Производственное освещение

1. Физиологическое значение освещения.

Зрительный анализатор человека (глаза) воспринимает электромагнитные излучения в диапазоне длин волн 0,38 - 0,76 мкм как видимый свет. Кванты света, обладая большой энергией, влияют на структуру и метаболизм клеток и тканей живых организмов: стимулируют дыхание, кровообращение, деятельность желез внутренней секреции и процессы роста, синтез витамина D и некоторых гормонов (серотонина - «гормона радости»), усвоение кальция, фосфора и других минеральных элементов. Наибольшая чувствительность зрения проявляется в желто-зеленой части спектра ( 0,55-0,58 мкм); длинные красные лучи ( 0,76 мкм) возбуждают нервную систему; более короткие синие, зеленые лучи действуют успокаивающе. Достаточное освещение обеспечивает безопасность, высокое качество и производительность труда, которая возрастает на 15-18%. При неблагоприятных условиях видения (недостаточной или значительно изменяющейся освещенности и т.п.) глаза человека приспосабливаются благодаря особым свойствам аккомодации и адаптации.

Аккомодация - способность глаза приспосабливаться к ясному видению предметов, находящихся от него на разных расстояниях. Адаптация - способность глаза изменять чувствительность при изменении условий освещения.

Излишне яркий источник светавызывает ослепление (в первый момент человек практически не видит).В зависимости от разности яркостей излучения процесс адаптации значительно замедляется (до нескольких минут). Ослепление, особенно систематическое (при сварочных работах), вызывает раздражение и резь в глазах, головные боли, травмирует орган зрения и нервную систему.

Рациональное освещение должно соответствовать гигиеническим (иметь благоприятный спектральный состав, обеспечивать достаточную освещенность, равномерность, отсутствие слепимости) и экономическим требованиям.

2. Характеристики освещения и световой среды.

Освещение (естественное, искусственное и совмещенное) и формируемую им световую среду характеризуют следующие основные показатели.

Световой поток Ф, люмен (лм) - часть потока световой энергии, которую воспринимает и оценивает орган зрения человека. Полный световой поток характеризует излучение, распространяемое от источника по всем направлениям. Для практических целей важнее оценить поток, идущий в определенном направлении или падающий на конкретную поверхность (площадь).

Сила света J, кандела (кд) - величина пространственной плотности светового потока (т. к. источник света может излучать энергию в разных направлениях неравномерно).

Освещенность Е, люкс (лк) - отношение падающего на поверхность светового потока Ф_пад (лм) к величине площади этой поверхности S (м²). Освещенность поверхности не зависит от ее световых свойств. Jа = dF/dω

где Jа — сила света под углом a; dF — световой поток, равномерно распределяющийся в пределах телесного угла dω.

За единицу силы света принята кандела (кд). Одна кандела — сила света, испускаемого с поверхности площадью 1/600000 м2 полного излучателя (государственный световой эталон) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины (2046,65° К) при давлении 101325 Па.

Освещенность Е — плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Е=dF/dS

где dS — площадь поверхности, на которую падает световой поток dF.

Е=лк (1)

Коэффициент отражения r, % - характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток; определяется как отношение отраженного светового потока Ф_отр к падающему потоку Ф_пад; r зависит от цвета

и фактуры поверхности и может изменяться в широких пределах от 0,02 до 0,95 (т.е. от 2 до 95 %). Световые свойства поверхностей характеризуют коэффициенты отражения , пропускания , поглощения , при этом во всех случаях их сумма =1. Данные коэффициенты - это часть светового потока, которую, соответственно, поверхность отражает, пропускает или поглощает. Солнце и искусственные источники света - первичные источники светового потока, генераторы излучений. Поверхности объектов, от которых свет отражается - вторичные источники света.

Яркость поверхности L, кд/м? - отношение силы света (J кд), излучаемого поверхностью, к площади (S,м²) этой поверхности. Величина яркости объекта тем больше, чем больше коэффициент отражения r и падающий на поверхность световой поток Ф. Избыточная яркость обычно связана не со слишком большой освещенностью Е, а с очень высокой отражательной способностью поверхности (например, зеркальным отражением). При этом может возникать явление ослепленности. Если объект и поверхность (фон), на которой располагается объект, имеют близкую по величине яркость, то интенсивность восприятия световых потоков, поступающих от фона и объекта, одинакова (или различается слабо). Соответственно, зрительный анализатор не различает объект на данном фоне.

Фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается: - светлым - при коэффициенте отражения поверхности более 0,4 (r > 40%); - средним - при r от 0,2 до 0,4 (r = 20 - 40%); - темным - при r менее 0,2 (r < 20%). Чтобы объект был хорошо виден, яркости объекта и фона должны различаться, контрастировать.

Контраст объекта различения с фоном К - определяется отношением разности между яркостью объекта (L_о, кд/м?) и фона (L_ф, кд/м?) к яркости фона.

Контраст объекта различения с фоном считается большим - при К более 0,5 (объект и фон сильно отличаются по яркости); средним - при К от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости);  малым - при К менее 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости).

Объект различения - рассматриваемый объект, отдельная его часть или дефект, которые требуется различать в процессе работы. Размер объекта различения - минимальный размер наблюдаемого объекта (его части или дефекта) определяет характеристику работы и ее разряд. Например, при размере объекта менее 0,15 мм работе присваивают разряд наивысшей точности (I разряд); при размере 0,15 - 0,3 мм - разряд очень высокой точности (II разряд); при размере 0,3 - 0,5 мм - разряд высокой точности (III разряд) и т.д. (см. табл.1¹). Чем меньше размер объекта различения (выше разряд работы) и меньше контраст объекта различения с фоном, на котором выполняется работа, тем больше требуется освещенность Е (лк) рабочих мест, и наоборот.

Наименьшие размеры объекта различения и соответствующие им разряды зрительной работы устанавливают при расположении объектов различения на расстоянии не более 0,5 м от глаз работающего.

Коэффициент пульсации освещенности К_п, % - критерий оценки колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп при питании их переменным током. К_п для газоразрядных ламп составляет 25 - 65%; ламп накаливания - менее 7%; галогенных ламп - около 1%.

Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:

V=K/Kпор

где К — контраст объекта с фоном; Кпор — пороговый контраст, т. е. наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Показатель ослепленности Р — критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, значение которого определяется по формуле

Р=(S-1)1000,

где Р — показатель ослепленности; S =V1/V2 коэффициент ослепленности; V1 и V2 — видимость объекта наблюдения соответственно при экранировании и при наличии блеских источников в поле зрения.

Телесный угол – это часть пространства, заключённая внутри одной полости конической поверхности c замкнутой направляющей. Телесный угол измеряется частью сферической поверхности ( ABCDEF, рис.98 ).

 Мерой телесного угла является отношение площади ABCDEF к квадрату радиуса  шара:

 Единица измерения телесного угла – стерадиан; это телесный угол, вырезающий на поверхности шара площадь, равную площади квадрата, сторона которого равна  радиусу. Эта мера измерения телесных углов подобна радианному измерению плоских углов.

ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА, эффективная величина, равная температуре абсолютно черного тела, при которой отношение энергетических яркостей для двух длин волн его спектра равно отношению этих же величин для спектра исследуемого источника света. Цвет излучения ощутимо влияет на т.н. цветовое впечатление освещённого объекта и ЦТ является одной из его характеристик. Наиболее часто встречающиеся ЦТ для ламп: тепло-белый (~2700-3000К), холодно-белый(~4000-4200К), дневной(~6000-6500К). Шкала коррелированной ЦТ позволяет определить градации спектрального распределения для разных ИС в сравнении с цветом стальной заготовки, раскалённой до определённой температуры.Чем выше температура (К), тем более преобладающим становится в светчении холодный, белый оттенок. Такое распределение оттенков выражается в градусах Кельвина. С некоторой степенью достоверности для описания спектрального распределения света предлагаем таблицу.

ИНДЕКС ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ ( Ra ), показатель, также характеризующий цветовое впечатление, от цветопередающих свойств источника света. ИЦ завитсит от величины прерывистости спектра излучаемого света и тем выше, чем он непрерывнее. Этот показатель выше у ламп накаливания и ниже у газоразрядных. Максимальное значение ИЦ равно 100 и соответствует прекрасной цветопередаче. Не следует путать ИЦ с цветовой температурой, это разные параметры. В практике используется 3 квалитета ИЦ : удовлетворительный – Ra < 80 ; хороший, нормальный – 80 <= Ra <= 90; отличный -90 <=Ra <= 100.

Системы и виды производственного освещения

При освещении производственных помещений используют естественное освещение, искусственное освещение и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняются искусственным.

Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее – через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях; комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть общее, местное и комбинированное. Систему общего освещения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы. При выполнении точных зрительных работ в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально, наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным, эвакуационным, эрительным, бактерицидным и др.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса.

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда отключается рабочее освещение. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна быть не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения. Минимальная освещенность на полу при эвакуационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях – не менее 0,2 лк.

Охранное освещение устраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.

Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации.

Бактерицидное облучение (“освещение”) создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания. Наибольшей бактерицидной способностью обладают ультрафиолетовые лучи.

Эрительное облучение (“освещение”) создается в производственных помещениях, где недостаточно солнечного света (северные районы, подземные сооружения).

Требования к производственному освещению

Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает скорость различения деталей, что сказывается на росте производительности труда.

Производственное освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов различия и тем самым повышает утомляемость, снижает производительность труда. Особенно вредны движущиеся тени, которые могут привести к травмам.

Для улучшения видимости объектов в поле зрения работающего должна отсутствовать прямая и отраженная блесность. Блесность – это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение видимости объектов. Блесность ограничивают уменьшением яркости источников света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильным направлением светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности.

При организации производственного освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи. Оптимальный спектральный состав обеспечивает естественное освещение.

Осветительные установки должны быть удобны и просты в эксплуатации, долговечны, отвечать требованиям эстетики, электробезопасности, а также не должны быть причиной возникновения взрыва или пожара.