Oświetlenie i kolorystyka

Najlepszym dla pracy człowieka jest naturalne oświetlenie którego źródłem jest Słońce. Skład widmowy światła słonecznego umożliwia prawidłowe rozróżnianie barw , a jego rozproszenie przez atmosferę wpływa na dobre widzenie przedmiotów. W przemyśle wykorzystuje się dwa rodzaje oświetlenia światłem naturalnym - górne i boczne.

Oświetlenie górne w budynkach parterowych i na ostatnich kondygnacjach budynków wielokondygnacyjnych. Stanowią je świetliki.

Oświetlenie boczne stosowane jest w pomieszczeniach o niewielkiej głębokości. Wielkość okien w stosunku do podłogi powinna pozostawać w określonych proporcjach do powierzchni podłogi.

1:5 dla prac precyzyjnych

1:7 dla prac średnio dokładnych

1:10 dla prac nie wymagających precyzji

Należy wziąć pod uwagę rodzaj i liczbę szyb, nachylenie szyb, kolor ścian i sufitów, położenie i wysokość budynków. ( odległość między budynkami nie mniejsza niż dwukrotna wysokość budynku) należy stosować przysłony do regulacji dostępu światła i ochrony przed nagrzaniem- (żaluzje zasłony)

Oświetlenie sztuczne

Ze względu na rodzaj zainstalowanych opraw oświetleniowych wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje oświetlenia:

• oświetlenie ogólne - równomierne oświetlenie pewnego obszaru bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jego części;

• oświetlenie miejscowe - dodatkowe oświetlenie przedmiotu pracy wzrokowej, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych - stosowane w celu zwiększenia natężenia oświetlenia, uwidocznienia szczegółów itp., załączane niezależnie od oświetlenia ogólnego;

• oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego oraz oświetlenia miejscowego.

System oświetlenia ogólnego zależnie od udziału światła bezpośredniego i odbitego dzieli się na :

Bezpośrednie przy zastosowaniu opraw zamontowanych na suficie lub wbudowanych w sufit podwieszany, których ponad 90% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę roboczą;

Pośrednie przy zastosowaniu opraw stojących (czasami kinkietów) lub zwieszakowych, których do 10% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę roboczą

Bezpośrednio-pośrednie lub pośrednio-bezpośrednie - najczęściej realizowane jest za pomocą opraw zamontowanych na zwieszakach, których od 10% do 90% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę roboczą (lub odwrotnie);

Do podstawowych parametrów określających otoczenie świetlne zalicza się [PN- -EN 12464-1:2003 (U). Technika świetlna. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy wewnątrz pomieszczeń]

• rozkład luminancji

• natężenie oświetlenia

• olśnienie

• kierunkowość światła

• oddawanie barw i postrzeganie barwy światła

• migotanie

Rozkład luminancji

Luminancja jest miarą natężenia oświetlenia w danym kierunku. Opisuje ilość światła, które przechodzi lub jest emitowane przez określoną powierzchnię i mieści się w zadanym kącie bryłowym. Jest to miara wrażenia wzrokowego, które odbiera oko ze świecącej powierzchni. [cd/m²]

Luminancję powierzchni można określić w najprostszy sposób za pomocą jej współczynnika odbicia i natężenia oświetlenia na tej powierzchni.
Rozkład luminancji we wnętrzu określa się poprzez podanie charakterystycznych dla wnętrza kontrastów luminancji wyodrębnionych pól w bliższym i dalszym otoczeniu użytkownika albo przez podanie wartości współczynników odbicia. Ogólnie wymaga się możliwie równomiernego rozkładu luminancji polu widzenia, gdyż takie warunki zapewniają użytkownikowi lepszą ostrość wzroku, czułość kontrastową i polepszenie wydolności funkcji wzroku takich jak: akomodacja, adaptacja, ruchy oczu i zwężanie źrenicy.

  Rozkład luminancji we wnętrzu jest też czynnikiem wpływającym pośrednio, ale w sposób istotny na jakość widzenia. Stanowi on również w znacznym stopniu o nastroju we wnętrzu i jego dekoracyjności. Na ogół wymagana jest znajomość luminancji ścian i sufitu wnętrza, a także luminancji płaszczyzny roboczej i przedmiotów na niej występujących.

W normie PN-EN 12464-1:2004 podane są zakresy zalecanych współczynników odbicia dla głównych powierzchni we wnętrzach:

• 0,6 ÷ 0,9 sufit,

• 0,3 ÷ 0,8 ściany,

• 0,2 ÷ 0,6 płaszczyzna robocza,

• 0,1 ÷ 0,5 podłoga.

Natężenie oświetlenia - gęstość strumienia świetlnego padającego na daną powierzchnię. Jest jedyną wielkością światła, która nie charakteryzuje samego źródła światła, lecz jasność oświetlenia powierzchni. Jest to miara wrażenia wzrokowego, które odbiera oko ze świecącej powierzchni.

Jednostką natężenia oświetlenia jest lux czyli lumen na m². Lumen jest jednostką strumienia świetlnego.

Inne parametry związane ze światłem:

Strumień świetlny – wielkość fizyczna określająca całkowitą moc światła emitowanego z danego źródła światła mogącego wywołać określone wrażenie wzrokowe. Wielkość tę określa się na podstawie stopnia oddziaływania światła na oko standardowego obserwatora. Izotropowe źródło punktowe, którego światłość jest równa 1 kandeli, emituje strumień 4π lumenów.

Światłość- wielkość charakteryzująca wizualną jasność źródła światła. Jednostką światłości jest kandela.

Określenie właściwego poziomu natężenia oświetlenia we wnętrzu lub na stanowisku pracy jest jednym z podstawowych problemów techniki oświetlania. Poziom natężenia oświetlenia potrzebny do wykonywania określonej pracy wzrokowej dobiera się w zależności od:

• stopnia trudności pracy wzrokowej

• wielkości pozornej szczegółu pracy wzrokowej.
  O stopniu trudności pracy wzrokowej decyduje:

• współczynnik odbicia przedmiotu pracy

• wielkość kontrastu jaskrawości szczegółu przedmiotu z jego tłem.

Im mniejszy jest współczynnik odbicia (tzn. bliższy zeru) i kontrast szczegółu z tłem, tym większy jest stopień trudności pracy wzrokowej.

Projektant oświetlenia może zwiększyć poziom natężenia o co najmniej jeden stopień (wg skali wartości natężeń oświetlenia) w następujących sytuacjach, odbiegających

od warunków normalnych, gdy wykonywana praca wzrokowa jest skrajnie trudna

• naprawianie popełnionych błędów jest bardzo kosztowne

• zwiększona dokładność lub wyższa wydajność ma szczególnie duże znaczenie

• zdolność widzenia jest gorsza niż normalna

• przedmioty pracy wzrokowej mają wyjątkowo małe rozmiary lub małą wartość kontrastu

• określone czynności mają być wykonywane w wyjątkowo długim czasie

W normie PN-EN wprowadzono nowy zapis dotyczący przypadków, kiedy wartość natężenia oświetlenia może być zmniejszona przez projektanta oświetlenia o co najmniej jeden stopień. Dotyczy to sytuacji, gdy:

• przedmioty pracy wzrokowej są niezwykle dużych rozmiarów lub o niezwykle wysokiej wartości kontrastu .

• zadanie wzrokowe ma być wykonywane w nieograniczenie krótkim czasie .

Poziomy natężenia oświetlenia zostały przyjęte wg następującego szeregu: 20,30,50,75,100,150,200,300,500,750,1000,1500,2000,3000,5000.

Zastosowana krotność tej skali, o wartości około 1,5, przedstawia najmniejszą istotną różnicę w subiektywnym poziomie natężenia oświetlenia.

Przykłady wymagań oświetleniowych dla różnych rodzajów pracy

• 20 – orientacja w pomieszczeniach, rozpoznanie rysów twarzy, oświetlenie piwnic i strychów

• 100 – praca nieciągła i czynności dorywcze jak obsługa kotłów CO;, niektórych urządzeń technologicznych, miejsca codziennej obsługi, mycia i czyszczenia samochodów w garażach oraz w pomieszczeniach sanitarnych, holach wejściowych

• 200 – praca przy ograniczonych wymaganiach wzrokowych jak prace ślusarskie i na obrabiarkach do metali, wyrób akumulatorów, kabli, oraz w jadalniach, świetlicach, bufetach, salach gimnastycznych, aulach, portierniach

• 500 – praca przy dużych wymaganiach wzrokowych, np. dokładne prace ślusarskie i na obrabiarkach metali, ręczne rytownictwo, repasacja, szycie, drukowanie tkanin, druk ręczny

• 1 000 – długotrwała i wyjątkowo wytężona praca wzrokowa jak np. montaż najmniejszych elementów elektronicznych, kontrola wyrobów włókienniczych;

• Wyższe poziomy natężenia oświetlenia np. przy operacjach chirurgicznych.

Istotnym parametrem związanym z natężeniem oświetlenia jest natężenie oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia

Obszar bezpośredniego otoczenia obszar o szerokości co najmniej 0,5 m, otaczający obszar zadania wzrokowego będący w zasięgu pola widzenia.
Powinno ono zależeć od natężenia oświetlenia obszaru pracy (obszaru zadania wzrokowego) – może być od niego mniejsze, ale ma zapewniać równomierny rozkład luminancji w polu widzenia. Jednak nie może być mniejsze od następujących zależności pomiędzy wartościami natężenia oświetlenia, w lx:

Obszar zadania wzrokowego (Etask).	Obszar bezpośredniego otoczenia
≥750	500
500	300
300	200
≤200	E obszaru zadania wzrokowego (Etask).

Z tabeli wynika ,że tam, gdzie to możliwe można używać oświetlenia złożonego.

Równomierność oświetlenia

Równomierność oświetlenia (d) na danej płaszczyźnie wyznacza się jako iloraz najmniejszej zmierzonej wartości natężenia oświetlenia występującej na danej płaszczyźnie (E_min) do średniego natężenia oświetlenia na tej płaszczyźnie (E_śr):
d = E_min/E_śr, gdzie:
E_śr = (E₁ + E₂ + ...+ E_n) / n; n - liczba punktów pomiarowych;
E₁ ÷ E_n - wyniki pomiarów w kolejnych punktach pomiarowych. Dla czynności ciągłych przyjmuje się, że równomierność oświetlenia w obszarze zadania wzrokowego powinna wynosić co najmniej 0,7.Natomiast równomierność natężenia oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia nie może być niższa od 0,5.

Oświetlenie kierunkowe

Oświetlenie to ma zastosowanie do intensywnego oświetlenia przedmiotów, ujawnienia struktury powierzchni i poprawy wyeksponowania osób w przestrzeni, a także do oświetlenia zadania wzrokowego, przez co może również wpływać na jego widoczność. Tę właściwość określa się terminem „modelowanie oświetlenia”. Modelowanie oświetlenia stosuje się w celu stworzenia równowagi między światłem rozproszonym i kierunkowym. Światło kierunkowe służy wydobyciu cieni a więc przestrzennej geometrii brył, światło rozproszone sprawia że wszystkie obiekty są równomiernie oświetlone. Znaczna przewaga jednego typu świtała pogarsza warunku pracy wzrokowej albo estetykę pomieszczeń.

Migotanie i efekt stroboskopowy

Migotanie jest to odczucie niestabilności wrażenia wzrokowego powodowane przez bodziec świetlny, którego luminancja lub rozkład widmowy zmieniają się w czasie.

Możliwe przyczyny:

zasilaniem źródeł wyładowczych z magnetycznym układem stabilizująco-zapłonowym z sieci o częstotliwości 50 Hz (najczęściej),

uszkodzenie tych układów

uszkodzenie źródeł światła

spadki napięcia zasilającego urządzenie oświetleniowe.

Aktualnie wykorzystywane do ogólnych celów oświetleniowych źródła światła zasilane są prądem przemiennym o częstotliwości 50 Hz. Wówczas częstotliwość zmian światła, wynosi 100 Hz.

W przypadku oświetlania stanowisk pracy z wirującymi elementami czy źródłami wyładowczymi (świetlówki, rtęciówki, sodówki) może wystąpić efekt stroboskopowy, czyli pozorny bezruch tych elementów, poruszanie się z inną prędkością albo w przeciwnym kierunku.
Działania ograniczające lub eliminujące występowanie tego efektu oraz tętnienia światła polegają między innymi na: zasilaniu sąsiednich opraw z różnych faz, stosowaniu układu antystroboskopowego w oprawach oświetleniowych lub elektronicznego układu stabilizująco-zapłonowego (podwyższającego częstotliwość zasilania samych źródeł światła).

Pomimo że tętnienie światła jest zaliczane jedynie do czynników uciążliwych, niemniej jednak wymaga ograniczenia, ponieważ może niekorzystnie wpływać na samopoczucie człowieka.

Barwa światła i oddawanie barw czyli aspekty barwne światła

Barwę światła określa się za pomocą tzw. temperatury barwowej i podaje się ją w kelwinach. Temperatura barwowa to obiektywna miara wrażenia barwy danego źródła światła. Źródła, które emitują białą barwę światła można podzielić, w zależności od ich temperatury barwowej, na trzy grupy:

1. ciepła (poniżej 3 000 K),

2. pośrednia (od 3 300 do 5 300 K)

3. zimna (powyżej 5 300 K do 6 500 K).

Wraz ze wzrostem wartości średniej wymaganego natężenia oświetlenia powinna wzrastać wartość temperatury barwowej stosowanych źródeł światła.

• 2000 K - barwa światła świeczki

• 2800 K - barwa bardzo ciepłobiała (żarówkowa)

• 3000 K - wschód i zachód Słońca

• 4000 K - barwa biała

• 5000 K - barwa chłodnobiała

• 6500 K - barwa dzienna

• 10000-15000 K - barwa czystego niebieskiego nieba

• 28000-30000 K - błyskawica

Barwa przedmiotu jest wrażeniem wynikającym z trzech czynników:

• Składu widmowego światła,

• Jakościowego odbicia lub filtrowania światła,

• Działania aparatu barwoczułego oka

Właściwości oddawania barw przez źródła światła charakteryzuje się tzw. ogólnym współczynnikiem oddawania barw (R_a). Jest on miarą stopnia zgodności wrażenia barwy przedmiotu oświetlonego danym źródłem światła z wrażeniem barwy tego samego przedmiotu oświetlonego odniesieniowym źródłem światła w określonych warunkach. Maksymalna możliwa wartość tego wskaźnika wynosi 100. Przyjmuje się ją dla światła dziennego i większości źródeł żarowych. Wskaźnik 0 oznacza światło monochromatyczne (jednobarwne). Im wyższe jest wymaganie dotyczące właściwego postrzegania barw, jak np. w przemyśle poligraficznym, tekstylnym, tym wskaźnik oddawania barw powinien być bliższy wartości 100.

  Zgodnie z PN-EN 12464-1:2004 we wnętrzach, gdzie ludzie pracują lub przebywają przez dłuższy czas zaleca się stosowania źródeł światła o wskaźniku oddawania barw co najmniej 80.
  W zależności od wykonywanych czynności zaleca się stosowanie źródeł światła o współczynniku oddawania barw R_a:

• bardzo dużym, R_a ≥ 90, dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy

• dużym, 90 > R_a ≥ 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych

• średnim oraz ewentualnie małym, 80 > R_a ≥ 40, inne prace, jak np. walcownie, kuźnie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz wszędzie tam, gdzie rozróżnianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego znaczenia.

ROLA BARW we wnętrzach

Działanie barw:

1. estetyczne

2. psychologiczne,

3. fizjologiczne

Ocena estetyczna ( ładne, nieładne) jest wynikiem kultury czyli wychowania.

Działanie psychologiczne barw wynika z doświadczeń życiowych, obserwacji zjawisk w przyrodzie i ogólnie przyjętej symboliki. Oddziaływanie fizjologiczne wiąże się z energią, której nośnikiem jest barwa.

Synestezja i optyczne działanie barw

Barwa	Odczuwanie
	przestrzeni
Czerwona	przybliża
Pomarańczowa	bardzo zbliża
żółta	podwyższa
zielona	oddala
niebieska	oddala
fioletowa	bardzo przybliża
brązowa	bardzo przybliża

*synestezja - w psychologii stan lub zdolność, w której doświadczenia jednego zmysłu (np. wzroku) wywołują również doświadczenia, charakterystyczne dla innych zmysłów.

Działanie psychologiczne i fizjologiczne barw

Barwa	Działanie psychologiczne
Czerwona	Silnie pobudza umysłowo, przyśpiesza oddychanie, tętno i reakcje mięśni, kojarzy się z zagrożeniem, wywołuje nerwowość
Pomarańczowa	Nastraja pogodnie, poprawia samopoczucie zachęca do działania, pobudza do wytrzymałości,
żółta	Ożywia, nastraja pogodnie, wzbudza aktywność, inwencję, wzmaga siłę woli, przeciwdziała ociężałości fizycznej, sprzyja pracy umysłowej
zielona	Działa łagodząco i uspokajająco, wzmaga cierpliwość, sprzyja pracy koncepcyjnej wpływa kojąco na wzrok, podtrzymuje aktywność,
niebieska	Uspokaja, obniża tętno, zmniejsza napięcie nerwowe sprzyja koncentracji umysłowej,
fioletowa	Agresywna, niepokojąca, zniechęcająca
brązowa	pobudzająca

Rola barw w środowisku pracy :

• kształtowanie optymalnych warunków widzenia, spostrzegania i orientacji,

• informowanie o zagrożeniu a w konsekwencji prewencja wypadków

• poprawa samopoczucia

W większości przypadków ważniejsze jest nie tyle oddziaływanie pojedynczej barwy co efekt wywoływany przez parę albo zespół barw.Wykorzystując kontrast barwny przedmiotu pracy i tła (jasności i tonu) poprawia się warunki widzenia. (przykładowo: przedmioty brązowe są dobrze widoczne na tle jasnym zielonym albo niebieskim.

Tabela. Przykładowe kontrasty barwne wg malejącej czytelności sygnału

kolejność	Kolor znaku	Kolor tła
1	czarny	żółty
2	zielony	biały
3	czerwony	biały
4	Niebieski	biały
5	biały	niebieski