихся в поле зрения ИС;
    -      коэффициент пульсации освещенности, %: критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ИС в ОУ при питании их переменным током;
    -      локализованное освещение: освещение зон с повышенными требованиями к уровню освещенности;
    -      максимальная освещенность, лк: наибольшее значение освещенности, определенное в точках заданной поверхности;
    -      местное освещение: освещение рабочего места, являющееся дополнительным к общему освещению и имеющее независимое от него управление;
    -      минимальная освещенность, лк: наименьшее значение освещенности, определенное в точках заданной поверхности;
    -      направленное освещение: освещение, при котором свет падает на рабочую плоскость или объект преимущественно с какого-то одного направления;
    -      наружное освещение: освещение объектов, находящихся вне зданий, и/или их окружения;
    -      общее освещение: освещение открытых пространств или помещений (общее равномерное освещение) или отдельных их зон (общее локализованное освещение) без учета специальных локальных требований;
    -      объединенный показатель дискомфорта: характеристика дискомфортной блескости;
    -      осветительный прибор; ОП: устройство, предназначенное для освещения и содержащее один или несколько электрических ИС и осветительную арматуру;
    -      освещение: использование света для того, чтобы сделать видимыми объекты и/или их окружение;
    -      осветительная установка; ОУ: совокупность ОП и осветительных комплексов, поддерживающих конструкций, средств питания и управления освещением, а также элементов освещаемого пространства, участвующих в перераспределении света (поверхности помещения) или являющихся объектом освещения (участок полотна дороги, стена здания и т. п.), функционально связанных для

8

обеспечения необходимых условий видимости и комфортности освещаемого объекта или пространства;
    -      осветительная система: светотехническое оборудование (ИС, пускорегулирующая аппаратура, ОП и средства управления), необходимое для реализации и функционирования ОУ;
    -      освещение зон повышенной опасности: вид эвакуационного освещения - для безопасного завершения потенциально опасного рабочего процесса;
    -      освещение путей эвакуации: вид эвакуационного освещения для надежной идентификации и безопасного использования путей эвакуации;
    -      освещенность, лк: физическая величина, определяемая отношением светового потока, падающего на малый участок поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого участка;
    -      отраженная блескость: характеристика отражения светового потока от рабочей поверхности в направлении глаза работающего, определяющая снижение видимости вследствие чрезмерного увеличения яркости рабочей поверхности и вуалирующего действия, снижающего контраст между объектом и фоном;
    -      отраженный световой поток, лм: световой поток, поступающий на поверхность от ОП после отражения от других поверхностей ОУ;
    -      показатель ослепленности: величина, производная от коэффициента ослепленности;
    -      поле зрения: часть пространства, в пределах которого находящийся в заданном положении глаз наблюдателя видит объекты;
    -      прямой световой поток, лм: световой поток, поступающий на поверхность непосредственно от ОП;
    -      пульсация: периодические колебания фотометрической величины (светового потока, освещенности и др.) при питании ИС переменным током;
    -      пути эвакуации: пути для эвакуации людей в аварийной ситуации;
    -      рабочее освещение: освещение, обеспечивающее нормируемые светотехнические параметры (освещенность, качество освещения и другие) в помещениях и в местах производства работ вне зданий;
    -      рабочая поверхность: поверхность, на которой проводят работу и для которой нормируют освещенность;
    -      равномерность освещенности: отношение значения минимальной освещенности к значению средней освещенности поверхности;
    -      резервное освещение: вид аварийного освещения для продолжения работы в случае отключения рабочего освещения;
    -      световая среда: полная совокупность внешних световых факторов, способных повлиять на зрительное восприятие человеком окружающей обстановки;
    -      система указания путей эвакуации: система, обеспечивающая однозначность информации и достаточное число эвакуационных знаков безопасности, позволяющих людям эвакуироваться из места расположения в случае возникновения опасности вдоль установленных путей эвакуации;

9

    -      слепящая блескость: блескость, ухудшающая видимость объектов, но не обязательно вызывающая дискомфорт;
    -      средняя освещенность, лк: освещенность, усредненная по заданной поверхности;
    -      сетка для измерений и расчётов: упорядоченная совокупность точек расчётной поверхности, в которых рассчитывают или измеряют заданные световые величины (освещенность, яркость);
    -      совмещенное освещение: действующее совместно естественное и искусственное освещение;
    -      утилитарное наружное освещение: стационарное освещение, обеспечивающее безопасное и комфортное движение транспортных средств и пешеходов на дорогах, улицах, велосипедных дорожках и в пешеходных зонах парков и скверов в темное время суток;
    -      фон: поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается;
    -      цветовая температура, К: температура излучателя Планка (черного тела), при которой его излучение имеет ту же цветность, что и излучение рассматриваемого объекта;
    -      цветопередача: общее понятие, характеризующее влияние спектрального состава ИС на зрительное восприятие цветных объектов, сознательно или бессознательно сравниваемое с восприятием тех же объектов, освещенных стандартным источником света;
    -      эвакуационное освещение: вид аварийного освещения для эвакуации людей или завершения потенциально опасного процесса;
    -      эвакуационный выход: выход, предназначенный для использования в аварийной ситуации.

10

1. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ


     Свет - это видимая часть спектра электромагнитного излучения оптического диапазона (от 380 до 780 нм).
     Световой поток Ф - лучистая энергия, которая воспринимается человеком как свет. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).
     Сила света I - пространственная плотность светового потока, численно равная отношению светового потока Ф, исходящего от точечного источника, к величине телесного угла ш, в пределах которого он распространяется:

                                1=-,                                  (1.1)
G.)
где I - сила света, кд;
Ф - световой поток, лм; о.) - телесный угол.
     За единицу силы света принята кандела (кд).
     Сила света, равная одной канделе, испускается с площади 1/600 000 м² сечения полного излучателя в перпендикулярном этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101 325 МПа.
     Единица силы света - кандела соответствует световому потоку 1 лм, равномерно распределенному внутри телесного угла 1 стерадиан (ср.).


Рис. 1.1. Распространение света в телесном углу

    Освещённость Е — поверхностная плотность светового потока, численно равная отношению светового потока Ф, равномерно падающего на освещаемую поверхность, к площади этой поверхности S:

Е = -,                              (1.2)

где Е - освещённость на рабочей поверхности, лк;
Ф - световой поток, лм;
S - площадь поверхности, м².
    Единица освещённости - люкс (лк). 1 лк - освещённость поверхности в 1 м² при световом потоке в 1 лм.


11

    Приведём несколько примеров показателей освещённости:
    -  лето, день под безоблачным небом - 100 000 лк;
    -  уличное освещение - 5-30 лк;
    -  полная луна в ясную ночь - 0,25 лк.
    Яркость В - это поверхностная плотность силы света в данном направлении. Яркость В поверхности под углом а к нормали численно равна отношению силы света I излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении к площади 5 проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению:

в = —^—,                              (1.3)
S ■ cosa

где В - яркость поверхности, кд/м²;
I - сила света;
5 - площадь поверхности, м²;
a - угол между направлением потока света и нормалью к поверхности.
    Яркость является величиной, непосредственно воспринимаемой глазом человека. Единицей измерения яркости является кандела на 1 м² (кд/м²).
    Несколько практических примеров:
    -  яркость поверхности солнца - 2 000 000 000 кд/м²;
    -  яркость люминесцентных ламп - от 5000 до 15 000 кд/м²;
    -  яркость поверхности полной луны - 2500 кд/м²;
    -  искусственное освещение дорог - 2 кд/м².
    Коэффициент естественного освещения (КЕО) - характеризует долю естественного света, проникающего внутрь помещения через оконные проёмы:
                         КЕ0 = 5™а                                 ^.₄)
^наружное
где КЕО - коэффициент естественного освещения, %;
Е-_расч. точка освещённость на рабочей поверхности, лк;
Енаружное - наружная освещенность, лк.
    Коэффициент пульсации
    В результате медицинских исследований, учеными установлено, что человеческой глаз воспринимает пульсации частотой до 300 Гц - они воздействуют на мозг, в результате чего происходит подавление природных биоритмов ЦНС, нарушения гормонального фона, другие отклонения в деятельности жизненно важных систем организма.
    Кп - коэффициент пульсации освещённости - показатель относительной глубины колебаний освещённости во времени:
к   Гт.;.,.Ет" 100,                       (1.5)
² ^ср
где Кп - коэффициент пульсации, %;

12