Глава 2 освещение

Освещение исключительно важно для здоровья человека. < помощью зрения человек получает подавляющую часть ин­формации (около 90 %), поступающей из окружающего мира, (‘ист — это ключевой элемент нашей способности видеть, оце- нииать форму, цвет и перспективу окружающих нас предметов. Очень часто мы считаем это само собой разумеющимся. Однако мы не должны забывать, что такие элементы человеческого са­мочувствия, как душевное состояние или степень усталости, за- нисят от освещения и цвета окружающих нас предметов. С точки фения безопасности труда зрительная способность и зритель­ный комфорт чрезвычайно важны. Очень много несчастных слу- чисв происходит, помимо всего прочего, из-за неудовлетвори- 1СЛьного освещения или из-за ошибок, сделанных рабочим, по причине трудности распознавания того или иного предмета или осознания степени риска, связанного с обслуживанием станков,

1. ранспортных средств, контейнеров и т. д. Свет создает нор­мальные условия для трудовой деятельности.

Нарушения зрения, связанные с недостатками системы осве­щения, являются обычным явлением на рабочем месте. Благода­ри способности зрения приспосабливаться к недостаточному ос- нсщению, к этим моментам иногда не относятся с должной серьезностью.

Недостаточное освещение вызывает зрительный диском­форт, выражающийся в ощущении неудобства или напряженно­сти. Длительное пребывание в условиях зрительного дискомфор­та приводит к отвлечению внимания, уменьшению сосредото­ченности, зрительному и общему утомлению. Кроме создания чрительного комфорта свет оказывает на человека психологиче­ское, физиологическое и эстетическое воздействие. Свет — один hi важнейших элементов организации пространства и главный посредник между человеком и окружающим его миром. Неудов­летворительная освещенность в рабочей зоне может являться причиной снижения производительности и качества труда, полу­чения травм.

Свойства света как фактора эмоционального воздействия широко используются путем правильной и рациональной орга­низации освещения. Необходимая освещенность может быть достигнута за счет регулирования светового потока источник;! освещения, включения и выключения части ламп в осветитель ных приборах, изменения спектрального состава света, примет- ния осветительных приборов подвижной конструкции, полю ляющей изменять направление светового потока.

1. Как устроен глаз и как видит человек

Глаз представляет собой сложную оптическую систему. Он тическая часть глаза состоит в основном из двояковыпуклой линзы — хрусталика, дифрагмированного отверстием в радуж ной оболочке — зрачком (рис. 5.5). Хрусталик создает на свето чувствительной поверхности сетчатки, устилающей глазное дно, действительное, уменьшенное и обратное изображение фикси руемых глазом предметов.

Изображение предмета на сетчатке

Рис. 5.5. Глаз как оптическая система:

I — сетчатка; 2 — зрачок; 3 — хрусталик

Сетчатка имеет сложное строение и состоит из приемником света — палочек, колбочек и нервных клеток. Свет, проникшим в глаз, воздействует на фотохимическое вещество элементов cci чатки и разлагает его. Достигнув определенной концентрации, продукты распада раздражают нервные окончания, заложенные в палочках и колбочках. Возникшие при этом импульсы по зри тельному нерву поступают в нервные клетки зрительного центр;! головного мозга. В результате человек видит цвет, форму и вели чину предмета. Сетчатка глаза содержит 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Колбочки отвечают за цветное зрение, палочки не различают цветов.

Приспособление глаза к различению объекта осуществляется in счет трех процессов:

• аккомодация — изменение кривизны хрусталика глаза та­ким образом, чтобы изображение предмета оказалось в плоскости сетчатки глаза (при изменении кривизны хру­сталика происходит изменение величины фокусного рас­стояния — осуществляется «наводка на фокус»);

• конвергенция — поворот осей зрения обоих глаз так, чтобы они пересекались на рассматриваемом объекте;

• адаптация — приспособление глаза к данному уровню ос­вещения.

Процесс адаптации заключается в изменении площади зрачка. 11ри адаптации глаза кроме изменения площади зрачка происходят другие процессы. Например, при увеличении яркости происходит подавление палочек и уменьшение количества светочувствитель­ного вещества в колбочках, а при высоких яркостях — частичном экранировании нервных окончаний клетками пигментного эпите­лия, находящегося в глубине сетчатки. При адаптации глаза к ма­лым яркостям происходят обратные явления.

Хорошо известно, что при переходе из светлого помещения в темное способность различать детали возникает медленно, и, на­оборот, при выходе из темного помещения в светлое первона­чально возникает состояние ослепленности.

При переходе от больших освещенностей к практической темноте процесс адаптации происходит медленно и заканчивает­ся за 1... 1,5 часа. Обратный процесс идет быстрее и длится

10. . 15 минут. В обоих случаях речь идет о полной переадаптации чрения; при изменении яркости не более чем в 5... 10 раз пере- идаптация происходит практически мгновенно.

Проиллюстрировать процессы перестройки зрения можно на таких простейших опытах.

Процесс аккомодации

Посмотрите в течение 1...2 минут через окно на удаленный предмет (желательно небольшого размера — ветку, дерево, мачту, антенну и т. д.), затем быстро перенесите взгляд на текст книги. Обратите внимание на то, что в первый момент текст книги плохо различим. В молодом возрасте при хорошем зрении процесс изменения кривизны хрусталика происходит достаточно быстро — изменяется фокусное расстояние, наблюдаемый объ­ект фокусируется на сетчатке. С возрастом этот процесс замедляется.

Процесс адаптации

Во время чтения книги выключите искусственное освещение или умень­шите его так, чтобы значительно уменьшилась освещенность поверхности страницы книги. Обратите внимание на то. что в первый момент текст становится плохо различимым и лишь спустя некоторое время становится возможным читать. От степени изменения освещенности зависит время, необходимое для адаптации зрения (изменения размеров зрачка) к новым ус­ловиям пониженной освещенности.

2. Характеристики освещения и световой среды

Существуют два источника света — Солнце и искусственhi.ii¹ источники, созданные человеком. Основные искусственные ис точники света, применяемые ныне, — электрические источники, прежде всего лампы накаливания и газоразрядные лампы. Ис точник света излучает энергию в виде электромагнитных волн, имеющих различную длину волны. Человек воспринимает элек тромагнитные волны как свет только в диапазоне от 0,38 до 0,76 мкм.

Освещение и световая среда характеризуется следующими параметрами.

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

Сила света (/). Так как источник света может излучать cbci по различным направлениям неравномерно, вводится понятие силы света как отношения величины светового потока, распро страняющегося от источника света в некотором телесном угле И (измеряется в стерадианах), к величине этого телесного угла

/=Ф/Ж

Сила света измеряется в канделах (кд).

Солнце и искусственные источники света — это первичные источники светового потока, т. е. источники, в которых генери руется электромагнитная энергия. Однако существуют вторим ные источники — поверхности объектов, от которых свет отра жается.

Коэффициентом отражения (г) называется доля светового потока (Ф_пац), падающего на поверхность, которая отражается от нее:

г= Ф / Ф

отр / пад*

Величина же светового потока (Ф_отр), отраженного поверх­ностью предмета и распространяющегося в некотором телесном угле (IV), отнесенная к величине этого угла и площади (S) отра­жающей поверхности, называется яркостью (L) объекта. По сути Щ'О сила света, излучаемая поверхностью, отнесенная к площади мой поверхности:

L = <&_OTp/(WSy, L= I/S.

Измеряется яркость 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 Польше яркость, тем лучше человек видит объект. Однако это не совсем так. Если поверхность (фон), на которой располагается объект, имеет близкую по величине яркость, то интенсивность тсветки 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.

Для лучшей видимости объекта необходимо, чтобы яркости объекта и фона различались. Разница между яркостями объекта (/.„) и фона (£_ф), отнесенная к яркости фона, называется кон­трастом:

к=\ь₀~ь_ф\/ь_ф.

Величина контраста берется по модулю.

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.

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

Освещенность — это отношение падающего на поверх ность светового потока (Ф_пад) к величине площади этой но верхности (6)

£=Ф_пад/ ‘S’-

Измеряется освещенность в люксах (лк), 1 лк= 1 лм/м². Таким образом, чем больше освещенность и контраст, том лучше видно объект, а следовательно, меньше нагрузка на зрс ние. Следует обратить внимание на то, что слишком больший яркость отрицательно воздействует на' зрение. Как правило, большая яркость связана не со слишком большой освещении стью, а с очень большими коэффициентами отражения (напри мер, зеркальным отражением). При большой яркости имеет мс сто очень интенсивная засветка сетчатки, и разлагающийся снс точувствительный материал не успевает восстанавливаться (регенерироваться) — возникает явление ослепленности. Такое явление, например, возникает, если смотреть на раскаленную вольфрамовую нить лампы накаливания, обладающей большой яркостью.

Одной из характеристик зрительной работы является фон поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее свет. Отражательная способность определяется коэффн циентом отражения г. В зависимости от цвета и фактуры поверх ности значения коэффициента отражения изменяются в широ ких пределах — 0,02...0,95. Фон считается светлым при г >0,4, средним при значениях г в диапазоне 0,2...0,4 и темным при г <0,2.

Чтобы проиллюстрировать влияние контраста на зрительное воспри­ятие, положите черный волос на темный лист бумаги, а белый — на белый лист бумаги, затем наоборот. Вы заметите, что во втором случае оба во­лоса видно значительно лучше, т. к. больше контраст.

Чтобы проиллюстрировать влияние освещенности на зрительное вос­приятие, проведите тот же опыт при различных освещенностях в помеще­нии. Лучшего результата можно достичь в пасмурную погоду при недоста­точной естественной освещенности в помещении. Рассмотрите черный во­лос на темном листе при выключенном и включенном освещении. При включенном освещении волос лучше виден. Белый волос на темном фоне ви­ден даже при выключенном искусственном освещении.

Важной характеристикой, от которой зависит требуемая ос вещенность на рабочем месте, является размер объекта различе- ним. Размер объекта различения — это минимальный размер на­блюдаемого объекта (предмета), отдельной его части или дефек­та, которые необходимо различать при выполнении работы. Например, при написании или чтении, чтобы видеть текст, не- пОходимо различать толщину линии буквы — толщина линии и Гудет размером объекта различения при написании или чтении юкета. Размер объекта различения определяет характеристику работы и ее разряд. Например, при размере объекта менее 0,15 мм разряд работы наивысшей точности (1 разряд), при раз­мере 0,15...0,3 мм — разряд очень высокой точности (II разряд); от 0,3 до 0,5 мм — разряд высокой точности (III разряд) и т. д. При размере более 5 мм — грубая работа.

Очевидно, чем меньше размер объекта различения (выше разряд работы) и меньше контраст объекта различения с фоном, ип котором выполняется работа, тем больше требуется освещен­ность рабочего места, и наоборот.

Факторы, определяющие зрительный комфорт. Для того что­бы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, (1 системе освещения должны быть реализованы следующие Предварительные требования:

• однородное освещение;

• оптимальная яркость;

• отсутствие бликов;

• соответствующая контрастность;

• правильная цветовая гамма;

• отсутствие стробоскопического эффекта или мерцания света.

Важно рассматривать свет на рабочем месте, руководствуясь не только количественными, но и качественными критериями. Первым шагом здесь будет изучение рабочего места; точности, с которой должны выполняться работы; объем работы; степень перемещений рабочего при работе и т. д. Свет должен включать компоненты как рассеянного, так и прямого излучения. Резуль­татом этой комбинации должно стать тенеобразование большей или меньшей интенсивности, которое должно позволить рабоче­му правильно воспринимать форму и положение предметов на рабочем месте. Раздражающие отражения, которые затрудняют восприятие деталей, должны быть устранены, так же как и чрез­мерно яркий свет или глубокие тени.

3. Виды освещения и его нормирование

Освещение подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение разделяется на боковое (светоньи* проемы в стенах), верхнее (прозрачные перекрытия и светоньи* фонари на крыше) и комбинированное (наличие световых про емов в стенах и перекрытиях одновременно). Величина ос не щенности Е в помещении от естественного света небосвода за висит от времени года, времени дня, наличия облачности, а так же доли светового потока Ф от небосвода, которая проникает ц помещение. Эта доля зависит от размера световых проемоц (окон, световых фонарей); светопроницаемости стекол (сильно зависит от загрязненности стекол); наличия напротив световых проемов зданий, растительности; коэффициентов отражении стен и потолка помещения (в помещениях с более светлой окра ской естественная освещенность лучше) и т. д.

Естественный свет лучше по своему спектральному составу, чем искусственный, создаваемый любыми источниками света. Кроме того, чем лучше естественная освещенность в помеще нии, тем меньше времени приходится пользоваться искусствен­ным светом, а это приводит к экономии электрической энергии. Для оценки использования естественного света введено понятие коэффициента естественной освещенности (КЕО) и установлены минимальные допустимые значения КЕО — это отношение осве­щенности Е_в внутри помещения за счет естественного света к наружной освещенности Е_И от всей полусферы небосклона, вы­раженное в процентах:

КЕО = (Е_В/Е_К) 100%, %.

КЕО не зависит от времени года и суток, состояния небосво­да, а определяется геометрией оконных проемов, загрязненно­стью стекол, окраской стен помещений и т. д. Чем дальше от световых проемов, тем меньше значение КЕО (рис. 5.6).

Минимальная допустимая величина КЕО определяется разря­дом работы: чем выше разряд работы, тем больше минимально до­пустимое значение КЕО. Например, для I разряда работы (наи- высшей точности) при боковом естественном освещении мини­мально допустимое значение КЕО равно 2 %, при верхнем — 6 %, а для III разряда работы (высокой точности) соответственно

Рис. 5.6. Распределение КЕО при различных видах естественного освещения: и — одностороннее боковое освещение; б — двустороннее боковое освещение; ■ — верхнее освещение; г — комбинированное освещение; 1 — уровень рабочей