Искусственное освещение: функциональное назначение, гигиеническое нормирование. Источники света, светильники.

Искусственноеосвещение по конструктивному исполнению (виду) подразделяется на: общееосвещение, при котором световой поток поступает через источники света, расположенные в верхней зоне помещения; местноеосвещение, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах;комбинированноеосвещение, когда к общему освещению добавляют местное.

По функциональному назначению искусственное освещение может быть рабочим, аварийным, эвакуационным, охранным и дежурным. Рабочееосвещение служит для обеспечения нормальной работы персонала. Аварийноеосвещение применяется для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. Аварийное освещение необходимо в том случае, когда происходит длительное нарушение технологического режима или нормального обслуживания оборудования, что может привести к отравлению людей, взрыву или пожару в помещении. Величина освещенности аварийного освещения должна составлять 5% от рабочего освещения, но не менее 2 лк в помещении и 1лк на открытой территории. Эвакуационноеосвещение служит для эвакуации людей из помещения при возникновении аварийной ситуации. Эвакуационное освещение устанавливается вдоль основных проходов помещения, лестничных клеток и т. д. Освещенность для эвакуации из помещения должна быть не менее 0,5 лк, в местах основных проходов и на ступенях лестницы не менее 0,2 лк. Аварийное и эвакуационное освещение называют освещением безопасности, оно должно подключаться к независимым источникам электроснабжения. Охранное и дежурноеосвещение служит для освещения помещений и промышленной площадки предприятия в нерабочее время. Оно выполняется как часть рабочего или аварийного освещения. Минимальная освещенность должна быть 0,5 лк.

Для искусственного освещения нормы приводятся в единицах измерения освещенности люксах (лк).

Для искусственного освещения нормируется минимальная освещенность Е_мин в люксах.

Минимальная освещенность рабочих мест устанавливается в зависимости от характера зрительныхработ, типа источников света, системы освещения и условий внешней среды. Характер зрительных работопределяется точностью зрительных работ и их подразрядом. Подразряд зрительных работзависит от характеристики фона и контраста объекта различения с фоном.

Любые предметы, поверхности мы видим потому, что они отражают падающий на них свет. Способность поверхности отражать падающий на нее световой поток характеризуется коэффициентом отражения.

Коэффициент отражения (ρ)определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр к падающему на нее потоку Ф_пад и находится по формуле

Коэффициент отражения характеризует фон. Фон– поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Чем меньше коэффициент отражения поверхности отличается от объекта различения, тем хуже условия для работы зрительного анализатора (глаз). Коэффициент отражения изменяется в пределах от 0,02 для черного бархата до 0,95 для мела. В зависимости от коэффициента отражения фон может быть:темным (ρ ≤ 0,2), средним (0,2 < ρ ≤ 0,4) и светлым (ρ > 0,4).

Между объектом различения и фоном возникает контраст, так как они обладают разной отражающей способностью.

Контраст между объектом и фоном –это отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта (L_о) и фона(L_ф) к яркости фона (L_ф), выражается формулой

Контраст объекта различения с фоном может бытьбольшим (К > 0,5), средним (0,2 <K ≤ 0,5) и малым (К ≤ 0,2).

В зависимости от сочетания характеристики фона и контраста объекта с фоном нормами установлено четыре подразряда, обозначаемые буквами «а», «б», «в» и «г». Для каждого подразряда нормируется величина минимальной освещенности, чем выше подразряд («а»), тем выше величина нормируемой освещенности, так как выполняемая зрительная работа требует большого напряжения зрения.

Для искусственного освещения производственных помещений применяют лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные и энергосберегающие лампы.

Лампы накаливания относят к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

В газоразрядных лампахизлучение видимого диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

Для газоразрядных ламп значения минимальной освещенности выше, чем для ламп накаливания, из-за большей светоотдачи этих ламп. Для газоразрядных ламп установлены предельные значения коэффициента пульсации.

При выборе светильника и сравнении источников света друг с другом учитывают следующие параметры:

-электрические– это номинальное напряжение U (B), электрическая мощность лампы N (Вт);

-светотехнические– это световой поток Ф (лм), максимальная сила светаI (кд),спектральный состав излучения;

- эксплуатационные и экономические– световая отдача и срок службы.

Световая отдача ( – это отношение светового потока лампы к ее мощности, Световая отдача рассчитывается по формуле

Срок службы лампы оценивают, как полный, так и полезный, когда световой поток изменится не более чем на 20 %.

Лампы накаливаниянаходят широкое применение в промышленности, так как обладают следующими преимуществами:

простотой конструкции, низкой инерционностью при включении, отсутствием дополнительных пусковых устройств, надежностью в работе при колебаниях напряжения и при различных метеоусловиях.

Лампы накаливания имеют следующие недостатки:

- низкие экономические показатели по световой отдаче и сроку службы;

- низкие светотехнические показатели по спектральному составу, так как в спектре излучения преобладают красный и желтый цвет, что искажает светопередачу. Но они имеют невысокую стоимость, их чаще применяют для работ VIII разряда, для переносного освещения, для местного освещения рабочих мест, для взрывоопасных помещений, для аварийного и эвакуационного освещения.

Некоторые недостатки ламп накаливания исправлены в, так называемых, галогенных (йодных) лампах. Колба такой лампы изготовлена из кварцевой трубки и заполняется смесью инертных газов с примесью солей йода. Давление газа в лампе 0,7–1,2 МПа. При нагревании нити накала вольфрам испаряется и при охлаждении у стенок колбы реагирует с парами йода. Около стенок лампы образуется высокая концентрация йодида вольфрама, за счет диффузии он перемещается к нити накала, где при нагревании разлагается на исходные вещества WI₂ = W + I₂и вольфрам оседает на теле накала. Такой регенеративный цикл позволяет повысить температуру нити накала до 3000ºС без ущерба для срока службы и изменить спектр излучения, приблизив его к естественному свету. В йодных лампах удалось повысить светоотдачу до 30 лм/Вт и увеличить срок службы до 2000–3000 часов.

Но в ряде случаев эти достоинства превращаются в недостатки, которые препятствуют их широкому применению. Эти лампы очень компактны, в 50–100 раз меньше простых ламп накаливания, они имеют большую мощность более 1000 Вт. Такая лампа имеет размер авторучки и высокую стоимость. Лампа требует точной установки по горизонтали, чтобы регенеративный цикл происходил по всему сечению лампы. Эти лампы сложны в обращении, если тронуть ее рукой, то от пота она растрескивается. Поэтому галогеновые лампы применяют в мощных осветительных установках для наружного освещения, на стадионах, при киносъемках, телепередачах.

Основные преимущества газоразрядных лампсостоят в том, что они имеют высокие экономические и светотехнические показатели:

- большую световую отдачу ;

- большой срок службы, для некоторых типов он достигает 8–12 тысяч часов;

- от них можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответственным образом инертные газы, пары металлов и люминофоры.

Основным недостаткомгазоразрядных ламп является пульсация светового потока, что может привести к появлению стробоскопического эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия. Пульсация светового потока возникает из-за колебаний питающего напряжения переменного тока. Стробоскопический эффект проявляется в том, что искажается восприятие движущегося предмета, когда он может казаться неподвижным, движущимся в обратном направлении или движущимся с меньшей скоростью. А это может привести к увеличению травматизма. К недостаткам этих ламп следует отнести также:

- длительный период разгорания, у некоторых ламп это занимает 10–15 минут;

- необходимость применения специальных пусковых приспособлений, облегчающих зажигание ламп;

- зависимость работоспособности от температуры окружающей среды, при низких температурах они разгораются медленнее;

- лампы могут создавать радиопомехи, исключение которых требует специальных устройств.

Ртутныегазоразрядные лампы дают сине-зеленый свет, так как в спектре преобладает ультрафиолетовое излучение. Эти лампы применяют в качестве бактерицидных ламп. Ксеноновыелампы дают благоприятный спектр излучения, почти совпадающий с естественным освещением. Однако они имеют недостаток из-за присутствия в спектре ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Поэтому их используют чаще для наружного освещения, а внутри помещений – только мощностью до 100 Ватт.

Самыми распространенными газоразрядными лампами являются люминесцентные лампы, выполненные в форме цилиндрической трубы. Лампа заполнена аргоном и парами ртути. В них используется дуговой разряд в парах ртути при низком давлении – 0,01 мм рт. ст. Внутренняя поверхность трубки покрыта слоем люминофора, который служит для преобразования ультрафиолетового излучения ламп в видимый свет. Применяя разные люминофоры для таких ламп можно получить любой желаемый спектр излучения светового потока, например:

ЛД– (дневного света) дает цветность небосвода;

ЛБ– (белого цвета) дает спектр цветности небосвода с белыми облаками;

ЛХБ – (холодно-белого цвета) дает промежуточный спектр между лампами ЛД и ЛБ;

ЛТБ – (тепло-белого цвета) дает промежуточный спектр между лампами накаливания (ЛН) и ЛБ;

ЛДЦ– лампа дневного цвета с улучшенной цветопередачей.

Существуют и комбинированные газоразрядные лампы, которые используют свечение газа и люминесценцию, например:

ДРЛ– дуговая ртутная люминесцентная, ее недостаток – неудовлетворительная цветность исправляется введением в состав газового наполнения солей галлия, натрия и получается лампа ДРИ– дуговая ртутная с исправленной цветопередачей;

ДНаТ– натриевая лампа обладает самой высокой светоотдачей, дает желтый монохроматический цвет. Цветность совпадает с цветностью солнечного луча. Желтый монохроматический цвет обеспечивает высокую разрешающую способность для зрения, хорошее прохождение луча в тумане. Это позволяет применять ее для наружного освещения, для освещения автострад и туннелей.

Новыми источниками света являются светодиодные лампы и энергосберегающие лампы. В светодиоднойлампе видимый свет получается в результате прохождения электрического тока через полупроводник. Светодиодные лампы имеют высокие экономические и светотехнические показатели: большую световую отдачу ψ до 150 Вт/м², большой срок службы, в 30 раз больше по сравнению с лампами накаливания; от них можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая материал полупроводника.

Основной недостатокэтих ламп – высокая цена по сравнению с лампами накаливания.Светодиодное освещение может применяться как встроенное потолочное освещение на промышленном предприятии, в общественных зданиях (театры, музеи, больницы).

Светильник– это осветительный прибор, который состоит из источника света, пускорегулирующего устройства и арматуры. Осветительная арматура в светильнике решает ряд задач:

- отражатели и диффузоры обеспечивают распределение светового потока от источника света,

- матовое покрытие, например, ламп накаливания, ограничивает их видимую яркость,

- арматура в светильнике изолирует источники света от неблагоприятной внешней среды (запыленной, влажной, химически активной, взрывоопасной), либо, наоборот, защищает от источников света среду «чистых» помещений. Арматура служит для крепления и питания источника света, а также для архитектурно-художественного оформления помещения.