2.9 Основні світлотехнічні поняття та одиниці
Світлові випромінювання – це електромагнітні випромінювання певної частки оптичного діапазону. За довжиною хвилі оптичні випромінювання знаходяться в діапазоні довжини хвилі від 10 до 340000 нм. У цьому діапазоні видимі випромінювання займають незначну ділянку – діапазон від 380 до 760 нм. Таким чином, при однаковому енергетичному рівні оптичні випромінювання з довжиною хвилі 380-760 нм сприймаються органами зору людини, а за межами цього хвильового діапазону не сприймаються.
Тому, при вирішенні питань світлотехніки такі питання як енергія випромінювання чи потужність недоречні. У зв’язку з цим у світлотехніці введена система світлотехнічних величин і одиниць.
Основними поняттями цієї системи є: світловий потік, сила світла, освітленність і яскравість, фон (характерується коефіцієнтом відбиття (ρ), пропускання (τ) та поглинання (β)), контраст яскравості і видимість.
Світловий потік F ¾ це потік випромінювання, що оцінюється за його дією на людське око. За одиницю світлового потоку прийнято люмен (лм). Наприклад, лампа розжарювання потужністю 40 Вт створює світловий потік 415-460 лм, а люмінесцентна лампа ЛД 40 такої же потужності – 2340 лм.
Сила світла І ¾ просторова щільність світлового потоку, яка визначається відношенням світлового потоку F (лм) до тілесного кута w, у якому цей потік поширюється: І = F/w. За одиницю сили світла прийнято канделу (кд). Тілесний кут ¾ частина простору сфери, обмежена конусом, що спирається на поверхню сфери з вершиною у її центрі. За одиницю тілесного кута прийнято стерадіан (ср). Кут в 1 ср вирізає на поверхні сфери площину, яка є рівною квадрату радіуса сфери. Кандела це сила світла еталонного джерела в перпендикулярному напрямку при температурі затвердіння платини 2046,65° К і тиску P=101325 Па.
Освітленість Е ¾ поверхнева щільність світлового потоку. При рівномірному розподілі світлового потоку F, перпендикулярного освітлюваній поверхні S, освітленість Е = F/S. Наприклад, освітленість поверхні у повний місяць – 0,2-0,3 лк, білої ночі 2-3 лк, опівдні (літо) – 68000–99000 лк.
Яскравість поверхні В ¾ поверхнева щільність сили світла, визначається як відношення сили світла І у даному напрямі до проекції поверхні, що світиться, на площину, перпендикулярну до напряму спостереження. В = І/S cos a, де a¾ кут між нормаллю до поверхні і напрямом зору. За одиницю яскравості прийнято канделу на квадратний метр (кд/м2 або ніт ). Наприклад, яскравість люмінесцентних ламп – 5*103- 105 кд/м2, лампи розжарювання – 5,5*106 кд/м2. Око людини спроможне нормально функціонувати у діапазоні 10-6–104 кд/м2. Осліплююча яскравість залежить від розміру поверхні, яка світиться, яскравості сигналу та рівня адаптації зору і має розбіг 6,4*10–15,9*104 кд/м2. Для ефективного бачення об‘єкту фонова яскравість повинна знаходитися у діапазоні 10-500 кд/м2.
Коефіцієнти відбиттяr, пропускання t та поглинанняb поверхонь вимірюються у відсотках або частках одиниці (r + t + b = 1): r = Fr/F; t = Ft/F; b = Fb/F, де Fr, Ft, Fb¾ відповідно відбитий, поглинений та той, що пройшов через поверхню, світлові потоки; F – світловий потік, що падає на поверхню. Наприклад, коефіцієнт відбиття білої поверхні дорівнюється 0,8 – 0,75 , світло синьої – 0,55, коричневої – 0,23, чорної – 0,1 – 0,07.
Фон – поверхня, що безпосередньо прилягає до об`єкта. Він оцінюється коефіцієнтом відбиття. Фон вважають світлим при r>0,4, середнім ¾ при 0,4 ³r>0,2 та темним при r<0,2.
КонтрастK об`єкта спостереження та фону визначається різницею між їх яскравостями: К= (Во – Вф)/Вф, де Во та Вф¾ відповідно яскравості об`єкта та фону. Контраст вважають великим при К>0,5, середнім при 0,2< K<0,5, малим при K < 0,2.
Видимість V характеризує здатність ока сприймати об’єкт. Видимість залежить від освітлення, розміру об’єкта розпізнавання, його яскравості, контрасту між об’єктом і фоном, тривалості експозиції: V = К/Кпор , де К - контраст між об’єктом і фоном; Кпор – пороговий контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком за даних умов. Для нормального зорового сприйняття V повинна бути рівною 10–15.
Час зберігання зорового відчуття - 0,2-0,3 с. Сприйняття мерехтливого світла має специфічні особливості. Серія світлових імпульсів сприймається як безупинний сигнал, якщо інтервали між імпульсами порівняні з часом інерції зору. Критична частота мерехтіння дорівнює 15-70 Гц. Таким чином, для забезпечення стабільного зображення частота регенерації сигналу повинна бути не нижчою 70 Гц. Наприклад, у сучасних моніторах частота регенерації зображення складає 85 Гц і вище.
2.10 Основні вимоги до виробничого освітлення. Природне освітлення та його види
Залежно від джерел світла освітлення може бути природним, що створюється прямими сонячними променями та розсіяним світлом небосхилу; штучним, що створюється електричними джерелами світла, та суміщеним, при якому недостатнє за нормами природне освітлення доповнюється штучним.
Основні вимоги до виробничого освітлення
Для створення сприятливих умов зорової роботи освітлення робочих приміщень повинне задовольняти таким умовам:
- рівень освітленості робочих поверхонь має відповідати гігієнічним нормам для даного виду роботи;
- мають бути забезпечені рівномірність та часова стабільність рівня освітленості у приміщенні, відсутність різких контрастів між освітленістю робочої поверхні та навколишнього простору, відсутність на робочій поверхні різких тіней (особливо рухомих);
- у полі зору предмета не повинно створювати сліпучого блиску;
- штучне світло, що використовується на підприємствах, за своїм спектральним складом має наближатися до природного;
- не створювати небезпечних та шкідливих факторів (шум, теплові випромінювання, небезпеку ураження струмом, пожежо- та вибухонебезпечність);
- бути надійним, простим в експлуатації та економічним.
Природне освітлення поділяється на: бокове (одно- або двобічне), що здійснюється через світлові отвори (вікна) в зовнішніх стінах; верхнє, здійснюється через отвори (ліхтарі) в дахах і перекриттях; комбіноване – поєднання верхнього та бокового освітлення.
Природне освітлення має важливе фізіолого-гігієнічне значення для людини, має психологічну дію, створюючи відчуття безпосереднього зв’язку з довкіллям, стимулює фізіологічні процеси, підвищує обмін речовин, покращує розвиток організму в цілому. Сонячне випромінювання зігріває та знезаражує повітря, очищуючи його від збудників багатьох хвороб. Однак, природне освітлення має і недоліки: воно непостійне в різні періоди часу, нерівномірно розподіляється в приміщенні, залежить від погодних умов.
На рівень природного освітлення приміщень впливають: світловий клімат, який залежить від географічного розтушування місця, площа та орієнтація світлових отворів; конструкція вікон, чистота скла, геометричні параметри приміщень та відбиваючі властивості поверхонь, зовнішнього та внутрішнього затемнення світла різними об’єктами.
Оскільки природне освітлення не постійне у часі, його кількісна оцінка здійснюється за відносним показником – коефіцієнтом природної освітленосні (КПО):
КПО = (Евн/Езов)*100%,
де Евн (лк) – природна освітленість в даній точці площини всередині приміщення, яка створюється світлом неба (безпосереднього або після відбиття); Езов (лк)- зовнішня горизонтальна освітленість, що створюється світлом в той самий час повністю відкритим небосхилом.
2.11 Нормування природного освітлення
За системи бічного природного освітлення (через віконні прорізи у стінах) нормується мінімальне значення КПО. Для одностороннього бічної системи - це КПО у точці робочої поверхні (або підлоги), розташованій на відстані 1м від стіни, найбільш віддаленої від світлових прорізів. За системи верхнього природного освітлення (через ліхтарі – світлові прорізі у покритті будівлі) та системи верхнього та бічного природного освітлення нормується середній КПО, обчислений за результати вимірювань у N точках (не менш 5) умовної робочої поверхні (або підлоги). Перша та остання точка приймаються на відстані 1 м від поверхні стін. Середнє значення КПО обчислюється за формулою:
КПОср=(КПО1 /2 +КПО2 +КПО3 +…+ КПОN-1+ КПОN /2 )/(N-1), (2.5.2)
де КПОN – коефіцієнт природного освітлення у N-й контрольній точці, N – кількість контрольних точок у площині характерного перерізу приміщення.
В основі нормування виробничного освітлення покладена залежність необхідного рівня освітлення від зорової напруги.
Нормовані значенняКПО для виробничих приміщень, залежать від характеристики та розряду зорової роботи (визначаються в залежності від найменшого розміру об’єкта розпізнання), або призначення приміщення в будівлях управління, конструкторських, проектних, науково-дослідних установах, громадянських і суспільних будівлях, а також від системи освітлення і стійкості сніжного покрову (при системі бічного освітлення).
Нормовані значення КЕО для будівель, що розташовуються в різних місцях, визначаються по формулі
eN=eнmN