Вплив освітлення на здоров’я людини та його продуктивність
Близько 90% всієї інформації, що отримує людина, приходиться на органи зору. Органiзацiя освiтленостi робочих місць грає велику роль у житті людини. Недостатнє та нераціональне освітлення веде до стомлення очей, розладу центральної нервової системи, зниженню розумової та фізичної працездатності, а у ряді випадків може бути причиною травматизму (близько 5% травм приходиться на частку нераціонального та недостатнього освітлення). При недостатній чи швидко змінюваній освiтленостi органам зору приходиться пристосовуватись, це можливо завдяки властивостям очей – акомодацii, адаптації та конвергенцii.
Акомодація – це здатність очей пристосовуватись до ясного бачення предметів, що знаходяться від нього на різних відстанях. Це відбувається при зміні фокусної вiдстанi хрусталика за рахунок напруги акомодаційних мускул. Якщо таке зміни вiдстанi буде відбуватись часто, то це може привести до зміни форми глазного яблука.
Адаптація – це привикання очей до визначеного рівню освiтленостi при зміні умов освітлення. Відбувається це за рахунок зміни отвору у райдужній оболонці очей, тобто за рахунок напруги райдужних мускул.
Конвергенція – здатність очей при розгляді близьких предметів приймати положення, при якому зорові осі обох очей пересікаються на фокусованому предметі.
Для створення оптимальних умов зорової роботи слiд кiлькiсть та якiсть освiтлення пов’язувати з кольоровим оточенням. Так, якщо интерьєр зафарбований у темнi кольори, то для створення гарної освiтленостi необхiдно використовувати бiльш потужнi джерела свiтла, оскiльки темнi поверхнi поглинають значну частину свiтлового потоку та створюють контрастнi світлотіні, що втомлюють очi. Причиною втомлюваності може служити також надмiрна блискучiсть поверхней оточуючих конструкцiй. Блискучi поверхнi створюють свiтловi блики, якi викликають тимчасове осліплення. Нерiвномiрнiсть освiтлення та рiзна блискучiсть оточуючих предметiв приводить до частої переадаптацiї очей пiд час роботи та внаслідок цього – до швидких втомлення органiв зору. Тому добре освiтленi поверхнi, що знаходяться в колi зору, краще зафарбовувати у кольори середньої освітленості.
Залежно вiд спектрального складу свiтлових потокiв випромінюваних джерелами свiтла, по рiзному сприймаються кольори поверхней оточуючих предметiв. Тому при створеннi комфортного кольорового клiмату у виробничих примiщеннях поруч з правильним рiшенням кольорового оточення велике значення має вибiр найбiльш рацiональних джерел свiтла.
Основнi свiтлотехнiчнi величини та поняття
Свiтло – це видима частина спектру електромагнiтного випромiнювання з довжиною хвилi вiд 380-760 нм.. Попадаючи на сітчату оболонку очей, воно викликає зорове вiдчуття.
Свiтлотехнiчнi величини – показники, що визначають виробниче освiтлення, основане на оцiнцi вiдчуттiв, виникаючих вiд впливу свiтлового випромiнювання на очi.
Розрiзнюють кiлькiснi та якiснi показники, що характеризують освiтлення виробничих примiщень.
Основнi кiлькiснi світлотехнічні показники:
Свiтловий потiк (Ф, лм) – потужнiсть променистої енергiї, яка оцiнюється людським оком по свiтловому вiдчуттю. Свiтловий потiк визначається не тiльки як фiзична величина, а й як фiзиологiчна, оскiльки вимiрювання її засновано на зоровому сприйманнi.
Розподiл свiтлового потоку у просторi враховує сила свiтла.
Сила свiтла (I, кд) – відношення свiтлового потоку до тiлесного кута w, у межах якого вiн розповсюджується рiвномiрно.
де
(ст. рад) – характеризується відношенням площi поверхнi, вирізаємої на сферi конусом з вершиною у центрi сфери, до квадрата її радiуса.
Освiтленiсть (Е, лк) – густина свiтлового потоку на поверхнi, що освiтлюється.
Яскравість (L, кд/м2) – густина сили світла на поверхні, що освітлюється у заданому напрямку.L=I/S*cosα де a – кут мiж напрямком свiтлових променiв та нормаллю до поверхнi.
До основноих якiсних показникiв, що визначають умови зорової роботи, вiдносяться: фон, контраст мiж фоном, видимiстю, показник осліпленість, коефiцiєнт пульсації освiтленостi та показник дискомфорту.
Фон – поверхня, безпосередньо прилегла до об’єкта розбiжностi, на якiй вiн розглядається. Характеристики фону визначаються коефiцiєнтом відбиття, що уявляє собою відношення свiтлового потоку, вiдбитого вiд поверхнi, до свiтлового потоку, падаючого на дану поверхню
Фон вважається при:
– P < 0, 2 – темним;
– P вiд 0, 2 до 0, 4 – середнiм;
– P > 0, 4 – світлим.
Контраст об’єкта розбiжностi з фоном (К) – відношення рiзницi мiж блискучiстю об’єкта розбiжностi L0 та блискучiстю фону Lф до блискучостi фону, на якому розглядається даний об’єкт.
Контраст об’єкта розбiжностi при значеннях:
К до < 0, 2 – малий;
K від 0, 2 – 0, 5 – середнiй;
K > 0, 2- великий (об’єкт та фон рiзко вiдрiзняються по блискучостi).
Видимiсть (V) – здiбнiсть очей сприймати об’єкт при освiтленостi вiд 0, 1 до 105 лк
V = K /Kгр,
де К – контраст мiж об’єктом та фоном;
Кгр – найменший вiдрiзнюваний контраст.
Показник осліпленості (Р) – критерiй оцiнки осліплюючої дiї, що створюється освiтньою установкою, значення якого визначається по формулi
Р = (S – 1) * 1000,
де S – коефіціент ослiпленостi, дорiвнює відношенню V1 /V2;
V1 – видимiсть об’єкта спостереження при екрануванні блискучих джерел свiтла;
V2 – видимiсть об’єкта спостереження за наявнiстю блискучих джерел в полi зору.
Блискучість – пiдвищена яскравість свiтних поверхней, що погiршує видимiсть об’єктiв.
Коефiцiєнт пульсації освiтленостi (Кп) – критерiй оцiнки вiдносної глибини коливань освiтленостi у результатi зміни у часi свiтлового потоку газорозрядних ламп при живленнi їх змiнним струмом.
Коефiцiєнт нерiвномiрностi освiтлення (Z) – визначається відношенням.
Z=Emax/Emin
Робоча поверхня – поверхня столу, верстату, частини обладнання, на якiй здiйснюється робота та нормується або вимiряється освiтленiсть. Знаходиться частiше за все на висотi 0. 8 м вiд рiвня пiдлоги.
Об’єкт розрізнення – предмет, що розглядається, окрема його частина або дефект, що розрiзнюється (крапка, лiнiя, товщина шрифту лiтер i т.п.).
Класифiкацiя видiв та систем виробничого освiтлення
Виробниче освiтлення залежно вiд джерела свiтла може бути: природнiм, штучним та сумiщеним.
Природнє освiтлення обумовлено прямими сонячними променями та розсiяним свiтлом небосхилу, мiняється залежно вiд географiчної широти, ступеню хмарності, часу дiб вiд сотен частин люкс вночi до десятків тисяч люкс вдень.
Штучне освiтлення створюється штучними джерелами свiтла: лампами розджарювання або газорозрядними лампами.
Сумiщене освiтлення уявляє собою доповнення природнього освiтлення штучним в світлий час дiб при недостатньому за нормами природним освiтленням.
Природнє освiтлення пiдроздiляється на бокове – через свiтловi прорiзи у зовнiшнiх стiнах; верхнє – через лiхтарi та свiтловi прорiзи у покриттi , а також через прорiзи у мiсцях перепаду висот будинку; комбiноване – освiтлення, що сполучає бокове та верхнє природнє.
Штучне освiтлення по складу буває слідуючих систем: загального та комбiнованого. При загальному освiтленнi свiтильники розмiщуються у верхнiй зонi (не нижче 2,5м над пiдлогою) рiвномiрно (загальне рiвномiрне освiтлення) або стосовно до розташування обладнання (загальне локалiзоване освiтлення).
Доповнення загального освiтлення мiсцевим, свiтловий потік якого створюється вiд свiтильникiв встановлених безпосередньо на робочих мiсцях, називається комбiнованим освiтленням.
Мiсцеве освiтлення застосовується тiльки спiльно з загальним освiтленням.
По функцiональному призначенню штучне освiтлення пiдроздiляють на наступнi вигляди: робоче, аварiйне, евакуаційне, охоронне та чергове.
Робочим називають освiтлення примiщень будинкiв, а також дiльниць вiдкритих просторiв, призначених для роботи, проходу людей та руху транспорту.
Аварiйне освiтлення використовується для продовження роботи при аварiйному вiдключеннi робочого освiтлення. Найменша освiтленiсть робочих поверхней при аварiйному режимi роботи повинна складати 5% освiтленостi, нормованої для робочого освiтлення.
Евакуаційне освiтлення передбачається для евакуацiї людей при аварiйному вiдключеннi робочого освiтлення. Воно необхiдне у проходах, на сходах, у виробничих примiщеннях, де працює бiльш 50 чоловік; у примiщеннях допомiжних будинкiв, де можуть одночасно знаходитись бiльш 100 чоловік. Найменша освiтленiсть при евакуацiйному освiтленнi на пiдлозі основних проходiв та на ступенях сходів – 0,5лк. Свiтильники аварiйного та евакуаційного освiтлення приєднують до незалежного джерела живлення.
Охоронне освiтлення передбачається вздовж меж територiй, що охороняються у нiчний час. Освiтленiсть має бути 0,5лк на рiвнi землi у горизонтальній площини. До чергового освiтлення примiщень прибiгають у неробочий час, при цьому використовуються частина свiтильникiв того або iншого виду освiтлення.
Основнi вимоги до виробничого освiтлення
Задачу створення найкращих умов для бачення можна вирiшити освiтлювальною установкою, що вiдповiдає наступним вимогам:
Освiтленiсть на робiтничому мiсцi повинна вiдповiдати характеру зорової роботи, тобто не нижче встановлених норм.
Ефак = (0, 9 – 1, 2) Ен .
Збiльшення освiтленостi (до визначеної межi) збiльшує продуктивнiсть працi (оптимальна освiтленiсть пiдвищує продуктивність працi на 15%). Подальше збiльшення освiтленостi приводить до збiльшення вiдбитої блискучості, що неприємно людському оку.
Необхiдно забезпечити рiвномiрний розподiл блискучостi на робочій поверхнi, а також у межах оточуючого простору. Враховує коефiцiєнт нерiвномiрностi освiтлення
Z = E max /Emin.
Нерiвномiрнiсть освiтлення у зонi розмiщення робочих мiсць має бути 1,5 для робiт I – III розряду зорових робiт при люмінесцентних лампах, 2- при iнших джерелах та 1,8 та 3 для робiт IV – VII та VIII розрядів вiдповiдно.
На робочої поверхнi повиннi бути вiдсутнi рiзкi тіні, розмiри, що спотворюють форму об’єктiв розрізняння. Ця умова забезпечується завдяки використанню свiтильникiв з світлорозсіючим матовим склом.
В полi зору повинна бути вiдсутня пряма та вiдбита блискучість, що приводить до погiршення видимостi об’єктiв. Для обмеження осліплюючої дiї свiтильникiв загального освiтлення (тобто прямої блискучості) їх пiдвiщують на визначеній висотi над рiвнем пiдлоги, або використовують освiтлювальну арматуру з вiдповiдним захисним кутом, або арматуру: що розсіює світ. Щоб обмежити вiдбиту блискучість, наприклад, при освiтленнi блискучих поверхней (глянцевий папiр, екран дісплею та iн.) треба встановлювати свiтильники з регульованим направленням світлового потоку чи з розсіювачами світла.
Величина освiтленостi має бути постiйною у часi. Для цього стабілізують напругу живлення, жорстко крiплять свiтильники, застосовують спеціальні включення світильників.
Для створення правильної кольоропередачi необхiдно обирати джерела свiтла з спектром близьким до природнього.
Всi елементи освiтнiх установок не повиннi створювати небезпечнi та шкiдливi виробничi фактори. Слiд виключити або зводити до мiнiмуму шум, тепловi видiлення, небезпеку поразки струмом, пожежо- та вибухонебезпечнiсть свiтильникiв.
З метою кращих для зору умов роботи кiлькiсть та якiсть освiтлення слiд пов’язати з кольоровим оточенням. Світле фарбування інтерьєру, завдяки збiльшенню кiлькостi вiдображеного свiтла, дозволяє збiльшити рiвень освiтленостi при тiй же потужностi свiтла. Окрiм того, зменшуються рiзкi тіні, знижуються яркостні контрасти мiж свiтильниками та поверхнями, на яких вони розмiщені.
Глибина пульсацiй газорозрядних ламп, що живляться вiд мережi змiнного струму, має бути обмежена. Допустимий коефiцiєнт пульсації не повинен пеpевищувати 10-20%.
Освiтнi установки мають бути надiйнi, зручнi, простi у експлуатацiї, економічнi та естетичнi.
Нормування освiтлення
Вибiр нормованих параметрiв, проектування та розрахунок освiтлення здiйснються згiдно СНіП II-4-79. Згiдно яким всi роботи розбиваються на 8 розрядів зорових робiт.
Розряд зорових робiт залежить вiд мiнiмального розмiру об’єкта розглядання. Першi п’ять мають підрозряди (а, б, в, г), якi визначаються фоном та контрастнiстю об’єкта з фоном.
Внаслідок непостiйностi природного освiтлення протягом дня та пори року, кiлькiсна оцiнка цього виду освiтлення здiйснюється у залежності вiд розряду зорових робiт по коефiцiєнту природного освiтлення (КПО, е).
КПО визначається відношенням (у вiдсотках) освiтленостi в данiй точцi у серединi примiщення Евн до одночасно виміряної зовнiшньої горизонтальної освiтленостi Езов, що створюється свiтлом вiдкритого небосхилу:
Прийнято роздiльне нормування КПО для бокового та верхнього освiтлення. В примiщеннi, що освiтлюється тiльки боковим свiтлом, нормується мiнiмальне значення КПО у межах робочої зони, яке має бути забезпечено у точках, найбiльш вiддалених вiд вiкон. В примiщеннi з верхнiм або комбiнованим освiтленням нормується середнє значення КПО у межах робочої зони.
Для штучного освiтлення нормується абсолютне значення рiвня освiтленостi на робочих поверхнях у виробничих примiщеннях, також залежно вiд розряду зорових робiт, фону, контрасту об’єкта з фоном та системи освiтлення. Так для обчислювальних центрiв величина штучної освiтлення при виконаннi робiт високої зорової точностi (розряд III, підрозряд “г”) при одному загальному освiтленнi повинна бути не нижче 200 лк.
При визначеннi норми освiтленостi необхiдно враховувати ряд умов, викликаючих необхiднiсть пiдвищення або зниження рiвня освiтленостi. Норми освiтленостi слiд пiдвищувати, наприклад, при виконаннi робiт I-IV розряду, якщо напружена зорова робота виконується на протязі всього робочого дня. В деяких випадках норму освiтленостi слiд знижувати, наприклад, у примiщеннях де виконуються роботи малої та середньої точностi, при короткочасному перебуваннi людей.
Розрахунок природного освiтлення
Основною задачею свiтлотехнiчних розрахункiв є: при природному освiтленнi – визначення площі свiтлових прорізів; при штучному – потужностi електричної освiтлювальної установки.
Розрахунок природного освiтлення проводиться у два етапи.
На першому етапi здiйснюється попереднiй розрахунок площi свiтлових прорiзiв.
Кз – коефiцiєнт запасу, залежить вiд концентрацiї пилу у примiщеннi, перiодичностi їх очищення;
Кбуд – коефiцiєнт, що враховує затінення вiкон протилежними будинками.
На другому етапi розрахунку при обраних свiтлових прорiзах визначають дiйсне значення КПО у рiзних точках примiщення з використанням графiчного методу по БНіП II-4-79.
Проектування та розрахунок штучного освітлення виробничих примiщень
Здiйснюється у наступнiй послiдовностi:
1. Обирається система освiтлення.
2. Штучне освiтлення проектується двох систем: загальне та комбiноване (коли до загального освiтлення додається мiсцеве освiтлення робочих мiсць). Система загального освiтлення застосовується у виробничих примiщеннях з невисоким рiвнем освiтленостi (до 150 лк, V – VIII розряд зорових робiт).
3. В примiщеннях з I-IV розрядом зорових робiт слiд застосовувати, як правило, систему комбiнованого освiтлення. Передбачати для них систему загального освiтлення допускається при технiчної неможливостi або недоцiльностi мiсцевого освiтлення.
4. Обираються нормованi параметри освiтлення (освiтленiсть, якiснi показники освiтлення: коефiцiєнт пульсації, коефiцiєнт нерiвномiрностi освiтлення) згiдно БНіП II-4-79. Освiтленiсть робочої поверхнi, що створюється світильниками загального освiтлення у системi комбiнованого, повинна складати 10% нормованої.
5. Обирається тип джерела свiтла та тип свiтильника. В освiтлювальних установках, призначених для освiтлення пiдприємств, у якостi джерела свiтла широко використовуються лампи розжарювання та газорозряднi лампи.
6. Порiвняльна характеристика ламп розжарювання та газорозрядних ламп приведена нижче:
До основних характеристик джерел свiтла вiдносяться:
7. номiнальна напруга, В; електрична потужнiсть, Ват; свiтловий потiк, лм; свiтлова вiддача, лм/Вт (даний параметр є головною характеристикою економічності джерела свiтла); час служби ,год. Тип джерела свiтла на пiдприємствах обирають враховуючи технiко-економiчні показники (бiльша свiтлова вiддача при більшому або тому ж часі служби), правильностi передачi кольорових об’єктiв, що освiтлюються (там де це важливо), зручностi експлуатацiї, санiтарно-гiгiєнiчних, естетичних та протипожежних вимог, що пред’являються до освiтлення.
8. Лампи розжарювання звичайно передбачають для місцевого освiтлення, а також освiтлення примiщень з тимчасовим перебуванням людей. Для загального освiтлення виробничих примiщень, як правило, передбачаються газорозряднi лампи.
Свiтловий прилад, що складається з джерела свiтла (лампи) та освiтньої арматури називається свiтильником. Основне призначення свiтильникiв укладається у перерозподiлi свiтлового потоку джерела свiтла у потрiбних для освiтнiх установок напрямок та захисту ламп та електричних апаратiв вiд впливу оточуючого середовища.
Класифiкацiя свiтильникiв:
По призначенню: загального та мiсцевого освiтлення.
Залежно вiд конструктивного призначення: вiдкритi, закриті, пило та вологозахищенi, вибухонебезпечні.
Вiд умов експлуатацiї. Свiтильники подiленi на сiм експлуатацiйних груп, причому чим вище номер групи, тим свiтильники менше пiдвладнi впливу середовища і тим у бiльш важких умовах доцiльно їх використовувати.
По розподілу світлового потоку: прямого світла, переважно прямого, розсіяного та відбитого світла.
Тип свiтильникiв обирається враховуючи: вимоги до його свiтлорозподiлу, умови середовища по ступеню захисту вiд поразки електричним струмом, захист вiд пилу та води, економічності установки у цiлому.
4. Розмiщуються свiтильники у примiщеннi.
При системi загального освiтлення застосовується рiвномiрне та локалiзоване розмiщення свiтильникiв. При рiвномiрному розмiщеннi забезпечується достатня рiвномiрнiсть освiтленостi по всiєї площi у цiлому. У цьому випадку вiдстань мiж світильниками у кожному рядi та мiж рядами береться однаковим.
Найкращим варiантом рiвномiрного розмiщення є шахове розмiщення світильників та по сторонах квадрата (вiдстанi мiж свiтильниками у ряду та мiж рядами світильників рівні).
Розмiщення світильників по сторонах квадрата слiд здiйснювати по оптимальних значенням вiдносної вiдстанi у залежності вiд типу світильника
L/HP=1.4 / 2
де L – вiдстань мiж світильниками; Hp – висота пiдвісу свiтильникiв над робочої поверхнею.
Оптимальна вiдстань вiд крайнього ряду світильників до стiн (l)
l = (0,24 – 0,3) * L – при розташуваннi робочих мiсць у стiн;
l = (0,4 – 0,5) * L – вдалинi вiд стiн.
При рiвномiрному розмiщеннi люмінесцентних світильників останнi розставляють рядами – паралельно рядам обладнання. При високих рiвнях нормуємого освiтлення люмінесцентні свiтильники розташовують безперервними рядами, для чого їх ставлять один з другим торцями.
5.Обирається число свiтильникiв та потужнiсть ламп, необхiдних для створення нормованої освiтленостi на робiтничому мiсцi.
Число свiтильникiв заздалегiдь призначають, виходячи з їх розташування на планi поперечного розрiзу примiщення (див п. 4).
Розрахунок потужностi освiтньої установки проводиться 3-я основними методами:
1. Методом коефiцiєнта використання свiтлового потоку – застосовується для розрахунку загального рiвномiрного освiтлення.
2. Точковим методом – застосовується для розрахунку мiсцевого освiтлення та перевiрки рiвномiрностi загального освiтлення, нахилених поверхней локалізованого загального освiтлення.
3. Методом питомої потужностi – застосовується для орiєнтовних розрахункiв. Найбiльш простий та найменш точний.
Метод коефiцiєнта використання свiтлового потоку.
Коефiцiєнт використання освiтньої установки показує, яка частина свiтлового потоку ламп падає на робочу поверхню.
Перевiряють умову достатнього освiтлення Ер = (0,9 – 1,2) Ен, якщо Ер > 1,2 Eн – зменшують число свiтильникiв при Ер < 0, 9 Eн – збiльшують.
Перевiрочний розрахунок. У цьому випадку визначають очiкувану освiтленiсть при вiдомих параметрах освiтньої установки.