Основні світлотехнічні поняття та одиниці

Освітлення виробничих приміщень характеризується кількісними та якісними показниками, при цьому застосовують поняття системи світлотехнічних одиниць і величин.

До основних кількісних показників належить: світловий потік, сила світла, яскравість і освітленість.

До основних якісних показників зорових умов роботи можна віднести: фон, контраст між об’єктом і фоном, видимість.

Світловий потік (F) – це потужність світлового видимого випромінювання, що оцінюється оком людини за світловими відчуттями. Одиницею світлового потоку є люмен (лм) – світловий потік від еталонного точкового джерела в одну канделу (міжнародна свічка) розташованого у вершині тілесного кута в 1 стерадіан (рис 1.).

Під стерадіаном розуміють тілесний кут у центрі сфери, який вирізає на її поверхні ділянку площі, що дорівнює квадрату радіусу сфери.

Рис. 1. Схема взаємозв’язку основних світлотехнічних величин

1-сила світла -1 кандела (міжнародна свічка); 2-просторовий кут =1 стерадіан; 3-радіус R=1 м; 4-освітленість E=1 лк; 5-площа – S=1 м²; 6-світовий потік F=1 лм

Сила світла ( I ) – просторова щільність світлового потоку, яка визначається відношенням світлового потоку F , до тілесного кута, , у якому потік поширюється

, кд (1)

За одиницю сили світла прийнято – канделу, кд.

Тілесний кут – частина простору сфери, обмежена конусом, що спирається на поверхню сфери з вершиною у її центрі.

За одиницю тілесного кута прийнято стерадіан. Кут в 1стерадіан вирізає на поверхні сфери площину, рівну квадрату радіуса сфери S=R².

Кандела – це сила світла еталонного джерела в перпендикулярному напрямку при температурі затвердіння платини – 2046,65 К і тиску – 101325 Па.

Освітленість – поверхнева щільність світлового потоку. При рівномірному розподілі світлового потоку – F, перпендикулярного освітлювальній поверхні – S, тобто:

, лк (2)

За одиницю освітленості прийнято люкс, лк – рівень освітленості поверхні площею 1м², на яку падає рівномірно розподіляючись, світловий потік в 1 люмен.

Зорове сприйняття освітлюваної поверхні залежить від сили світла, відбитого поверхнею у напрямку зору. Для кількісної оцінки можливості зорового сприйняття поверхні введено поняття яскравості – L.

Яскравість поверхні залежить не тільки від падаючого світлового потоку та коефіцієнта відбиття, а й від кута, під яким ми розглядаємо цю поверхню:

, (3)

де – кут між нормаллю до поверхні і напрямком зору.

За величину яскравості прийнято – ніт – це яскравість 1м² плоскої поверхні, яка відбиває у перпендикулярному напрямі силу світла в 1 канделу.

До якісних показників умов зорової роботи належать – фон; контраст об’єкта з фоном; видимість; показник освітленості; коефіцієнт пульсації освітленості і спектральний склад світла.

Фон – це поверхня, яка прилягає до об’єкта розпізнавання, на якій він розглядається.

Фон характеризується коефіцієнтом відбиття світлових променів – , який визначається як відношення відбитого від поверхні світлового потокуFвід до падаючого на неї світлового потоку F_пад, тобто

(4)

Залежно від освітленості та фактури поверхні значення коефіцієнта відбиття знаходиться в межах 0,02......0,95.

При значені коефіцієнта відбиття , фон вважається світлим,– середнім, при– темним.

Контраст об’єкта з фоном характеризується співвідношенням яскравостей об’єкта розпізнавання та фону і визначається за формулою:

(5)

де В_о, В_ф – яскравості об’єкту і фону, нт.

Контраст об’єкта з фоном вважається великим при К >0,5; середнім К=0,2.....0,5; малим при К<0,2

Видимість V – характеризує здатність ока сприймати об’єкт. Видимість залежить від освітленості, розміру об’єкта розпізнавання, його яскравості, контрасту між об’єктом і фоном, тривалості експозиції. Видимість визначається числом порогових контрастів в контрасті об’єкта з фоном, тобто:

(6)

де К – контраст між об’єктом і фоном;

К_пор – пороговий контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком при даних умовах.

Визначення термінів, які використовується при виконанні роботи.

Робоча поверхня – поверхня, на якій проводиться робота і нормується або вимірюється освітленість.

Умовна робоча поверхня – умовно прийнята горизонтальна поверхня, розташована на висоті 0,8 м від рівня підлоги.

Об’єкт розпізнавання – предмет або його частина, які потрібно розпізнавати в процесі роботи.

Розмір об’єкта розпізнавання – найменший розмір, який має чітко розрізняти око під час виконання конкретної роботи (наприклад, товщина лінії шрифту під час читання тексту чи товщина ліній креслення та інше).

Характерний розріз приміщення – поперечний розріз, площина якого перпендикулярна до площини світлових прорізів або до поздовжньої осі приміщення.

Світловий клімат – сукупність умов природного освітлення в тій чи іншій місцевості за період понад 10 років.

Природне освітлення поділяється на бічне (одно або двостороннє), здійснюване через світлові отвори в зовнішніх стінах (рис. 2. а., б.); верхнє, що здійснюється через аераційні та захисні ліхтарі, отвори в дахах та перекриттях (рис.2. в), комбіноване – поєднання верхнього та бічного освітлення (рис. 2. г).

Рис. 2. Криві розподілу природного освітлення

а – бічне одностороннє; б – бічне двостороннє; в – верхнє; г - комбіноване

Непостійність природного освітлення приміщень в часі зумовила введення кількісної оцінки цього виду освітлення за відносним показником – коефіцієнтом природного освітлення (КПО). Фактичний КПО визначається відношенням заміряної освітленості на робочому місці у виробничому приміщенні Е_вндо одночасної освітленості зовні приміщенняЕ_зовн.у горизонтальній площині при відкритому небосхилі і дифузному світлі (сонце, закрите хмарою).

Оскільки ця величина відносна, то значення КПО виражається у відсотках:

(7)

де Е_вн – освітленість у даній точці всередині приміщення, що створюється безпосереднім чи відбитим світлом неба, лк;

Е_зовн– освітленість горизонтальної поверхні, що створюється в такий самий час ззовні світлом повністю відкритого небосхилу, лк.

Нормування КПО залежить від виду природного освітлення та ряду супутніх факторів. При боковому освітлені нормується мінімальне значення КПО – . У випадку однобічного – в точці на відстані 1м від стінни – найбільш віддаленої від світлових отворів, але не більше ніж 12м від них.

Для приміщень із двостороннім бічним освітленням нормується мінімальне значення КПО у точні посередині приміщення на перерізі вертикальної площини характерного розрізу приміщення та умовної робочої поверхні.

При верхньому або комбінованому освітленні нормується середнє значення КПО у точках, розташованих на перерізі вертикальної площини характерного розрізу приміщення та умовної робочої поверхні. При цьому перша та остання точки приймаються на відстані 1м від поверхні стін або перегородок.

У разі комбінованого освітлення допускається розподіл приміщення на зони з бічним (прилеглі до зовнішніх стін з вікнами) та верхнім освітленням. Нормування та розрахунок природного освітлення у кожній зоні проводиться окремо.

Під час нормування природної освітленості визначається найменший розмір об’єкта розпізнавання, відповідний йому розряд зорової роботи та нормований коефіцієнт природної освітленості (табл. 1).

Таблиця 1

Нормовані значення КПО для виробничих процесів

№ п/п	Характеристика зорової роботи	Найменший розмір об’єкта розрізнення, мм	Розряд зорової роботи	Коефіцієнт природної освітленості еН, %
				при верхньому та комбінованому освітленні	при бічному освітленні
1	Найвищої точності	< 0,15	I	9	3.2
2	Дуже високої точності	0,15.....0,3	II	6.3	2.3
3	Високої точності	0,3......0,5	III	4.5	1.8
4	Середньої точності	0,5.....1	IV	3.6	1.4
5	Малої точності	1....5	V	2.7	0.9
6	Груба (дуже малої точності)	>5	VI	1.8	0.5
7	Робота з матеріалами, що світяться, та виробами у гарячих цехах	>0,5	VII	2.7	0.9
8	Загальне спостереження за ходом виробничого процесу: постійне		VIII	0.9	0.3
9	Періодичне при постійному перебуванні людей у приміщенні		VIII	0.6	0.2
10	Теж саме при періодичному		VIII	0.5	0.1

Нормоване значення КПО- е_н, залежить від характеру зорової роботи (розряду), системи природного освітлення та особливостей світлового клімату і сонячності клімату в районі розташування будівлі, які визначають через коефіцієнт – m-світлового клімату і с- сонячності клімату.

Вся територія СНД поділена на 5 світлових поясів. Відповідно І, ІІ, ІІІ, IV, V – світлові пояси. В будівельних нормах наведені норми природної освітленості для ІІІ – світлового поясу, які можна перерахувати для будь-якого іншого поясу за рівнянням:

(8)

де е_н^III– значення для будівель, розташованих в ІІІ – поясі світлового клімату, приймають е_н^III= 1;

с– коефіцієнт сонячності клімату (визначається в межах 0,75....0,95);

m– коефіцієнт світлового клімату (на території України – m=0.9).

Нормовані значення КПО для IV – поясу СНД (у тому числі для території України та Молдови), розраховані за формулою (8), подано в табл. 1 та табл. 2.

Нормовані значення КПО, наведені в табл. 1. встановлені при розташуванні об’єктів розпізнавання на відстані не більше 0,5 м від очей працівника.

Таблиця 2

Нормовані значення КПО для деяких приміщень

№ п/п	Приміщення	Площина (Г –горизонтальна) нормування КПО висота площини над підлогою, м	Коефіцієнт природної освітленості еН, %
			при верхньому та комбінованому освітленні	при бічному освітленні
1	Конструкторські та креслярські бюро	Г-0,8	4,5	1,8
2	Читальні зали	Г-0,8	2,7	0,9
3	Аудиторії, навчальні кабінети, лабораторії	Г-0,8 на робочих столах та партах	3,6	1,4
4	Майстерні оброблення металів та деревини	Г-0,8	3,6	1,4
5	Цехи та приміщення виробництва харчових продуктів	Г-0,8	2,7	0,9

При збільшенні цієї відстані розряд зорової роботи встановлюється у відповідності з даними табл. 3.

Таблиця 3

Границі відношення (d/Lo)*103	<0,3	0,3.....,0,6	0,6....1	1......2	2......10	>10
Розряд зорової роботи	I	II	III	IV	V	VI

Примітка:

d – мінімальний розмір об’єкта розпізнавання, м;

L_o – відстань від об’єкта розпізнавання до очей працівника, м.

Нерівномірність природного освітлення – відношення середнього значення КПО до його найменшого значення у межах даного приміщення.

Нерівномірність природного освітлення виробничих приміщень не повинна перевищувати – 3:1.

Нерівномірність природного освітлення не нормується для приміщення з бічним освітленням у разі виконання робіт VII і VIII – розрядів при верхньому або комбінованому освітленні та для допоміжних приміщень.