Освещение помещений и рабочих мест

Рациональное освещение имеет большое значение для здоровья человека и правильной организации труда. Под влиянием светового излучения ускоряются процессы высшей нервной деятельности, повышается общая активность и деятельность дыхательных органов. Недостаток света вызывает напряжение глаз, затрудняет различение предметов, замедляет темп работы. Благоприятные световые условия оказывают благотворное общее психофизиологическое воздействие на работоспособность и активность человека, а также на качество выполнения работы.

Классификация производственного освещения приведена на рис. 5.9. Естественное освещение наиболее благоприятно как для органов зрения, так и для организма человека в целом. При недостаточности естественного освещения применяют искусственное или совмещенное.

Рис. 5.8. Виды производственного освещения

Естественное освещение производственных помещений через световые проемы в наружных стенах (окна) называют боковым, через световые проемы в перекрытии зданий (фонари) – верхним, а через окна и фонари одновременно – комбинированным. Если расстояние от окон до наиболее удаленных от них рабочих мест менее 12 м, то предусматривают боковое одностороннее освещение, при большем расстоянии – боковое двустороннее.

Большинство производственных помещений оборудуют системами общего искусственного освещения – когда светильники расположены в верхней (потолочной) зоне. Если расстояние между светильниками одинаковое, то освещение считают равномерным, при размещении светильников ближе к оборудованию – локализованным.

Комбинированным называют такое искусственное освещение, когда к общему добавляется местное. Местным считают освещение, при котором световой поток светильников концентрируется непосредственно на рабочих местах. В соответствии со Строительными нормами и правилами (СНиП) применение только одного местного освещения в производственных помещениях не допускается.

Рабочее освещение устраивают во всех помещениях и на территориях для обеспечения нормальной работы и прохода людей, движения транспорта при отсутствии или недостатке естественного освещения.

Аварийное освещение необходимо для продолжения работ при внезапном отключении рабочего освещения, что может вызвать нарушение процесса обслуживания оборудования или непрерывного технологического процесса, пожар, взрыв, отравление людей, травматизм в местах большого скопления людей и т. п. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания в аварийном режиме, должна быть не менее 5 % освещенности, нормируемой для рабочего освещения при системе общего освещения, но не менее 2 лк внутри зданий и 1 лк на открытых площадках.

Дежурным считают освещение производственных объектов в нерабочее время.

Искусственное освещение, создаваемое вдоль границ охраняемых в ночное время территорий, называют охранным.

Эвакуационное освещение устраивают в местах, опасных для прохода людей, а также в основных проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей из производственных зданий при численности работающих более 50, в производственных помещениях с постоянно работающими в них людьми, где выход людей из помещения при внезапном отключении рабочего освещения связан с опасностью травматизма вследствие продолжения работы производственного оборудования, а также в производственных помещениях с численностью работающих более 50 независимо от степени опасности травматизма. Эвакуационное освещение должно обеспечивать минимальную освещенность основных проходов и на ступенях лестниц: в помещениях 0,5 лк, на открытых территориях 0,2 лк.

Санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к производственному освещению: приближенный к солнечному оптимальный состав спектра; соответствие освещенности на рабочих местах нормативным значениям; равномерность освещенности и яркости рабочей поверхности, в том числе и во времени; отсутствие резких теней на рабочей поверхности и блесткости предметов в пределах рабочей зоны; оптимальная направленность светового потока, способствующая улучшению различения рельефности элементов поверхностей.

Источники света являются важнейшими составными частями осветительных установок промышленных предприятий. Правильный выбор типов и мощности ламп оказывает решающее влияние на эксплуатационные качества и экономическую эффективность осветительных установок, на соответствие искусственного освещения предъявленным к нему требованиям. В осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений и территорий предприятий, в качестве источников света применяют:

- лампы накаливания;

- газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные) и высокогодавления.

Основные характеристики ламп:

- электрическая мощность W, Вт;

- световой поток F, лм;

- удельная световая отдача h, лм/Вт:

h = F·W , (5.13)

Световая отдача показывает, с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет:

- номинальное напряжение питающей сети U, B;

- средний срок службы t, ч.

В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных ламп.

Лампы накаливания. Они относятся к тепловым источникам света, в которых свечение возникает путем нагревания нити накала (как правило, вольфрамовой) до высоких температур. Устройство современной лампы накаливания показано на рис. 5.8. Лампы накаливания мощностью до 150 Вт выполняются пустотными (вакуумными). Отсутствие воздуха в колбе лампы предохраняет вольфрамовую нить от окисления и тем самым увеличивает ее срок службы. Кроме того, отсутствие воздуха снижает тепловые потери посредством конвенции.

Рис. 5.8. Конструкция осветительной лампы накаливания общего назначения:

1 – колба; 2 – спираль; 3 – крючки; 4 – линза; 5 – штабик; 6 – электроды; 7 – лопатки; 8 – штенгель; 9 – цоколь; 10 – изолятор; 11 – нижний контакт; а – вольфрам; б – стекло; в – молибден; г – никель; д – медь, сталь, никель; е – медь; ж – цокольная мастика; з – латунь или сталь; и – свинец, олово.

Лампы накаливания применяются в помещениях, где проводят грубые работы или осуществляют общий надзор за работой оборудования, например установок вентиляции и кондиционирования воздуха.

Сохраняется определяющее значение ламп накаливания в светильниках местного освещения, хотя при организации местного освещения могут использоваться люминесцентные лампы небольшой мощности. В системах производственного освещения применяются лампы накаливания общего назначения с номинальным напряжением 127 В и 220 В и лампы накаливания местного освещения с напряжением 24 В и 40 В.

Достоинства ламп накаливания:

- относительно низкая стоимость;

- простота в изготовлении;

- удобство и надежность в эксплуатации (не требуют включения в сеть дополнительных пусковых устройств);

- незначительный период разгорания;

- компактность;

- практически не зависят от условий окружающей среды;

- световой поток к концу срока службы снижается незначительно.

Недостатки ламп накаливания:

- низкая световая отдача (не более 20 лм/Вт), а следовательно, неэкономичность эксплуатации;

- небольшой срок службы (до 1 000 ч);

- неблагоприятный спектральный состав (преобладание желтой и красной частей спектра при недостатке в синей и фиолетовой по сравнению с естественным светом, что искажает цветовое восприятие);

- нерациональное распределение светового потока для большинства ламп, что требует применения осветительной арматуры (светильников).

Галогенные лампы накаливания (ГЛН) наряду с вольфрамовой нитью содержат в колбе пары галогена (йод, бром), который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение. По сравнению с лампами накаливания они имеют значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, продолжительный срок службы (до 2 000 ч) и повышенную светоотдачу (до 22 лм/Вт). ГЛН применяются в системах общего освещения, прожекторах и т. п.

Газоразрядные лампы низкого давления. Иначе их называют люминесцентными. Люминесцентная лампа – газоразрядный источник света, световой поток которого определяется в основном свечением люминофоров под воздействием электрических зарядов, проходящих через него.

Люминесцентная лампа низкого давления представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку, на концах которой в цоколях смонтированы вольфрамовые биспиральные электроды. На внутреннюю поверхность по всей ее длине нанесен тонкий слой твердого кристаллического порошкообразного вещества –люминофора. Длина и диаметр трубки определяется мощностью лампы и напряжением, на которое она рассчитана (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Внешний вид и разрез люминесцентной лампы:

1 – колба; 2 – цоколь; 3 – контактные штырьки цоколя; 4 – электрод; 5 – слой люминофора; 6 – ртутные пары

При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает электрический разряд (рис. 5.10). Стеклянная трубка заполнена парами ртути под низким давлением, проходящий ток приводит к появлению ультрафиолетового излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом – люминофором, которое поглощает ультрафиолетовое излучение и выделяет видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно изменять оттенок получаемого света.

Рис. 5.10. Принцип генерации света в люминесцентных лампах

на примере лампы с термокатодом

В зависимости от марок люминофора различают несколько типов люминесцентных ламп (ЛЛ). Например, лампы дневного света (ЛД); дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); холодного белого света (ЛХБ); теплого белого света (ЛТБ); белого света (ЛБ); холодного естественного света (ЛХЕ); естественного света с улучшенной цветопередачей (ЛЕЦ); с внутренним отражающим слоем (ЛБР); естественного света (ЛЕ); компактные (КЛЛ); белового света с улучшенной цветопередачей трехполосные (ЛБЦТ) и другие.

Выбор типа люминесцентных ламп для освещения того или иного рабочего помещения зависит от особенностей работы и окраски помещения. Лампы ЛЕ и ЛДЦ следует применять в тех случаях, когда предъявляются специальные требования к определению цвета. Лампы ЛТБ, излучающие розоватый свет, можно применять в помещениях для отдыха. Во всех остальных случаях рекомендуются лампы типа ЛБ как наиболее экономичные, дающие более теплый свет.

Компактная люминесцентная лампа – лампа, имеющая меньшие размеры по сравнению с колбчатой лампой и меньшую чувствительность к механическим повреждениям. Разновидность люминесцентных компактных ламп имеет возможность установки в стандартный патрон для ламп накаливания. Основное их преимущество – экономичность в компактной форме. Они позволяют снизить расходы на электричество до 80 % по сравнению с лампами накаливания, причем срок службы может быть больше в 15 раз. Существуют варианты ламп со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем для прямой замены обычных ламп накаливания, применяются в профессиональных и бытовых осветительных установках.

Достоинства КЛЛ по сравнению с лампами накаливания:

- высокая световая отдача (до 75 лм/Вт);

- большой срок службы (до 10 000 ч);

- экономичность;

- возможность применения источника света различного спектрального состава при лучшей для большинства типов цветопередаче;

- относительно малая (хотя и создающая ослепленность) яркость;

- выделение значительно меньшего тепла.

Недостатки:

- относительная сложность схемы включения;

- ограниченная единичная мощность;

- зависимость от условий эксплуатации (при низкой температуре и большой влажности они плохо загораются и быстро выходят из строя). Для оптимальной работы лампы температура в помещении должна быть 18–25 °С, а влажность не более 70 %);

- значительное снижение светового потока к концу срока службы;

- вредные для зрения пульсации светового потока с частотой 100 Гц (могут быть устранены или уменьшены только при совокупности действий нескольких ламп и соответствующих схемах включения);

- стробоскопический эффект – искажение зрительного восприятия в пульсирующем световом потоке (например, вращающиеся части оборудования могут восприниматься как неподвижные или движущиеся в обратном направлении), что создает травмоопасную ситуацию.

Газоразрядные лампы высокого давления. Различают дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ), дуговые ртутные лампы с добавкой металлов (ДРИ), ксеноновые газоразрядные лампы (ДКсТ), натриевые газоразрядные лампы (ДНаТ).

Устройство дуговой ртутной лампы (ДРЛ) показано на рис. 5.11. Разрядная кварцевая трубка 1, называемая горелкой, закреплена держателями 2 на ножке 3, герметично впаянной во внешнюю колбу 5. Стеклянная колба в виде грушеобразного баллона служит для изоляции горелки от окружающей среды. Пространство между горелкой и колбой заполняется техническим аргоном. На внутренней поверхности колбы нанесен люминофор. У мощных ламп горелка поддерживается еще и пружинящим держателем, упирающимся во внешнюю колбу. Для облегчения зажигания и улучшения условий работы электродов 7, установленных по концам разрядной трубки, в горелку вводится дозированное количество ртути и аргона. Кроме основных электродов, в лампе имеются поджигающие электроды 8, расположенные вблизи основных и электрически соединенные с противоположными электродами через ограничительные сопротивления 9. На внешней колбе с помощью высокотемпературной мастики крепится стандартный резьбовой цоколь 4. Между горелкой и цоколем установлен тепловой экран 6.

Рис. 5.11. Ртутная лампа высокого давления ДРЛ

Лампы ДРЛ позволяют создать большие уровни освещенности без значительных затрат на электроэнергию и применяются в высоких цехах при наличии пыли, дыма и копоти в воздухе. Используются для освещения территорий предприятий, населенных пунктов, а также производственных помещений большой высоты.

Достоинства ДРЛ по сравнению с люминесцентными лампами:

- более высокая световая отдача (до 55 лм/Вт);

- больший срок службы (10 000 – 15 000 ч);

- компактность;

- устойчивость к условиям внешней среды;

- меньшая чувствительность к колебаниям напряжения.

Недостатки:

- длительность разгорания при включении (до 7 мин);

- большая пульсация светового потока;

- значительное снижение светового потока к концу срока службы;

- преобладание в спектре лучей сине-зеленой части (что исключает их применение, когда объектами различения являются лица людей или окрашенные поверхности).

В тех случаях, когда нельзя использовать лампы ДРЛ, применяются дуговые ртутные лампы с добавкой йодидов металлов (ДРИ), их часто называют металлогалогенными. Они являются одним из наиболее экономичных источников света общего назначения, что позволяет использовать их для освещения производственных помещений большой высоты и площади, строительных площадок, карьеров, а также других мест работы под открытым небом.

Достоинства ДРИ по сравнению с ДРЛ:

- высокая световая отдача (75 – 100 лм/Вт);

- лучшая цветопередача.

Недостатки:

- небольшой срок службы (2 000 – 5 000 ч);

- сложная система включения.

Ксеноновые газоразрядные лампы (дуговые ксеноновые трубчатые). Спектр излучения ксеноновых ламп почти полностью воспроизводит спектр солнечного света, что позволяет правильно воспринимать цветовые оттенки. Лампы применяются только для освещения территорий предприятия в связи с опасностью ультрафиолетового облучения работающих в помещении.

Достоинства: лампы ДКсТ выпускаются на единичные мощности от 5 до 10 кВт и имеют самый близкий к естественному свету спектральный состав. Но это их достоинство не используется, поскольку внутри зданий они не применяются.

Недостатки: большая пульсация светового потока, избыток в спектре ультрафиолетовых лучей, вызывающий необходимость создания защитных колб; малая надежность пусковых устройств и сравнительно низкая отдача светового потока (по сравнению с ДРЛ, ДРИ, ДНаТ и галогенными источниками повышенной мощности).

Натриевые газоразрядные лампы обладают наивысшей эффективностью и удовлетворительной цветопередачей. Их применяют для освещения цехов большой высоты, где требования к цветопередаче невысоки.

Достоинства: высокая световая отдача (80 – 150 лм/Вт); большой срок службы (16 000 – 28 000 ч); одна лампа ДНаТ мощностью 250 Вт заменяет по световому потоку две лампы ДРЛ мощностью 250 Вт или три лампы накаливания мощностью по 500 Вт.

Недостатки: низкая цветопередача, поэтому в первую очередь они применяются для освещения автомагистралей, туннелей, протяженных складских помещений, растений в теплицах, в архитектурной подсветке и для освещения больших открытых пространств.

Целью нормирования освещения является создание в освещаемом помещении световой среды, обеспечивающей светотехническую эффективность систем освещения с учетом требований физиологии зрения, гигиены труда, техники безопасности и т. п. при минимальных затратах электроэнергии и других материальных ресурсов. Световая (цветосветовая) среда помещения определяется спектральными характеристиками и распределением во времени и пространстве прямых и отраженных световых потоков, излучаемых источниками света, и ее психофизиологическое действие оценивается по критериям, характеризующим общее состояние человека. Нормирование искусственного, естественного и совмещенного освещения осуществляется по СНиП 23.05-95 «Естественное и искусственное освещение».

Естественное освещение. Вследствие непостоянства естественное освещение в течение дня и в различное время года нормируется по относительной величине – коэффициенту естественной освещенности КЕО (е). КЕО – это отношение естественной освещенности, создаваемой в заданной точке внутри помещения светом неба Е_В, к освещенности горизонтальной поверхности, создаваемой в то же время светом полностью открытого небосвода Е_н:

е = (Е_В / Е_н)·100 %. (5.14)

Нормируемое значение КЕО е_н определяется в зависимости от характеристики зрительной работы и системы освещения. Для учета особенностей светового климата в разных районах Российской Федерации КЕО следует определять по формуле:

e_N = e_н · m_N, (5.15)

где e_N – номер группы обеспеченности естественным светом; e_н – нормированное значение КЕО; m_N – коэффициент светового климата.

Величина N зависит от ориентации световых проемов по сторонам горизонта, m_N зависит от номера группы административного района. При одностороннем боковом естественном освещении нормируется КЕО в точке, расположенной на расстоянии 1,0 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (как правило, 0,8 м от пола). При верхнем или комбинированном естественном освещении нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещений и условной рабочей поверхности. Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1,0 м от поверхности стен или перегородок.

Искусственное освещение. В действующих нормах установлены количественные величины – минимальная освещенность Е, а также качественные – показатель ослепленности P и коэффициент пульсации КП. Абсолютное значение уровня освещенности Е нормируется в зависимости от характеристики зрительной работы, которая определяется линейным размером объекта различения, контрастом между объектом различения и фоном, характеристикой фона, типом источника света и системы освещения.

Для промышленных условий установлено восемь разрядов зрительной работы (строительные нормы и правила СНиП 23-05-95), которые зависят от наименьшего или эквивалентного размера объекта различения: I – работа наивысшей точности, II – очень высокой, III – высокой, IV – средней, V – малой точности, VI – грубая работа (очень малой точности), VII – работа с самосветящимися объектами и изделиями в горячих цехах, VIII – общее наблюдение за ходом производственного процесса и общее наблюдение за инженерными коммуникациями (табл. 5.3).

Подразряды зрительной работы зависят от контраста объекта с фоном и характеристики фона, например подразряд «а» означает малый контраст и темный фон.

Таблица 5.3