Нормирование освещённости рабочих мест

 

Основной целью нормирования освещённости рабочих мест является обеспечение оптимальных условий зрительной работы.

Восприятие наблюдаемого объекта определяется угловым размером объекта различения, контрастом объекта различения с фоном, яркостью фона. Для заданного зрительного восприятия объектов с различными размерами различения яркость должна быть тем больше, чем меньше их угловые размеры и контрасты с фоном.

Из-за трудностей, возникающих при расчёте и измерении яркости, на практике нормирование осуществляется не по яркости, а по освещённости при одновременной регламентации коэффициента отражения фона.

В настоящее время искусственное освещение нормируется согласно СНиП 23-05-95 [1] в зависимости от характеристик зрительной работы: наименьшего размера объекта различения, фона и контраста объекта с фоном. Нормы регламентируют наименьшие допустимые уровни освещённости рабочих поверхностей (нормативные уровни – E_норм) для комбинированного и общего освещения в комбинации с показателем ослеплённости (P) и коэффициентом пульсаций освещённости (K_п).

Каждый видимый объект наблюдается на фоне каких-либо других объектов. Фон представляет собой поверхность, на которой наблюдается данный зрительный объект. Основной характеристикой фона является коэффициент отражения (r): если r < 0,2 – фон считается тёмным; если 0,2 < r < 0,4 – средним; если r > 0,4 – светлым.

Для органов зрения наиболее важной характеристикой является яркость (B) наблюдаемых зрительных объектов. Зрительное восприятие объектов также зависит от их контраста по отноше­нию к фону, на котором они наблюдаются. Различают два вида контраста: прямой контраст (объект наблюдения темнее фона, т. е. B_о <B_ф) и обратный контраст (объект наблюдения светлее фона, т. е. B_о >B_ф). Количественно величина контраста оценивается отношением разности яркостей объекта наблюдения и фона:

при B_ф > B_о, и при B_о >B_ф , (1)

где B_ф и B_о – соответственно яркость фона и объекта. Если K < 0,2 – контраст считается малым, если 0,2 < K < 0,5 – средним, если K > 0,5 – большим. Оптимальная величина контраста считается равной 0,6 – 0,95.

Величины прямого и обратного контрастов также могут быть выражены через коэффициенты отражения объекта и фона:

при ρ_ф > ρ_о, и при ρ_о >ρ_ф , (1΄)

Зрительная работа при прямом контрасте более благоприятна, чем работа при обратном контрасте. При равенстве яркостей фона и объекта они могут быть различимы по цветности.

В общем случае яркость объекта наблюдения определяется двумя составляющими – яркостью собственного излучения и яркостью за счёт внешней засветки (яркостью отражения):

B = B_изл + B_отр. (2)

Яркость излучения (B_изл) определяется мощностью источника света и его светоотдачей для излучающих поверхностей осветительных ламп и светильников. Для неизлучающих поверхностей – B_изл = 0. Примерные уровни яркости некоторых светящихся поверхностей, кд/м²:

Вольфрамовая нить лампы накаливания.................. 5,5∙10⁶;

Поверхность колбы люминесцентной лампы................ 7∙10³;

Солнце в зените............................................ 10⁹;

Дисплей монитора ПЭВМ (в темноте).................... 35 – 120.

Вторая же составляющая формулы (2) определяется уровнем освещённости данной поверхности и её отражающими свойствами:

· для поверхностей с диффузным (не зеркальным) отражением

; (3)

· для поверхностей с направленным (зеркальным) отражением

B_отр = B_изл∙ ρ_з; (3΄)

· для поверхностей с направленно-рассеянным или смешанным отражением

, (3΄΄)

где: Е — освещённость поверхности, лк; ρ_д — коэффициент отражения поверхности с диффузным отражением; ρ_з — коэффициент отражения поверхности с зеркальным отражением (определяется степенью полированности поверхности и для ориентировочных оценок может быть принят равным в пределах 0,9 – 0,98); B_изл — яркостью собственного излучения поверхности (или её части) объекта наблюдения. Коэффициент диффузного отражения во многом определяется цветом поверхности (табл. 4) и показывает, какая часть падающего на поверхность светового потока отражается ею.

Таблица 4

Значения коэффициентов отражения цветных непрозрачных поверхностей

Цвет	ρ	Цвет	ρ	Цвет	ρ	Цвет	ρ
Белый	0,90	Зелёный светлый	0,65	Серый светлый	0,75	Синий светлый	0,55
Жёлтый светлый	0,75	Зелёный средний	0,52	Серый средний	0,55	Синий тёмный	0,13
Жёлтый средний	0,65	Зелёный тёмный	0,10	Серый тёмный	0,30	Коричневый тёмный	0,10
						Чёрный	0,07

 

Значения коэффициентов отражения некоторых конкретных поверхностей приведены в табл. 5.

В связи с тем, что в поле зрения могут попадать объекты с различной яркостью, введено понятие адаптирующей яркости (B_а), под которой понимают ту яркость, на которую адаптирован (настроен) в данный момент время зрительный анализатор. Приближённо можно считать, что для изображений с прямым контрастом адаптирующая яркость равна яркости фона, а для изображений с обратным контрастом — яркости объекта [2]. Диапазон чувствительности зрительного анализатора очень широк: от 10^-6 до 10⁶ кд/м². Наилучшим условиям работы соответствуют уровни адаптирующей яркости в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кд/м².

Таблица 5

Значения коэффициентов отражения некоторых поверхностей

Поверхность	ρ	Поверхность	ρ
Сталь полированная	0,50…0,55	Бумага белая тонкая	0.45…0,60
Железо белое	0,60…0,80	Бумага ватманская	0,67…0,82
Молибден	0,55	Белила свинцовые	0,90
Алюминий полированный	0,70…0,82	Белила цинковые	0,76
Алюминий матовый	0,55…0,75	Фаянсовая плита белая	0,70
Зеркало алюминированное	0,70…0,84	Кафель белый	0,75
Латунь матовая	0,55…0,65	Мрамор белый	0,80
Латунь полированная	0,60…0,70	Кирпич белый	0,62
Медь	0,48	Кирпич жёлтый	0,45
Серебро	0,88…0,93	Кирпич красный	0,20
Хром	0,62	Цемент	0,40
Никель	0,55…0,60	Асфальт	0,08…0,12
Стекло молочное (2 – 3 мм)	до 0,50	Стекло оконное	0,08
Эмаль фарфоровая белая	0,65…0,75	Мел	0,85…0,90
Бархат чёрный	0.002	Белая клеевая краска	0,70…0,80

 

Следует иметь в виду, что обеспечение требуемой величины контраста является только необходимым, но ещё недостаточным условием нормальной видимости объектов. Нужно также знать, как этот контраст воспринимается в данных условиях. Для его оценки зрительного восприятия объектов вводится понятие порогового контраста:

,

где DB_пор — пороговая разность яркости, т. е. минимальная разность яркостей предмета и фона, которая ещё обнаруживается глазом. Таким образом, величина К_пор определяется дифференциальным порогом различения. Для получения оптимального оперативного порога различения необходимо, чтобы фактическая величина разности яркости предмета и фона была в 10 — 15 раз больше пороговой. Это означает, что для нормальной видимости величина контраста, рассчитанная по формулам (1), должна быть больше величины К_пор в 10 – 15 раз. Таким образом, отношение величины контраста объекта наблюдения к его значению (характеристика способности глаза воспринимать объект) называют видимостью:

. (4)

Величина порогового контраста зависит от яркости фона и от угловых размеров α_об наблюдения объектов. Следует заметить, что объекты с бóльшими размерами видны при меньших контрастах и что с увеличением яркости уменьшается требуемая величина порогового контраста.

Для ориентировочной оценки величины прямого порогового контраста в работе [3] предлагается эмпирическая формула:

, (5)

где: α_об – угловой размер (измеряемый в угловых минутах) наблюдаемого объекта (см. ниже рис. 4). Функциональные коэффициенты φ₁(α_об ) и φ₂(α_об) зависят от углового размера наблюдаемого объекта и яркости фона:

; (5¹)

для 0,01 ≤ B_ф ≤ 10 – k_φ1 = 75;

; (5²)

для B_ф > 10 – k_φ1 = 122;

; (5³)

k_φ2 = 0,333; ξ = 3,333; p₀ = –0,096, p₁ = –0,111, p₂ = 3,55∙10^–3, p₃ = –4,83∙10^–5, p₄ = 1,634∙10^–7; q₀ = 2,345∙10^–5, q₁ = –0,034, q₂ = 1,32∙10^–3, q₃ = –2,053∙10^–5, q₄ = 7,334∙10^–4.

Формулы (5¹) – (5³) получены в результате аппроксимации табличных значений функциональных коэффициентов φ₁(α_об) и φ₂(α_об), приведённых в [6].

Для оценки величины обратного порогового контраста для 1′ ≤ α_об ≤ 16′ предлагается аппроксимация другой эмпирической формулы [4]:

, (6)

где: r₀ = –0,51, r₁ = -0,151, r₂ = 3,818∙10^–3, r₃ = –3,94∙10^–5, r₄ = –1,606∙10^–7, r₅ = 2,095∙10^–10.

При угловых размерах наблюдаемых объектов, превышающих 16 угловых минут (α_об > 16′), можно использовать формулу [4]:

, (6′)

где K_{пор(16′)} – величина порогового контраста, рассчитанная по формуле (6) для α_об = 16′.

Связь угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов для общего случая иллюстрируется на рис. 4, где: l_об –линейный размер наблюдаемого объекта; l_x и l_y – расстояния от точки наблюдения (расположения глаза человека) до центра наблюдаемого объекта, взятые по горизонтали и вертикали, соответственно; β_об – угол отклонения плоскости наблюдаемого объекта от горизонтали. Величины l_об, l_x, l_y и β_об определяются особенностями и организацией конкретного рабочего места. Остальные обозначенные на рис. 4 величины являются вспомогательными: l_наб – прямое расстояние от точки наблюдения до центра наблюдаемого объекта; h_наб – расстояние по нормали от точки наблюдения до плоскости наблюдаемого объекта; β_наб – угол зрения относительно плоскости наблюдаемого объекта; α₁ и α₂ – вспомогательные углы.

Рис. 4. Связь угловых (α) и линейных (l_о) размеров наблюдаемых объектов

 

Геометрия чертежа на рис. 4 определяет следующие выражения для вспомогательных величин:

; ; (7)

; (8)

и, следовательно, угловой размер наблюдаемого объекта может быть определён как:

α_об = α₂ – α₁ . (9)

Большое влияние на условия видимости объектов оказывает величина внешней освещённости. Однако это влияние будет различным при работе с изображениями, имеющими прямой или обратный контраст. Увеличение освещённости при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости (величина К_пр увеличивается) и, наоборот, при обратном контрасте — к ухудшению видимости (величина К_об уменьшается).

При увеличении освещённости величина К_пр увеличивается, поскольку яркость фона возрастает в большей степени, чем яркость объекта (коэффициент отражения фона больше коэффициента отражения объекта). Величина К_об при этом уменьшается, т. к. яркость объекта практически не меняется (предмет светится), а яркость фона увеличивается.

Во многих случаях в поле зрения оператора могут оказаться световые сигналы с различной интенсивностью. При этом чрезмерно яркие объекты могут вызывать нежелательное состояние органов зрения – ослеплённость. Особенно сильно негативное влияние на работу органов зрения оказывают элементы с большой яркостью, в качестве которых могут выступать чрезмерно яркие части светильников (например, нить накала ламп накаливания) или других источников света – прямое действие, а также их зеркальные отражения – отражённое действие. Слепящая яркость определяется размером и яркостью светящейся поверхности, а также уровнем яркости адаптации органов зрения. Минимальные уровни яркости, которые начинают вызывать эффект ослеплённости, приближённо можно определить по эмпирической формуле [5]:

, (10)

где Ω_сп – телесный угол наблюдения оператором светящейся поверхности (в стерадианах), величину которого приближённо можно определить как отношение площади светящейся поверхности к квадрату расстояния от этой поверхности до органов зрения.

Следует иметь в виду, что фактические уровни яркости наблюдаемых объектов следует оценивать по формулам (2) и (3), а с помощью формулы (10) может быть осуществлена лишь проверка фактических уровней яркости на предмет возникновения слепящего эффекта. Для нормального восприятия яркости наблюдаемых объектов необходимо, чтобы выполнялось неравенство:

B_сп < B_{сп min}, (11)

где B_сп – яркость слепящей поверхности, определённая по формулам (2) – (3).

Таким образом, для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемый уровень яркости и контраст воспринимаемых световых сигналов, но также исключить чрезмерную неравномерность распределения яркостей в поле зрения. В случаях, когда невозможно использовать формулу (9), можно воспользоваться данными табл. 6 или считать неравномерность распределения уровней яркости в поле зрения приемлемой, если их перепад не превышает 1 к 30 [5].

Таблица 6

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: