OŚWIETLENIE POMIESZCZEC Oświetlenie -stosowanie światła w celu uwidocznienia miejsc, obiektów lub ich otoczenia. widzenie fotopowe -krzywa V Oko przystosowane do jasności ma największą czułość względną na promieniowanie o długości fali = 555 nm widzenie skotopowe - krzywa V
Oko przystosowane do ciemności ma największą czułość względną przy = 507 nm. Obserwator fotometryczny normalny (CIE): idealny obserwator, którego krzywa względnej czułości widmowej jest zgodna z funkcją V() w warunkach widzenia fotopowego (dziennego - przy którym postrzegane są wrażenia barwne) i funkcją V () w warunkach widzenia skotopowego (zmierzchowego). Rysunek 2. Krzywe czułości oka ludzkiego przy widzeniu fotopowym (V) oraz skotopowym (V') Pojęcia podstawowe fotometrii Wielkości fotometryczne (świetlne) są to wielkości fizyczne oceniane na podstawie wywoływanych wrażeńświetlnych. 1. Strumieńświetlny 2. Światłość 3. Natężenie oświetlenia 4. Luminancja 5. Współczynnik odbicia ad 1). Strumieńświetlny Ś Strumieńświetlny jest to strumień energetyczny oceniany przez normalnego obserwatora fotometrycznego CIE, charakteryzującego się krzywą czułości oka V. " dla promieniowania monochromatycznego o długości fali , Ś = Km P V [lm] gdzie: P - moc promieniowania energetycznego Km - fotometryczny równoważnik promieniowania (Km = 683 Im/W dla widzenia fotopowego) V- stosunek wielkości wrażenia świetlnego, wywołanego promieniowaniem o długości fali , do wielkości wrażenia świetlnego wywołanego promieniowaniem o takiej samej mocy lecz odługości fali 555 nm, ad 2) Światłość (w określonym kierunku) I Rozpatrując punktowe zródło światła wysyłające strumieńświetlny Ś we wszystkich kierunkach możemy określić gęstość kątową strumienia świetlnego w danym kierunku jako stosunek dŚ/d, gdzie d jest małym kątem obejmującym dany kierunek. Światłość mierzymy w kandelach lm Ą# ń# [cd] = ó# Ą# sr Ł# Ś# ad 3) Natężenie oświetlenia E Natężenie oświetlenia - jest to gęstość powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na daną powierzchnię. lm Ą# ń# [lx] = Natężenie oświetlenia mierzymy w luksach 2 ó#m Ą# Ł# Ś# Natężenie oświetlenia jest addytywne tzn. natężenie oświetlenia na płaszczyznie oświetlanej przez dwa zródła światła równe jest sumie natężeń od poszczególnych zródeł. ad 4) Luminancja L Luminancją powierzchni świecącej w danym kierunku (ą) nazywamy stosunek światłości tej powierzchni w danym kierunku Ią do pola rzutu tej powierzchni na płaszczyznę prostopadłą do danego kierunku (czyli do tzw. powierzchni pozornej). Jednostka luminancji jest cd/m2. Ią Ią L = = S' S " cosą Jednostka luminancji jest [cd/m2] ad 5) Współczynnik odbicia Współczynnik odbicia - jest to stosunek strumienia świetlnego odbitego (Ś) do strumienia świetlnego padającego (Ś): = Ś/ Ś Dla powierzchni odbijających światło w sposób idealnie rozproszony luminancja tej powierzchni może być wyliczona następująco: " E L = Ą gdzie: E - natężenie oświetlenia na płaszczyznie, - współczynnik odbicia Ą = 3,14 Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje odbicia światła od powierzchni: " odbicie kierunkowe - odbicia odpowiadające prawom optycznym odbicia w zwierciadle, tzn. promień padający, odbity i normalna do powierzchni w punkcie odbicia leżą w jednej płaszczyznie, a kąty padania i odbicia są sobie równe. " odbicie rozproszone - odbita wiązka światła rozchodzi się we wszystkich kierunkach w obrębie kąta bryłowego (równego lub mniejszego niż 2Ą), który zawsze jest większy od kąta bryłowego w którym zawarta jest wiązka światła padającego. " odbicia kierunkowo - rozproszone - są to odbicia częściowo kierunkowe i częściowo rozproszone. O kształcie bryły fotometrycznej światła odbitego decyduje przewaga jednego ze sposobów odbicia: kierunkowego lub rozproszonego. OŚWIETLENIE WNTRZ ŚWIATAEM ELEKTRYCZNYM Podstawowe rodzaje oświetlenia (ze względu na sposób rozmieszczania opraw oświetleniowych we wnętrzu): " oświetlenie ogólne - oświetlenie przestrzeni bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jej części, " oświetlenie miejscowe - oświetlenie niektórych części przestrzeni, np. miejsc pracy, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych, w celu zwiększenia natężenia oświetlenia niektórych jej części, " oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego i oświetlenia miejscowego. " Za ekonomiczne wskazanie stosowania wyłącznie oświetlenia ogólnego jest wymagany poziom natężenia oświetlenia do 200 lx. " Oświetlenie złożone powinno stosować się wszędzie tam, gdzie wymagany poziom natężenia oświetlenia wynosi powyżej 700 lx. " Przy oświetleniu złożonym wymaga się, aby co najmniej 20% wymaganego poziomu natężenia oświetlenia pochodziła od oświetlenia ogólnego. Podstawowe parametry oświetlenia określające otoczenie świetlne wg normy: A. rozkład luminancji B. natężenie oświetlenia C. równomierność oświetlenia D. olśnienie E. oddawanie barw i postrzeganie barwy światła F. kierunkowość światła G. migotanie H. oświetlenie elektryczne uzupełniające światło dzienne. ad A) Rozkład luminancji Luminancję powierzchni można określić w najprostszy sposób za pomocą jej współczynnika odbicia i natężenia oświetlenia na tej powierzchni. Podane w omawianej normie zakresy współczynników odbicia głównych powierzchni we wnętrzach: sufit 0,6 0,9; ściany 0,3 0,8; podłoga 0,1 0,5. Współczynnik odbicia dla płaszczyzny pracy powinien wynosić: 0,2 0,6 0,6 0,9 0,3 0,8 0,2 0,6 0,1 0,5 ad B) Natężenie oświetlenia a)Wymagane wartości natężenia oświetlenia w polu zadania wzrokowego Wielkość pozorną szczegółu określa wzór: L w = 103 d gdzie: L - odległość szczegółu od oczu (m) d - najmniejszy wymiar szczegółu (mm). Im większa wielkość pozorna szczegółu pracy wzrokowej, tym wymagany poziom natężenia oświetlenia jest większy (tabela ). Tabela. Najmniejsze dopuszczalne wartości średniego natężenia oświetlenia a wielkość szczegółu pracy wzrokowej Wielkość pozorna szczegółu pracy Średnie natężenia oświetlenia wzrokowej [lx] 850-1150 duża 150 1150-1500 średnia 200 1500-1900 dość mała 300 1900-2450 mała 500 2450 - 3200 bardzo mała 1000 3200-4100 krańcowo mała 2000 Wymagane wartości natężenia oświetlenia w polu zadania wzrokowego W omawianej normie przyjęto, że wymagane natężenie oświetlenia w celu dostrzeżenia rysów ludzkiej twarzy w normalnych warunkach oświetleniowych, powinno być nie mniejsze niż 20 lx. Jest to najniższa wartość w przyjętej w tej normie skali stopniowania natężenia oświetlenia: 20 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 -500 - 750 - 1 000 - 1 500 - 2 000 - 3 000 -5 000 lx. Minimalnej wartości eksploatacyjnego natężenia oświetlenia wynoszącego 200 lx w obszarach, w których bez przerwy wykonywane są zadania wzrokowe. ANALITYKA ŚRODOWISKA PRACY - dr Janusz Pusz Nowym pojęciem wprowadzonym w tej normie jest natężenie oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia (rys.). x zadanie wzrokowe x x x obszar bezposredniego xmin = 0,5 m otoczenia Rys. Zadania wzrokowe a obszar bezpośredniego otoczenia b) Natężenie oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia powinno 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 Obszar bezpośredniego otoczenia e" 750 500 500 300 300 200 d" 200 E obszaru zadania wzrokowego C) Równomierność oświetlenia Równomierność oświetlenia (na danej powierzchni) jest to stosunek natężenia oświetlenia najmniejszego do średniego na tej powierzchni. Emin = Eśr W obszarze samego zadania wzrokowego równomierność powinna być jak najlepsza, ale nie mniejsza niż 0,7 (e" 0,7). Natomiast równomierność natężenia oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia nie może być niższa od 0,5 (e" 0,5). ANALITYKA ŚRODOWISKA PRACY - dr Janusz Pusz D) Olśnienie Olśnieniem nazywa się pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym występuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolności rozpoznawania przedmiotów lub jedno i drugie. Z punktu widzenia warunków powstawania rozróżniamy : " olśnienie bezpośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w tym samym lub prawie tym samym kierunku co przedmiot obserwowany; " olśnienie pośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w innym kierunku niż przedmiot obserwowany; " olśnienie odbiciowe - spowodowane przez kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów. Rysunek. Określenie kierunku pochodzenia olśnienia bezpośredniego i odbiciowego Rysunek. Strefa ograniczenia luminancji zródeł światła wyznaczona kątami 450 do 900, licząc od pionu Z punktu widzenia występujących skutków rozróżniamy olśnienia : " olśnienie przykre wywołuje uczucie przykrości, niewygody, rozdrażnienia be zmniejszenia zdolności widzenia, " olśnienie przeszkadzające zmniejsza zdolność widzenia na bardzo krótki czas; " olśnienie oślepiające olśnienie tak silne, że przez pewien zauważalny czas żaden przedmiot nie może być spostrzeżony. F) Aspekty barwne (Colour aspects) Zarówno w tej normie, jak i w literaturze oświetleniowej cechy barwne zródeł światła emitujących światło o barwie bliskiej do białej, opisane są za pomocą dwóch niezależnych właściwości: UGR = 8 log 1. barwy światła emitowanej przez samo zródło (barwa postrzegana) 2. zdolności oddawania barw wpływu na wygląd przedmiotów oświetlanych przez to zródło. ad 1. Barwa postrzegana (Colour appearance) Barwa postrzegana zródła światła określona jest liczbowo przez tzw. temperaturę barwową najbliższą (TCP) wyrażaną w Kelwinach . UGR = 8 log W omawianej normie przyjęto następujące zakresy temperatury barwowej najbliższej i przypisano im odpowiednie nazwy barwy: ciepła, poniżej 3 300 K pośrednia, od 3 300 do 5 300 K chłodna (zimna), powyżej 5 300 K. ad 2. Oddawanie barw W celu zapewnienia obiektywnej informacji o właściwościach oddawania barw przez zródło światła, został wprowadzony wskaznik oddawania barw Ra. Wartością maksymalną Ra jest 100. yródła światła o wskazniku oddawania barw niższym niż 80 nie mogą być stosowane we wnętrzach, gdzie ludzie pracują lub przebywają przez dłuższy czas. UGR = 8 log bardzo dużym, Ra e" 90, dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy dużym, 90 > Ra e" 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych średnim oraz ewentualnie małym, 80 > Ra e" 40, inne prace, jak np. walcownie, kuznie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz wszędzie tam, gdzie rozróżnianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego znaczenia. PRZYKAADOWA TABELA Z WYMAGANIAMI OŚWIETLENIOWYMI NA STANOWISKACH PRACY, NA KTÓRYCH WYKONUJE SI OBRÓBK I PRZETWARZANIE METALI Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności Em [lx] UGR Ra 2.13.1 Kucie swobodne 200 25 60 2.13.2 Kucie matrycowe 300 25 60 2.13.3 Spawanie 300 25 60 2.13.4 Zgrubna i średnia obróbka mechaniczna; 300 22 60 tolerancja obróbki e" 0,1 mm 2.13.5 Precyzyjna obróbka mechaniczna, 500 19 60 szlifowanie; tolerancja obróbki < 0,1 mm 2.13.6 Trasowanie, kontrola 750 19 60 2.13.10 Produkcja narzędzi, wyrób sprzętu do 750 19 60 skrawania 2.13.11 Montaż: 200 25 80 zgrubny 300 25 80 średni 500 22 80 dokładny 750 19 80 precyzyjny 2.13.13 Przygotowanie powierzchni, malowanie 750 25 80 PRZYKAADOWA TABELA Z WYMAGANIAMI OŚWIETLENIOWYMI DLA POMIESZCZEC BIUROWYCH Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności UGR Ra Em [lx] 3.1 Segregowanie, kopiowanie 300 19 80 3.2 Pisanie ręczne, pisanie na maszynie, 500 19 80 czytanie obsługiwanie klawiatury, przetwarzanie danych 3.3 Kreślarnie 750 16 80 3.4 Stanowiska projektowania wspomagane 500 19 80 komputerowo 3.5 Sale posiedzeń i konferencyjne 500 19 80 TABELA : Strefy komunikacyjne i obszary ogólnego przeznaczenia w budynkach Nr Rodzaj wnętrz, zadania lub czynności UGR Ra Em [lx] 100 28 40 Strefy komunikacyjne i korytarze 1.1.1 1.1.2 150 25 40 Schody, ruchome schody i chodniki ANALITYKA ŚRODOWISKA PRACY - dr Janusz Pusz SPOSÓB POMIARU PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW OŚWIETLENIA Pomiar natężenia oświetlenia Stosowany miernik Natężenie oświetlenia mierzone jest miernikiem zwanym luksomierzem, który wyposażony jest w fotoelektryczne ogniwo selenowe (lub krzemowe), którego czułość względna dopasowana jest do czułości względnej oka ludzkiego. Miernik wyskalowany jest w luksach, tak że odczytywana jest bezpośrednio wartość natężenia oświetlenia w danym (mierzonym) punkcie. Luksomierz precyzyjny L-50 (L-100, L-51, L-52, LS-200) L-50 jest dokładnym (klasa dokładności A wg CIE), wysokiej jakości luksomierzem przeznaczonym do pomiarów natężenia oświetlenia w zakresie 0,1 lx 199,9 klx. Posiada krzemowe fotoogniwo skorygowane widmowo do względnej skuteczności biologicznej widzenia fotopowego V () oraz kierunkowo do krzywej cosinus. Doskonałe dopasowanie czułości spektralnej głowicy fotometrycznej do krzywej V() gwarantuje prawidłowy pomiar natężenia oświetlenia niezależnie od charakteru promieniowania i nie wymaga stosowania współczynników korekcyjnych dla różnych zródeł światła. Do najistotniejszych warunków dokładności pomiarów luksomierzem należą: " okresowe sprawdzanie prawidłowości wzorcowania luksomierza (z upływem czasu prąd fotoelektryczny ogniwa może ulegać znacznym zmianom przy tym samym natężeniu oświetlenia); " nie zasłanianie przez obserwatora ogniwa fotoelektrycznego w czasie pomiaru; " przed przystąpieniem do pomiarów - naświetlać ogniwo przez 10- 15 min światłem o natężeniu równym bądz większym od mierzonego (jest to tzw. dojrzewanie ogniwa). Określenie płaszczyzny roboczej oraz rozmieszczenie punktów pomiarowych Pomiary natężenia oświetlenia wykonujemy na płaszczyznie roboczej Najczęściej płaszczyzna robocza jest płaszczyzną poziomą. Jeśli nie ma ustalonej wysokości płaszczyzny roboczej (np. poprzez wysokość płaszczyzny blatu stołu itp.) wówczas przyjmuje się płaszczyznę poziomą na wysokości 0,85 m nad podłogą. W strefach komunikacyjnych, na schodach oraz w pomieszczeniach sanitarnych przyjmuje się płaszczyznę roboczą na wysokości podłogi (schodów). Ustalenie punktów pomiarowych Pomiary natężenia oświetlenia należy wykonać równomiernie w całym pomieszczeniu (na płaszczyznie roboczej). Badaną płaszczyznę należy podzielić na odpowiednią liczbę części. Wymiary i liczba tych części zależą od wymiarów badanej płaszczyzny. Dopuszcza się zwiększenie wielkości kwadratów i ograniczenie W pomieszczeniach z oświetleniem ogólnym, nie przeznaczonych liczby punktów pomiarowych w równomiernie oświetlonym do pracy (korytarze, hole, itp.) lub pustych (bez urządzeń pomieszczeniu, wówczas najmniejszą dopuszczalną liczbę punktów pomiarowych dobiera się (tabela 9) na podstawie produkcyjnych i mebli) obliczonego wskaznika pomieszczenia w", który obliczany jest ze wzoru: gdzie: P, Q - całą powierzchniędługość i szerokość pomieszczenia wnętrza należy podzielić na kwadraty o boku 1 Hm - wysokość zawieszenia opraw nad powierzchnią roboczą m i mierzyć natężenie oświetlenia w punktach pomiarowych położonych w środku każdego kwadratu, na wysokości płaszczyzny roboczej. Dopuszcza się zwiększenie wielkości kwadratów i ograniczenie liczby punktów pomiarowych w równomiernie oświetlonym pomieszczeniu, wówczas najmniejszą dopuszczalną liczbę punktów pomiarowych dobiera się (tabela) na podstawie obliczonego wskaznika pomieszczenia w", który obliczany jest ze wzoru: P "Q W = Hm(P + Q) gdzie: P, Q - długość i szerokość pomieszczenia Hm - wysokość zawieszenia opraw nad powierzchnią roboczą Tabela. Najmniejsza liczba punktów pomiarowych w zależności od wskaznika pomieszczenia Wskaznik pomieszczenia [w] Liczba punktów pomiarowych w < 1 4 d" 1 w < 2 9 d" 2 w < 3 16 e" w 3 25 Rys. Dwa warianty wyboru punktów pomiarowych we wnętrzu Określenie średniego natężenia oświetlenia i równomierności oświetlenia Średnie natężenie oświetlenia na płaszczyznie roboczej Eśr wylicza się ze wzoru: Eśr = (E1 + E2 + ...+ En) / n gdzie: n - liczba pomiarów. Przy obliczaniu średniego natężenia oświetlenia we wnętrzu nie bierze się pod uwagę (do obliczeń) pasa przy ścianach o szerokości 0,5 m, z wyjątkiem tych sytuacji, gdy stanowisko pracy mieści się w tym pasie.) Eśr = (E1 + E2 + ...+ En) / n Równomierność oświetlenia oblicza się następująco: Emin = Eśr gdzie: Emin - wartość minimalna z pomiarów (bez pasa przy ścianach) Pomiar współczynnika odbicia W celu wyznaczenia współczynnika odbicia wykonujemy dwukrotny pomiar natężenia oświetlenia: 1. na badanej powierzchni Epad (pomiar w miejscu w miarę równomiernie oświetlonym); 2. w odległości około 30 cm od badanej powierzchni - Eodb (naprzeciwko 1-szego punktu pomiarowego - ogniwo skierowane w stronę badanej płaszczyzny). Eodb Współczynnik odbicia - obliczamy ze wzoru: = Epad Pomiar natężenia oświetlenia dziennego Oświetlenia wnętrz światłem dziennym Wartość współczynnika oświetlenia dziennego w danym punkcie płaszczyzny (e), wyraża się ilorazem natężenia oświetlenia w tym punkcie wnętrza (Ew) do równocześnie występującego natężenia oświetlenia w otwartej przestrzeni na płaszczyznie poziomej, pochodzącego od całkowitego, nie zasłoniętego nieboskłonu o założonym lub znanym rozkładzie luminancji (Ez) Rys. Wykres współczynnika oświetlenia dziennego e" w pomieszczeniu: z lewej -z oknami w jednej bocznej ścianie, z prawej - w pomieszczeniu z oknami z dwóch stron Pomiar natężenia oświetlenia dziennego " Pomiary wykonuje się w dniu, w którym powierzchnia nieba pokryta jest równomiernie chmurami, a natężenie oświetlenia na zewnątrz nie jest mniejsze od 5000 lx; " Podczas pomiarów oświetlenie elektryczne jest wyłączone; " Pomiary należy wykonywać dwoma luksomierzami przez dwie ekipy pomiarowe jednocześnie - jedna ekipa wewnątrz pomieszczenia, druga ekipa na zewnątrz budynku; " Pomiary wewnątrz budynku (pomieszczenia) wykonuje się na płaszczyznach roboczych, podobnie jak w przypadku pomiarów oświetlenia elektrycznego, z pominięciem 0.7 metrowego pasa od ściany z otworami okiennymi (w przypadku pomieszczeń z oświetleniem bocznym) , na wysokości 0.85 m nad podłogą gdy prace wykonywane są na płaszczyznach nie określonych wyraznie np. na obrabiarkach lub na płaszczyznie podłogi gdy nie występują stałe stanowiska pracy. " Obie ekipy pomiarowe ustalają moment rozpoczęcia pomiarów i odstęp czasu pomiędzy kolejnymi odczytami. " Wyniki pomiarów wpisuje się w karty pomiarowe, w których należy podać zmierzone wartości natężenia oświetlenia wewnątrz pomieszczenia i na zewnątrz pomieszczenia dla określonego punktu pomiarowego. " Na podstawie wyników pomiarów oblicza się (dla każdego punktu pomiarowego) współczynnik oświetlenia dziennego . Ocenie podlega wartość średnia (dla pomieszczeń o oświetleniu dziennym górnym i mieszanym) lub minimalna (dla pomieszczeń o oświetleniu dziennym bocznym) współczynnika oświetlenia dziennego dla danego stanowiska pracy lub pomieszczenia. Wartość tę oblicza się ze wzoru: Otrzymane wartości współczynnika oświetlenia dziennego esr lub emin nie powinny być mniejsze od wartości obowiązującej, podanej w normie PN-71/B-02380. ANALITYKA ŚRODOWISKA PRACY - dr Janusz Pusz Żarówki LED " energooszczędność i proekologiczność. Żarówki LED są obecnie najbardziej energooszczędnym zródłem światła mogącym być stosowanym zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. " odporność i bezpieczeństwo. Generalnie diody LED są bardzo odporne na warunki atmosferyczne i wstrząsy, dzięki czemu mogą być wykorzystywane w wielu różnych miejscach. Światło emitowane przez żarówki diodowe jest bezpieczne dla oczu i zdrowia. " minimalna emisja ciepła. Żarówki LED praktycznie się nie nagrzewają. " trwałość. Żarówki LED świecą ponad 100 tysięcy godzin czyli ok. 11 lat ciągłej pracy, przy czym częste włączanie i wyłączanie nie skraca ich żywotności.