Основные светотехнические величины и единицы их измерения. Для гигиенической оценки освещенности используются качественные и количественные светотехнические показатели, принятые в физике.
К основным количественным показателям относятся лучистый и световой потоки, сила света, видность, освещенность, коэффициент отражения и яркость. К качественным показателям следует отнести фон, видимость, контраст.
Видимое излучение – участок спектра электромагнитных колебаний в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм, воспринимаемый человеческим глазом.
Лучистый поток (Ф) – это мощность лучистой энергии электромагнитного поля в оптическом диапазоне волн и измеряется в ваттах.
Световой поток (F). Видимое излучение, оцениваемое по световому ощущению, которое оно производит на человеческий глаз, называется световым излучением, а мощность такого излучения – световым потоком. За единицу светового потока принят люмен (лм), который имеет размерность кандела ´ стерадиан (кд´ср).
Видность (В) – отношение светового потока к лучистому. Максимальная видность Вмакс при длине волны 554 нм составляет 683 лм/ Вт. Видность излучения характеризует чувствительность глаза человека к различным составляющим светового спектра.
Сила света (J). Обычно источники света излучают световой поток неодинаково в различных направлениях. Для оценки светового потока в определенном направлении используется понятие силы света, которая представляет собой отношение светового потока к телесному углу:
,
где Ф – световой поток, лм; w – телесный угол (угол с площадью круга на поверхности сферы, равной квадрату радиуса данной сферы), стерадиан, (ср).
За единицу силы света принимается кандела (кд), которая равна 1 лм/ср. Кандела является основной светотехнической единицей, устанавливаемой по специальному эталону.
Оба приведенных показателя (световой поток и сила света) являются пространственными величинами.
Яркость поверхности (L). Видимость предмета человеческим глазом зависит от той части светового потока, которая, отражаясь от освещаемой поверхности, падает на сетчатку глаза.
Яркость поверхности в данном направлении – это отношение силы света, излучаемого поверхностью в этом же направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. За величину яркости принят нит (нт), который имеет размерность 1 кд/м2:
,
где J – сила света, кд; – угол между нормалью к светящейся поверхности и данным направлением, град; S – площадь, м2.
Яркость поверхности зависит от силы света, угла падения светового потока на плоскость, цвета поверхности и т.д.
Установки искусственного освещения имеют такие дополнительные характеристики, как степень слепящего действия источника света, пульсация, спектр света.
Освещенность (Е). Этот показатель характеризуется плотностью светового потока на единицу площади и выражается в люксах (лк). Световой поток в 1 лм на 1 м2 плоской поверхности равен 1 лк:
.
Освещенность в 1 лк не позволяет выполнять большинство видов работ (для сравнения – освещенность поверхности Земли в лунную ночь составляет примерно 0,2лк, а в солнечный день доходит до 100000 лк).
Контраст объекта различия с фоном (К) характеризуется как процентное отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта различения и фона к яркости фона. Оценивается контраст как малый – до 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости); средний – 0,2-0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и большой – свыше 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости).
Коэффициент отражения (ρ) характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток. Он определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока к падающему на нее световому потоку.
При работе газоразрядных ламп обычно их световой поток пульсирует. Критерием оценки изменения освещенности поверхности вследствие периодического изменения во времени светового потока источника света является коэффициент пульсации освещенности (Кп), который можно определить по формуле
Кп = 100( Емакс –-Емин )/2Еср,
где Емакс, Емин, Еср – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебаний.
Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4; средним – при коэффициенте отражения поверхности 0,2-0,4; темным – менее 0,2.
Показатель ослепленности (Р) – это критерий оценки слепящего действия источников света, вычисляется по формуле:
Р =1000 (V1/V2 - 1),
где V1 – видимость объекта различения при экранированном источнике света; V2 – видимость при разэкранированном источнике света.
Видимость V - величина, комплексно характеризующая зрительные условия работы. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном и др. Оценивается видимость числом пороговых контрастов Кпор, содержащихся в действительном Кд контрасте:
V = Кд / Кпор
Пороговый контраст – наименьший различимый глазом контраст.
Следует отметить, что на глаз действуют совместно как качественная, так и количественная характеристики света, обеспечивающие определенную степень работоспособности человека.
Естественное освещение и его нормирование. Для проведения большинства видов работ наиболее рациональным является естественный дневной свет, т. к. он обладает в отличие от искусственного биологической активностью, т.е. способен активизировать биохимические процессы в организме, тонизировать его, убивать патогенные организмы.
Естественное освещение производственных помещений может быть следующих видов :
- боковым (одно, -двух и многосторонним) – через окна в наружных стенах;
- верхним – через световые фонари в перекрытии или кровле;
- комбинированным – через световые фонари и окна.
Верхнее освещение используется главным образом в многопролетных зданиях, где с помощью бокового освещения удается осветить лишь прилегающие к наружным стенам участки производства.
Для освещения рабочих мест, удаленных от оконных световых проемов, а также для естественной вентиляции помещений цехов устраивают специальные фонари - остекленные надстройки покрытия.
Кроме световых фонарей на многих промышленных предприятиях в настоящее время используются специальные светопрозрачные покрытия в кровле здания. Они могут выполняться в виде стеклоблоков, светопрозрачных колпаков, линз и т. п.
Помещения с постоянным пребыванием людей должны, как правило, обеспечиваться естественным освещением.