E-Audit
Свет и цвет Качество Нормы Источники Установки Эффективность

Rambler's Top100



Удивительно, но насколько естественно мы воспринимаем свет, настолько до сих пор загадочно и неоднозначно это явление с научной точки зрения. Светотехника серьёзная и сложная дисциплина, специфична её терминология, но в нашей околонаучной беседе попробуем ограничиться только основными характеристиками искусственного освещения.

Глаз реагирует на яркость.

Именно яркость нормируется в сложных и опасных условиях зрительной работы, например, на скоростных автотрассах. Однако, яркость освещённых поверхностей зависит как от их освещённости, так и от их световых свойств, а также и от угла, под которым поверхность освещается и рассматривается. Учесть всё это при расчётах весьма сложно, поэтому, а главное из–за отсутствия портативных приборов для измерений яркости, нормируется в основном не яркость, а освещённость.



Освещённость


В простейшем понимании освещённость – количественная мера освещения.

От уровня освещённости зависят наши настроение, самочувствие, здоровье, производительность труда и ... затраты электроэнергии на искусственное освещение. Вот это противоречие и становится „камнем преткновения“ в искусственном освещении.


Любопытно, что залы вельможных дворцов, описываемые современниками как залитые светом тысяч свечей, в действительности не могли иметь освещённость более 10 … 30 люкс.

Глеб Михайлович Кнорринг.


— Какой должна быть освещённость?

Давайте вернёмся к „палочкам“ и „колбочкам“. Минимальный уровень освещённости, при которой работает дневное зрение – 50 лк, ночное – при освещённости менее 0,05 лк. В промежутке находится область, где происходит переадаптация – переход от одного вида зрения к другому, т.е. имеет место «сумеречное» состояние зрения. [Г.М. Кнорринг. Осветительные установки.] Следует понимать, что в этом состоянии глаз работает с пониженной работоспособностью. Длительная работа в таких условиях связана с повышенной нагрузкой на органы зрения, это становится причиной глазных болезней, возрастает количество ошибок, что может стать причиной техногенных аварий и травматизма. Недаром, ПДД определяют сумерки – как наиболее опасное время для вождения автотранспорта. Таким образом, работать при освещённости менее 50 лк – опасно.

Если постепенно повышать освещённость и оценивать показатели утомляемости, то снижаясь, при определённом уровне освещённости, утомляемость достигнет пределов, которые могут быть приняты за допустимые. Такую освещённость можно назвать – гигиеническим минимумом. Например, для простого чтения гигиенический минимум освещённости составляет 50 лк, это ещё в 20-е годы определил профессор Тиходеев.

С дальнейшим увеличением освещённости условия труда будут улучшаться, сначала быстро, потом медленнее, до такого состояния, когда наблюдаемые показатели утомляемости стабилизируются, и с увеличением освещённости повышаться уже не будут. Такую освещённость можно назвать – оптимальной. Исходя из множества опытов установлено, что для работ с различной зрительной нагрузкой оптимальная освещённость составляет 50 … 5 000 лк. Например, многие исследования показали, что для работ средней точности оптимальная освещённость лежит в пределах 1 500 … 2 000 лк.

Исследования, проведённые в Германии, с одной стороны подтвердили, что для работ средней точности наименьшее утомление наблюдалось при освещённости 1 200 лк, с другой стороны показали, что рост производительности труда не прекращался и при 2 000 лк. Видимо поэтому в 70-е ... 80-е годы освещённость на рабочих местах в Германии составляла от 1 до 3 тысяч люкс. Сотни, если не тысячи выполненных исследований, и даже в нашей стране, показали, что переход от, казалось бы, достаточного освещения к ещё более лучшему, например от сотен люксов к тысячам, вызывает увеличение производительности труда на 5 ... 20 %. Видимо, нетрудно было бы определить условия наибольшей экономической эффективности освещения и считать её наивыгоднейшей.

Дальнейшее увеличение освещённости не приносит большей эффективности и комфорта, а при чрезмерном увеличении яркости наступает состояние ослеплённости, характеризующиеся понижением работоспособности глаза.


— Так какой должна быть освещённость?

Для ответа на этот вопрос принято отсылать к нормам. Первые в мире обязательные нормы освещённости были утверждены в сентябре 1928 года в СССР. Их составил профессор П.М. Тиходеев. Нам понятны трудности того периода, но и позднее предложения основывать нормирование освещения на теории наивыгоднейших условий не получили в нашей стране признания. Очевидным было бы рассматривать оптимальную освещённость в качестве нормы освещённости, но и это не так, да и ожидать этого видимо не приходится. Существующие наши нормы, не оптимальные и не наивыгоднейшие экономически, а лежащие где–то между минимумом и оптимумом, не выполняются.


— Ну и какой должна быть освещённость?
— Мы не знаем ... В Европе, там где работают люди, минимум освещённости 200 лк.

Уровень освещённости, пожалуй, самая спорная характеристика искусственного освещения. Начав с его обсуждения, есть большая опасность не добраться до других характеристик, определяющих именно качество освещения. Между тем характеристики качества освещения имеют подчас значительно большее значение, чем уровень освещённости (который в практике почему–то выведен из–под понятия качества освещения). Нередко бывает, что осветительная установка, создающая в помещении высокий уровень освещённости, из–за низкого качества освещения в узком смысле становится неэффективной или вообще непригодной для работы.

Поэтому продолжим.



Нормирование качественных характеристик освещения впервые было введено в 1971 году в СССР.

Качество освещения определяется:

  • распределением яркости в пространстве;
  • распределением яркости во времени;
  • распределением яркости по спектру.



  • Распределение яркости в пространстве

    Насыщенность светом

    Давно и хорошо известно, что одна только освещённость поверхности не определяет общего впечатления человека насыщенностью светом. Для этого введены пространственные характеристики освещения, основанные на учёте светового потока, проходящего через точку пространства во всех направлениях – цилиндрическая освещённость (Ец).

    Цилиндрическая освещённость не может быть обеспечена только средствами светотехники, важны светотехнические характеристики помещения. От яркости таких поверхностей, как стены, потолок, большие по площади детали интерьера, в значительной степени зависит впечатление насыщенности помещения светом, и ту составляющую Ец, которая создаётся яркостью этих поверхностей можно считать наиболее или единственно ценной.

    Опытами установлено, что впечатления насыщенности светом субъективно оцениваемые как «большая», «повышенная» или «нормальная» примерно соответствуют Ец равные 150, 100 и 75 лк соответственно. Правда специалисты считают, что никаким одним числом это впечатление оценено быть не может.

    Равномерность освещения

    Освещение бывает общим равномерным, общим локализованным, местным и комбинированным.

    Некоторые индивиды, особенно работники умственного труда, зачастую высказываются в пользу одного только местного освещения, которое позволяет им лучше сосредоточиться на работе. Психологически это понятно, однако, резкое различие яркостей, одновременно находящихся в поле зрения, вызывает неустойчивое состояние адаптационного аппарата и понижение работоспособности. Работа в таких условиях сильно утомляет органы зрения, острее проявляется общее утомление организма. Поэтому необходимо избегать условий, требующих частой и, особенно, „глубокой“ переадаптации. Устройство одного только местного освещения нормами запрещено.

    С другой стороны, повышение доли освещённости, создаваемой общим освещением, ведёт к уменьшению утомляемости и повышению производительности труда, естественно, если это происходит при неизменной суммарной освещённости рабочего места. Свойственная общему освещению относительная равномерность распределения яркости в поле зрения гигиенически имеет повышенное значение. Так, если общее освещение удовлетворяет всем требованиям по освещённости и качеству, оно получает преимущество, вплоть до того, что в таких условиях светильниками местного освещения обычно не пользуются.

    Немаловажно то, что устройство только общего освещения в помещениях, где работает много людей, психологически подчёркивает единство коллектива. И напротив, местное освещение над столиками в ресторане психологически изолируют людей за столиком от остальных посетителей.

    Вот только при одном общем освещении затруднительно получить высокие уровни освещённости. А при комбинированном освещении высокая освещённость создаётся только в пределах небольших площадей, и расход электроэнергии может быть значительно меньшим. Нормы рекомендуют применять систему комбинированного освещения во всех случаях необходимости „повышенного“ уровня освещённости. А разницу в уровнях освещённости помещения при комбинированной системе ограничивают десятикратным (!) пределом.

    Кроме того, существует вред падающих теней, который состоит в том, что они создают в поле зрения ненужный контраст, отвлекают внимание, могут привести к тому, что яркость на периферии поля зрения может оказаться выше яркости в его центральной, главной части. По понятным причинам особо вредны движущиеся тени. Особо неприятное, отвлекающее воздействие производят разноокрашенные тени, но о них позже.

    И ещё одна „мелочь“. Если верхняя зона помещения остаётся тёмной, это производит неприятное эстетическое и, даже, психологическое впечатление.


    Блёскость

    Свойство больших яркостей производить слепящее действие называется блёскостью.

    Если в поле зрения находится значительно более яркий посторонний объект: источник света (например, компактная люминесцентная лампа, торчащая из абажура, не предназначенного для неё светильника), блик на экране монитора и т.п., глаза не могут его „отфильтровать“ и сужают зрачки. А для уверенного распознавания объекта внимания зрение приходится „напрягать“, это вызывает ощущение дискомфорта. При длительной работе в таких условиях возможно развитие тяжёлых глазных болезней.

    Основной метод борьбы с блёскостью в поле зрения – расположение светильников повыше, используя естественный защитный угол зрительного аппарата, а также недопущение использования ярких источников света в открытых светильниках, ограждение ярких источников защитными решётками, рассеивателями и т.п.

    При достаточной яркости стен, потолков и предметов интерьера обеспечивается смягчение теней и ослабление блёскости. Вообще, светлое помещение способно компенсировать значительную часть ошибок в проектировании осветительной установки. Поэтому во всех возможных случаях следует требовать светлой отделки стен и потолков, а для общего освещения применять светильники, не менее 15 % светового потока, излучающие в верхнюю полусферу.




    Распределение яркости во времени


    Причины изменений освещённости различаются от скорости этих изменений:


    — снижение светового потока от старости и грязи;

    Изменение освещённости может быть обусловлено естественным старением и выходом из строя источников света и светильников, их запылённостью, а также загрязнением световых проёмов и отражающих поверхностей помещения. Нормами предписывается сохранение освещённости на уровне не ниже нормированного в течение всего срока службы осветительной установки, а естественные изменения должны устраняться (окна нужно мыть, лампочки менять, да и сама осветительная установка не на века рассчитана, хотя и встречаются „раритеты“). Ну, а поскольку «разруха у нас в головах» и порядок наводить некогда, установлены специальные коэффициенты запаса, проектно увеличивающие освещённость в 1,4 ... 2 раза. Учитывая всё сказанное, можно констатировать, что естественные изменения не столь вредны как прочие, но повсеместны.


    — суточные изменения светового потока связанные с графиком нагрузки сети;

    На каждый 1 % изменения сетевого напряжения источники света отвечают соответствующими изменениями светового потока: лампы накаливания на 3,7 %, ДРЛ на 3 %, ДНаТ на 1,5 %, люминесцентные лампы на 1 %. Визуально неразличимые и в идеальном случае допустимыми были бы изменения напряжения не более чем на 1 … 1,5 %. Нормативами установлены нормально допустимые отклонения напряжения в пределах ± 5 % от номинального, что в 6 … 10 раз больше визуально неразличимого диапазона. Практически же отклонения бывают значительно большие, и очень часто по вечерам, особенно в сельской местности, люминесцентные лампы даже зажечься не могут.


    — частые колебания освещённости из–за колебаний напряжения в сети;

    Крайняя неприятность больших и частых колебаний освещённости общеизвестна, её восприятие человеком – фликер – утомляет, снижает производительность труда и, в конечном счёте, негативно влияет на здоровье людей. Практически известны случаи, когда вероятнее всего колебания освещённости вызывали головокружения, вплоть до временной потери работоспособности. Наиболее раздражающее действие фликера проявляется при частоте колебаний 8,8 Гц и размахах изменения напряжения  δUt = 29 %. Причём, при одинаковых колебаниях напряжения отрицательное влияние ламп накаливания проявляется в значительно большей мере, чем газоразрядных.


    — пульсации светового потока газоразрядных ламп.

    Световой поток газоразрядных ламп пульсирует с удвоенной частотой питающего лампу переменного напряжения, т.е. от 100 Гц при обычных электромагнитных пуско-регулирующих аппаратах (ПРА) на сетевом напряжении, до нескольких десятков кГц при использовании электронных ПРА (ЭПРА). В начале этого века производители CRT-мониторов смогли убедить общественность, что частоты от 85 Гц безвредны для потребителей, но в помещениях для детей и школьников всё-таки желательно использовать освещение с ЭПРА. Кроме того, есть основания считать, что к пульсациям освещённости особенно чувствительно периферийное зрение и поэтому наиболее опасны пульсации общего освещения, чем местного (при нормировании этот факт не учитывается).

    При фиксировании неподвижных поверхностей пульсации светового потока зрительно неразличимы, но мешают адекватно воспринимать движущиеся объекты. Практическая опасность этого эффекта состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвижными и стать причиной травматизма.




    Распределение яркости по спектру


    — Знаешь, чем отличаются фальшивые ёлочные игрушки?
    — С виду обычные, а радости в них нет.

    Сергей Лукьяненко «Дозоры»

    Правильность передачи цвета


    Кутерьма последнего предновогоднего дня...
    Витрина магазина „полыхает“ от буйства красок ёлочной мишуры. На душе „запели колокольчики“, „морду лица“ растянула улыбка, ноги, „забыв об усталости“, сами завели меня внутрь...

    А там – 16 оттенков серого в свете „энергосберегающих“ ламп. Опять навалилась усталость, вспомнились члены правительства...

    На электроэнергии хозяин видимо экономит.., а ёлочную мишуру я купил в другом магазине.

    Давайте вернёмся к условиям видимости: мы уверенно различаем предмет, если он имеет отличную от фона яркость и/или цвет. Причём, цветовые различия человек воспринимает чрезвычайно быстро, гораздо быстрее яркостных. А теперь представьте задачу: найти предмет такого цвета, которого нет в спектре излучения источника света. Поскольку отражать нашему предмету нечего, остаётся только ... тень?

    Полноту и качество передачи цвета характеризует коэффициент цветопередачи источника света (Ra). За единицу этого коэффициента – Ra = 100 принимают спектр источника света примерно соответствующий спектру лампы накаливания. Другие типы источников света пока имеют дробные, худшие показатели Ra. При этом стоит заметить, что наиболее качественные источники света, с Ra > 90 для массового потребителя в России не доступны.

    Эффективность источника света, который не излучает в ненужных частях спектра, может быть очень велика. Вот только не получается пока сделать источник, излучающий только в видимом спектре, но во всем и равномерно. А вы согласитесь экономить на электроэнергии, но не видеть ваших любимых цветов?

    Вопросы цветопередачи большое значение имеют не только при обеспечении передач телевидения, при освещении музеев, выставок или магазинов, есть предметы, которые люди привыкли видеть преимущественно вечером, при искусственном освещении. Например, золотые украшения „естественнее“ выглядят при свете ламп накаливания, чем при свете люминесцентных ламп.


    Цветовая тональность освещения

    Психологическое и даже физиологическое воздействие на человека цветности излучения источников света, а так же цветовой тональности окружающих поверхностей, связано с теми световыми условиями, к которым человечество приспособилось за время своего существования. Более работоспособное состояние человека днём, при свете относительно холодных естественных оттенков неба и преимущественный отдых вечером, при тёплом, красноватом свете заката или огня, привели к тому, что в современных условиях холодные оттенки искусственного света преимущественно благоприятны работе, а тёплые – отдыху.

    Цветность источников света характеризуется их цветовой температурой (Тц), отражаемой в градусах Кельвина. Заморачиваться, что это, откуда и почему температура – не стоит, светотехникам удобно считать, что три тысячи градусов – тепло, а шесть тысяч градусов – холодно, ну и пусть. Нам достаточно запомнить, что 2700°K – это как лампа накаливания, 4000°K – как ДРЛ. Причём, верить тому, что пишут на упаковке: „тёплый“, „холодный“, ещё какой-то, не стоит, эти градации очень широкие и у всех разные (в Европе – одни, в Китае, видимо, другие, у нас – совсем всё по-другому), а глаза разницу в 100 градусов различают легко.



    Соотношение освещённости и цветности источника света

    Здесь важно понимать, что при невысокой цветовой температуре источника света, например 2700°K, психологически достаточной и комфортной может быть и невысокая освещённость, но такая обстановка будет способствовать расслабленному, умиротворённому состоянию человека. Для того, чтобы человек был собран, сконцентрирован на работе, свет должен быть значительно белее, например 4000°K или даже 6000°K. Но в этом случае недостаточный уровень освещённости психологически воспринимается как сумерки или перед грозой. Компенсировать этот „сумеречный эффект“ можно только повышением освещённости, при 6000°К, это не менее 500 лк.

    Кроме того, использование при освещении помещения источников света с различной цветностью может вызывать появление в поле зрения разноокрашенных теней. Это сильно отвлекает внимание. Нормы не запрещают использование разнотипных источников света, но ограничивают возможность появления разноокрашенных теней. Для этого желательно, чтобы не менее 80 % всей освещённости создавалось одним типом источников света.

    И ещё, принято считать, что цветовой тон отделки интерьера должен соответствовать цветовому тону излучения ламп освещения. В ответственных случаях проводятся пробные выкраски поверхностей при свете выбранных источников света.



    Вывод

    Надеюсь, что смог убедить вас в сложности, серьёзности и тесной взаимосвязи всех аспектов искусственного освещения, убедить в том, что нет в освещении простых решений, и не может быть „типовых“ мероприятий энергосбережения.

    ЭнергосбережениеE-mail: auditor@e-audit.ruСсылкиКарта сайтаНаверх
    Copyright   ©   Андрей Ланцов   2001–2015   E-mail:   auditor@e-audit.ru