4.2. Производственное освещение

Освещение – важнейший фактор создания нормальных условий труда, влияющий на состояние органов зрения, самочувствие человека, качество работы и работоспособность человека. Освещение может быть естественное, искусственное, совмещенное.

Излучение видимое – электромагнитное излучение, лежащее в диапазоне 400-750 нм. При избыточных уровнях энергии может представлять опасность для кожных покровов и органов зрения. Пульсации яркого света вызывают сужение полей зрения, оказывают негативное влияние на состояние зрительных функций, нервной системы, общую работоспособность.

Излучение инфракрасное (ИК) – диапазон энергии в инфракрасной области спектра ограничен длиной волн от 750 до 1000 нм, называют «тепловым» излучением, так как ИК от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. Наблюдается при работе у горячих печей с расплавленными материалами, а также при технологических процессах с применением электрической дуги. Для защиты используют удаление источников на безопасное для человека расстояние, ограждения, экраны и СИЗ (светофильтры для защиты глаз, спецодежда).

Излучение ультрафиолетовое (УФИ) – не видимое глазом электромагнитное излучение с длинной волны 100-400нм. Биологическое действие ультрафиолета (УФ) зависит от длины волны, различают диапазон (нм):

А - от 400 до 320 (ближний);

В – от 320 до 280 (средний загарный);

С – от 280 до 100 (далекий коротковолновой или бактерицидный УФ).

При прохождении солнечного света через земную атмосферу УФИ поглощается. Поверхности Земли достигает ближний УФ (A), и, в небольшой доле, средний (B). Излучение повышает тонус симпатико-адреналиновой системы, активирует защитные механизмы, повышает уровень неспецифического иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов, способствует образованию гистамина, обладающего сосудорасширяющим действием, повышает проницаемость кожных сосудов, влияет на углеводный и белковый обмен веществ в организме, способствует выработке организмом витамина Д, укрепляющего костно-мышечную систему и обладающего антирахитным действием.

Действие ультрафиолетового облучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи (загар) приводит к ожогам, способствует фотостарению, развитию меланомы, различных видов рака кожи. Вредно для глаз, вызывает типично радиационное поражение - ожог сетчатки.

Освещение естественное – освещение помещений светом неба через световые проемы в ограждающих конструкциях. Естественное освещение может быть боковое - через световые проемы в стенах или верхнее - через фонари или световые проемы в стенах в местах перепада высот. Боковое, в отличие от верхнего, не может обеспечить равномерность освещения на всю глубину помещения, но дает возможность связи с окружающей средой, создавая более благоприятные психологические условия. Это особенно важно для помещений с длительным пребыванием людей. Характеризуется коэффициентом естественной освещенности (КЕО) и неравномерностью освещения.

Освещение искусственное – создается источниками света и осветительными установками – светильниками, применяется при недостаточном естественном освещении или при его отсутствии. Может быть общим и комбинированным. Общее освещение наиболее благоприятно, т.к. способствует: наилучшему восприятию окружающей обстановки и ориентации в пространстве. Использование только местного освещения нецелесообразно, т.к.: обосабливает рабочее место, создавая ощущение угнетения, одиночества; создает неравномерную освещенность, напрягая органы зрения и нервную систему; может привести к травматизму из-за медленной адаптации глаза. Освещение характеризуется: освещенностью, световым потоком, силой света, яркостью, коэффициентом пульсации и др. Основным для расчета освещения на горизонтальной рабочей поверхности при равномерном расположении светильников является метод коэффициента использования светового потока. При локализованном и местном освещении горизонтальных и наклонных поверхностей применяют точечный метод. Приближенный расчет необходимого количества светильников выполняют методом расчета освещенности по удельной мощности.

Требования к производственному освещению:

освещенность на рабочих обеспечивается в соответствии с характером зрительной работы;

яркость на рабочей поверхности должна быть равномерной без резких теней, без блесткости;

постоянство освещенности во времени за счет выбора соответствующих источников света и стабилизации напряжения;

исключение стробоскопического эффекта, особенно при наличии оборудования с мелкими подвижными деталями;

обеспечение правильной цветопередачи (где это необходимо: выставочные залы, мастерские художников, дизайнеров и т.п.) достигается использованием источников света с улучшенной цветопередачей: люминесцентных - ЛДЦ, ЛЕ и кварцевых галогенные, светодиодных ламп;

электро-, взрыво- и пожаробезопасность за счет выбора соответствующих светильников;

экономичность.

Гигиеническое нормирование освещения осуществляется:

для видимого света, согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» и СП 23-102-2003 «Естественное освещение жилых и общественных зданий», устанавливают минимальные значения коэффициента естественной освещенности, требуемой освещенности при искусственном освещении, величина которой зависит от величины объекта различения, коэффициента отражения фона, контраста объекта с фоном.

ИК – излучения по СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»;

УФИ – излучения по СН 4557-88 «Санитарные нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях».

Световой поток Ф – часть лучистого тепла, воспринимаемая человеком как свет. Измеряется в люменах.

Люмен – единица светового потока в СИ (лм). 1лм – световой поток, испускаемый точечным изотропным источником в телесном угле 1 стерадиан при силе света в 1 свечу.

Сила света I – пространственная плотность светового потока, измеряется в канделах.

Кандела – единица силы света в СИ. Обозначение: русское – кд, международное – с.К. 1 кд – сила света, испускаемого с площади 1/600 000 м² сечения полного излучателя в перпендикулярном этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2042 К) при давлении 101325 Н/м².

Освещённость Е – поверхностная плотность светового потока. Измеряется в люксах. Качество производственного освещения принято характеризовать требуемой освещённостью рабочих поверхностей и участков в зависимости от разряда зрительных работ (определяется наименьшим размером объекта различения), системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном.

Люкс – единица измерения освещённости. За 1 люкс (1лк) принята освещенность поверхности площадью 1м² световым потоком 1лм.

Фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. Характеризуется коэффициентом отражения фона :

где Ф_отр - отражённоый от поверхности световой поток; Ф_пад - падающий на неё световой поток.

Если >0,4 – фон считается светлым, при 0,2<<0,4 – фон средний и, если 0,2, – фон тёмный.

Коэффициент пульсации k_Е – это критерий глубины колебаний освещённости в результате изменения во времени светового потока.

Контраст объекта различения с фоном k – определяют отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона k=(L_ф –L_о /L_ф). Контраст объекта с фоном считается большим при значениях k0,5 (объект и фон резко различаются по яркости), средним при значениях k=0,2…0,5 (объект и фон заметно различаются по яркости), малым – при значениях k0,2 (объект и фон мало различаются по яркости).

Яркость – отношение силы света, излучаемой в рассматриваемом направлении, к площади светящейся плоскости. Единица измерения яркости – кд/м².

Лампа накаливания – источник света с излучателем в виде проволоки из тугоплавкого металла. Световая отдача 10-35 лм/Вт, срок службы от 5 до 1000 часов. Проста в изготовлении, надежна, не зависит от условий внешней среды, имеет малую пульсацию, но обладает преимущественно желто-красным спектром, не содержит в спектре ультрафиолетовых лучей, имеет малую световую отдачу, недолговечна.

Лампа кварцевая галогенная – разновидность лампы накаливания с йодным циклом. Наличие в колбе паров йода позволяет повысить температуру накала нити. Световая отдача увеличивается до 38 лм/Вт, срок службы достигает 2500 часов, спектр лампы приближается к естественному, улучшается цветопередача.

Лампа люминесцентная – газоразрядный источник света низкого давления. Световая отдача до 85 лм/Вт, срок службы более 10 000 часов. Основными недостатками газоразрядных ламп является пульсация светового потока, приводящая к стробоскопическому эффекту, длительный период разгорания, зависимость работоспособности от температуры окружающей среды, а также способность создавать радиопомехи, исключение которых требует специальных устройств. Люминесцентное освещение одинакового уровня с лампами накаливания воспринимается человеком, как сумеречное. При этом снижается настроение, производительность труда, повышается утомляемость. Поэтому при нормируемой освещенности ниже 500 лк освещение выполняют лампами накаливания или люминисцентными, но с освещеностью не ниже 500 лк.

Газоразрядные лампы высокого давления: дуговые ртутные, металлогалогенные, ксеноновые и натриевые лампы.

Дуговые ртутные лампы (ДРЛ) имеют высокую световую отдачу (до 55 лм/Вт), большой срок службы (10000 ч), компактны, некритичны к условиям окружающей среды (кроме очень низких температур), но в их спектре преобладают сине-зеленые лучи, цветопередача искажена, при включении долго разгораются (~7 минут), повторное зажигание после кратковременного перерыва в питании лампы возможно лишь после остывания лампы (~10 мин), требуют особых условий работы (только переменный ток, включение через балластный дроссель), имеют большую пульсацию и значительно уменьшают световой поток к концу службы.

Металлогалогенные лампы - характеризуются высокой световой отдачей (до 100 лм/Вт) и значительно лучшим спектральным составом света, но срок их службы существенно меньше, чем у ламп ДРЛ, а схема включения сложнее. Световой поток не зависит от температуры окружающей среды, но при низких температурах окружающей среды (до -50 °С) необходимо использовать специальные устройства зажигания.

Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) - являются одной из самых эффективных групп источников видимого излучения: световая отдача (100 - 130 лм/Вт), незначительное снижение светового потока при длительном сроке службы, продолжительность работы – 10 -15 тыс. часов. Но желтый свет и искаженная цветопередача позволяют использовать их преимущественно для наружного освещения.

Ксеноновые лампы (ДКсТ): при низкой световой отдаче и ограниченном сроке службы отличаются наиболее близким к дневному спектром и большой единичной мощностью. Но внутри зданий не применяются из-за очень больших пульсаций светового потока, избытка в спектре ультрафиолетовых лучей и сложности схемы зажигания

Светодиодные лампы на базе светодиодов отличаются низким энергопотреблением, высокой устойчивостью к механическому воздействию, отсутствием мерцания, ядовитых составляющих, нечувствительностью к низким и очень низким температурам, безопасностью (работают при низких напряжениях), в их спектре отсутствуют УФ и ИК излучения, срок службы до 45000 часов.

Светодио́д или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава полупроводника.

Стробоскопический эффект – искажение зрительного восприятия. В мелькающем свете при совпадении частоты пульсации источника света и обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны несколько, искажается скорость и направление движения, что может привести к травматизму.

Метод коэффициента использования светового потока. При этом методе расчета искусственного освещения учитывается, как световой поток источников света, так и отраженный от потолка, стен и других поверхностей световой поток. При расчете необходимый световой поток одной лампы определяется по формуле:

где Е_min - минимальная нормированная освещенность, лк;

k - коэффициент запаса;

S - освещаемая площадь, м²;

Z - коэффициент минимальной освещенности (коэффициент неравномерности освещения);

N - число светильников;

n - число ламп в светильнике;

- коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Точечный метод используется для расчета локализованного и местного освещения горизонтальных и наклонных поверхностей, когда отраженным светом можно пренебречь. Для расчета используют формулу:

где  - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлениям светового потока на источник; h_p – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

Метод расчета освещенности по удельной мощности является наиболее приближенным, основан на определении по светотехническим справочникам удельной мощности осветительной установки в зависимости от заданных параметров и числа светильников. Требуемую мощность подсчитывают по выражению:

где Р_л – мощность одной лампы, Вт; N – число светильников; Р_уд – удельная мощность, Вт/м², при прожекторном освещении мощность прожекторной установки определяют по формуле:

где Е – норма освещенности, лк; К – коэффициент запаса; 0,25 – статический коэффициент.

Требуемое количество прожекторов определяют по формуле:

где S – освещаемая площадь; Р_л – мощность лампы.

Литература: [24, 33]