Вопрос 24 Естественные источники света и естественное освещение

Источники- естественные и искусственные. Естественные -солнце, луна, звезды и отражающие и рассеивающие поверхности (воздух, вода, снег, горы, здания и другие сооружения), кото­рые сами не создают свет, но участвуют в его распределении. Искусст­венные - устройства (лампы, газораз­рядные трубки, горелки, свечи), использующие горючие материалы или электрическую энергию.

Естественные источники света и естественное освещение. Естественные источники создают равномерную пространственную освещенность, ощущение непосредственной связи с окру­жающим миром, благоприятствуют ясному видению деталей, восприятию пространства, цвета и являются весьма положительными эмоциональ­ными факторами.

Мак­сим чувствительность глаза и максимальное излучение солнца ле­жат в одной и той же области спектра (555 нм).

Недостатки: колебания ин­тенсивности в зависимости от времени суток, погоды, наличия затеняю­щих объектов и т.п., необходимость располагать рабочие места сообра­зуясь с освещением. В некоторых защитных, герметизиро­ванных объектах типа оборонительных сооружений, убежищ, а также внутри бронетанковой техники и т.п. использование естественного света невозможно. Но оно -основное в жилых зданиях, в казармах, школах, в учреждениях, на днев­ных производствах и т.п.

Продолжительность естественного определяется "световым климатом", то есть средними условиями наружного естественного осве­щения, которые создаются совокупностью солнечного света, диффузией света небосвода и отраженного света. Световой климат характеризуется среднемесячными (за каждый месяц отдельно), почасовыми (от восхода до захода солнца) кривыми освещенности. Кроме светового климата интенсивность естественного освещения помещений определяется ориентацией, количеством и конструкцией окон, окраской стен помещения, затенением, создаваемым соседними здания­ми, зелеными насаждениями и некоторыми другими факторами. Загрязнение стекол уменьшает их светопро­ницаемость на 25-50%; замерзании окон до 80%. Занавески на окнах могут по­глощать до 40%. Современные стекла не пропускают уль­трафиолетовые лучи с длиной волны короче 320 нм, то есть задерживают наиболее активную их часть.

На освещенность помещений существенное влияние оказыва­ют цвет и характер поверхности стен, потолка, пола, мебели.

Нормирование и оценка существующего и проектируемого естествен­ного освещения помещений производится светотехническим и геометри­ческим методами. Светотехнический метод является наиболее точным. Количественная оценка и нормирование производятся по коэффициенту естественной освещенности (КЕО). КЕО -отношение освещенности в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наибо­лее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикального сре­динного разреза помещения и условной рабочей поверхности или пола (Е) к одновременно замеренной освещенности здания {Е): КЕО = Е/Ео или в процентах: KEO=E/Eо*100. Мини­мальные значения КЕО: для учебных классов, лаборато­рий, операционных (точная работа) - 1,5-2%; для спален, казарм и других жилых помещений, столовых, служебных кабинетов- 0,5-1% (рабо­та малой точности); для вспомогательных помещений - 0,3%> (грубая ра­бота). Там же, где не требуется точная ориентировка (складские помеще­ния, лестницы, коридоры, проходы и т.д.), величина КЕО уменьшается до 0,1-0,2%,.

Геометрический метод- световой коэффициент- отноше­ние застекленной площади окон к площади пола. В жилых помещениях 1:8-1:10, в операционных, перевязочных, врачебных кабинетах, процедурных и лабораториях - 1:3-1:5, в произ­водственных помещениях, канцеляриях, классах, палатах - 1:6-1:8.

Искусственное освещение и искусственные источники света. Для ис­кусственного освещения используются электрические и неэлектрические источники света. Неэлектрические применяются в жилищах, особенно во временных, а также в сооружениях полевого типа, реже - в производ­ственных помещениях. Это свечи, керо­синовые лампы различных конструкций, фонари, газовые горелки. Большинство из них дают свет небольшой и часто непостоянной силы, значительно отличающийся от солнечного, выделяют значительное коли­чество тепла, углекислоты, водяных паров, оксида углерода, акролеин, копоть и другие вредные вещества, которые могут оказывать неблагоп­риятное действие на организм людей, особенно подолгу находящихся в небольших замкнутых помещениях (блиндажах, землянках, убежищах). Их открытием человечество обязано извест­ным русским ученым - В.В. Петрову, А.Н. Ладыгину и П.П. Яблокову.

Электрические источники света лишены большинства перечислен­ных недостатков, однако многие из них излучают свет отличающийся по спектру от дневного. Это лампы накаливания, газоразрядные и люминесцентные.

1. Лампы накаливания -источники света с температурным излучением. Положительные свойства- удобство и простота применения, относительная безопасность использования, независимость свечения от колебания метеорологических факто­ров. Недостатки -малая экономичность, выделение тепла и неполная адекватность спектра излучения световой чувствительности зрительного анализатора, большая яркость нити, наличие блесткости и слепящего действия.

Из общего количества электрической энергии, только 7-13% превращается в световую, а остальная часть выделяется в виде инфракрасных тепловых лучей. Излу­чаемый свет сдвинут в красную область, к ней глаз мало чувствите­лен, -- прямое использование энергии для осветительных целей, определяемое световым кпд, в лучшем случае составляет около 3,2%, а светоотдача* - от 7 до 20 лм/Вт. Смещение в сторону красной или фиолетовой областей связано с температурой нити: чем она выше, тем больше максимум излучения будет смещаться в сторону более коротких длин волн, и наоборот. Количественная закономерность этого смещения описывается законом Вина, согласно которому произведение длины вол­ны, на которую приходится максимум энергии в спектре излучающего тела (Lмакс), на абсолютную температуру его поверхности (7) есть вели­чина постоянная и численно равна 2896 мкм*град. Lмакс • Т = 2896, отсюда Lмакс =2896/ Тмкм.

Пользуясь этим уравнением- максимальный кпд (около 40%), который можно получить от лампочки накаливания, находится при температуре нити 6000-6500°К. Выше этой температуры светоотдача опять будет снижаться вследствие возрастания доли ультра­фиолетовых лучей в световом потоке.

Лампы накаливания рекомендуется применять там, где не требуется большого освещения (до 100 лк), тонкого восприятия оттенков цвета и где температура внешней среды может резко и значительно изменяться. Для устранения или уменьшения слепящего действия регламентируется высота подвеса и применяются светильники рассеянного и отраженного света.

2. Люминесцентные лампы - газоразрядные труб­ки, содержащие ртуть и покрытые изнутри специальными составами -люминофорами (силикаты цинка и бериллия, вольфраматы, молибдаты, фосфаты, бораты и др.). При электрическом разряде пары ртути высвечи­вают ультрафиолетовые и отчасти видимые лучи. Ртутные лампы низко­го давления генерируют около 85% ультрафиолетовых лучей. Электро­ны атомов люминофоров под воздействием квантов ультрафиолетового излучения приходят в возбужденное состояние и дают вторичное излуче­ние, но уже в видимой части спектра. Каждому люминофору свойственно излучение определенного цвета; подбором люминофоров -получение любого света, в том числе и дневного.

Люминесцентные лампы дают сплошной спектр и вызывают ощуще­ние дневного (белого) света. От температурных источников они отлича­ются тем, что в них свет получается не в результате нагревания тела*, а в результате люминесценции, "холодного" свечения. В зависимости от со­става люминофоров различают люминесцентные лампы дневного света-ЛД, лампы белого света - ЛБ (они более экономичны и обладают мень­шим стробоскопическим эффектом), лампы тепло-белого света - ЛТБ, лампы холодно-белого света-ЛБХ и лампы дневного света с исправлен­ной цветностью -ЛДЦ, обеспечивающие цветопередачу по всему спект­ру, за исключением оранжево-красной части.

Вследствие высокой светоотдачи (до 80 лм/Вт) наиболее широко ис­пользуются лампы ЛБ. При работах, требующих более точной цветопе­редачи, следует рекомендовать лампы типа ЛД, а при более высоких тре­бованиях цветопередачи - лампы ЛДЦ. Люминесцентные лампы не дают теней и бликов, излучают мягкий рассеянный свет, близкий по спектру к дневному и обладающий, хотя и слабым, антирахитическим действием; они стоики к вибрациям, взрывобезопасны, что дает возможность исполь­зовать их па транспорте, в убежищах, шахтах и других подобных местах. Важным достоинством названных ламп является возможность при изго­товлении путем подбора люминофоров широко варьировать спектр излу­чения для создания желательного освещения.

К недостаткам люминесцентных ламп следует отнести: 1) пульсацию светового потока (от 35 до 65%i), в результате чего наступает зрительное у томление и возникает стробоскопический эффект (неадекватное восприятие вращающихся предметов); 2) наличие "сумеречного эффекта" при низких значениях освещенности (освещенность в 75 лк и ниже субъектив­но воспринимается как недостаточная); 3) чувствительность к колебани­ям напряжения в сети; 4) ухудшение свечения люминофоров при темпера­туре выше 35°С вследствие избыточного давления паров ртути.

3. Ртутно-кварцевые лампы с исправленной цветностью типа ДРЛ применяются для освещения больших помещений, а также улиц и площа­дей. Они обладают очень высокой световой отдачей (в 3 раза больше, чем лампы накаливания), долговечны (до 7500 часов), нечувствительны к температурным условиям и меньше, чем обычные ртутно-кварцевые лампы, искажают цветопередачу. Очень хорошо обеспечивается цвето­передача ксеноновьми лампами. Их спектр излучения соответствует спек­тру полуденного солнца. Однако мощность этих ламп слишком велика (2кВт) и кроме того, в гигиеническом отношении они мало изучены.

Нельзя забывать также о проблемах утилизации таких ламп, являю­щихся дополнительным, наряду с промышленностью, источник загряз­нения внешней среды ртутью.

Нормы искусственного освещения для каждого трудового процесса определяются рядом условий, из которых наиболее важными являются назначение помещений, характер и условия работы людей, их возраст, наименьшие размеры деталей, удаление их от глаз, требуемая скорость различения предметов, контраст между объектом и фоном, наличие опас­ных в отношении травматизма аппаратов или частей оборудования и т.д.

Уровень освещенности от ламп накаливания в зависимости от назна­чения помещений колеблется в очень широких пределах - от 5 (дежурный свет) до 250 лк (операционные). Для работ, связанных с чтением и пись­мом (в классах, лабораториях), минимальная освещенность принимается равной 150 лк. Однако, учитывая большую продолжительность и напря­женность зрительной работы и наметившуюся тенденцию роста числа людей с ослабленным зрением, освещенность, когда это возможно, следу­ет увеличивать до 200-250 лк.

В местах, где пребывание людей не связано со значительным напряже­нием зрения, допускается снижение освещенности.

Нормы освещенности для люминесцентных ламп в 2-3 раза больше, чем для ламп накаливания. При использовании люминесцентных ламп не рекомендуется создавать освещенности менее 75 лк (сумеречный эффект).

Равномерность освещения достигается выбором типа осветительной арматуры (равномерно рассеянный, отраженный и полуотраженный свет) и рациональным размещением светильников. Освещенность на рабочих местах от общего света должна быть не менее 10-20% от нормированной освещенности для данного вида работ. Отношение минимальной осве­щенности к максимальной на протяжении 75 см рабочей поверхности не должно быть ниже 0,5, а на расстоянии 5 м (на полу) - ниже 0,33.