Действие освещения на человека

Высокая зрительная работоспособность и производительность труда тесно связаны с рациональным производственным освещением. Следует подчеркнуть, что зрительный аппарат человека реагирует на яркость, т. е. на световой поток, отразившийся от предмета по направлению к глазу (рис. 1). Отражательная способность, или светлота, окружающих нас предметов неодинакова. Вот почему при постоянстве освещения мы можем воспринимать многообразие оттенков окружающего нас мира.

Все зрительные работы (ЗР), встречающиеся на производстве, можно разделить на три основных вида.

К первому виду следует отнести все ЗР, при выполнении которых не требуется использование оптических приборов (см. рис. 1). При этом объект различения может находиться как близко, так и далеко от глаз.

Ко второму виду ЗР (рис. 2) относятся такие работы, при выполнении которых требуется использовать оптические приборы (лупы, микроскопы и т. д.), так как размер рассматриваемого объекта не может быть воспринят глазом даже при высоких уровнях яркости.

К третьему виду ЗР (рис. 3) относятся работы, связанные с восприя- тием информации с экрана, при которых имеются особые требования к организации производственного освещения.

Рис. 1. Восприятие отраженного

света глазом:

1 – освещенность; 2 – яркость

Рис. 2. Зрительные работы с использованием

оптических приборов

Рис. 3. Зрительные работы, связанные с восприятием информации с экрана

Основные показатели освещенности

Свет имеет сложную корпускулярно-волновую природу и представляет собой часть оптической области спектра. К видимому излучению оптического спектра относят излучение с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм. В этом диапазоне волны (монохроматический свет) вызывают цветовое ощущение. Для гигиенической оценки освещения используются следующие показатели [1–5]:

Световой поток Ф – часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет, характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм).

Один люмен – это световой поток, излучаемый точечным источником с силой света 1 кандела (кд) в телесном угле в 1 стерадиан (ср).

Сила света J – пространственная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока Ф (лм), исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла  (стерадиан), к величине этого угла, измеряется в канделах (кд):

. (1)

Телесный угол - часть пространства, заключенная внутри конической поверхности. Измеряется отношением площади, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса, к квадрату последнего .

Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока Ф (лм), равномерно падающего на освещаемую поверхность, к ее площади S (м²), измеряется в люксах (лк):

. (2)

Один лк – это освещенность 1 м² поверхности при падении на нее светового потока в 1 лм.

Яркость L поверхности под углом  к нормали – отношение силы света J_а (кд), излучаемой освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади S (м²) проекции этой поверхности, на плоскость перпендикулярную к этому направлению, измеряется в кд/м²:

, (3)

где a – угол между направлениями силы света и вертикалью.

Одна кд/м² – это яркость равномерно светящейся плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с площади S = 1 м² силу света в 1 кд.

Для диффузно отражающих поверхностей

, (4)

где r – коэффициент отражения, формула (6).

Яркость является величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. При постоянстве освещенности яркость предмета тем больше, чем больше его отражательная способность.

Светимость – определяется величиной светового потока, испускаемого с единицы площади светящейся поверхности. Измеряется в люксах, лк.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах [6]:

, (5)

где Е_В – освещенность в точке внутри помещения, создаваемая светом видимого через световой проем участка небосвода, лк; Е_н – освещенность в тот же момент времени вне производственного помещения, создаваемая равномерно рассеянным светом всего небосвода, лк.

Объект различения – наименьший элемент рассматриваемого предмета или дефект, которые необходимо различить в процессе работы (например, линия, знак, нить, пятно, риска, трещина, символ и т. п.).

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Характеризуется коэффициентом отражения, зависящим от цвета и фактуры поверхности.

Коэффициент отражения  определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее световому потоку Ф_пад:

. (6)

Значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02…0,95.   0,4 – фон считается светлым;  = 0,2…0,4 – средним;   0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном k – степень различия объекта и фона характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, риски или др. элементов) и фона:

. (7)

k  0,5 считается большим (объект резко выделяется на фоне);

k = 0,2…0,5 – средним (объект и фон заметно отличаются по яркости);

k  0,2 – малым (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности k_E – критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока используемых источников света:

(8)

где Е_max, Е_min и Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний. k_E = 15 – 65 % для газоразрядных ламп; k_E = 7 % для обычных ламп накаливания; k_E = 1 % для галогенных ламп.

Малое значение коэффициента пульсации для ламп накаливания объясняется большой тепловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению светового потока лампы накаливания Ф_лн в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0 (рис. 4).

В то же время газоразрядные лампы (в т. ч. люминесцентные) обладают малой инерцией и меняют свой световой поток Ф_лл почти пропорционально амплитуде напряжения питающей цепи.

Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности люминесцентные лампы включаются в разные фазы трехфазной электрической цепи. На правой нижней кривой рис. 4 показан характер изменения во времени суммарного светового потока, создаваемого тремя люминесцентными лампами 3Ф_лл, включенными в первом случае в одну фазу (фазу А сети), а затем в разные фазы трехфазной сети [3; 4].

В последнем случае за счет сдвига фаз в трехфазной цепи на 1/3 периода «провалы» в световом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, в результате пульсации суммарного светового потока существенно меньше.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия, определяемый по формуле:

, (9)

где S – коэффициент ослепленности; ;∆В_пор – пороговая разность яркости объекта и фона при обнаружении объекта на фоне равномерной яркости, кд/м²; (∆В_пор)_s – пороговая разность яркости объекта и фона при наличии в поле зрения блеского (яркого) источника света, кд/м².