Вопрос 6. Освещение

Основные светотехнические характеристики

Освещение и световая среда характеризуется следующими основными параметрами.

Световой поток (Ф) – часть электромагнитной энергии, которая излучается источником в видимом диапазоне. Поскольку световой поток – это не только физическая, но и физиологическая величина, так как характеризует зрительное восприятие, для него введена специальная единица измерения люмен (лм).

Сила света. Так как источник света может излучать свет по различным направлениям неравномерно, вводится понятие силы света как отношения величины светового потока, распространяющегося от источника света в некотором телесном угле W измеряемом в стерадианах (cр), к величине этого телесного угла.

Единица силы света – кандела (кд) – это световой поток в люменах (лм), испускаемый точечным источником в телесном угле Iср (лм/ср). Телесный угол определяется отношением площади S, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса R к квадрату последнего

Солнце и искусственные источники света – это первичные источники светового потока, т. е. источники, в которых генерируется электромагнитная энергия. Однако существуют вторичные источники – это поверхности объектов, от которых свет отражается.

Коэффициентом отражения (r) называется доля светового потока Фпад, падающего на поверхность, которая отражается от нее,

Величина же светового потока, отраженного поверхностью предмета Фотр и распространяющегося в некотором телесном угле Ŵ, отнесенная к величине этого угла и площади S отражающей поверхности, называется яркостью (L) объекта. По сути − это сила света, излучаемая поверхностью, отнесенная к площади этой поверхности.

Яркость измеряется в кд/м2.

Чем больше яркость объекта, тем больший световой поток от него поступает в глаз и тем сильнее сигнал, поступающий от глаза в зрительный центр. Таким образом, казалось бы, чем больше яркость, тем лучше человек видит объект. Однако это не совсем так. Если поверхность (фон), на которой располагается объект, имеет близкую к объекту по величине яркость, то интенсивность засветки участков сетчатки световым потоком, поступающим от фона и объекта, одинакова (или слабо различается), величина поступающих в мозг сигналов одинакова, и объект на фоне становится неразличимым.

Чтобы объект был хорошо виден, яркости объекта и фона должны различаться.

Если объект резко выделяется на фоне (например, черная линия на белом листе), контраст считается большим, при среднем контрасте объект и фон заметно различаются по яркости, при малом контрасте объект слабо заметен на фоне (например, линия бледно-желтого цвета на белом листе). При К < 0,2 контраст считается малым, при К = 0,2 … 0,5 контраст средний, а при К > 0,5 – большим.

Величина яркости объекта тем больше, чем больше коэффициент отражения и падающий на поверхность световой поток.

Световые свойства поверхностей характеризуются коэффициентами отражения r, пропускания τ и поглощения α, причем во всех случаях r + τ + α = 1. Указанные коэффициенты − это доля светового потока, которая соответственно отражается, пропускается или поглощается поверхностью.

Для характеристики интенсивности светового потока, падающего на поверхность от источника света, введена величина, получившая название освещенности.

Освещенность – это отношение падающего на поверхность светового потока Фпад к величине площади этой поверхности S

Измеряется освещенность в люксах (лк) − лм/м2. Освещенность поверхности не зависит от ее световых свойств.

Одной из характеристик, характеризующей зрительную работу, является фон – поверхность, на которой происходит различение объекта, с которым работает человек. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее свет. Отражательная способность определяется коэффициентом отражения − r.

Для того чтобы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, в системе освещения должны быть реализованы следующие предварительные требования:

•          равномерное освещение;

•          оптимальная яркость;

•          отсутствие бликов и ослепленности;

•          соответствующий контраст;

•          правильная цветовая гамма;

•          отсутствие стробоскопического эффекта или пульсации света.

Для оценки использования естественного света введено понятие коэффициента естественной освещенности (КЕО).

КЕО (еN, %) – это отношение освещенности Ев в контрольной точке внутри помещения за счет естественного света к значению освещенности Ен, измеренной на горизонтальной площадке в точке, расположенной вне производственного здания и освещенной рассеянным светом всего купола небосвода.

При одностороннем боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения (8) и условной рабочей поверхности, на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, а при двустороннем боковом освещении в точке посредине помещения.

КЕО зависит от времени года и суток, состояния небосвода и определяется геометрией оконных проемов, загрязненностью стекол, окраской стен помещений и т.д. Чем дальше от световых проемов, тем меньше значение КЕО.

Минимально допустимая величина КЕО определяется разрядом работы: чем выше разряд работы, тем больше минимально допустимое значение КЕО.

Действующими нормами СНиП 23−05−95 «Естественное и искусственное освещение» установлены VIII разрядов и 4 подразряда зрительных работ: от работ наивысшей точности (I разряд) до работ, связанных с общим наблюдением за ходом производственных процессов (VIII разряд). Подразряды выделяют в зависимости от светлоты фона (коэффициента отражения) и контраста между деталями (объектами различения) и фоном.

Например, для I разряда работы (наивысшей точности) при боковом естественном освещении минимально допустимое значение КЕО равно 2 %, при верхнем −6 %, а для III разряда работы (высокой точности) соответственно 1,2 % и 3 %. По характеристике зрительной работы труд учащихся можно отнести ко второму разряду работы и при боковом естественном освещении в аудитории, лаборатории на рабочих столах и партах должен обеспечиваться КЕО = 1,5 %.

Расчетная величина КЕО зависит от светового климата местности (m), который определяется продолжительностью солнечного сияния, отражающей способностью поверхности, а также от ориентации окон по сторонам горизонта.

Выделяют V поясов светового климата

Группы административных районов по ресурсам светового климата

Номер группы	Административный район
I	Московская, Владимирская, Тульская, Калужская, Свердловская области
II	Брянская, Курская, Волгоградская области, Кабардино-Балкария, Северная Осетия и др.
III	Калининградская, Новгородская, Ленинградская, Вологодская области
IV	Архангельская, Мурманская области
V	Ставропольский край, Ростовская, Астраханская области, Дагестан и др.

  Нормированное значение КЕО (eN) для зданий, расположенных в различных районах, определяется по формуле

Нормированное значение КЕО

Характеристика зрительной работы	Наименьший или эквивалентн. размер объекта различения, м	Разряд зритель-ной работы	Естественное освещение			Совмещенное освещение
			КЕО, ен,%
			при верхнем или комбин. освещ.	при боковом освеще-нии	при верхнем или комбин. освещ.		при боковом освеще-нии
Наивысшей точности	менее 0,15	I	−	−	6,0		2,0
Очень высокой точности	от 0,15 до 0,30	II	−	−	4,2		1,5
Высокой точности	от 0,30 до 0,50	III	−	−	3,0		1,2
Средней точности	от 0,5 до 1,0	IV	4,0	1,5	2,4		0,9
Малой точности	от 1 до 5	V	3,0	1,0	1,8		0,6
Грубая (очень малой точности)	более 5	VI	3,0	1,0	1,8		0,6
Работа со светящимися материалами	более 0,5	VII	3,0	1,0	1,8		0,6
Общее наблюдение за ходом производственн. процесса постоянное		VIIIа	3,0	1,0	1,8		0,6
периодическое		VIIIб	1,0	0,3	0,7		0,2

 

Величина коэффициента светового климата

 

Световые проемы	Ориентация световых проемов по сторонам горизонта	Коэффициент светового климата, mN
		Номер группы административных районов
		I	II	III	IV	V
В наружных стенах зданий	С	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	СВ, СЗ	1	0,9	1,1	1,2	0,8
	З,В	1	0,9	1,1	1,1	0,8
	ЮВ, ЮЗ	1	0,85	1,0	1,1	0,8
	Ю	1	0,85	1,0	1,1	0,75
В прямоугольных и трапециевидных фонарях	С, Ю	1	0,9	1,1	1,2	0,75
	СВ,ЮЗ, ЮВ, ЮЗ	1	0,9	1,2	1,2	0,7
	В,З	1	0,9	1,1	1,2	0,7

 

Более подробные сведения о нормативных требованиях, предъявляемых к освещению, можно получить в СНиП 23−05−95.

Системы и виды освещения

Освещение подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение конструктивно разделяется на:

•          боковое (световые проемы в стенах) (1);

•          верхнее (2) (прозрачные перекрытия и световые фонари на крыше);

•          комбинированное (3) (наличие световых проемов в стенах и перекрытиях одновременно).

Величина освещенности Е в помещении от естественного света небосвода зависит от времени года, времени дня, наличия облачности, а также доли светового потока Ф от небосвода, которая проникает в помещение.

Эта доля зависит:

• от размера световых проемов (окон, световых фонарей);

• светопроницаемости стекол (сильно зависит от загрязненности стекол);

• наличия напротив световых проемов зданий, растительности;

• коэффициентов отражения стен и потолка помещения (в помещениях с более светлой окраской естественная освещенность лучше) и т. д.

Естественный свет лучше по своему спектральному составу, чем искусственный свет, создаваемый любыми источниками света.

Кроме того, чем лучше естественное освещение в помещении, тем меньше времени приходится пользоваться искусственным светом, а это приводит к экономии электрической энергии.

При недостатке освещенности от естественного света используют искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света.

По своему конструктивному исполнению искусственное освещение может быть общим равномерным, общим локализованным и комбинированным.

При общем освещении все места в помещении получают свет от общей осветительной установки.

В этой системе источники света распределены равномерно без учета расположения рабочих мест.

Средний уровень освещенности должен быть равен уровню освещенности, требуемому для выполнения предстоящей работы.

Эти системы используются главным образом на участках, где рабочие места не являются постоянными.

Такая система должна соответствовать трем основным требованиям:

•          должна быть оснащена антибликовыми приспособлениями (сетками, диффузорами, рефлекторами и т. д.);

•          часть света должна быть направлена на потолок и на верхнюю часть стен;

•          источники света должны быть установлены как можно выше, чтобы свести ослепление до минимума и сделать освещение как можно более равномерным.

Общая локализованная система освещения предназначена для увеличения освещения посредством размещения ламп ближе к рабочим поверхностям.

Светильники при таком освещении часто дают блики, и их рефлекторы должны быть расположены таким образом, чтобы они убирали источник света из прямого поля зрения рабочего. Например, они могут быть направлены вверх.

Комбинированное освещение наряду с общим включает местное освещение (местный светильник, например настольная лампа), сосредоточивающее световой поток непосредственно на рабочем месте.

Использование местного освещения совместно с общим рекомендуется применять при высоких требованиях к освещенности.

Применение одного местного освещения недопустимо, так как возникает необходимость частой переадаптации зрения, создаются глубокие и редкие тени и другие неблагоприятные факторы.

Поэтому доля общего освещения в комбинированном должна быть не менее 10 % (для помещений, имеющих естественное освещение):

• Екомбинированное = Еобщее + Еместное;

• (Еобщее/Екомбинированное)* 100 ≥ 10%

Кроме естественного и искусственного освещения, может применяться их сочетание, когда освещенности за счет естественного света недостаточно для выполнения той или иной работы. Такое освещение называется совмещенным.

Для выполнения работы наивысшей, очень высокой и высокой точности в основном применяют совмещенное освещение, так как, как правило, естественной освещенности недостаточно.

Искусственное освещение подразделяется на несколько видов:

1.          рабочее;

2.          аварийное;

3.          специальное, которое может быть:

• охранным;

• дежурным;

• эвакуационным;

• эритемным;

• бактерицидным и др.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений.

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения.

Для аварийного освещения используются лампы накаливания, для которых применяется автономное питание электроэнергией.

Светильники функционируют все время или автоматически включаются при аварийном отключении рабочего освещения.

Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5% нормируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.

Эвакуационное освещение предназначено для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения.

Для эвакуации людей уровень оснащенности основных проходов и запасных выходов должен составлять не менее 0,5 лк на уровне поля и 0,2 лк на открытых территориях.

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.

Источники света и светильники

Источники света, применяемые для искусственного освещения, делят на две группы:

•          газоразрядные лампы;

•          лампы накаливания.

Лампы накаливания являются источниками света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

Преимущества:

• удобны в эксплуатации;

• просты в изготовлении;

• обладают низкой инерционностью при включении;

• не требуют наличия дополнительных пусковых устройств;

• надежны в работе при колебаниях напряжении и при различных метеорологических условиях окружающей среды.

Недостатки:

• низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 7…20 лм/Вт);

• сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс.ч);

• в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света.

В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

По спектральному составу видимого света различают лампы:

1. дневного света (ЛД);

2. дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД);

3. холодного белого цвета (ЛХД);

4. теплового белого цвета (ЛТБ);

5. белого цвета (ЛБ).

Преимущества:

• большой срок службы (до 8…12 тыс.ч);

• можно получить световой поток любого желаемого спектра, путем подбора газы, пары металлов, люминофоры.

Недостатки:

• пульсация светового потока, что может привести к появлению стробоскопического эффекта;

• длительный период разгорания;

• необходимость применения специальных пусковых приспособлений, облегчающих зажигание ламп;

• зависимость работоспособности от температуры окружающей среды;

• могут создавать радиопомехи, исключение которых требует специальных устройств.

Создание в производственных помещениях качественного и эффективного освещения невозможно без рациональных светильников.

Электрический светильник − это совокупность источника света и осветительной арматуры, предназначенной для перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранении глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света, защиты источника от механических повреждений, воздействия окружающей среды и эстетического оформления помещения