Освещение производственных помещений и рабочих мест

Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 380-760 нм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

В производственных помещениях используется три вида освещения:

- естественное (создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющимся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы);

- искусственное (создаваемое электрическими источниками света);

- совмещенное или комбинированное (если в светлое время суток уровень естественного освещения не соответствует нормам, то его дополняют искусственным).

Конструктивно естественное освещение подразделяют на:

- боковое (одно- и двустороннее), осуществляемое через световые проемы (окна) в наружных стенах;

- верхнее – через световые проемы в кровле и перекрытиях (аэрационные и световые фонари);

- комбинированное – сочетание верхнего и бокового освещения.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на:

- рабочее (предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений);

- аварийное (при внезапном отключении рабочего освещения (аварии). Минимальная освещенность рабочих поверхностей при аварийном освещении должна составлять 5% нормируемой освещенности рабочего освещения, но не менее 2 лк.);

- сигнальное (для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности либо на безопасный путь эвакуации.);

- охранное (устраивают вдоль границ территорий, охраняемых специальным персоналом. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.);

- эвакуационное (для обеспечения эвакуации людей из производственного помещения при авариях и отключении рабочего освещения. Минимальная освещенность на полу основных проходов и на ступеньках при эвакуационном освещении должна быть не менее 0,5 лк, на открытых территориях – не менее 0,2 лк).

Условно к производственному освещению относят облучение:

- эритемное (при недостаточности солнечного света (северные районы, подземные сооружения. Электромагнитные лучи с длиной волны 297 нм.);

- бактерицидное (для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания. УФ-лучи с длиной волны 254-257 нм).

Источники света, применяемые для искусственного освещения:

Преимущества ламп накаливания: невысокая стоимость, удобство и простота эксплуатации, наличие разнообразных конструкций на разные напряжения и мощности, возможность работы как на переменном, так и на постоянном токе, а также отсутствие пульсации светового потока. Недостатки: низкие значения световой отдачи и средней продолжительности горения, невысокий уровень цветопередачи (кроме галогенных), недостаточная механическая прочность и чувствительность к колебаниям напряжения.

Преимущества газоразрядных ламп: высокая световая отдача, достаточно большой срок службы, хорошие уровни цветопередачи. Недостатки: для зажигания и горения ламп необходимы специальные схемы включения, заметные глазу пульсации светового потока, возникающие при питании ламп от сети переменного тока частотой 50 Гц, которые могут привести к появлению стробоскопического эффекта, поскольку многие виды газоразрядных ламп содержат ртуть, их необходимо утилизировать централизованно.

Преимущества светодиодов: длительный срок службы, компактность, при низком напряжении и очень небольших токах создают высокий уровень освещенности, имеют большую ударную прочность, не дают ни инфракрасного, ни ультрафиолетового излучения, виброустойчивость, богатая цветовая гамма, отсутствие инерционности. Недостатки: высокая стоимость светодиодов – пожалуй, главный их недостаток по сравнению с другими источниками света. Миниатюрность – не всегда достоинство, особенно для светильников. Скажем, для создания объемных светящихся букв больших размеров необходимо объединить в группы множество отдельных светодиодов – только так можно получить яркий и насыщенный свет, привлекающий внимание.

Галогенные лампы дольше служат и потребляют меньшее количество электроэнергии без уменьшения яркости. Но этих причин было бы недостаточно для того, чтобы купить галогенные лампы вместо энергосберегающих люминесцентных. Экономия энергии и срок службы у последних все же ощутимо больше. Своей популярности галогенные лампы достигают благодаря чрезвычайной яркости свечения при миниатюрных размерах. Люминесцентные лампы не дают столь большого количества света на единицу поверхности. Поэтому галогенные лампы называют точечными источниками света. Купить галогенные лампы целесообразно для использования в тех местах, где другие источники освещения просто не поместятся, или там, где это оправдано дизайнерским решением.

Преимущества ксеноновых ламп: значительная светоотдача, которая превосходит светоотдачу галогенных ламп почти в два раза, экономичность, длительный срок службы, ксеноновые лампы меньше греются, что продлевает срок службы автомобильной оптики. Недостатки: возможность ослепления водителей, едущих вам навстречу, при неверно проведенной регулировке фар. Идеальным вариантом была бы установка автоматической коррекции угла падения света. При прекращении работы одной лампы, необходимо одновременно менять другую.

Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05–2010 (СП 52.13330.2011), СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Характеристика зрительной работы определяется наименьшим размером объекта различения (например, при работе с приборами – толщиной линии градуировки шкалы, при чертежных работах – толщиной самой тонкой линии).

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным относятся:

Световой поток (F) – это мощность видимого излучения, т.е. световая энергия, излучаемая по всем направлениям за единицу времени (в связи со зрительным восприятием – величина не только физическая, но и физиологическая), измеряется в люменах (лм).

Сила света (J) –это пространственная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока dF, исходящего от источника и равномерно распределяющегося внутри элементарного телесного угла dΩ, к величине этого угла, измеряется вканделах (кд):

.

Освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, определяется как отношение светового потока dF, равномерно падающего на поверхность dS, к ее площади, измеряется в люксах (лк): Освещенность определяется люксметром.

.

Яркость (L) поверхности под углом α к нормали – это отношение силы света dJ, излучаемой освещаемой поверхностью в каком либо направлении, к площади dS проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению, кд/м² (нт):

.

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель освещенности, спектральный состав света.

Фон– это поверхность, на которой происходит различение объекта. Под объектом различения понимается минимальный элемент рассматриваемого предмета. Фон характеризуется коэффициентом отражения (ρ) – способностью отражать падающий на поверхность свет, он определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока F_omp к падающему на нее F_n;

.

Коэффициент отражения меняется от0,2 до 0,95. При ρ < 0,2 фон считается темным, при ρ = 0,2 – 0,4 – средним; а при ρ > 0,4 – светлым.

Контраст объекта с фоном (k) – степень различения объекта и фона – определяется из соотношения яркостей рассматриваемого объекта и фона:

(при L_o > L_f).

Контраст считается большим при k > 0,5 (объект резко выделяется на фоне); при k = 0,2 – 0,5 - средним (объект и фон заметно отличаются по яркости); при k < 0,2 – малым (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации (k_E) – изменение освещенности поверхности вследствие периодического изменения во времени светового потока источника света:

,

где Е_max, Е_min иЕ_ср – максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп k_E = 25-65%, для ламп накаливания – k_E = 7%, для галогенных ламп – k_E = 1%.

Показатель ослепленности (Р_о) – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой:

,

где V₁ и V₂ – видимость объекта различения соответственно при экранировании и разэкранированнии (наличии ярких) источников света в поле зрения. Экранирование источников света осуществляется с помощью щитков, козырьков и т.п.

Видимость (V) –характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость оценивается числом пороговых контрастов k_nop в контрасте объекта с фоном k:

.

Пороговый контраст (k_nop) – наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым на этом фоне.

Расчет искусственного освещения ведем по методу «светового потока» по формуле

,

где F – световой поток одной лампы, лм; E – нормированная освещенность, лк; S – площадь помещения, м²; z – поправочный коэффициент светильника (z = 1,1¸1,3); k – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации (k = 1,1¸1,3); n – число светильников; u – коэффициент использования, зависящий от типа светильника, показателя (индекса) помещения, коэффициентов отражения. Индекс помещения i определяется по формуле

.

При боковом естественном освещении требуемая площадь световых проемов определяется по формуле

, м²

где S_n – площадь пола помещения, м²; e_H – нормированное значение коэффициента естественного освещения (КЕО), %, зависящее от светового пояса и разряда зрительной работы (определяется по справочной литературе);

K_zn – коэффициент запаса (K_zn = 1,2¸2,0); η₀ – световая характеристика окна; K_z – коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями; r – коэффициент, учитывающий отражение света от стен, потолка и пола при боковом освещении; t₀ – общий коэффициент светопропускания.