ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
Тема: «Реакция организма человека на воздействие фактора искусственного освещения»
1. Цель работы:
1.1. Усвоить роль и значение рационального искусственного освещения как средства продления активной деятельности людей и профилактики заболеваний и усталости.
1.2. Освоить методы измерения и гигиенической оценки искусственного освещения помещений различного назначения с помощью люксметра и расчетными методами и определения яркости поверхностей.
Общие сведения (теория вопроса)
Физические характеристики искусственного освещения
Искусственное освещение (как и естественное) характеризуют:
– сила света (І) – мощность источников света, которая определяется в канделах (Кд). Это сила света, которая генерирует в определенном направлении монохроматическое излучение с частотой 540 × 1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/стерадиан;
– световой поток (F) – пространственная плотность светового излучения, единицей которого является люмен (лм) – световой поток, излучаемый единичным источником при силе света 1 кд в телесном углу в 1 стерадиан (пространственный угол в виде конуса с вершиной в центре сферы, которая вырезает на поверхности этой сферы поверхность, площадь которой равняется квадрату радиуса сферы);
– освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока,
где: S – площадь осветительной поверхности, м2.
Единица освещенности – люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 м2 световым потоком в 1 лм;
– яркость (В) – сила света, что излучается или отражается с единицы площади в м2 в определенном направлении: кд/м2,
где:
dS cosj - видимая площадка светящейся поверхности;
j - угол между направлением распространения светового потока и нормалью к светящейся поверхности.
Единицей яркости есть кд/м2 – яркость светящейся поверхности (генерирующей или отражающей) с площади 1 м2 при силе света 1 кд;
– коэффициент отражения (b) – отношение отраженного потока света (Fотр.) к потоку, который падает на поверхность (Fпад.), определяется по формуле b = Fотр./Fпад.
Величина b для свежего снега равняется – 0,9, для белой бумаги – 0,7, для не загорелой кожи – 0,35.
– коэффициент светопропускания (t) – отношение светового потока, который прошел сквозь среду (Fпр) к световому потоку, который падает на эту среду (Fпад):
t = Fпр./Fпад.
Этот коэффициент разрешает оценивать качество и чистоту оконного стекла, стекла осветительной арматуры.
– светность (М) – поверхностная плотность светового потока в лм, что излучается (или отражается) с площади 1 м2 (лм/м2).
Зрительные функции
– острота зрения (острота различения) - способность зрительного анализатора различать наименьшие детали объекта. Определяется наименьшим углом, под которым две смежные точки различаются как отдельные. Условно считают, что острота зрения равняется одной радиальной минуте. Острота различения возрастает пропорционально увеличению освещенности до 130-150лк, а с дальнейшим увеличением освещенности этот рост замедляется;
– контрастная чувствительность - способность зрительного анализатора воспринимать минимальную разность яркостей исследуемого объекта и фона. Она наибольшая при освещенности 1000 -2500 лк;
– скорость зрительного восприятия - время, на протяжении которого происходит осознание деталей объекта, который рассматривается. Эта скорость возрастает к освещенности 150 лк, а потом этот рост несколько снижается непропорционально росту освещенности;
– видимость - интегральная функция зрительного анализатора, которая учитывает основные его функции - остроту зрения, контрастную чувствительность, скорость зрительного восприятия;
– устойчивость ясного видения - отношение времени ясного видения объекта к суммарному времени рассматривания детали. Физиологически эта функция зрительного анализатора основывается на разрушении зрительного пурпура под влиянием световой энергии и образовании защитного черного пигмента на тех участках сетчатки, где изображение ярче. Эта функция достигает оптимальных значений при освещенности 600- 1000 лк. Ее снижение свидетельствует о развитии утомления зрительного анализатора;
– функция цветового различия (восприятие). Белый, черный, серый цвета - ахроматические, характеризуются лишь яркостью, интенсивностью светопотока. Хроматические цвета - монохроматические, характеризуются яркостью и цветностью. Зрение наиболее чувствительно к желто-зеленой части видимого спектра, наименее чувствительно к фиолетовому излучению. При сумеречном и искусственном освещении (особенно при лампах накаливания) цветовая чувствительность зрительного анализатора снижается и искажается.
– адаптация - способность зрительного анализатора: а) уменьшать свою чувствительность при переходе от низкой до высокой освещенности (световая адаптация), которая наступает довольно быстро (за 2-3 минуты) и обусловлена преобразованиям зрительного пурпура в защитный черный пигмент в сетчатке глаза; б) увеличивать эту чувствительность при переходе от высокой к низкой освещенности (темновая адаптация), которая длится значительно дольше - до 40-60 минут и обусловлена восстановлением зрительного пурпура в сетчатке глаза.
– аккомодация - способность глаза регулировать остроту зрения в зависимости от расстояния до объекта рассматривания и освещения за счет изменений в преломлении света в оптической системе глаза, в основном за счет кривизны хрусталика. При уменьшении освещенности ниже 100-75 лк эта кривизна увеличивается, объект, который рассматривается, нужно приблизить к глазам.
Недостаточная освещенность способствует перенапряжению системы аккомодации, развитию усталости и переутомления зрительного анализатора, а в несформированном зрительном анализаторе (дети, подростки) - развитию близорукости, особенно, когда к этому есть врожденная предрасположенность.
– критическая частота мигания определяется временами, на протяжении которого в зрительном анализаторе сохраняются следы образов: изображение объекта, которое исчезло с поля зрения, еще какой-то миг остается видимым в зависимости от яркости этого объекта. Физиологической основой этой функции зрения есть те самые процессы разрушения и восстановления зрительного пурпура. На этой функции зрения основывается величайшее изобретение человечества - кино. Частое изменение кадров (25 за секунду), близких за конфигурацией объектов и затемнение экрана обеспечивают непрерывность и динамику изображения.
Источника искусственного освещения - электрические и неэлектрические. К последним относятся керосинки, карбидные лампы, свечки, газовые светильники. Их использование в наше время ограничено - в аварийных ситуациях, в полевых условиях и др.
Электрические источники искусственного освещения делятся на дуговые (в прожекторах, юпитерах”), лампы накаливания, газоосветительные, люминесцентные.
Недостатком ламп накаливания есть смещения спектра в желто-красную сторону, искажение цветового ощущения, ослепляющее действие прямых лучей.
Люминесцентные лампы имеют спектр, приближенный к дневному свету, с модификациями, которые зависят от люминофора, который покрывает внутреннюю поверхность стеклянной трубки и трансформирует ультрафиолетовое свечение паров ртути в трубке в видимый свет. Различают лампы дневного света (ЛД), белого света (ЛБ), теплого белого света (ЛТБ) и др.
Недостатком люминесцентных ламп является стробоскопический эффект - мигание подвижных предметов.
Одним из недостатков как прямого солнечного света, так и ярких источников искусственного освещения есть их способность вызвать ослепляющий эффект. От яркого солнечного света мы защищаемся шторами, жалюзями на окнах, тонированием стекла, использованием защитных очков.
Для защиты от ослепляющего действия искусственных источников освещения используется осветительная арматура (которая, кстати, выполняет также эстетические функции).
С точки зрения формирования светового потока различают 5 типов осветительной арматуры:
- прямого света, когда весь световой поток направляется в одну полусферу (настольная лампа с непрозрачным абажуром, прожектор,,,юпитеры”, которые используются в фото - киносъемках);
- равномерно-рассеянного света (матовый или молочно-белый шар);
- отраженного света (когда светильник с непрозрачным абажуром направляет световой поток в верхнюю полусферу. При этом свет отбивается от потолка и рассеивается в нижнюю полусферу);
- направленно-рассеянного света, когда основной световой поток направляется в нижнюю полусферу через отверстие в абажуре, а часть его рассеивается в верхнюю полусферу через абажур из матового или молочно-белого стекла или пластика;
- отраженно-рассеянного света, когда основной световой поток направляется в верхнюю полусферу и отбивается от потолка, а часть рассеивается в нижнюю полусферу через абажур из матового или молочно-белого стекла или пластика.
Допустимая величина ослепленности зрения на рабочем месте составляет:
- при І, ІІ разряде зрительной работы – 20 кд\м2;
- при ІІІ,ІV,V разряде зрительной работы – 40 кд\м2;
- при VІ, VІІ разряде зрительной работы – 60 кд\м2.
Нормативные требования
Схема оценки искусственного освещения помещений.
Данные описательного характера:
– название и назначения помещения;
– система освещения (местное, общее, комбинированное);
– количество светильников, их тип (лампы накаливания, люминесцентные и прочие);
– их мощность, Вт;
– вид осветительной арматуры и в связи с этим направление светового потока и характер света (прямой, равномерно-рассеянный, направленно-рассеянный, отраженный, рассеянно-отраженный);
– высота подвеса светильников над полом и рабочей поверхностью;
– площадь освещаемого помещения;
– отражающая способность (яркость) поверхностей: потолка, стен, окон, пола, оборудования и мебели.
Определение освещенности расчетным методом “Ватт”:
а) измеряют площадь помещений, S, кв. м;
б) определяют суммарную мощность Вт, которую создают все светильники;
в) рассчитывают удельную мощность, Вт/кв. м;
г) в таблице 1 величин минимальной горизонтальной освещенности находят освещенность при удельной мощности 10 Вт/кв. м;
д) для ламп накаливания освещенность рассчитывается по формуле:
,
где Р - удельная мощность, Вт/кв. м;
Етаб. - освещенность при 10 Вт/кв. м, (табл. 1);
К - коэффициент запаса для жилых и общественных помещений,
который равняется 1,3.
Таблица 1. Величины минимальной горизонтальной освещенности Етаб. при удельной мощности (Р) 10 Вт/кв. м.
| Мощность электроламп, Вт | Прямой свет | Полуотраженный свет | ||
| напряжение, В | ||||
| 100.…127 | 100.…127 | |||
| 16,5 | 19,5 | |||
| 39,5 | 26,5 | |||
| 41,5 | 35,5 | 29,5 | ||
Формулу можно применить для расчета освещенности, если лампы одинаковой мощности. Для ламп разной мощности расчет проводится отдельно для каждой мощности ламп, а результаты прибавляются. Найденную методом “Ватт” величину освещенности сравнивают с нормативными величинами (табл. 2).
Таблица 2. Нормы общего искусственного освещения (СНиП 23-05-95)
| Помещение | Наименьшая освещенность, лк | |
| Люминесцентные лампы | Лампы накаливания | |
| Комнаты и кухни жилых домов | ||
| Учебные комнаты | ||
| Кабинеты технического черчения | ||
| Школьные мастерские | ||
| Читальные залы |
Для люминесцентных ламп удельной мощностью 10 Вт/кв. м минимальная горизонтальная освещенность составляет 100 лк. При других удельных мощностях расчет ведут согласно пропорции.
Для производственных помещений, согласно СНиП 23-0-95, все виды работы разбиты на 7 разрядов, исходя из линейных размеров наименьшего объекта распознавания, с которым работает рабочий на расстоянии 0,5 м от глаза. Первые 5 разрядов разбиты на 4 подразряда (а, б, в, г), исходя из контраста между объектом распознавания и фоном. Например, при особенно точной зрительной работе (1-й разряд, размер объекта меньше 0,1мм) освещенность рабочего места должна быть: при небольшом контрасте с фоном - 1500 лк; при среднем - 1000 лк, при большом - 400 лк. При работе малой точности (4-й разряд, размер объекта 1,0-10 мм), соответственно, 150, 100, 75 лк.
Предложенный метод расчета не является абсолютно точным, поскольку он не учитывает освещенность каждой точки, расположение светильников и другие факторы, которые влияют на освещенность, но широко применяется для оценки освещенности классов, больничных палат и тому подобное.
Чтобы определить освещенность на отдельном рабочем месте помещения, умножают удельную мощность ламп (Р) на коэффициент (е), который показывает, какое количество люксов дает удельная мощность 1 Вт/кв. м: Е = Р х е. Этот коэффициент для помещения с площадью 50 кв. м при лампах мощностью до 110 Вт составляет 2, 110 Вт и больше - 2,5 (табл. 3), для люминесцентных ламп - 12,5.
Таблица 3. Значение коэффициента е.
| Мощность ламп, Вт | Коэффициент при напряжении в сети, В | |
| 110, 120, 127 | ||
| до 110 | 2,4 | 2,0 |
| 110 и больше | 3,2 | 2,5 |
Определение освещенности на рабочем месте с помощью люксметра.
Определение горизонтальной освещенности на рабочем месте проводится с помощью люксметра (см. тему № 4, приложение 2). Поскольку прибор градуированный для измерения освещенности, которую создают лампы накаливания, то для люминесцентных ламп дневного света (ЛД) вводят поправочный коэффициент 0,9; для ламп белого цвета (ЛБ) - 1,1; для ртутных (ЛДР) - 1,2.
Если определения проводят днем, то сначала следует определить освещенность, созданную смешанным освещением (искусственным и естественным), потом при отключенном искусственном освещении. Разность между полученными данными и будет величина освещенности, которая создана искусственным освещением.
Равномерность освещения определяют “методом конверта” - измеряют освещенность в 5 точках помещения и оценивают путем расчета коэффициента неравномерности освещенности (отношение минимальной освещенности к максимальной в двух точках, отдаленных одна от одной на расстояние 0,75 м, если определяют равномерность освещения на рабочем месте, или на расстояние 5 м, если определяют равномерность освещения в помещении).
Расчет яркости рабочей поверхности определяют по формуле:
,
где, Я - яркость, кд/кв. м;
Е - освещенность, лк;
К - коэффициент отражения поверхности
(белая - 0,7; светло-бежевая - 0,5; коричневая - 0,4; черная - 0,1).
Допустимая яркость светильников общего освещения для жилых и общественных помещений приведена в таблице 4.
Таблица 4 Допустимая яркость светильников общего освещения для жилых и общественных помещений.
| Допустимое значение яркости, кд/кв. м | ||
| для ламп накаливания | для люминесцентных ламп | |
| Основные помещения жилых и общественных зданий. | ||
| Классы, учебные кабинеты, аудитории, читальные залы, библиотеки. | 5000-8000 | 5000-8000 |
| Палаты больниц и специальные кабинеты детских учреждений и школ-интернатов. |
Для создания достаточного и равномерного освещения и защиты зрения от ослепления важное значение имеет высота подвеса и размещение светильников общего света в горизонтальной и вертикальной плоскостях помещения. При общем и комбинированном освещении светильники общего освещения располагают равномерно в горизонтальной плоскости потолка (при необходимости создать достаточную освещенность во всех точках помещения), или сосредоточенно-локализовано (для создания в некоторых участках помещения более высокой освещенности).
Размещение светильников над уровнем пола - высота подвеса (с целью ограничения создаваемого ими ослепления) должна быть не меньше величин, которые указаны в таблицы 5.
Наилучшие условия освещения создаются при определении соотношения расстояния между светильниками в горизонтальной плоскости (L) к высоте их подвеса над местом, которое исследуется (Н). Эти соотношения установленные на основании определения кривых светораспределения разных типов светильников, их оптимальные значения представленные в таблице 6.
Таблица 5 Наименьшая высота подвеса светильников общего освещения
Над полом (м).
| Характеристика светильника | Лампы накаливания | Люминесцентные лампы (в зависимости от кол-ва) | ||
| Мощность 200 Вт и меньше | мощность больше 200 Вт | 4 и меньше | больше 4 | |
| Светильники прямого света с диффузными отражателями: | ||||
| а) защитный угол в пределах от 100 до 300; | 4,5 | |||
| б) защитный угол больше 300 | не ограничивается | - | 3,5 | |
| Светильники рассеянного света с коэффициентом пропуска рассеивателей: | ||||
| а) меньше 55 %; | 2,5 | 2,6 | 3,2 | |
| б) от 55 до 80 % | 3,5 | 4,0 |
Таблица 6. Оптимальное соотношение расстояния между светильниками и высоты их над исследуемой поверхностью (L/Н)
| Тип светильника | L/Н |
| “Универсал” без затенителя, с опаловым затенителем | 1,8-2,5 |
| “Люцетта” прямого света, глубокоизлучатель эмалированный | 1,6-1,8 |
| Глубокоизлучатель эмалированный | 1,2-1,4 |
| Шар молочно-белого силикатного или органического стекла | 2,3-3,2 |
| Примечание: Первая цифра - оптимальное размещение светильников; Вторая цифра - допустимое размещение светильников. |
Экспериментальная часть
4.1. Задание по работе:
1. Рассчитайте методом “Ватт” и дайте оценку освещенности в классе, площадь которого 40 кв. м, освещается 6-ю лампами накаливания по 200 Вт каждая.
2. Уровни освещенности в двух точках, которые отдалены на расстояние 0,75 м, составляют 450 и 275 люкс. Рассчитайте коэффициент равномерности освещенности (отношение минимальной к максимальной) и дайте гигиеническую оценку полученным результатам.
3. Рассчитайте яркость учебного стола, если освещенность равняется 4000 лк. Коэффициент отражения поверхности стола 0,35. Вызовет ли создаваемая яркость зрительный дискомфорт?
4. Лампа накаливания на расстоянии 1,5 м создает на рабочем месте освещенность 150 лк. Как изменится уровень освещенности, если лампу перенести на расстояние 3 м?
5. Манипуляционная больничного отделения с площадью 20 кв. м освещается шестью светильниками прямого света: в каждом из них лампа ЛБ мощностью 40 Вт. Рассчитайте ориентировочную освещенность методом “Ватт”. Достаточна ли она?
4.2. Приборы и оборудование:
1. Люксметр Ю-16, Ю-116.
2. Рулетка, сантиметровая лента.
3. Образцы источников искусственного освещения: лампы накаливания, люминесцентные, газоосветительные и др.
4. Образцы осветительной арматуры (5 типов по направлению светового потока).
5. Шторы для затемнения окон.
6. Таблицы: - Нормы искусственного освещения учебных, жилых помещений;
- Нормы искусственного освещения производственных помещений;
- Максимальная горизонтальная освещенность при удельной мощности ламп 10 Вт/м2.
Вопросы для самоподготовки
5.1. Гигиеническое значение искусственного освещения как фактора окружающей среды в современных условиях.
5.2. Влияние искусственного освещения на функциональное состояние ЦНС, трудоспособность.
5.3. Влияние искусственного освещения на функции зрения.
5.4. Основные светотехнические понятия и единицы их измерения.
5.5. Сравнительная гигиеническая оценка различных источников искусственного освещения (преимущества и недостатки ламп накаливания и люминесцентных ламп).
5.6. Основные показатели освещения и факторы, которые влияют на уровень освещенности.
5.7. Определение освещенности расчетным методом “Ватт”, его сущность, основные этапы расчета.
5.8. Гигиеническое значение и методика определения равномерности освещения.
5.9. Гигиеническое значение и методика определения яркости осветительной поверхности.
5.10. Законодательные документы, которые регламентируют естественное и искусственное освещение помещений и других объектов различного назначения.
Литература
1. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение.
2. Р 2.2.2006-05. «Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса», утв. Главным госуд. Сан. Врачом России 29.07.2005 г.
3. ГОСТ 12.1.046-85 Строительство. Нормы освещения строительных площадок.
4. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов/С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и другие. Под общ. Ред. С.В. Белова. - М: Высшая школа, 2000.
5. Пчелинцев В.А., Коптев Д.Е., Орлов Г.Г. Охрана труда в строительстве: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа. 1991, - 272 с.
6. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. С-П. 2000.
