Основные светотехнические единицы и соотношения

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

Цель работы:ознакомить студентов с принципами устройства, проектирования и безопасной эксплуатации осветительных устано­вок; изучить на практике методику определения параметров естест­венного и искусственного освещения на рабочих местах.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Зрение является важнейшим органом чувств, воспринимающим визуальную информацию, поступающую в мозг человека из окру­жающей среды. Оптическая система глаза создает на сетчатке, усти­лающей глазное дно, уменьшенное обратное действительное изобра­жение предметов. В результате фотохимических реакций, происхо­дящих в нервных окончаниях, и создаваемых ими импульсов тока в сознании человека возникает ощущение света. Человек различает предметы и получает зрительную информацию благодаря разнице в яркости объектов и их фона, на котором они рассматриваются.

В любом производственном процессе оптимальность визуальной информации может быть обеспечена лишь при наличии рационально­го освещения помещения и рабочих мест. Для создания благоприят­ных и безопасных условий труда большое значение имеет достаточ­ная освещенность рабочей поверхности, правильное направление све­та, отсутствие резких теней и бликов. Недостаточное или нерацио­нальное освещение не только затрудняет работу и ведет к снижению производительности труда, но может явиться причиной травматизма и профессиональных болезней зрения. Постоянное перенапряжение зрения ведет, как правило, к его ослаблению.

Неблагоприятное действие на зрение оказывает не только недос­таточность и неравномерность освещения во времени и пространстве, но и слишком большая яркость поверхностей, находящихся в поле зрения. Чрезмерное световое раздражение вызывает чувство ослепле­ния.

При проектировании естественного и искусственного освещения в производственных и вспомогательных зданиях и помещениях, а также наружного освещения, надлежит руководствоваться требова­ниями строительных норм и правил по проектированию естественно­го и искусственного освещения, разработанных и утвержденных в ус­тановленном порядке. Различают три вида освещения: естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение может быть боковым, верхним и комбинированным.

Искусственное освещение может быть двух видов: рабочее и ава­рийное. Последнее подразделяют на аварийное для продолжения ра­боты при внезапном отключении рабочего освещения и аварийное -для эвакуации людей из помещения.

Для аварийного освещения разрешается применять лишь светильники с люминесцентными лампами и лампами накаливания. За­прещено использование светильников с лампами высокого давления, поскольку для зажигания этих ламп необходимо время от 2 до 6 ми­нут.

Рабочее освещение подразделяется на общее, местное и комбинированное (общее + местное). В производственных помещениях использование одного местного освещения без общего запрещено.

ОСНОВНЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫИ СООТНОШЕНИЯ

Видимый участок спектра ограничен излучениями с длинами волн от 380 до 770 нм. Видимые излучения в пределах равных узких интервалов спектра создают ощущение определенного цвета, плавно переходящего один в другой - явление радуги. Наибольшая чувстви­тельность характерна для желто-зеленого излучения с длиной волны 555 нм.

В результате преобразования подводимой к телам энергии, в ча­стности, тепловой или электрической, в ряде случаев возникает электромагнитное излучение, количественно характеризующееся мощностью - лучистым потоком. Та часть лучистого потока, которая вос­принимается зрением человека как свет, называется световым пото­ком Ф и измеряется в люменах (лм).

Световой поток может быть различно распределен в простран­стве.
Интенсивность его излучения в любом направлении харак­теризуется силой света I, определяемой отношением светового потока к телесному углу ω, в пределах которого он распространяется:

I =. (1)

В свою очередь, телесный угол определяется отношением пло­щади S, вырезаемой им из сферы произвольного радиуса R, к квадрату этого радиуса:

ω =. (2)

Полный телесный угол пространства, окружающего точку, равен
4π ср (стерадиан); телесный угол каждой из полусфер, верхней и нижней, равен 2π ср. Единица силы света - кандела (кд) - это световой поток в люменах (лм), испускаемый точечным источником в телесном угле 1 ср (лм / ср). Понятие силы света приложимо только к точечным источникам, размеры которых малы по сравнению с расстоянием до них.

Падая на поверхность площадью S, световой поток Ф создает ее освещенность Е, определяемую соотношением:

Е =. (3)

Единица освещенности - люкс (лк) - это освещенность по­верхности площадью 1 м световым потоком 1 лм (лм/м²). Осве­щенность поверхности не зависит от ее световых свойств.

Зрительное восприятие в основном определяется яркостью L равномерно светящейся плоской поверхности площадью 1 м² в перпендикулярном к ней направлении при силе света 1 кд:

L =. (4)

Но это уравнение является частным случаем более общего урав­нения:

L =. (5)

В этом уравнении угол α - угол между нормалью к поверхности и направлением силы света I.

Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м²). Единица измерения яркости (кд/м²) специального названия не имеет. Яркость - одна из световых величин, непосредственно воспринимаемая глазом наблюдателя.

Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, от степени освещенности, а в большинстве случаев также от угла а, под которым поверхность рассматривается.

В расчетах иногда фигурирует светимость М, равная отношению, светового потока, отражаемого или пропускаемого поверхностью, к ее площади:

M = = E·ρ или М = Е∙τ. (6)

Светимость измеряется в люменах на квадратный метр (лм/м²) и равна освещенности, умноженной на коэффициент отражения или ко­эффициент пропускания поверхности.

Световые свойства поверхностей характеризуются коэффициен­тами отражения ρ, пропускания τ и поглощения α, причем во всех случаях:

ρ + τ + α =1 (7)

Поверхности, яркость которых в отраженном или пропущенном свете одинакова во всех направлениях, называются диффузными. Для них имеют место соотношения:

I _α = I₀·cos α =L·S·cos α, (8)

Ф = I₀ ·π = L·S·π, (9)

L = или L =. (10)

где I₀ - сила света в направлении нормали к поверхности, I_а -сила света под уг­лом α к нормали, ρ - коэффициент отражения, τ - коэффициент пропускания, L - яркость поверхности, S - площадь поверхности.

В отраженном свете матовые поверхности бумаги, ткани, дерева, необработанные металлы, побеленные поверхности и штукатурка представляют собой диффузные поверхности. В проходящем свете— только молочные стекла.

Источники света - лампы, всегда помещают в светильники. Ос­новное назначение светильника - защитить лампу и перераспределить ее световой поток в нужном направлении.

Зависимость силы света I_α светильника от меридионального угла α (угол между данным направлением и вертикалью) задается или в табличной форме или в виде кривой силы света - КСС, т. е. геометриче­ского места концов отрезков, изображающих в принятом масштабе значения силы света в различных направлениях, рис. 4. В табли­цах приводят значения силы света для условных ламп со световым потоком в 1000 лм, табл. 3 приложение 2. Поэтому для определе­ния истинного значения силы света конкретного светильника с вы­бранной лампой необходимо табличные значения силы света I_а при­вести в соответствие со световым потоком выбранного источника света. Чаще всего это необходимо для расчета освещенности точеч­ным методом.

Во многих случаях расчета освещенность точки той или иной по­верхности определяется по силе света источника, с которой она свя­зана соотношением:

E = (16)

где Е – освещенность, лк; I_а – сила света, направленная к точке А, кд;
α – угол между лучом и нормалью к поверхности в точке падения луча;
r – расстояние от источника света до точки, м.

Для точки А, принадлежащей горизонтальной поверхности (рис. 5, приложение 1) освещенность можно выразить в следующем виде:

E = (17)