Параметры освещения в жизнедеятельности человека

Достаточный уровень освещения всех рабочих помещений, используемого оборудования, рабочих мест, объектов и средств труда, рабочих поверхностей является необходимым условием обеспечения не только высокой эффективности труда человека в техносфере, но и безопасности его жизнедеятельности. Известно, что именно зрение поставляет человеку свыше 85% всей информации, поступающей из среды его обитания. Органы зрения человека приспособлены к восприятию световой энергии в диапазоне длин волн от 0,380 до 0,760 мкм (3800–7600 А), соответствующих изменению цвета от темно-фиолетового до темно-красного. Максимум чувствительности человеческого глаза приходится на длину волны, равную 0,554–0,556 мкм и характерную для желто-зеленого цвета.

Для организации комфортного освещения производственного помещения и рабочего места человека важны следующие факторы в совокупности:

  • достаточная освещенность объекта и средства труда, рабочей поверхности, соответствующая точности производимых человеком работ;
  • высокая контрастность наблюдения объекта труда по сравнению с его задним фоном;
  • отсутствие слепящих источников света высокой яркости в поле зрения;
  • отсутствие бликов отраженного света, блескости на объекте труда или рабочей поверхности;
  • расположение источников света и дополнительной подсветки, обеспечивающее максимальную сосредоточенность человека на объекте труда;
  • цветовая гамма объектов среды обитания, способствующая максимальной эффективности труда человека и его минимальной утомляемости.

Под влиянием освещения многие физиологические параметры человека, например, такие, как сердечный ритм, дыхание, давление кровообращения, активность головного мозга, работа эндокринной системы, существенно меняют свои значения, приводя к повышению или понижению жизненного тонуса, работоспособности, активности организма.

Нормальные световые условия в быту и на производстве, большое число солнечных дней в году, яркость красок природы и продуманные цветовые решения внутри помещений благотворно влияют на человека, создают у него комфортное мироощущение и хорошее настроение.

И напротив, хронический недостаток света в жизни человека, серость и тусклость красок среды его обитания весьма губительно сказываются на состоянии человеческого организма, вызывая угнетенное состояние, раздраженность, функциональные нарушения центральной нервной системы, головного мозга, пищеварения, создают предпосылки для обострения старых и появления новых заболеваний.

К числу наиболее важных параметров, характеризующих освещение среды обитания человека, относятся: яркость источника освещения или объекта наблюдения, световой поток излучения, сила света от источника, спектральный состав светового излучения, освещенность поверхности световым потоком, коэффициент пульсации освещенности поверхности во времени, коэффициент отражения поверхности фона.

Каждый из перечисленных физических параметров освещения предопределяется конкретными условиями окружающей среды, которые, существуя объективно, вносят свой вклад в общую интегральную оценку человеком степени комфортности светового режима среды обитания и требуют особого учета при формировании последней.

Основными физиологическими функциями человеческого зрения, играющими важную роль при выполнении различного рода работ, являются также световая чувствительность зрения, острота зрения, контрастная чувствительность различения объекта с фоном, степень ослепленности источником светового излучения, адаптация зрения, латентный период зрения, устойчивость ясного видения. Перечисленные физиологические параметры зрения индивидуальны для каждого отдельного человека и в этом смысле носят субъективный характер, но тем не менее могут быть усреднены для подавляющего количества работающих людей, формируя некоторое математическое ожидание этих показателей, а также их среднеквадратическое отклонение.

Таким образом, эффективность жизнедеятельности человека и его труда одинаково тесно связана как с объективно существующими физическими параметрами освещения, так и с физиологическими особенностями субъективного восприятия этого освещения человеческим зрением и центральной нервной системой человека. Рассмотрим некоторые из названных выше параметров и их комфортные значения, обеспечиваемые в техносфере.

Одним из базовых понятий освещения является световой поток (Фс), равный количеству световой энергии, проходящей через единицу площади в один квадратный метр, и измеряемый в люменах (лм). Пространственная плотность светового потока, распростаняющегося от источника света внутри единицы телесного угла в один стерадиан, обозначается как сила света (Jс) и измеряется в канделах (кд).

Яркость (Вс) излучающей или отражающей поверхности под углом а к нормали определяется как отношение формируемой этой поверхностью силы света в данном направлении к площади S проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению, и измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2):

Яркость горящей свечи примерно равна 1 кд/м2. Обычное облачное дневное освещение соответствует яркости около 10 кд/м2. Яркость полуденного солнца достигает 15• 104 кд/м2. Наконец, абсолютная слепящая яркость для человеческого зрения соответствует величине 22,5• 104 кд/м2. Нормальными и даже комфортными для жизнедеятельности человека считаются значения яркости в диапазоне от 50 до 1500 кд/м2 (оптимальное – 500 кд/м2).

Спектральный состав светового излучения предполагает наличие в видимой человеком (оптической) части электромагнитного поля наличие семи основных цветов (фиолетового, синего, голубого, зеленого, желтого, оранжевого, красного) и более сотни различных цветовых оттенков. Невидимая человеком часть спектра электромагнитного излучения с длиной волны менее 0,380 мкм носит название ультрафиолетового излучения и граничит при длине волн 0,010 мкм с рентгеновским излучением (рис. 3.5).

Чувствительность зрения человека к спектру видимого света и смежным областям излучения электромагнитного спектра

Рис. 3.5. Чувствительность зрения человека к спектру видимого света и смежным областям излучения электромагнитного спектра

С другой стороны спектра видимого светового излучения при длине волны более 0,76 мкм также располагается невидимая человеком часть электромагнитного поля, которая получила название инфракрасного излучения и, являясь характеристикой теплового выделения энергии, простирается до величины длины волны электромагнитного поля, равной 340 мкм.

Благоприятный для человека спектральный состав видимого света обозначается как комфортный световой климат и способствует достижению максимальной эффективности труда человека. Наилучшим по спектру для человека является естественное дневное освещение. В вечернее и ночное время суток для зрения благоприятны обычные лампы накаливания, спектр излучения которых близок к естественному освещению, их единственным недостатком является довольно малый коэффициент полезного действия (собственно на освещение расходуется лишь 8–15% потребляемой этими лампами электроэнергии). Существенно более экономичными являются так называемые газоразрядные лампы дневного света, которые выпускаются в нескольких модификациях: ЛД – с голубоватым оттенком свечения; ПХБ – холодно-белого цвета с желтоватым оттенком свечения; ЛТБ – тепло-белого цвета с розоватым оттенком свечения. Подбор марки газоразрядных ламп зависит от характера выполняемой работы и общего цветового решения рабочих помещений, обеспечивая комфортный световой климат человека.

В связи с этим, говоря о составе спектра светового излучения, следует отметить комбинированный характер этого параметра. С одной стороны, разработан и активно используется объективный метод спектрального анализа на базе различных технических приборов (спектрографов, спектрометров). В то же время световой спектр освещения, воспринимаемый человеком, является важным субъективным фактором среды обитания, от восприятия которого существенно меняются многие физиологические показатели жизнедеятельности человеческого организма и настроение самого человека.

Другой важнейшей характеристикой освещения является так называемая освещенность (Ес) рабочей поверхности и объекта труда, под которой понимается отношение падающего на поверхность светового потока (Фс) к площади (Sс) этой освещенной поверхности, измеряемое в люксах (лк):

Именно освещенность среды обитания человека фигурирует чаще всего в различных рекомендациях и строительных нормативах по обеспечению комфортных условий трудовой деятельности.

Для нормальной жизнедеятельности человека и комфортных условий труда вполне приемлемым считается диапазон освещенности 100–700 лк. Для выполнения более мелких и точных работ всегда необходим больший уровень освещенности. Низкие уровни освещенности рабочих помещений 50–30 лк вообще нежелательны, так как производительность труда человека при этом существенно снижается (на 15– 28%). Определенные виды трудовой деятельности требуют соответствующей достаточной освещенности рабочих мест общим и дополнительным местным освещением:

  • • 100 лк – общее освещение аудиторий, помещений для неответственных работ с крупными объектами, складских помещений и т.д.;
  • • 200 лк – грубая обработка на станке объектов малой точности, работа со светящимися объектами, любые виды наблюдения за производственными процессами, прием посетителей и т.д.;
  • • 300 лк – освещение рабочих столов аудиторий, выполнение сверления, клепки, штамповки, грубой сборки, окраски, разборка корреспонденции, работа с картотекой и т.д.;
  • • 400 лк – чтение, обработка текстов, работа с объектами средней точности, обычная конторская работа и т.д.;
  • • 500 лк – освещение доски в аудитории, бухгалтерская работа, рисование, разметка и изготовление шаблонов, работа за верстаком, обработка стекла (гранение, полирование) и т.д.;
  • • 700 лк – шитье, работа с мелкими контрастными деталями и т.д.;
  • • 1000 лк – черчение, работа с мелкими деталями высокой точности, контрольные операции, врачебный осмотр и т.д.;
  • • 2000 лк и выше – прецизионная работа с деталями наивысшей точности.

Для характеристики уровня естественного освещения производственных, учебных, торговых и жилых помещений используется так называемый коэффициент естественного освещения (Кео),%, равный отношению значения освещенности (Ес1) изучаемого участка внутри помещения к одновременно измеренному значению освещенности (Ес0) от рассеянного света небосвода на горизонтальном участке поверхности снаружи здания:

Величина этого коэффициента нормирована специальными Строительными нормами и правилами (СНиП) для каждого из пяти световых поясов (поясов светового климата) Российской Федерации в соответствии с характером выполняемых внутри помещений работ и необходимым для этого уровнем освещенности. Обычно значения коэффициента естественного освещения находятся в диапазоне от 0,1% (для эпизодически посещаемых помещений) до 3,5% (для работ наивысшей точности при боковом освещении) и до 6% (при верхнем или комбинированном освещении).

Если уровень естественного освещения недостаточен для выполнения работ заданной категории точности, то его дополняют искусственным электрическим освещением и получают совмещенное освещение необходимого уровня освещенности. В любом случае исходным параметром для проектирования зданий, производственных помещений и интерьера является именно необходимая освещенность. Исходя из нее определяют потребные значения коэффициента естественного освещения, возможные архитектурные решения зданий, необходимое число и мощность светильников.

Другим косвенным показателем освещенности помещений, хотя и более приближенного характера, является световой коэффициент (Кс), определяемый как отношение площади остекления (Sст) световых проемов помещения к площади пола (SП) этого помещения:

Как правило, величина этого показателя для комфортных условий труда человека имеет следующие значения:

  • • 0,1 – для подсобных и складских помещений;
  • • 0,13 – для административных помещений;
  • • 0,17 – для аудиторий и других учебных помещений;
  • • 0,2 – для торговых помещений и спортивных залов.

Использование чисто искусственного или совмещенного

освещения заставляет учитывать еще один показатель, относящийся к объективным и не зависящим от человека параметрам освещения, а именно – коэффициент пульсации освещенности (КЕ). Величина этого коэффициента определяется наличием перепадов напряжения в электросети при включении и выключении мощного электрооборудования, а также физической природой самих осветительных приборов. Коэффициент пульсации освещенности, %, рассчитывается следующим образом:

где Emax, Emin, Eср – соответственно максимальная, минимальная и средняя освещенность на одном и том же рабочем месте, обусловленная изменениями светового потока во времени.

Для галогенных ламп коэффициент пульсации освещенности невелик и равен лишь 1% , для обычных ламп накаливания он составляет около 7% , для газоразрядных ламп может достигать 25–65%. Существующие рекомендации ограничивают величину указанного коэффициента для комфортных условий труда человека при выполнении различных видов работ предельно максимальными значениями не более 20% .

Наконец, еще один физический параметр, характеризующий оптические условия работы человека, связан с отражательной способностью фоновой поверхности, находящейся за объектом различения, его называют коэффициентом отражения поверхности фона (ρ). По своему физическому смыслу данный коэффициент выражает отношение светового потока (Фс1), отраженного от фоновой поверхности, к световому потоку (Фс0), изначально падающему на нес:

Значения коэффициента отражения фона могут изменяться в очень широких пределах – от 0,02 до 0,95. При этом чем больше значение данного показателя, тем светлее фоновая поверхность для наблюдателя. При значениях ρ < 0,2 фон воспринимается как темный, при значениях ρ = 0,2 : 0,4 – средний, а при ρ > 0,4 фон считается светлым.

Как правило, для человека в техносфере имеет значение не сам фон как таковой, а контраст (степень различия по яркости) между объектом наблюдения и фоном. Безразмерная величина контраста (Kк) определяется по следующей формуле:

где Всо, Всф – яркость соответственно объекта наблюдения и фона.

При значениях Кк < 0,2 контраст считается малым, при К = 0,2 : 0,5 он оценивается как средний, а при Кк > 0,5 говорят о большом контрасте. Для успешного выполнения рабочих операций и обеспечения комфортных условий трудовой деятельности желательно, чтобы уровень контраста был близок к значению 0,5. При этом в зависимости от конкретной операции бывает предпочтительно, чтобы выполнялось соотношение Всо > Всф, т.е. имел бы место прямой контраст (как, например, при сборке часового механизма), или, наоборот, требуется, чтобы Всо < Всф, что характерно для обратного контраста (как, например, при вдевании черной нитки в иголку). Наличие в числителе формулы модуля разности значений яркости объекта и фона позволяет оценивать контраст только по его абсолютной величине, которая и является наиболее значимой.

Для организации аварийного, эвакуационного, охранного и сигнального видов освещения чрезвычайно важным параметром является световая чувствительность зрения человека, под которой понимается минимальная освещенность поверхности или объекта, различимая человеком в темноте. Аварийное освещение должно обеспечивать освещенность поверхностей не менее 2 лк, охранное освещение – не менее 0,5 лк, эвакуационное освещение – не менее 0,5 лк на полу проходов и не менее 0,2 лк на открытых территориях. Вообще же минимальный уровень световой различимости человеческого зрения в темноте составляет 10-6 лк.

Острота зрения характеризуется способностью человека различать мелкие детали объектов наблюдения. Такого рода разрешающая способность человеческого зрения позволяет различать объект размером в одну угловую минуту, что соответствует линейному размеру объекта 1,45 мм при его наблюдении с расстояния 5 м (физиологический предельный угол зрения).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >