Основные сведения. Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест

Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест. Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение сохраняет зрение рабочего, снижает утомляемость, способ­ствует повышению производительности труда, качества выпускаемой продукции, безопасности труда и снижению травматизма. Неправильно выбранные при проектировании осветительные приборы и аппаратура, а также нарушения правил их технической эксплуатации могут быть причиной пожара, взрыва, аварии на предприятии.

Степень усталости глаза зависит от напряженности процессов, со­провождающих зрительное восприятие предметов. К таким процессам относятся аккомодация, конвергенция и адаптация.

Аккомодация — это способность глаза приспосабливаться к ясному видению предметов, находящихся от него на различном расстоянии, посредством изменения кривизны хрусталика. Чрезмерная усталость мышц, управляющих зрачком, приводит к появлению близорукости или дальнозоркости.

Конвергенция - это способность глаз при рассмотрении близких предметов принимать положение, при котором зрительные лучи пере­секаются на фокусируемом предмете. Расстояние, на котором можно четко видеть предмет без напряжения, равно 30-40 см.

Адаптация — это изменение чувствительности глаза в зависимости от воздействия на него раздражителей, например при изменении яр­кости или освещенности. Процесс адаптации обусловлен изменением диаметра зрачка, поэтому частая переадаптация приводит к утомлению органов зрения.

Основными величинами, характеризующими свет, являются свето­вой поток, сила света, освещенность и яркость.

Световой поток (F) - это мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению человеческого глаза. За единицу светового потока принят 1 люмен (лм).

Сила света (I) - это отношение светового потока к телесному углу, внутри которого он равномерно распределен:

I_a = dF/dw, (1)

где I_a - сила света в направлении под углом a; dF - световой поток, заключен­ный внутри телесного угла.

За единицу силы света принята кандела (кд). Одна кандела - это сила света, испускаемого с поверхности 1/600000 м² полного излуча­теля (государственный световой эталон) в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины (2046,65 К) и давлении 101325 Па.

Освещенность (Е) — это плотность светового потока на освещаемой поверхности:

Е = dF/dS. (2)

За единицу освещенности принят люкс (лк). 1 лк равен 1 лм/м². Яркость (L) — это поверхностная плотность силы света в заданном углом a направлении:

L_a = dI_a/d(Scosa), (3)

где Scosa - площадь проекции светящегося тела на плоскость, перпендикулярную направлению a, отсчитываемому от нормали к поверхности излучаемого тела.

К качественным характеристикам освещения относятся равно­мерность распределения светового потока, блесткость, контраст объек­та с фоном и др. Различают прямую блесткость, возникшую от ярких источников света и светильников, попадающих в поле зрения работаю­щих, и отраженную блесткость — от поверхностей с большим коэффи­циентом отражения. Блесткость в поле зрения вызывает раздражение органов зрения и снижает чувствительность глаза. Такое изменение нормальных зрительных функций называется слепимостью.

Фон - это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4, средним при коэффициенте отражения поверхности от 0,4 до 0,2 и темным при коэффициенте отражения поверхности менее 0,2.

Контраст объекта с фоном определяется как фотометрически из­меряемая разность яркости двух зон. Различают малый, средний и боль­шой контрасты объекта с фоном. Малый контраст (К< 0,2) — фон и объект мало различаются, средний контраст (0,2 < К < 0,5) - фон и объект заметно различаются, большой контраст (К > 0,5) — фон и объект резко различаются.

При нормировании естественного и искусственного освещения принимается во внимание характеристика зрительной работы, которая подразделяется на восемь разрядов: I - наивысшей точности с наи­меньшим размером объекта различения до 0,15 мм; II - очень высокой точности с размером объекта различения от 0,3 до 0,5 мм; III - высо­кой точности с размером объекта различения от 0,3 до 0,5 мм; IV - средней точности с размером объекта различения от 0,5 до 1 мм и др.

При проектировании искусственного освещения учитываются под-разряды а, б, в, г, характеризующие контраст объекта с фоном.

Естественное освещение в помещении может осуществляться пря­мым солнечным светом, рассеянным светом неба, отраженным светом земли, прилегающей растительностью, зданиями и сооружениями. Все указанные виды освещения формируют средние уровни наружного естественного освещения, которые характеризуют световой климат данной местности.

Световой климат данной местности оценивается коэффициентом светового климата m _с, который уменьшается по мере перемещения поясов светового климата с севера (I пояс) на юг (V пояс) от 1,2 до 0,8. За короткое время уровень естественного освещения рабочего места может сильно измениться, поэтому он нормируется коэффициентом естественной освещенности (КЕО).

Коэффициент естественной освещенности показывает, какую часть наружной освещенности Е_н, создаваемой светом полностью открытого небосвода на горизонтальной плоскости, составляет освещенность в данной точке внутри помещения Е_в:

e = Е_в/Е_н (4)

Нормированное значение КЕО для зданий, находящихся в I, II, IV и V поясах светового климата, определяется по формуле

e _н ^{l, ll, lV, V}= е _н^lll mc, (5)

где е _н^lll - нормированное значение КЕО для lll пояса светового климата; m -коэффициент светового климата; с - коэффициент солнечности климата.

Значения е _н^lll и коэффициентов m и с определяются по СНиП 23-05-95. Производственные помещения могут иметь следующие виды естественного освещения: боковое освещение, которое осуществляется при помощи световых проемов в ограждающих конструкциях здания. Различают одностороннее боковое освещение, когда световые проемы располагаются на одной стороне ограждающих конструкций здания и двухстороннее боковое освещение, когда световые проемы располагаются на двух сторонах ограждающих конструкций здания; верхнее освещение, которое осуществляется при помощи верхних световых проемов в перекрытии, фонарей и через световые проемы в местах перепадов высот смежных зданий; комбинированное освещение, ко­торое представляет собой совокупность верхнего и бокового освеще­ния.

Существуют два метода определения коэффициента естественной освещенности — экспериментальный и расчетный.

При экспериментальном методе производятся измерения освещен­ности в расчетной точке внутри производственного помещения и одно­временно наружной освещенности горизонтальной поверхности, осве­щаемой всем небосводом. Результаты измерений подставляют в форму­лу (4) и определяют коэффициент естественной освещенности.

Расчетный метод применяется на стадии проектирования производ­ственных помещений и при выборе расстановки станков и оборудова­ния. При боковом освещении КЕО определяется по формуле

е ^d_р = (е _d q + e _зд R) r ₁ t _o / K _зд, (6)

где е _d - геометрический КЕО в расчетной точке, учитывающий прямой свет неба; q - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба; e _зд - геометрический КЕО в расчетной точке, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий; R - коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания; r ₁ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию; t _o - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле

t_o = t₁t₂t₃t₄t₅ (7)

(t₁- коэффициент светопропускания материала; t₂ - коэффициент, учитываю­щий потери света в переплетах светопроема; t₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях; t₄ - коэффициент, учитывающий поте­ри света в солнцезащитных устройствах; t₅ - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке); К_з - коэффициент запаса.

Значения коэффициентов, входящих в формулу (6), принимают по СНиП 23-05-95.

Геометрический КЕО определяется графическим методом, предло­женным А.М. Данилюком. Сущность метода заключается в том, что полусферу небосвода разбивают на 10000 участков равной световой активности и графически определяют количество участков полусфе­ры, видимых через световые проемы из расчетной точки помещения. При боковом освещении геометрический КЕО в выбранной точке помещения, учитывающий прямой свет неба, определяется по фор­муле

е_d = 0,01 n₁ n₂, (8)

где n₁ - количество лучей, проходящих от неба через световые проемы в ра­счетную точку на поперечном разрезе помещения; n₂ - количество лучей, проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на плане помещения.

Геометрический КЕО, учитывающий свет, отраженный от противо­стоящего здания при боковом освещении, определяется по формуле

е_зд = 0,01 n^?₁ n^?₂, (9)

где n^?₁ - количество лучей по графику, проходящих от противостоящего здания через

световой проем в расчетную точку на поперечном разрезе помещения; n^?₂ - количество лучей по графику, проходящих от противостояще­го здания через световой проем в расчетную точку на плане помещения.

Геометрический КЕО, учитывающий свет, отраженный от противо­стоящего здания при боковом освещении, определяется по формуле

е_зд = 0,01 n^?₁ n^?₂, (9)

где n^?₁ - количество лучей по графику, проходящих от противостоящего здания через световой проем в расчетную точку на поперечном разрезе помещения; n^?₂ - количество лучей по графику, проходящих от противостояще­го здания через световой проем в расчетную точку на плане помещения.

Рис.5.1. Общий вид (а) и схема устройства (б) люксметра Ю-16: 1 - фотоэлемент; 2 - светофильтр; 3 - съемная крышка; 4 - насадка; 5 - гальванометр; 6 - светофильтр; 7 - полупрозрачный слой-электрод; 8 - запирающий слой лака; 9 - селеновый слой; 10 - пластина-электрод

Для измерения освещенности применяется фотоэлектрический люксметр Ю-16 (рис. 5.1). С его помощью производят измерение освещенности, создаваемой естественным светом, лампами накалива­ния и люминесцентными лампами. Принцип действия прибора основан на явлении фотоэлектрического эффекта. При освещении фотоэлемента в замкнутой электрической цепи, состоящей из фотоэлемента и измерительного прибора (гальванометра) возникает ток, пропорциональный падающему световому потоку, который отклоняет стрелку прибора. Шкала прибора проградуирована в люксах. Фотоэлемент селеновый. Люксметр Ю-16 имеет три основных предела измерения - 25, 100 и 500 лк и три дополнительных - 2500, 10000 и 50000 лк, получаемых при помощи фильтров, которые надеваются на фотоэлемент. Фильтр состоит из металлической рамки, в которую вставлены два матовых стекла с проложенной между ними металлической решеткой. Измере­ние освещенности внутри помещения необходимо начинать при положе­нии переключателя прибора на максимальном пределе — 500 лк. Погрешность люксметра имеет максимальную величину в начале шкалы, поэтому для получения большей точности измерения при малых отклонениях стрелки рекомендуется переходить на меньший предел измерения. При измерении освещенности, спектральный состав которой отличается от спектрального состава ламп накаливания, необхо­димо вводить поправочные коэффициенты (К): для естественного света К = 0,8; для люминесцентных ламп ЛБ К = 1,15; ЛД К = 0,88; ДРЛ К = 1,2.

Искусственное освещение в помещениях применяется тогда, когда естественный свет недостаточен или отсутствует.

Искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и эвакуационное. Оно проектируется двух видов: общее (равномерное или локализованное) и комбинированное (к общему освещению добавляется местное).

Рабочие освещение предусматривается для всех помещений зданий и открытых производственных территорий, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение включается при внезапном отключении рабо­чего освещения для продолжения работы или эвакуации людей, если это отключение может вызвать нежелательное прекращение техноло­гического процесса, пожар или взрыв. Аварийное освещение имеет самостоятельное питание электроэнергией.

Общее освещение с равномерным размещением светильников ус­траивают во всех помещениях, когда для обеспечения нормальной работы необходима одинаковая освещенность.

Общее локализованное освещение с ориентацией на рабочие поверх­ности применяют в большинстве цехов предприятий текстильной про­мышленности, так как оно более экономично, чем общее освещение с равномерным распределением светильников по всему помещению.

Комбинированное освещение применяют в тех случаях, когда на рабочих местах необходима повышенная освещенность. Комбинирован­ное освещение представляет собой сочетание общего и местного осве­щения. Во избежание больших световых контрастов между рабочим местом и окружающим пространством доля общего освещения в ком­бинированном должна составлять не менее 10%.

Искусственное освещение в производственных помещениях осуще­ствляется с помощью осветительной аппаратуры - светильников. Светильник состоит из лампы, являющейся источником света, и осве­тительной арматуры, с помощью которой световой поток перераспре­деляется в нужном направлении.

Лампы накаливания относятся к источникам света видимого излу­чения, возникающего при накаливании нити. Они просты в изготовле­нии, удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения в сеть. Недостатком этих ламп является малая свето­вая отдача -от 7 до 20 лм/Вт, низкий КПД, равный 10-13%, малый срок службы - до 1000 ч. Лампы дают непрерывный спектр, отличаю­щийся от спектра дневного света преобладанием желтых и красных лучей, что ведет к недостаточному восприятию человеком цветов окружающих предметов.

Люминесцентные лампы - это источники света видимого излуче­ния, возникающие в результате электрического разряда в атмосфе­ре инертных газов и паров металла. Они имеют ряд преимуществ: дают возможность получить спектральный состав света, близкий к дневному; высокую световую отдачу - до 100 лм/Вт; большой срок службы - от 8000 до 14000 ч. К недостаткам люминесцентных ламп относятся: пульсация светового потока, вызывающая стробоскопиче­ский эффект (искажение зрительного восприятия объектов разли­чия — вместо одного предмета видны изображения нескольких, иска­жается направление и скорость движения); дорогостоящая и относи­тельно сложная схема включения, требующая регулирующих пусковых устройств; чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды, выражающаяся в уменьшении светового потока.

На предприятиях текстильной промышленности наилучшее зритель­ное восприятие создают лампы дневного света ЛД и ЛДЦ (дневного света с исправленной цветностью). Они наиболее экономичны и об­ладают меньшим стробоскопическим эффектом.

Нормирование освещенности производится в зависимости от систе­мы освещения и характеристики зрительной работы, которая опреде­ляется следующими параметрами: наименьшим размером объекта при проведении работы, фоном, контрастностью объекта по отношению к фону.

К искусственному освещению предъявляют следующие требова­ния:

освещенность рабочего места должна соответствовать отраслевым нормам искусственного освещения;

освещенность должна быть равномерной во времени и по площади; на рабочем месте должно быть обеспечено равномерное распределе­ние яркости;

в поле зрения должны отсутствовать прямая и отраженная блесткость, а также резкие тени. Ослабление отраженной блесткости может быть достигнуто правильным выбором направления светового потока на рабочую поверхность. Там, где это возможно, следует заменять блестящие поверхности матовыми; при организации освещения необходимо учитывать спектральный состав света; осветительная установка не должна быть источником опасности и вредности.

Для расчета общего равномерного освещения производственных помещений применяют метод коэффициента использования светового потока. При расчете этим методом учитывается прямой свет от све­тильника и свет, отраженный от стен и потолка. Световой поток одной лампы накаливания, лм, определяют по формуле

Ф _л = EKSZ/ (nh), (10)

где Е - нормируемая минимальная освещенность, принимаемая по СНиП 23-05-95 или отраслевым нормам, лк; К - коэффициент запаса; S - площадь помещения, м²; Z - коэффициент неравномерности освещения (отношение средней освещенности к минимальной). В большинстве случаев Z находится в пределах 1,15 - 1,25; n - число ламп; h - коэффициент использования светового потока, харак­теризующий отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммар­ному световому потоку всех ламп, который находится в зависимости от коэф­фициентов отражения потолка (r_п), стен (r_с) и показателя помещения (i):

i = AB/ [ H _c (A + B)],

где А — длина производственного помещения, м; В — ширина производствен­ного помещения, м; Н с - высота подвески светильника над рабочей поверхностью, м.

Высоту подвески светильника над освещаемой поверхностью опре­деляют из выражения

H _c = H - h _c - h _р,

где Н - общая высота помещения, м; h _c - высота от потолка до нижней части светильника, м; h _р - высота от пола до освещаемой поверхности, м.

При освещении люминесцентными светильниками число ламп опре­деляют по формуле

n = EKSZ/ (Ф _л mh). (11)

Для различных типов светильников, выбор которых производится с учетом взрыво- и пожароопасности и загрязненности воздушной среды, принимают энергетически наивыгоднейшие отношения расстояния L между светильниками к расчетной высоте подвески Н _с над рабочей поверхностью.

Обычно для расчета определяют из норм значение наименьшей освещенности Е, задаются типом и числом светильников n по справоч­никам из таблиц находят значения коэффициентов К и h, по формуле (10) или (11) подсчитывают световой поток Ф и по таблицам подбирают ближайшую стандартную лампу, обеспечивающую этот поток. В практике допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного значения в интервале -10...+20%. В зависимости от типа светильника отношение L/H _c принимают равным: 1,4 - для светильников, открытых снизу и снабженных плоским рассеивателем; 1,25 - для светильников с решетчатыми затенителями; 2,4 - для светильников с вертикально расположенными лампами.

Для выполнения лабораторных работ применяют фотоэлектрический люксметр Ю-16 и лабора­торную установку, принципиальная схема которой показана на рис, 22. Установка светильника на высоте 0,25; 0,5; 0,75; 1 и 1,25м осуще­ствляется при помощи фиксатора 2.