Физиологическое значение освещения

Освещение

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Физиологическое  значение освещения.

Зрительный анализатор человека (глаза) воспринимает электромагнитные излучения в диапазоне длин волн l 0,38 – 0,76 мкм как видимый свет. Кванты света, обладая большой энергией, влияют на структуру и метаболизм клеток и тканей живых организмов: стимулируют дыхание, кровообращение, деятельность желез внутренней секреции и процессы роста, синтез витамина D и некоторых гормонов (серотонина – «гормона радости»), усвоение кальция, фосфора и других минеральных  элементов. Наибольшая чувствительность зрения проявляется в желто–зеленой  части спектра (l 0,55–0,58 мкм); длинные  красные лучи (l 0,76 мкм) возбуждают нервную  систему; более короткие синие, зеленые  лучи действуют успокаивающе. Достаточное  освещение обеспечивает безопасность, высокое качество и производительность труда, которая возрастает на 15–18%. При неблагоприятных условиях видения (недостаточной или значительно  изменяющейся освещенности и т.п.) глаза  человека приспосабливаются благодаря  особым свойствам аккомодации и адаптации.

Аккомодация – способность глаза приспосабливаться к ясному видению предметов, находящихся от него на разных расстояниях. Адаптация –способность глаза изменять чувствительность при изменении условий освещения.

Излишне яркий  источник света вызывает ослепление (в первый момент человек практически не видит).В зависимости от разности яркостей излучения процесс адаптации значительно замедляется (до нескольких минут). Ослепление, особенно систематическое (при сварочных работах), вызывает раздражение и резь в глазах, головные боли, травмирует орган зрения и нервную систему.

Рациональное освещение  должно соответствовать гигиеническим (иметь благоприятный спектральный состав, обеспечивать достаточную освещенность, равномерность, отсутствие слепимости) и экономическим требованиям.

2. Характеристики  освещения и световой среды.

Освещение (естественное, искусственное  и совмещенное) и формируемую  им световую среду характеризуют  следующие основные показатели.

Световой поток Ф, люмен (лм) – часть потока световой энергии, которую воспринимает и оценивает орган зрения человека. Полный световой поток характеризует излучение, распространяемое от источника по всем направлениям. Для практических целей важнее оценить поток, идущий в определенном направлении или падающий на конкретную поверхность (площадь).

Сила света  J, кандела (кд) – величина пространственной плотности светового потока (т. к. источник света может излучать энергию в разных направлениях неравномерно).

Освещенность Е, люкс (лк) – отношение падающего на поверхность светового потока Фпад (лм) к величине площади этой поверхности S (мІ). Освещенность поверхности не зависит от ее световых свойств.

Е=  лк (1)

Коэффициент отражения r, % – характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток; определяется как отношение отраженного светового потока Фотр к падающему потоку Фпад; r зависит от цвета

и фактуры поверхности  и может изменяться в широких  пределах от 0,02 до 0,95 (т.е. от 2 до 95 %). Световые свойства поверхностей характеризуют  коэффициенты отражения – r, пропускания ѕ t, поглощения ѕ а, при этом во всех случаях r + t +а=1. Данные коэффициенты – это часть светового потока, которую, соответственно, поверхность отражает, пропускает или поглощает. Солнце и искусственные источники света – первичные источники светового потока, генераторы излучений. Поверхности объектов, от которых свет отражается – вторичные источники света.

Яркость поверхности L, кд/мІ – отношение силы света (J кд), излучаемого поверхностью, к площади (S,мІ) этой поверхности. Величина яркости объекта тем больше, чем больше коэффициент отражения r и падающий на поверхность световой поток Ф. Избыточная яркость обычно связана не со слишком большой освещенностью Е, а с очень высокой отражательной способностью поверхности (например, зеркальным отражением). При этом может возникать явление ослепленности. Если объект и поверхность (фон), на которой располагается объект, имеют близкую по величине яркость, то интенсивность восприятия световых потоков, поступающих от фона и объекта, одинакова (или различается слабо). Соответственно, зрительный анализатор не различает объект на данном фоне.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: – светлым – при коэффициенте отражения поверхности более 0,4 (r > 40%); – средним – при r от 0,2 до 0,4 (r = 20 – 40%); – темным – при r менее 0,2 (r < 20%). Чтобы объект был хорошо виден, яркости объекта и фона должны различаться, контрастировать.

Контраст объекта  различения с фоном К – определяется отношением разности между яркостью объекта (Lо, кд/мІ) и фона (Lф, кд/мІ) к яркости фона.

Контраст объекта различения с фоном считается большим – при К более 0,5 (объект и фон сильно отличаются по яркости); средним – при К от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости);  малым – при К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

Объект различения – рассматриваемый объект, отдельная его часть или дефект, которые требуется различать в процессе работы. Размер объекта различения – минимальный размер наблюдаемого объекта (его части или дефекта) определяет характеристику работы и ее разряд. Например, при размере объекта менее 0,15 мм работе присваивают разряд наивысшей точности (I разряд); при размере 0,15 – 0,3 мм – разряд очень высокой точности (II разряд); при размере 0,3 – 0,5 мм – разряд высокой точности (III разряд) и т.д. (см. табл.11). Чем меньше размер объекта различения (выше разряд работы) и меньше контраст объекта различения с фоном, на котором выполняется работа, тем больше требуется освещенность Е (лк) рабочих мест, и наоборот.

Наименьшие размеры объекта  различения и соответствующие им разряды зрительной работы устанавливают  при расположении объектов различения на расстоянии не более 0,5 м от глаз работающего.

Коэффициент пульсации  освещенности Кп, % – критерий оценки колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп при питании их переменным током. Кп для газоразрядных ламп составляет 25 – 65%; ламп накаливания – менее 7%; галогенных ламп – около 1%.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия источника света.

3. Виды и конструктивные  особенности производственного

освещения.

Световую среду формируют  Солнце и световые установки.

Различают три вида производственного освещения: естественное, искусственное и совмещенное.

3.1. Естественное  освещение.

Естественным называют освещение  помещений светом неба (прямым или  отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Является обязательным для производственных помещений с постоянным пребыванием  людей (исключение – помещения, предназначенные (в установленном порядке) для  определенных видов работ, и помещения, размещение которых разрешено в  подвальных и цокольных этажах зданий и сооружений – транспортные туннели, электрощитовые, вентиляционные камеры, светокопировальные и фотомастерские, проходы, переходы и т.д.). Интенсивность  естественного освещения помещений  зависит от времени суток и года, атмосферных явлений, ориентировки зданий С – Ю, В – 3,  высоты, расстояния и окраски соседних зданий, величины и формы окон, внутренней отделки (окраски) и глубины помещений и т.п.

_______________________________________________

1 Все таблицы  по СНиП 23 – 05 – 95 см. в «Приложеии».

Наиболее благоприятное  освещение достигается при ориентации зданий на южную половину горизонта, при расстояниях между зданиями не менее высоты здания, при окраске  их в светлые тона, при устройстве комнат глубиной, не превышающей удвоенного расстояния от верхнего края окна до пола.

При устройстве легких металлических  переплетов световых проёмов теряется 5 – 10% естественного света; при деревянных переплетах эти потери возрастают до 35 – 40%. Обыкновенные оконные стекла поглощают 8 – 15% дневного света, в том числе биологически активные УФ лучи. Зимнее двойное застекление поглощает до 25% света. Загрязнение оконных стекол повышает потери световых лучей до 50%. Тюлевые занавески поглощают еще до 20–30% света.

Светлая окраска стен и  потолка усиливает освещенность помещений, т.к. свет, падая на светлые  поверхности, многократно отражается.

Конструктивные  системы естественного освещения: боковое – световые проемы расположены в стенах;  верхнее – прозрачные перекрытия и световые фонари на крыше; комбинированное – наличие световых проемов в стенах и перекрытиях одновременно.

3.2. Совмещённое  освещение

Совмещенным называют освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют  искусственным. Для выполнения работ I–III разрядов, т.е. наивысшей, очень  высокой и высокой точности, в  основном применяют совмещенное  освещение в связи с недостаточностью естественного освещения.

3.3. Искусственное  освещение.

Искусственное освещение  выполняют электрическими источниками  света. Функциональные виды искусственного освещения:  рабочее ѕ обязательное для всех производственных процессов; аварийное ѕ для продолжения работы при отключении рабочего освещения в случаях аварии. эвакуационноеѕ для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения; освещенность основных проходов и запасных выходов должна быть не менее 0,5 лк на уровне пола и не менее 0,2 лк на открытых территориях; охранное («темное освещение») ѕ выполняют вдоль границ охраняемых территорий;  сигнальное – для фиксации границ опасных зон, указывает безопасный путь эвакуации.

Конструктивные  системы искусственного освещения: общее –источники света распределены равномерно без учета расположения рабочих мест; общее локализованное ѕ для увеличения освещения посредством размещения ламп ближе к рабочим поверхностям;  местное ѕ для освещения рабочего места (настольная лампа); применение одного местного освещения внутри производственных зданий запрещено, т.к. образуются резкие тени, зрение утомляется, создается опасность травматизма;  комбинированное – включает общее и местное освещение (для выполнения зрительных работ высокой точности комбинированное освещение обязательно – см. табл. 1).

4. Измерение и  нормирование производственного  освещения.

Нормирование – установление пределов безопасного (для организма) изменения значений и свойств воздействующих факторов.

Нормирование естественного  и искусственного освещения выполняют  с учетом требований гигиены труда  и техники безопасности при минимальных  затратах электроэнергии и других ресурсов, а также трудовых затрат на монтаж и эксплуатацию осветительных установок.

Оценку и нормирование естественного и искусственного освещения производят с учетом характера  зрительной работы (определяется наименьшим размером объекта различения).

Для гигиенической  оценки освещения применяют основной абсолютный показатель– освещенность Е, лк (и некоторые вспомогательные показатели: яркость, ослепленность, коэффициент пульсации) и относительныйпоказатель – коэффициент естественной освещенности КЕО, %.

Коэффициент естественной освещенности КЕО – выраженное в процентах отношение освещенности некоторой точки заданной плоскости внутри помещения к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода.

КЕО=  (2)

где Евн – освещенность в заданной точке помещения, лк; Ен – освещенность наружной точки, лк.

КЕО показывает, какая  доля естественногоосвещения попадает в данную точку помещения. Величина КЕО не зависит от времени суток, года, погодных условий, но определяется величиной и расположением световых проемов, прозрачностью (и чистотой) оконных стекол, окраской стен помещения и т.п. Чем дальше рабочая поверхность расположена от световых проемов, тем меньше значение КЕО на этой поверхности. Нормированные величины КЕО определяются разрядом зрительной работы: чем выше разряд, тем выше требуемое значение КЕО.

В небольших помещениях при одностороннем боковом естественномосвещении нормируют минимальное значение КЕО (емин.) в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности на расстоянии 1м от стены, наиболее удаленной от световых проемов; при двустороннем боковом естественном освещении – в точке посередине помещения.

Рабочая поверхность – поверхность, на которой производят работу и нормируют или измеряют освещенность.

Характерный разрез помещения – поперечный разрез посередине помещения, плоскость которого перпендикулярна плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или к продольной оси пролетов помещения. В характерный разрез помещения должны попадать участки с наибольшим количеством рабочих мест, а также точки рабочей зоны, наиболее удаленные от световых проемов.

При верхнем или  комбинированном естественном освещении нормируют среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первую и последнюю точки принимают на расстоянии 1м от поверхности стен (перегородок) или осей колонн.

В производственных помещениях со зрительной работой I – III разрядов необходимо выполнять совмещенное освещение.

Нормированные значения КЕО ( еN ) для зданий, расположенных в различных районах, определяют по формуле:

 (3)

где N – номер группы обеспеченности естественным светом по табл. 2 и 3;

eH – значение КЕО(административных  районов) по табл. 3;

mN – коэффициент светового  климата.

Полученные по формуле (3) значения eN округляют до десятых  долей.

В таблице 1 приведены значения eH (для светового пояса группы 1 административных районов России), необходимые для проектирования систем естественного, искусственного и совмещенного освещения, а также  сочетания нормируемых величин  показателя ослепленности и коэффициентов  пульсации.

Значения коэффициентов  светового климата и группы административных районов по ресурсам светового климата  см. в табл. 2 – 3 (Ростов и Ростовская область относятся к группе № 5).

Характеристики светового  климата учитывают световой поток, проникающий через светопроемы  в помещение в течение года благодаря солнечному свету, архитектурно-конструктивному  решению и ориентации световых проемов  по сторонам горизонта.

Контроль освещенности на соответствие требованиям СНиП 23–05–95 /1/ выполняют с помощью люксметра (см. ниже, рис. 1).

Оценкуестественной  освещенности помещений проводят по показателю КЕО (%); с этой целью помещение полностью освобождают от мебели и других световых экранов (портьер, занавесок и т.п.), тщательно моют окна. Освещенность Е (лк) в нормируемых точках определяют люксметром. КЕО (%) рассчитывают по формуле 2. Полученное значение КЕО сравнивают с нормированным, которое определяют по табл. 1 – 3 с учетом формулы 3.

Необходимо помнить: для  выполнения работ I – III разрядов обязательно  применяют совмещенное освещение  в связи с недостаточностью естественного  освещения (см. табл. 1).

Оценкусовмещенного  освещения помещений и рабочих поверхностей производят по показателю КЕО (%). Освещенность Е (лк) рабочих поверхностей определяют люксметром. КЕО рассчитывают по формуле 2. Полученные значения КЕО сравнивают с нормативными по табл. 1.

Оценку искусственного освещения помещений и рабочих поверхностей выполняют по показателю освещенности (Е, лк), измеряемой люксметром. Полученные значения Е сравнивают с нормативными по табл. 1.

Фотоэлектрический люксметр (рис. 1) предназначен для измерения освещенности (лк). Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. При освещении селенового фотоэлемента (по спектральным характеристикам близкого к чувствительности глаза человека) в замкнутой цепи, состоящей из фотоэлемента и измерителя, возникает ток, пропорциональный падающему световому потоку. Прибор оснащён затеняющими светофильтрами, расширяющими диапазон измерений освещённости от 5 до 50000 лк и более.

Погрешность люксметра имеет  максимальную величину в начале шкалы, поэтому для большей точности измерения при малых отклонениях  стрелки амперметра необходимо перейти  на меньший предел измерения.

5. Характеристики  искусственных (электрических) источников  света.

Электрическое освещение  при недостаточном естественном освещении и в темное время  суток выполняют с помощью  ламп накаливания (ЛН) и газоразрядных  ламп (ГЛ).

На качество освещения  влияют: световой поток лампы; тип и свет светильника; цвет окраски помещения и оборудования;  их состояние (свежесть окраски, запыленность).

Основные характеристики ламп: номинальное напряжение, электрическая мощность, световой поток, световая отдача (КПД), срок службы.

Лампы накаливания.

В лампах накаливания используют способность нагретого до высокой  температуры тела излучать свет: электрический  ток, проходя через тонкую нить тугоплавкого металла (вольфрама), раскаляет ее, благодаря  чему она начинает ярко светиться. Вольфрамовую нить для повышения температуры  и уменьшения распыления помещают в  стеклянную колбу, наполненную при  изготовлении инертным газом (аргоном, ксеноном, криптоном и их смесями).

Достоинства ламп накаливания: 1 - просты в изготовлении и эксплуатации; 2 - работают в широком диапазоне температур и атмосферного давления при любом положении в пространстве; 3 - в спектре света отсутствует ультрафиолетовое излучение; 4 - материалы, из которых они изготовлены, экологически безопасны.

Недостатки ламп накаливания:1 - при создании высокого уровня освещенности возможен перегрев помещения; 2 - относительно небольшой срок службы (около 1000 часов); 3 -  повышенная чувствительность к колебаниям напряжения в сети; 4 -  неблагоприятный спектральный состав с преобладанием желтых и красных лучей, что значительно отличается от спектра солнечного света; 5 -  низкая светоотдача – 7–20 лм/Вт (светоотдача лампы – это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности);  6 - большая яркость (чтобы предотвратить прямое попадание света в глаза и вредное воздействие большой яркости на зрение, нить накаливания лампы необходимо закрывать);  7 - не дают равномерного распределения светового потока (при применении открытых ламп почти половина светового потока не используется для освещения рабочих поверхностей, поэтому лампы накаливания устанавливают в осветительной арматуре).

Газоразрядные лампы.

В газоразрядных лампах видимое  излучение возникает в результате электрического разряда в атмосфере  инертных газов или паров металлов, которыми заполняется колба лампы. Газоразрядные лампы называют люминесцентными, т.к. изнутри колбы покрыты люминофором, который под действием ультрафиолетового  излучения электрического разряда  светится; таким образом люминофор  преобразует невидимое УФ– излучение  в видимый свет.

Газоразрядные люминесцентные лампы:

1) низкого давления – с разным распределением светового потока по спектру лампы: ЛБ – белого света (наиболее экономичные); ЛТБ – теплого белого света; ЛХБ – холодного белого света; ЛД – дневного света; ЛДЦ – с улучшенной цветопередачей; ЛЕ – близкие по спектру к солнечному свету;

2) высокого давления: ДРЛ – дуговые ртутные лампы с исправленной цветностью; ДКсТ – ксеноновые, основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; ДHаТ – натриевые высокого давления; ДРИ – металлогалогеновые с добавкой йодидов металлов (применяют для освещения помещений большой высоты и площади).

Для производственных помещений  машиностроительных предприятий (где  работа не связана с различением  цветов) и наружного освещения  применяют лампы ДРЛ.

Газоразрядные лампы  по сравнению с лампами накаливания  имеют преимущества:1 -  высокая светоотдача, в несколько раз большая, чем у ламп накаливания; 2 -  весьма продолжительный срок службы – 8000– 14000 часов;  3 - благоприятный и разнообразный спектральный состав (подбирая сочетание инертных газов, паров металла, заполняющих колбы ламп, и люминофоров, можно получить свет практически любого спектрального диапазона – красный, желтый, зеленый, в том числе близкий к спектру солнечного освещения - «дневной свет»);  4 - лампы высокого давления (в отличие от ламп низкого давления), например ДРЛ, ДHаТ и др. отлично работают в очень широком диапазоне температур окружающего воздуха – от минус 60 до плюс 400С.

Недостатки газоразрядных  ламп:1 -  относительно сложная схема включения и необходимость применения специальных пусковых приспособлений; 2- могут создавать опасный стробоскопический эффект – явление искажения зрительного восприятия вращающихся, движущихся или сменяющихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении во времени кратности частотных характеристик движений объекта и изменения светового потока (движущиеся предметы кажутся неподвижными, вместо одного предмета видны изображения нескольких; в результате возрастает опасность травматизма);3 ртутьсодержащие газоразрядные лампы по окончании срока эксплуатации подлежат специальному складированию (переработке) в целях обеспечения безопасности человека и окружающей среды.

Светильники.

Светильники – это комплект лампы (источника света) и осветительной  арматуры.

Основные назначения светильников: перераспределение светового потока источников света в требуемых для осветительных установок направлениях; защита ламп, оптических элементов и электрических аппаратов светильников от воздействия окружающей среды.

Светильники классифицируют: по  назначению – для общего и местного освещения; по  конструктивному исполнению – открытые, закрытые, защищенные, пыле – и влагонепроницаемые, взрывозащищенные и т.п.; по распределению светового потока – прямого, рассеянного или отраженного света. Выбор светильника осуществляют с учетом особенностей помещения.

6. Расчеты искусственного  освещения

Расчеты систем общего равномерного и комбинированного освещения проводят методами коэффициента использования  светового потока, удельной мощности, точечным, световой линии.

7. Освещение рабочих  мест операторов ЭВМ

В вычислительных центрах(ВЦ), как правило, применяют одностороннее  боковое естественное освещение. Светопроемы  с целью уменьшения солнечной инсоляции устраивают с северной, северовосточной или северо-западной ориентацией. Если экран дисплея обращен к оконному проему, необходимы специальные экранирующие устройства: окна снабжают светорассеивающими шторами, регулируемыми жалюзи и т. п.

Для искусственного освещения  помещений ВЦ применяют люминесцентные лампы ЛБ (белого света) и ЛТБ (тепло-белого света) мощностью 20, 40 или 80 Вт. Для исключения засветки экранов дисплеев прямыми  световыми потоками светильники  общего освещения располагают сбоку  от рабочего места, параллельно линии  зрения оператора и стене с  окнами. Такое размещение светильников позволяет производить их последовательное включение в зависимости от величины естественной освещенности и исключает раздражение глаз чередующимися полосами света и тени, возникающее при поперечном расположении светильников.

Для обеспечения оптимальных  условий зрительной работы операторов дисплейных устройств необходима определенная цветовая отделка с учетом светорассеивающих  и отражающих свойств покрытий помещений, корпусов оборудования и мебели.

Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея  составляет 200 лк. При работе с экраном  в сочетании с работой над  документами — 400 лк. Рекомендуемые  яркости в поле зрения операторов должны лежать в пределах 1:5—-1:10.

Литература.

1. СНиП 23–05–95. Строительные  нормы и правила РФ. Естественное  и искусственное освещение. М.: Информрекламиздат, 1995.

2. Девисилов В.А. Освещение  и здоровье человека //Безопасность  жизнедеятельности / – М.: ООО  «Издательство «Новые технологии», 2003. – №7. Приложение, с.12–13.

3. Безопасность технологических  процессов. Справочник / С.В.Белов,  В.С. Бринза, Б.С.Векшин и др. М.: Машиностроение, 1985. – с. 402–406.

4. Охрана труда в вычислительных  центрах/Ю. Г. Сибаров и др. –  М.: Машиностроение, 1990. – 192 с.: ил.

5.Справочная книга по  светотехнике /Под ред. Ю.Б. Айзенберга. М.: Энергоатомиздат, 1995