Освещение

1. ВИДЫ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Задача освещения помещения и находящихся в нём рабочих мест может
быть решена путём устройства общего или комбинированного освещения, т. е.
совокупности общего и местного освещения.
Общим называется освещение, при котором светильники освещают всю
площадь помещения, где расположены оборудование и рабочие места.
Общее освещение может быть равномерным или локализованным.
Свойственная общему равномерному освещению относительная равномерность распределения яркости в поле зрения гигиенически имеет исключительное значение, но получение высоких уровней освещённости при таком
освещении неэкономично.
Определяющим признаком общего локализованного освещения является
распределение светового потока источников света с учётом расположения рабочих мест и требований, предъявляемых к их освещению. Например, в некоторых случаях не разделённое перегородками помещение имеет чётко разграниченные участки разного назначения. В таких случаях общее освещение
может быть локально равномерным в пределах каждого участка и неравномерным для помещения в целом. В подобных случаях следует по возможности
сохранять единство системы освещения для всего помещения, например, можно определить единые для всего помещения продольные ряды светильников, а
локализацию освещения в пределах отдельных участков осуществлять путём
изменения расстояния между светильниками в ряду и (или) электрических
мощностей осветительных ламп. Локализованное общее освещение в сравнении с общим равномерным освещением является более экономичным и позволяет создавать, как правило, повышенное качество освещения и, следовательно,
в большинстве случаев всегда оказывается предпочтительнее.
Местным называется освещение, предназначенное для освещения только
определённого рабочего места и не создающее необходимой освещённости
поверхностей в прилегающем к нему пространстве. Устройство одного только
местного освещения запрещено нормами, т. к. при таком освещении затрудняется работа органов зрения в результате возникновения значительных уровней
контраста.
Выбор между устройством одного общего или комбинированного освещения – достаточно сложная задача, решение которой не всегда очевидно и
должно основываться на учёте ряда факторов: физиологических, психологических, экономических.
В помещениях с множеством работающих людей устройство одного общего освещения психологически подчеркивает единство коллектива и, напротив, светильники местного освещения как бы отделяют человека или группу
людей от остальных.
При общем освещении обычно малосущественны пульсации освещённости на рабочем месте в случае применения газоразрядных ламп, питаемых переменным током. При местном же освещении с помощью газоразрядных ламп
пульсации освещённости рабочей поверхности могут оказывать существенное
2
влияние на органы зрения, поэтому в таких случаях обязательно применение
двухламповых светильников (при питании электрическим током с промышленной частотой).
Недостатком местного освещения может оказаться возможное загромождение светильником рабочей зоны, а при использовании ламп накаливания –
нагрев головы работающего тепловым излучением.
Искусственное освещение по характеру выполняемых задач подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.
Рабочее освещение – это освещение, обеспечивающее нормативные
условия освещения (освещённость и качество освещения) в помещениях и местах производства работ вне зданий. Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений, зданий, а также участков открытых пространств,
предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.
Аварийное освещение предназначено на случай внезапного отключения
рабочего освещения в тех помещениях, в которых работа не должна прекращаться, и делится на освещение безопасности и эвакуационное освещение.
Освещение безопасности необходимо для продолжения работ в случаях
аварийного отключения рабочего освещения. Освещение безопасности должно
быть автономным и обеспечивать не менее чем 5 % освещённость рабочих
мест от нормативной величины оcвещённоcти при общем освещении. При этом
освещённость внутри здания должна быть не менее 2 лк.
Эвакуационное освещение служит для безопасного выхода из помещения
при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение
должно быть автономным и создавать освещённость на полу основных проходов и лестничных ступенях 0,5 лк.
Светильники аварийного освещения присоединяют к независимому источнику питания, а светильники для эвакуации людей – к сети, не зависимой от
рабочего освещения.
Охранное освещение предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время (при отсутствии специальных средств охраны).
Дежурное освещение – это освещение в нерабочее время.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Современная техника предоставляет возможность применения в осветительных установках разнообразных источников света, сортамент которых продолжает расширяться. При выборе источником света приходится учитывать их
срок службы, световую отдачу, цветопередачу, а также целый ряд других характеристик.
В качестве источников света для освещения промышленных предприятии применяют газоразрядные лампы и лампы накаливании.
Лампы накаливания в настоящее время остаются широко распространёнными источниками света. Это объясняется следующими их преимуществами:
они дешевы; удобны в эксплуатации и не требуют дополнительных устройств
3
для включения в сеть; просты в изготовлении; практически некритичны к изменениям условий внешней среды, включая температуру окружающего воздуха.
Наряду с отмеченными преимуществами, лампы накаливания имеют существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения
она составляет 7 – 19 лм/Вт и повышается с увеличением их мощности); сравнительно малый срок службы (до 1000 часов); преобладание в спектре жёлтых
и красных спектральных составляющих излучения, что существенно отличает
их спектральный состав от спектра солнечного света (рис. 1, где λ – длина
световой волны, мкм; wλ – энергия монохроматических составляющих спектра)
и может быть причиной искажённой цветопередачи, поэтому их не применяют
при освещении рабочих мест, требующих обязательного различения цветов.
Элементарная простота схемы
включения делает лампы накаливания
наиболее надёжными источниками
света, однако их характеристики очень
чувствительны к отклонениям подводимого напряжения.
Лампы накаливания общего
назначения выпускаются в диапазоне
мощности от 15 до 1500 Вт на напряжения 127 и 220 В (некоторая часть
ламп выпускается также для напряжеРис. I. Кривые распределения энергии
ний 127 – 135 и 220 – 235 В и исв спектре излучения:
пользуется в сетях, где возможно по1 – рссеянный дневной свет;
2 – лампы накаливания;
вышенное напряжение).
3 – люминесцентные лампы
В маркировке ламп буква “В”
обозначает вакуумные лампы, «Г» –
газонаполненные лампы, «К» – лампы с криптоновым наполнением, «Б» –
моноспиральные лампы. Лампы мощностью до 150 Вт могут изготавливаться в
матированных, молочных или опалиновых колбах; лампы до 200 Вт имеют
резьбовой цоколь К-27; лампы 500 Вт и более – цоколь Е-40; лампы 300 Вт
могут иметь любой из этих цоколей.
Газоразрядные лампы – это приборы, в которых световое излучение возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов и явления люминесценции.
Самыми распространенными газоразрядными лампами являются люминесцентные лампы, имеющие колбу в виде цилиндрической трубки. Внутренняя поверхность колбы, покрытая тонким слоем люминофора, обеспечивает
преобразование ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в парах ртути, в видимый свет.
Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления существенно отличаются от ламп накаливания по всем своим характеристикам. Световая отдача
люминесцентных ламп достигает 75 лм/Вт. Она различна для ламп разной
мощности (достигает максимального значения для ламп 40 Вт) и разного спектрального типа (максимальное значение для ламп типа ЛБ и минимальное – для
4
ламп ЛДЦ). Срок службы распространённых типов ламп 10 000 часов, но к
концу этого срока световой поток снижаете до 60 % номинального, что учитывается повышенным значением коэффициента запаса.
Лампы выпускаются белого света ЛБ, холодно-белого света ЛХБ, дневного света ЛД, дневного света улучшенной цветопередачи ЛДЦ, тёпло-белого
света ЛТБ и холодно-белого света улучшенной цветопередачи (ЛЕ или ЛКБЦ).
Как и все газоразрядные лампы, люминесцентные лампы при питании переменным током дают световой поток, пульсирующей с удвоенной частотой
тока. При рассмотрении быстро движущихся или вращающихся деталей в
пульсирующем световом потоке возможно возникновение стробоскопического
эффекта, который проявляется в искажении зрительного восприятия объектов
различения (вместо одного предмета могут быть видны изображения нескольких, могут искажаться направление и скорость движении). Пульсация светового
потока ухудшает условия зрительной работы, а стробоскопический эффект
ведёт к увеличению опасности травматизма и делает невозможным успешное
выполнение ряда производственных операций. Этот существенный недостаток,
однако, довольно легко устраняется применением двух- или трёхфазного включения газоразрядных ламп в трёхфазную электрическую сеть.
Обычные типы трубчатых люминесцентных ламп предназначены для работы при температуре окружающего воздуха 15 – 25 °С. При больших или
меньших температурах световая отдача ламп снижается, при температурах же,
меньших 10 °С , зажигание ламп не обеспечивается.
Для зажигания и горения люминесцентных ламп необходимо использование пускорегулирующих устройств (ПРУ). Схемы и конструкции ПРУ чрезвычайно разнообразны. В принципе различают стартерные аппараты (УБ) и бесстартерные (АБ), потери мощности в которых соответственно 35 и 25 %.
Пускорегулирующие устройства могут быть индуктивными (И), ёмкостными (Е), компенсированными (К), а также с нормальным (Н), пониженным (П)
и особо низким (ПП) уровнем шума.
В одноламповых светильниках устанавливаются чаще всего ПРУ типа
УБИ и АБИ, в светильниках с чётным числом ламп – равное число устройств
типов УБИ (АБИ) или УБЕ (АБЕ); в двухламповых светильниках – компенсированные устройства типа 2УЕК (2АБК).
Коэффициент полезного действия компенсированных ПРУ для двухламповых светильников с люминесцентными лампами оказывается не ниже 0,92, а
для одноламповых светильников – не ниже 0,85.
Работа газоразрядных ламп создаёт некоторый уровень радиопомех, для
снижения которых в конструкцию стартера введён шунтирующий конденсатор.
В настоящее время освещение с помощью люминесцентных ламп считается не только безвредным, но и полезным. При освещённости, начиная примерно от 100 – 150 лк, освещение с помощью люминесцентных ламп обеспечивает большую производительность труда, чем освещение лампами накаливания
при той же освещённости.
Определяющее значение при выборе источников света имеют вопросы
цветопередачи и их экономичность.
5
Все люминесцентные лампы, кроме ЛТБ, дают существенно лучшую цветопередачу, чем лампы накаливания (рис. 1). Среди различных типов люминесцентных ламп лучшую цветопередачу обеспечивают лампы согласно следующему ряду (в порядке от лучших к худшим): ЛЕ – ДДЦ-4 – ЛХБ – ЛБ – ЛД
Из числа люминесцентных ламп в общественных зданиях почти исключительно применяются лампы ЛБ, замена которых на ЛД или ЛДЦ ведёт к
снижению освещённости и увеличению пульсации освещенности. В помещениях, где одним из основных объектов различения являются лица людей, вполне
подходит свет ламп накаливания и люминесцентных ламп ЛТБ.
Нормы не ограничивают применение в одном помещении различных по
спектру источников света. Но желательно, чтобы не менее 80 % всей освещенности создавалось однотипными источниками либо чтобы на рабочие поверхности падал уже смешанный, однородный световой поток. Для этого предпочтительно применять отражённое освещение или же устанавливать лампы
разных типов в общих светильниках.
Световые и электрические параметры ламп накаливания общего назначения (ГОСТ 2239-79) и люминесцентных ламп (ГОСТ 6825-74*) приведены в
табл. 1.
В настоящее время всё болшее распространение получают перспективные
оптоволоконные системы освещения. Общая схема устройства оптоволоконных
систем освещения приведена на рис. 2. Новые системы освещения включают в
себя световой генератор (лампу), пучок световодов в оболочке, оконечные
устройства и набор оптических и монтажных приспособлений.Эти системы
просты в установке, не требуют обслуживания, абсолютно безопасны для
человека и освещаемых объектов и очень экономичны. С помощью
оптоволоконных систем можно создавать эффекты, недоступные при других
способах освещения, например, распределять световой поток от одного или
нескольких генераторов на различных участках рабочего места, доставлять
световой поток в нужную точку, огибая препятствия.
Рис. 2. Общая схема оптоволоконных систем освещения:
Основные особенности технологии оптоволоконных систем освещения:
 отсутствие "открытого электричества" и в связи с этим возможность эксплуатации в воде, почве и других средах;
6
 отсутствие нагрева в местах свечения;
 возможность передачи большого светового потока при минимальном диаметре волокна;
 малое потребление энергии (один источник мощностью 150 Вт подсвечивает до 200 м оптоволоконного кабеля);
 возможность использования 2-х типов свечения кабеля – торцевого(end
point) и бокового (side glow) от одного источника света;
 изменение цвета кабеля ( до 32 цветов) по заданной программе;
 источник света находится на удалении от места свечения, что облегчает
его обслуживание;
 срок эксплуатации кабеля – более 10 лет.
Основные компонентами оптоволоконных систем освещения являются:
 источники света (на основе галогенных или металлогалоидных ламп) с
вращающимися цветными фильтрами.
 кабели бокового свечения диаметром: 0,5; 0,75; 1,0; 1,3; 1,6 см в прозрачной или красной оплетке.
 кабели для торцевого свечения (передача света от источника до объекта)
диаметром от 0,4 до 1,5 см.
 оптоволоконные нити (торцевое свечение) в катушках диаметром: 0,5;
0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мм.
 Конечные рассеивающие свет элементы из акрилового стекла, хрусталя,
стекла и т. д.
3. СВЕТИЛЬНИКИ
Качественное освещение помещений может быть обеспечено путём применения соответствующих типов светильников. Электрические светильники
представляют собой совокупность источника света и осветительной арматуры и
предназначены: для рационального перераспределения светового потока от
источника света; для защиты глаз от чрезмерной яркости; для предохранения
источников света от механических повреждений и загрязнений; для крепления
источника света и подведения к нему электрического тока.
В зависимости от характера распределения светового потока (в верхнюю
или нижнюю полусферы) светильники делят на три класса:
 прямого света, направляющие не менее 80 % светового потока в нижнюю
полусферу;
 отражённого света, направляющие не менее 80 % светового потока в
верхнюю полусферу;
 рассеянного света, направляющие бóльшую часть светового потока равномерно в обе полусферы.
Светильники прямого света применяют в основном для общего освещения помещений с незначительным коэффициентом отражения от рабочих поверхностей, стен, потолка. Для освещения производственных помещений,
окрашенных в светлые тона, используют светильники рассеянного света. Све-
7
тильники отражённого света в производственных помещениях применяют редко.
Таблица 1
Основные параметры осветительных ламп
Лампы накаливания
Тип лампы
Номинал
напряжения, В
Люминесцентные лампы
Мощность, Вт
Световой
поток, лм
В 220-230-15
225
15
120
Б 220-230-25
225
25
230
Б 220-230-40
БК 220-230-40
225
225
40
40
430
475
Б 215-225-60
БК 215-225-60
220
220
60
60
730
800
Б 215-225-75
БК 215-225-75
220
220
75
75
960
1030
Б 215-225-100
БК 215-225-100
220
220
100
100
1380
1500
Б 215-225-150
Г 215-225-150
220
220
150
150
2220
2090
Б 215-225-200
Г 215-225-200
220
220
200
200
3150
2950
Г 215-225-300
220
300
4850
Тип
лампы
ЛДЦ20
ЛД20
ЛХБ20
ЛТБ20
ЛБ20
Мощность, Вт
Световой
поток, лм
20
20
20
20
20
820
920
935
975
1180
ЛДЦ40
ЛД40
ЛХБ40
ЛТБ40
ЛБ20
40
40
40
40
40
2100
2340
3000
3000
3120
ЛДЦ65
ЛД65
ЛХБ65
ЛТБ65
ЛБ65
65
65
65
65
65
3050
3570
3820
3980
4650
ЛДЦ80
ЛД80
ЛХБ80
ЛТБ80
ЛБ80
80
80
80
80
80
3740
4070
4440
4440
5200
В настоящее время выпускается около 1000 типоразмеров светильников с
различными отражателями (диффузионными, зеркальными, смешанными), с
защитным или светофильтрующим колпаком (прозрачным, рифлёным, матированным, молочным) или без него.
На рис. 3 приведены некоторые типы светильников, используемых для
общего освещения, а в табл. 2 и 3 их технические характеристики. Значения
кпд светильников, указанные в табл.3, показывают отношение светового потока, излучаемого светильником, к световому потоку, излучаемого лампами данного светильника.
Для ламп накаливания наиболее распространёнными являются светильники прямого света в открытом или защищённом исполнении "Астра", УПД,
УПМ-15. К светильникам преимущественно прямого и рассеянного света относятся ПМ-1, НСП-07 и ПО-02. Люминесцентные лампы в помещениях с небольшой запылённостью и нормальной влажностью используются в светильниках открытого типа (табл. 3).
8
а
б
в
г
д
е
Рис. 3. Основные типы светильников
а – “Глубокоизлучатель”; б – “Универсаль”; в – “Кольцевой”;
г – “Mолочный шар”; д – “Люцетта”; е – для люминесцентных ламп.
Таблица 2
Основные типы светильников для ламп накаливания
Тип светильника
НСП-01 (“Астра-2”)
НСП-01 (“Астра-22”)
УПМ-15 (“Универсаль”)
УПД (“Глубокоизлучатель”)
ПМ-1 (“кольцевой”)
ПО-02 (“Молочный шар”)
ПО-02 (“Молочный шар”)
НСП-07 (“Люцетта”)
Мощность
лампы, Вт
100
200
500
500
200
150
300
200
Кпд светильника, %
71
76
75
78
77
67
67
83
Размеры светильника, мм
Диаметр
210
280
390
340
400
250
400
280
Высота
330
390
460
460
380
–
–
390
Таблица 3
Основные типы светильников для люминесцентных ламп
Тип светильника
ЛПО16-20
УСП-5-2x20
УСП-5-4x20
БЛ-1x40
УСП-5-2x40
ОДР-2x40
ЛСП02-2x40
УСП-2-4x20
УСП-6-4x20
ОДОР-2x80
ЛСП02-2x80
БЛО-3x80
БЛО-4x80
Мощность
лампы, Вт
20
20
20
40
40
40
40
40
40
80(65)
80(65)
80(65)
80(65)
Число ламп в
светильнике
1
2
4
1
2
2
2
4
6
2
2
3
4
Кпд светильника, %
60
43
47
55
52
72
75
52
57
68
75
55
55
Размеры светильника,
мм
69 x 107 x 624
102 x 236 x 660
102 x 450 x 660
65 x 115 x 1248
90 x 236 x 1270
160 x 266 x 1230
158 x 280 x 1234
110 x 455 x 1280
110 x 670 x 1280
198 x 266 x 1534
158 x 280 x 1534
165 x 660 x 1805
165 x 660 x 1805
4. 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 различе-
9
ния 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 (): если  < 0,2 – фон считается тёмным; если 0,2 <  < 0,4 – средним; если  > 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:
B -B
B ф -B о
о ф
K пр 
K об 
при Bф > Bо, и
при Bо > Bф ,
(1)
Bф
B
ф
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:
K пр 
ρ
ф
ρ
-ρо
ф
при ρф > ρо,
и
K об 
ρ
о
-ρ
ρ
ф
при ρо > ρф ,
(1΄)
ф
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)
10
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
ρ
Bотр  E д ;
(3)
π
 для поверхностей с направленным (зеркальным) отражением
Bотр = Bизл∙ ρз ;
(3΄)
 для поверхностей с направленно-рассеянным или смешанным отражением
ρ
Bотр  Визл ρ з  E д ,
(3΄΄)
π
где: Е — освещённость поверхности, лк; ρд — коэффициент отражения поверхности с диффузным отражением; ρз — 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
Цвет
Белый
Жёлтый
светлый
Жёлтый
средний
ρ
0,90
0,75
0,65
Цвет
Зелёный
светлый
Зелёный
средний
Зелёный
тёмный
ρ
0,65
0,52
0,10
Цвет
Серый светлый
Серый средний
Серый тёмный
ρ
0,75
0,55
0,30
Цвет
Синий светлый
Синий тёмный
Коричневый
тёмный
Чёрный
ρ
0,55
0,13
0,10
0,07
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 чувствитель-
11
ности 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
Поверхность
Сталь полированная
Железо белое
Молибден
Алюминий полированный
Алюминий матовый
Зеркало алюминированное
Латунь матовая
Латунь полированная
Медь
Серебро
Хром
Никель
Стекло молочное (2 – 3 мм)
Эмаль фарфоровая белая
Бархат чёрный
ρ
0,50…0,55
0,60…0,80
0,55
0,70…0,82
0,55…0,75
0,70…0,84
0,55…0,65
0,60…0,70
0,48
0,88…0,93
0,62
0,55…0,60
до 0,50
0,65…0,75
0.002
Поверхность
Бумага белая тонкая
Бумага ватманская
Белила свинцовые
Белила цинковые
Фаянсовая плита белая
Кафель белый
Мрамор белый
Кирпич белый
Кирпич жёлтый
Кирпич красный
Цемент
Асфальт
Стекло оконное
Мел
Белая клеевая краска
ρ
0.45…0,60
0,67…0,82
0,90
0,76
0,70
0,75
0,80
0,62
0,45
0,20
0,40
0,08…0,12
0,08
0,85…0,90
0,70…0,80
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:
ΔB
пор
,
K пор 
B
ф
где Bпор — 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:
K
V
.
(4)
K пор
Величина порогового контраста зависит от яркости фона и от угловых
размеров αоб наблюдения объектов. Следует заметить, что объекты с бóльшими
12
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:


φ2 ( α об ) 1
K пор φ1( α об ) Βф
,
(5)
где: αоб – угловой размер (измеряемый в угловых минутах) наблюдаемого объекта (см. ниже рис. 4). Функциональные коэффициенты φ1(αоб ) и φ2(αоб ) зависят от углового размера наблюдаемого объекта и яркости фона:
ξ

 4
i 
1

exp
  pi α об   ;

 i 0


(51)
ξ



 4
i  
1

exp
q
α


 i об   ;


i
0

  


(52)
φ1( α об )kφ 1
для 0,01 ≤ Bф ≤ 10 – kφ1 = 75;
φ 2( α об ) kφ 2
для Bф > 10 – kφ1 = 122;
ξ
4


(53)
φ2( α об )kφ 2 exp  qi α об i   ;
 i 0


kφ2 = 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 φ1(αоб) и φ2(αоб), приведённых в [6].
Для оценки величины обратного порогового контраста для 1′ ≤ αоб ≤ 16′
предлагается аппроксимация другой эмпирической формулы [4]:
1



 5
9 α об

i  
K пор0 ,05 1  5 exp  ri Bф   10
 1  ,
(6)

 i 0
 



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 (αоб > 16′), можно использовать формулу [4]:
K  K пор( 16' ) 16 ( α об ) 1 ,
(6′)
где Kпор(16′) – величина порогового контраста, рассчитанная по формуле (6) для
αоб = 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; βоб – угол отклонения плоскости наблюдаемого объекта от горизонта-
13
ли. Величины lоб, lx, ly и βоб 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; βнаб – угол зрения относительно плоскости
наблюдаемого объекта; α1 и α2 – вспомогательные углы.
Рис. 4. Связь угловых (α) и линейных (lо) размеров наблюдаемых объектов
Геометрия чертежа на рис. 4 определяет следующие выражения для
вспомогательных величин:
2
2
l
l наб  lx  l y ;
β наб  β об  arctg y ;
(7)
lx
lоб
lоб




;
(8)
α 1  arctg ctg β наб 
α 2  arctg ctg β наб 

2 l наб sinβ наб 
2 l наб sin β наб 


и, следовательно, угловой размер наблюдаемого объекта может быть определён
как:
αоб = α2 – α1 .
(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
14
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]:
840 3
Bсп min  Ва 
Ва ,
(10)
4 
cп
где Ωсп – 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
Уровни слепящей яркости для различных уровней адаптации
Яркость поля
адаптации, кд/м2
3,2∙10-6
3,2∙10-3
3,2∙10-1
Уровень слепящей
яркости, кд/м2
6,4∙10
5,9∙102
2,18∙103
Яркость поля
адаптации, кд/м2
3,2∙10
3,2∙103
15,9∙104
Уровень слепящей
яркости, кд/м2
1,11∙104
4,62∙104
15,9∙104
При питании газоразрядных ламп переменным током промышленной частоты (50 Гц) световой поток ламп оказывается пульсирующим с частотой 100
Гц. Соответствующие пульсации освещённости рабочей поверхности вызыва-
15
ют повышенное утомление органов зрения и ухудшение общего состояния организма.
В помещениях с движущимися или вращающимися элементами оборудования пульсации светового потока могут привести к возникновению стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект заключается в том, что при
совпадении или кратности частоты пульсаций светового потока и частоты вращения или колебаний механических элементов оборудования последние могут
казаться неподвижными. Отличие зрительного восприятия движущихся объектов от их действительного движения может стать причиной травм и несчастных
случаев.
Коэффициент пульсаций освещенности (выраженный в %) определяется по формуле:
E макс  E мин
Kп 
 100 ,
2 E ср
где Eмакс , Eмин и Ecр – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период пульсаций светового потока, лк. В данной формуле приближённо можно полагать, что Ecр = 0,5(Eмакс + Eмин).
При выполнении раздела “Безопасность и экологичность проекта” в дипломных работах можно принять Kп = 0 – в случае освещения с помощью ламп
накаливания и Kп = 10 % – в случае освещения с помощью люминесцентных
ламп.
Согласно СНиП 23-05-95, все зрительные работы по точности разделены на
6 разрядов (табл. 7). Разряд зрительной работы зависит от наименьшего размера
объекта различения при условии, что расстояние между объектом и органами
зрения не превышает 0,5 м. Например, при работе с печатным или рукописным
текстом объектом различения является буква или символ с наименьшим размером
различения, равным толщине самых тонких линий.
Кроме того, предусмотрены VII разряд – для работ со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах и VIII разряд – для работ, связанных с общим
наблюдением за ходом производственных процессов.
Первые 5 разрядов зрительных работ СНиП 23-05-95 регламентируют точные работы и, в свою очередь, делятся на 4 подразряда в зависимости от характеристик фона и контраста объекта с фоном.
В табл. 8 приведены нормативные значения минимально допустимых
уровней освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях
для I – IV разрядов.
Определённые по табл. 1 и 2 нормативные уровни освещенности не являются окончательными и могут быть повышены или, наоборот, понижены на
один уровень, в зависимости от наличия дополнительных признаков, осложняющих, или облегчающих зрительную работу, или требующих улучшенных
санитарных условий.
Повышение или понижение нормативных уровней освещенности осуществляется в соответствии с общей шкалой их значений: 0,2, 0,3, 0,5, 1, 2,
16
3, 4, 5, 6, 7, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750,
1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, лк.
Таблица 7
Разряды зрительных работ
Характеристика зрительной работы
Наименьший размер
Разряд зрительной
объекта различения, мм
работы
Наивысшей точности
Менее 0,15
I
Очень высокой точности
От 0,15 до 0,30
II
Высокой точности
От 0,30 до 0,50
III
Средней точности
От 0,50 до 1,0
IV
Малой точности
От 1,0 до 5,0
V
Грубая (очень малой точности)
Более 5,0
VI
Нормативные значения освещённости, определённые по табл. 2, следует
повышать на один уровень по шкале их значений в следующих случаях:
 для зрительных работ I – V разрядов, если продолжительность зрительной
работы составляет больше половины рабочего дня;
 при повышенной опасности травматизма, если создаваемая общим освещением освещённость не превышает 150 лк;
 при повышенных санитарных требованиях, если освещённость, создаваемая
общим освещением, не превышает 500 лк;
 при работе или производственном обучении подростков, если освещённость, создаваемая общим освещением, не превышает 300 лк;
 при отсутствии в помещении естественного света и при постоянном пребывании там работающих, если освещённость, создаваемая общим освещением, не превышает 750 лк;
 при наблюдении деталей, вращающихся со скоростью не менее 500 об/мин,
или объектов, движущихся со скоростью не менее 1,5 м/мин;
 при постоянном поиске объектов различения на поверхностях с площадью
не менее 0,1 м2;
 в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет.
При одновременном наличии нескольких признаков нормативные значения освещённости следует повышать не более чем на один уровень.
В случае использования ламп накаливания нормативные уровни освещённости следует снижать на один уровень по шкале их значений, определяемых для общего и комбинированного освещения.
При определении нормативных уровней освещённости необходимо иметь
в виду, что на рабочем месте может быть несколько объектов различения, “подозреваемых” как элементы, требующие максимальных уровней освещённости
для данного рабочего места.
17
Таблица 8
Нормативные уровни искусственного освещения
Освещенность, лк
Сочетание
Разряд и
нормативных
Комбинированное
подразряд
Контраст Характевеличин P и Kп
освещение
Общее
зрительобъекта с
ристика
В том чис- освещеной рабофоном
фона
Всего ле от обще- ние
P, % Kп , %
ты
го
5000
500
–
20
10
Малый
Тёмный
Iа
4500
500
–
10
10
Малый
Средний
4000
400
1250
20
10
Iб
Средний
Тёмный
3500
400
1000
10
10
Малый
Светлый
2500
300
750
20
10
Средний
Светлый
Iв
2000
200
600
10
10
Большой
Средний
Средний
Светлый
1500
200
400
20
10
Большой
Светлый
Iг
1250
200
300
10
10
Большой
Средний
4000
400
–
20
10
Малый
Тёмный
IIа
3500
400
–
10
10
Малый
Средний
3000
300
750
20
10
IIб
Средний
Тёмный
2500
300
600
10
10
Малый
Светлый
10
2000
200
500
20
Средний
Средний
IIв
1500
200
400
10
Большой
Тёмный
10
Средний
Светлый
1000
200
300
20
10
Большой
Светлый
IIг
750
200
200
10
10
Большой
Средний
2000
200
500
40
15
Малый
Тёмный
IIIа
1500
200
400
20
15
Малый
Средний
1000
200
300
40
15
IIIб
Средний
Тёмный
750
200
200
20
15
Малый
Светлый
750
200
300
40
15
Средний
Средний
IIIв
600
200
200
20
15
Большой
Тёмный
Средний
Светлый
Большой
Светлый
IIIг
400
200
200
40
15
Большой
Средний
Малый
Тёмный
IVа
Малый
Средний
500
200
200
40
20
IVб
Средний
Тёмный
Малый
Светлый
Средний
Средний
400
200
200
40
20
IVв
Большой
Тёмный
Средний
Светлый
Большой
Светлый
–
200
200
40
20
IVг
Большой
Средний
Примечание. Для разрядов I – III зрительной работы в качестве нормативного может
приниматься один из возможных числовых наборов, приведённых в соответствующей строке для каждого из подразрядов.
18
Для определения нормативных уровней освещенности на рабочих местах
согласно табл. 1 и 2 необходимо определить:
 наименьший размер объекта различения;
 уровень контраста объекта с фоном;
 характеристику фона;
 разряд и подразряд зрительной работы;
 тип используемого освещения и тип осветительных ламп.
Значения показателя ослеплённости (P) для светильников общего освещения не должны превышать значений, указанных в табл. 8. При отсутствии в
поле зрения объектов с зеркальным или смешанным отражением, особенно при
использовании люминесцентных, ламп можно считать, что требования к показателю ослеплённости удовлетворяются автоматически.
При питании газоразрядных ламп от сети переменного тока осветительные установки кроме нормативных уровней освещенности должны также удовлетворять требованию приемлемого уровня пульсаций освещенности (Kп).
Для общего и комбинированного освещения коэффициент пульсаций освещенности в зависимости от разряда зрительных работ не должен превышать
значений, приведенных в табл. 2. Допускается повышение значений коэффициента пульсаций освещенности до 30 % в помещениях, где выполняются работы IV – VI разрядов при отсутствии в них условий для возникновения стробоскопического эффекта.
В связи с тем, что в люминесцентных лампах пульсации генерируемого
светового потока существенно сглаживаются люминофором, покрывающим
внутреннюю поверхность трубчатой колбы, можно считать, что при их использовании требования к коэффициенту пульсаций освещенности удовлетворяются
автоматически.
5. РАСЧЁТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Конечной целью расчёта искусственного освещения является определение типа, числа и расположения светильников, а также типа, числа и мощности
ламп, необходимых для обеспечения требуемого нормативного уровня освещённости.
Проектирование осветительной системы включает последовательное решение ряда частных задач.
1. Определение нормативных уровней освещённости на рабочих местах
осуществляется согласно СНиП 23-05-95 (см. параграф 4.).
2. Выбор типа источника света. Для освещения производственных помещений, как правило, применяют газоразрядные лампы, т. к. они обеспечивают меньшее утомление органов зрения и организма в целом и способствуют
повышению работоспособности человека и производительности труда. Газоразрядные лампы следует применять там, где требуется тонкое цветоразличение, недостаточно или отсутствует естественное освещение, выполняются точные зрительные работы (даже без повышенных требований к цветопередаче). В
тех случаях, когда температура воздуха может быть менее +5 С и напряжение
19
в сети переменного тока может падать ниже 90 % номинального, когда решающим фактором является низкая стоимость системы освещения, а также для
местного освещения предпочтение следует отдавать лампам накаливания.
3. Определение системы освещения. Выбирая систему освещения, необходимо учитывать, что более эффективной является система комбинированного
освещения, но система общего освещения более гигиенична, т. к. обеспечивает
большую равномерность освещённости рабочих поверхностей. Используя локализованное общее освещение, можно наиболее просто добиться высоких
уровней освещенности на рабочих местах без значительных затрат. При повышенных требованиях к освещённости отдельных рабочих мест используют
комбинированную систему освещения.
Комбинированную систему освещения следует использовать для освещения точных и особо точных работ:
 в помещениях, где производятся зрительные работы, соответствующие I,
IIа и IIб разрядам;
 в помещениях, где производятся зрительные работы, соответствующие IIв,
IIг и IIIа IIIб разрядам и связанные с различением объёмных объектов
наблюдения, например, при сборке аппаратуры высокой и средней точности, при выполнении браковочных операций ОТК и т. п.;
 в помещениях, где производятся работы на блестящих поверхностях металлов, стекла, пластмасс и т. п., когда светильники местного освещения
позволяют исключить или снизить отражённую блёскость.
Использование в производственных помещениях только местного освещения категорически запрещено.
4. Определение типа светильников производится с учётом требований к
освещению данного помещения, по экономическим показателям, а также в зависимости от условий среды и требований пожаро- и взрывобезопасности. Таким образом, конструктивное исполнение светильников должно соответствовать условиям окружающей среды: влажности, запылённости, пожаро- и
взрывоопасности и другим особенностям данного производства.
При выборе типа источника света необходимо учитывать, что:
 в помещениях с высотой не более 6...8 м наиболее экономичны осветительные установки с люминесцентными лампами (ЛЛ);
 применение ламп накаливания ограничено и возможно при условии технической или технико-экономической целесообразности их использования.
5. Выбор схемы расположения светильников общего освещения оказывает существенное влияние на экономичность, качество и удобство эксплуатации системы освещения и должно обеспечивать заданные уровни освещённости
на всех рабочих местах при наименьшей мощности установленных ламп. Это
возможно благодаря выбору наивыгоднейшего соотношения между расстоянием между рядами светильников lсс и высотой подвеса светильника над ocвещаемой поверхностью hср.
На рис. 5а – в представлены планы типичные расположения светильников
c лампами накаливания, а на рис. 5,г – схема вертикальной ориентации све-
20
тильников, где приняты следующие обозначения: hп – высота помещения, м;
hc – высота подвеса светильников (от потолка), м; hр – высота рабочей поверхности над полом, м; lст – расстояние от стены до крайних рядов светильников, м. Светильники с люминесцентными лампами желательно располагать
сплошными или прерывистыми (предпочтительно сплошными) рядами параллельными стене с окнами (рис. 5в).
Рис. 5. Схемы размещения светильников:
а  в – план помещения;
г – вертикальная ориентация светильников.
Из указанных размеров hп и hр являются заданными; hс = 0,2(hп – hр) – в
общем случае или hс = 0 – при установке светильников непосредственно на
потолке. Расстояние между рядами светильников lсс рекомендуется принимать
примерно равным 0,5lсс при наличии у стен проходов и примерно 0,3lсс в
остальных случаях. На рис. 5,б показан случай равномерного размещения светильников с лампами накаливания по вершинам квадратов. На рис. 5,в показано
расположение светильников в “шахматном” порядке (предпочтительно расположение светильников по вершинам ромбов с острым углом в 60°).
Светильники с трубчатыми люминесцентными лампами желательно размещать параллельными стене с окнами (рис. 5,г) рядами. Светильники в рядах
предпочтительно располагать, состыковывая их друг с другом. Ряды с разрывами имеют худший внешний вид и возможность образования веерных теней.
Светильники, содержащие 4 – 10 люминесцентных ламп, в административнобытовых и общественных зданиях располагаются по схеме рис. 5,б.
Обеспечение равномерного распределения освещённости в помещении
достигается в том случае, если отношение расстояния между центрами светильников к высоте их подвеса над рабочей поверхностью (λ = lсс/hср) будет
равным: λ = 1,4 – для светильников “Астра” и УПД; λ = 1,5 – для светильников
УПМ-15; λ = 1,4 – для светильников ПМ-1, “Люцетта”; λ = 2,0 – для светильников “Молочный шар”; λ = 1,5 – для светильников с люминесцентными лампами.
В этом случае расстояние между центрами светильников определяется как
lс = λ∙hср.
6. Определение требуемого количества светильников. Если отношение
λ выбрано согласно рекомендациям п. 4 данного параграфа, то для обеспечения
равномерного общего освещения требуемое число светильников определяется
согласно эмпирической формуле:
21
Nсв = Sп / lс2 ,
(12)
где Sп – площадь освещаемого помещения, м2.
7. Определение требуемого количества ламп. Для расчёта общего равномерного освещения производственных помещений при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод коэффициента использования светового потока, учитывающий величину светового потока, отраженного от потолка
и стен. Точечный метод, определяющий освещённость в заданной точке, целесообразно использовать для расчёта локализованного освещёния или освещения наклонных поверхностей с помощью светильников прямого света, а также
наружного освещения.
В случае использования метода коэффициента использования светового
потока (рекомендуется для дипломного проектирования) определяются два
параметра: i – индекс помещения и Фл – световой поток одной лампы в светильнике, лм:
E
S zk
норм п
з
Фл 
,
(13)
N N
η
св
л.св
исп
где Eнорм – требуемый нормативный уровень освещённости рабочей поверхности, лк; (см. п. 1 настоящего параграфа); z – коэффициент неравномерности
освещения (z = 1,15 для ламп накаливания; z = 1,1 для люминесцентных ламп);
ηисп – коэффициент использования излучаемого светильником светового потока
при освещении рабочей поверхности, зависящий от коэффициентов отражения
света от потолка (ρп) и стен (ρс), а также от индекса помещения (i), – см. табл. ;
kз – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение светильников в процессе
эксплуатации (kз = Eср /Eмин); Nл. св – число ламп в одном светильнике.
Для производственных помещений с воздушной средой, содержащей в
рабочей зоне от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма и копоти и освещаемой газоразрядными лампами kз = 1,8 при условии чистки светильников не реже 6 раз в год; а при
1 мг/м3 и менее kз = 1,5 при условии чистки светильников не реже 4 раз в год. В
производственных помещениях с особым режимом по чистоте воздуха и обслуживанием светильников снизу из помещения kз = 1,4 при условии чистки
светильников не реже двух раз в год. Для ламп накаливания коэффициент запаса при вышеуказанных условиях kз принимается соответственно равным: 1,6,
1,4 и 1,3.
Индекс помещения определяется по формуле:
ab
i 
,
(14)
hр( a  b)
где a и b – длина и ширина помещения, м. Если расчётная величина i оказывается меньше 0,5 или больше 5, то принимают соответственно i = 0,5 или i = 5.
Значения коэффициента использования светового потока и ориентировочные
значения коэффициентов отражения света от потолка и стен приведены, соответственно, в табл. 9 и табл. 10.
22
Таблица 9
Зничения коэффициента использования светового потока (ηисп)
Тип светиль-ника
“Астра”,
УПМ-15
УПД
“Люцетта”,
ПМ-1
ПО-02
ЛПО16-20,
БЛ2-1х40
УСП-5-2,
ОДР-2,
ОСП02-2,
ОДОР-2,
УСП-5-4,
УСП-2,
ВЛО
ρп
ρс
0,3
0,5
0,7
0,3
0,5
0,7
0,3
0,5
0,7
0,3
0,5
0,7
0,3
0,5
0,7
0,3
Индекс помещения
0,1
0,3
0,5
0,1
0,3
0,5
0,1
0,3
0,5
0,1
0,3
0,5
0,1
0,3
0,5
0,1
0,5
0,17
0,21
0,25
0,21
0,24
0,28
0,14
0,16
0,22
0,10
0,13
0,21
0,11
0,15
0,19
0,16
0,6
0,23
0,27
0,31
0,25
0,28
0,34
0,19
0,21
0,27
0,14
0,18
0,26
0,15
0,19
0,23
0,18
0,8
0,34
0,38
0,44
0,33
0,36
0,42
0,25
0,26
0,33
0,19
0,24
0,32
0,20
0,24
0,29
0,24
1
0,39
0,43
0,49
0,40
0,42
0,47
0,29
0,31
0,37
0,22
0,28
0,37
0,24
0,28
0,34
0,28
1,5
0,41
0,50
0,55
0,46
0,51
0,57
0,34
0,37
0,44
0,28
0,36
0,45
0,31
0,35
0,42
0,35
2
0,51
0,55
0,60
0,54
0,58
0,62
0,38
0,41
0,48
0,32
0,40
0,51
0,35
0,39
0,48
0,39
3
0,58
0,62
0,66
0,61
0,64
0,67
0,44
0,47
0,54
0,38
0,46
0,59
0,41
0,44
0,54
0,43
4
0,62
0,66
0,70
0,64
0,67
0,70
0,46
0,50
0,59
0,42
0,51
0,64
0,44
0,46
0,58
0,45
5
0,64
0,69
0,73
0,66
0,69
0,72
0,48
0,52
0,61
0,45
0,54
0,69
0,46
0,49
0,61
0,47
0,5
0,3
0,19
0,22
0,27
0,32
0,38
0,41
0,45
0,47
0,49
0,7
0,3
0,5
0,7
0,5
0,1
0,3
0,5
0,21
0,16
0,18
0,24
0,24
0,19
0,23
0,25
0,30
0,25
0,29
0,32
0,35
0,30
0,33
0,37
0,42
0,37
0,40
0,44
0,46
0,41
0,43
0,49
0,52
0,45
0,48
0,54
0,54
0,48
0,49
0,57
0,57
0,50
0,51
0,60
Таблица 10
Зничения коэффициентов отражения светового потока от потолка и стен
Состояние потолка
ρп
Свежепобеленный
0,7
Побеленный в сырых помещениях
Бетонный чистый
Светлый деревянный (окрашенный)
Бетонный грязный
Деревянный неокрашенный
Грязный (склады, кузницы)
0,5
0,5
0,5
0,3
0,3
0,1
Состояние стен
Свежепобеленные с белыми шторами
на окнах
Свежепобеленные без штор на окнах
Бетонные с окнами
Оклеенные светлыми обоями
Оклеенные тёмными обоями
Грязные
Кирпичные неоштукатуренные
ρс
0,7
0,5
0,3
0,3
0,1
0,1
0,1
Коэффициенты отражения света от потолка (ρп) и стен (ρс) для некоторых
случаев приведены в табл. 9. В других случаях они могут быть принятыми равными: 0,1 – при тёмных цветах поверхности (чёрный, синий, коричневый); 0,3 –
при полутёмных цветах поверхности (серый, красный, зелёный); 0,5 – при светлых цветах поверхности (жёлтый, розовый); 0,7 – для белых поверхностей.
Используя формулы (12) – (13), а также данные табл. 9, 10 определяем
требуемую величину излучаемого светового потока одной лампой каждого
светильника и соответственно с этой величиной из табл. 1 подбираем наиболее
23
подходящую лампу. Практически допускается отклонение величины
создаваемого светового потока выбранной лампой от расчётного значения в
пределах: –10 … +20 %, в противном случае следует попытаться подобрать
более подходящие типы светильников и ламп.
При использовании светильников с люминесцентными лампами их тип и
мощность обычно оказываются заранее известными. В таких случаях расчёт
освещённости сводится к определению необходимого числа светильников с
данным числом люминесцентныых ламп заданного типа и мощности на
основании формулы (13) с учётом вышеприведённых рекомендаций данного
пункта:
E
S zk
норм п
з
.
(13′)
N св 
Ф N
η
л
л.св
исп
8. Проверка фактического уровня освещённости осуществляется по
формуле:
Eфакт = (Фл. факт Nсв Nл. св ηисп )/(Sп z kз ),
где Фл. факт – фактическое значение светового потока, создаваемого выбранной
лампой (табл. 1). Величина Eфакт не должна отличаться более чем на (–10 ÷
+20)% от величины Eнорм .
9. Проверка условий видимости объект наблюдения осуществляется по
по формуле (4) с использованием формулы (1) – для определения величины
контраста и формул (5) или (6) – для определения величины порогового
контраста, в зависимости от его характера (прямой или обратный). Для
использования формул (5) или (6) необходимо также определить яркость фона
по формулам (2), (3) и угловой размер объекта различения, используя формулы
(7) – (9) и рис. 4. Для обеспечения благоприятных условий видимости
необходимо, чтобы её численное значение находилось в пределах 10 – 15.
Если в поле зрения имеются участки поверхностей с повышенной
яркостью, необходимо провести проверку на предмет возникновения слепящих
эффектов по формулам (10), (11). Следует иметь в виду, что утранение
слепящих эффектов, если они имеют место, может быть достигнуо лишь за счёт
изменения светотехнических характеристик зрительных объектов путём
изменения их коэффициентов отражения.
10. Определение электрической мощности системы освещения
осуществляется по формуле:
Pэл = Pл Kп Nсв nл ,
где Pл – электрическая мощность одной лампы, Вт; Kп – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре (для ламп накаливания
Kп = 1, для люминесцентных ламп Kп = 1,25); nл – число ламп, используемых в
выбранном типе светильника.
11. Составление схемы размещения светильников. Схема размещения
светильников должна быть составлена в виде эскизного плана с указанием
основных и установочных размеров плана помещения.
24
6. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА МЕСТНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Согласно СНИП 23-05-95 для местного освещения (в составе комбинированного освещения) следует использовать светильники с непросвечивающими
отражателями. Светильники местного освещения следует располагать так, чтобы их светящие элементы не попадали прямо в поле зрения работников данного
и на других рабочих местах.
Местное освещение рабочих мест с трёхмерными объектами различения
следует выполнять:
 при диффузном отражении света фоном – с помощью светильника, отношение наибольшего размера светящей поверхности которого к высоте её
расположения над рабочей поверхностью составляет не более 0,4 при
направлении оптической оси в центр рабочей поверхности под углом не
менее 30˚ к вертикали;
 при направленно-рассеянном отражении фона – с помощью светильника,
отношение наименьшего линейного размера светящей поверхности которого к высоте её расположения над рабочей поверхностью составляет не
менее 0,5, а её яркость находится в пределах от 2500 до 4000 кд/м2. Яркость рабочей поверхности не должна превышать значений, указанных в
табл. 11.
Таблица 11
Допустимые зничения яркости рабочих поверхностей
Площадь рабочей поверхности, м2
Менее 10-4
10-4 – 10-3
10-3 – 10-2
10-2 – 10-1
Более 10-1
Допустимое значение яркости, кд/м2
2000
1500
1000
750
500
Целью расчёта местного освещения является выбор типа светильника
типа и мощности осветительной лампы. Ниже предлагается методика расчёта
местного освещения, являющаяся модификацией точечного метода, в основе
которого лежит известное выражение для освещённости данной точки “a” поверхности наблюдаемого объекта:
Ea 
J св
l сa
2
cos γ са ,
(15)
где Jсв – сила света, излучаемого светильником, кд/м2; lса – длина пути светового луча от светящего элемента (лампы) до точки “a” наблюдаемого объекта, м;
γса – угол, образуемый световым лучом в направлении от светящего элемента к
точке “a” и нормалью к наблюдаемой поверхности в точке “a”, рад.
На рис. 6 иллюстрируется общий случай расположения светильника
местного освещения относительно рабочей поверхности, которая может иметь
некоторый наклон относительно горизонтальной плоскости (точка вращения
рабочей поверхности совмещена с началом координат): xсв , yсв и zсв – координаты точки подвеса центра светящего элемента “сэ” (например, нити накала
25
лампы) светильника местного освещения относительно начала координат на
плоскости рабочей поверхности; xa и ya – координаты точки “a” на рабочей
поверхности. Величины xсв , yсв и zсв определяются геометрическими характеристиками светильника местного освещения и точкой его установки (подвеса)
на рабочей поверхности. Величины xа и yа определяются условиями организации рабочего места и особенностями наблюдаемых объектов, т. е. определяются наиболее «требовательным» к уровню освещённости элементом наблюдения.
С учётом сделанных обозначений и на основании геометрии чертежа на
рис. 6 легко определить величины lса и γа , предварительно обозначив l′св.а –
длина проекции линии lса на плоскость рабочей поверхности:
  (xсв  xа )2  (yсв  yа )2 ;
lсв.а
(16)
 2  zсв 2 ;
l св.а  l св.а
(17)
 z

π
 arcsin св  ;
2
 l св.a 
В точке “a” поверхности
наблюдаемого объекта светильник
местного освещения должен создавать освещённость, равную нормативному значению для местного
освещения (табл. 8) с отклонением в
пределах (–10 % ÷ 20) %, т. е. Ea =
(0,9 ÷ 1,2)Eнорм.. м . Следовательно,
определив по формулам (16) – (18)
величины lсв.а и γса , можно определить силу света, требуемую от светильника местного освещения:
γa 
E норм. м l сa
J св 
cos γ сa
(18)
2
.
(19)
Зная силу света, излучаемого
светильником, и конструктивные
параметры светильника местного
освещения можно приближённо
определить создаваемый им световой поток и, согласно табл. 1, выбрать соответствующую осветительную лампу.
Световой поток, создаваемый
светильником местного освещения,
можно представить в виде суммы
светового потока прямого излучения осветительной лампы на осве-
Рис. 6. Расположение светильника местного
освещения и расчётной точки объекта
наблюдениями (точка а)
26
щаемую поверхность и светового потока, отражённого от рефлектора (отражателя) светильника:
Фсв = Фсв. пр + Фсв. отр ≈ Jл Ωсв + Jл χсв ρсв (4π – Ωсв ),
(20)
где: Jл – световой поток, создаваемый лампой светильника; Ωсв – телесный
угол излучения светильника (рис. 6); χсв – коэффициент, определяющий отношение отражающей поверхности рефлектора светильника к его полной поверхности (в большинстве случаев для светильников местного освещения типа
настольной лампы можно полагать χсв ≈ 0,88 – 0,92); ρсв – коэффициент отражения отражающей поверхности отражателя светильника (зависит от покрытия
отражающей поверхности рефлектора).
Если в светильнике местного освещения используется лампа накаливания, её приближённо можно считать точечным источником света, создающим
световой поток в телесном угле, близким к полному (Ωполн = 4π стерадиан):
Фл ≈ 4π Jл , поэтому выражение (20) можно видоизменить:
Фсв ≈ Фл Ωсв /4π (1 + χсв ρсв (4π/ Ωсв – 1 ) ,
(21)
Если световой поток, создаваемый светильником в пределах телесного
угла Ωсв приближённо считать равномерно распределённым, то можно положить, что Фсв ≈ Jсв Ωсв и, следовательно:
Jсв ≈ (Фл /4π) (1 + χсв ρсв (4π/ Ωсв – 1 ) ,
(22)
Решая совместно выражения (19) и (22) получаем расчётное выражение
для выбора лампы светильника местного освещения по величине создаваемого
светового потока (табл. 1):
1

 4π

(23)
Фл  E норм lсв.а
1  χ св ρ св  Ω  1  ,
св






 d  


 св  2π 1  cos arctg  св   ;

 2 hл  



dсв – диаметр отражателя светильника местного освещения по нижнему срезу, м; hл – высота расположения центра светящейся поверхности лампы относительно нижнего среза светильника (рис. 7), м.
2
4π
cos γ а
Рис. 6. Определение телесного угла излучения светильника местного освещения
27
7. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ОСВЕЩЕНИЯ РАБОЧИХ МЕСТ
ПРИ РАБОТЕ С ПЭВМ
К числу основных особенностей освещения рабочих мест при работе с
ПЭВМ можно отнести:
 ориентация рабочих мест с ПЭВМ должна исключать возникновение на
экране монитора отражений объектов с повышенной яркостью и бликов;
 необходимость ограничений по уровню прямой засветки экрана монитора;
 попеременная работа с несколькими существенно различающимися объектами наблюдения (например, с монитором, с клавиатурой, с печатными
или рукописными материалами), требующими различные нормативные
уровни освещённости.
Отмеченные условия зрительной работы требуют специальной организации рабочих мест с ПЭВМ, а также могут обусловить необходимость использования комбинированного освещения.
Для искусственного общего освещения рабочих мест с ПЭВМ следует
использовать люминесцентные лампы, имеющие высокую световую отдачу (до
75 лм/Вт и более), большой срок службы (до 10000 ч), малую яркость светящейся поверхности, а также более близкий к естественному спектр излучения,
что обеспечивает хорошую цветопередачу. Наиболее целесообразным для применения освещения рабочих мест с ПЭВМ можно рекомендовать люминесцентные лампы типа ЛБ (белого цвета) или лампы типа ЛТБ (тёпло-белого цвета) мощностью 20 или 40 Вт.
С целью снижения уровней засветки экранов мониторов прямыми световыми потоками светильники общего освещения следует располагать сбоку от
рабочих мест, параллельно главной линии зрения операторов ПЭВМ и стене
помещения с окнами. Рекомендуемая ориентация рабочих мест с ПЭВМ относительно светильников общего освещения показана на рис. 8, где крестиками
показаны также возможные места размещения светильников местного освещения.
Рис. 8. Схема ориентации рабочих мест с ПЭВМ относительно окон помещения и
светильников общего освещения (с люминесцентными лампами)
1 – окна; 2 – ряды светильников общего освещения; 3 – рабочие места с ПЭВМ;
4 – возможные места размещения светильников местного освещения.
28
В случаях разноплановой зрительной работы на рабочих местах с ПЭВМ,
например, для случая попеременной работы с монитором, клавиатурой и текстом, как отмечено выше, может возникнуть необходимость использования
комбинированного освещения. В таких случаях дополнительно к общему освещению используются светильники местного освещения (традиционные
настольные лампы, с креплением струбциной, прищепки, бра). Следует также
иметь в виду, что если используются люминесцентные источники света, имеющие внешние блоки питания, то их следует располагать на расстоянии не
менее чем 15 см от монитора. В худшем случае ( если монитор не жидкокристаллический) будет наблюдаться на экране дрожащее изображение. Для определения необходимости комбинированного освещения следует отдельно рассмотреть условия зрительной работы и нормирования для каждого выделенного
объекта наблюдения (например, для монитора, клавиатуры, текста). При этом
общее освещение следует рассчитывать по условиям нормирования зрительной
работы с монитором ПЭВМ, а расчёт местного освещения вести по условиям
нормирования зрительной работы с другими выделенными объектами наблюдения (например, с клавиатурой и текстом).
Объектами различения при работе с ПЭВМ в большинстве случаев можно
считать толщину самых тонких линий графики или толщину линий текстовых
знаков шрифтов минимального размера отдельно для каждого объекта наблюдения (монитора, клавиатуры , печатного или рукописного текста).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.
2. Основы инженерной психологии: Учеб. пособие/ Под ред. Б. Ф. Ломова. –
М.: Высш. школа, 1977. – 335 с.
3. Мешков В. В. Основы светотехники, ч.II. – М.: Энергия, 1961 – 416 с.
4. Никитина Е. А., Мурашова М. А. Пороговый контраст равноярких диффузных дисков. Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. М.: Профиздат, 1973, вып. 81. – С. 75 – 81.
5. Рубахин В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации.
– М.: 1974.
6. Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света: Учеб. Пособие для
вузов. – 2-е изд., доп. И перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983. –384 с.
7. Кнорринг Г. К, Осветительные установки. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 288 с.
8. Справочная книга для проектирования электрического освещения /Под ред.
Г. М. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976. – 383 с.
9. Клюев С. А. Освещение производственных помещений. – М.: Энергия.
1979. – 152 с.
10. Айзенберг Ю. В. Световые приборы. – М.: Энергия, 1980. – 464 с.
11. Зайцев Ю.В., Кремнёв В.И. Обеспечение безопасности пользователя при
работе с ПЭВМ: Учебное пособие/ Рязан. гос. радиотехн. акад.; Рязань,
2000.