Основные светотехнические величины

Светотехнические величины, которые определяют показатели производственного освещения, базируются на оценке ощущений, которые возникают от действия светового излучения на зрительный анализатор. Чтобы полнее раскрыть содержание предлагаемого материала, коротко рассмотрим основные световые величины и их характеристики. Освещение характеризуется количественными и качественными показателями (рис. 3.2).

Рис. 2. Иллюстрация светотехнических понятий:

Телесный угол ώ = 1 ср (стерадиан)

Площадь S = 1 м²

Радиус r = 1 м

Освещенность плоскости Е = 1 лк (люкс)

Сила света I = 1 кд (кандела)

Световой поток Ф = 1 лм (люмен)

К количественным показателям относятся:

• световой поток, Ф;

• сила света I;

• освещенность, Е;

• яркость, L.

Световой поток, Ф – мощность светового излучения, характеризует поток лучезарной энергии, которая оценивается по зрительному ощущению:

1 (3.13)

где е _λ – энергия, излучаемая на конкретной длине волны;

λ - длина волны, нм;

k (λ) – функция видимости.

Единицей светового потока является люмен (лм). Один люмен – световой поток лучистой энергии, излучаемый от точечного источника с силой света в 1 канделу (кд), а в середине угла – в 1 стерадиан (ср): 1 лм = 1 кд · ср.

Сила света I характеризует пространственную плотность, так называемое отношение светового потока к телесному углу, в пределах которого этот поток распределяется:

I = Ф/ ώ, 2 (3.14)

где ώ – телесный угол, ср (стерадианах).

Значение ώ определяется отношением площади, что вырезается из сферы произвольного радиуса r, к квадрату этого радиуса:

ώ = Ѕ / r², 3 (3.15)

если S = r², то ώ = 1 ср.

За единицу силы света принята кандела (кд). Одна кандела – сила света, что излучается с поверхности площадью 1 / 600 000 м² полного излучателя (государственной световой эталон) в перпендикулярном направлении при температуре затвердения платины (2046,65) при давлении 101 325 Па. За единицу силы света принимается сила света точечного источника, который излучает в середине телесного угла в 1 ср, световой поток в 1 лм.

Освещенность, Е – поверхностная плотность светового потока, который падает на поверхность, это отношение светового потока Ф к площади освещаемой поверхности S при условии его равномерного распределения (рассеивания):

Е = Ф / S, 4 (3.16)

Если световой поток в 1 лм равномерно распределен на единице поверхности площадью в 1 м², то за единицу освещенности Е принят 1 люкс (лк). Освещенность поверхности не зависит от её световых особенностей.

Оценить понятие освещенность можно, например зная, что освещенность поверхности Земли в лунную ночь составляет 0,2 лк, а в солнечной день освещённость на экваторе доходить до 100 000 лк. Освещенность открытого места в облачной день составляет от 1 000 до 2 000 лк, а ночью освещённость этого места от звездного неба составляет всего – 0,03 лк.

Запомните, что освещенность, которая необходима человеку для чтения, составляет от 30 до 50 люксов.

Яркость, L – поверхностная плотность силы света в конкретном направлении или отношение силы света к площади проекции поверхности, которая падает, на плоскость в перпендикулярном направлении, за единицу яркости принята кд/м². Лист белой бумаги, освещенный лампой накаливания мощностью 40 Вт, имеет яркость L = 40 кд/м².

Яркость в 30 000 кд/м², действует на органы зрения человека ослепляюще. Исходя из этого, введено понятие « блеск источника света », то есть повышенная яркость поверхностей, которые светятся, которые ухудшают зрительную способность нашего органа зрения.

Поскольку уровень ощущения света человеческим глазом зависит от плотности светового потока (освещенности) попадающего на сетчатку глаза, то основным значением для зрения будет не освещенность какой-то поверхности, а световой поток Ф, что отражается от этой поверхности и попадает на сетчатку. В связи с этим введено понятие яркости.

Человек различает окружающие предметы благодаря тому, что они имеют разную яркость.

Яркость (L, кд/м²) является той характеристикой света, которая непосредственно влияет на орган зрения и на которую непосредственно реагирует глаз.

Кроме количественных показателей освещения, необходимо также учитывать следующие основные, качественные показатели: фон; контраст объекта распознавания с фоном;видимость V; показатель ослеплённости Р и показатель дискомфорта М; коэффициент пульсации освещенности Кп.

Показатель ослеплённости Р – это критерий оценки ослепляющего действия осветительной установки (ОУ); выражается формулой:

Р = (S −1)×1000, 5 (3.17)

где S– коэффициент ослеплённости

S = V₁ / V₂, 6 (3.18)

где V₁ – видимость объекта наблюдения при экранировании «блеска источников света» (ослепляющих); V₂ – видимость объекта наблюдения при наличии блестящих (мерцающих, ослепляющих) источников света в поле зрения человека.

Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект; показывает, во сколько раз имеющийся контраст больше допустимого; зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, экспозиции, контраста объекта с фоном:

V = k / k _пор, 7 (3.19)

где k _пор – пороговой контраст, то есть наименьший контраст, который различает глаз, минимальное значение контраста, необходимо для выявления, во-первых, какого-либо объекта с вероятностью распознавания в 50%;

k – контраст объекта распознавания (различия) с фоном.

Контраст объекта распознавания с фоном определяется как фотометрически измеряемая разница яркости двух зон. Это отношение абсолютного уровня разницы между двумя яркостями, разделёнными в пространстве и времени (фон объекта к яркости фона):

8 (3.20)

Контраст объекта распознавания с фоном считается большим при k > 0,5, средним при k = 0,2...0,5 и малым при k < 0,2.

Для оценки разряда зрительной работы используется характеристика фона и контраст между объектом распознавания и фоном.

Фон – это поверхность, что прилегает непосредственно к объекту распознавания, на которой он рассматривается; оценивается фон коэффициентом отражения поверхности ρ. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности ρ > 0,4, средним при ρ = 0,2...0,4, темным при ρ < 0,2.

Излучение газоразрядных источников света пульсирует с удвоенной частотой переменного тока, которые питают осветительные установки.

Между яркостью и освещенностью существует соотношение:

9 (3.21)

где ρ – коэффициент отражения; Е – свечение (световой поток излучается с поверхности в перпендикулярном направлении с коэффициентами отраженияρ, поглощения α,светопроницаемости τ).

Для расчёта освещённости производственных помещений большое значение имеют светотехнические особенности тел (предметов), то есть их отражающая, поглощающая и пропускная способность светового потока.

Известно, что

Фпад = Ф отр + Ф погл + Ф прон, 10 (3.22)

или

Фотр ФпоглФпроп

Фпад = Фпад = Фпад = 1, 11 (3.23)

ρ + α + τ = 1 12 (3.24)

Значения коэффициентов в формуле (3.24) зависят от состояния поверхности, например, для стекла оконного (толщиной ≈ в 2 мм)

ρ = 0,08; α = 0,02; τ = 0,9.

Глубина пульсации освещенности оценивается коэффициентом пульсации.

Коэффициент пульсации освещенности Кnв процентах – показатель относительной глубины колебаний освещенности во времени вследствие изменения светового потока газоразрядных ламп, которые питаются переменным током:

Е max – E min

Кn = 2 E _ср × 100% 13 (3.25)

Где Еmax, Emin – максимальная и минимальная освещенность за период ее колебания, лк;

Т = 0,02 с; Е ср – среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Показатель дискомфорта М характеризует наличие ярких источников в поле зрения человека.

При определении требований к производственному освещению исходят из основных особенностей зрения человека, а это предусматривает создание таких условий на рабочем месте, которые исключают усталость зрения и возникновение причин производственного травматизма, повышают производительность труда. Эти требования отражают как количественные, так и качественные характеристики световой обстановки в помещениях рабочей зоны.

Вывод.

Таким образом, основная задача освещения на производстве заключается в создании благоприятных условий труда для зрения человека. Это задание можно решить только осветительной системой, которая удовлетворяет следующим требованиям:

· освещенность на рабочем месте должна удовлетворять санитарно-гигиеническим нормам;

· должна быть достаточно равномерно распределена (яркости) на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства, яркость не может отличаться более чем в 3 - 5 раз;

· в поле зрения работающего не должны попадать прямые и отраженные лучи (повышенная яркость световых поверхностей, что вызывает ослепление);

· значение освещенности (или светового потока) должно быть постоянным во времени (нарушается при колебании напряжения в сети, пульсации светового потока, затемнении световых проёмов и т.п.);

· следует выбирать оптимальную направленность светового потока и необходимый спектральный состав света (распознавание рельефа поверхности и правильного световосприятия, цветоощущений);

· все элементы осветительных установок (ОУ) должны быть долговечными, электро- и пожаробезопасными;

· осветительная установка должна быть удобной, простой и надёжной в эксплуатации, отвечать требованиям эстетики.

Все эти требования учитываются действующими нормами проектирования и правилами эксплуатации освещения в производственных помещениях и на открытых рабочих площадках или местах. Основным нормативным документом является СНиП ІІ-4-79 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».

Поиск по сайту: