Недостаточное освещение влияет на функционирование зрительного аппарата, то есть определяет зрительную работоспособность, влияющую на психику человека, его эмоциональное состояние, вызывает усталость центральной нервной системы, возникающей в результате прилагаемых усилий для опознания четких или сомнительных сигналов.

Установлено, что свет, помимо обеспечения зрительного восприятия, воздействует на нервную оптико-вегетативную систему, систему формирования иммунной защиты, рост и развитие организма и влияет на многие основные процессы жизнедеятельности, регулируя обмен веществ и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Сравнительная оценка естественного и искусственного освещения по его влиянию на работоспособность показывает преимущество естественного света.

Важно отметить, что не только уровень освещенности, а все аспекты качества освещения оказывают влияние на организм человека. Можно упомянуть, что неравномерное освещение может создавать проблемы адаптации, снижая видимость. Работая при освещении плохого качества или низких уровней, люди могут ощущать усталость глаз и переутомление, что приводит к снижению работоспособности. В ряде случаев это может привести к головным болям. Причинами во многих случаях являются слишком низкие уровни освещенности, слепящее действие источников света и соотношение яркостей. Головные боли также могут быть вызваны пульсацией освещения. Таким образом, становится очевидно, что неправильное освещение представляет значительную угрозу для здоровья работников.

Для оптимизации условий труда имеет большое значение освещение рабочих мест. Задачи организации освещённости рабочих мест следующие: обеспечение различаемости рассматриваемых предметов, уменьшение напряжения и утомляемости органов зрения. Производственное освещение должно быть равномерным и устойчивым, иметь правильное направление светового потока, исключать слепящее действие света и образование резких теней.

Различают естественное, искусственное и совмещенное освещение.

Обследование условий освещения заключается в замерах, визуальной оценке или определении расчетным путем следующих показателей:

1. Искусственная освещенность.

2. коэффициент естественной освещенности;

3. коэффициент пульсации освещенности;

4.  яркость освещения

Нерациональное искусственное освещение может проявляться в несоответствии нормам следующих параметров световой среды: недостаточная освещенность рабочей зоны, повышенная пульсация светового потока (более 20 %), повышенная яркость. Известно, что при длительной работе в условиях недостаточной освещенности и при нарушении других параметров световой среды зрительное восприятие снижается, развивается близорукость, болезнь глаз, появляются головные боли.

Обеспечение требований санитарных норм к факторам световой среды для рабочих мест персонала, занятого на зрительно напряженных работах, и для рабочих мест в учебных классах и аудиториях образовательных учреждений является важным фактором создания комфортных условий для органа зрения.

Искусственная освещенность.

Очень важным показателем световой среды является искусственная освещенность, определяющийся прямым измерением и измеряющийся в люксах (лк).

Искусственное освещение – освещение созданное искусственными источниками света. Может быть общим, местным (локальным) или комбинированным.

Для создания общего освещения, его еще называют «верхний свет», светильники размещаются в верхней зоне помещения (потолочное или настенное расположение) равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение). Общее освещение в интерьере объединяет все пространство в единое целое и по своей интенсивности должно приближаться к естественному.

Местное освещение (или локальное) — освещение, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на освещаемых поверхностях. К местному освещению относятся настольные лампы и пр. Использование только местного освещения без общего недопустимо.

Комбинированное освещение — освещение, при котором к общему освещению добавляется местное. На практике чаще всего используется именно этот тип.

Искусственное освещение так же подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Рабочее освещение — освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещенность, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий. Рабочее освещение следует предусматривать для всех помещений зданий, а также участков открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта.

Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности и эвакуационное.

Освещение безопасности — освещение для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения.

Эвакуационное освещение — освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении освещения.

Дежурное освещение — освещение в нерабочее время.

К основным источникам искусственного освещения относятся:

·         Лампы накаливания

·         Люминесцентная лампа

·         Диодные светильники

Лампа накаливания - это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама). Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех чистых металлов (3693 К). Нить накала находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом (аргоном, криптоном, азотом). Инертный газ предохраняет  нити накаливания, от окисления. Для ламп накаливания небольшой мощности (25 Вт) изготавливают вакуумные колбы, которые не заполняются инертным газом. Стеклянная колба препятствует негативному воздействию атмосферного воздуха на вольфрамовую нить.

 Лампы накаливания делятся на разновидности:

1. Вакуумные;

2. Аргоновые (азот-аргоновые);

3. Криптоновые (+10 % яркости от аргоновых);

4. Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);

5. Галогенные (состав I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, высокий срок службы);

6. Галогенные с двумя колбами (улучшенный  галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы);

7. Ксенон-галогенные (состав Xe + I или Br, до 3х раз ярче аргоновых);

8. Ксенон-галогенные с отражателем ИК-излучения;

9. Накаливания с покрытием, преобразующим ИК-излучение в видимый диапазон (новинка). Достоинства:

невысокая стоимость;

мгновенное зажигание при включении;

небольшие габаритные размеры;

широкий диапазон мощностей.

Недостатки:

небольшая яркость;

небольшой срок службы - до 1000 часов;

низкий КПД. (только десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток) остальная энергия преобразуется в тепловую.

Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, изнутри  покрытую тонким слоем люминофора. Сама лампа заполнена инертным газом - аргоном при очень низком давлении. Внутри лампы содержится небольшое количество ртути, которая, нагреваясь, превращается в ртутные пары.

Люминесцентные лампы – это те же лампы накаливания, но с небольшими усовершенствованиями. Принцип свечения в них базируется на разогреве, вольфрамового элемента, электрический разряд в смеси инертных газов и паров ртути, который содержится в стеклянной колбе, вызывает излучение в ультрафиолетовом спектре, (т.е. невидимом для человека). Это излучение поглощается специальным составом, которым колба покрыта изнутри, что и вызывает свечение, которое человеческий глаз может воспринимать. Состав, который вызывает свечение, называется люминофором, представляет собой смесь разных веществ на основе фосфора. Он имеет различные цвета, не только белый.

Именно люминофор обеспечивает мощность свечения лампы дневного света в несколько раз выше, чем у обычных ламп накаливания (имея такой же уровень потребления электроэнергии – примерно в 5 раз), поэтому их и называют энергосберегающими. Вольфрамовая нить после розжига продолжает гореть, но лишь в качестве поддержки тлеющего разряда.

 В зависимости от назначения целевого использования, люминесцентные лампы условно разделены на категории по диапазонам температур свечения:

до 2700 градусов – лампы люминесцентные т.н. мягкого света;

от 2700 до 4200 градусов – дневного света;

от 4200 до 6400 градусов – холодного света.

В зависимости от условий предполагаемой эксплуатации, в лампах может быть встроен механизм запуска – со стартером, электронным либо электромагнитным балластом.

Также лампы могут существенно отличаться размерами и формой самих стеклянных колб, а так же могут иметь различные патроны. Зачастую встречаются прямые и спиралевидные лампы

Достоинства:

хорошая светоотдача и более высокий КПД (в сравнении с лампами накаливания);

разнообразие оттенков света;

рассеянный свет;

длительный срок службы (2000 -20000 часов в отличие от 1000 у ламп накаливания), при соблюдении определенных условий.

Недостатки:

химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);

неравномерный, неприятный для глаз, иногда вызывающий искажения цвета, освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу);

Со временем люминофор срабатывается, что приводит к изменению спектра, уменьшению светоотдачи и как следствие понижению КПД ЛЛ;

мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети;

наличие дополнительного приспособления для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (громоздкий дроссель с ненадёжным стартером);

Ртутные лампы относятся к отходам первого класса опасности и подлежат утилизации.

Светодиодный светильник - это самостоятельное устройство.  Данный светильник состоит из корпуса, светодиодного источника света и преобразователя питания.

В светодиодных лампах или светильниках (от аббревиатуры LED, Light Emitting Diode) в качестве источника света используются светодиоды,  данный вид светильников применяются для промышленного, бытового и уличного освещения.

Принцип свечения светодиодов в светодиодной лампе  позволяет использовать в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Светодиодные лампы не содержат ртутьсодержащих веществ, в отличии от энергосберегающих ламп и люминесцентные светильников, поэтому являются одним из самых экологически чистых источников света.

Преимущество светодиодного светильника - это низкое энергопотребление, средняя мощность светодиодной лампы — от 1 до 7 Вт., светильник также отличается долгим сроком службы от 30000 до 50000 и более часов, он прост в установке, имеет более низкую температура корпуса по сравнению с лампой накаливания, имеет хорошую яркость, высокую механическую прочность, зачастую небольшие габариты, к тому же LED-лампы выпускаются под все самые распространенные патроны: Е27, Е14, GU10 и MR16. 

К недостаткам можно отнести высокую стоимость ламп и светильников.

Коэффициент пульсации освещенности (Кп). Коэффициент пульсации освещенности — это критерий оценки глубины колебаний (изменений) освещенности, создаваемой осветительной установкой, во времени.

Требования к коэффициенту пульсации освещенности наиболее жесткие для рабочих мест с ПЭВМ — не более 5%. Для других видов работ требования к коэффициенту пульсации освещенности (Кп) менее жесткие, но величина Кп должна быть не более 15%. Лишь для самых грубых зрительных работ допускается большее значение (Кп), но не более 20%.

Местное освещение (если его применяют) не должно создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана ПЭВМ более 300 лк.

Освещенность на сетчатке глаза от любого знака, требующего различения, оказывается ниже физиологически необходимой величины, равной 6–6,5 лк. Необходимая освещенность регулируется размером зрачка от 2 мм (при очень высокой освещенности) до 8 мм (при предельно низкой освещенности для самых грубых работ). Установлено, что уровни оптимальной яркости поверхностей находятся в пределах от 50 до 500 д/м2. Оптимальная яркость экрана дисплея составляет 75–100 кд/м2. При такой яркости экрана и яркости поверхности стола в пределах 100–150 кд/м2 обеспечивается продуктивность работы зрительного аппарата на уровне 80–90 %, сохраняется постоянство размера зрачка на допустимом уровне 3–4 мм.

Увеличение коэффициента пульсации освещенности Кп снижает зрительную работоспособность человека, повышает утомляемость. Особенно это проявляется у учащихся, в первую очередь у школьников до 13–14 лет, когда зрительная система еще формируется.

Установлено, что реально повышенная пульсация освещенности оказывает негативное воздействие на центральную нервную систему, причем в большей степени — непосредственно на нервные элементы коры головного мозга и фоторецепторные элементы сетчатки глаз. У человека снижается работоспособность: появляется напряжение в глазах, повышается усталость, труднее сосредотачиваться на сложной работе, ухудшается память, чаще возникает головная боль. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины.

Коэффициент естественной освещенности

Освещённость поверхности представляет отношение падающего светового потока к площади освещённой поверхности.

В строительной светотехнике в качестве источника естественного света для помещений здания рассматривается небосвод. Поскольку яркость отдельных точек небосвода изменяется в значительных пределах и зависит от положения солнца, степени и характера облачности, степени прозрачности атмосферы и других причин, установить значение естественной освещённости в помещении в абсолютных единицах (лк) невозможно.

Поэтому для оценки естественного светового режима помещений используется относительная величина, позволяющая учесть неравномерную яркость неба, – так называемый коэффициент естественной освещенности (КЕО)

Коэффициент естественной освещённости em в какой-либо точке помещения М представляет отношение освещённости в этой точке Евm  к одновременной наружной освещённости горизонтальной плоскости Ен, находящейся на открытом месте и освещаемой диффузным светом всего небосвода. КЕО измеряется в относительных единицах и показывает, какую долю в процентах в данной точке помещения составляет освещённость от одновременной горизонтальной освещённости под открытым небом, т.е.:

Коэффициент естественной освещённости является величиной, нормируемой санитарно-гигиеническими требованиями к естественному освещению помещений.

em = (EBT/EH) × 100 %

Яркость освещения

Яркость — это сила света, излучаемая единицей площади поверхности в определенном направлении. Единица измерения яркости - кандела на метр квадратный (кд/м2).

Поверхность сама по себе может излучать свет, как поверхность лампы, или отражать свет, который поступает из другого источника, например поверхность дороги.

Поверхности с разными свойствами отражения при одинаковой освещенности будут иметь разную степень яркости.

Яркость, излучаемая поверхностью dA под углом Ф к проекции этой поверхности, равняется отношению силы света, излучаемого в данном направлении, к проекции излучающей поверхности.

Как сила света, так и проекция излучающей поверхности, не зависят от расстояния. Следовательно, яркость также не зависит от расстояния.

Несколько практических примеров:

Яркость поверхности солнца - 2000000000 кд/м2

Яркость люминесцентных ламп - от 5000 до 15000 кд/м2

Яркость поверхности полной луны - 2500 кд/м2

Искусственное освещение дорог - 30 люкс 2 кд/м2