Природне освітлення

Основним завданням при проектуванні природного освітлення виробничих приміщень є вибір типу та визначення розміщення і сумарної площі світлових отворів, при яких у приміщеннях забезпечується необхідний світловий режим. Для нормування та розрахунку природного освітлення приміщень використовують відносний показник — коефіцієнт природного освітлення (КПО). Нормовані значення КПО визначаються відповідно до СНиП II-4-79. З метою врахування особливостей світлового клімату в різних географічних пунктах вся територія розподілена на 5 поясів світлового клімату. Нормоване значення КПО для будівель, що розміщенні в І, II, IV та V поясах світлового клімату, визначається за формулою

, (65)

де — значення КПО за табл. 22;

m — коефіцієнт світлового клімату;

C — коефіцієнт сонячності клімату (для території України він дорівнює 0,6 - 0,95, більш докладно наведено [32]).

Територія Кримського півострова належить до V поясу світлового клімату, решта території України — до IV. Коефіцієнт m для IV та V поясів світлового клімату становить відповідно 0,9 та 0,8.

Вибір системи природного освітлення визначається, в основному, призначенням та прийнятим об'ємно-планувальним рішенням будівлі, характеристиками технологічного процесу та зорової роботи, що виконуються в приміщенні, а також графічним розташуванням будівлі та особливостями клімату. Верхнє та комбіноване освітлення доцільно застосовувати в одно- та двоповерхових (для верхнього поверху) промислових підприємствах. Бокове природне освітлення, застосовується в багатоповерхових будівлях, а також в одноповерхових, у яких відношення глибини приміщення до висоти вікон над умовною робочою поверхнею і перевищує 8.

Таблиця 22 - Значення коефіцієнту природного освітлення

При облаштуванні бокового освітлення в крайніх прольотах промислових будівель, як правило, ширина вікон не повинна перевищувати 4,8 м, висота підвіконників повинна становити не менше 1,4 м. У приміщеннях, що мають значну глибину (більше 18 м) площу вікон необхідно вибирати, виходячи з мінімального КПО при сумісному освітленні, а вікна у зовнішніх стінах слід розташовувати в два яруси, причому нижній ярус вікон проектується із умов забезпечення зорового зв'язку з навколишнім простором, а верхній ярус освітлення віддалених від вікон зон приміщення.

Освітленість робочої поверхні всередині приміщення створюється кількома складовими, що можна подати наступним рівнянням:

(66)

де Е_з — освітленість, яка створюється дифузним світлом неба, що потрапляє через світловий отвір безпосередньо на робочу поверхню;

Е_в — освітленість, яка створюється за рахунок відбиття світла від стін, стелі, підлоги;

Е_б — освітленість, яка створюється за рахунок відбиття світла від будівлі, то стоїть навпроти вікна.

Якщо навпроти вікна немає будівлі, то Е_б=0, в той же час дерева, будівлі, що розташовані навпроти вікна з південної сторони, можуть його затіняти, зменшуючи тим самим загальну освітленість робочої поверхні. При розрахунку природного освітлення необхідно враховувати всі три складені освітленості. Докладно розрахунок природного освітлення наведено в літературі [32].

Штучне освітлення

Механічні й інструментальні цехи розташовуються в основному в приміщеннях висотою від 3,2 до 18 м із шириною прольотів від 9 до 30 м. Металообробні верстати можуть розташовуватися рядами або уздовж прольотів, або під невеликими кутами до подовжньої осі цеху. Число рядів устаткування може коливатися від одного до чотирьох. Основний прохід між рядами верстатів розташовується, як правило, у центрі прольотів і має ширину 2—4 м. Слюсарні верстати розміщаються поодинці чи рядами на спеціально виділених ділянках. Штучне освітлення цих цехів виконують відповідно до норм СНиП II-4-79.

Роботи на металообробних верстатах і слюсарних верстатах зв'язані з контролем правильності установки й обробки деталі, настроюванням верстата, контролем якості обробки деталі і відносяться до робіт дуже високої точності, що вимагає пристрою комбінованого освітлення з переважним використанням для загального освітлення люмінесцентних ламп типу ЛБ. Використання ламп ДРЛу цих цілях можливо лише у високих цехах (6 м і вище), коли застосування люмінесцентних ламп приводить до різкого і неприйнятного збільшення кількості освітлювальних приладів. Лампи накалювання використовуються в основному для місцевого освітлення металообробних верстатів і слюсарних верстатів.

У табл. 23 наведені значення освітленостіробочих місць механічних і інструментальних цехів при використанні газорозрядних ламп для загального освітлення. Показник засліпленості повинний бути не більш 20, коефіцієнт пульсації від загального освітлення — не більш 20 %, від місцевого освітлення — не більш 10 %. У табл. 24 приведені рекомендації з освітлення механічних та інструментальних цехів.

Таблиця 23 – Норми освітленості робочих місць при штучному освітленні

Таблиця 24 – Мінімальна освітленість механічних та інструментальних цехів при освітленні газорозрядними лампами

У цехах з автоматизованими верстатними лініями виконуються епізодичні, але точні та відповідальні зорові роботи. У них улаштовують, як правило, одне загальне освітлення з рівнем освітленості по цеху 300 лк для механічного виробництва і 500 лк для інструментального. Місцеве освітлення передбачають лише на робочих місцях контролю готової продукції. Крім того, повинна, бути забезпечена можливість користування переносними освітлювальними приладами.

Характер зорових робіт і умови середовища в механічних і інструментальних цехах допускають використання відкритих як дифузійних, так і дзеркальних освітлювальних приладів зі ступенем захисту IP20. Вибір типу освітлювального приладу загального освітлення залежить від рівня освітленості та висоти його установки. Для освітлення невисоких приміщень (до 6 м) раціонально використовувати дифузійні прилади типів ЛД, ЛСП02 з люмінесцентними лампами. Приміщення висотою 7 м і більш доцільно освітлювати приладами глибокого світлорозподілу (наприклад, типу ЛСП13). Для освітлення високих приміщень можуть бути використані лампи ДРЛ і МГЛ.

Для підвищення рівномірності освітлення і зменшення затінення робочої поверхні корпусом працюючого, конструктивними частинами устаткування і т.д. (особливо в цехах невеликої висоти) люмінесцентні лампи доцільно розміщати у всіх цехах у виді безупинних ліній чи з невеликим розривом. Рекомендується лінії ламп розміщати не над супортами верстатів, а зрушувати їх убік механізмів керування на 0,5—1 м, що найбільше важливо при невеликій висоті.

Усі робочі місця в механічних і інструментальних цехах повинні мати місцеве освітлення. За способом освітлення робочих зон верстати можна підрозділити на три групи. До першого відносяться токарські (універсальні, гвинторізні, револьверні), поперечно-стругальні, свердлильні і зубофрезерні верстати. Мінімальна висота установки освітлювальних приладів на верстатах цієї групи (за винятком зубофрезерних) складає 0,3— 0,4 м. Конструкція зубофрезерних верстатів дозволяє установити прилади місцевого освітлення на висоті не менш 0,5—0,7 м. До другої групи відносяться шліфувальні і полірувальні верстати, для яких застосовують прилади з малою яскравістю поверхні, що світить. Мінімально припустима висота установки приладу місцевого освітлення складає 0,1—0,2 м. У третю групу входять великогабаритні верстати (карусельні, горизонтально-розточувальні, повздошно-фрезерні в т.п.), на яких необхідно освітлювати дві робочі зони: обробки і керування. Для кожного виду верстата типорозмір освітлювального приладу і потужність джерела світла визначаються мінімальною висотою над робочою зоною, на якій можуть бути встановлені прилади.

При проектуванні загального освітлення механічних і інструментальних цехів потрібно вводити коефіцієнт запасу, рівний 1,6. Терміни чищень освітлювальних приладів повинні складати для механічних цехів 4 рази в рік, інструментальних — 2 рази в рік.

Складальні цехи за будівельними параметрами їхніх приміщень надзвичайно різноманітні. З погляду організації технологічного процесу цехи можна підрозділити на дві групи: цехи складання великих виробів (машин, верстатів, механізмів) і цехи складання дрібних виробів (інструмента, приладів). Загальній зборці виробів першої групи передує їхня вузлова комплектація і зборка. Вони проводяться на винесених окремо ділянках чи робочих місцях. При виконанні вузлової зборки працюючий повинний стежити за правильністю підбора й установки окремих деталей вузла, робити такі операції, як припасування, шабровка, електромонтаж і т.п., а також контролювати свою роботу візуально і по приладах. Об'єкти розрізнення можуть знаходитися в будь-якій площині, як зовні, так і усередині виробів. Зборку вузлів завжди варто проводити при комбінованому освітленні. При технічній неможливості устаткування місцевого освітлення у виді виключення може бути використана система загального локалізованого висвітлення.

Загальне складання великих виробів, як правило, відбувається на спеціальних площадках чи потокових лініях, розташованих на рівні підлоги, або на великих, іноді підвісних, конвеєрах. Ці роботи зв'язані з необхідністю точного припасування окремих вузлів при їхній установці на станину, раму чи корпус і наступне регулювання їхнього взаємного розташування. Устаткування може бути освітлене за допомогою системи загального освітлення. Іноді потрібно сполучення загального рівномірного і локалізованого освітлення.

Складання дрібних виробів здійснюється звичайно на конвеєрах різної конфігурації або на верстатах. Це складання складається трьома основними циклами: вузлового складання окремих частин, чистового складання і контролю готових виробів. На вузловому і загальному складанні дрібних виробів має бути використана система комбінованого освітлення.

Розміри об'єктів розрізнення в складальних цехах можуть бути різні. При складальних операціях зустрічаються зорові роботи як дуже високої, так і середньої точності. Характерні приклади нормативних вимог до освітлення різних складальних робіт наведені в табл. 25.

Таблиця 25 - Мінімальні освітленості складальних цехів при освітленні газорозрядними лампами

При виконанні складальних операцій мають місце зорові роботи I – IV розрядів для освітлення яких повинні застосовуватися тільки газорозрядні лампи. Доцільний тип лампи вибирається в процесі розрахунку.

Умови середовища в складальних цехах нормальні, що дозволяє використовувати для їхнього освітлення відкриті освітлювальні прилади зі ступенем захисту IP20. Вибір конкретного типу приладу проводиться з урахуванням будівельних параметрів приміщення і специфіки зорової роботи.

Для багатьох складальних цехів, де рекомендується система комбінованого освітлення, необхідні прилади місцевого освітлення. Місцеве освітлення у залежності від технології виробництва і характеру організації робочих місць може створюватися двома різними способами. При першому кожне робоче місце комплектується індивідуальним приладом місцевого освітлення. Другий спосіб придатний для освітлення групи компактно розташованих у просторі робочих місць, таких, наприклад, як конвеєри, потокові лінії і т.п. Більш ефективне освітлення групи робочих місць, виконуване за допомогою лінії приладів місцевого освітлення.

Значення освітленості, що рекомендуються, і якісні показники освітлення для фарбувальних цехів наведені в табл. 26.

Специфіка фарбувальних робіт обумовлює доцільність переважного використання джерел світла, що забезпечують розрізнення кольорів і відтінків. Найбільш ефективні для цієї мети люмінесцентні лампи типів ЛБ, ЛХБ, ЛД і ЛДЦ. Коли застосування люмінесцентних ламп недоцільно можуть бути застосовані лампи ДРЛ. Відповідно до характеру виробництва і можливістю утворення вибухонебезпечних сумішей у фарбувальних приміщеннях необхідний пристрій робочого й евакуаційного освітлення. Як правило, у фарбувальних цехах застосовують загальне локалізоване освітлення з розміщенням освітлювальних приладів у проходах, між камерами для загального спостереження за ходом виробничого процесу, на ділянках безкамерного фарбування і контролю якості пофарбованих виробів. Для освітлення вибухонебезпечних зон у фарбувальному виробництві освітлювальні прилади вибирають відповідно до встановленого ПУЭ мінімальними рівнями і видами вибухозахисту та ступенем захисту оболонок від впливу середовища.

Таблиця 26. Освітленість, що рекомендується для основних ділянок фарбувальних цехів

Завдання світлотехнічного розрахунку системи штучного освітлення полягає у визначенні потужності джерел світла за заданою освітленістю, або у визначенні за заданим розміщенням світильників і відомій потужності джерел світла освітленості на розрахунковій площині та розподілення яскравості в полі зору.

Для розрахунку штучного освітлення використовують, в основному, три методи: світового потоку (коефіцієнта використання), точковий та питомої потужності.

Метод світового потоку, як правило, використовують для розрахунку потужності освітлювальної установки при рівномірному розміщенні світильників загального освітлення над горизонтальною площиною, коли відсутні крупногабаритні затінюючі предмети. При розрахунку за цим методом враховується як пряме, так і відбите світло.

Метод питомої потужності використовується в тих же випадках, що і метод світлового потоку. Цей метод вважається наближеним, оскільки простота розрахунку досягається за рахунок деякої втрати точності.

Загальне локалізоване освітлення, а також загальне рівномірне при наявності суттєвих затінень повинні розраховуватись за точковим методом. Цей же метод використовується при розрахунку освітленості похилих площин та відкритих просторів і також місцевого освітлення. Відбита складова освітленості у точковому методі враховується наближено.

Метод коефіцієнта використання світового потоку застосовують за умови, що витримані рекомендовані співвідношення відстані між світильниками l до висоти їх підвісу h, відхилення не повинно бути більшим 20%. При цьому відношення довжини світильника до найкоротшої відстані від нього до розрахункової точки не повинно перевищувати 0,2. Якщо ці умови не виконуються використовують точковий метод розрахунку [26, 35].

За методом коефіцієнта використання світлового потоку визначають необхідний світловий потік однієї лампи за формулою

, (67)

де Е_н – нормоване значення освітленості робочої поверхні, лк (таблиці 23 - 26);

S – площа приміщення, м²;

K – коефіцієнт запасу, К = 1,6;

Z – коефіцієнт нерівномірності освітлення (при розташуванні світильників рядами беруть 1,1);

η – коефіцієнт використання світлового потоку;

N – кількість світильників;

n – кількість ламп у світильнику.

Коефіцієнт використання світлового потоку визначається залежно від відбивної здатності стелі, стін і робочої поверхні (додаток М табл. М.1) та індексу приміщення (геометричних його розмірів) відповідно даному типу світильників за таблицею М.2 додатка М. Індекс приміщення визначається за формулою

, (68)

де А і В - довжина і ширина приміщення, м;

h – висота підвісу світильнику.

Висота підвісу визначається за формулою

h = H – (h_р.п. + h_зв.),(69)

де Н – висота приміщення, м;

h_р.п. – висота робочої поверхні (може бути 0,7...1,2 м залежно від виконуваної роботи);

h_зв. – звис - відстань від центру світильнику до стелі (0,1...1,5 м залежно від висоти приміщення і висоти світильника).

Якщо спочатку розрахунку беруть певну лампу з відомим світловим потоком, то визначають кількість світильників:

, (70)

де Fл – світловий потік однієї лампи, лм (додаток М, табл. М.3).

Далі визначають кількість рядів світильників та кількість світильників у ряді за умови, щоб відстані між світильниками у ряді та між рядами були приблизно однаковими. За необхідності здійснюють коригування кількості світильників.

Приклад. Розрахувати загальне освітлення механічного цеху, розміри якого 30х10х4,6 м, при використанні світильників ЛПО 02 з чотирма люмінесцентними лампами ЛБ-20. Коефіцієнти відбивної здатності стелі, стін, робочої поверхні відповідно 0,7; 0,5; 0,3. Висота робочої поверхні 0,8 м, висота звису 0,1 м. Виконувані зорові роботи відносяться до розряду ІІа.

Рішення. Нормами СНиП ІІ-4-79 (табл. 23) нормована освітлені від загального освітлення для зорових робіт ІІа становіть 200 лк.

Визначаємо висоту підвісу світильників за формулою (69):

h = H – (h _р.п. + h _3в.) = 4,6 – (0,8 + 0,1)= 3,7 м.

За допомогою таблиці М.3 додатка М знаходимо характеристики світильника и лампи: довжина 655 мм, ширина 655 мм, світловий потік лампи 1180 лк.

Перевіряємо можливість використання методу світлового потоку:

,

тобто використання метода правомірне.

Визначаємо індекс приміщення

За таблицею М.2 додатка М для даного світильника, який відноситься до групи 11, при індексі приміщення 2,0 і заданих коефіцієнтах відбивної здатності коефіцієнт використання 0,43.

Визначаємо необхідну кількість світильників (світловий потік ламп ЛБ-20 відомий) і конструктивно визначена кількість ламп у світильнику) за формулою (70)

.

Припускаємо розташування у 5 рядів, паралельно довшій стороні приміщення, тоді кількість світильників у ряді N_p буде дорівнювати:

Беремо N_p=11.

Загальна кількістьо світильників:

N = 11∙ 5 = 55.

Визначаємо фактичну освітленість

що задовольняє нормам.

Відстань між світильниками у ряді

Відстань від крайніх світильників до стіни:

R’ = R / 2 = 2,07 / 2 = 1,035 м.

Відстань між суміжними рядами світильників (при ширині світильників 0,655 м):

l₁ = B / np – b = 10/5 – 0,655 = 1,345 м.

Відстань між крайніми рядами і стінами:

l’ ₁=l1 / 2 = 1,345 / 2 = 0,673 м.

Сумарна електрична потужність усіх світильників, встановлених у приміщенні, становить

W = 55 ∙ 4 ∙ 20 = 4400 Вт = 4,4 кВт.

При використанні світильників з лампами ДРЛ (висота приміщень більше 6 м) розрахунок освітлення здійснюють за формулами (67) або (70) з урахуванням точкового характеру джерел світла. Більш докладно методика розрахунків наведена в літературі [32].