1.2. Световое излучение и параметры, характеризующие световую среду

Производственное освещение характеризуется качественными и количественными показателями. Количественные показатели характеризуются следующими светотехническими величинами: сила света, световой поток, освещенность и яркость.

Качественными показателями, определяющими условия зрительной работы, являются: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.

Световой поток (F) – поток лучистой энергии, оцениваемый глазом по произведенному ею световому ощущению, характеризует мощность светового излучения. Световой поток измеряется в люменах (лм). Единица люмен – световой поток, излучаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан (ср) при силе света, равной 1 канделе.

Сила света (I) – пространственная плотность светового потока – является основной светотехнической величиной. Сила света определяется отношением светового потока F к телесному углу ω, в пределах которого световой поток распределен равномерно, и измеряется в канделах (кд). Единица силы света – кандела – это сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении абсолютно черным телом с площади 1/600000 м² при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 Па (760 мм рт. ст.).

В общем случае

, (1)

где I  – сила света, кд;

F – световой поток, лм;

ω – телесный угол, ср.

Телесный угол (ω) – часть пространства, ограниченная конусом, имеющим вершину в центре сферы и опирающимся на ее поверхность. Телесный угол определяется отношением площади (S), которую конус вырезает на поверхности сферы, к квадрату радиуса (r) этой сферы и измеряется в стерадианах (ср):

, (2)

Телесный угол равен одному стерадиану, когда S = r².

Если свет точечного источника освещает произвольно ориентированную площадку, то элементарный телесный угол будет определяться как

, (3)

где β – угол между нормалью к освещаемой поверхности и направлением светового потока;

L – расстояние между точечным источником света и точкой на освещаемой поверхности.

Освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность. Освещенность определяется отношением светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку, к площади этого элемента и измеряется в люксах (лк). Единица люкс – освещенность поверхности площадью 1 м² при световом потоке 1 лм.

, (4)

где Е – освещенность, лк;

F – световой поток, падающий на элемент поверхности, лм;

S – площадь освещаемой поверхности, м².

После преобразования выражения (4) с учетом (3) получим закон квадрата расстояния: освещенность поверхности уменьшается пропорционально квадрату расстояния от источника света.

. (5)

Яркость (В) – поверхностная плотность силы света в данном направлении – светотехническая величина, непосредственно воспринимаемая глазом. Яркость поверхности определяется отношением силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению излучения.

, (6)

где В – яркость поверхности, кд/м²;

I – сила света, кд;

S – площадь излучающей поверхности, м²;

α – угол между направлением излучения и плоскостью поверхности, град.

Единица яркости кд/м² – яркость равномерно светящей плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с каждого м² силу света, равную 1 кд. В светотехнике применяют еще одну единицу измерения яркости – нит (нт), 1 нт = 1 кд/м².

При обычных условиях яркость 30000 кд/м² является слепящей. Гигиенически приемлемой считается яркость до 5000 кд/м².

Светимость (R) – поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью. Единица светимости лм/м² – светимость поверхности площадью 1 м², испускающей световой поток 1 лм.

Коэффициент отражения (ρ) – отношение отраженного телом светового потока (F_ρ) к падающему (F):

. (7)

Коэффициент пропускания (τ) – отношение светового потока, прошедшего через среду (F_τ), к падающему:

. (8)

Коэффициент поглощения (α) – отношение поглощенного телом светового потока (F_α) к падающему:

. (9)

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на котором он рассматривается.

Фон считается:

- светлым – при коэффициенте отражения поверхности более 0,4;

- средним – от 0,2 до 0,4;

- темным – менее 0,2.

При этом коэффициент отражения поверхности определяется отношением отражаемого от поверхности светового потока (F_ρ) к падающему на нее световому потоку (F).

Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона по формуле

, (10)

где В_о – яркость объекта различения, кд/м²;

В_ф – яркость фона, кд/м².

Контраст объекта различения с фоном считается:

- большим – при K более 0,5 (объект и фон резко различаются по яркости);

- средним – при K от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно различаются по яркости);

- малым – при K менее 0,2 (объект и фон мало различаются по яркости).

Показатель ослепленности (Р) – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, учитывает пороговые разности яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения, определяется расчетным путем по методическим указаниям.

Коэффициент пульсации освещенности (K_п, %) – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, определяется по формуле:

, (11)

где  Е_max и E_min – соответственно максимальное и минимальное значение освещенности за период ее колебания, лк;

Е_ср – среднее значение освещенности за тот же период, лк.

Показатель дискомфорта (М) – критерий оценки дискомфортной блесткости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, выражающийся формулой:

, (12)

где В_с – яркость блесткого источника, кд/м²;

ω  – угловой размер блесткого источника, ср;

φ_о – индекс позиции блесткого источника относительно линии зрения;

В_ад – яркость адаптации, кд/м².

При проектировании показатель дискомфорта рассчитывается инженерным методом.