![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Нормирование освещённости рабочих мест
Основной целью нормирования освещённости рабочих мест является обеспечение оптимальных условий зрительной работы. Восприятие наблюдаемого объекта определяется угловым размером объекта различения, контрастом объекта различения с фоном, яркостью фона. Для заданного зрительного восприятия объектов с различными размерами различения яркость должна быть тем больше, чем меньше их угловые размеры и контрасты с фоном. Из-за трудностей, возникающих при расчёте и измерении яркости, на практике нормирование осуществляется не по яркости, а по освещённости при одновременной регламентации коэффициента отражения фона. В настоящее время искусственное освещение нормируется согласно СНиП 23-05-95 [1] в зависимости от характеристик зрительной работы: наименьшего размера объекта различения, фона и контраста объекта с фоном. Нормы регламентируют наименьшие допустимые уровни освещённости рабочих поверхностей (нормативные уровни – Eнорм) для комбинированного и общего освещения в комбинации с показателем ослеплённости (P) и коэффициентом пульсаций освещённости (Kп). Каждый видимый объект наблюдается на фоне каких-либо других объектов. Фон представляет собой поверхность, на которой наблюдается данный зрительный объект. Основной характеристикой фона является коэффициент отражения (r): если r < 0, 2 – фон считается тёмным; если 0, 2 < r < 0, 4 – средним; если r > 0, 4 – светлым. Для органов зрения наиболее важной характеристикой является яркость (B) наблюдаемых зрительных объектов. Зрительное восприятие объектов также зависит от их контраста по отношению к фону, на котором они наблюдаются. Различают два вида контраста: прямой контраст (объект наблюдения темнее фона, т. е. Bо < Bф) и обратный контраст (объект наблюдения светлее фона, т. е. Bо > Bф). Количественно величина контраста оценивается отношением разности яркостей объекта наблюдения и фона:
где Bф и Bо – соответственно яркость фона и объекта. Если K < 0, 2 – контраст считается малым, если 0, 2 < K < 0, 5 – средним, если K > 0, 5 – большим. Оптимальная величина контраста считается равной 0, 6 – 0, 95. Величины прямого и обратного контрастов также могут быть выражены через коэффициенты отражения объекта и фона:
Зрительная работа при прямом контрасте более благоприятна, чем работа при обратном контрасте. При равенстве яркостей фона и объекта они могут быть различимы по цветности. В общем случае яркость объекта наблюдения определяется двумя составляющими – яркостью собственного излучения и яркостью за счёт внешней засветки (яркостью отражения): B = Bизл + Bотр. (2) Яркость излучения (Bизл) определяется мощностью источника света и его светоотдачей для излучающих поверхностей осветительных ламп и светильников. Для неизлучающих поверхностей – Bизл = 0. Примерные уровни яркости некоторых светящихся поверхностей, кд/м2: Вольфрамовая нить лампы накаливания.................. 5, 5∙ 106; Поверхность колбы люминесцентной лампы................ 7∙ 103; Солнце в зените............................................ 109; Дисплей монитора ПЭВМ (в темноте).................... 35 – 120. Вторая же составляющая формулы (2) определяется уровнем освещённости данной поверхности и её отражающими свойствами: · для поверхностей с диффузным (не зеркальным) отражением
· для поверхностей с направленным (зеркальным) отражением Bотр = Bизл∙ ρ з; (3΄) · для поверхностей с направленно-рассеянным или смешанным отражением
где: Е — освещённость поверхности, лк; ρ д — коэффициент отражения поверхности с диффузным отражением; ρ з — коэффициент отражения поверхности с зеркальным отражением (определяется степенью полированности поверхности и для ориентировочных оценок может быть принят равным в пределах 0, 9 – 0, 98); Bизл — яркостью собственного излучения поверхности (или её части) объекта наблюдения. Коэффициент диффузного отражения во многом определяется цветом поверхности (табл. 4) и показывает, какая часть падающего на поверхность светового потока отражается ею. Таблица 4 Значения коэффициентов отражения цветных непрозрачных поверхностей
Значения коэффициентов отражения некоторых конкретных поверхностей приведены в табл. 5. В связи с тем, что в поле зрения могут попадать объекты с различной яркостью, введено понятие адаптирующей яркости (Bа), под которой понимают ту яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент время зрительный анализатор. Приближённо можно считать, что для изображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображений с обратным контрастом — яркости объекта [2]. Диапазон чувствительности зрительного анализатора очень широк: от 10-6 до 106 кд/м2. Наилучшим условиям работы соответствуют уровни адаптирующей яркости в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кд/м2. Таблица 5 Значения коэффициентов отражения некоторых поверхностей
Следует иметь в виду, что обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но ещё недостаточным условием нормальной видимости объектов. Нужно также знать, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки зрительного восприятия объектов вводится понятие порогового контраста:
где DBпор — пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркостей предмета и фона, которая ещё обнаруживается глазом. Таким образом, величина Кпор определяется дифференциальным порогом различения. Для получения оптимального оперативного порога различения необходимо, чтобы фактическая величина разности яркости предмета и фона была в 10 — 15 раз больше пороговой. Это означает, что для нормальной видимости величина контраста, рассчитанная по формулам (1), должна быть больше величины Кпор в 10 – 15 раз. Таким образом, отношение величины контраста объекта наблюдения к его значению (характеристика способности глаза воспринимать объект) называют видимостью:
Величина порогового контраста зависит от яркости фона и от угловых размеров α об наблюдения объектов. Следует заметить, что объекты с бó льшими размерами видны при меньших контрастах и что с увеличением яркости уменьшается требуемая величина порогового контраста. Для ориентировочной оценки величины прямого порогового контраста в работе [3] предлагается эмпирическая формула:
где: α об – угловой размер (измеряемый в угловых минутах) наблюдаемого объекта (см. ниже рис. 4). Функциональные коэффициенты φ 1(α об ) и φ 2(α об) зависят от углового размера наблюдаемого объекта и яркости фона:
для 0, 01 ≤ Bф ≤ 10 – kφ 1 = 75;
для Bф > 10 – kφ 1 = 122;
kφ 2 = 0, 333; ξ = 3, 333; p0 = –0, 096, p1 = –0, 111, p2 = 3, 55∙ 10–3, p3 = –4, 83∙ 10–5, p4 = 1, 634∙ 10–7; q0 = 2, 345∙ 10–5, q1 = –0, 034, q2 = 1, 32∙ 10–3, q3 = –2, 053∙ 10–5, q4 = 7, 334∙ 10–4. Формулы (51) – (53) получены в результате аппроксимации табличных значений функциональных коэффициентов φ 1(α об) и φ 2(α об), приведённых в [6]. Для оценки величины обратного порогового контраста для 1′ ≤ α об ≤ 16′ предлагается аппроксимация другой эмпирической формулы [4]:
где: r0 = –0, 51, r1 = -0, 151, r2 = 3, 818∙ 10–3, r3 = –3, 94∙ 10–5, r4 = –1, 606∙ 10–7, r5 = 2, 095∙ 10–10. При угловых размерах наблюдаемых объектов, превышающих 16 угловых минут (α об > 16′), можно использовать формулу [4]:
где Kпор(16′) – величина порогового контраста, рассчитанная по формуле (6) для α об = 16′. Связь угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов для общего случая иллюстрируется на рис. 4, где: lоб –линейный размер наблюдаемого объекта; lx и ly – расстояния от точки наблюдения (расположения глаза человека) до центра наблюдаемого объекта, взятые по горизонтали и вертикали, соответственно; β об – угол отклонения плоскости наблюдаемого объекта от горизонтали. Величины lоб, lx, ly и β об определяются особенностями и организацией конкретного рабочего места. Остальные обозначенные на рис. 4 величины являются вспомогательными: lнаб – прямое расстояние от точки наблюдения до центра наблюдаемого объекта; hнаб – расстояние по нормали от точки наблюдения до плоскости наблюдаемого объекта; β наб – угол зрения относительно плоскости наблюдаемого объекта; α 1 и α 2 – вспомогательные углы.
Рис. 4. Связь угловых (α) и линейных (lо) размеров наблюдаемых объектов
Геометрия чертежа на рис. 4 определяет следующие выражения для вспомогательных величин:
и, следовательно, угловой размер наблюдаемого объекта может быть определён как: α об = α 2 – α 1 . (9) Большое влияние на условия видимости объектов оказывает величина внешней освещённости. Однако это влияние будет различным при работе с изображениями, имеющими прямой или обратный контраст. Увеличение освещённости при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина Кпр увеличивается) и, наоборот, при обратном контрасте — к ухудшению видимости (величина Коб уменьшается). При увеличении освещённости величина Кпр увеличивается, поскольку яркость фона возрастает в большей степени, чем яркость объекта (коэффициент отражения фона больше коэффициента отражения объекта). Величина Коб при этом уменьшается, т. к. яркость объекта практически не меняется (предмет светится), а яркость фона увеличивается. Во многих случаях в поле зрения оператора могут оказаться световые сигналы с различной интенсивностью. При этом чрезмерно яркие объекты могут вызывать нежелательное состояние органов зрения – ослеплённость. Особенно сильно негативное влияние на работу органов зрения оказывают элементы с большой яркостью, в качестве которых могут выступать чрезмерно яркие части светильников (например, нить накала ламп накаливания) или других источников света – прямое действие, а также их зеркальные отражения – отражённое действие. Слепящая яркость определяется размером и яркостью светящейся поверхности, а также уровнем яркости адаптации органов зрения. Минимальные уровни яркости, которые начинают вызывать эффект ослеплённости, приближённо можно определить по эмпирической формуле [5]:
где Ω сп – телесный угол наблюдения оператором светящейся поверхности (в стерадианах), величину которого приближённо можно определить как отношение площади светящейся поверхности к квадрату расстояния от этой поверхности до органов зрения. Следует иметь в виду, что фактические уровни яркости наблюдаемых объектов следует оценивать по формулам (2) и (3), а с помощью формулы (10) может быть осуществлена лишь проверка фактических уровней яркости на предмет возникновения слепящего эффекта. Для нормального восприятия яркости наблюдаемых объектов необходимо, чтобы выполнялось неравенство: Bсп < Bсп min, (11) где Bсп – яркость слепящей поверхности, определённая по формулам (2) – (3). Таким образом, для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемый уровень яркости и контраст воспринимаемых световых сигналов, но также исключить чрезмерную неравномерность распределения яркостей в поле зрения. В случаях, когда невозможно использовать формулу (9), можно воспользоваться данными табл. 6 или считать неравномерность распределения уровней яркости в поле зрения приемлемой, если их перепад не превышает 1 к 30 [5]. Таблица 6
|