§2. Освещение

Свет является естественным условием жизни человека, сохранения его здоровья. Сохранение зрения человека, состояния его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависят от условий освещения. От освещения зависят также производительность труда и качество выпускаемой продукции.

Свет представляет собой видимые глазом электромагнитные волны оптического диапазона длиной 380-760 нм, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора.

С точки зрения гигиены труда основной светотехнической характеристикой является освещенность (Е), которая представляет собой распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью (S) и может быть выражена формулой Е = Ф/S.

За единицу освещенности принят люкс (лк). Люкс – освещенность поверхности площадью 1 м² при световом потоке падающего на нее излучения, равном 1 лм.

Световой поток (Ф) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм).

Единица светового потока - люмен (лм) - световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1 стерадиан при силе света, равной 1 канделе.

Стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий из поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, длина которой равна радиусу сферы.

Сила света (I) определяется как отношение светового потока (Ф), исходящего от источника и распространяющегося равномерно внутри элементарного телесного угла (d), к величине этого угла: I = Ф / d.

Кандела – сила света, испускаемого с площади 1/600000 м² сечения полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па.

В физиологии зрительного восприятия важное значение придается не падающему потоку, а уровню яркости освещаемых производственных и других объектов, которая отражается от освещаемой поверхности в направлении глаза. Под яркостью понимают характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Яркость измеряется в нитах (нт). Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается.

Световой поток, падающий на поверхность, частично отражается, поглощается или пропускается сквозь освещаемое тело. Поэтому световые свойства освещаемой поверхности характеризуются также следующими коэффициентами:

        коэффициент отражения - отношение отраженного телом светового потока к падающему;

        коэффициент пропускания - отношение светового потока, прошедшего через среду, к падающему;

        коэффициент поглощения - отношение поглощенного телом светового потока к падающему.

К гигиеническим требованиям, отражающим качество производственного освещения, относятся:

      равномерное распределение яркостей в поле зрения и ограничение теней;

      ограничение прямой и отраженной блесткости;

      ограничение или устранение колебаний светового потока.

Равномерное распределение яркости в поле зрения имеет важное значение для поддержания работоспособности человека. Если в поле зрения постоянно находятся поверхности, значительно отличающиеся по яркости (освещенности), то при переводе взгляда с ярко на слабоосвещенную поверхность глаз вынужден переадаптироваться. Частая переадаптация ведет к развитию утомления зрения и затрудняет выполнение производственных операций.

Степень неравномерности освещения определяется коэффициентом неравномерности - отношением максимальной освещенности к минимальной. Чем выше точность работ, тем меньше должен быть коэффициент неравномерности.

Блесткость (чрезмерная слепящая яркость) - свойство светящихся поверхностей с повышенной яркостью нарушать условия комфортного зрения, ухудшать контрастную чувствительность или оказывать одновременно оба эти действия.

Колебания светового потока также оказывают влияние на работоспособность, развивая утомления и снижая точность выполнения производственных операций.

В производственных помещениях используется 3 вида освещения:

        естественное (источником его является солнце);

        искусственное (когда используются только искусственные источники света);

        совмещенное или смешанное (характеризуется одновременным сочетанием естественного и искусственного освещения).

Естественное освещение создается природными источниками света - прямыми солнечными лучами и диффузным светом небосвода (от солнечных лучей, рассеянных атмосферой). Естественное освещение является биологически наиболее ценным видом освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека.

В производственных помещениях используются следующие виды естественного освещения: боковое - через светопроемы (окна) в наружных стенах; верхнее - через световые фонари в перекрытиях; комбинированное - через световые фонари и окна.

Искусственное освещение на промышленных предприятиях осуществляется лампами накаливания и газоразрядными лампами, которые являются источниками искусственного света.

В зданиях с недостаточным естественным освещением применяют совмещенное освещение - сочетание естественного и искусственного света. Искусственное освещение в системе совмещенного может функционировать постоянно (в зонах с недостаточным естественным освещением) или включаться с наступлением сумерек.

Необходимые уровни освещенности нормируются в соответствии со СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" в зависимости от точности выполняемых производственных операций, световых свойств рабочей поверхности и рассматриваемой детали, системы освещения.

В производственных помещениях применяются общее и комбинированное (общее и местное) освещение. Общее - для освещения всего помещения, комбинированное - для увеличения освещения только рабочих поверхностей или отдельных частей оборудования. Применение одного только местного освещения внутри зданий не допускается.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на следующие виды: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное и дежурное.

Рабочее освещение - освещение обязательное для всех помещений и освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение - освещение, устраиваемое для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при аварии) и связанное с этим нарушением нормального обслуживания могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длительное нарушение технологического процесса и т.п., т.е. те ситуации, в которых недопустимо прекращение работ. Аварийное освещение должно обеспечивать не менее 5% освещенности рабочих поверхностей от нормируемой при системе общего освещения, но не менее 2 лк внутри здания и 1 лк для территорий предприятия.

Эвакуационное освещение следует предусматривать для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении рабочего освещения в местах, опасных для прохода людей, на лестничных клетках, вдоль основных проходов в производственных помещениях, в которых работает более 50 человек.

Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность в помещениях, на полу основных проходов и на ступеньках не менее 0,5 лк, а на открытых территориях - 0,2 лк. Выходные двери общественных помещений общественного назначения, в которых могут находится более 100 человек, должны быть отмечены световыми сигналами - указателями.

Светильники аварийного освещения для продолжения работы присоединяются к независимому источнику, а светильники для эвакуации людей - к сети, независимо от рабочего освещения, начиная от щита на подстанции.

В нерабочее время, совпадающее с темными временами суток, во многих случаях необходимо обеспечить минимальное искусственное освещение для несения дежурств и охраны.

Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений выделяется часть светильников рабочего или аварийного освещения. Наименьшая освещенность в ночное время 0,5 лк.

Электрическими источниками света являются лампы накаливания (рис. 70) и газоразрядные лампы (рис. 71).

Основными параметрами электрических источников света являются номинальные значения напряжения (В), мощности (Вт), светового потока (лм), световой отдачи (лм/Вт) и срока службы (час). Эти параметры устанавливаются соответствующими ГОСТами.

Принцип действия ламп накаливания основан на тепловом действии электрического тока: вольфрамовая нить лампы, раскаленная до 2500-2700⁰ С, излучает световой поток. Лампы накаливания в настоящее время являются наиболее массовым источником света. Их основные достоинства: широкий диапазон мощностей, напряжений и типов, приспособленных к определенным условиям применения; непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов; работоспособность при значительных отклонениях напряжения в сети от номинального; почти полная независимость от условий окружающей среды (вплоть до возможности работать погруженными в воду) в том числе от температуры, компактность. К недостаткам ламп накаливания относятся: низкий энергетический КПД (видимое излучение составляет не более 4% потребляемой электроэнергии); в спектре света преобладают инфракрасные лучи; изменение в сторону снижения светового потока и КПД в процессе эксплуатации; высокая температура на поверхности колбы (до 250 – 300⁰ С через 10-12 мин после включения), малый срок службы (до 1000 ч) и резкое его снижение при незначительных превышениях напряжения питающей сети.

В газоразрядных лампах видимое излучение создается электрическим разрядом в газах или парах металлов. В большинстве случаев такое излучение имеет ту или иную цветность и непосредственно для целей освещения малопригодно. Этот недостаток был устранен применением в газоразрядных лампах порошкообразных кристаллических светосоставов - люминофоров, набор которых позволяет получить излучение любой цветности. Основными типами газоразрядных ламп являются трубчатые люминесцентные лампы низкого давления и лампы типа ДРЛ (дуговая, ртутная, люминесцентная).

Отечественной промышленностью выпускаются люминесцентные лампы различной мощности, напряжения, формы и цветности излучения. Трубчатые люминесцентные лампы имеют ряд преимуществ: высокая световая отдача, достигающая 76 лм/Вт (при максимум 18 лм/Вт у ламп накаливания); большой срок службы, доходящий до 10000 ч у стандартных ламп; возможность иметь различный спектральный состав света, в том числе и близкий к естественному дневному свету; незначительный нагрев поверхности трубки (до 50⁰ С); относительно малая яркость светящей поверхности. Основными недостатками этих ламп являются сложность схемы включения; ограниченная единичная мощность и большие размеры при данной мощности; зависимость характеристик ламп от температуры окружающей среды и напряжения питающей сети; значительное снижение светового потока к концу срока службы (до 50%); вредные для зрения пульсации светового потока при питании лампы переменным током. Освещение движущихся предметов пульсирующим потоком может привести к так называемому стробоскопическому эффекту, который проявляется в искаженном зрительном восприятии истинного характера движения. Так, например, в отдельных случаях движущийся предмет кажется неподвижным, в других - движущимся в противоположном направлении. Это крайне нежелательное и даже опасное явление исправляется включением ламп в разные фазы сети или же при помощи специальных схем включения.

Газоразрядная лампа ДРЛ конструктивно отличается от люминесцентных ламп. Она состоит из прямой кварцевой трубки (горелки), смонтированной в стеклянном баллоне, стенки которого изнутри покрыты люминофором. Внутри горелки находятся дозированная капелька ртути и газ аргон; в торцы ее впаяны вольфрамовые активированные электроды. Лампа имеет резьбовой цоколь.

Электрический разряд в парах ртути высокого давления, возникающий в лампе под действием приложенного к ней напряжения, сопровождается интенсивным излучением света, в спектре которого почти полностью отсутствуют оранжево-красные лучи. Этот недостаток устраняется люминофором, покрывающим внутренние стенки баллона и подобранным таким образом, что он под действием ультрафиолетовых лучей разряда излучает свет оранжево-красного цвета. Смешиваясь с основным световым потоком лампы, он исправляет его интенсивность и делает лампу пригодной для целей освещения.

Лампы ДРЛ рекомендуется применять для общего освещения производственных помещений преимущественно высотой 6 м и более, если по характеру работы не требуется точное различие цветов и оттенков, основных проходов и проездов с интенсивным движением транспорта и людей на территории предприятия, других участков открытых пространств, требующих повышенной освещенности.

Световой поток большинства источников света излучается в пространстве по всем направлениям. Для рационального освещения помещения или открытого пространства требуется обычно распределить световой поток источника света вполне определенным образом: направить его вниз (в нижнюю полусферу) или вверх (верхнюю полусферу), в одних случаях распределить его более или менее равномерно на большой площади, в других - сконцентрировать на небольшом участке (рабочем месте) и т.д. Для такого перераспределения светового потока применяют осветительную арматуру.

Основным назначением осветительной арматуры является перераспределение светового потока источника света. Кроме того, она предохраняет зрение работающих от чрезмерной яркости источников света, защищает лампу от механических повреждений, защищает полости расположения источника света и патрона от воздействия окружающей среды, служит для крепления источника света, проводов, пускорегулирующих аппаратов (для газоразрядных источников) и других конструктивных узлов и деталей светового прибора.

Осветительная арматура рассчитывается на использование лампы определенной мощности, допустимой для данного типа светового прибора.

Различают две группы осветительных приборов: ближнего действия (светильники) и дальнего действия (прожекторы).

Светильники - источники света, заключенные в арматуру, - предназначены для правильного распределения светового потока и защиты глаз от чрезмерной яркости источника света. Арматура защищает источник света от механических повреждений, а также дыма, пыли, копоти, влаги, обеспечивает крепление и подключение к источнику питания.

По конструктивному исполнению светильники бывают (рис. 72) открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащищенные, взрывозащищенные.

По распределению светового потока светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного и отраженного света. Светильники прямого света более 80% светового потока направляют в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой поверхности. Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы: одни - 40-60% светового потока вниз, другие – 40-60% вверх. Светильники отраженного света более 80% светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет направляется вниз в рабочую зону.

В помещениях с невысокими отражающими свойствами стен и потолков целесообразно применять светильники прямого света. В помещениях, стены и потолки которых обладают высокими отражающими свойствами, надлежит устанавливать светильники отраженного света. В помещениях с большой площадью и небольшой высотой целесообразно использовать светильники рассеянного света.

Для защиты глаз от блесткости светящейся поверхности ламп служит защитный угол светильника - угол, образованный горизонталью от поверхности лампы (края светящейся нити) и линией, проходящей через край арматуры.

Светильники для люминесцентных ламп в основном имеют прямое светораспределение. Мерой защиты от прямой блесткости служат защитный угол, экранирующие решетки, рассеиватели из прозрачной пластмассы или стекла.

С помощью соответствующего размещения светильников в объеме рабочего помещения создается система освещения. Общее освещение может быть равномерным или локализованным. Общее размещение светильников (в прямоугольном или шахматном порядке) для создания рациональной освещенности производят при выполнении однотипных работ по всему помещению, при большой плотности рабочих мест (сборочные цеха при отсутствии конвейера, деревоотделочные и др.) Общее локализованное освещение предусматривается для обеспечения на ряде рабочих мест освещенности в заданной плоскости (термическая печь, кузнечный молот и др.), когда около каждого из них устанавливается дополнительный светильник (например, кососвет), а также при выполнении на участках цеха различных по характеру работ или при наличии затеняющего оборудования.

Правила и нормы искусственного освещения основываются на закономерностях, определяющих работоспособность органов зрения. Глаз непосредственно реагирует на яркость, и именно яркость объекта (при прочих равных условиях) определяет условия видения. Однако расчет и измерение яркости весьма затруднительны, поэтому в качестве нормируемой величины принята освещенность, которая в большинстве случаев пропорциональна яркости.