Основні світлотехнічні поняття та одиниці

Освітлення виробничих приміщень характеризується кількісними та якісними показниками. До основних кількісних показників належать: світловий потік, сила світла, яскравість і освітленість.

До основних якісних показників зорових умов роботи можна віднести: фон, контраст між об'єктом і фоном, видимість.

Світловий потік (Ф) — це потужність світлового видимого випромінювання, що оцінюється оком людини за світловим відчуттям. Одиницею світлового потоку є люмен (лм) — світловий потік від еталонного точкового джерела в одну канделу (міжнародну свічку), розташованого у вершині тілесного кута в 1 стерадіан (рис. 2.15). Під стерадіаном розуміють тілесний кут у центрі сфери, який вирізає на її поверхні ділянку площі, що дорівнює квадрату радіуса сфери.

Сила світла (І) — це величина, що визначається відношенням світлового потоку (Ф) до тілесного кута (w), в межах якого світловий потік рівномірно розподіляється:

/ = Ф/w, (2.13)

За одиницю сили світла прийнята кандела (кд) — сила світла точкового джере­ла, що випромінює світловий потік в 1 лм, який рівномірно розподіляється всередині тілесного кута в 1 стерадіан.

Яскравість (В) — визначається як відношення сили світла, що випромінюєть­ся елементом поверхні в даному напрямку, до площі поверхні, що світиться:

B = I/(Scosa), (2.14)

де / — сила світла, що випромінюється поверхнею в заданому напрямку;

S — площа поверхні;

а — кут між нормаллю до елемента поверхні S і напрямком, для якого визнача­ється яскравість.

Одиницею яскравості є ніт (нт) — яскравість поверхні, що світиться і від якої в перпендикулярному напрямку випромінюється світло силою в 1 канделу з 1 м².

Освітленість (Е) — відношення світлового потоку (Ф), що падає на елемент поверхні, до площі цього елементу (S):

Е=Ф/S (2.15)

За одиницю освітленості прийнято люкс (лк) — рівень освітленості поверхні площею 1 м², на яку падає рівномірно розподіляючись, світловий потік в 1 люмен.

Фон — поверхня, що безпосередньо прилягає до об'єкта розпізнавання, на якій він розглядається. Фон характеризується коефіцієнтом відбиття поверхні р, який являє собою відношення світлового потоку, що відбивається від поверхні, до світлового потоку, що падає на неї. Фон вважається світлим при р > 0,4, середнім — при р = 0,2—0,4 і темним, якщо р < 0,2.

Контраст між об'єктом і фоном характеризується співвідношенням яскравостей об'єкта розпізнавання (крапка, лінія, знак та інші елементи, що потребують розпізнавання в процесі роботи) та фону. Контраст між об'єктом і фоном визначається за формулою:

k=(В_о-В_ф}/В_ф, (2.16)

де В_о та В_ф — відповідно яскравості об'єкта і фону, нт.

Контраст вважається великим при k > 0,5, середнім — при k = 0,2—0,5 та малим — при k < 0,2.

Видимість(и) — характеризує здатність ока сприймати об'єкт. Видимість за­лежить від освітленості, розміру об'єкта розпізнавання, його яскравості, контрасту між об'єктом і фоном, тривалості експозиції:

x= k/k_nop, (2.17)

де k — контраст між об'єктом і фоном;

k_пор — пороговий контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком при даних умовах.

Для вимірювання світлотехнічних величин застосовують люксметри, фотометри, вимірювачі видимості тощо.

У виробничих умовах для контролю освітленості робочих місць та загальної освітленості приміщень використовують люксметри типів Ю—116, Ю—117, універ­сальний портативний цифровий люксметр-яскравомір ТЗС 0693, фотометр типу 1105 фірми «Брюль і К'єр». Робота цих приладів базується на явищі фотоелектричного ефекту — перетворенні світлової енергії в електричну.

ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО ВИРОБНИЧОГО ОСВІТЛЕННЯ

Для створення сприятливих умов зорової роботи, які б виключали швидку втом­люваність очей, виникнення професійних захворювань, нещасних випадків і сприяли підвищенню продуктивності праці та якості продукції, виробниче освітлення повин­но відповідати наступним вимогам:

— створювати на робочій поверхні освітленість, що відповідає характеру зоро­вої роботи і не є нижчою за встановлені норми;

— забезпечити достатню рівномірність та постійність рівня освітленості у вироб­ничих приміщеннях, щоб уникнути частої переадаптації органів зору;

— не створювати засліплювальної дії як від самих джерел освітлення, так і від інших предметів, що знаходяться в полі зору;

— не створювати на робочій поверхні різких та глибоких тіней (особливо рухомих);

— повинен бути достатній для розрізнення деталей контраст поверхонь, що
освітлюються;

— не створювати небезпечних та шкідливих виробничих чинників (шум, теплові випромінювання, небезпека ураження струмом, пожежо- та вибухонебезпека світильників);

— повинно бути надійним і простим в експлуатації, економічним та естетичним.

ВИДИ ВИРОБНИЧОГО ОСВІТЛЕННЯ

Залежно від джерела світла виробниче освітлення може бути: природним, що створюється прямими сонячними променями та розсіяним світлом небосхилу; штуч­ним, що створюється електричними джерелами світла та суміщеним, при якому недо­статнє за нормами природне освітлення доповнюється штучним.

Природне освітлення поділяється на: бокове (одно- або двостороннє), що здійснюється через світлові отвори (вікна) в зовнішніх стінах; верхнє, здійснюване через ліхтарі та отвори в дахах і перекриттях; комбіноване — поєднання верхнього та бокового освітлення.

Штучне освітлення може бути загальним та комбінованим. Загальним нази­вають освітлення, при якому світильники розміщуються у верхній зоні приміщення (не нижче 2,5 м над підлогою) рівномірно (загальне рівномірне освітлення) або з врахуванням розташування робочих місць (загальне локалізоване освітлення). Ком­біноване освітлення складається із загального та місцевого. Його доцільно застосову­вати при роботах високої точності, а також, якщо необхідно створити певний або змінний в процесі роботи напрямок світла. Місцеве освітлення створюється світиль­никами, що концентрують світловий потік безпосередньо на робочих місцях. Застосу­вання лише місцевого освітлення не допускається з огляду на небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань.

За функціональним призначенням штучне освітлення поділяється на робоче, аварійне, евакуаційне, охоронне, чергове.

Робоче освітлення призначене для забезпечення виробничого процесу, перемі­щення людей, руху транспорту і є обов'язковим для всіх виробничих приміщень.

Аварійне освітлення використовується для продовження роботи у випадках, коли раптове вимкнення робочого освітлення та пов'язане з ним порушення нормального обслуговування обладнання може викликати вибух, пожежу, отруєння людей, пору­шення технологічного процесу тощо. Мінімальна освітленість робочих поверхонь при аварійному освітленні повинна складати 5% від нормованої освітленості робочого освітлення, але не менше 2 лк.

Евакуаційне освітлення призначене для забезпечення евакуації людей з примі­щень при аварійному вимкненні робочого освітлення. Його необхідно влаштовувати: в місцях, небезпечних для проходу людей; в приміщеннях допоміжних будівель, де можуть одночасно знаходитись більше 100 чоловік; у проходах; на сходових клітках; у виробничих приміщеннях, в яких працює більше 50 чоловік. Мінімальна освітле­ність на підлозі основних проходів та на сходах при евакуаційному освітленні повин­на бути не менше 0,5 лк, а на відкритих майданчиках — не менше 0,2 л к.

Охоронне освітлення влаштовується вздовж меж території, яка охороняється в нічний час спеціальним персоналом. Найменша освітленість повинна бути 0,5 лк на рівні землі.

Чергове освітлення передбачається у неробочий час, при цьому, як правило, ви­користовують частину світильників інших видів штучного освітлення.

Класифікація видів виробничого освітлення наведена на рис. 2.16.

ПРИРОДНЕ ОСВІТЛЕННЯ

Природне освітлення має важливе фізіолого-гігієнічне значення для працюю­чих. Воно сприятливо впливає на органи зору, стимулює фізіологічні процеси, підви­щує обмін речовин та покращує розвиток організму в цілому. Сонячне випромінюван­ня зігріває та знезаражує повітря, очищуючи його від збудників багатьох хвороб (наприклад, вірусу грипу). Окрім того, природне світло має і психологічну дію, створю­ючи в приміщенні для працівників відчуття безпосереднього зв'язку з довкіллям.

Природному освітленню властиві й недоліки: воно непостійне в різні періоди доби та року, в різну погоду; нерівномірно розподіляється по площі виробничого приміщення (рис. 2.17); при незадовільній його організації може викликати засліп­лення органів зору.

Рис. 2.17. Криві розділу освітленості в приміщеннях при різних видах природного освітлення: а — односторонньому боковому; б — двосторонньому боковому; в — верхньому; г — комбінованому

На рівень освітленості приміщення при природному освітленні впливають на­ступні чинники: світловий клімат; площа та орієнтація світлових отворів; ступінь чистоти скла в світлових отворах; пофарбування стін та стелі приміщення; глибина приміщення; наявність предметів, що заступають вікно як із середини, так і ззовні приміщення.

Оскільки природне освітлення непостійне впродовж дня, кількісна оцінка цього виду освітлення проводиться за відносним показником — коефіцієнтом природного освітлення (КПО):

КПО =(Е_вн/Е_зовн)*100%

де Е_вн — освітленість у даній точці всередині приміщення, що створюється безпо­середнім чи відбитим світлом неба (рис. 2.18, а);

Е_зовн — освітленість горизонтальної поверхні, що створюється в той самий час ззовні світлом повністю відкритого небосхилу (рис. 2.18, б).

Рис. 2.18. Схематичне зображення внутрішньої Е_вн (а) та зовнішньої Е_зовн (б) освітленості

Нормовані значення КПО визначаються «Будівельними нормами і правилами» (СНиП ІІ-4-79). В основі визначення КПО покладено розмір об'єкта розпізнавання, під яким розуміють предмет, що розглядається або ж його частину, а також дефект, який потрібно виявити.

Розрахунок природного освітлення полягає у визначенні площі світлових отво­рів (вікон, ліхтарів) відповідного до нормованого значення КПО.

Розрахунок площі вікон при боковому освітленні проводиться за допомогою наступного співвідношення

 

де Sв — площа вікон;

S_n — площа підлоги приміщення;

е_н — нормоване значення КПО;

k_з — коефіцієнт запасу;

п_в — світлова характеристика вікон;

k_буд — коефіцієнт, що враховує затінення вікон протилежними будівлями;

t_з— загальний коефіцієнт світлопропускання;

r — коефіцієнт, що враховує підвищення КПО завдяки світлу, відбитому від повер­хонь приміщення та поверхневого шару, що прилягає до будівлі (земля, трава тощо).

ШТУЧНЕ ОСВІТЛЕННЯ

Штучне освітлення передбачається у всіх виробничих та побутових приміщен­нях, де недостатньо природного світла, а також для освітлення приміщень у темний період доби. При організації штучного освітлення необхідно забезпечити сприятливі гігієнічні умови для зорової роботи і одночасно враховувати економічні показники.

Найменша освітленість робочих поверхонь у виробничих приміщеннях регламен­тується СНиП ІІ-4-79 і визначається, в основному, характеристикою зорової роботи (табл. 2.5). Норми носять міжгалузевий характер. На їх основі, як правило, розробля­ють норми для окремих галузей промисловості.

В СНиП П-4-79 вісім розрядів зорової роботи, із яких перші шість характери­зуються розмірами об'єкта розпізнавання. Для І—V розрядів, які окрім того мають ще й по чотири підрозряди (а, б, в, г), нормовані значення залежать не тільки від най­меншого розміру об'єкта розпізнавання, але і від контрасту об'єкта з фоном та харак­теристики фону. Найбільша нормована освітленість складає 5000 лк (розряд Іа), а найменша — ЗО лк (розряд VІІІв).

Джерела штучного освітлення

Як джерела штучного освітлення широко використовуються лампи розжарюван­ня та газорозрядні лампи.

Лампи розжарювання належать до теплових джерел світла. Під дією електрич­ного струму нитка розжарювання (вольфрамовий дріт) нагрівається до високої тем­ператури і випромінює потік променевої енергії. Ці лампи характеризуються простотою конструкції та виготовлення, відносно низькою вартістю, зручністю експлуатації, широким діапазоном напруг та потужностей. Поряд з перевагами їм притаманні й суттєві недоліки: велика яскравість (засліплювальна дія); низька світлова віддача (7—20 лм/Вт); відносно малий термін експлуатації (до 2,5 тис. год); переважання жовто-червоних променів у порівнянні з природним світлом; не придатні для роботи в умовах вібрації та ударів; висока температура нагрівання (до 140 °С і вище), що робить їх пожежонебезпечними.

Таблиця 2.5