Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность

• Название: Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность
• Дата: 11.05.2023
• Размер: 4.84 Mb.
• Имя файла: laboratornye-dlya-tb-1.docx
• Тип: Методические указания; #1122409
• страница: 10 из 30

Лабораторная работа 3. Исследование естественного и искусственного освещения на рабочих местах

Цель работы
Целью выполнения лабораторных работ является ознакомление студентов с параметрами световой среды на рабочих местах, с влиянием уровня освещен- ности на работников, принципами нормирования, с приборами для измерения характеристик световой среды, обучение измерению и оценке уровня естест- венного и искусственного освещения.

1. Теоретическая часть

1. Световая среда и здоровье человека

Рациональное устроенное освещение на производственном объекте явля- ется одним из основных факторов, обеспечивающих безопасность производст- ва. Свет является стимулятором не только зрительного анализатора, но и со- стояния организма в целом, а также общей работоспособности человека. При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зритель- ных функций находится на низком исходном уровне, что повышает утомление зрения в процессе выполнения работы и повышает опасность травмирования из-за слабой различимости опасных объектов. Недостаток света вызывает на- пряжение глаз, затрудняет различение предметов, замедляет темп работы. Ос- вещение имеет большое значение для здоровья и правильной организации тру- да. Под влиянием светового излучения ускоряются процессы высшей нервной деятельности, повышается общая активность и деятельность дыхательных ор- ганов. Благоприятные световые условия оказывают благотворное общее психо- физиологическое воздействие на работоспособность и активность человека, а также на качество выполнения работы.

Человеческий глаз воспринимает лучистую энергию как световую в пре- делах длин волн от 380 до 770 нм при частоте колебаний от 8·10¹⁴ до 4·10¹⁴ Гц. Этот участок спектра электромагнитных колебаний называют видимым. В це- лом видимая часть спектра воспринимается глазом человека как белый свет.

Отдельные узкие участки этой части спектра различаются длиной волны и вы- зывают соответствующие ей ощущения различных цветов. Видимые излучения в пределах узких интервалов спектра создают ощущение определенного цвета, плавно переходящего один в другой. Приближенно можно считать, что основ- ные световые полосы спектра лежат в следующих пределах:

• 
  красный – 770—630 нм;
  
• 
  оранжевый – 630—600 нм;
  

- желтый – 600—570 нм;

• 
  зеленый – 570—490 нм;
  

- синий – 490—430 нм;

• 
  фиолетовый – 430—380 нм.
  

По частотным характеристикам видимое электромагнитное излучение за- нимает место между ультрафиолетовым и инфракрасным.

Недостаточное освещение рабочего места затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление и способствует развитию близорукости. Слишком низкие уровни освещенности вызывают апатию и сонливость, а в не- которых случаях способствуют развитию чувства тревоги. Длительное пребы- вание в условиях недостаточного освещения сопровождаются снижением ин- тенсивности обмена веществ в организме и ослаблением его реактивности. К таким последствиям приводит длительное пребывание в световой среде с огра- ниченным спектральным составом света и монотонным режимом освещения.

Излишне яркий свет слепит, снижает зрительные функции, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, нарушает механизм сумеречного зрения. Воздействие чрезмерной яркости может вызы- вать фотоожоги глаз и кожи, кератиты, катаракты и другие нарушения.

При освещении помещений газоразрядными лампами наблюдается пуль- сация светового потока, которая вызывает зрительное утомление и является неблагоприятным фактором, ухудшающим функциональное состояние цен- тральной нервной системы.

2. Световое излучение и параметры, характеризующие световую среду

Производственное освещение характеризуется качественными и количе- ственными показателями. Количественные показатели характеризуются сле-

дующими светотехническими величинами: сила света, световой поток, осве- щенность и яркость.

Качественными показателями, определяющими условия зрительной ра- боты, являются: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослеп- ленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.

Световой поток (F) – поток лучистой энергии, оцениваемый глазом по произведенному ею световому ощущению, характеризует мощность светового излучения. Световой поток измеряется в люменах (лм). Единица люмен – свето- вой поток, излучаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан (ср) при силе света, равной 1 канделе.

Телесный угол (ω) – часть пространства, ограниченная конусом, имею- щим вершину в центре сферы и опирающимся на ее поверхность. Телесный угол определяется отношением площади (S), которую конус вырезает на поверх- ности сферы, к квадрату радиуса (r) этой сферы и измеряется в стерадианах (ср):

S
ω  _{r 2}

, (1.1)

Телесный угол равен одному стерадиану, когда S = r².

Если свет точечного источника освещает произвольно ориентированную площадку, то элементарный телесный угол будет определяться как

_{dω } dS  cosβ

_L2
, (1.2)

где β – угол между нормалью к освещаемой поверхности и направлением светового потока;

L – расстояние между точечным источником света и точкой на освещаемой поверхности.

Световой поток можно оценивать в пространстве или на поверхности.

Сила света (I) – пространственная плотность светового потока – является основной светотехнической величиной. Сила света определяется отношением светового потока F к телесному углу ω, в пределах которого световой поток распределен равномерно, и измеряется в канделах (кд). Единица силы света – кандела – это сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении абсо-

лютно черным телом с площади 1/600000 м² при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 Па (760 мм рт. ст.).

В общем случае

_{I } dF dω
, (1.3)

где I – сила света, кд;

F – световой поток, лм; ω – телесный угол, ср.

Освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, падаю- щего на поверхность. Освещенность определяется отношением светового пото- ка, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку, к площади этого элемента и измеряется в люксах (лк). Единица люкс – освещенность по- верхности площадью 1 м² при световом потоке 1 лм.

_{E } dF dS

, (1.4)

где Е – освещенность, лк;

F – световой поток, падающий на элемент поверхности, лм;

S – площадь освещаемой поверхности, м².

Схема единиц освещенности приведена на рис. 1.1.

После преобразования выражения (1.4) с учетом (1.2) и (1.3) получим за- кон квадрата расстояния: освещенность поверхности уменьшается пропор- ционально квадрату расстояния от источника света:

_{E } dF _ I  dω _ I  cosβ


. (1.5)

^{dS dS} L²

Рис. 1.1. Схема единиц освещенности
Яркость (В) – поверхностная плотность силы света в данном направле- нии – светотехническая величина, непосредственно воспринимаемая глазом. Яркость поверхности определяется отношением силы света в данном направле- нии к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендику- лярную к данному направлению излучения.

B ^I

S  cosα

, (1.6)

где В – яркость поверхности, кд/м²;

I – сила света, кд;

S – площадь излучающей поверхности, м²;

α – угол между направлением излучения и плоскостью поверхности, град.

Единица яркости кд/м² – яркость равномерно светящей плоской поверх- ности, излучающей в перпендикулярном направлении с каждого м² силу света, равную 1 кд. В светотехнике применяют еще одну единицу измерения яркости

• 
  нит (нт), 1 нт = 1 кд/м².
  

Яркость поверхности зависит не только от величины падающего на нас светового потока, но и от способности самой поверхности отражать его.

При обычных условиях яркость 30000 кд/м² является слепящей. Гигиени- чески приемлемой считается яркость до 5000 кд/м².

Однако чрезмерная яркость, так называемая блескость, является нежела- тельной, так как вызывает затрудненное видение.

Блескость – причина утомления глаз и снижения общей работоспособно-

сти.

Слепящее действие зависит не только от чрезмерной яркости, т. е. бле- скости, но и от других световых условий, например, контраста между деталью и фоном (различия яркостей между ними).

Показатель ослепленности (Р) – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, учитывает пороговые разности яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения, определяется расчетным пу- тем по методическим указаниям.

Светимость (R) – поверхностная плотность светового потока, испускае- мого поверхностью. Единица светимости лм/м² – светимость поверхности пло- щадью 1 м², испускающей световой поток 1 лм.

Коэффициент отражения (ρ) – отношение отраженного телом светового потока (F_ρ) к падающему (F):

ρ  ^Fρ F
. (1.7)

Коэффициент пропускания (τ) – отношение светового потока, прошедше- го через среду (F_τ), к падающему:

τ  ^Fτ F

. (1.8)

Коэффициент поглощения (α) – отношение поглощенного телом светово- го потока (F_α) к падающему:

α  ^Fα F

. (1.9)

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на котором он рассматривается.

Фон считается:

• 
  светлым – при коэффициенте отражения поверхности более 0,4;
  
• 
  средним – от 0,2 до 0,4;
  
• 
  темным – менее 0,2.
  

Коэффициент отражения поверхности определяется отношением отра- жаемого от поверхности светового потока (F_ρ) к падающему на нее световому потоку (F).

Контраст объекта различения с фоном (K) определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона по формуле


K  , (1.10)

B_ф

где В_о – яркость объекта различения, кд/м²;

В_ф – яркость фона, кд/м².

Контраст объекта различения с фоном считается:

• 
  большим – при Kболее 0,5 (объект и фон резко различаются по ярко-
  

сти);

• 
  средним – при K от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно различаются по яр-
  

кости);

• 
  малым – при K менее 0,2 (объект и фон мало различаются по яркости).
  

Искусственное освещение, особенно выполненное люминесцентными лампами, характеризуется пульсацией. Коэффициент пульсации освещенности (K_п, %) – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп при питании их пере- менным током, определяется по формуле, %

K_п 

^{Emax  Emin} 100 , (1.11) 2E_ср

где Е_max и E_min – соответственно максимальное и минимальное значение осве- щенности за период ее колебания, лк;

Е_ср – среднее значение освещенности за тот же период, лк.

Пульсации освещенности на рабочей поверхности, не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта. Стробоскопический эффект – ка- жущееся изменение или прекращение движения объекта, освещаемого светом,

периодически изменяющимся с определенной частотой. Например, если вра- щающийся белый диск с черным сектором освещать пульсирующим световым потоком (вспышками), то сектор будет казаться: неподвижным при частоте f_всп = f_вращ, медленно вращающимся в обратную сторону при f_всп > f_вращ, медлен- но вращающимся в ту же сторону при f_всп < f_вращ, где f_всп и f_вращ – соответственно частоты вспышек и вращения диска. Пульсации освещенности на вращающихся объектах могут вызывать видимость их неподвижности, что в свою очередь, может явиться причиной травматизма.

Значение коэффициента пульсации К_п меняется от нескольких процентов (для ламп накаливания) до нескольких десятков процентов (для люминесцент- ных ламп). Малое значение К_п для ламп накаливания объясняется большой теп- ловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению свето- вого потока F_лн ламп в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0 (рис. 1.2). В тоже время газоразрядные лампы облада- ют малой инерцией и меняют свой световой поток F_лл почти пропорционально амплитуде сетевого напряжения (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Графическое изображение изменения напряжения U_сети, светового потока ламп накаливания F_лн и люминесцентных ламп F_лл в сети переменного тока

в зависимости от времени t
Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности К_п люминес- центные лампы включают в разные фазы трехфазной электрической сети. Это хорошо поясняет нижняя кривая на рис. 1.3, где показан характер изменения во времени светового потока (и связанной с ним освещенности), создаваемого

тремя люминесцентными лампами 3F_лл, включенными в фазу А и в три различ- ные фазы сети.

Рис. 1.3. Графическое изображение изменения напряжения U_сети и световых потоков люминесцентных ламп F_лл , включенных в одну (F_лл) и в три (3F_лл) фазы сети электропитания от времени t
В последнем случае, за счет сдвига фаз на 1/3 периода провалы в свето- вом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, так что пульсации суммарного светового потока существенно уменьша- ются. При этом среднее значение освещенности, создаваемой лампами, остает- ся неизменным и не зависит от способа их включения.

В соответствии со Сводом правил СП 52.13330.2011 «Естественное и ис- кусственное освещение» коэффициент пульсации освещенности К_п нормирует- ся в зависимости от разряда зрительных работ, см. прил. 1 и 2.

Показатель дискомфорта (М) – критерий оценки дискомфортной блест- кости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, выражающийся формулой
_Bc _{ ω}0,5

^M 0,5


 B

φ
o ад

, (1.12)

где В_с – яркость блесткого источника, кд/м²;

ω – угловой размер блесткого источника, ср;

φ_о – индекс позиции блесткого источника относительно линии зрения;

В_ад – яркость адаптации, кд/м².

При проектировании показатель дискомфорта рассчитывается инженер- ным методом.

На освещенность рабочих поверхностей в производственном помещении влияют отражение и поглощение света стенами, потолком и другими поверхно- стями, расстояние от светильника до рабочей поверхности, состояние излу- чающей поверхности светильника, наличие рассеивателя света и т. д. Вследст- вие этого полезно используется лишь часть светового потока, излучаемого ис- точником света.