Гігієнічна характеристика освітленості

Практичне заняття № 6

Тема: Дослідження ефективності освітлення у виробничих і навчальних приміщеннях та на робочих місцях.

Лабораторне та методичне забезпечення

Люксметр Ю-116,

Теоретичні відомості

Поняття про зоровий аналізатор

Зоровий аналізатор та колір

Відчуття світла виникає у результаті впливу електромагнітних хвиль довжиною 380-780 нанометрів (1 нм = 10^-9 м) на рецепторні структури зорового аналізатора. Хвилі, що перебувають всередині зазначеного діапазону і відрізняються довжиною, створюють відчуття різного кольору. Межі довжин хвиль, що відповідають певним кольорам, наступні: 380-455 нм – фіолетовий; 455-470 нм – синій; 470-500 нм – блакитний; 500-550 нм – зелений; 550-590 нм – жовтий; 590-610 нм – оранжевий; 610-780 нм – червоний. Око людини розрізняє сім вище зазначених основних кольорів і близько 150 відтінків. Одні колбочки містять пігмент, який реагує на червоний колір, пігмент інших колбочок чутливий до зеленого, ще інших – до блакитного. Найбільшу чутливість око людини має до коливань з довжиною хвилі 555 нм (жовто-зелений колір).

У техніці встановлено чотири сигнальних кольори: червоний, жовтий, зелений і синій. Червоний колір сигналізує про безпосередню небезпеку, щоб звернути увагу на існуючу небезпеку або перешкодити її виникненню (кнопки «стоп», огородження, балони із горючими газами). Жовтий застосовується для попередження небезпеки; наприклад, для знаків, що показують робити саме так. Нормальний режим роботи приладів, машин і різного обладнання позначається зеленими лампами. Для транспорту зелене світло дозволяє рух. Синій колір застосовують для фарбування вказівних символів і знаків.

Відомо, що кольори по-різному діють на психіку людини, викликають певні емоції. Наприклад, жовтий – теплий, веселий колір, викликає добрий настрій, стимулює мозкову діяльність; зелений – заспокійливо діє на нервову систему, знімає головний біль, втому; голубий нагадує про воду, свіжий і прозорий, зменшує втому, регулює ритм серця; червоний – гарячій, енергійний, збільшує вміст адреналіну в крові, підвищує працездатність; фіолетовий – покращує роботу серця, судин, легень, збільшує витривалість організму; білий – холодний; сірий – діловий, сумовитий, здатний викликати апатію, нудьгу; чорний – похмурий, важкий, різко знижує настрій. Велике значення має колір при оформленні квартир, будинків, при доборі одягу. Колір одягу може впливати не тільки на настрій, але на самопочуття людини.

Гострота, глибина та поле зору

Слід відмітити, що зоровий аналізатор має велику адаптацію, вона триває 8-10 хвилин. За сприйняттям об’єктів у тривимірному просторі розрізняють поняття “гострота зору”, “глибина зору” і “поле зору”.

Для того, щоб бачити предмети, необхідно чітко розрізняти їх контури. Така здатність ока називається гостротою зору. Гострота зору вимірюється мінімальним кутом (від 0,5 до 12-14⁰ ), при якому дві точки ще сприймаються окремо на відстані 5 м. Бінокулярне поле охоплює по горизонталі – 120-160⁰, по вертикалі вгору – 55-60⁰, вниз – 65-72⁰, всередину 60⁰. При сприйнятті кольорів поле зору звужується; воно менше для синього та жовтого, ще менше для червоного, мінімальне − для зеленого (менше 20-40⁰).

Своєрідними характеристиками зорового аналізатора є інерція зору, зорове відображення (міражі, ілюзії) і видимість. Відчуття, викликане світловим сигналом, зберігається протягом певного часу після зникнення сигналу. Інерція зору складає 0,1-0,3 с. Завдяки такій інерції зору сигнал при певній частоті блимання сприймається як джерело, що постійно світиться, тобто як безперервний. Це явище використовується в кіно і телебаченні. Інколи на екрані можна побачити, що колеса машини, яка їде, обертаються в протилежну сторону. Це одна із багатьох зорових ілюзій, яку називають стробоскопічним ефектом. При частоті спалаху світла більшій числа обертів механізмів, що обертаються, створюється ілюзія обертання в зворотню сторону або нерухомості, чи уповільненості руху, коли рухомий механізм (об’єкт) періодично опиняється в попередньому положенні. Стробоскопічний ефект небезпечний, особливо при використанні газорозрядних ламп, які є безінерційними.

Можливість розрізнення особливості навколишнього середовища, яке обумовлене ступенем освітленості предметів і прозорістю повітряного середовища, називається видимістю. Зона оптимальної видимості: вгору – 25⁰, вниз – 35⁰, вправо та наліво – по 32⁰. Видимість залежить від часу доби і стану атмосфери. Вона понижується в теплий час доби, а також в дощ, снігопад, туман. Помилка оцінки віддаленості об’єктів (на відстані до 30 м) становить приблизно 12% відстані. Видимість будь-якого предмета на робочому місці залежить від освітленості, розміру предмета, його яскравості та контрасту з фоном.

Гігієнічна характеристика освітленості

Освітлення – важливий показник гігієни праці. На органи зору припадає понад 90% інформації зовнішнього світу, яку отримує людина. У зв’язку з цим її якість у більшій мірі залежить від освітлення. Неякісне освітлення викликає втому організму, може стати причиною виробничого травматизму. При поганому освітленні людина швидко втомлюється, працює менш продуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків, професійних захворювань, наприклад, таких як робоча міопія (короткозорість), спазм акомодації (акомодація – пристосування ока до зрозумілого бачення предметів, що знаходяться від нього на неоднаковій відстані за рахунок кривизни кришталика). Надлишок світла, як і його недостатність, шкідливий. Лампи, що сліплять, блиск від них або різка тінь можуть викликати повну втрату орієнтації працюючого, бути фактором ризику нещасних випадків чи захворюваності. Правильно влаштоване освітлення сприяє підвищенню безпеки праці, її продуктивності, зниженню втомленості, травматизму, добре впливає на психологічний стан людини.

Освітлення характеризується кількісними та якісними показниками. До кількісних показників відносять світловий потік, силу світла, освітленість і яскравість.

Світловий потік(Ф) – частина променевої енергії, яка сприймається зором людини за світловим відчуттям.

Одиницею світлового потоку є люмен (лм) – світловий потік від еталонного точкового джерела в одну канделу (міжнародну свічку), розташованого у вершині тілесного кута в 1 стерадіан.

Сила світла(І)– величина, яка оцінює просторову щільність світлового потоку і представляє собою відношення світлового потоку (Ф) до тілесного кута (ω), в межах якого він розподіляється:

За одиницю сили світла прийнята кандела (кд) – сила світла точкового джерела, що випромінює світловий потік в 1 лм, який рівномірно розподіляється в середині тілесного кута в 1 стерадіан.

Освітленість(Е) – характеризує поверхневу щільність світлового потоку і представляє собою відношення світлового потоку (Ф) до площі поверхні (S), на яку падає світловий потік:

Яскравістьповерхні (Я)– відношення сили світла (І), що випромінюється поверхнею в даному напрямку, до площі поверхні, що світиться:

де α –кут між нормаллю до елемента поверхні (S) і напрямком, для якого визначається яскравість. Одиницею яскравості є ніт (нт) – яскравість поверхні, що світиться і від якої в перпендикулярному напрямку випромінюється світло силою в 1 канделу з 1 м².

Коефіцієнти відбиття (α), поглинання (β), пропускання (γ) світла – це відношення відповідно відбитого, поглинутого, пропущеного потоку світла до світлового потоку, що падає на поверхню:

До якісних показників освітлення відносять фон, видимість, контраст об’єкту з фоном, коефіцієнт пульсації освітлення.

Фон – поверхня, яка прилягає безпосередньо до об’єкту розпізнавання або поверхня, на якій він розглядається. Фон характеризується здатністю відбивати світловий потік і вважається світлим при α > 0,4, середнім – при α = 0,2-0,4 і темним – при α < 0,2.

Видимість– здатність зору людини сприймати об’єкт при освітленості від 0,1 до 100000 лк.

Важливою характеристикою освітленості є контраст об’єкту розпізнавання з фоном (К_о), який визначається відношенням абсолютної величини різниці між яскравістю об’єкта, що розглядається (крапка, лінія та інші елементи, що потребують розпізнавання в процесі роботи) і фону до яскравості фону. Контраст між об’єктом та фоном визначається за формулою:

де Я_ф, Я_о – відповідно яскравість фону і об’єкту.

Розрізняють малий, середній і великий контрасти об’єкту з фоном. Малий – при К_о<0,2 (фон і об’єкт мало відрізняється по яскравості), середній – при Я_о=0,2-0,5 (фон і об’єкт помітно відрізняються по яскравості), великий при К_о>0,5 (фон і об’єкт різко відрізняється по яскравості).

Якість освітлення при використанні газорозрядних ламп характеризується також коефіцієнтом пульсації освітлення (К_п), який характеризує амплітуду коливань освітленості в результаті зміни в часі світлового потоку газорозрядних ламп при живленні їх змінним струмом:

де Е_max, Е_min–відповідно максимальне і мінімальне значення освітленості за період її коливання, лк; Е_сер – середнє значення освітленості за той же період, лк. Залежно від системи освітлення і розряду зорових робіт К_п не повинен перевищувати 10-20%.

Природне освітлення створюється природними джерелами світла. Розрізняють бокове, поверхневе і комбіноване освітлення. Природне освітлення сприятливо впливає на органи зору, стимулює фізіологічний процес, підвищує обмін речовин та покращує розвиток організму в цілому. Сонячне випромінювання знезаражує повітря, очищуючи його від збудників багатьох хвороб (наприклад, вірусу грипу). Крім того, природне світло має і психологічну дію, створюючи в приміщенні для працівників відчуття безпосереднього зв’язку з довкіллям. У зв’язку з різким коливанням природного світла протягом короткого проміжку часу, його залежності від часу дня, пори року, метеорологічних умов, світлового клімату, площі та орієнтації світлових отворів, ступені чистоти скла, пофарбування стін і стелі та глибини приміщення, встановити абсолютне значення природної освітленості неможливо. Тому за критерій природної освітленості прийнята відносна величина – коефіцієнт природної освітленості (КПО), який становить відношення освітленості в даній точці характерного розрізу приміщення Е_вн до одночасного значення зовнішньої освітленості Е_зовн, яка створюється світлом повністю відкритого небосхилу (непрямим сонячним світлом) і виражається у відсотках:

КПО показує, яку долю зовнішньої освітленості складає освітленість у даній точці приміщення.

Освітлення приміщення природним світлом характеризується КПО ряду точок, які розташовані в характерному перетині приміщення на віддалі 0,8 м від підлоги.

Характерний перетин приміщення – це вертикальний перетин, перпендикулярний площині вікон, який проходить через найбільш завантажені робочі місця чи місця, де встановлено більше всього обладнання. В аудиторіях, класних кімнатах він проходить посередині приміщення.

На рис. 9.1 показані криві розподілення коефіцієнтів природної освітленості в приміщенні.

При боковому односторонньому освітленні нормується мінімальне значення КПО в точці, розташованій на віддалі 1 м від стіни, протилежній вікнам, на перетині вертикальної площини характерного перетину приміщення і умовної робочої поверхні, яка знаходиться на віддалі 0,8 м від підлоги.

При двосторонньому боковому освітленні нормується мінімальне значення КПО в точці посередині приміщення на перетині вертикальної площини в характерному перетині приміщення і умовної робочої поверхні, яка знаходиться на віддалі 0,8 м від підлоги.

 а                                       б

Рис. 9.1. Схеми розподілення коефіцієнтів природної освітленості по перетину приміщення:

а – при односторонньому боковому; б – при двосторонньому боковому.

При верхньому і комбінованому освітленні нормується значення КПО в 2-х точках, які розташовані на віддалі 1 м від стін або перегородок на перетині вертикальної площини характерного перетину приміщення і умовної робочої поверхні, яка знаходиться на віддалі 0,8м від підлоги. Мінімальне значення КПО нормується при боковому освітленні від 3,5 до 0,5%, при верхньому і комбінованому освітленні від 10 до 2%.

Нормовані значення КПО визначаються відповідно до СНиП 11-4-79 (чинний на сьогодні в Україні, затверджений ще в 1979 році і переглядався в 1985 році). Вони залежать від характеру зорової роботи, виду освітлення, стійкості снігового покрову і поясу світлового клімату. З метою врахування особливостей світлового клімату в різних географічних пунктах вся територія колишнього СРСР зонована на 5 поясів світлового клімату (табл. 1, додаток).

Нормоване значення КПО (e_н) для будівель, розташованих в І, ІІ, ІV, та V поясах світлового клімату, визначається за формулою

(9.8)

де  – значення КПО (табл.2, додаток), m – коефіцієнт світлового клімату (табл. 3, додаток), с – коефіцієнт сонячності клімату (табл. 4, додаток).

Нормами встановлено вісім розрядів зорових робіт – від робіт найвищої точності (І розряд) до робіт, пов’язаних із загальним спостереженням за ходом виробничого процесу (VІІІ) розряд. В основі визначення КПО для перших семи розрядів покладено розмір об’єкта розпізнавання, під яким розуміють предмет, що розглядається, або ж його частину, а також дефект, який необхідно виявити (наприклад, нитка тканини, крапка, лінія, пляма, риска). Враховують також характеристику зорової роботи та її розряд. Характеристика підрозрядів зорових робіт (розряди І-V) приведена у табл.5 (додаток).

Розрахунок природного освітлення полягає у визначенні площі світлових отворів (вікон, ліхтарів) у відповідності з нормованим значенням КПО.

Розрахунок площі світлових отворів при боковому освітленні проводиться за допомогою наступного співвідношення (СниП 11-4-79)

(9.9)

де S_в – площа світлових отворів вікон; S_n – площа підлоги; e_n– нормоване значення КПО; К_з – коефіцієнт запасу (для виробничих приміщень К_з=1,3-1,5); ŋ_в– світлова характеристика вікон (визначається за табл. 6, додаток); К_буд – коефіцієнт, що враховує затінення вікон будівлями, які розташовані напроти (К_буд=1,0-1,7; визначається за табл.7, додаток); τ_з – загальний коефіцієнт світлопропускання з врахуванням затемнення (τ_з = 0,15-0,6); r – коефіцієнт, що враховує підвищення КПО завдяки світлу, яке відбивається від поверхонь приміщення та поверхневого шару, що прилягає до будівлі – земля, трава (r = 1-10).

Визначені за допомогою розрахунку розміри світлових отворів допускається змінювати на (+5), (-10) %.

Забруднення скла світлових отворів, стін та стелі може знизити освітленість приміщень у 1,5-2 рази. Тому необхідно регулярно проводити очищення скла (не рідше 2-х разів у рік для приміщень з незначним виділенням пилу і не рідше 4-х разів – при значному виділенні пилу) і фарбування стін і стелі (не рідше одного разу у рік).

Штучне освітленняпередбачається у всіх виробничих, побутових приміщеннях, де недостатньо природного світла, а також для освітлення приміщень у темний період доби. Створюється воно лампами розжарювання чи газорозрядними. За призначенням поділяється на робоче, аварійне, евакуаційне, охоронне і чергове.

Робоче освітлення призначене для забезпечення навчально-виробничого процесу, переміщення людей і є обов’язковим для всіх виробничих приміщень; буває загальне, місцеве і комбіноване.

Загальне – це освітлення, при якому світильники розміщуються у верхній зоні приміщення (не нижче 2,5 м над підлогою) рівномірно (загальне рівномірне освітлення) або з врахуванням розташування робочих місць (загальне місцеве освітлення).

Комбіноване освітлення складається із загального та місцевого. Його доцільно застосовувати при роботах високої точності, а також, якщо необхідно створити певний або змінний в процесі роботи, напрямок світла. Місцеве освітлення призначене для освітлення лише робочих місць. Застосування лише місцевого освітлення не допускається з огляду на небезпеку виробничого травматизму та професійних захворювань.

Найменша освітленість робочих поверхонь у виробничих приміщеннях регламентується СНиП 11-4-79 і визначається, в основному, характеристикою зорової роботи (табл.2, додаток). Норми носять міжгалузевий характер. На їх основі, як правило, розробляють норми для окремих галузей промисловості. Норми виходять з того, що основним джерелом світла являються газорозрядні лампи, але в деяких випадках дозволяється використання ламп розжарювання.

За СНиП 11-4-79 усі зорові роботи поділено на вісім розрядів, із яких перших шість характеризуються розмірами об’єкту розпізнавання. Для І-V розрядів, які крім того мають ще і по чотири під розряди (а, б, в, г), нормовані значення освітленості залежать не лише від найменшого розміру об’єкта розпізнавання, але і від контрасту об’єкта з фоном та характеристики фону. Найбільша нормована освітленість становить 5000 лк (розряд 1а), найменша – 30 лк (розряд VІІІв – загальне періодичне спостереження за процесом при періодичному перебуванні людей в приміщенні). При такому освітленні не можна спостерігати за показами будь-яких приладів і проводити записи.

Для перших чотирьох розрядів рекомендується використовувати комбіновану систему освітлення в зв’язку з тим, що для досягнення необхідної освітленості при загальній системі освітлення потребує надто великих витрат електричної енергії. Водночас, освітленість при загальному освітленні повинна знаходитись в межах 150-500 лк для газорозрядних ламп і 50-150 лк для ламп розжарювання.

Більшість зорових робіт, що виконуються в вищих навчальних закладах – це роботи середньої і високої точності.

Необхідно пам’ятати, що штучне освітлення нормується в люксах, а природне – у відсотках. При комбінованому освітленні окремі норми встановлені на долю природного освітлення, а доля штучного освітлення нормується так як і одне штучне освітлення.

Для розрахунку штучного освітлення основним є метод світлового потоку (коефіцієнту використання). Коефіцієнт використання ( ) – це відношення світлового потоку, що падає на розрахункову площу (Ф_р) до сумарного світлового потоку джерел світла:

(9.10)

де Ф_л – світловий потік лампи, лм; n – кількість ламп.

Метод світлового потоку призначений для розрахунку загального рівномірного освітлення горизонтальних поверхонь і дозволяє враховувати як прямий світловий потік, так і відбитий від стіни та стелі.

Розрахунок проводиться за формулою:

(9.11)

де Ф_л – світловий потік лампи світильника, лм; Е_н – нормована освітленість, лк (приймається відповідно до СНиП 11-4-79, табл. 2, додаток); S – площа приміщення, що освітлюється, м² ; Z – коефіцієнт нерівномірності освітлення (Z = 1,15 для ламп розжарювання та ДРЛ; Z = 1,1 – для люмінесцентних ламп). Коефіцієнт Z можна розрахувати за формулою:

К_з – коефіцієнт запасу, що враховує зниження освітленості в результаті забруднення та старіння ламп. Значення К_ззалежить від характеристики приміщення. Наприклад, для приміщень громадських і житлових будівель (кабінети і робочі приміщення, житлові кімнати, навчальні приміщення, читальні зали, зали нарад, торгівельні зали), значення К_з при освітленні газорозрядними лампами К_з = 1,5, лампами розжарювання – К_з = 1,3; N – кількість світильників; n – кількість ламп у світильнику;  – коефіцієнт використання світлового потоку.

Коефіцієнт  визначається за світлотехнічними таблицями залежно від показника приміщення і, коефіцієнтів відбиття стін та стелі. Показник приміщення ірозраховується за формулою:

(9.13)

де а і в – ширина і довжина приміщення, м; h – висота підвісу світильника над робочою поверхнею, м.

Обчисливши індекс приміщення, вибравши тип світильника і оцінивши коефіцієнт відбиття стін, стелі і підлоги, знаходять значення коефіцієнта використання світлового потоку. Після цього обчислюють світловий потік лампи (Ф_л) і вибирають найближчу стандартну лампу, визначають її потужність, а далі потужність всієї освітлювальної установки.

Після проектування і монтажу освітлення здійснюють його перевірку. Якщо фактична освітленість відрізняється від розрахункової більш ніж на +20% і –10%, тоді змінюють схему розташування світильників або потужність ламп.

Найбільш простим методом розрахунку освітленості є наближений метод за питомою потужністю. Питома потужність – це відношення сумарної потужності джерел світла до площі поверхні, що освітлюється.

Потужність однієї лампи Р_л (Вт) визначається за формулою:

(9.14)

де Р – питома потужність, Вт/м²; S – площа приміщення, м²; N – число ламп в освітлювальній установці.

Для розрахунку використовуються таблиці питомої потужності з урахуванням нормованого значення освітленості Е_н, площі приміщення S, типу світильника, висоти підвісу світильника h_p, коефіцієнту відбиття стелі ρ_стелі , стін ρ_стін і підлоги ρ_підл.

Приклад

Визначити потужність освітлювального пристрою та кількість світильників у приміщенні з розмірами 6×5 м при умові створення на робочих місцях загальної рівномірної освітленості в 300 лк. Світильники типу ШОД з двома лампами ЛБ-40, потужність 40 Вт кожна знаходиться на висоті h=2,0 м над робочими поверхнями. Коефіцієнт запасу К_з = 1,5. Побілка в приміщенні – світла (ρ_стелі = 70%, ρ_стін = 50%, ρ_підл = 10%).

З таблиці 10, додатку знаходимо значення питомої потужності при заданих параметрах – ρ_табл = 5,2 Вт/м².

Оскільки табличне значення питомої потужності відповідає освітленості 100 лк, а нормована освітленість становить 300 лк, тому необхідно зробити перерахунок:

Потужність освітлювальної установки в приміщенні рівна:

Число світильників в приміщенні становить

де n – число ламп у світильнику, Р_л – потужність однієї лампи.

Приймаємо 6 світильників (2 ряда по 3 в кожному).

Порядок виконання роботи