Освещение

Одной из характеристик зрительной работы является фон — поверхность, на которой происходит различение объекта, с которым работает человек. Фон характеризуется способно­стью поверхности отражать падающий на нее свет. Отража­тельная способность определяется коэффициентом отражения r. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения изменяются в широких пределах 0, 02—0, 95. Фон считается светлым при r > 0, 4; средним при значениях r в диапазоне 0, 2—0, 4 и темным при r < 0, 2.

Как очевидно из табл. 10.3, E_min отличаются для различ­ных систем освещения. При комбинированном искусствен­ном освещении, как более экономичном, нормы выше, чем при общем. Действительно, с помощью светильника местного освещения, расположенного вблизи рабочего места, необходи­мую освещенность можно обеспечить при меньших затратах электрической энергии. Более подробные сведения о норма­тивных требованиях, предъявляемых к освещению, можно получить в СНиП 23-05—95 «Нормы проектирования. Есте­ственное и искусственное освещение».

Нормативные требования к освещению жилых и обще­ственных зданий определены в Санитарно-эпидемиоло­гических правилах и нормативах СанПиН 2.2.1/1278—03 «Гигиенические требования к естественному, искусствен­ному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий», извлечения из указанных норм для жилых поме­щений приведены в табл. 2.6, а для учреждений образова­ния — в табл. 10.4.

Таблица 10.4

Нормы освещенности по СанПиН 2.2.1/1278—03 (извлечения — для образовательных учреждений)

Представленные выше уровни освещенности установлены для нормального зрения. С возрастом острота зрения снижа­ется, и это требует повышения уровня освещения.

Зрительная работоспособность. Зрительный комфорт достигается при нормативном и равномерном освещении; при отсутствии бликов и ослепленности; при соответствующей контрастности; при отсутствии пульсаций света и цен­тробежного эффекта.

Ослепленность. Находящиеся в поле зрения человека поверхности высокой яркости могут производить неприят­ное, дискомфортное ощущение или вызывать состояние осле­пленности. В результате резко снижается и работоспособность. Источниками высокой яркости являются осветительные установки и источники света. Уменьшение ослепленности может быть достигнуто увеличением высоты установки светильников; уменьшением яркости светильников путем закрытия источников света светорассеивающими стеклами; применением светильников с необходимым защитным углом. Желаемого эффекта по снижению ослепленности человека можно также достичь уменьшением мощности каждого отдельного светильника за счет соответствующего увеличения их числа.

Ослепленность может также возникать при больших коэффициентах отражения поверхностей, попадающих в поле зрения. Наибольшая опасность возникает при освещении зеркальных поверхностей, когда свет падает на эти поверхности таком образом, что глаза находятся на направлении зеркального отражения лучей. В этом случае человек видит либо зеркальное отражение источника света, либо размытое, но очень яркое световое пятно. Устранение отраженной ослепленности достигается правильной организацией местного и локализованного освещения и таким расположением светильников, чтобы зеркально отраженные поверхностью лучи не попадали в глаза.

Контраст между объектом и фоном. Одним из эффективных средств для повышения контраста является искусственный фон (светлый, если деталь темная, или темный, если деталь светлая). Разновидностью искусственных фонов являются световые столы, на которых поверхности просматриваются в подходящем свете и которые используются при копировании с темных оригиналов.

Постоянство освещенности во времени. Изменения освещенности по времени можно классифицировать как: медленные и плавные, частые колебания и пульсации. Медленные изменения вызываются постепенными изменениями сетевого напряжения и факторами, изменяющими освещенность в процессе эксплуатации (загрязнением источников света, снижением светоотдачи и т.д.). Если освещенность при этом сохраняется на уровне не ниже нормативного значения, эти изменения не являются вредными.

Причиной частых колебаний являются перемещения светильников, их раскачивание движением воздуха (ветер, сквозняк, вентиляция и т.д.) и колебания напряжения в сети, порождаемые изменение нагрузки. На каждый процент изменения сетевого напряжения источники света реагируют изменениями светового потока в ту же сторону: лампы накаливания – на 3, 7%, люминесцентные – на 1%, лампы ДРЛ – на 3%. Устранение колебаний освещенности обеспечивается закреплением светильников и стабилизацией изменений напряжения сети.

Пульсации освещенности обусловлены малой инерционностью излучения газоразрядных ламп, световой поток от которых пульсирует при переменном токе промышленной частоты. Эти пульсации неразличимы при фиксировании глазом неподвижной поверхности, но легко обнаруживаются при рассматривании движущихся предметов.

Если при пульсирующем освещении быстро махать карандашом на контрастирующем фоне, то карандаш приобретает ясно видимые контуры. Эффективнее пульсации можно обнаружить с помощью стробоскопического волчка, который можно выполнить из белого картона, на поверхности которого нанесены черными линиями радиусы через равные углы. Если при вращении волчка время его вращения на угол, равный углу между соседними радиусами, равно периоду пульсаций или в целое число раз меньше его, то волчок покажется остановившимся. При незначительном увеличении скорости вращения волчка он покажется вращающимся в действительном направлении, но очень медленно, при уменьшении скорости – изменившим направление вращения. Это явление носит название стробоскопического эффекта.

Практическая опасность стробоскопического эффекта состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвижными, вращающимися с более медленной скоростью, чем в действительности, или в противоположном направлении. Это может стать причиной травматизма.

Пульсации освещенности вредны и при работе с неподвижными поверхностями, вызывая утомление зрения и головную боль.

Организация рабочего места для создания комфортных зрительных условий. Освещенность рабочего места должна быть равномерной. Во всяком случае, не должно быть значительной разницы в освещенности различных участков рабочего места, чтобы не требовалось частой переадаптации зрения. Например, поверхности предметов, с которыми в данный момент осуществляется работа, должны иметь одинаковую освещенность. Подсветка с помощью небольшого светильника только поверхности одного предмета приведет к различию в освещенности других предметов. Частое обра­щение к подсветке потребует постоянной адаптации зрения, что в конечном счете приведет к быстрому зрительному утом­лению, снижению работоспособности, общему утомлению, психическому напряжению.

Письменный стол должен располагаться в хорошо осве­щенном месте, желательно у окна. Человек за столом дол­жен располагаться лицом или левым боком к окну (для левшей — правым боком) для того, чтобы избежать обра­зования тени от своего тела или руки. Светильник искусст­венного освещения должен располагаться относительно тела человека аналогичным образом.

Светильник должен иметь конструкцию, исключаю­щую ослепление человека лучами, отраженными от рабо­чей поверхности (для этого арматура светильника должна выполняться таким образом, чтобы прямые лучи, исходящие от источника, были направлены под углами, исключающими попадание отраженного луча в глаз человека). При переходе из хорошо освещенного участка или помещения на плохо освещенный участок требуется некоторый промежуток вре­мени для адаптации глаза к низкой освещенности. В этот период человек плохо видит. Это может привести к тому, что человек споткнется, упадет, наткнется на какой-либо предмет и т.д. и получит травму. Особенно большая опас­ность возникает при очень большой разнице в освещен­ности — более чем 20—30 раз, что требует значительного времени для глубокой переадаптации глаза, в течение кото­рого человек очень плохо видит или не видит вообще. Если освещенность в помещении и коридоре, в который осуще­ствляется выход из помещения, сильно различается, необ­ходимо улучшить освещение в коридоре. Для снижения вероятности получения травмы указанные выше обстоя­тельства особенно важно учитывать на лестничных клет­ках и других травмоопасных местах.

Искусственные источники света. Для искусственного освещения применяют электрические лампы двух типов: лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания относятся к источникам света тепло­вого излучения. Видимое излучение (свет) в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

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, так как изнутри колбы покрыты люминофором, который под дей­ствием ультрафиолетового излучения от электрического разряда, светится, преобразуя тем самым невидимое ульт­рафиолетовое излучение в свет.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства экс­плуатации. Находят они применение и на производстве, организациях и учреждения, но в значительно меньшей сте­пени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей — от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы — это отношение светового потока лампы к ее электрической мощ­ности), небольшим сроком службы — до 2500 ч, преоблада­нием в спектре желтых и красных лучей, что сильно отличает спектральный состав света от солнечного света. В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г — газонаполненные, К — лампы с криптоновым наполнением, Б — биспиральные лампы.

Газоразрядные лампы получили наибольшее распростра­нение на производстве, в организациях и учреждениях, прежде всего из-за значительно большей светоотдачи (40—110 лм/Вт) и срока службы (8000—12 000 ч). Газоразрядные лампы в основном применяются для освещения улиц, иллюмина­ции, световой рекламы. Подбирая сочетание инертных газов, паров металла, заполняющих колбы ламп, и люминофора, можно получить свет практически любого спектрального диапазона: красный, зеленый, желтый и т.д. Для освещения в помещениях наибольшее распространение получили люми­несцентные лампы дневного света, колба которых заполнена парами ртути. Свет, излучаемый такими лампами, близок по своему спектру к солнечному свету.

К газоразрядным относятся различные типы люминес­центных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно-белого света (ЛХБ); лампы с улучшенной цвето­передачей (ЛДЦ); лампы тепло-белого света (ЛТБ); лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холод­но-белого света улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

К газоразрядным лампам высокого давления относятся сле­дующие: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправ­ленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой иодидов металлов.

Лампы ЛЕ, ЛДЦ применяются в случаях, когда предъяв­ляются высокие требования к определению цвета, в осталь­ных случаях — лампы ЛБ как наиболее экономичные. Лампы ДРЛ рекомендуются для производственных помещений, если работа не связана с различением цветов (в высоких цехах машиностроительных предприятий и т.п.), и для наружного освещения. Лампы ДРИ имеют высокую световую отдачу и улучшенную цветность, применяются для освещения поме­щений большой высоты и площади.

Однако газоразрядные лампы наряду с преимуществами перед лампами накаливания обладают и существенными недос­татками, которые пока ограничивают их распространение в быту. Прежде всего, это пульсация светового потока, которая искажает зрительное восприятие и отрицательно воздейст­вует на зрение. Ограничение пульсаций до безвредных зна­чений достигается равномерным чередованием питания ламп от различных фаз трехфазной сети, специальными схемами подключения. Это усложняет систему освещения, поэтому люминесцентные лампы не нашли широкого применения в быту. К недостаткам газоразрядных ламп относятся также следующие их особенности: длительность разгорания, зави­симость работоспособности от температуры окружающей среды, создание радиопомех.

Светильники. Для лучшего использования светового потока ламп и ограничения ослепленности искусственные источники света устанавливают в осветительной арматуре. Арматура с лампой называется светильником. Для регулиро­вания светового потока в осветительной арматуре использу­ются следующие методы:

1) ограничение светового потока (если лампа установ­лена в непрозрачном корпусе только с одним отверстием для выхода света, то распределение света будет очень огра­ничено (рис. 10.9));

Рис. 10.9 Ограничение светового потока

2)отражение светового потока (используются отража­ющие поверхности, которые могут быть самыми разнообраз­ными, от глубоко матовых до сильно отражающих или зеркальных; метод более эффективен, чем ограничение светового потока, так как световое излучение концентрируется и направ­ляется в зону, где необходимо освещение (рис. 10.10)).

Рис. 10.10. Отражение светового потока

3) рассеяние светового потока (лампа устанавливается в прозрачном материале, рассеивающем и создающем диф­фузный (рассеянный) световой поток; диффузоры погло­щают некоторое количество излучаемой световой энергии, что снижает общий коэффициент полезного действия све­тильника, однако при этом исключается ослепляющее дей­ствие источника света (рис. 10.11));

Рис. 10.11. Рассеяние светового потока

4) рефракция светового потока (используется эффект призмы, где обычно стеклянный или пластмассовый мате­риал призмы искривляет лучи света и таким образом пере­направляет световой поток; метод очень эффективен для общего освещения, его преимущество состоит в устранении бликов на отражающих поверхностях за счет сочетания диф­фузного освещения (рис. 10.12)).

Рис. 10.12. Рефракция светового потока

В светильниках может использоваться сочетание описан­ных методов регулирования светового потока.

На рис. 10.13 представлены некоторые типы светильни­ков с лампами накаливания и люминесцентными лампами, не пользуемыми в производственных и общественных поме­щениях. В бытовых целях применяются светильники более разнообразных конструкций и форм, выполняющих не только осветительную, но и декоративную функцию.

По распределению света светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного или отраженного света.

Светильники прямого света направляют более 80% све­тового потока в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой или полированной поверхности («Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Альфа» и др.). Светиль­ники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы («Молочный шар», «Люцетта»). Светильники отраженного света более 80% светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет — вниз в рабо­чую зону. Несмотря на их гигиенические преимущества (рав­номерность, отсутствие блескости и др.), в производственных условиях светильники отраженного света применяются редко, так как для них требуется высокий коэффициент отражения потолка, что не всегда имеет место в условиях производства.

Рис. 10.13. Некоторые типы светильников:

а - лампы накаливания; б - люминесцентные лампы

Для защиты глаз от ослепления светящейся поверхностью служит защитный угол светильника (рис. 10.14). Защитный угол светильников β = 30÷ 45 °.

Рис. 10.14. Защитный угол светильника:

1 — источник света: 2 — арматура

Расчет искусственного освещения. Основным методом расчета общего равномерного освещения при горизонтальной поверхности является метод светового потока (коэффици­ента использования). Необходимый световой поток Ф_л (лм) от одной лампы накаливания или группы ламп светильника из люминесцентных ламп рассчитывают по формуле

где - нормированная минимально допустимая освещенность, лк, которая определяется нормативом (см. СНиП 23-05–95), S - площадь освещаемого помещения, м ; z – коэффициент неравномерности освещения, который зависит от типа ламп (для ламп накаливания и дуговых ртутных ламп – 1, 15, для люминесцентных ламп – 1, 1); k – коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и снижение светоотдачи в процессе эксплуатации, зависящий от вида технологического процесса, выполняемого в помещении, и рекомендуемый в нормативах (см. СНиП 23-05–95(обычно k =1, 3÷ 1, 8)); - число светильников в помещении; β — коэффициент затенения, который вводится в расчет только при наличии крупногабаритного оборудо­вания, затеняющего пространство; η — коэффициент использования светового потока ламп, учитывающий долю общего светового потока, приходящегося на расчетную плоскость, и зависящий от типа светиль­ника, коэффициента отражения потолка и стен , высоты подвеса светильников, размеров помещения, определяемых индексом i поме­щения, который определяется по формуле

Здесь А и В — длина и ширина помещения; — высота подвеса светильников над рабочей поверхностью.

Коэффициент использования светового потока ламп η опре­деляют по таблицам, приводимым в СНиП 23-05—95 в зави­симости от типа светильника, и и индекса i. Некоторые значения η приведены в табл. 10.5.

Таблица 10.5

Коэффициент использования светового потока

Лампы накаливания
Тип светильника	У   У	У   У	СЗЛ- 300-1 СЗЛ-300-1	ППД-200	Ш	С -300 С -300
, %
, %
i	Значение коэффициента использования, %
0, 5 0, 5
1, 0 1, 0
2, 0 2, 0
3, 0 3, 0
4, 0 4, 0
5, 0 5, 0
Лампы люминесцентные
, %
, %
i	Значение коэффициента использования, %
0, 5
1, 0
2, 0
3, 0
4, 0
5, 0

По полученному в результате расчета световому потоку Ф_л выбирают по ГОСТ 2239–79* и ГОСТ 6825–91 ближайшую стандартную лампу и определяют ее необходимую мощность. Световые и электрические параметры некоторых наиболее широко используемых ламп приведены в табл. 10.6 и 10.7. Умножив электрическую мощность лампы на количество све­тильников , можно определить электрическую мощность всего освещения помещения.

Таблица 10.6