Производственное освещение

Производственное освещение

 

16.1. Основные характеристики

производственного освещения

Производственное освещение —  неотъемлемый элемент ус­ловий трудовой деятельности человека. При правильно органи­зованном освещении рабочего места обеспечивается сохранность зрения человека и нормальное состояние его нервной системы, а также безопасность в процессе производства. Производитель­ность труда и качество выпускаемой продукции находятся в прямой зависимости от освещения.

Видимый свет — это электромагнитные волны с длиной вол­ны от 770 до 380 нм[10]. Он входит в оптическую область электро­магнитного спектра, который ограничен длинами волн от 10 до 340 000 нм. Кроме видимого света в оптическую область входит ультрафиолетовое излучение (длины волн от 10 до 380 нм) и инфракрасное (тепловое) излучение (от 770 до 340 000 нм).

С физической точки зрения любой  источник света — это скопление  множества возбужденных или непрерывно возбуж­даемых атомов. Каждый отдельный атом вещества является ге­нератором световой волны.

С физиологической точки зрения свет является возбудителем органа зрения человека (зрительного анализатора). Человече­ский глаз различает семь основных цветов и более сотни их от­тенков. Приблизительные границы длин волн (нм) и соответст­вующие им ощущения (цвета) следующие:

380 - 455 – фиолетовый                      540 - 590 – желтый

455 - 470 - синий                                  590 - 610 -  оранжевый

470 - 500 - голубой                                 610 - 770  - красный

500 – 540 -  зеленый                                                              

Наибольшая чувствительность органов  зрения человека при­ходится на излучение с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет).

Введем основные световые величины, позволяющие количе­ственно описать видимое излучение.

Часть лучистого потока, воспринимаемая органами зрения человека как свет, называется световым потоком, обозначается буквой Ф и измеряется в люменах (лм). С физической точки зрения световой поток — это мощность видимого излучения, т.е. световая энергия, излучаемая по всем направлениям за единицу времени. Но так как измерение светового  потока основывается на зрительном восприятии, то световой поток — величина не только физическая, но и физиологическая.

Пространственную плотность светового  потока называют си­лой света и измеряют в канделах (кд). Она характеризует нерав­номерность распространения светового потока в пространстве и определяется выражением:

 

Единицей меры телесного угла является телесный угол, вы­резающий из сферы (с центром в вершине угла) площадь, рав­ную площади квадрата, построенного на радиусе. Такой телес­ный угол называют стерадианом (ср). Полный телесный угол вокруг точки равен 4n ср, поэтому сила света точечного источ­ника:

следующая светотехническая величина — это освещенность. Освещенностью  поверхности Е называется величина, измеряемая отношением светового потока dФ, падающего на поверхность dS, к величине поверхности dS, т. е.

Освещенность измеряется в люксах (лк). Освещенность мо­жет быть выражена и через силу света. Так, для точечного ис­точника света:

Яркость используется для характеристики протяженного ис­точника света, обладающего светящейся поверхностью dS. Яр­кость протяженного источника света L определяется отношени­ем силы света в данном направлении dl к поверхности источни­ка, видимой по этому направлению, либо отношением светового потока АФ к произведению телесного угла dЈl, внутри которого излучается поток, на видимую поверхность источника света:

  Яркость измеряется в кд/м2.

Кроме перечисленных выше светотехнических величин ис­пользуют коэффициент  отражения, характеризующий способ­ность поверхности отражать падающий на нее световой поток:

Как следует из определения, р — безразмерная величина.

Рассмотренные светотехнические величины относятся к ко­личественным показателям производственного освещения.

Различают следующие виды производственного освещения: естественное, искусственное и совмещенное. Естественное ос­вещение осуществляется за счет прямого и отраженного света . неба. С физиологической точки зрения естественное освещение наиболее благоприятно для человека. Естественное освещение в течение дня меняется в достаточно широких пределах в зависи­мости от состояния атмосферы (облачность).

Различают боковое естественное освещение  — через свето­вые проемы (окна) в наружных стенах и верхнее естественное

освещение, при котором световой поток поступает через свето­вые проемы, расположенные в верхней части (крыше) здания (аэрационные и зенитные фонари и т.д.)- Если используется оба вида освещения, то оно называется комбинированным.

Для характеристики естественного  освещения используется коэффициент  естественной освещенности (КЕО):

Величины КЕО для различных  помещений лежат в пределах 0,1-12%.

Искусственное  освещение  осуществляется   электрическими лампами или прожекторами. Оно может быть общим, местным  или комбинированным. Общее предназначено  для освещения всего производственного  помещения. Местное при необходимости  дополняет общее и концентрирует  дополнительный световой поток на рабочих  местах. Сочетание местного и общего освеще­ния называют комбинированным.

Если в светлое время суток  уровень естественного освещения  не соответствует нормам, то его  дополняют искусственным. Та­кой вид  освещения называют совмещенным.

По функциональному назначению различают следующие ви­ды искусственного освещения: рабочее, аварийное, эвакуацион­ное, охранное и дежурное.

 

16.2. Создание требуемых  условий освещения на рабочем  месте

Для создания наилучших условий  для видения в процессе труда  рабочие места должны быть нормально  освещены. Тре­буемый уровень освещенности в первую очередь определяется точностью выполняемых работ и степенью опасности травмирования. Для характеристики точности выполняемых работ вво­дится понятие объекта различения — это наименьший размер рассматриваемого предмета, который необходимо различить в процессе работы. Например, при выполнении чертежных работ объектом различения служит толщина самой тонкой линии на чертеже, при работе с печатной документацией — наименьший размер в тексте имеет точка и т.д.

Большое значение имеет характер фона, на котором рассмат­риваются объекты, т. е. поверхности, непосредственно приле­гающей к объекту различения, и контраст объекта с фоном, ко­торый определяется соотношением яркостей рассматриваемых объекта и фона.

Количественно фон может быть охарактеризован  коэффици­ентом отражения р светового потока от поверхности, образую­щей фон. Значение р лежит в пределах 0,02—0,95. Если оно пре­вышает 0,4, то фон называется светлым, при р = 0,2—0,4 — средним, при р < 0,2 — темным.

Контраст объекта с фоном (К) определяется по формуле:

При К > 0,5 контраст объекта с фоном считается большим,

   при К = 0,2—0,5 — средним, при К < 0,2 — малым.

   Большое значение имеет  также равномерность распределения  яркости на рабочей поверхности,  отсутствие на ней резких теней,  постоянство величины освещенности  во времени и ряд других  факторов.

Все электрические элементы осветительных  установок долж­ны быть электро-, пожаро- и взрывобезопасными, экономичны­ми и долговечными.

Для создания искусственного освещения применяются раз­личные электрические источники света: лампы накаливания и разрядные источники света. Кратко рассмотрим основные параметры электрических источников света. К числу наиболее важных из них относятся показатели, характеризующие излучение, электрический режим и конструктивные параметры.

Излучение электрических источников света характеризуется,   световым потоком, силой света (силой излучения), энергетической (световой) яркостью и  ее распределением, распределением К излучения по спектру, а также изменением этих величин в зависимости от времени работы на переменном токе. Для характеристики цвета излучения осветительных ламп дополнительно вводятся цветовые параметры.

Электрический режим характеризуется  мощностью лампы, рабочим напряжением  на лампе, напряжением питания, силой  тока и родом тока (постоянный, переменный с определенной частотой и др.).

К конструктивным параметрам ламп относятся  их габарит­ные и присоединительные размеры, высота светового центра, размеры излучающего света, форма колбы, ее оптические свой­ства (прозрачная, матированная, зеркализированная и т.д.), кон­струкция ввода и др.

К эксплуатационным параметрам электрических  источни­ков света относятся эффективность, надежность, экономич­ность и др.

Эффективность источника света  определяется как энергети­ческим кпд преобразования электрической энергии в оптиче­ское излучение, так и эффективным кпд лампы, который пред­ставляет собой долю энергии оптического излучения, превра­щаемую в эффективную энергию приемника (человеческого глаза), т. е. эффективная энергия приемника (человеческого гла­за) представляет собой ту часть энергии оптического излучения, которая вызывает в зрительном анализаторе человека опреде­ленные ощущения.

Надежность источников оптического  излучения характери­зуют полным сроком службы или продолжительностью горения и полезным сроком службы, т. е. временем экономически целе­сообразной эксплуатации лампы. Обычно за эту характеристику выбирают время, в течение которого световой поток, излучае­мый лампой, изменяется не более чем на 20%.

Источники света массового применения должны обладать экономичностью, за которую  обычно принимают стоимость их эксплуатации, отнесенную к одному люмен-часу.

Для освещения производственных помещений  используют либо лампы накаливания (источники теплового излучения), ли­бо разрядные лампы.

К преимуществам ламп накаливания  следует отнести просто­ту их изготовления, удобство в эксплуатации. Эти лампы вклю­чаются в электрическую сеть без использования каких-либо до­полнительных устройств. Основные недостатки — небольшой срок службы (≈2,5 тыс. ч) и невысокая светоотдача. Кроме того, спектр ламп накаливания, в котором преобладают желтые и красные лучи, значительно отличается от спектра естественного

(солнечного) света, что вызывает  искажение цветопередачи и не  позволяет использовать данные  лампы для освещения тех работ,  для которых требуется различение  оттенков цветов.

Для освещения производственных помещений  в настоящее время используют лампы накаливания следующих  типов: ваку­умные (НВ), газонаполненные  биспиральные (НБК), рефлек­торные (HP), являющиеся лампами-светильниками (часть колбы такой лампы покрыта зеркальным слоем), обладающие большой мощностью кварцевые галогенные лампы (КГ) и др.

Разрядные лампы также широко применяются  для освещения производственных помещений. По сравнению с лампами  накали­вания они обладают повышенной световой отдачей, большим сроком службы (до 10 000 ч). Спектр их излучения близок к спек­тру естественного света.

К недостаткам разрядных ламп в  первую очередь следует от­нести пульсацию светового потока (периодическое  его измене­ние при работе лампы), ухудшающую условия зрительной работы. Для стабилизации светового потока необходимо использовать дополнительную аппаратуру. Специальные пусковые устройства применяют для включения разрядных ламп. Кроме того, эти лампы при работе могут создавать радиопомехи, для подавления которых устанавливают фильтры. Все это приводит к повыше­нию затрат при монтаже осветительной сети из разрядных ламп по сравнению с лампами накаливания.

Из разрядных источников света  на промышленных предпри­ятиях широко применяют различные люминесцентные лампы (ЛЛ), дуговые ртутные лампы (ДРЛ), рефлекторные дуговые ртутные лампы с отражающим слоем (ДРЛР) и ряд других.

За рубежом разработаны и  используются для освещения ком­пактные люминесцентные лампы. Особенностью этих разрядных ламп является то, что они предназначены для непосредственной замены ламп накаливания, так как снабжены стандартным резь­бовым цоколем и могут вворачиваться в электрический патрон, как обыкновенные лампы накаливания. Компактные люминес­центные лампы дают большую экономию электроэнергии. Совре­менные разрядные источники света постепенно вытесняют из обихода лампы накаливания. В развитых странах мира разрядные лампы создают более половины светового потока и предполагает­ся, что в будущем эта доля будет возрастать.

Источники света располагаются в специальной осветитель­ной аппаратуре, основная функция которой — перераспределение светового потока лампы с целью повышения эффективности осветительной установки. Комплекс, состоящий из источника света и осветительной арматуры, называют светильником или осветительным прибором.

Нормирование освещенности производится в соответствии со СНиП 23-05-95 «Естественное  и искусственное освещение». В  соответствии с данным нормативным  документом в зависимо­сти от степени зрительного напряжения все работы делятся на восемь разрядов (I—VIII) и четыре подразряда (а, б, в, г).

Для определения величин нормированного естественного и искусственного освещения по табл. 1 СНиПа необходимо задать наименьший размер объекта различения, а также характеристику фона и  контраст объекта с фоном. Предположим, выполняется работа средней точности. Фрагмент табл. 1 СНиПа для этого  случая представлен в табл. 16.1.

Работа средней точности характеризуется  тем, что размер наименьшего объекта  различения лежит в пределах от 0,5 до 1 мм. Условимся, что в процессе зрительной работы фон и кон­траст  объекта с фоном средний. По этим данным можно опреде­лить разряд и подразряд зрительной работы (IVB), а также нор­мированные величины освещения. При искусственном освещении величина комбинированной освещенности должна составлять 400 лк, а общей — 200 лк. Соответственно величина КЕО при верхнем или комбинированном естественном освещении должна быть равна 4%, а при боковом — 1,5%. Аналогичные характери­стики при совмещенном освещении составят 2,4 и 0,9%.