Основні світлотехнічні положення і терміни

Організація раціонального освітлення виробничих приміщень є однією з найважливіших задач охорони праці. Раціональне освітлення забезпечує психологічний комфорт, поліпшує умови праці, підвищує безпеку робіт і одночасно сприяє поліпшенню якості продукції, підвищенню продуктивності праці. При хорошому освітленні очі протягом довгого часу зберігають здатність добре бачити, не стомлюючись.

Незадовільне освітлення ускладнює виконання роботи, може призвести до нещасного випадку і захворювання органів зору.

Освітлення виробничих приміщень здійснюється штучним і природним світлом.

Основними світлотехнічними величинами є: світловий потік, сила світла, освітленість і яскравість.

Сила світла J - відношення світлового потоку до тілесного кута, в якому він випромінюється. Одиницею сили світла є кандела (кд). Середнє значення сили світла

, (2.1)

де - тілесний кут, стерадіан.

Світловий потік Ф - світлове відчуття, яке викликає оптична частина спектра електромагнітних хвиль довжиною від 0,38 до 0,77 мкм. За одиницю світлового потоку прийнято люмен (лм), який має розмірність кандела помножено на стерадіан.

Для гігієнічної характеристики умов освітлення певної поверхні прийнята освітленість. Освітленість (Е) - відношення світлового потоку до площі S, на яку він розповсюджується. Іншими словами, освітленість - це поверхнева густина світлового потоку. Одиниця освітленості - люкс (лк) має розмірність люмен на квадратний метр (лм/м²).

, (2.2)

Яскравість - відношення сили світла в будь-якому напрямку до площі проекції світлової поверхні, перпендикулярної до цього напрямку. Одиниця яскравості кандела на квадратний метр (кд/м²). Середнє значення величини яскравості рівномірної світлової поверхні

, (2.3)

де - сила світла поверхні площею у напрямку .

Видимість будь-якого предмета (об'єкта розрізнення) на робочому місці залежить від освітленості, розміру предмета, його яскравості, контрасту з фоном.

Об'єкт розрізнення - предмет, який розглядається, окрема його частина або дефект, який необхідно розрізнювати в процесі роботи.

Фон - поверхня, що прилягає безпосередньо до об'єкта розрізнення, на якій він розглядається. Характеристики фону визначаються коефіцієнтом відбиття поверхні , тобто відношенням потоку , відбитого від поверхні, до потоку , який падає на цю поверхню

. (2.4)

Фон буває темний, середній і світлий.

Темний фон - ; середній фон - ; світлий фон - .

Відношення абсолютної величини різниці між яскравістю об'єкта і фону до яскравості фону називається контрастом об'єкта розрізнення з фоном

. (2.5)

Контраст буває малий, середній і великий.

Малий - К <0,2 (фон і об'єкт за яскравістю мало відрізняються); середній - 0,2 < К < 0,5 (фон і об'єкт за яскравістю помітно відрізняються); великий - К > 0,5 (фон і об'єкт різко відрізняються).

В деяких випадках фон і контраст об'єкта з фоном можна визначити візуально. Наприклад, при креслярських роботах: фон (папір) світлий, об’єкт розрізнення (лінія) темний, контраст об'єкта розрізнення з фоном -великий.

Природне освітлення

Природне освітлення справляє позитивний психологічний вплив, перш за все, дякуючи відчуттю зв'язку з навколишнім середовищем, тому його необхідно передбачати для приміщень з постійним перебуванням людей, за винятком випадків, викликаних умовами технології (виробництво напівпровідників, деякі технологічні процеси електронної і радіотехнічної промисловості).

Внаслідок різкого коливання зовнішнього світла, його залежності від атмосферних умов і сезону встановити абсолютне значення природної освітленості неможна. Тому за кількісну оцінку характеристики природного освітлення прийнята відносна величина - коефіцієнт природної освітленості (КПО). Коефіцієнт природної освітленості - це відношення освітленості в даній точці в середині приміщення ( )до одночасно заміряної зовнішньої освітленості ( ), створеній світлом повністю відкритого небосхилу.

. (2.6)

Нормовані вимоги до природного освітлення наведені в СНиП ІІ-4-79 [1].

При природному освітленні приміщення освітлюються:

а) боковим світлом - через вікна в зовнішніх стінах;

б) верхнім світлом - через ліхтарі у перекриттях;

в) комбінованим світлом - через вікна і ліхтарі у перекриттях. Освітлення приміщення природним світлом характеризується КПО ряду точок, розміщених на перетині двох площин: умовно прийнятої робочої поверхні, розташованої горизонтально на висоті 0,8 м від підлоги, і вертикальної площини характерного розрізу приміщення. Характерний розріз приміщення - поперечний розріз посередині приміщення, площина якого перпендикулярна площині засклення віконних прорізів (при боковому освітленні). У характерний розріз приміщення повинні потрапляти ділянки, найбільш завантаженні обладнанням, а також точки робочої зони, найбільш віддалені від світлових прорізів.

Криві розподілення штучного світла в приміщеннях наведені на рис. 2.1.

При боковому односторонньому освітленні нормується мінімальне значення КПО в контрольній точці характерного розрізу приміщення, розташованій на відстані 1 м від стіни найбільш віддаленої від віконних прорізів. При двосторонньому боковому - в точці посередині приміщення. При верхньому і комбінованому освітленні нормується середнє значення КПО, яке знаходиться в розрахункових точках (при їх кількості не менше п'яти) характерного розрізу приміщення, причому перша і остання точки знаходяться на відстані 1 м від стін (або середніх рядів колон).

а) б)

Рисунок 2.1- Криві розподілення природного світла:

а - при односторонньому боковому освітленні; б - при комбінованому освітленні; А, А₁, А_n - контрольні точки

Вся територія СНД, в залежності від географічної широти, розбита на п'ять світлових поясів (таблиця Б1.3), які впливають на вибір нормованого значення КПО (перший пояс - це північ, п'ятий - південь СНД).

Основна частина території України відноситься до ІV-го поясу, а півострів Крим - до V-го.

Четвертий пояс розподіляється на два підпояси:

а) північніше 50° північної широти;

б) 50° північної широти і південніше.

Місцезнаходження м. Вінниці - 48° північної широти.

Табличні (нормативні) значення КПО (таблиці Б1.1 і Б1.2) наведені тільки для третього світлового поясу, на що вказує позначка III. Для всіх інших поясів нормативне значення КПО визначається за формулою:

, (2.7)

де т - коефіцієнт світлового клімату поясу (таблиця Б1.4), який ха-рактеризує ресурс природної світлової енергії;

С - коефіцієнт сонячності клімату (таблиця Б1.5), який визначає додатковий світловий потік даної місцевості.

Коефіцієнт сонячності клімату залежить від орієнтації світлових прорізів за сторонами горизонту - азимута, який визначається в градусах і відраховується за рухом годинникової стрілки, від напрямку на північ до перпендикуляра, встановленого до зовнішнього боку вікна приміщення, як це показано на рис. 2.2.

Нормування як природного, так і штучного освітлення у виробничих приміщеннях, в першу чергу, повинно здійснюватись за галузевими нормами (таблиця Б1.2). Деякі галузеві норми освітленості наведені в літературі [1,2,3].

Рисунок 2.2 - Орієнтація світлових прорізів за сторонами горизонту

За відсутністю галузевих норм нормування освітлення в виробничих приміщеннях здійснюється за таблицею Б1.1, де визначається найменший розмір об'єкта розрізнення. Це пов'язано з тим, що в таких приміщеннях зорова робота може змінюватись через зміну технології, виду продукції, що виробляється, інструментів, приладів, сировини тощо. Тобто, може змінюватись розмір об'єкта розрізнення.

Вибір табличного значення КПО за таблицею Б1.1 здійснюється в такій послідовності.

1. Вибирається об'єкт розрізнення, тобто предмет чи його окрема частина, який треба розпізнавати під час зорової роботи (наприклад, при кресленні - лінії на рисунку, при роботі з приладами - шкала вимірювань, при роботі з друкованим текстом - букви (індекси).

2. Вимірюється найменший розмір об'єкта розрізнення, товщина найтоншої лінії на рисунку, товщина лінії градуювання шкали, товщина лінії букви.

3. За найменшим розміром об'єкта розрізнення визначається один з восьми розрядів зорової роботи та його характеристика.

4. Визначається вид освітлення природним світлом (бокове, верхнє, комбіноване).

5. Вибирається табличне значення КПО для III світлового поясу - .

6. Далі, за таблицею Б1.3, визначається пояс світлового клімату, а за таблицею Б1.4 - коефіцієнт світлового клімату т, який відповідає визначеному поясу.

7. Визначається орієнтація світлових прорізів за сторонами горизонту - азимут (рис. 2.2), а також значення коефіцієнта сонячності клімату (С) за таблицею Б1.5.

8. Далі, за формулою (2.7), визначається нормоване значення КПО для даного поясу світлового клімату.

Знайдене розрахункове значення КПО заокруглюється до десятої частки.

Для побутових і громадських будівель, організацій, закладів і підприємств, а також допоміжних приміщень підприємств, де зорова робота не змінюється протягом тривалого часу, табличне значення освітленості (в тому числі КПО )визначається незалежно від розряду і характеристики зорової роботи. Значення КПО ,для таких приміщень наведені в таблиці Б1.2.

Нормування КПО для таких приміщень здійснюється за попередньою схемою, починаючи з пункту 4.

Штучне освітлення

Штучне освітлення приміщень здійснюється газорозрядними лампами і лампами розжарювання.

Основні переваги газорозрядних ламп низького тиску (люмінесцентних): висока світлова віддача, що досягає 75 лм/Вт; великий строк служби (10000 годин); можливість вибору спектрального складу.

Недоліки: складність схеми ввімкнення; обмежена потужність і великі розміри; залежність від температури навколишнього середовища (при °С запалювання ламп не гарантується); робота тільки на змінному струмі; стробоскопічний ефект.

Стробоскопічний ефект - явище спотворення зорового сприйняття рухомих об'єктів, яке виникає при збіганні кратності частотних характеристик руху об'єкта і роботи люмінесцентної лампи.

Наприклад, якщо об'єкт обертається з частотою, яка збігається з частотою роботи люмінесцентної лампи або кратна їй, то уявляється, що об'єкт стоїть на місці і не обертається, або дуже повільно обертається у той чи інший бік. Таке явище може призвести до травми.

Існують спеціальні схеми вмикання люмінесцентних ламп в електричну мережу і прилади, які запобігають появі стробоскопічного ефекту.

Лампи розжарювання мають ряд переваг, в числі яких: широкий сортамент найрізноманітніших потужностей і напруг; безпосереднє вмикання в мережу; повна незалежність від умов навколишнього середовища.

Недоліками ламп розжарювання є їх мала світлова віддача, переважно жовто-червоної частини спектра, відносно невеликий строк служби (1000 годин).

Нормативні вимоги до штучного освітлення наведені в СНиП ІІ-4-79.

Існує декілька видів штучного освітлення: робоче, аварійне, охоронне, евакуаційне, чергове.

В даній лабораторній роботі розглядається тільки робоче освітлення, яке може бути загальним, місцевим і комбінованим.

У виробничих приміщеннях застосовуються дві системи штучного освітлення:

а) загальне освітлення (для забезпечення освітленості всього робочого приміщення: робочих місць, проходів, проїздів, місць складування);

б) комбіноване освітлення - до загального освітлення додається місцеве. Система комбінованого освітлення дозволяє спрямовувати світловий потік безпосередньо на робочу поверхню деталей.

Застосування одного місцевого освітлення всередині виробничих приміщень не допускається, тому що при цьому не освітлюються місця проїздів, проходів, складування, що може призвести до травмування працюючих.

При нормуванні штучного освітлення у виробничих приміщеннях (як і природного) існують вісім розрядів і характеристик зорової роботи, які визначаються найменшим розміром об'єкта, що розрізнюється.

Перші три пункти нормування природного освітлення повністю збігаються з початком нормування штучного. Далі йде відмінність:

1. Визначається (в даній роботі візуально) характеристика фону: світлий, середній, темний.

2. Визначається контраст об'єкта розпізнавання з фоном: великий, середній, малий.

3. За таблицею Б1.1, в залежності від сполучення характеристик фону і контрасту об'єкта з фоном, визначається підрозряд зорової роботи (а,б,в,г).

4. Знаючи розряд і підрозряд зорової роботи, за таблицею Б1.1, вибираються норми освітленості.

5. Вивчаються примітки до таблиці Б1.1 і робиться висновок про необхідність зниження, підвищення на один ступінь чи відповідності табличних норм освітленості даним умовам роботи. Шкала нормованих значень освітленості наведена у таблиці Б1.6.

При наявності галузевих норм штучної освітленості (наприклад, для електроприміщень, автогаражів, котелень) треба користуватись останніми [1, 2, 3].

Згідно з СНиП ІІ-4-79 для освітлення приміщень, як правило, необхідно передбачати газорозрядні лампи низького і високого тиску. В разі неможливості чи техніко-економічної недоцільності застосування газорозрядних джерел світла допускається використання ламп розжарювання.

Для місцевого освітлення бажано застосовувати газорозрядні (люмінесцентні) лампи.

Суміщене освітлення

В приміщеннях з недостатнім за нормами в світлий час доби природним освітленням застосовують суміщене освітлення - доповнення природного штучним.

Суміщене освітлення в виробничих і громадських приміщеннях рекомендується застосовувати в таких випадках:

а) в приміщеннях, в яких виконуються зорові роботи І і II розрядів точності;

б) коли вибрані за умовами технології і організації виробництва об'ємно-планувальні рішення будівель не дозволяють забезпечити необхідне за нормами природне освітлення приміщень;

в) в цехах з великогабаритним обладнанням, яке затіняє природне світло;

г) при підвищених вимогах до інтенсивності, якості і постійності освітлення на робочих місцях, які важко чи неможна задовольнити при одному природному освітленні.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА