2. 2 Производственное освещение

2.2.1 Физиологические характеристики зрения

Для того, чтобы зрительный образ был запечатлен мозгом человека, сигналы внешнего мира должны подвергнуться переработке на трех уровнях: в световоспринимающей системе - сетчатка глаза, в проводящих нервах центральной нервной системы (парасимпатический и симпатические отделы), в коре головного мозга. Эффективность зрительного аппарата существенно зависти от качества работы оптики глаза (роговица, хрусталик, зрачок), которая должна обеспечивать максимально возможное прохождение света через глаз, точно сфокусировать изображение на сетчатке. Все перечисленные участники зрительного процесса влияют на качество зрения: четкость и ясность видения, цветоразличение, ориентацию ночью и на свету, быстроту обработки световой информации, и наконец обеспечение длительной работоспособности.

Известно, что роговица, хрусталик и зрачок определяют объем и точность фокусировки света на сетчатку. Днем цветоразличение обеспечивается работой колбочек, причем красные и зеленые колбочки расположены в центре сетчатки, при удалении к периферии сетчатки их число уменьшается, а количество синих колбочек возрастает. Цветоощущение — способность зрительной системы преобразовывать спектральный состав светового излучения в целостное субъективное качество — хроматичность (или «цветность»). Целостность цветового ощущения определяется законом цветового смешения, согласно которому, какой бы ни был физический состав светового излучения (простой, монохроматический, или сложный, составленный из многих длин волн), ощущение цвета будет качественно однородным, в связи с чем невозможно по цвету определить состав электромагнитных волн излучения. Поэтому ощущение одинакового цвета может происходить при восприятии света имеющего разную природу и электромагнитные параметры, что требует для достижения привычного ощущения дополнительной работы головного мозга в сравнении с восприятием солнечного (привычного) света. Хроматичность каждого цвета характеризуется двумя цветовыми качествами — цветовым тоном (красный, синий, желтый и т. д.) и цветовой насыщенностью. Чем более отличается данный цвет от белого, тем больше его насыщенность и тем меньше его белизна, и наоборот. Белизна цвета, таким образом, это качество цвета, обратное насыщенности. Цветоощущение является одной из функций центрального зрения. Работа сетчаткипостроена на принципе раздражения и торможения, что проявляется в антагонизмах работы палочек и колбочек, а также рецепторов сетчатки глаза, которыми являются ганглиозные клетки. Для возбуждения одной ганглиозной клетки требуется разное количество фоторецепторов в зависимости от того, где они находятся в центре или на периферии сетчатки и требуются разные затраты энергии. Количество колбочек в рецептивном поле в центре сетчатки примерно в 100 раз меньше количества палочек в рецептивном поле на периферии сетчатки. Соответственно и чувствительность палочковой системы в 100 раз выше, чем у колбочковой. Световая чувствительность глаза зависит и от влияний, идущих со стороны мозга. Работа роговицы, хрусталика и зрачка связана с сетчаткой, но имеет свою особенность. Расширение зрачка увеличивает зону освещения сетчатки большей площади, чем размер фавеолы. К восприятию подключаются синие колбочки, что приводит к ухудшению контрастности и четкости зрения, но увеличивает поле зрения. Кроме того, большой размер зрачка (больше 4 мм) вызывает абберации света при прохождении через хрусталик, что в свою очередь ухудшает распознание текста и малых предметов.

2.2.2 Светотехнические величины

Световой поток.

Характеризует мощность видимого излучения по её воздействию на глаз человека в специальных единицах – люменах [Лм]. Световой поток является важнейшей характеристикой ламп. Обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет световой поток 1300 Лм, а металлогалогенная лампа мощностью 70 Вт – 6000 Лм.

Освещённость.

Это поверхностная плотность светового потока, падающего на площадку заданной величины. Единица освещённости – люкс [Лк]. Одна из самых главных величин в нормах освещения. Чаще всего нормируется горизонтальная освещённость (в горизонтальной плоскости). Диапазон уровней освещённости составляет при искусственном освещении от 1 до 20 Лк на улице и от 20 до 5000 Лк в помещении. В природных условиях освещённость E=0,2 Лк в полнолуние, 5000 – 10000 Лк днём при сплошной облачности и до 100000 Лк в ясный солнечный день.

Сила света

Это пространственная плотность светового потока, ограниченная телесным углом. Единица измерения силы света – кандела [кд] – воспроизводится эталоном и входит в Международную систему основных единиц (СИ). Распределение силы света в пространстве ( кривая силы света, КСС) – одна из важнейших характеристик осветительных приборов, необходимых для расчёта освещения. КСС светильников обычно приводится в полярных координатах для условной лампы со световым потоком 1000 лм, т.е. в кд/кЛм.

Яркость

Для матовых (диффузных или равноярких) поверхностей эта величина пропорциональна поверхностной плотности отраженного или излучаемого этой поверхностью светового потока. В более общем виде она равна отношению силы света в направлении точки наблюдения к видимой из этой точки площади светящей поверхности (проекции). Единица яркости – кд/м2. Яркость непосредственно связана с уровнем зрительного ощущения, а распределение яркости в поле зрения (например, в интерьере) характеризует качество освещения. В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2. Сплошной светящий потолок при яркости более 500 кд/м2 оказывает дискомфортное влияние. Яркость солнца – около 1 000 000 000 кд/м2, а люминесцентной лампы – 5-11 тысяч кд/м2 Коэффициенты отражения [ρ] и пропускания [τ] Определяются как отношение отраженного [ρ] или пропущенного [τ] материалом светового потока к упавшему световому потоку. Коэффициенты отражения некоторых отделочных материалов:

- белая краска (0,7 – 0,8)

- светлые обои ( 0,5 – 0,7)

- белый мрамор – 0,45

- красный кирпич – 0,3

- темное дерево (0,1 – 0,25)

- асфальт – 0,07

При светлой отделке помещений (особенно при малых по отношению к высоте размерах) очень заметно возрастают уровни освещенности. Коэффициент отражения фона, на котором рассматривается объект, входит в число показателей, характеризующих условия зрительной работы на рабочем месте. По нормам России фон считается светлым при коэффициенте отражения более 0,4, средним – от 0,2 до 0,4 и тёмным – менее 0,2. При увеличении коэффициента отражения фона – видимость объекта улучшается.

Световая отдача

Это главная характеристика энергоэкономичности ламп и она равна отношению светового потока лампы к её мощности. Применение ламп с высокой световой отдачей – основной путь экономии электроэнергии в осветительных установках. Например, путём замены ламп накаливания, световая отдача которых 7-22 лм/Вт, компактными люминесцентными лампами (50-90 лм/Вт) можно снизить расход электроэнергии в среднем в 5-6 раз, не уменьшая уровня освещённости.

Показатели ослеплённости и дискомфорта

Эти показатели характеризуют прямое слепящее действие источников света или светильников. По показателю ослеплённости можно судить о степени ухудшения видимости при действии блёских источников света. Например, при значении этого показателя, равном 100, видимость снижается на 10%. По российским нормам для точных производственных работ значение показателя ослеплённости должно быть не выше 20. Показатель дискомфорта (М) характеризует степень неудобства или напряженности при наличии в поле зрения источников повышенной яркости.

Цилиндрическая освещенность [Ец]

Характеризует насыщенность помещения светом и определяется (в люксах) как средняя вертикальная освещенность, создаваемая в заданной точке наблюдения. В России эта величина нормируется в таких помещениях как холлы, парадные вестибюли, зрительные, выставочные, читальные и торговые залы, залы заседания и приёмов и т.п. Повышенная насыщенность светом создаётся при уровнях Ец не менее 100 лк.

Цвет и цветность

Понятие цвета определяется, как свойство видимого излучения вызывать зрительное ощущение цветности (цветовой тон + насыщенность) и яркости предметов. Цветовой тон (красный, оранжевый и т.д.) характеризуется длиной волны видимого излучения, а насыщенность – чистотой цвета, связанной со степенью приближения к спектрально чистому цвету от точки белого. Например, малонасыщенные цветовые тона получают путём большого разбавления красителя белой краской. Цвет одного и того же предмета может сильно изменяться в зависимости от спектрального состава освещения.

Цветовая температура [Тц]

Очень важная характеристика источников света, определяющая цветность ламп и цветовую тональность (тёплую, нейтральную или холодную) освещаемого этими лампами пространства. Она примерно равна температуре нагретого тела одинакового по цвету с заданным источником света. Выражается в температурной шкале Кельвина: Т = (градусы Цельсия +273) К.

Значения Тц некоторых источников:

- пламя свечи – 1900 К;

- лампы накаливания – 2500-3000 К;

- люминесцентные лампы – 2700-6500 К;

- Солнце – 5000-6000 К;

- облачное небо – 6000-7000 К;

- ясное небо – 10000-20000 К.

Индекс цветопередачи [Ra]

Одна из основных цветовых характеристик качества разрядных ламп. Характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении лампой при сравнении с эталонным источником света. Наивысшее значение Ra=100. Наихудшие по цветопередаче натриевые лампы высокого давления имеют Ra=25. Согласно нормам Германии очень хорошая цветопередача (степень 1) соответствует значениям Ra=80 и более, хорошая (степень 2) – от 60 до 79, удовлетворительная (степень 3) – от 40 до 59 и недостаточная (степень 4) – от 20 до 39.

Коэффициент пульсации освещенности [Кп]

Характеризует относительную глубину пульсации освещенности (в %) в заданной точке помещения при питании ламп от сети переменного тока. Неконтролируемая пульсация освещенности приводит к повышенной опасности травматизма при работе с движущимися и, в особенности, с вращающимися объектами, а также к зрительному утомлению. В нормах России для большинства зрительных работ установлено значение Кп не более 20.

2.2.3 Естественное освещение и искусственное освещение

Естественное освещение, создаваемое природными источниками света, меняется в зависимости от времени суток и года, географических широт местности, состояния атмосферы и т.д. При естественном освещении открытых пространств освещенность горизонтальных поверхностей составляет: в безлунную ночь - 0,0005 лк, при свете полной луны - до 0,2 лк, при прямом свете солнца - до 100 000 лк. Для оценки естественного освещение внутри зданий служит коэффициент естественной освещенности (КЕО), равный процентному отношению освещенности в какой-либо точке помещения к одновременно измеренной освещенности наружной горизонтальной площадки, освещаемой рассеянным светом всего небосвода. КЕО зависит от величины и расположения светопроемов, степени пропускания ими света, наличия внешних экранирующих предметов, отражающей способности внутренних поверхностей помещения и т.д.

В России естественное освещение помещений нормируется. Нормы освещения установлены в зависимости от назначения зданий и отдельных помещений. Основной нормируемой величиной является КЕО, который для различных производственных помещений определен в пределах от 0,25 до 10%.

Естественное освещение в зданиях осуществляется боковыми окнами, верхними фонарями или теми и другими одновременно. Улучшению естественного освещения помещений способствует рациональная застройка городских кварталов, правильная ориентация зданий, светлая отделка помещений, применение окон со спаренными переплетами. Для защиты помещения от излишнего прямого света солнца применяют козырьки, жалюзи и т.п. В ряде случаев технико-экономического соображения оправдывают сооружение зданий без естественного освещения. Отказ от естественного освещения зданий бывает вызван, например, необходимостью поддержания в помещении постоянной температуры и влажности, особой чистоты или определенного светового режима.

Естественное освещение, являясь с физиологической точки зрения наиболее благоприятным для человека, не может полностью обеспечить его нормальную жизнедеятельность, поэтому еще в доисторические времена у людей возникла потребность в искусственном освещении.

В качестве искусственных источников света использовались костры, факелы, свечи, керосиновые лампы и т.д. На рубеже 19 и 20 вв. в быт стало прочно входить электрическое освещение, ставшее к настоящему времени основным видом искусственного освещения.

Существуют обязательные нормы искусственного освещения; основной количественной нормируемой характеристикой служит освещенность, которая устанавливается в пределах от 5 до 5000 лк в зависимости от назначения помещений, условий и рода выполняемой людьми работы.

При выборе искусственного освещения для улиц и площадей в качестве нормируемой величины используют среднюю яркость дорожных покрытий. Существующие нормы регламентируют также и качественные характеристики искусственного освещения. К ним относятся: равномерная освещенность рабочей поверхности, отсутствие пульсаций и резких изменений освещенности во времени, ограничение или устранение зрительного дискомфорта или состояние ослепленности, возникающие при наличии в поле зрения больших яркостей, устранение нежелательного блеска освещаемых поверхностей в направлении глаз человека, благоприятный спектральный состав света, благоприятные условия тенеобразования, а также достаточная яркость всех окружающих поверхностей, включая потолки и стены помещений. В соответствии с этим рациональное освещение производственных помещений требует так называемого общего освещение всей площади.

Общее освещение во многих случаях дополняется местным освещением рабочих мест, образуя комбинированное освещение. Устройство только местного освещения запрещено. Помимо рабочего освещения, обеспечивающего рациональное освещение производственных и общественных помещений, в ряде случаев требуется устройство аварийного освещения, дающего возможность эвакуировать людей или временно продолжить работу при выходе из строя рабочего освещения.

Для искусственного освещения в качестве источников света применяютлампы накаливания и газоразрядные источники света. Экономичные и с большим сроком службы, газоразрядные лампы с успехом (но не полностью) вытесняют лампы накаливания, причем среди них люминесцентные лампы обеспечивают наилучшее качество освещение и могут удовлетворительно имитировать естественное освещение.

С целью рационального использования световой энергии, создаваемой источниками света, а также для защиты их от воздействия окружающей среды и уменьшения слепящего действия применяют соответствующие световые приборы - светильники и прожекторы.

2.2.4 Оптимизация освещения помещений и рабочих мест

Освещение воздействует на организм человека и выполнение производственных заданий. Правильное освещение уменьшает количество несчастных случаев и повышает производительность труда на 15%. Неправильное освещение может быть причиной таких заболеваний, как близорукость, спазм, аккомодация, зрительное утомление, и других болезней, понижает умственную и физическую работоспособность, увеличивает число ошибок в производственных процессах, аварий и несчастных случаев.

Освещение, отвечающее техническим и санитарно-гигиеническим нормам, называется рациональным. Создание такого освещения на производстве является важной и актуальной задачей.

В помещениях используется естественное и искусственное освещение. Естественное освещение предполагает проникновение внутрь зданий солнечного света через окна и различного типа светопроемы (верхние световые фонари). Естественное освещение часто меняется и зависит от времени года и суток, а также от атмосферных явлений. На освещение влияют местонахождение и устройство зданий, величина застекленной поверхности, форма и расположение окон, расстояние между зданиями и др.

Качество естественного освещения внутри помещений определяет световой коэффициент (Кс), который рассчитывается как отношение застекленной поверхности к площади пола и определяется по формуле

где Sc — площадь застекленной световой поверхности, м2;

Sn — площадь пола, м2.

Освещение помещений нормируется. Нормы естественного освещения для различных зданий и помещений разрабатываются с учетом их назначения. Согласно установленным нормативам световой коэффициент колеблется для отдельных помещений от 0,10 до 0,20. Для торговых залов магазинов этот показатель не должен быть меньше 0,2 (1:5), а для подсобных помещений и торговых складов — 0,100—0,125 (1:10 и 1:8).

Однако оценка естественной освещенности помещений только по световому коэффициенту недостаточна, так как при этом не учитываются факторы, влияющие на естественную освещенность: расположение окон и рабочих мест внутри помещения, высота и расположение противоположных зданий и т. п. Поэтому для оценки естественной освещенности используют коэффициент естественной освещенности (Кео), который представляет собой отношение освещенности в заданной точке помещения к одновременно измеренной освещенности наружной точки, находящейся на горизонтальной плоскости, освещенной рассеянным светом открытого небосвода.

Коэффициент естественной освещенности рассчитывается по формуле

где E1 — освещенность в заданной точке помещения, лк;

Е2 — освещенность наружной точки, лк.

Дневное естественное освещение необходимо для торговых залов магазинов, где покупатели выбирают товар по форме, величине, цвету и другим потребительским признакам, а также рассчитываются за покупку.

Естественное освещение — наиболее благоприятное для человека, однако оно не может в полной мере обеспечить необходимую освещенность производственных помещений. Поэтому в практической деятельности широко используют искусственное освещение.

Все помещения розничных и оптовых торговых предприятий должны иметь независимо от естественного и искусственное освещение. Самым распространенным видом искусственного освещения является электрическое освещение, которое так же, как и естественное, нормируется для различных видов помещений.

Освещенность определяется люксметром. Он состоит из селенового элемента и миллиамперметра. При попадании света на селеновый фотоэлемент возникает фототок, который в миллиамперметре воздействует на стрелку прибора, показывающую освещенность рабочей поверхности по шкале прибора, проградуированной в люксах. При отсутствии люксметра для определения освещенности на практике руководствуются нормами электрического освещения, выраженными в ваттах на 1 м2 площади. Например, для торговых залов магазинов норматив равен 25—30 Вт мощности накаливания на 1 м2 площади.

Рациональное искусственное освещение предусматривает равномерную освещенность, без резких изменений и пульсаций, благоприятный спектральный состав света и достаточную яркость. Поэтому для рационального освещения помещений необходимо создавать общее и местное освещение, которые в сочетании образуют комбинированное освещение.

При проектировании торговых предприятий рассчитывают потребность естественного и искусственного освещения. На торговых предприятиях действует дежурное освещение, которое включается в ночное, нерабочее время, а также аварийное освещение, работающее от специальных аккумуляторов в случае повреждения электросети (оно обеспечивает не менее 10% рабочего освещения).

Для искусственного электрического освещения применяются лампы накаливания и люминесцентные. Люминесцентные лампы обеспечивают высокое качество и имитируют естественное освещение. Они экономичны по расходу электроэнергии, световой отдаче и сроку службы.

Для освещения помещений электрические лампы помещают в специальную арматуру различных типов, которая направляет светопоток, получаемый от электрических ламп, с наименьшими потерями, а также защищает глаза работников от ослепляющей яркости, а в некоторых случаях изменяет спектральный состав источника света. Арматуру вместе с лампой принято называть светильником.

По характеру распределения светового потока светильники подразделяются на три группы: прямого, отраженного и рассеянного света. Светильники характеризуются коэффициентом полезного действия, защитным углом и диаграммой светораспределения.

Коэффициент полезного действия светильника — это отношение светового потока, излучаемого светильником, к световому потоку применяемой в нем лампы. Определяется по формуле

где Fc — световой поток, излучаемый светильником, лм;

Fл — световой поток лампы, лм.

Коэффициент полезного действия светильников с лампами накаливания может достигать 80-85%.

Защитный угол образуется горизонтальной линией, проходящей через центр светящегося тела (лампы), и линией, проходящей через центр светящегося тела с краем арматуры. Норматив защитного угла — не менее 25—30°. Тогда прямые лучи источника света не попадают в глаза и не оказывают вредного ослепляющего действия.

По форме кривой светораспределения различают светильники глубокого, косинусного, равномерного и широкого светораспределения.

В последние годы для освещения помещений получили широкое распространение осветительные приборы встроенного типа: светящиеся панели и потолки, а также подвесные потолки. Они позволяют создать равномерную освещенность помещений и благоприятно влияют на трудоспособность человека.

Важное значение имеет правильная организация эксплуатации осветительных устройств, которая предусматривает систематическую очистку окон, световых фонарей и светильников от загрязнения, своевременную замену перегоревших ламп в светильниках, текущий и профилактический ремонт оборудования, соблюдение общих санитарных правил в помещениях и на территории, прилегающей к зданиям, регулярную побелку и окраску стен и потолков помещений в светлые тона.

В процессе эксплуатации осветительных установок необходимо следить за поддержанием постоянного напряжения и устранять причины, вызывающие потери или колебания напряжения. Контрольные измерения освещенности должны проводиться не реже одного раза в три месяца.

Необходимо строго следить за защитой глаз от слепящего действия источников света, не допускать снятия с осветительных приборов защитных стекол и рефлекторов, уменьшения высоты подвеса светильников. Обслуживание и ремонт осветительных установок должен производить квалифицированный персонал.

Освещенность и эксплуатация осветительных систем контролируются на предприятиях ведомственными органами надзора.