1*Ис. 5.13. Номограмма условий зрительного восприятия в зависимости от уровня освещенности и цветовой температуры источников света

Историческая справка. Опыты по получению света путем накаливания проводников током начались после открытия в 1800 г. теплового действия электрического тока. Долгое время многочисленные опыты не давали ре­зультата. Лишь в 1873 г. русский изобретатель А. Н. Лодыгин предложил источник света, схожий с современной лампой накаливания. Он поместил угольный стержень в стеклянный баллон, из которого кислород удалялся за счет сгорания части угля при прохождении через него тока, благодоря чему оставшаяся часть угольного стержня работала довольно долго, излучая свет. В 1879 г. американский изобретатель Т. Эдисон на основе идеи Лоды­гина создам серийную лампу, применив для тела накала угольную нить. В 1890 г. Лодыгин демонстрировал лампу с телом накала в виде нити из ту­гоплавкого металла — молибдена, который в последствии заменен вольфра­мом. Первая лампа накаливания с вольфрамовой нитью появилась в 1903 г., ее серийное производство началось в 1906г. Крупным событием, открывшим новую страницу в развитии ламп накаливания, явилось создание в 1959 г. га­логенных ломп накаливания (ГЛН), которые в наше время получают все большее распространение.

ГЛН по сравнению с вольфрамовыми лампами накаливания имеют су­щественно большую светоотдачу и ресурс работы, приближаясь по своим характеристикам к газоразрядным лампам. В колбы ГЛН вводят галоген­ные добавки (летучие химические соединения галогенов), которые обеспечи­вают повышенный срок службы вольфрамовой нити и позволяют повысить температуру ее накала, а значит, и световой поток.

Первые отечественные образцы одного из видов газоразрядных ламп — люминесцентных ламп, были созданы в 1936—1940 гг. группой московских ученых и инженеров под руководством известного физика академика С. И. Вавилова.

4. Светильники

Для более эффективного использования светового потока н ограничения ослепленности электрические лампы устанавлива ют в осветительной арматуре. Ослепление происходит, когда н поле зрения находится яркий источник света; результатом ei<i является уменьшение способности различать предметы. Рабочие, которые постоянно подвергаются ослеплению, могут страдать oi глазного напряжения, а также и от функциональных рас стройств, хотя часто они этого не осознают.

Ослепление может быть прямым, когда оно вызвано нахож дением ярких источников света в поле зрения, или отраженным, когда свет отражается от поверхностей с высоким коэффициен том отражения. Избежать ослепления достаточно просто, и еде лать это можно несколькими способами. Одним из способон. например, является установка сеток под источниками освеще ния; можно также использовать охватывающие диффузоры или параболические рефлекторы, которые могут направлять cbci туда, куда нужно, или установить источники света так, чтобы они были вне угла зрения.

Если в светильнике используется лампа без осветительном арматуры, то вряд ли распределение света будет приемлемым, п система почти наверняка будет неэкономичной. В таких случаи\ эта лампа будет источником ослепления для людей, находящих

СИ в комнате, а эффективность установки Обычно это

г- „ метаппическая

Пудет значительно снижена из-за бликов. _тру6а

Арматура с лампой называется светиль- с ■открытым”дном ником. Для регулирования светового потока п осветительной арматуре используются следующие методы.

Рис. 5.14. Ограниче­ние светового потока

1. Ограничение светового потока. Если ним па установлена в непрозрачном корпусе только с одним отверстием для выхода све­та, то распределение света будет очень ог­раничено, как показано на рис. 5.14.

2. Отражение светового потока. Метод использует отражающие поверхности, ко­торые могут быть самыми разнообразными, от глубоко матовых до сильно отражающих или зеркальных. Метод более эффекти- исн, чем ограничение светового потока, т. к. световое излучение концентрируется и направляется в зону, где необходимо освеще­ние (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Отражение светового потока

3. Рассеяние светового потока. Лампа устанавливается в про­зрачном материале, рассеивающим и создающим диффузный (рассеянный) световой поток. Диффузоры поглощают некоторое количество излучаемой световой энергии, что снижает общий ко­эффициент полезного действия светильника, однако при этом ис­ключается ослепляющее действие источника света. На рис. 5.16 показан метод рассеяния светового потока.

4. Рефракция светового потока. Метод использует эффект призмы, где обычно стеклянный или пластмассовый материал призмы «искривляет» лучи света и таким образом перенаправля­ет световой поток (рис. 5.17). Метод очень эффективен для об-

щего освещения, его преимущество состоит в устранении бликои на отражающих поверхностях за счет создания диффузного освс щения.

В светильниках может использоваться сочетание описанных методов регулирования светового потока.

На рис. 5.18 представлены некоторые типы светильников с лампами накаливания и люминесцентными лампами, использус мыми в производственных и общественных помещениях. В бы товых целях применяются светильники более разнообразных конструкций и форм, выполняющих не только осветительную, но и декоративную функцию.

По распределению света светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного или отраженного света.

Светильники прямого света направляют более 80 % светового потока в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой или полированной поверхности («Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Альфа» и др.)

Светильники рассеянного света излучают световой поток н обе полусферы («Молочный шар», «Люцетта»),

Светильники отраженного света более 80 % светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет вниз и рабочую зону. Несмотря на их гигиенические преимущества

Рис. 5.18. Типы светильников: а — лампы накаливания; б — люминесцентные лампы

(равномерность, отсутствие блескости и др.), в производственных условиях они применяются редко, т. к. для них тщ¹ буется высокий коэффициент отражс ния потолка, что не всегда имеет мест в условиях производства.

Рис. 5.19. Защитный угол светильника: 1 — источник света; 2 — светильник

Для защиты глаз от ослепления сис тящейся поверхностью служит защш- ный угол светильника — угол, обраю ванный горизонталью от поверхносш лампы (края светящейся нити) и л ими ей, проходящей через край арматуры светильника (рис. 5.19). Ча щитный угол светильников 30...45°.

4. Организация рабочего места для создания комфортных зрительных условий

Кроме требований хорошей освещенности рабочее мести должно иметь равномерную освещенность. Во всяком случае, не должно быть значительной разницы в освещенности различных участков рабочего места для того, чтобы не требовалось частоИ переадаптации зрения. Например, поверхности книги и тетради, с которыми в данный момент осуществляется работа, должны иметь одинаковую освещенность. Подсветка с помощью неболь шого светильника только поверхности тетради приведет к pa i личию в освещенности тетради и книги. Частое обращение к последней потребует постоянной адаптации зрения, что в ко нечном счете приведет к быстрому зрительному утомлению, снижению работоспособности, общему утомлению, психическо му напряжению. Письменный стол должен располагаться в хо рошо освещенном месте, желательно у окна. Человек за пись менным столом должен располагаться лицом или левым боком к окну (для левшей — правым боком) для того, чтобы избежап. образования тени от тела или руки человека. Светильник искус ственного освещения должен располагаться относительно тела человека аналогичным образом. Светильники должны распола гаться над рабочим местом вне запретного угла, равного 4V (рис. 5.20). Кроме того, конструкция светильника должна не ключать ослепление человека лучами, отраженными от рабочен поверхности (рис. 5.21, а). Для этого арматура светилышка

\

/

ч

б)

а)

Светильники должны быть установлены вне запретного угла

\

\

\

\

\

I JL-

А

' \Ceerr

-/к

Рис. 5.20. Схема установки светильников

Рис. 5.21. Правильный выбор конст­рукции светильника: a — ослепление отраженными лучами; б — исключение ослепления отраженными лучами

иолжна предусматривать направление прямых лучей, исходящих in' источника, под иными углами, исключающими попадание in раженного луча в глаз человека (рис. 5.21, б).

Почему сильное различие в освещенности отдельных участков помещения или различных помещений может привести к травме?

При переходе из хорошо освещенного участка или помеще­нии на плохо освещенный участок требуется некоторый проме­жуток времени для адаптации глаза к низкой освещенности. II этот период человек плохо видит. Это может привести к тому, чго человек споткнется, упадет, наткнется на какой-либо пред­мет и т. д. и получит травму. Особенно большая опасность воз­никает при очень сильной разнице в освещенности — более чем Л)...30 раз, что требует значительного времени для глубокой пе- реидаптации глаза, в течение которого человек очень плохо ви- циг или не видит вообще.

Поэтому, если освещенность в помещении и коридоре, в ко- трый осуществляется выход из помещения, сильно различается, необходимо улучшить освещение в коридоре. Для снижения ве­роятности получения травмы указанные выше обстоятельства особенно важно учитывать на лестничных клетках и других трав­моопасных местах.

Обратите внимание на следующее:

• при большем контрасте требуется меньшая освещенность; поэтому на рабочем месте желательно обеспечить большой контраст между объектом и фоном, на котором располо­жен объект; с темными предметами лучше работать пн светлом фоне, а со светлыми — на темном фоне. Это и») зволит при меньшем значении освещенности успешно нм полнять работу и снизить зрительное утомление;

• если изменить контраст объекта с фоном путем, например, изменения коэффициента отражения фона нельзя, необхо димо увеличивать освещенность на рабочем месте;

• правильная организация освещения и условий для выпил нения зрительных работ — залог сохранения хорошего зрения на долгие годы.

Психофизиологическое воздействие цвета на человека. И i вестно, что поверхности голубых тонов, а также очень темные поверхности воспринимаются человеком как «отступающие», т. е. представляются расположенными дальше, чем в дейстнм тельности. Это иногда ведет к кажущемуся увеличению разме ров помещения. Красные тона, наоборот, представляются «нм ступающими». Некоторые цвета, например светло-фиолетовые, оказывают на человека раздражающее действие и способстиу ют очень быстрому утомлению. Другие же, в частности. зеле ный, дают противоположный результат. Субъективное воспри ятие человеком таких внешних факторов внешней среды, k;ik температура, шум и другие, лаже запахи, в определенной сте пени зависит от цветности поверхностей, находящихся в полг зрения.

Психофизиологическое воздействие на человека цветности источников излучения и цвета поверхностей помещения обн зательно нужно учитывать при цвето-световом оформлении интерьера. Например, для комнат отдыха, спален лучше при менять Л Н и цветовое оформление выполнять в мягких усгю каивающих, например желто-зеленых, тонах. Наоборот, в по мещениях, в которых должна осуществляться работа, лучше применять люминесцентные лампы, а цветовое оформление выполнять в светлых, бодрящих тонах, стимулирующих актин ную деятельность.

Следует обратить внимание на то, что психофизиологическое воздействие цвета на человека учитывается как весьма важный фактор, определяющий вопросы безопасности (например, окра ска автомобилей, знаков безопасности, опасных участков, трубо проводов, баллонов и т. д.). Следует отметить, что цвет имее! также и субъективно-индивидуальную сторону воздействия ii;i эмоциональную сферу человека.

7. Расчет освещения

Искусственное освещение. Основным методом расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверх­ности является метод светового потока (коэффициента исполь- шшжия). Необходимый световой поток Ф_л (лм) от одной лампы накаливания или группы ламп светильника при люминесцент­ных лампах рассчитывают по формуле

^ф_л=%^, (5-1)

ии* Е_н — нормированная минимально-допустимая освещенность (нк), которая определяется нормативом (см. табл. 5.2); S — пло- ншдь освещаемого помещения (м²); z — коэффициент неравно­мерности освещения, который зависит от типа ламп (для ламп накаливания и дуговых ртутных ламп — 1,15, для люминесцент­ных ламп — 1,1); к — коэффициент запаса, учитывающий запы- мспие светильников и снижение светоотдачи в процессе экс­плуатации, зависящий от вида технологического процесса, вы­полняемого в помещении и рекомендуемый в нормативах СМиП 23—05—95 (обычно к= 1,3...1,8); N_c — число светильни­ков в помещении; у — коэффициент затенения, который вво­дится в расчет только при наличии крупногабаритного оборудо­вания, затеняющего рабочее пространство; т] — коэффициент использования светового потока ламп, учитывающий долю об­щего светового потока, приходящуюся на расчетную плоскость, И зависящий от типа светильника, коэффициента отражения потолка р_п и стен р_с, высоты подвеса светильников, размеров Помещения, определяемых индексом / помещения.

Индекс помещения определяется по формуле

АВ

Н_С(А + В) ’

где А и В — длина и ширина помещения, м; Н_с — высота подве­ем светильников над рабочей поверхностью.

Коэффициент использования светового потока ламп т] опре­деляют по таблицам, приводимым в СНиП 23—05—95 в зависи­мости от типа светильника, р_п, р_с и индекса Некоторые значе­ния г) представлены в табл. 1 Приложения 4.

По полученному в результате расчета по формуле (5.1) свси> вому потоку выбирают ближайшую стандартную лампу и оирс деляют ее необходимую мощность. Световые и электричесмн параметры некоторых наиболее широко используемых ламп приведены в табл. 2, 3 Приложения 4. Умножив электрическую мощность лампы на количество светильников N_c, можно опрело лить электрическую мощность всего освещения помещения.

При выборе типа лампы допускается отклонение от расчсм ного светового потока лампы Ф_л до —10 % и +20 %. Если такую лампу не удалось подобрать, выбирают другую схему расположи ния светильников, их тип и повторяют расчет.

Расчет освещения от светильников с люминесцентными лам пами целесообразно выполнять, предварительно задавшись тп пом, электрической мощностью и величиной светового поте и ламп. С использованием этих данных необходимое число с lie тальников определяют по формуле

E_HSzk

N_c =—- ,

М_РФ_ЛЧУ

где А'р — число принятых рядов светильников.

Для проверочного расчета общего локализованного и комби нированного освещения, освещения наклонных и вертикалыii.i\ поверхностей и для проверки расчета равномерного общего ос вещения горизонтальных поверхностей, когда отраженным сне товым потоком можно пренебречь, применяют точечный метод

В основу точечного метода положена формула (расчетная схема изображена на рис. 5.22):

кН

где /_а — сила света в направлении от источника света к расче! ной точке А рабочей поверхности, кд (определяется по светотсч ническим характеристикам источника света и светильника); // высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м; у угол между нормалью к рабочей поверхности и направленном светового потока от источника.

При необходимости расчета освещенности в точке, создание мой несколькими светильниками, подсчитывают освещенное и. от каждого из них, а затем полученные значения складынаки Должно выполняться условие Е„ < Е_е

А

Рис. 5.22. Схема расчета точечным методом

Естественное освещение. Целью расчета естественного осве­щения является аналитическое определение значения КЕО. Это необходимо для правильной расстановки оборудования, опреде­ления положения рабочих мест. Расчет производят также для оп­ределения достаточности размеров оконных проемов для обеспе­чения минимально допустимого значения КЕО. Для расчета ес- ц-ственной освещенности могут применяться аналитические методы, но на практике определение значения КЕО в расчетной точке помещения осуществляют с использованием графиков и номограмм.

При использовании графических зависимостей расчет КЕО при боковом освещении осуществляют в следующей последова­тельности:

1. определяют непосредственным измерением или по строи- гельным чертежам площадь S_Q (м²) световых проемов, площадь .S', (м²) освещаемой части пола помещения и находят их отноше­ние S_c / S_u;

2. определяют глубину h_n (м) помещения от световых про­емов до расчетной точки, высоту h₀ (м) верхней грани световых проемов (окон) над уровнем рабочей поверхности и находят их отношение й_п / й₀;

3. с использованием графика, изображенного на рис. 5.23, по шачениям отношения / S_u и h_n / h₀ находят значение КЕО.

Для определения размеров оконных проемов, обеспечиваю­щих требуемое по условиям трудовой деятельности значение К1Ю, можно использовать график, изображенный на рис. 5.24. 11о графику на пересечении вычисленного значения h_n / h₀ (точ-

Рис. 5.23. Определение КЕО по значению площади светового проеми и освещаемой площади пола

VS„

Рис. 5.24. Определение КЕО по глубине помещения и высоте световых просмпи

ка А) и необходимой величины КЕО (точка Б) определяют i рс буемое значение S_c / S_u (точка В), выраженное в процентах. Ди лее вычисляют требуемую площадь световых проемов S_c.

Графики, приведенные на рис. 5.23, 5.24, построены дни окон с двумя слоями листового оконного стекла в cnapciiin.ii

Металлических открывающихся переплетах. Если проектом пре­дусмотрены другие типы заполнителей световых проемов, то (шПдснное по графику рис. 5.23 значение КЕО необходимо ум­ножить на поправочный коэффициент к_п, значения которого для ИИИболее распространенных заполнителей световых проемов представлены в табл. 5.4.

ТчЛнща 5.4. Значения поправочного коэффициента к„

Тип остекления	кп
Цщюслойное остекление в стальных одинарных глухих переплетах	1,26
In же в открывающихся переплетах	1,05
Опии слой оконного стекла в деревянных открывающихся переплетах	1,05
Дм слоя оконного стекла в стальных открывающихся переплетах	0,75
Нусготелые стеклянные блоки	0,70

Для определения значения КЕО может также применяться циклический метод А. М. Данилюка, пригодный при легкой сплошной освещенности, т. е. при диффузном распространении 1'нстового потока. Метод сводится к тому, что полусферу небо- смода разбивают на 10 ООО участков равной световой активности И подсчитывают, какое число этих участков видно из расчетной шчки помещения через световой проем, т. е. графически опре­деляют, какая часть светового потока от всей небесной полусфе­ры непосредственно попадает в расчетную точку.

Число видимых через световой проем участков небосклона Имходят при помощи двух графиков (рис. 5.25), представляющих 1'обой пучок проекций лучей, соединяющих центр полусферы небосвода с участками равной световой активности по высоте (график I) и по ширине (график II) светового проема.

Для расчета по методу А. М. Данилюка на листе бумаги вы­полняют разрезы помещения — поперечный разрез и в плане — и масштабе, соответствующем масштабу графиков. Затем накла- >|||||<ают график I на поперечный разрез так, чтобы основание Графика совпадало со следом расчетной плоскости рабочей по- исрхности, а полюс графика с расчетной точкой М, и определя­ют число и, лучей, проходящих через контур светового проема. ! рафик II накладывают на план помещения так, чтобы его осно- нпние было параллельно плоскости расположения светового Проема и было расположено от нее на расстоянии, равном рас­стоянию от расчетной точки до середины светового проема по

Гоафик I

Разрез

Графики

План

Рис. 5.25. Схема для расчета естественного освещения по методу А. М. Данилюкп

высоте на поперечном разрезе. При этом полюс графика должен находиться на пересечении его основания с горизонтальной ли нией, проведенной на плане помещения через расчетную точку Подсчитывают число п₂ лучей, проходящих через контур свето вого проема по ширине. Значение КЕО в расчетной точке (в %) помещения определяют как

КЕО = 0,01 и, п₂.

Контрольные вопросы

1. Как видит человек? Что такое конвергенция, аккомодация и адап тация?

2. Перечислите основные характеристики освещения и световой среды и единицы их измерения.

3. Какие факторы определяют зрительный комфорт?

4. Какие виды освещения применяются на производстве?

5. Для каких параметров освещения установлены нормативы и от чего зависит нормируемая величина параметров?

6. Какие искусственные источники света применяются на производстве J Расскажите об их достоинствах и недостатках.

7. Что такое светоотдача и цветовая температура источников света?

8. Каково назначение светильников и как они выполняются? Что такое за щитный угол светильника?

9. Как должно быть организовано рабочее место и как расположены светильники для обеспечения комфортных зрительных условий?

10. Как влияет цвет на человека и какие цвета используются для различ ных видов работ?

11. Как осуществляется расчет искусственного освещения?

12. Какими методами осуществляется расчет естественного освещения?