Показатели освещения и световой среды

Видимый свет – это электромагнитные волны с длиной волны от 770 до 380нм (1нанометр – 10^–9 м). Кроме видимого света в оптическую область входят ультрафиолетовое излучение (длины волн от 10 до 380 нм) и инфракрасное (тепловое) излучение (от 770 до 340 000 нм).

С физической точки зрения любой источник света – это скопление множества возбужденных или непрерывно возбуждаемых атомов. Каждый отдельный атом вещества является генератором световой волны.

С физиологической точки зрения свет служит возбудителем органа зрения человека. Освещение характеризуется количественными и качественными показателями.

Количественные показатели.

Световой поток Ф – эточасть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет, характеризует мощность источников света. Единица измерения — люмен [лм].

Световой поток принято оценивать в пространстве и на поверхности.

Сила света I — пространственная плотность светового потока определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dw, к величине этого угла.Единица измерения силы света — кандела [кд] (лат. candela — свеча):

(1)

где dФ – световой поток, исходящий от источника света и распространяющийся равномерно внутри телесного угла;

dw – телесный угол, в пределах которого распространяется световой поток, ср.

Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dФ, равномернопадающего на освещаемую поверхность, к ее площади dS. Единица измерения освещенности — люкс [лк]: 1 лк = 1 лм/м².

(2)

где dФ – световой поток, лм;

dS – площадь поверхности, на которую падает световой поток, м².

Яркость L – это часть пространственной плотности светового потока, исходящая от светящейся или освещаемой поверхности в сторону глаза. Она зависит от силы света, угла падения светового потока на плоскость, цвета предмета и др. Единица измерения яркости — нит: 1 нт = 1 кд/м².

Чрезмерная яркость называется блескостью, которая вызывает нарушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшает видимость объектов.

Качественные показатели.

Создание наилучших условий для видения в процессе труда предполагает нормальную (в соответствии с нормами) освещенность рабочих мест. Требуемый уровень освещенности в первую очередь определяется точностью выполняемых работ.

Для характеристики точности выполняемых работ вводится понятие объект различения – наименьший размер рассматриваемого предмета, который необходимо различить в процессе работы. Например, при выполнении чертежных работ объектом различения служит толщина самой тонкой линии на чертеже. При работе с текстом – наименьший размер имеет точка.

Большое значение имеет характер фона, на котором рассматриваются объекты. Фон – это поверхность, которая непосредственно прилегает к объекту различения. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность характеризуется коэффициентом отражения ρ, определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад.

(3)

 

В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,2...0,95; фон считается:

светлым при ρ > 0,4;

средним при 0,2 ≤ ρ ≤ 0,4;

темным при ρ < 0,2.

 

Контраст объекта с фоном К – степень различения объекта и фона, характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски, нить, и др.) и фона.

 

Величина контраста берется по модулю:

(4)

где L_ф–– яркость фона, кд/м²;

L_o – яркость объекта, кд/м².

 

Контраст объекта с фоном считается:

большим при К > 0,5 (объект резко выделяется на фоне) (см. рис.1);

средним при 0,2 ≤ К≤ 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости);

малым при К< 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

 

 

 

Фон темный Фон средний Фон светлый

ρ< 0,2 0,2≤ ρ≥ 0,4 ρ >0,4

Рис.1. Определение контраста объекта с фоном.

Видимость V — это способность глаза воспринимать объект, зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном и длительности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е.

(5)

где К — контраст объекта с фоном;

К_пор — пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым на этом фоне.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия, создаваемогоосветительной установкой, оценивается в относительных единицах:

(6)

где V₁, V₂ — видимость объекта различения соответственно при экранировании и при наличии ярких источников в поле зрения.

Коэффициент пульсации освещенности К_n – критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп, оценивается в процентах (%):

(7)

где Е_mах, Е_min и Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебаний, лк.

 

 

4.2. Естественное освещение и его нормирование

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, осуществляется за счет прямого и отраженного света неба.

С физиологической точки зрения естественное освещение наиболее благоприятно для человека. В течение дня оно меняется в достаточно широких пределах в зависимости от состояния атмосферы (облачность). Свет, попав в помещение, многократно отражается от стен и потолка, попадает на освещенную поверхность в исследуемую точку. Таким образом, освещенность в исследуемой точке складывается из суммы освещенностей.

Конструктивно естественное освещение подразделяют на:

· боковое (одно–, двустороннее) – осуществляемое через световые проемы (окна) в наружных стенах;

· верхнее – через световые проемы, расположенные в верхней части (крыше) здания;

· комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности (КЕО), или е, не зависящий от вышеуказанных параметров.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение освещенности в данной точке внутри помещения Е_вн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, создаваемой светом полностью открытого небосвода (не закрытого зданиями, сооружениями, деревьями) выраженного в процентах, т.е.:

(8)
где Е_вн – освещенность внутри помещения в контрольной точке, лк;

Е_н – одновременно измеренная освещенность снаружи помещения, лк.

 

Для измерения фактического КЕО необходимо проведение одновременных замеров освещенности внутри помещения Е_вн в контрольной точке и наружной освещенности на горизонтальной площадке под полностью открытым небосводом Е_н, свободном от предметов (зданий, деревьев ), закрывающих отдельные части небосвода. Измерения КЕО могут проводиться только при сплошной равномерной десятибалльной облачности (сплошная облачность, просветы отсутствуют). Измерения проводятся двумя наблюдателями с помощью двух люксметров, одновременно (наблюдатели должны быть оснащены хронометрами).

Контрольные точки для замеров должны выбираться в соответствии с ГОСТ 24940–96 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности».

Величины КЕО для различных помещений лежат в пределах 0,1–12%. Нормирование естественного освещения осуществляется в соответствии со СНиП 23–05–95 «Естественное и искусственное освещение».

В небольших помещениях при одностороннем боковом освещении нормируется (т.е. измеряется фактическая освещенность и сравнивается с нормами) минимальное значение КЕО в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещений и условной рабочей поверхности на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов.

Рабочая поверхность – поверхность, на которой производится работа и на которой нормируется или измеряется освещенность.

Условная рабочая поверхность – горизонтальная поверхность на высоте 0,8м от пола.

Характерный разрез помещения – это поперечный разрез посередине помещения, плоскость которого перпендикулярна плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или продольной оси пролетов помещения.

При двустороннем боковом освещении нормируют минимальное значение КЕО – в плоскости посередине помещения.

В крупногабаритных производственных помещениях при боковом освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, 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 и комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности или пола. Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен или перегородок.

 

(9)

 

где e₁, e₂,..., е_n — значения КЕО в отдельных точках;

n — число точек контроля освещенности.

 

Допускается деление помещения на зоны с различными условиями естественного освещения, расчет естественного освещения производят в каждой зоне независимо друг от друга.

При недостаточном по нормам естественном освещении в производственных помещениях его дополняют искусственным освещением. Такое освещение называется совмещенным.

В производственных помещениях со зрительной работой I–III разрядов следует устраивать совмещенное освещение.

В крупнопролетных сборочных цехах, в которых работы выполняются в значительной части объема помещения на разных уровнях от пола и на различно ориентированных в пространстве рабочих поверхностях применяют верхнее естественное освещение.

Естественный свет должен равномерно освещать рабочие места. Для верхнего и комбинированного естественного освещения определяют неравномерность естественного освещения промышленных помещений, которая не должна превышать 3: 1 для работ I–VI разрядов по зрительным условиям, т.е.

(10)

Определенное по таблице 1 СНиП 23–05–95 [3] значение КЕО, уточняется с учетом характеристики зрительной работы, системы освещения, района расположения зданий на территории страны по формуле

 

, (11)

 

где N – номер группы обеспеченности естественным светом (Прил. Д СНиП 23–05–95);

е_н – коэффициент естественного освещения (табл.1 СНиП 23–05–95);

m_N – коэффициент светового климата, определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны и ориентации здания относительно сторон света (cм. табл. 4 СНиП 23–05–95).

 

4.3. Искусственное освещение и его нормирование

 

Искусственное освещение создается искусственными источниками света. По конструктивному исполнению делят на общее, местное и комбинированное.

Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение, (световой поток распределяется по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).

Местное освещение при необходимости дополняет общее и концентрирует дополнительный световой поток на рабочих местах.

Комбинированное освещение – совокупность местного и общего освещения. Применяется при выполнении точных зрительных работ (слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени, или при вертикальном расположении рабочих поверхностей (штампы, гильотинные ножницы).

(12)

Применение одного местного освещения недопустимо, т. к. возникает необходимость частой переадаптации зрения, глаза быстро утомляются, и создается опасность производственного травматизма.

Доля общего освещения (согласно СНиП 23–05–95) в системе комбинированного освещения долж­на составлять не менее 10 %:

(13)

 

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным, эвакуационным, эритемным, бактерицидным и т.д.

Рабочее освещение предназначено для выполнения производ­ственного процесса.

Аварийное освещение — для продолжения работы при аварий­ном отключении рабочего освещения, когда внезапное отключение освещения может вызвать нарушение технологического процесса, пожар, взрыв и т.д. Минимальная освещенность должна составлять 5% нормируемой, но не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение — для эвакуации людей из помеще­ния при аварийном отключении рабочего освещения. Для эва­куации людей уровень освещения основных проходов и запас­ных выходов должен составлять не менее 0,5лк на уровне пола и 0,2 лк на открытых территориях.

Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк

Дежурное – освещение в нерабочее время.

Эритемное освещение создается в производственных помещениях, где недостаточно солнечного света (северные районы, подземные сооружения).

Бактерицидное освещение создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания.

Измерение освещенности должно проводиться по ГОСТ 24940–96 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности».

Перед измерением искусственного освещения следует провести замену всех перегоревших ламп и чистку светильников. Измерение освещенности может также проводиться без предварительной подготовки осветительной установки.

Перед началом работы на план помещения наносят контрольные точки для измерения освещенности, с указанием размещения светильников.

Контрольные точки для измерения минимальной освещенности от рабочего освещения выбирают в центре помещения, под светильниками, между светильниками и их рядами, у стен на расстоянии 0,15 l — 0,25 l, но не менее 1м, где l — расстояние между рядами светильников.

Измерение освещенности при рабочем освещении следует производить в темное время суток, когда отношение естественной освещенности к искусственной составляет не более 0,1.

В начале и в конце измерений следует измерить напряжение на щитках распределительных сетей освещения.

Освещенность на рабочем месте определяют прямыми измерениями в плоскости, указанной в отраслевых санитарных нормах освещенности, или на рабочей плоскости оборудования. При наличии нескольких рабочих поверхностей освещенность измеряется на каждой из них.

При комбинированном освещении рабочих мест освещенность измеряют сначала от светильников общего освещения, затем включают светильники местного освещения и измеряют суммарную освещенность от светильников общего и местного освещения.

Для оценки уровня освещенности при наличии нескольких контрольных точек используется минимальное (наихудшее) значение освещенности в контрольных точках.

Нормируемыми параметрами искусственного освещения являются мини­мальная освещенность Е_min, пока­затель ослепленности Р, коэффициент пульсации К_п .

Величина минимально допус­тимой освещенности E_min зависит от точности выполняемых работ – размера объекта различения, фона, контраста, напряжения зрения, длительности наблюдения, наличия опасности и от расстояния объекта от глаз работающего.

Все производственные работы в соответствии со СНиП 23–05–95 делят на восемь разрядов (I–VIII) в зависимости от точности зрительных работ. Каждый разряд делят на четыре подразряда (а, б, в, г) в зависимости от светлоты фона и контраста между объектами различения (деталями) и фоном.

Для определения величин нормированного естественного и искусственного освещения по табл. 1 СНиП 23-05-95, необходимо знать наименьший размер объекта различения, а также характеристику фона и контраст объекта с фоном.

Например, выполняется работа –- контроль показаний измерительных приборов, риска на шкале прибора d=0,6мм черная на белом фоне. Фрагмент СНиП для этого случая представлен в табл. 1.

Размер наименьшего объекта различения (d=0,6мм) лежит в пределах от 0,5 до 1 мм, т.е. это работы средней точности (IVразряд). В процессе зрительной работы рассматривается темный объект на светлом фоне (см. рис.1), т.е. контраст объекта с фоном большой –- подразряд зрительной работы (г).

При искусственном освещении величина комбинированной освещенности должна составлять 300 лк, а общей – 150 лк. Величина КЕО при верхнем или комбинированном естественном освещении должна быть равна 4%, а при боковом – 1,5%, при совмещенном освещении –- 2,4 и 0,9%.

Таблица 1

Нормы освещенности при искусственном освещении

по СНиП 23–05–95 (извлечение)

Харак–терис–тика зрительной работы	Наимень–ший размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Под– разряд зри– тель– ной работы	Контраст Объекта с фоном	Характеристика фона	Искусственное освещение	Естественное освещение	Совмещенное освещение
Освещение, лк	КЕО,%	КЕО,%
Комбини–рованное	общее	Верхнее, комбинированное	Боковое	Верхнее, комбинированное	Боковое
Средней точности	Свыше 0.5 до 1	IV	а	Малый	Темный				1,5	2,4	0,9
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой Большой	Светлый Светлый Средний

Значения освещенности (см. СНиП 23-05 – 95, табл. 1), для различных сис­тем освещения отличаются: при комбинированном искусственном освеще­нии, как более экономичном, нормы выше, чем при общем. С помощью светильника местного освещения, расположенного вблизи рабочего места, можно обеспечить необходимую освещен­ность при меньших затратах электрической энергии. В СНиП представлены нормативные значения коэффициента пульсации (К_п) и показателя ослепленности (Р).

В помещениях без естественного света, освещенность рабочей поверхности, создаваемую светильниками общего освещения в системе комбинированного, следует повышать на одну ступень (см. СНиП п.4.1) — 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 200; 300; 400; 500; 600; 750 и т.д.