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 светового потока от поверхности, образующей фон. Значение лежит в пределах 0,02–0,95. Если оно превышает 0,4, то фон называется светлым, при = 0,2–0,4 – средним, при < 0,2 – темным.

Контраст объекта с фоном (K) определяется по формуле:

(16.8)

где и – яркость соответственно фона и объекта.

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 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%.

Для определения норм освещенности можно воспользоваться и табл. 2 СНиПа, фрагмент которой приведен в табл. 16.2.

В отличие от табл. 16.1 для определения норм освещенности необходимо задать характеристику помещения. Предположим, нас интересует норма освещенности в учебной аудитории вуза. По табл. 2 СниПа 23-05-95 (табл. 16.2) находим, что освещенность доски в аудитории при искусственном освещении должна составлять 500 лк, а освещенность на рабочих столах и партах, расположенных на высоте 0,8 м от уровня пола, - 300 лк. Соответственно величина КЕО должна составлять 1,5% при боковом освещении и 4% – при верхнем или комбинированном освещении.

Кроме перечисленных параметров, в табл. 2 СНиПа представлены такие качественные показатели производственного освещения, как показатель дискомфорта и коэффициент пульсации освещенности.

Примечание. Плоскость Г – горизонтальная, В – вертикальная.

Определив по СНиП 23-05-95 нормативную величину освещенности в помещении при использовании электрических источников света, необходимо рассчитать общую мощность электрической осветительной установки.

Для расчета искусственного освещения применяют метод светового потока, точечный метод и метод удельной мощности. Рассмотрим в качестве примера расчет с применением метода светового потока, который используется для определения общего равномерного освещения на горизонтальной поверхности.

Световой поток от лампы накаливания или группы разрядных ламп, образующих светильник, рассчитывают по формуле:

(16.9)

где Ф_л – световой поток лампы или группы ламп, лм; N – число светильников в помещении, шт.; Е_н – нормированная минимальная освещенность, лк; S – площадь освещаемого помещения, м²; z – коэффициент минимальной освещенности, равный отношению E_cp/E_min значение которого для ламп накаливания составляет 1,15, а для люминесцентных ламп -1,1; k – коэффициент запаса, составляющий для ламп накаливания 1,3–1,6 и для разрядных ламп – 1,4–1,8; η - коэффициент использования светового потока ламп (справочные данные).

Рассчитав по формуле (16.9) световой поток лампы Ф_л, по справочнику подбирают ближайшую стандартную лампу, после чего определяют электрическую мощность всей осветительной системы.

Для правильной организации рабочих мест в производственном помещении требуется проводить расчеты коэффициентов естественной освещенности. КЕО рассчитывают при боковом освещении или при верхнем , используя следующие, выражения:

(16.10)

(16.11)

где ε_б и ε_в – соответственно геометрический КЕО в расчетной точке при боковом или верхнем освещении; q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба; ε_зд - геометрически учитывающий отражение света от противостоящих зданий; R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящих зданий; ε_ср - среднее значение геометрического КЕО; r₁ r₂ - коэффициенты, учитывающие повышение КЕО из-за отражения от поверхностей помещения; τ₀ – общий коэффициент светопропускания; k₃ - коэффициент запаса, находящийся в пределах 1,2–2,0; k_ф – коэффициент, учитывающий тип фонаря.

Все величины и коэффициенты, входящие в представленные формулы для определения КЕО, определяются в соответствии СНиП 23-05-95.

Для измерения освещенности в производственных помещениях применяют приборы, называемые люксометрами. В отечественной практике наиболее часто применяют люксометры марок Ю-16, Ю-116, Ю-117. Эти приборы измеряют фототок, возникающий в цепи селенового фотоэлемента и соединенного с ним измерительного прибора под влиянием падающего на чувствительный слой светового потока. Чем больше световой поток, тем сильнее отклоняется стрелка прибора от нулевой точки. Прибор градуирован в люксах.

Для измерения яркости используют промышленно выпускаемый яркометр типа ФПЧ.

К средствам индивидуальной защиты органов зрения относятся различные защитные очки, щитки и шлемы. Все они должны защищать органы зрения от ультрафиолетового и инфракрасного излучений, повышенной яркости видимого излучения и ряда других факторов. Указанные средства защиты снабжены специальными светофильтрами, которые подбираются в зависимости от характера и интенсивности излучения в соответствии с ГОСТ 12.4.080-79. Так, например, для газо- и электросварщиков используют светофильтры типа Г и Э, для защиты глаз работающих у сталеплавильных и доменных печей – светофильтры П и Д.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные световые величины.

2. Какие виды производственного освещения вы знаете?

3. Что такое коэффициент естественного освещения (КЕО)?

4. Какие разновидности имеет искусственное освещение?

5. Охарактеризуйте источники искусственного освещения.

6. Как нормируется производственное освещение?

7. Как рассчитывается световой поток от лампы или группы ламп?

8. Как измеряется освещенность в производственном помещении?