Вентиляція. Вимоги до вентиляції

Вентиляцією називають організований і регульований повітрообмін, що забезпечує видалення з приміщення забрудненого повітря і подачу на його місце свіжого. Задачею вентиляції є забезпечення чистоти пові­тря і заданих метеорологічних умов у виробничих приміщеннях. За способом переміщення повітря розрізняють системи природної, меха­нічної і змішаної вентиляції. Головним параметром вентиляції є повітрообмін, тобто обсяг повітря, що видаляється (L_в) або надходить у приміщення (L_п).

Для ефективної роботи вентиляції необхідно дотримувати ряду вимог:

· Обсяг припливу повітря L у приміщення повинний відповідати обсягу витяжки L_в.

· Різниця між цими обсягами не повинна перевищувати 10-15%.

· Можлива організація повітрообміну, коли обсяг припливного повітря більше обсягу повітря, що видаляється. При цьому в приміщенні створюється надлишковий тиск у порівнянні з атмосферним, що виключає інфільтрацію забруднюючих речовин у дане приміщення. Така організація вентиляції здійснюється у виробництвах, що пред'являють підвищені вимоги до чистоти повітряного середовища (наприклад, виробництво електронного устаткування).

· Для виключення витоків із приміщень з підвищеним рівнем забруднення обсяг повітря, що видаляється з них, повинен перевищувати обсяг повітря, що надходить. У такому приміщенні створюється незначне зниження тиску в
порівнянні з тиском у зовнішньому середовищі.

· При організації повітрообміну необхідно свіже повітря подавати в ті частини приміщення, де концентрація шкідливих речовин мінімальна, а видаляти повітря необхідно з найбільш забруднених зон. Якщо щільність шкідливих газів нижче щільності повітря, то видалення забрудненого повітря виконується з верхньої частини приміщення, при видаленні шкідливих речовин із щільністю більшою – з нижньої зони.

· Система вентиляції не повинна створювати додаткових шкідливих і небезпечних факторів (переохолодження, перегрів, шум, вібрацію, пожежовибухонебезпечність).

· Система вентиляції повинна бути надійної в експлуатації і економічною.

________________________________________________________________________________

7. Визначення необхідного повітрообміну при загальнообмінній вентиляції.

8. Природна вентиляція.

Аерацією називається організована природна загальнообмінна вентиляція приміщень в результаті надходження і видалення повітря через фрамуги вікон, що відкриваються, і ліхтарів (рис. 1). Повітрообмін регулюють різним ступенем відкривання фрамуг (у залежності від температури зовнішнього повітря чи швидкості і напрямку вітру). Цей спосіб вентиляції знайшов застосування в промислових будинках, що характеризуються технологічними процесами з великими тепловиділеннями (прокатні, ливарні, ковальські цехи).

Надходження зовнішнього повітря в приміщення в холодний період року організують так, щоб холодне повітря не попадало в робочу зону. Для цього зовнішнє повітря подають у приміщення через прорі­зи, розташовані не нижче 4,5 м від підлоги, у теплий період року приплив зовнішнього повітря орієнтують через нижній ярус віконних прорізів (1,5-2 м). Основним достоїнством аерації є можливість здійснювати великі повітрообміни без витрат механічної енергії. До недоліку аерації слід віднести те, що в теплий період року її ефективність може істотно знижуватись через зниження перепаду температур зовнішнього і внутрішнього повітря. Крім того, повітря, що надходить у приміщення, не очищається і не охолоджується, а повітря, що видаляється, забруднює повітряну атмосферу.

________________________________________________________________________________

9. Механічна вентиляція

Вентиляція, за допомогою якої повітря подається в приміщення чи видаляється з них з використанням механічних побудників руху повітря, називається механічною вентиляцією.

Якщо система механічної вентиляції призначена для подачі повітря, то вона називається припливною, якщо ж вона призначена для видалення повітря – витяжною. Можлива організація повітрообміну з одночасною подачею і видаленням повітря – приплив­но-витяжна вентиляція. В окремих випадках для скорочення експлуатаційних витрат на нагрівання повітря застосовують системи вентиляції з частковою рециркуляцією (до свіжого повітря підмішується повітря, вилучене із приміщення).

По місцю дії вентиляція буває загальнообмінноюі місцевою. При загальнообмінній вентиляції необхідні параметри повітря підтримуються у всьому об'ємі приміщення. Таку систему доцільно застосовувати, коли шкідливі речовини виділяються рівномірно по всьому приміщенню. Якщо робочі місця мають фіксоване розташування, то з економічних міркувань можна організувати оздоровлення повітряного середовища тільки в місцях перебування людей (наприклад, душировання робочих місць у гарячих цехах).

Витрати на повітрообмін значно скорочуються, якщо уловлювати шкідливі речовини в місцях їх виділення, не допускаючи поширення по приміщенню. З цієї метою поруч із зоною утворення шкідливості встановлюють пристрої забору повітря (витяжки, панелі, що всмоктують, всмоктувачі). Така вентиляція називається місцевою.

У виробничих приміщеннях, у яких можливо раптове надходжен­ня великої кількості шкідливих речовин, передбачається влаштування аварійної вентиляції.

У системах механічної вентиляції рух повітря здійснюється в основному вентиляторами – повітродувними машинами (осьового чи відцентрового типу) і, в деяких випадках, ежекторами. Осьовий венти­лятор являє собою розташоване в циліндричному кожусі лопаткове колесо, при обертанні якого повітря, що надходить у вентилятор, під дією лопаток переміщається в осьовому напрямку. До переваг осьових вентиляторів відноситься простота конструкції, велика продуктивність, можливість економічного регулювання продуктивності, можли­вість реверсування потоку повітря. До їхніх недоліків відноситься мала величина тиску (30-300 Па) і підвищений шум.

Відцентровий вентилятор складається зі спірального корпуса з розміщеним усере­дині лопатковим колесом, при обертанні якого повітря, що припливає через вхідний отвір, попадає в канали між лопатками колеса і під дією відцентрової сили переміщається по цих каналах, збирається корпусом і викидається через випускний отвір. Тиск вентиляторів такого типу може досягати більш 10000 Па. У залежності від складу переміщуваного повітря вентилятори можуть виготовлятися з різних матеріалів і різної конструкції (звичайного, пилового, антикорозійного, вибухобезпечного виконання). При підборі вентиляторів потрібно знати необхідну продуктивність, створюваний тиск і, в окремих випадках, конструктивне виконання. Повний тиск, що розвиває вентилятор, витрачається на подолання опорів на всмоктувальному і нагнітальному повітроводі при переміщенні повітря.

Кондиціонування повітря – це створення автоматичного підтримування в приміщенні, незалежно від зовнішніх умов (постійних чи таких, що змінюються), по визначеній програмі температури, вологості, чистоти і швидкості руху повітря. У відповідності з вимогами для конкретних приміщень повітря нагрівають або охолоджують, зволожують або висушують, очищають від забруднюючих речовин або піддають дезінфекції, дезодорації, озонуванню. Системи кондиціонування повітря повинні забезпечувати нормовані метеорологічні параметри та чистоту повітря в приміщенні при розрахункових параметрах зовнішнього повітря для теплого і холодного періодів року згідно ДСН 3.3.6.042-99 (Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень) та ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ (Воздух рабочей зоны).

_________________________________________________________________________

10. Основні світлотехнічні величини.

Світло – одне із самих важливих умов існування людства. Термін “ cвітло ” застосовується тільки для поняття “ видиме випромінювання ”.

Видиме випромінювання або світло – електромагнітні хвилі, які висилаються будь-яким джерелом, вільно розповсюджуються в просторі та викликають зорове відчуття. Відповідно класичній електродинаміці електромагнітні хвилі видимого випромінювання мають довжину, яка лежать в діапазоні 380 – 780 нм (1 нм = 1× м). Джерелами світла є збуджені атоми речовини, яка нагріта, а також вільними електронами, які прискорено рухаються.

Зауважимо, що світло є компонентом (складовою частиною) оптичного випромінювання, тобто електромагнітного випромінювання, яке характеризується довжинами хвиль, розташованих у діапазоні 5 × – 1× м. У склад оптичного випромінювання входить видиме випромінювання (світло), ультрафіолетове випромінювання й інфракрасне випромінювання.

Освітлення – використання світлової енергії Сонця і штучних джерел світла для забезпечення зорового сприйняття навколишнього світу.

Очі є зоровим аналізатором – найтоншим й універсальним органом чуття. Через зоровий канал людини проходить біля 80 % обсягу інформації, носієм якої є світло. Світло є не тільки важливою умовою функціонування зорового аналізатора, але й біологічним фактором розвитку людини в цілому, а саме біологічного ритму: бадьорість і сон, які відповідають дню і ночі. Очевидно, недостатня або надмірна освітленість знижує чи посилює рівень збудженості центральної нервової системи, а відповідно і ступінь активності всіє життєвих процесів. Недостатня чи надмірна освітленість робочого місця впливає на здатність очей пристосуватися до ясного бачення предметів, які розташовані на різних відстанях (акомодація) і змінювати чутливість при зміні умов освітлення (адаптація зорова).

Дослідження фізичних і технічних аспектів оптичного випромінювання здійснюється в світлотехніці. Світлотехніка – галузь науки і техніки, предметом якої є дослідження принципів і розробка способів генерування (емісії, випускання), просторового розподілу та виміру характеристик оптичного випромінювання, а також перетворення його енергії в інші види енергії та використання в різних цілях. Світлотехніка включає в себе також конструкторську та технологічну розробку джерел випромінювання і систем керування ними, освітлювальних, опромінювальних і світлосигнальних приладів, пристроїв і установок, нормування, проектування, монтаж і експлуатацію світлотехнічних установок.

Світлотехнічні величини визначають показники виробничого освітлення. Вказані величини розглядаються в фотометрії – розділі оптики, який присвячений вимірюванню енергії, яка переноситься електромагнітними хвилями оптичного діапазону. У більш вузькому сенсі, який розглядається нижче, під фотометрією розуміють розділ оптики, яка присвячена вимірюванням дії видимого світла на око людини. Фотометрі́я (гр. φωτός – світло і μετρέω – вимірюю) – загальна для всіх розділів прикладної оптики наукова дисципліна, на основі якої проводяться кількісні вимірювання енергетичних характеристик поля випромінювання. Іншими словами, фотометрія – розділ оптики, в якому досліджуються енергетичні характеристики світла при його емісії (випромінювані), розповсюдженні та взаємодії з тілами.

Фотометрія як наука почалась в 1760-х з робіт Ламберта, який сформулював закон дифузного відбиття світла (закон Ламберта) і Бугера, який сформулював закон поглинання світла (закон Бугера – Ламберта – Бера). Слідом за М. Фарадеєм, який у своїй лекції “Міркування про коливання променів” (1846 р.), вперше припустив, що світло повинно бути інтерпретоване як поле, А. Гершун побудував теорію світлового поля. Вказана теорія лежить в основі сучасної фотометрії, як науки. На практиці положення теорії світлового поля реалізуються світлотехнікою, а також комп’ютерною графікою. Використання терміну “ cвітло ” щодо описання поля випромінювання в будь-якій області спектрального діапазону оптичного випромінювання, а не лише в видимій його області, сьогодні є загальновизнаним (“швидкість cвітла”, “промінь cвітла”).

Світлове поле – область простору, заповнена світлом. Об'єктом вивчення в цій області є процес перенесення енергії випромінювання. Світлове поле невід'ємне від поля електромагнітного випромінювання, проте якісно від нього відрізняється, оскільки залишає осторонь питання про природу світла, яка має подвійну природу: це потік електромагнітних хвиль і потік корпускул (фотонів). Фотони мають енергію, яка залежить тільки від частоти світлової хвилі n, що формалізується формулою М. Планка

e₀ = hn (6)

де h = 6,625 × Дж × с – постійна Планка (квант дії).

Вказане поле інваріантне по відношенню до простору і часу, оскільки просторова і часові структури поля електромагнітного випромінювання в теорії світлового поля не розглядаються. Фактично, світлове поле являє собою геометрію, яка базується на основних законах геометричної оптики та привнесене в її уявлення про перенос енергії. Нагадуємо, що до основних законів геометричної оптики відносяться:

- закон прямолінійного поширення світла;

- закон відбиття світла;

- закон заломлення світла.

Розглянемо основні світлотехнічні величини.

Освітлення – використання світлової енергії Сонця і штучних джерел світла для забезпечення зорового сприйняття навколишнього світу.

Світлове випромінювання – видиме електромагнітне випромінювання, що оцінюється за світовим відчуттям, яке воно спричиняє на людське око.

Освітлення характеризується кількісними і якісними показниками. До кількісних показників відносяться сила світла, світловий потік, освітленість, яскравість. Вказані величини розглядаються галуззю оптики –фотометрією. Потужність видимого електромагнітного випромінювання, що оцінюється за світовим відчуттям, є світловим потоком.

Світловий потік Ф рівний енергії, що випромінюється джерелом світла, яка поширюється в будь-якій частині простору за одиницю часу (це потужність світлового випромінювання):

Ф = W / t (7)

де W – світлова енергія; t – час, на протязі якого падає світло. Одиницею світлового потоку в Міжнародній системі одиниць (СІ), є [Ф] = 1 Дж / с.

Очевидно, повний світловий потік – кількість енергії, яка випромінюється будь-яким точковим джерелом світла за одиницю часу по всім напрямам. Точкове джерело світла – джерело, що випромінює сферичні хвилі.

Енергетичною характеристикою джерела світла є сила світла. Як відомо, сила світла І – фізична величина, чисельно рівна світлового потоку, який поширюється від точкового джерела світла в одиничному тілесному куті:

І = Ф / w, (8)

де w – тілесний кут (рис. 2).

R

S^* s

w

Рис. 2. До пояснення поняття сили світла

Як відомо з математики, тілесний кут w – просторовий кут, частина простору, обмежена прямими, проведеними із одної точки (вершини) до всіх точок будь-якої замкненої кривої. При поміщенні точкового джерела світла S у вершину тілесного кута, який опирається на сферичну поверхню радіусом R та площею s, маємо W = s / R². Тоді 1 стерадіан (ср) – одиничний тілесний кут, який утворює на сферичній поверхні радіусом R = 1 м поверхню, площа якої дорівнює s = 1 м².

Окрім традиційної фотометрії існує енергетична фотометрія, яка розглядає часовий, просторовий і спектральний розподіл енергії оптичного випромінювання, які кількісно виражаються в одиницях енергії або потужності або в похідних від них. Зокрема сила випромінювання І_e є фізичною величиною, яка визначається відношенням потоку випромінювання dФ_e , що розповсюджується від джерела випромінювання всередині малого тілесного кута dW, який вміщає даний напрям, до цього тілесного кута:

І_e = dФ_e / dW, (9)

де [І_e] = 1 Вт / 1 ср = 1 Вт / ср.

Якщо І_l – спектральна густина сили випромінювання за довжиною хвилі l, то сила випромінювання може бути виражена також співвідношенням

І_e = ò І_l dl. (10)

Як відомо студентам, до Міжнародної системи одиниць відносяться такі сім основних одиниць: метр (м), кілограм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвін (К), кандела (кд), моль (моль). В канделах вимірюється сила світла (від лат candela – cвічка). Кандела (кд) – сила світла у даному напрямі від джерела, яке випускає монохроматичне випромінювання 540×10¹² Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямі складає 1,683 Вт на стерадіан.

Якщо точкове джерело S має силу світла І, яка однакова у всіх напрямах, то це ізотропне джерело. У супротивному випадку розглядають анізотропне джерело світла.

Світловий потік Ф– потужність світлового (видимого) випромінювання, що оцінюється по його дії на нормальне око. Одиниця світлового потоку – люмен (лм) – дорівнює потоку, який випромінюється точковим джерелом світла в 1 канделу в одиничному тілесному куті W, рівному 1 стерадіану. Світловий потік dФ джерела силою світла І в елементарному тілесному куті dW складає

dФ = І × dW (11)

Для тілесного кута W, який опирається на сферичну поверхню радіусом R та площею S = 4p R², маємо інтегральну формулу:

Ф = І × W, (12)

де одиниці розглянутих фізичних величин такі:

[W] = 1 ср; [І] = 1 кд; [Ф] = 1 люмен (лм); ® 1 лм = 1 кд × 1 ср. Люмен дорівнює світовому потоку, що випускається точковим джерелом світла в тілесному куті 1 ср при силі світла 1 кд.

Повний світловий потік ізотропного точкового джерела визначається максимальним тілесним кутом W_max = S / R² = 4p R² / R² = 4p cр:

Ф₀ = 4p × І. (13)

Зазначимо, що на відміну від ідеальних ізотропних джерел світла, реальні природні та штучні джерела світла є анізотропні, тобто випромінюють світловий потік в різних напрямах неоднаково. Тому сила світла І джерела є “кутовою щільністю” світлового потоку (І = dФ / dW) в даному напрямі. Зазначимо, що лампа розжарювання потужністю 40 Вт створює світловий потік 415 – 460 лм, а люмінесцентна лампа ЛД 40 такої же потужності – 2340 лм.

Енергозберігаючі лампи, зокрема типу LUXEL, споживають на 80 % менше електричної енергії, ніж звичні лампи розжарювання. У першому наближенні, одна енергозберігаюча лампа замінює 5 ламп розжарювання (енергозберігаюча лампа потужністю 20 Вт еквівалентна лампі розжарювання потужності 100 Вт). Термін служби енергозберігаючої лампи LUXEL майже у 12 разів довше, ніж у лампи розжарювання.

Об’ємна густина світлової енергії U_v – фізична величина, яка визначається відношенням світлової енергії dW до малого об’єму dV, який заповнюється світлом:

U_v = dW / dV, (14)

де [U_v] = 1 лм× с /м³.

Енергетична фотометрія розглядає потік випромінювання Ф_e – потужність випромінювання, що визначається відношенням енергії DW, що переноситься випромінюванням, до проміжку часу переносу, який значно перевищує період електромагнітних коливань:

Ф_e = DW / Dt, (15)

де [Ф_e] = 1 Дж / с = 1 Вт. Ват дорівнює потоку випромінювання, еквівалентному механічній потужності 1 Вт.

У випадку імпульсного випромінювання визначається середня потужність випромінювання á Ф_e ñ – фізична величина, що визначається відношенням енергії DW, що переноситься неперервним або імпульсним випромінюванням, до проміжку часу випромінювання Dt:

á Ф_e ñ = DW / Dt. (16)

Якщо відома спектральна густина потоку випромінювання за довжиною хвилі Ф_{e, l}, то потік випромінювання може бути виражений співвідношенням:

Ф_e = ò Ф_{e, l} dl (17)

Освітленість Е_А в точці поверхні А – величина, рівна відношенню світлового потоку dФ, який падає на елемент поверхні, до площі dS цього елемента

Е_А = dФ / dS, (18)

де [Е_А] = 1 лм / 1 м² = 1 люкс (лк). Люкс рівний освітленості поверхні площею 1 м² при падаючому на неї світлового потоку 1 лм.

Зауважимо, що освітленість Е_А в точці поверхні А має еквівалент в енергетичній фотометрії – опроміненість Е_e, яка визначається відношенням потоку випромінювання dФ_e, яке поглинається малою ділянкою поверхні, що включає точку А, до площі dS цієї ділянки:

Е_e = dФ_e / dS, (19)

де [Е_e] = 1 Вт / 1 м² = 1 Вт / м².

Очевидно, що інтегральна освітленість поверхні, площею S, світловим потоком Ф, є поверхневою густиною світлового потоку та визначається за формулою:

Е = Ф / S, (20)

де Е – освітленість, яка визначається за умови рівномірного розподілу світлового потоку Ф, який перпендикулярний освітлювальній поверхні S.

Нехай освітленість створюється ізотропним точковим джерелом, силою світла І (рис. 3). Освітлення елементарної поверхні dS, яка знаходиться на відстані r від джерела, якщо промені світлового потоку падають під кутом j до нормалі поверхні (це кут між радіусом-вектором , проведеним із джерела S^* до елемента dS освітлювальної поверхні, та одиничним вектором , нормальним до площадки), визначається за формулою:

Е = І × cos j / r². (21)

Якщо поверхня dS перпендикулярна до світлового потоку (j = 0; cos j = 1), то можна перейти від узагальненого закону освітленості (1.9) до першого законуосвітленості, який ще має назву “закон зворотних квадратів”: освітленість поверхні, яка перпендикулярна світловому потоку, прямо пропорційна силі світла точкового джерела та обернено пропорційна квадрату відстані від джерела до освітлювальної поверхні. Цей закон фотометрії був сформульований Йоганном Кеплером у 1604 році.

S^*

j

dS

Рис. 3. До пояснення поняття освітленості поверхні

Величина освітленості поверхні визначається силою світла джерела. Являє інтерес природні джерела світла. Експериментально доведено, що освітленість поверхні у повний місяць дорівнює 0,2 – 0,3 лк, білої ночі – 2 – 3 лк, влітку опівдні – 68000 – 99000 лк.

Освітлювання Q – фізична величина, яка визначається інтегралом сили світла за часом:

Q = , (22)

де [Q] = 1 кд × с.

Світлова експозиція (експозиція) H – фізична величина, яка визначається інтегралом освітленості за часом:

H = , (23)

де [H] = 1 лк × с.

Люкс-секунда рівна світловій експозиції, що створюється за проміжок часу 1с при освітленості в 1 лк.

Розглянемо характеристики об’єктів, які випромінюють світло. До них відноситься розглянута вище сила світла, одиниця якої кандела. Окрім цього, використовуються такі величини, як яскравість, світність та еквівалентні енергетичні величини.

Яскравість L плоскої поверхні площі S, що світиться, – поверхнева густина сили світла, що визначається як відношення сили світла І в напрямі спостереження до проекції поверхні, що світиться, на площину, яка перпендикулярна до напряму спостереження:

L = І / (S× cos a), (24)

де a – кут між нормаллю до поверхні, що світиться, і напрямом зору. За одиницю яскравості прийнято [В] = 1 кд / м² (стара одиниця – ніт).

Кандела на квадратний метр дорівнює яскравості поверхні, яка світиться, площею 1м² при силі світла 1 кд.

Яскравість поверхні, яка створена падаючим потоком Ф, залежить від величини потоку Ф^¢, який розсіюється цією поверхнею:

Ф^¢ = a × Ф, (25)

де a – коефіцієнт альбедо, що означає ступінь білизни поверхні:

· абсолютно біле тіло a = 1;

· очищена крейда a = 0,85 – 0,95;

· білий папір для рисування a = 0,7 – 0,8;

· свіжовипавший сніг a = 0,78;

· пісок a = 0,25 – 0,3;

· чорний бархат a = 0,001 – 0,002.

Яскравість ідеального розсіювача:

L = a × Е / p, (26)

де Е – освітленість, яка створена потоком, що падає на поверхню.

Дослідження показують, що око людини спроможне функціонувати у діапазоні 1×10^-6 – 1×10⁴ кд /м². Для ефективного бачення предмета фонова яскравість повинна знаходитися в діапазоні 10 – 500 кд /м². Для порівняння відзначимо, що яскравість люмінесцентних ламп лежить в діапазоні 5×10³ – 1×10⁵ кд /м², а ламп розжарювання – 5,5×10⁶ кд /м².

Світність (світимість) R в точці М поверхні – відношення світлового потоку dФ, що виходить від елемента поверхні, до площі dS цього елемента:

R = dФ / dS, (27)

де[R] = 1 лм / м².

Люмен на квадратний метр дорівнює світності поверхні площею 1м², яка випромінює світловий потік 1лм.

Для плоскої поверхні з однорідним світловим потоком маємо

R = Ф / S. (28)

Енергетична фотометрія розглядає енергетичну яскравість, енергетичну світність, енергетичну експозицію.

Енергетична яскравість L_e в точці поверхні і в заданому напрямі – величина, рівна відношенню сили випромінювання dІ_e елемента випромінюваної поверхні до площі dS ортогональної проекції цього елемента на площину, яка перпендикулярна напряму спостереження:

L_e = dІ_e / dS, (29)

де[L_e] = 1 Вт / (ср×м²).

Ват на стерадіан-квадратний метр дорівнює енергетичній яскравості рівномірно випромінюючої плоскої поверхні площею 1 м² в перпендикулярному їй напрямі при силі випромінювання 1 Вт / ср.

Інтегральна енергетична яскравість L_e – фізична величина, яка визначається інтегралом енергетичної яскравості за часом:

L_e = ò L_e dt (30)

де [L_e] = 1 Дж / (ср×м²).

Джоуль на стерадіан-квадратний метр дорівнює інтегральній енергетичній яскравості за час 1с при енергетичній яскравості, рівній 1 Вт / (ср × м²).

Енергетична світність (світимість) М_e – фізична величина, яка рівна відношенню потоку dФ_e, що виходить від малої ділянки поверхні, до площі dS цієї поверхні:

М_e = dФ_e / dS, (31)

де [М_e] = 1 Вт / м².

Ват на квадратний метр дорівнює енергетичній світності, при якій поверхня площею 1 м² випромінює потік потужністю 1 Вт.

Опроміненість Е_e – фізична величина, яка визначається відношенням потоку випромінювання dФ_e, який поглинений малою ділянкою поверхні, яка містить у собі розглядувану точку, до площі цієї ділянки:

Е_e = dФ_e / dS, (32)

де [Е_e] = 1 Вт / м².

Ват на квадратний метр дорівнює опроміненню, при якому поверхня площею 1 м² поглинає потік випромінювання потужністю 1 Вт.

Якщо відома спектральна густина опромінення за довжиною хвилі Е_l то інтегральна опроміненість виражається співвідношенням:

Е_e = ò Е_l dt. (33)

Енергетична експозиція H_е – фізична величина, яка визначається інтегралом опроміненості за часом

H_е = ò Е_е dt, (34)

де [H_е] = 1 Дж / м².

Окрім вище розглянутих кількісних показників у світлотехніці використовуються якісні показники. До останніх відносяться такі: фон; контраст об’єкта розпізнавання з фоном; видимість V; показники засліпленості Р та дискомфорту М; коефіцієнт пульсації освітленості К_п.

Фон (фр. fond, від лат. fundus «основа») – основний колір, або тон, на якому розміщуються зображення або текст, який утворює задній план. Інколи слово “фон” застосовується також синонім до слова “тло”. Безпосередньо в світлотехніці термін “фон” застосовується в сенсі поверхні, яка прилягає безпосередньо до об’єкта розпізнавання (розрізнення), на якій він розглядається. Фон (зоровий) – поверхня, яка прилягає безпосередньо до об’єкта розрізнення (розпізнавання, спостереження), відбиття поверхні, що безпосередньо прилягає до об’єкта розрізнення, на якій він розглядається.

Оцінюється фон за коефіцієнтом відбивання поверхні r:

r = Ф_відб / Ф_пад. (35)

Фон вважається світлим при коефіцієнті відбивання поверхні r > 0,4, середным при r = 0,2…0,4, темним при r < 0,2.

У загальному випадку падаючий на тіло потік Ф_пад частково відбивається Ф_відб, поглинається Ф_погл і пропускається через тіло Ф_проп, тобто

Ф_пад = Ф_відб + Ф_погл + Ф_проп. (36)

Поділивши всі частини рівності (1.31) на Ф_пад ¹ 0 будемо мати:

r + a + t = 1, (37)

де r – коефіцієнт відбиття; a – коефіцієнт поглинання; t – коефіцієнт світло- пропускання.Коефіцієнти відбиття r, поглинання b та пропускання t визначаються за відповідними формулами:

r = Ф_відб / Ф_пад, a = Ф_погл / Ф_пад, t = Ф_проп / Ф_пад. (38)

Зокрема, коефіцієнт відбиття білої поверхні r = 0,75 – 0,8, світло синьої r = 0,55, коричневої r = 0,23, чорної r = 0,07– 0,1. А показники для віконного скла такі: r = 0,08; a = 0,02; t = 0,9.

Контраст об’єкта розпізнавання з фоном – це відношення абсолютної величини різниці між яскравістю об’єкта і фона до яскравості фона:

k = (L_об – L_фон) / L_фон. (39)

Контраст об’єкта розпізнавання з фоном вважається великим при k > 0,5, середнім при k = 0,2...0,5 і малим при k < 0,2. Якщо L_об. – яскравість об’єкта спостереження, а L_ф – яскравість фону,

Видимість V – показник, який характеризує здатність ока сприймати об’єкт та залежить від освітленості, розміру об’єкта, його яскравості, експозиції, контрасту об’єкта з фоном. Видимість можна оцінити показником, який показує, у скільки разів наявний контраст k об’єкта розпізнавання з фоном більший за граничний:

V = k / k_пор, (40)

де k_пор – порогів контраст, тобто найменший контраст, який розпізнає око людини, або мінімальне значення контрасту, необхідне для виявлення вперше будь-якого об’єкта з імовірністю розпізнавання 0,5. Нормальне зорове сприйняття відповідає V = 10– 15.

Осліпленість (засліпленість) оцінюється коефіцієнтом і показником. Коефіцієнт осліпленості s визначається відношенням видимості об’єкта спостереження при екрануванні блискучих джерел світла (V₁) до видимості об’єкта спостереження за наявності блискучих джерел світла в полі зору (V₂), тобто:

s = V₁ / V₂, (41)

де s ³ 1.

Зазначимо, що осліплююча яскравість залежить від розміру поверхні, яка світиться, яскравості сигналу та рівня адаптації зору і має такий діапазон: 6,4×10–15,9×10⁴ кд /м². Для ефективного бачення об’єкта фонова яскравість повинна знаходитися у діапазоні 10 – 500 кд /м². У свою чергу, показник осліпленості Р – це критерій оцінки засліплюючої дії освітлювальної установки:

Р = (s – 1) 1000. (42)

Характеристикою відбивання світлового потоку від робочої поверхні у напрямку очей працюючого є відбивна блискучість, що визначає зниження видимості внаслідок надмірного збільшення яскравості робочої поверхні та вуалюючої дії, яка знижує контраст між об’єктом і фоном.

Показник дискомфорту М характеризує наявність яскравих джерел світла в полі зору та є критерієм оцінки дискомфортної відблисковості, яка викликає неприємні відчуття при нерівномірному розподілі яскравостей в полі зору:

М = L_c × w^0,5 / (j_q × ), (43)

де L_c – яскравість відблискового (блиского) джерела, кд / м²; w – кутовий розмір відблискового джерела, стер; j_q – індекс позиції відблискового джерела відносно лінії зору; L_ад – яскравість адаптації, кд / м².

Коефіцієнт пульсації освітленості К_п – показник відносної глибини коливань освітленості за плином часу внаслідок зміни світлового потоку газорозрядних ламп, які живляться змінним струмом:

К_п = {(Е_max – Е_min) / 2 Е_ср } × 100 %, (44)

де Е_max і Е_min – максимальна та мінімальна освітленості за період її коливання, лк;

період коливання освітленості T = 0,01 с; Е_ср – середнє значення освітленості за цей же період, лк.

Зазначимо, що випромінювання газорозрядних джерел світла пульсує з подвійною частотою змінного струму, що живить освітлювальні установки, тобто 2f = 2× 50 Гц = 100 Гц. Звідси маємо період коливань: T = 1 / 2f =1 / 100 Гц = 0,01с.

Серія світлових імпульсів сприймається як безупинний сигнал, якщо інтервали між імпульсами порівняні з часом інерції зору, тобто з проміжком часу зберігання зорового відчуття (0,2 – 0,3 с). Критична частота мерехтіння дорівнює 70 Гц.

Таким чином, для забезпечення стабільного зображення частота регенерації сигналу повинна бути не нижчою 70 Гц. Наприклад, у сучасних моніторах частота регенерації зображення складає не менше 85 Гц. І нарешті, світіння – світловий потік, що випромінюється з поверхні в перпендикулярному напрямку з коефіцієнтами відбиття r, поглинання a і світлопропускання t.

_____________________________________________________________________________

Поиск по сайту: