Теоретические основы показателей и видов освещения. Производственное освещение, его количественные и качественные характеристики. требования к производственному освещению Количественные показатели характеризующие освещение

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

Светотехнические параметры и понятия.

1 - Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 - Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток - это самая важная характеристика .

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт - 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт - 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) - 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) - 800 лм.

3 - Люмен

Люмен (лм) - это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

4 - Освещенность (Е)

Освещенность - это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности - люкс (лк).

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.

На картинке представлены: а - средняя освещенность на площади А, б - общая формула для расчета освещенности.

5 - Сила света (I)

Сила света - это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света - кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света ) - распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

6 - Яркость (L)

Яркость (плотность света) - это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости - кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 - Световая отдача (H)

Световая отдача источника света - это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи - лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

8 - Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т - (градусы Цельсия + 273) К.

Пламя свечи - 1900 К

Лампа накаливания - 2500–3000 К

Люминесцентные лампы - 2700 - 6500 К

Солнце - 5000–6000 К

Облачное небо - 6000–7000 К

Ясный день - 10 000 - 20 000 К.

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

Показатели цветопередачи:

Ra = 90 и более - очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 - очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 - хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 - удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 - достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 - низкая (степень цветопередачи 3)

Ra он же CRI - color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

Что такое свет? С чем его “едят”?

Неудовлетворительное освещение в течение длительного времени может также привести к ухудшению зрения.

Различают три разновидности производственного освещения: естественное, искусственное и совмещенное.

• естественное - освещение помещений светом неба (прямым или рассеянным), проникающим через световые проемы в наружных конструкциях зданий;
• искусственное - освещение электрическими источниками света;
• совмещенное - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Видимое излучение (свет) – излучение, которое попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение. Свет – часть электромагнитного излучения с длиной волны от 0,38 до 0,78 мкм.

Светотехнические величины, определяющие показатели производственного освещения, основаны на оценке ощущения их глазом человека. Различают количественные и качественные показатели освещения.

1.1. Количественные показатели

К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения.

Световой поток (Ф) – мощность светового потока излучения, оцениваемая по зрительному ощущению человеческим глазом. Размерность светового потока – люмен (лм).

Сила света (J) – пространственная плотность светового потока в заданном направлении, т.е. световой поток, отнесенный к телесному углу ω , в котором он излучается

Кандела (кд),
где ω – телесный угол в стерадианах (ср).

Освещенность (Е) – плотность светового потока на освещаемой им поверхности – световой поток, отнесенный к площади освещаемой поверхности S, измеряемой в м2, при условии его равномерного распределения по поверхности, когда свет источника падает на нее перпендикулярно

Яркость (В) является световой величиной, непосредственно воспринимаемой глазом. Она определяется отношением силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению излучения

Значения максимальных величин яркости на рабочей поверхности приведены в , табл.1, стр. 14.

Коэффициент отражения поверхности r характеризует ее способность отражать падающий на нее световой поток. Он определяется отношением отраженного светового потока к падающему

Значения коэффициента (r) для поверхностей различного характера приведены в табл. 12., прил. 1.

1.2. Качественные показатели

К качественным показателям освещения относятся: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым, если коэффициент отражения P больше 0,4; средним при P = 0,2...0,4 и темным, если P меньше 0,2.

Контраст объекта различения с фоном К– фотометрически измеряемая разность яркости двух зон. Он определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона:

Контраст считается большим при К более 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости), средним при К = 0,2...0,5 (заметно отличаются) и малым, если К менее 0,2 (мало отличаются).

Показатель ослепленности2 (Р) – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, определяемый выражением

Р = (S – 1) 1000,

где S – коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения.

Нормируемые значения коэффициента Р приведены в прил. 1, табл. 1.

Коэффициент пульсации освещенности (Кп) – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, выражающийся формулой

где Емакс, Емин, и Еср – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период ее колебания, лк.

Нормируемые значения Кп приведены в прил. 1, табл.1.

Показатель дискомфорта (М) – критерий оценки дискомфортной блесткости1, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения. Он определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной наличием резкой разницы яркостей в освещенном помещении.

Этот показатель для производственных помещений не нормируется, его нормируемые величины для жилых, общественных и административно-бытовых помещений приведены в , табл. 2, стр. 7–8. Там же на стр. 25 имеется формула для определения показателя дискомфорта М.

Из перечисленных светотехнических показателей непосредственно измеряются следующие (в скобках указываются названия приборов):

– освещенность (люксметры);
– яркость (фотометры субъективные и объективные).

С помощью указанных приборов можно определить величины коэффициентов отражения P и пульсации Кп контраста объекта различения с фоном К и показателя ослепленности Р.

Нормы освещенности При выборе типа светильников, их количества и мощности необходимо учитывать нормы освещенности. В нормах даются три значения степени освещённости: малая, нормальная и высокая. Обычно используется нормальная степень, но в некоторых случаях целесообразен выбор малой или высокой степени освещенности. Степень защищенности электрооборудования Степень защищённости обозначается сочетанием IP ХХ. Первая цифра - степень защиты от пыли и мех. воздействий. Вторая - степень защиты от влаги. В качестве уличных светильников на высоте до 0,5 м можно употреблять светильники класса защиты от IP 44. Для установки на высоких мачтах (выше досягаемости человека) минимальный класс защиты IP 23. Монтируемые на уровне грунта светильники должны быть водонепроницаемыми (IP 67), а погружаемые в воду (например, для подсветки водоема) светильники должны иметь класс защиты IP 68 (защита от попадания воды под давлением). Класс защиты 0 класс - нет полной двойной и усиленной изоляции, отсутствует возможность заземления. I класс - имеется полная изоляция, и имеется возможность заземления. II класс - оснащен двойной и усиленной изоляцией, без возможности заземления. III класс - светильник, предназначенный для подключения только в сеть защитного напряжения. Единицы измерения Вот некоторые физические величины, характеризующие источник света. Они могут использоваться при выборе светильников, их расположения. Сила света (I). Единица измерения - кандела (cd).

Освещенность (Е) - световой поток, приходящийся на единицу освещяемой поверхности. Единица измерения - люкс (lx). 1 lx = 1cd*sr/m2, где sr - телесный угол (в стерадианах). Яркость (L) характеризует свечение источника света в данном направлении.

Яркость элемента светящейся поверхности в каком-либо направлении определяется соотношением силы света этого элемента к площади проекции элемента на плоскость, перпендикулярную данному направлению.

Цветовая температура (Т). Измеряется в градусах Кельвина (К). Характеризует спектральный состав излучения.

Освещенность: Лунный свет 0,25 lx Солнце сквозь облака 10 000 lx Солнечный свет 100 000 lx Освещение в офисе 300-2000 lx Дорожное освещение 10-50 lx

Яркость: Люминесцентная лампа 0,8 cd/м2 Хорошо освещённая улица 2 cd/м2 Полуденное солнце 150 000 cd/м2 Cила света свечи - около 1 cd, а свет маяка может достигать силы 2 000 000 cd.

Измерение параметров освещения . Основным параметром, используемым при оценке освещения, является освещенность е, измеряемая в лк.

Для измерения освещенности используются люксметры различных типов.

Примером аналогового люксметра может служить прибор Ю – 116, принцип работы которого основан на явлении фотоэлектрического эффекта.

Под влиянием светового потока, падающего на селеновый фотоэлемент, в замкнутой цепи возникает ток, величина которого пропорциональна световому потоку. Прибор проградуирован в люксах. Существенным преимуществом селенового фотоэлемента по сравнению с другими типами фотоэлементов является то, что его кривая спектральной чувствительности наиболее близко совпадает с кривой относительной видности человеческого глаза. При измерении освещенности фотоэлемент устанавливается в рабочей плоскости (горизонтальной или вертикальной) на некотором расстоянии от оператора, проводящего измерения, чтобы тень не падала на фотоэлемент.

В настоящее время нашли широкое применение аналого – цифровые приборы, позволяющие измерять не только освещенность, но и другие параметры, характеризующие освещение, например, коэффициент пульсации или яркость.

Примером аналого – цифрового прибора может служить пульсметр-люксметр «Аргус-07», который применяется для измерения освещенности и коэффициента пульсации. Принцип прибора основан на преобразовании светового потока, создаваемого протяженными объектами, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный освещенности, который затем преобразуется аналог – цифровым преобразователем в цифровой код, индицируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую кривой видности. Показания коэффициента пульсации индицируются в процентах, при этом прибор определяет максимальное, минимальное и среднее значение освещенности пульсирующего излучения и рассчитывает значение коэффициента пульсации по приведенной выше формуле.

Качественные и количественные показатели освещения представляют собой набор параметров, которые суммарно обеспечивают высококачественное освещение в любом помещении. В нашей статье мы подробно познакомимся со всеми из них, и оценим их влияние на различные системы освещения.

Но прежде чем говорить о параметрах, давайте кратко познакомимся с видами освещения. Ведь каждый из них характеризуется своими особенностями, которые могут достаточно существенно отличаться.

Качественные и количественные параметры освещения

Понятие «Высокое качество освещения» формируется, опираясь на целый ряд качественных и количественных показателей. Давайте разберемся в этих показателях и оценим их влияние. При этом попытаемся сделать это максимально доступным языком.

Количественные показатели освещения

Для каждого из видов освещения есть свои количественные показатели. Давайте рассмотрим все из них, и определимся, от чего они зависят, и на что влияют.

• Первым из таких показателей обычно указывают световой поток. Это величина, которая оценивает количество световой энергии по ее восприятию глазом. Измеряется она в люменах. Проще говоря это количество света, проникающего через окно или излучаемое светильником.
• От светового потока на прямую зависит обычно задаваемая норма освещения помещения. Ведь она является ее производной. Освещенность помещения равна световому потоку, разделенному на площадь помещения.

• Следующим качественным показателем является сила света. Она характеризует плотность светового потока в заданном направлении. То есть, допустим у нас есть светильник, весь свет, излучаемый им, является его световым потоком. Но в определённую точку распространяется только часть света. Она и называется силой света. Этот показатель часто используют при расчете светящихся полос и местного освещения.

• Еще одним количественным показателем, который зависит от угла восприятия является яркость света. Этот показатель определяется как сила света, излучаемая поверхностью, расположенной перпендикулярно источнику излучения. Измеряется это величина в кд/м 2 .

• Так же к количественным показателям освещения относят коэффициент отражения поверхности. Ведь любая поверхность имеет свойство отражать свет. Эта способность определяется специальным коэффициентом, который определяется как соотношение светового потока, ниспадающего на поверхность, к отраженному световому потоку.

• Но нормы обычно опираются и на такой показатель как освещенность помещения или объекта. Он является своеобразной суммарной составляющей всех количественных показателей, но в первую очередь светового потока, силы света и коэффициента отражения поверхности. Этот параметр указывает то количество света, которое необходимо человеку для ориентации в пространстве и выполнения определенного вида работ.

Обратите внимание! В нормах приводится минимальная освещённость для объекта или помещения. Поэтому в реальных условиях она должна быть выше. С учетом коэффициента запаса, эксплуатационных коэффициентов и других переменных, этот показатель становится выше на 20-50%.

Показатели освещения качественные

Но для определения, дают качественное освещение светильники или нет, одного только количества света недостаточно. Важным аспектом является и качество такового освещения и в этом плане показателей никак не меньше если не больше. И приоритетность того или иного параметра определить достаточно сложно.

• Начнем наш разговор с такого параметра как коэффициент пульсации светильников. Как вы, наверняка, знаете, многие типы ламп, такие как диодные, люминесцентные, натриевые и некоторые другие, дают не ровный свет, как лампы накаливания, а пульсируют. Иногда эту пульсацию можно увидеть даже не вооружённым глазом. Но в большинстве случаев глаз ее не воспринимает на сознательном уровне.
• В связи с этим инструкция по освещению строго нормирует этот показатель и даже ввела так называемый коэффициент пульсации. Он представляет собой отношение разницы максимального и минимального светового потока светильника к его среднему значению.

• Следующим важным параметром является показатель ослепленности света. Этот показатель зависит от многих параметров. Но в первую очередь это яркость светильника и угол падение света на радужную оболочку глаза человека.
• Этот показатель важен в контексте того, что экономически более выгодно поставить один светильник с большим световым потоком для освещения всего помещения . Но с точки зрения комфорта, это не очень удобно. Поэтому СНиП 23-05-95 вводит такую норму, как показатель ослепенности, которые нормирует этот показатель и фиксирует защитные углы падения света.

• Еще одним качественным показателем является показатель дискомфорта. Он является соотношением яркости освещения объектов в поле зрения. Проще говоря, освещение объектов в поле зрения не должны иметь значительных перепадов по освещенности, иначе это вызывает утомление глаза.

Обратите внимание! Показатель дискомфорта применим только для жилых, общественных и административных зданий. Для промышленных объектов данный показатель не нормируется.

• Иногда количественные и качественные факторы пересекаются. Это касается так называемого фактора цилиндрической освещенности — это освещённость боковой стенки вертикального цилиндра, который имеет размеры, стремящиеся к нулю.
• Говоря более простым языком это объемность света. Ведь одним из основных факторов данного показателя является отражаемость света от стен и пола. Этот фактор очень важен для выставочных залов, торговых залов и других подобных помещений.

• Еще одним важным фактором является цветопередача. Не секрет что разные типы светильников излучают свет, цветовая гамма которого далека от солнечного. В результате различимы далеко не все цвета, либо неправильно передается их яркость. Поэтому для помещений, где важна цветопередача, следует учитывать этот фактор, хотя цена освещения от этого может возрасти.

• Следующим качественным показателем света является его температура. Она измеряется в «К» и обычно варьирует в пределах от 2000 до 7000К. Показатель в 2000К считается теплым светом, а показатели выше 5000К считаются холодным белым светом.
• Еще одним фактором является равномерность освещения. Этот фактор очень похож на показатель дискомфорта, только он учитывает не яркость объектов в поле зрения, а перепад освещенности.

• Равномерность освещения нормируется практически для всех помещений, и даже уличное — имеет свои нормы по перепаду. Для достижения максимальной равномерности, нормативные документы даже разработали специальные схемы расположения светильников для различных помещений. При этом важно отметить, что нормируется не отношение максимальной освещенности к минимальной, а средней к минимальной.

• Еще одним показателем, который мы кстати подбираем своими руками является контрастность объекта различения и фона. Она характеризуется как отношение яркости объекта и фона. Большим контрастом считается показатель в 0,5 и выше, а значение в 0,2 и меньше считаются малоконтрастными. Данный фактор особенно важен для выставочных залов, общественных и жилых зданий, уличного освещения фасадов и некоторых других объектов.

• Закончим же мы наш разговор одним из важнейших параметров для естественного освещения – КЕО. Расшифровывается он как коэффициент естественного освещения и характеризуется, как отношение естественной освещенности внутри здания к освещённости на открытом участке вне здания. Причем это отношение рассчитывается в строго определенной точке помещения. Например, при боковом освещении в метре от стены противолежащей окну.
• СНиП 23-05-95 строго нормирует этот показатель и, отталкиваясь от него, делается вывод о необходимости расширения световых проемов или, в зависимости от технико-экономических обоснований, монтаж совмещенного освещения.

Вывод

Нормы освещения помещений и уличного освещения достаточно строги. Они содержат массу показателей, которые должны сделать освещение не только достаточным, но и комфортным.

При этом в нашей статье мы раскрыли лишь основные из них, а существуют еще производные и другие показатели, от которых освещение зависит, но которые не характеризуют его. Поэтому если вы задались целью создать действительно качественное освещение, то советуем просмотреть другие статьи на нашем сайте, которые более детально раскрывают каждый из этих показателей.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями . Количественными являются световой поток, сила света, освещенность, светимость, коэффициент отражения поверхности, яркость, световая отдача источника света, коэффициент естественной освещенности.

Световой поток Ф – это энергия световых электромагнитных волн, переносимая в единицу времени через некоторую площадь поверхности и оцениваемая по зрительному ощущению. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Сила света I – пространственная плотность светового потока, численно равная световому потоку, излучаемому точечным источником света в телесный единичный угол w (стер):

следовательно, полный световой поток, испускаемый точечным источником силой света I, равен:

Единица силы света I – кандела (кд).

Освещенность Е, лк, – поверхностная плотность светового потока, которая характеризуется световым потоком, приходящимся на единицу площади освещаемой поверхности S, м 2:

Освещенность, лк, создаваемая точечным источником, на расстоянии r от него равна:

(4)

где a – угол между падающим лучом и нормалью к поверхности в точке падения луча.

Источник света, линейные размеры которого незначительно отличаются от расстояния до него из точки наблюдения, не является точечным. Для его характеристики используют величину светимости и яркости.

Светимость R, лк, определяется величиной светового потока, испускаемого с единицы площади светящейся поверхности S пов:

Если светимость тела обусловлена его освещенностью, то R = r×Е, где r – коэффициент отражения.

Коэффициент отражения поверхности r характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток:

где Ф отр и Ф пад – соответственно отраженный и падающий на поверхность световой поток, лм.

При r > 0,4 поверхность светлая; при r = 0,4…0,2 поверхность средняя; если r < 0,2, то поверхность темная.

Яркость В, кд/м 2 , характеризует излучение площади проекции светящейся поверхности S пов в данном направлении a:

(7)

где I a – сила света светящейся поверхности в направлении a, кд;

a – угол между нормалью к элементу поверхности и направлением наблюдателя, градус.

Максимальное значение яркости устанавливается СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» в зависимости от площади освещаемой рабочей поверхности. Если площадь рабочей поверхности S меньше 10 -4 м2 допустимо значение В max = 2000 кд/м 2 , если S > 1×10 -1 , то В max = 500 кд/м 2 .

Световая отдача источника света y, лм/Вт, определяется отношением светового потока Ф, лм, источника к его мощности Р, Вт:

Характеристикой естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности е в процентах: отношение освещенности Е вн в данной точке помещения к одновременной наружной горизонтальной освещенности Е нар, создаваемой светом всего небосвода:

(9)

К качественным показателям освещения относят: спектральный состав света, фон, контраст объекта с фоном, видимость объекта, коэффициент пульсации освещенности, показатель ослепленности. Последние два показателя нормируются с учетом характеристики зрительной работы по СНиП 23-05-95.

Контраст объекта с фоном К характеризуется соотношением яркости рассматриваемого объекта и фона:

(10)

где В о и В Ф – соответственно яркость объекта и фона, кд/м 2 .

Если объект различения сильно выделяется на фоне, то контраст большой (К > 0,5); если различие яркостей заметно (К = 0,2…0,5), то контраст средний; при малом отличии по яркости (К < 0,2) контраст малый.

Видимость объекта V характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, яркости, размера объекта и определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном:

где К пор – наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым на фоне.

Коэффициент пульсации освещения К п , в процентах– критерий оценки относительной величины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока источников света при питании их переменным током:

, (12)

где Е max и Е min – максимальная и минимальная освещенность за период ее колебания, лк;

Е ср – средняя освещенность за тот же период, лк.

Коэффициент пульсации для I…III разрядов зрительных работ не должен превышать 10 %.

Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия осветительной установки:

, (13)

где W – коэффициент ослепленности, равный отношению видимости при экранировании источников V э к видимости при наличии ярких источников в поле зрения V.

Одной из светотехнических характеристик светильников является коэффициент полезного действия светильника h св , характеризующий потерю части светового потока в отражателе (рассеивателе):

(14)

где Ф св – световой поток, вышедший из светильника, лм;

Ф л – световой поток лампы, лм.

Если в светильнике несколько ламп, то световой поток Ф л определяется как сумма потока всех ламп, установленных в светильнике.

Примеры решения задач

Пример 1.1. Определить световой поток, лм, падающий на поверхность площадью S = 0,2 м 2 , расположенную на расстоянии
r = 2 м от источника, сила света которого I = 400 кд.

Примем, что источник света находится в центре сферы радиусом
2 м. Освещаемая поверхность S составляет часть площади поверхности сферы, угол падения a = 0.

Из выражений (3) и (4) найдем I/r 2 = Ф/S, откуда:

Ответ: световой поток Ф = 20 лм.

Пример 1.2. Лампа накаливания, сила света которой I = 200 кд находится в матовом сферическом светильнике диаметром D = 0,2 м.

Найти светимость лампы, пренебрегая поглощением света светильником.

Полный телесный угол w = 4p, площадь светящейся поверхности S = pD 2 . Тогда из выражений (5) и (2) светимость, лк, определяется по формуле:

Пример 1.3. Над круглым столом диаметром D = 1,6 м на высоте h = 0,6 м висит лампа, равномерно излучающая свет по всем направлениям. Световой поток, падающий на стол, составляет
Ф = 200 лм. Нормируемая освещенность на рабочем месте
Е Н = 200 лк. Определить силу света лампы, ее полный световой поток, соответствие освещенности нормам в центре и на крае стола.

Телесный угол, под которым из источника видна поверхность стола (рис. 1), равен:

,

где a – угол падения луча.

h

Рис. 1. Схема к примеру 3

Из рисунка 1 следует:

Из формулы (1) сила света I, кд, равна:

Полный световой поток, лм, испускаемый точечным источником света по формуле (2) составляет:

Освещенность центра стола Е ц, лк, определяем по формуле (4):

.

Освещенность края стола Е кр, лк, рассчитываем по формуле (4):

.

Следовательно, освещенность центра стола соответствует требованиям норм (Е Н = 200 лк). Выполнять работы данной степени точности на крае стола недопустимо.

Пример 1.4. В центре квадратной комнаты площадью 25 м 2 висит лампа. Считая ее точечным источником, найти, на какой высоте от пола должна находиться лампа, чтобы освещенность в углах комнаты была наибольшей.

Расстояние от лампы до угла комнаты r, величина а (половина диагонали квадратного пола комнаты), сторона квадратного пола b и высота лампы над полом hсвязаны равенством:

Тогда с учетом формулы (4) выражение для освещенности может быть записано так:

Для нахождения максимума Е возьмем производную dE/da и приравняем ее к нулю:

отсюда tg 2 a = 2. Тогда искомая высота h, м, будет равна:

.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1.1. Лампа накаливания силой света I = 100 кд висит над центром круглого стола диаметром 2 м. Считая лампу точечным источником света, вычислить изменение освещенности края стола при постепенном подъеме лампы на высоту h от 0,5 до 1,0 м через каждые 0,1 м. Построить график зависимости Е = f (h).

Задача 1.2. На высоте 0,4 м от поверхности круглого стола диаметром 1,2 м в светильнике местного освещения установлена лампа накаливания. Над центром стола на высоте 2 м от его поверхности висит люстра с четырьмя такими же лампами. В каком случае освещенность на краю стола будет больше и во сколько раз: при местном или общем освещении?

Задача 1.3. Найти освещенность поверхности Земли, создаваемую нормально падающими солнечными лучами. Яркость Солнца равна 1,2×10 9 кд/м 2 .

Задача 1.4. Определить светимость и яркость лампы накаливания с матовой сферической колбой диаметром 0,05 м и 0,1 м. Сила света, создаваемая лампой равна 100 кд. Потерей света в колбе пренебречь.

Задача 1.5. На лист белой бумаги размером 0,2х0,3 м нормально к поверхности падает световой поток 120 лм. Найти освещенность, светимость и яркость бумажного листа, если его коэффициент отражения r = 0,75. Какова должна быть освещенность листа, чтобы его яркость не превышала допустимого значения 2000 кд/м 2 ?

Задача 1.6. Лист бумаги размером 0,1х0,3 м освещается лампой с силой света 100 кд. КПД светильника составляет 50 %. Определить освещенность листа бумаги.

Задача 1.7. Электрическая лампа силой света 100 кд излучает во все стороны ежеминутно 122 Дж световой энергии. Найти световую отдачу, если потребляемая мощность лампы 100 Вт.

Задача 1.8. На высоте h 1 = 2 м над серединой круглого стола диаметром D = 3 м висит лампа силой света I 1 = 100 кд. Ее заменили лампой силой света I 2 = 25 кд, изменив расстояние от стола так, что освещенность середины стола не изменилось. Как изменится освещенность края стола?

Задача 1.9. Три одинаковых точечных источника света расположены в вершинах равностороннего треугольника. В центре треугольника перпендикулярно к его плоскости и параллельно одной из сторон находится маленькая пластинка. Определить освещенность обеих сторон пластинки, если сила света каждого из источников
I = 10 кд, а длина стороны треугольника l = 1м.

Задача 1.10. На какой высоте над чертежной доской следует повесить лампу мощностью Р = 200 Вт, чтобы получить освещенность доски под лампой Е = 50 лк? Световая отдача лампы равна
y = 12 лм/Вт. Наклон доски a = 30 0 .

Задача 1.11. Световой поток лампы мощностью Р л = 200 Вт при напряжении U = 120 В равен Ф л = 3050 лм. Определить световой поток светильника, если коэффициент полезного действия его
h св = 78 %.

ЗАДАЧА 1.12. Определить световую отдачу лампы накаливания мощностью Р л = 60 Вт, напряжением U = 127 В, если ее световой поток Ф л = 6000 лм.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

В зависимости от источника света производственное освещение может быть двух видов: естественное, создаваемое непосредственно солнечным диском и диффузным светом небесного излучения, и искусственное, осуществляемое электрическими лампами.
По конструктивным особенностям естественное освещение подразделяется на:
боковое, осуществляемое через окна в наружных стенах;
верхнее, осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проёмы в покрытиях, а также через световые проёмы в местах перепадов высот смежных пролётов зданий;
комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое.
Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света или для освещения помещения в те часы суток, когда естественный свет отсутствует.
По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух видов - общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах.
Общее освещение подразделяется на общее равномерное освещение (при равномерном распределении светового потока без учёта расположения оборудования) и общее локализованное освещение (при распределении светового потока с учётом расположения рабочих мест).
Применение одного местного освещения внутри зданий не допускается.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на следующие виды: рабочее, аварийное, специальное.
Рабочее освещение обязательно для всех помещений и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.
Аварийное освещение для продолжения работы надлежит устраивать в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при аварии) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания может вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длительное нарушение технологического процесса, нарушения работы таких объектов, как электрические станции, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения и другие производственные помещения у которых недопустимо прекращение работ.
Наименьшая освещённость рабочих поверхностей, требующих обслуживания при аварийном режиме, должна составлять 5% освещённости, нормируемой для рабочего освещения при системе общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий.
Аварийное освещение для эвакуации надлежит устраивать в местах, опасных для прохода, на лестничных клетках, в производственных помещениях с числом работающих более 50 человек. Оно должно обеспечивать наименьшую освещённость в помещениях, на полу основных проходов и на ступенях не менее 0,5 лк, а на открытых территориях - не менее 0,2 лк. Выходные двери помещений общественного назначения, в которых могут находиться повременно более 100 человек, должны быть отмечены световыми сигналами-указателями.
Светильники аварийного освещения для продолжения работы присоединяют к независимому источнику питания, а светильники для эвакуации людей - к сети, независимой от рабочего освещения, начиная от щита подстанции.
Для аварийного освещения следует применять только лампы накаливания и люминесцентные лампы.
К специальным видам освещения относятся: охранные, дежурные. Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений следует по возможности выделять часть светильников рабочего или аварийного освещения.

1. Основные светотехнические характеристики

1.1. Количественные показатели

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38...0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

- световой поток Ф - часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм);

- сила света J - пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dф, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dЩ, к величине этого угла; J== dф/dЩ; измеряется в канделах (кд);

- освещенность Е - поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dф, равномерно падающего на освещаемую поверхность dS (м 2), к ее площади: Е=dф/dS, измеряется в люксах (лк);

- яркость L поверхности под углом б к нормали -это отношение силы света dJб, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению: L = dф/(dScosб), измеряется в кд * м -2 .

1.2. Качественные показатели

Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель освещенности, спектральный состав света.

Фон - это поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения р) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потокаФ отр к падающему на нее световому потоку Фпад; р == Фот/Фпад. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02...0,95; при р >0,4 фон считается светлым; при р = 0,2...0,4-средним и при р <0,2-темным.

Контраст объекта с фоном k - степень различения объекта и фона -характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знаки, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона; k = (L op -L o)/L op считается большим, если k >0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при k==0,2...0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k<0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности kЕ- это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока

KЕ=100(E max -E min)/(2E ср);

где E max, E min E cp - максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп kе = 25...65 %, для обычныхламп накаливания k E ? 7 %, для галогенных ламп накаливания K E = 1%.

Показатель ослепленности Ро - критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой,

Po=1000(V 1 /V 2 -1),

где V 1 и V 2 -видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Экранирование источников света осуществляется с помощью щитков, козырьков и т.п.

Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V=k/k пop , где k пор - пороговый или наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличим на этом фоне.