Лабораторная работа №2. Производственное освещение. Гигиеническая оценка и нормирование зрительных условий труда

Свет является естественным условием жизнедеятельности человека. Он оказывает положительное влияние на эмоциональное состояние человека, воздействует на обмен веществ, сердечно-сосудистую, нервно-психическую системы, является важным стимулятором не только зрительного анализатора, но и организма в целом. Более 80 % всей информации о внешней среде поступает в мозг человека через глаза.

Видимое излучение (свет) – участок общего электромагнитного спектра, состоящего из семи основных цветов, именно он непосредственно вызывает зрительное ощущение (табл. 1.1). Видимые излучения обычно измеряют в нанометрах (1 нм = 1⋅10^–9 м). Чувствительность глаза максимальна в зеленой области спектра при длине волны λ = 554 нм.

Таблица 1.1

Соотношение цветовой гаммы и длин волн

Цвет	Фиолетовый	Синий	Голубой	Зеленый	Желтый	Оранжевый	Красный
Длина  волны, нм	380-440	440-480	480-510	510-550	550-585	585-620	620-780

Рациональное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению производительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокой работоспособности человека в процессе труда. По данным НИИ труда оптимизация производственного освещения способствует повышению производительности труда на 10–20 %, уменьшению брака на 20 % и снижению количества несчастных случаев на 30 %.

При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций исходно неудовлетворительное, в процессе выполнения работы повышается утомление глаз, возрастает опасность травматизма. Установлено, что плохое освещение является причиной примерно 5 % несчастных случаев на предприятиях, а также глазных болезней, головных болей, быстрой утомляемости.

С целью обеспечения нормальных условий труда и защиты зрения человека в производственных помещениях должно быть установлено освещение, отвечающее требованиям соответствующих норм и правил.

В табл. А.1 Приложения приведены нормы проектирования, рекомендации, коэффициенты использования, значения световой характеристики.

Основные показатели производственного освещения:

– количественные: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициенты отражения, пропускания и поглощения, объект различения;

– качественные: фон, контраст объекта с фоном, видимость, блесткость, показатель ослепленности, показатель дискомфорта, коэффициент пульсации освещенности.

Количественные характеристики производственного освещения.

Световой поток F – поток лучистой энергии, оцениваемый глазом по световому ощущению. Единицей измерения светового потока является люмен (лм)– световой поток, излучаемый точечным источником света силой в одну канделу (кд), помещенным в вершину телесного угла в один стерадиан.

Сила света I – световой поток, отнесенный к телесному углу, в котором он излучается:

\[I=\frac{F}{\omega} (кд),\]

(1.1)

где ω – телесный угол (в стерадианах) или часть пространства, заключенного внутри конической поверхности.

Телесный угол – часть пространства, которое является объединением всех лучей, выходящих из данной точки (вершины угла) и пересекающих некоторую поверхность, которая называется поверхностью, стягивающей данный телесный угол. Телесный угол измеряется отношением площади той части сферы с центром в вершине угла, которая вырезается этим телесным углом, к квадрату радиуса сферы:

\[{\omega}=\frac{S}{R^{2}} (ср).\]

(1.2)

Единицей измерения силы света является кандела (кд) – сила света точечного источника, испускающего световой поток в один люмен, равномерно распределенный внутри телесного угла в один стерадиан.

Освещенность Е характеризует поверхностную плотность светового потока и определяется отношением светового потока F, падающего на поверхность, к ее площади S:

\[E=\frac{F}{S}\ (лк).\]

(1.3)

Единицей измерения освещенности является люкс (лк). Один люкс равен освещенности поверхности площадью 1 м², по которой равномерно распределен световой поток в один люмен (1 лк = 1 лм/м²). Лунный свет дает освещенность 0,25 лк; солнце сквозь облака – 10 000 лк; солнечный свет – 100 000 лк; освещение в офисе – 300–2000 лк; дорожное освещение 10–50 лк.

Основное значение для зрения имеет не прямая освещенность какой-то поверхности, а световой поток, отраженный от этой поверхности и попадающий на глазной зрачок, поэтому введено понятие яркости.

Яркость L – величина, равная отношению силы света, излучаемого элементом поверхности в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению:

\[L=\frac{I}{S}(кд/м^2).\]

(1.4)

Единицей измерения яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м²). Например, яркость люминесцентной лампы составляет 0,8 кд/м², а хорошо освещенной улицы – 2 кд/м².

Коэффициент отражения ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток. Определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока F_ρ к падающему световому потоку F:

\[\rho=\frac{F_{p}}{F}\]

(1.5)

Коэффициент пропускания τ определяется отношением прошедшего через поверхность светового потока F_τ к падающему световому потоку F:

\[\tau=\frac{F_{\tau}}{F}\]

(1.6)

Коэффициент поглощения α определяется отношением поглощения поверхностью светового потока F_α к падающему световому потоку F :

\[\alpha=\frac{F_{\alpha}}{F}\]

(1.7)

Коэффициенты отражения, пропускания и поглощения являются без-размерными и измеряются в долях или процентах. Во всех случаях сохраняется условие

\[\rho+\tau+\alpha=1\]

(1.8)

Объект различения – наименьший рассматриваемый предмет, который необходимо различить в процессе работы.

Качественные характеристики производственного освещения.

К основным показателям, определяющим условия зрительной работы, относятся качественные характеристики производственного освещения.

Фон – это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Светлость фона характеризуется коэффициентом отражения ρ.

Контраст объекта K с фоном характеризуется отношением разности яркостей рассматриваемого объекта и фона к одной из этих яркостей:

\[K=\frac{(L_{o}-L_{ф})}{L_{ф}}; K=\frac{(\rho_{o}-\rho_{ф})}{\rho_{ф}}\]

(1.9)

где L_o и L_ф — соответственно яркости объекта и фона;

ρ_о и ρ_ф — коэффициенты отражения объекта и фона.

Когда объект имеет абсолютный контраст, то он равен 1, при его отсутствии (объект сливается с фоном) – равен 0. Минимальная величина контраста, при которой глаз воспринимает соседние детали, называется порогом контрастной ослепленности глаза. Она зависит от яркости объекта и фона, углового размера объекта и четкости контура объекта на фоне.

Видимость V – расстояние, на котором наблюдаемый объект становится не различим глазом; зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции (представления).

Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:

\[V=\frac{K}{Kпор}\]

(1.10)

где K – контраст объекта с фоном;

K_пор – пороговый контраст, т. е. наименьший различимый глазом кон-траст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Блескость – повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций (ослепленность), т. е. ухудшение видимости объектов. Снижение видимости при появлении в поле зрения блестких источников света называется ослепленностью. Ослепленность приводит к быстрому утомлению и снижению работоспособности.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяется выражением

\[P=(S-1)\cdot 10^{3}\]

(1.11)

где S – коэффициент ослепленности, \[S=V_{1}\div V_{2}\]

V₁ и V₂ – видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Максимальное значение коэффициента ослепленности не должно превышать значения 4.

Показатель дискомфорта М – критерий оценки дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения.

Коэффициент пульсации освещенности К_п – критерий оценки относи-тельной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, выражающийся формулой

\[K_{n}=\frac{E_{max}-E_{min}}{2 \cdot E_{cp}}\cdot 100\]

(1.12)

где Е_max , Е_min , Е_ср – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебания, лк.

Коэффициенты пульсации освещенности при использовании люминесцентных ламп не должны превышать данных, приведенных в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Коэффициенты пульсации освещенности

Система освещения	Кп (%) при разрядах зрительной работы
	I, II	III	V–VIII
Общее освещение	10	15	20
Комбинированное освещение: а) общее б) местное	20 10	20 15	20 20

Для измерения и контроля освещенности применяют люксметр, принцип действия которого основан на фотоэлектрическом эффекте. При освещении селенового фотоэлемента в цепи соединенного с ним гальванометра возникает фототок, обусловливающий отклонение стрелки микроамперметра, шкалу которого градуируют в люксах.

В зависимости от источника света различают естественное, искусственное и совмещенное освещение (сочетание естественного и искусственного).

Естественное освещение – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Естественное освещение производственных помещений может осуществляться через окна в боковых стенах (боковое), через верхние световые проемы, фонари (верхнее) или обоими способами одновременно (комбинированное освещение). Достоинства: экономичность, благоприятное воздействие на организм человека, естественная цветопередача. Недостатки: переменно в течение суток, зависит от климатических, сезонных и географических условий.

Искусственное освещение создается электрическими источниками света (лампами накаливания и (или) газоразрядными лампами).

По конструктивному исполнению искусственное освещение подразделяют на общее и комбинированное (общее + местное). Общее освещение предназначено для освещения всего помещения, осветительные устройства размещаются в верхней зоне помещения. Оно может быть равномерным или локализованным.

Общее равномерное освещение обеспечивает равномерное распределение светового потока по всему помещению без учета расположения оборудо-вания, а общее локализованное – с учетом расположения рабочих мест путем размещения светильников ближе к рабочим поверхностям.

Комбинированное освещение состоит из общего и местного (местный светильник, например, настольная лампа). Его устанавливают при работах высокой точности, а также при необходимости создания определенного или изменяемого в процессе работы направления света. Доля общего освещения в комбинированном должна быть не менее 10 %.

Местное освещение предназначено для освещения только рабочих поверхностей и не создает необходимой освещенности даже на прилегающих к ним площадях. Применение только местного освещения, как стационарного, так и переносного, в производственных помещениях не допускается.

Система общего освещения должна соответствовать следующим требованиям:

− светильники должны быть оснащены антибликовыми приспособлениями (сетками, диффузорами и т. д.);

− часть света должна быть направлена на потолок и на верхнюю часть стен;

− светильники должны быть установлены вне поля зрительной видимости работника, чтобы уменьшить ослепление и сделать освещение более однородным.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для освещения помещений используют наиболее экономичные газоразрядные лампы. Использование ламп накаливания для общего освещения допускается только в случае невозможности или техникоэкономической нецелесообразности использования газоразрядных ламп. Для местного освещения, кроме газоразрядных источников света, рекомендуется использовать лампы накаливания, в том числе галогенные.

Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности и эвакуационное. Освещение безопасности предназначено для освещения помещений при аварийном отключении рабочего освещения в случае взрыва, пожара, отравления людей, длительного нарушения технологического процесса, нарушения режима работы детских учреждений, нарушения работы электрических станций, узлов радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерских пунктов, насосных установок водоснабжения, канализации и теплофикации, установок вентиляции и кондиционирования воздуха для производственных помещений, в которых недопустимо прекращение работ, и т. п. Освещение безопасности должно создавать на рабочих поверхностях наименьшую освещенность в размере 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения, от общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и не менее 1 лк – для территорий предприятий. Питание светильников при этом осуществляется с помощью резервных автономных генераторов.

Эвакуационное освещение предназначено для безопасной эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей, на лестницах, вдоль основных проходов производственных помещений, в которых работает более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц освещенность 0,5 лк (в помещениях) и 0,2 лк – на открытых территориях.

Для аварийного освещения (освещения безопасности и эвакуационного) следует применять лампы накаливания; люминесцентные лампы – в помещениях с минимальной температурой воздуха не менее 5 °C при условии питания ламп во всех режимах напряжением не ниже 90 % от номинального; газоразрядные лампы высокого давления – при условии их мгновенного или быстрого повторного зажигания как в горячем состоянии после кратковременного отключения питающего напряжения, так и в холодном состоянии.

Охранное освещение предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. Оно должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на уровне земли. Для охранного освещения могут использоваться любые источники света, за исключением случаев, когда охранное освещение нормально не горит и автоматически включается от действия охранной сигнализации или других технических средств. В таких случаях должны применяться лампы накаливания.

Дежурное освещение предназначено для минимального искусственного освещения при несении дежурства, охраны, в нерабочее время, совпадающее с темным временем суток. Для дежурного освещения могут использоваться любые источники света.

Кроме естественного и искусственного освещения, может применяться их сочетание, когда освещенности за счет естественного света недостаточно для выполнения той или иной работы. Такое освещение называется совмещенным. Для выполнения работы наивысшей, очень высокой и высокой точности обычно естественной освещенности недостаточно, поэтому применяют совмещенное освещение.

Основные требования к искусственному освещению производственных помещений.

Требования, которым должно отвечать освещение на рабочем месте:

− освещенность должна соответствовать характеру зрительной работы;

− яркость света должна быть достаточной;

− равномерное распределение светового потока по рабочей поверхности;

− источник света не должен слепить глаза;

− освещение должно быть рассеянным и не создавать глубоких теней;

− величина освещения постоянна во времени;

− оптимальный спектральный состав;

− все элементы осветительных установок должны быть долговечны, взрыво- пожаро- и электробезопасны.

Электрические источники света. Правильный выбор типов и мощности ламп оказывает решающее влияние на эксплуатационные качества и экономическую эффективность осветительных установок, на соответствие искусственного освещения предъявленным к нему требованиям. В осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений и территорий предприятий, в качестве источников света применяют:

− лампы накаливания;

− газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления.

Основные характеристики ламп:

− электрическая мощность W, Вт;

− световой поток F, лм;

− удельная световая отдача η:

\[Η = F/W (лм/Вт) \]

(1.13)

Световая отдача показывает, с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет:

− номинальное напряжение питающей сети U, B;

− средний срок службы t, ч.

В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных ламп.

Лампы накаливания. Лампы накаливания применяются в помещениях, где проводят грубые работы или осуществляют надзор за работой оборудования. В системах производственного освещения применяются лампы накаливания общего назначения с номинальным напряжением 127 В и 220 В и лампы накаливания местного освещения с напряжением 24 В и 40 В.

Достоинства ламп накаливания:

− относительно низкая стоимость;

− простота в изготовлении;

− удобство и надежность в эксплуатации (не требуют включения в сеть дополнительных пусковых устройств);

− незначительный период разгорания;

− компактность;

− практически не зависят от условий окружающей среды;

− световой поток к концу срока службы снижается незначительно.

Недостатки ламп накаливания:

− низкая световая отдача (не более 20 лм/Вт), а, следовательно, неэкономичность эксплуатации;

− небольшой срок службы (до 1 000 ч);

− неблагоприятный спектральный состав (преобладание желтой и красной частей спектра);

Галогенные лампы накаливания (ГЛН) наряду с вольфрамовой нитью содержат в колбе пары галогена (йод, бром), который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение. По сравнению с лампами накаливания они имеют значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, продолжительный срок службы (до 2 000 ч) и повышенную светоотдачу (до 22 лм/Вт). ГЛН применяются в системах общего освещения, прожекторах и т. п.

Газоразрядные лампы низкого давления. Иначе их называют люминесцентными. Люминесцентная лампа – газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием электрических зарядов, проходящих через него. Наиболее распространенной разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа.

Выбор типа люминесцентных ламп для освещения того или иного рабочего помещения зависит от особенностей работы и окраски помещения. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) – лампа, имеющая меньшие размеры по сравнению с колбчатой лампой и меньшую чувствительность к механическим повреждениям. Основное их преимущество – экономичность в компактной форме. Они позволяют снизить расходы на электричество до 80 % по сравнению с лампами накаливания, причем срок службы может быть больше в 15 раз.

Достоинства КЛЛ по сравнению с лампами накаливания:

− высокая световая отдача (до 75 лм/Вт);

− большой срок службы (до 10 000 ч);

− экономичность;

− возможность применения источника света различного спектрального состава при лучшей для большинства типов цветопередаче;

− относительно малая (хотя и создающая ослепленность) яркость;

− выделение значительно меньшего тепла.

Недостатки КЛЛ по сравнению с лампами накаливания:

− относительная сложность схемы включения;

− ограниченная единичная мощность;

− зависимость от условий эксплуатации (при низкой температуре, большой влажности они плохо загораются и быстро выходят из строя. Для оптимальной работы лампы температура в помещении должна быть 18–25 ^оС, а влажность – не более 70 %);

− значительное снижение светового потока к концу срока службы;

− стробоскопический эффект, т.е. искажение зрительного восприятия в пульсирующем световом потоке.

Газоразрядные лампы высокого давления. Различают дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ), дуговые ртутные лампы с добавкой металлов (ДРИ), ксеноновые газоразрядные лампы (ДКсТ), натриевые газоразрядные лампы (ДНаТ). Лампы ДРЛ позволяют создать большие уровни освещенности без значительных затрат на электроэнергию и применяются в высоких цехах при наличии пыли, дыма и копоти в воздухе. Используются для освещения территорий предприятий, населенных пунктов, а также производственных помещений большой высоты.

Достоинства ДРЛ по сравнению с люминесцентными лампами:

− более высокая световая отдача (до 55 лм/Вт);

− больший срок службы (10 000–15 000 ч);

− компактность;

− устойчивость к условиям внешней среды;

− меньшая чувствительность к колебаниям напряжения.

Недостатки ДРЛ по сравнению с люминесцентными лампами:

− длительность разгорания при включении (до 7 мин);

− большая пульсация светового потока;

− значительное снижение светового потока к концу срока службы;

− преобладание в спектре лучей сине-зеленой части (что исключает их применение, когда объектами различения являются лица людей или окрашенные поверхности).

В тех случаях, когда нельзя использовать лампы ДРЛ, применяются дуговые ртутные лампы с добавкой йодидов металлов (ДРИ), их часто называют металлогалогенными. Они являются одним из наиболее экономичных источников света общего назначения, что позволяет использовать их для освещения производственных помещений большой высоты и площади, строительных площадок, карьеров, а также других мест работы под открытым небом.

Ксеноновые газоразрядные лампы (дуговые ксеноновые трубчатые). Спектр излучения ксеноновых ламп почти полностью воспроизводит спектр солнечного света, что позволяет правильно воспринимать цветовые оттенки. Лампы применяются только для освещения территорий предприятия в связи с опасностью ультрафиолетового облучения работающих в помещении.

Достоинство: лампы ДКсТ выпускаются на единичные мощности от 5 до 10 кВт и имеют самый близкий к естественному свету спектральный состав. Но это их достоинство не используется, поскольку внутри зданий они не применяются.

Недостатки:

− большая пульсация светового потока;

− избыток в спектре ультрафиолетовых лучей, вызывающий необходимость создания защитных колб;

− малая надежность пусковых устройств;

− сравнительно низкая отдача светового потока (по сравнению с ДРЛ, ДРИ, ДНаТ и галогенными источниками повышенной мощности).

Натриевые газоразрядные лампы обладают наивысшей эффективностью и удовлетворительной цветопередачей. Их применяют для освещения цехов большой высоты, где требования к цветопередаче невысоки.

Достоинства натриевых газоразрядных ламп:

− высокая световая отдача (80–150 лм/Вт);

− большой срок службы (16 000–28 000 ч);

− одна лампа ДНаТ мощностью 250 Вт может заменить две лампы ДРЛ мощностью 250 Вт или три лампы накаливания мощностью по 500 Вт.

Недостаток: низкая цветопередача, поэтому в первую очередь они применяются для освещения автомагистралей, туннелей, протяженных складских помещений, растений в теплицах, в архитектурной подсветке и для освещения больших открытых пространств.

Нормирование и гигиеническая оценка производственного освещения.

Нормы освещенности построены на основе классификации работ по определенным количественным признакам. Производственное освещение нормируется в зависимости:

− от точности зрительной работы;

− от яркости фона;

− от контраста объекта и фона;

− от системы освещения.

Точность зрительной работы характеризуется минимальным размером объекта различения. Объект различения – это элемент рассматриваемого объекта минимального размера, который нужно узнавать и различать. По степени точности все зрительные работы делятся на восемь разрядов. В свою очередь разряды делятся на четыре подразряда в зависимости от характеристики фона и контраста между объектом и фоном. Деление разрядов зрительных работ на подразряды дает возможность более дифференцированно выбрать освещенность для каждой зрительной работы.

Гигиеническая оценка производственного освещения заключается в измерении или расчете фактической освещенности на рабочей поверхности и сравнении ее с нормативным значением, которое указано в строительных или отраслевых нормах освещенности рабочих мест, в зависимости от вида работ. Рабочей считается поверхность, на которой непосредственно производится работа.

Нормирование искусственного освещения. Нормирование осуществляется непосредственно по минимальной освещенности рабочей поверхности (Е, лк).

Нормируемые значения освещенности в люксах, отличающиеся на одну ступень, образуют шкалу: 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000 лк.

В ряде случаев нормы освещенности необходимо повышать или пони-жать на одну ступень по шкале освещенности. Например, если работа связана с повышенной опасностью травматизма, если различаемые объекты рас-положены от глаз далее, чем на 0,5 м, нормы освещенности повышают на одну ступень согласно специальной шкале освещенности. В помещениях, где выполняются работы IV–VI разрядов, нормы освещенности следует снижать на одну ступень при кратковременном пребывании людей или при наличии оборудования, не требующего постоянного обслуживания.

Нормирование естественного освещения. Непостоянство естественного света даже в течение короткого промежутка времени вызвало необходимость нормировать естественное освещение с помощью относительного показателя – коэффициента естественной освещенности (КЕО).

КЕО – это отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах:

\[KEO=\frac{E_{вн }}{E_{нар}} ⋅ 100 \]

(1.14)

где Е_вн – освещенность какой-либо точки внутри помещения;

Е_нар – освещенность точки вне помещения.

В небольших помещениях при одностороннем боковом естественном освещении (рис. 1.1, а) нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности. При двустороннем боковом освещении (рис. 1.1, б) – в точке посередине помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности. При верхнем или комбинированном естественном освещении (рис. 1.1, в, г) нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности. Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1м от поверхности стен.

Рис. 1.1. Схема распределения КЕО по разрезу помещения: а – одностороннее боковое освещение; б – двустороннее боковое освещение; в – верхнее освещение; г– комбинированное освещение: 1 – уровень рабочей плоскости

Условная рабочая поверхность – условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

Нормирование совмещенного освещения. Совмещенное освещение, так-же, как и естественное, нормируют с помощью КЕО в зависимости от выполняемого разряда зрительной работы и конструктивного исполнения искусственного освещения. Совмещенное освещение оценивается при отключенных источниках искусственного света.

Условная рабочая поверхность – условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.

В крупногабаритных производственных помещениях при боковом освещении минимальное значение КЕО нормируется в точке, удаленной от световых проемов:

– на 1,5 высоты помещения для работ I–IV разрядов;

– на 2 высоты помещения для работ V–VII разрядов;

– на 3 высоты помещения для работ VIII разряда.

Характерный разрез помещения – поперечный разрез посередине помещения, плоскость которого перпендикулярна плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или продольной оси пролетов помещения (участки с наибольшим количеством рабочих мест, а также точки рабочей зоны, наиболее удаленные от световых проемов).

В практике КЕО широко используется при расчетах величины световых проемов в проектируемых зданиях. Кроме того, он применяется в качестве оценки пригодности помещения для выполнения работ заданной точности. Такая оценка проводится для помещений, целевое назначение которых изменилось.

При выборе требуемого минимального уровня освещенности рабочего места необходимо установить разряд (характер) выполняемой зрительной работы. Его определяют по наименьшему размеру объекта различения (мм).

В производственных помещениях со зрительной работой I–III разрядов следует устраивать совмещенное освещение.

При искусственном освещении рабочих мест нормируется минимальная освещенность рабочей поверхности в зависимости от разряда и подразряда выполняемой работы. Подразряд зрительной работы определяется в зависимости от характеристики фона и контраста объекта различения с фоном.

В помещениях, где выполняются работы IV–VI разрядов, их нужно снижать на одну ступень при кратковременном пребывании людей или при наличии оборудования, не требующего постоянного обслуживания.

Проектирование естественного освещения. Проектирование естественного освещения заключается в расчете требуемой площади световых проемов и в выборе конструкции оконных проемов или световых фонарей.

При боковом естественном освещении требуемая общая площадь световых проемов может быть определена выражением

\[ 100\frac{S_{o}}{S_{n}}=\frac{e_{H} K_{з} \eta_{o}}{\tau_{об}\rho_{о}}K_{зд}\]

(1.15)

а при верхнем освещении определяется формулой

\[ 100\frac{S_{ф}}{S_{n}}=\frac{e_{H} K_{з} \eta_{o}}{\tau_{об}\rho_{о}K_{ф}}\]

(1.16)

где S_o – требуемая площадь световых проемов при боком освещении, м²;

S_ф – требуемая площадь световых проемов освещении, м²;

S_n – площадь пола помещения, м²;

e_н – нормированное значение КЕО, % (см. табл. А.1);

К_зд – коэффициент запаса, учитывающий снижение КЕО и освещенности вследствие загрязнения и старения световых проемов (см. табл. А.1);

η_о – световая характеристика окон (см. табл. А.1);

η_ф – световая характеристика фонаря (принимаем равным 1);

К_зд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями (принимаем равным 1–1,7);

К_ф – коэффициент, учитывающий тип фонаря (см. табл. А.1);

τ_об – общий коэффициент светопропускания (принимаем равным 0,98);

ρ_о – коэффициент, учитывающий повышение КЕО благодаря свету, отраженному от поверхностей (принимаем равным 1,05–1,7).

Для ориентировочного определения площади световых проемов иногда используют световой коэффициент, определяемый по формуле

\[ K_{св}=\frac{S_{св}}{S_n}>\frac{1}{4}···\frac{1}{5}\]

(1.17)

где S_св – площадь световых проемов, м²;

S_n – площадь пола, м².

Далее, исходя из габаритов помещения и общей площади световых проемов, выбирают конструкцию, количество и размеры оконных проемов.

Проектирование и расчет искусственного освещения. Одним из наиболее распространенных и применяемых на практике является метод коэффициента использования светового потока, который предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей. Проектирование и расчет искусственного освещения по данному методу осуществляются в следующей последовательности:

1. Выбирается система освещения (общая или комбинированная), тип источника света (лампы накаливания или газоразрядные) и светильники.

Выбор системы освещения и светильников обусловливается зрительными работами в помещении, а их размещение должно обеспечить направление световых потоков на рабочие места, ограничение ослепленности, удобство доступа к светильникам для их обслуживания и создание нормирован-ной освещенности более экономичными средствами. При выполнении в помещении работ I–III, IVa–в, Va разрядов следует применять систему комбинированного искусственного освещения. Освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения в системе комбинированного, должна составлять не менее 10 % нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются для местного освещения. При этом освещенность должна быть не менее 200 лк при газоразрядных лампах, и не менее 75 лк при лампах накаливания.

В помещениях без естественного света освещенность рабочей поверхности, создаваемую светильниками общего освещения в системе комбинированного, следует повышать на одну ступень. Для местного освещения в си-стеме комбинированного следует использовать светильники с непросвечивающими отражателями. Местное освещение рабочих мест, как правило, должно быть оборудовано регуляторами освещения.

Светильники с лампами накаливания размещаются в вершинах квадратных, прямоугольных или треугольных полей, что дает наибольшую равномерность освещения.

Светильники с газоразрядными лампами (люминесцентными) рекомендуется располагать сплошными рядами или с небольшими разрывами, ориентируя ряды параллельно стенам с окнами или продольными осям помещения по длине вдоль рабочих столов или технологического оборудования.

В узких помещениях допустимо однорядное расположение светильников. В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных ламп.

Тип светильника выбирается исходя из характеристик помещения (см. табл. А.1).

2. Производится размещение светильников по высоте помещения.

Положение светильников в разрезе и на плане помещения определяется расчетной высотой подвеса светильника h_p над рабочей поверхностью и расстоянием l между соседними точечными светильниками или рядами линейных светильников с люминесцентными лампами.

Расчетная высота подвеса светильника h_p может быть определена исходя из геометрических размеров помещения в соответствии с рис. 1.2 по формуле

\[h_{p}=H-(h_{c}+h_{n}),\]

(1.18)

где H – высота помещения, м;

h_с – расстояние светильника от перекрытия («свес» светильника), выбирается исходя из высоты помещения H, м;

h_n – высота рабочей поверхности над полом (обычно h_n = 0,8 м).

Рис. 1.2. Разрез помещения

3. Определяем расстояния между светильниками (рядами светильников) L по формуле

\[L=\lambda \times h_{p}\]

(1.19)

где λ – оптимальное отношение расстояния между светильниками L к высоте их подвеса h_p (см. табл. А.1).

где λ – оптимальное отношение расстояния между светильниками L к высоте их подвеса h_p (см. табл. А.1).

– если у стен расположены рабочие места:

\[L_{1}=(0,25...0,3)L\]

(1.20)

– если у стен расположены проходы:

\[L_{2}=(0,4...0,5)L\]

(1.21)

Оценим, сколько рядов можно разместить в помещении:

\[2L_{1(2)}+L(n_p-1)\leq b\]

(1.22)

Следовательно

\[n_p \leq \lfloor(b-2)L_{1(2)})/L\rfloor +1\]

(1.23)

где n_p – количество рядов в помещении;

b – ширина помещения, м.

Определим количество светильников в ряду, учитывая, что сумма расстояний от светильников до стен и длины светильников должна быть меньше длины помещения. Количество светильников рассчитаем по формуле

\[2\cdot L_{1(2)} +L(n_p-1)\leq b\]

(1.24)

\[n_{св}\leq (a-2L_{1(2)})/L_{св}\]

(1.25)

где n_св – количество светильников в ряду;

а – длина помещения, м;

L_св – длина светильника, м.

По полученным данным на плане помещения, вычерченном в масштабе, производится окончательное уточнение расположения светильников и их количества.

5. Определяем коэффициент использования светового потока η - в зависимости от индекса помещения, типа светильника и коэффициентов отражения потолка p_п, стен p_с и рабочей поверхности pрп (см. табл. А.1).

Индекс помещения определяется по формуле

\[i=\frac{a+b}{h_п(a+b)}\]

(1.26)

где i – индекс помещения;

а и b – длина и ширина помещения, м.

6. Производим расчет светового потока лампы, необходимого для со-здания на рабочих поверхностях освещенности на все время эксплуатации осветительной установки. Световой поток лампы определяется по формуле

\[F=\frac{E_{min} \cdot S\cdot K_з \cdot Z}{N\cdot n\cdot \eta}\]

(1.27)

где F – световой поток одной лампы, лм;

E_min – нормативная минимальная освещенность, лк;

S – освещаемая площадь помещения, м2;

K_з – коэффициент запаса, учитывающий запыленность светильников и из-нос источников света в процессе эксплуатации (см. табл. А.1);

Z – коэффициент неравномерности минимальной освещенности;

N – число светильников на плане помещения;

n – число ламп в одном светильнике;

η – коэффициент использования светового потока (в долях).

Коэффициент неравномерности минимальной освещенности рассчитывается по формуле

\[Z=E_{cp}/E_{min}\]

(1.28)

Рекомендуется принимать значение Z, равное 1,15, для ламп накаливания и 1,1 –для люминесцентных ламп.

7. Выбираем ближайшую стандартную лампу по полученному в результате расчета требуемому световому потоку (см. табл. А.1). Допускается отклонение \[\triangle\] светового потока лампы не более чем на 10…+20 %. Для этого выполняется проверка по формуле

\[\triangle=\frac{F_{станд}-F}{F}\]

(1.29)

где F_станд – световой поток стандартной лампы.

При невозможности выбора лампы с таким приближением корректируют количество светильников.

Помимо рассмотренного метода расчет светового потока, необходимого для обеспечения требуемой освещенности (E_н), может также осуществляться точечным методом и методом Ватт. Этот метод основан на определении по светотехническим справочникам удельной мощности осветительной установки в зависимости от заданных параметров установки и числа светильников.

Проектирование совмещенного освещения. В производственных помещениях со зрительной работой I, II, III разрядов следует устраивать совмещенное освещение. При расчете общей площади световых проемов для естественного освещения в системе совмещенного используются нормированные значения КЕО, приведенные в табл. А.1 (совмещенное освещение). В крупнопролетных сборочных цехах (аудиториях), в которых работы выполняются в значительной части объема помещения на разных уровнях от пола и на разных ориентированных в пространстве рабочих поверхностях, допускается применение верхнего естественного освещения. При этом нормированные значения КЕО (е_п) принимаются для разрядов I, II, III соответственно (10, 7 и 5 %).

Общее искусственное освещение (независимо от принятой системы освещения) в системе совмещенного освещения в производственных помещениях, предназначенных для постоянного пребывания людей, должно обеспечиваться газоразрядными источниками света. Нормированные значения освещенности (Е_н) приведены в табл. А.1.

Проектирование и расчет искусственного освещения в системе совмещенного освещения производится аналогично описанному выше.

При гигиенической оценке естественного освещения оценивается (сравнивается с нормативом) минимальное значение коэффициента естественной освещенности Еmin, имеющее место:

– при одностороннем боковом освещении на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов;

– двустороннем боковом освещении – в точке посередине помещения;

– верхнем и боковом освещении – среднее значение КЕО в точках на расстоянии 1 м от стены.

Гигиеническая оценка производственного помещения.

Прибор для измерения освещенности называется люксметром. В качестве приемника света люксметры имеют, как правило, либо селеновый фото-элемент, либо кремниевый фотодиод. Для измерения освещенности помеще-ний используется люксметр Ю-116. Принцип его действия основан на фотоэлектрическом эффекте. Люксметр (рис. 1.3) состоит из фотоэлемента, соединенного с милливольтметром. Шкалы последнего проградуированы в люксах с пределами измерений: нижняя – от 0 до 30 лк, верхняя – от 0 до 100 лк. Увеличение пределов измерений осуществляется за счет применения насадок. В комплект входят три насадки с коэффициентами ослабления: 10, 100, 1000. Перечисленные насадки применяются вместе с матовой полусферической насадкой.

При использовании насадок предел измерений по верхней и нижней шкалам увеличивается. Новые значения пределов измерений в зависимости от комплекта применяемых насадок указаны в правой части прибора. В левой колонке указаны предельные значения нижней шкалы прибора в зависимости от применяемого комплекта насадок, в правой – предельные значения верхней шкалы. При подготовке прибора к измерению стрелка устанавливается на нулевое деление шкалы с помощью корректора. Показания прибора в делениях лк по соответствующей шкале умножают на коэффициент в зависимости от применяемых насадок и получают значение Е_изм (лк). Для ускоре-ния поиска диапазона измерений рекомендуется сначала использовать насадку с большим коэффициентом ослабления, а затем переходить к насадке с меньшим ослаблением. При этом, работая с каждой насадкой, рекомендуется сначала нажимать правую, а затем левую кнопку. Для получения правильной освещенности следует оберегать селеновый фотоэлемент от лишней освещен-ности, не соответствующей выбранным насадкам, но при реальных уровнях общего освещения в лабораторном помещении. Благодаря применению насадок с помощью люксметра Ю-116 можно измерять освещенность до 100 000 лк.

Перед началом измерений необходимо соединить фотоэлемент с милливольтметром, т. е. вилку фотоэлемента вставить в гнездо прибора, строго соблюдая полярность. Для того чтобы прибор при этом не вынимать из футляра, в последнем напротив соединительного гнезда сделан специальный вырез. Включение прибора производится нажатием одной из кнопок в пра-вой нижней части прибора (левая – нижняя шкала, правая – верхняя).

Рис. 1.3. Общий вид люксметра Ю-116

Измерение освещенности следует начинать по шкале 0–30 (нажимается левая кнопка). Если при этом стрелка на шкале прибора смещается в крайнее правое положение, необходимо переключиться на шкалу 0–100 (нажимается правая кнопка). Если в этом случае стрелка прибора окажется в крайнем правом положении, следует использовать поочередно насадки в зависимости от освещенности, каждый раз начиная измерение по нижней шкале. Смещение стрелки прибора в крайнее левое положение шкалы свидетельствует о том, что измеряемая освещенность мала. При этом следует заменить насадки с большим коэффициентом ослабления на насадки с меньшим коэффициентом или снять их совсем. При определении освещенности фотоэлемент уста-навливается горизонтально на рабочих местах.

Ход работы:

1. Изучить принципы организации производственного освещения и особенности гигиенической оценки искусственного, естественного и совмещенного освещения.

2. Ознакомиться с прибором для гигиенической оценки освещения, получить практические навыки работы на люксметре марки Ю-116.

3. Провести измерение светотехнических характеристик производственного помещения и дать рекомендации по нормализации условий труда для зрительных работ конкретного вида.

Измерение естественного освещения.

1. Произвести измерение освещенности помещения на расстоянии 1, 2, 3, 4, 5 м от наружной стены помещения. Измерение производится на уровне горизонтальной рабочей поверхности на высоте 0,8 м от пола. При этом фотоэлемент удерживается горизонтально. Одновременно необходимо произвести измерение освещенности вне помещения в точке под открытым небосводом (фотоэлемент выставляется в окно). Полученные данные записать в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Результаты измерения естественного освещения

Расстояние от поверхности наружной стены L, м	1	2	3	4	5	Освещенность Енар  вне помещения, лк
Освещенность Евн, лк

2. Построить кривую светораспределения в помещении (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Кривая светораспределения в помещении.

3. Определить КЕО, %, для точки, расположенной в 5 м от окна.

4. Определить разряд и подразряд зрительной работы. По табл. А.1 такие размеры соответствуют разряду зрительной работы IV. При этом ис-пользуется белая бумага, значит фон светлый. Так как применяем темные чернила или черную типографскую краску, то контраст объекта (точки) с фоном большой. В табл. А.1 для IV разряда зрительной работы ищем слова «большой» и «светлый» на одном уровне по горизонтали и определяем подразряд зрительной работы – г. Значит разряд и подразряд зрительной работы – IVг, т. е. работы средней точности.

5. На основании полученных данных дать оценку помещения с точки зрения пригодности его для выполнения работ определенной точности.

Измерение искусственного освещения.

Зашторить окна, включить искусственный свет и произвести измерение освещенности на четырех рабочих местах. Записать полученные данные в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Результаты измерения искусственного освещения

Рабочие места	1	2	3	4
Освещенность, лк

Для заданного разряда и подразряда работ определить минимальную освещенность и сопоставить с фактической. Сделать вывод о соответствии фактической освещенности нормативным требованиям. При необходимости дать рекомендации по улучшению освещенности в помещении.

Задача 1. Оценить зрительные условия труда (освещение) в заданном помещении при естественном (1а), совмещенном (1б), и искусственном (1в) освещении при выполнении в нем зрительных работ, относящихся (по точности) к 4 разряду тяжести работ и подразряду Б.

Задача 1а. Освещение – естественное. В помещении ведутся зрительные работы по 4 разряду тяжести работ. Фактическое значение освещения в помещении – 40 лк, вне помещения – 3000 лк. Определить значение КЕО фактическое и нормативное. Сделать вывод.

Задача 1б. Освещение – совмещенное Фактическое значение освещения в помещении – 42 лк, вне помещения – 2800 лк. Определить значение КЕО фактическое и нормативное. Сделать вывод.

Задача 1в. Освещение – искусственное. Фактическое значение освещения – 150 лк. Определить нормативное значение освещения. Сделать вывод.

Задача 2. Определить характеристики зрительных работ (разряд, подразряд), которые могут выполняться в помещениях а, б и в при естественном, совмещенном и искусственном освещении в соответствии с исходными данными табл. 1.5. Фактические значения КЕО (для помещений а и б) и значения Е (для помещения в) брать из задач 1а, 1б и 1в соответственно.

Задача 3. Рассчитать общее равномерное искусственное освещение для производственного помещения при следующих условиях (табл. 1.5)

Таблица 1.5

Исходные данные к задаче 3 лабораторной работы №2

Номер варианта / Параметр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Размеры помещения (длина, ширина, высота), м
12 5 3	10 6 4	16 8 4	9 6 3	14 8 4	10 6 3	15 7 4	13 10 4	8 5 3	14 9 3	16 8 3	10 7 3	14 7 3	15 7 3	7 5 3
Характеристика зрительной работы (разряд, подразряд)
I г	IV б	V в	I в	IV а	III г	VI	V а	II в	III г	IV а	V б	V в	IV в	IV г
Содержание в воздушной среде рабочей зоны пыли, дыма и копоти, мг/м3
менее  1	менее  1	от 1 до 5	менее  1	менее  1	менее  1	свыше 5	от 1 до 5	менее  1	менее  1	менее  1	менее  1	от 1 до 5	менее  1	менее  1
Коэффициенты отражения поверхностей (ρn, ρc, ρp, %)
70 50 30	50 30 10	50 30 10	70 50 30	50 30 10	70 50 30	50 30 10	70 50 30	70 50 30	70 50 30	50 30 10	50 30 10	50 30 10	70 50 30	70 50 30