3. Роль освещения при цветовом оформлении

3.1. Нормы и методы расчета освещенности

Воспринимаемый глазом цвет того или иного несамосветящегося тела определяется цветностью падающего светового потока и спектральной характеристикой отражательной (или пропускающей) способности этого тела. Уровень его яркости зависит от величины освещенности тела. Следовательно, цвет любого тела может широко изменяться в зависимости от условий освещения.

Известно, что цвет ткани в сильной степени зависит от спектрального состава светового потока, падающего на эту ткань. Например, цвет ткани, рассматриваемой у окна, при естественном освещении воспринимается совсем иным, чем цвет этой ткани, рассматриваемой при свете только ламп накаливания или других газоразрядных источников света.

Цвет поверхностей помещений и оборудования наблюдается при различных условиях освещения, но при всех этих условиях имеет место добавление большего или меньшего количества падающего белого света к свету, отраженному от окружающих цветных поверхностей. Добавление белого цвета всегда приводит к уменьшению насыщенности цвета окрашенных поверхностей. Степень этого уменьшения при обычных условиях наблюдения редко осознается наблюдателем. Однако это может привести к тому, что окраска помещения и оборудования будет существенно отличаться от намеченной. Таким образом, при цветовом оформлении помещений и оборудования необходимо особое внимание обратить на создаваемые освещенности как с количественной, так и с качественной стороны.

Освещенность в помещении должна соответствовать нормам естественного и искусственного освещения. (СНиП II-4-79). Согласно этим нормам необходимый уровень освещенности определяется в основном характером и точностью производимой зрительной работы.

В помещениях общественного назначения (зрительные залы, вокзалы и т. д.) при этом особо учитываются эстетические и психологические требования.

Световая среда на производстве должна отвечать требованиям создания [39]:

оптимальных функциональных характеристик зрения;

оптимального физиологического воздействия света на организм человека;

положительной субъективной оценки комфортности и эстетичности среды.

Первая группа факторов является основной при определении оптимальных качественных и количественных характеристик световой среды. По данным офтальмологии и психофизиологии зрения, оптимальными условиями для работы глаза являются такие, при которых достигаются наивысшие значения основных функций зрения: контрастной чувствительности¹, остроты зрения, цветовой чувствительности и быстроты различения. Цветовая чувствительность - величина, обратная величине порога.

¹ (Контрастная чувствительность представляет собой величину, обратную отношению пороговой разности яркостей к яркости фона: S_c=L/ΔL)

При нормировании свойств световой среды по функциональному признаку применяется метод заданных значений функций зрения. Выбирают ту функцию или совокупность функций, которые полно и адекватно характеризуют существо зрительной работы, при этом выделяются следующие параметры объектов: уровень яркости L, контраст (яркостный, а также цветовой) между объектом и фоном K (см. раздел 2), угловые размеры объектов различения а и время экспозиции объектов наблюдения t. Для производственных условий расчеты проводят в соответствии с контрастной чувствительностью - ведущей функцией глаза. Различение яркостей и ее градации обеспечивает выделение пространственной конфигурации объектов и представляет собой основу для восприятия предметов и ориентации в окружающем пространстве.

Общий диапазон яркостей, при которых возможна работа глаза, составляет от 10^-6 до 10⁵ кд/м² (см. п. 2.1). Однако одновременное различение яркостей в указанном диапазоне невозможно. Оно осуществляется лишь на ограниченном участке, интервал яркостей которого определяется уровнем адаптации глаза. Чем выше уровень адаптации, тем шире интервал различаемых яркостей, тем меньше пороговые величины контрастной и других видов чувствительности.

Для сложных условий наблюдения, когда в поле зрения наблюдателя оказывается несколько поверхностей с разными яркостями, яркость адаптации определяется средневзвешенной величиной (по площади) яркости рабочей поверхности

где L₁, L₂,...,L_n - яркость отдельных участков рабочей поверхности в направлении линии зрения работающего, кд/м²; S₁, S₂,...,S_n - площадь участков рабочей поверхности, для которых определяется яркость в направлении линии зрения работающего, м².

Наибольший рост зрительных функций наблюдается для яркостей, больших 10 кд/м² (дневное зрение), и в первом приближении он пропорционален логарифму яркости поля адаптации.

В практике нормирования оптимальных условий зрительной работы пользуются не яркостью, а освещенностью (для упрощения расчетов и контроля). В качестве критериев выбора уровня освещенности (яркости) используется показатель видимости V, который определяется как отношение контраста объекта с фоном к пороговому контрасту K_пор, измеренному в тех же условиях наблюдения,

где K - яркостный контраст объекта с фоном; K_пор - пороговый контраст; C - коэффициент запаса для реальных условий наблюдения на производстве; P - вероятность познавания объекта.

Чем больше показатель видимости, тем лучше виден объект на фоне, тем с меньшим напряжением выполняется зрительная работа. Основным показателем по критерию видимости является K_пор. Оптимальной яркостью (освещенностью) по этому показателю считаются ее значения, обеспечивающие минимальные пороговые контрасты (предельный пороговый контраст).

Для сопоставления заданных условий освещения с оптимальными вводится понятие относительной видимости процентах и определяется

Максимальное значение относительной видимости равняется единице и достигается, когда K_пор для данных условий наблюдения равно K_пор предельному. В СССР нормы освещения разработаны по критерию видимости. Параметры освещения должны выбираться в соответствии с действующими нормами и рекомендациями.

Нормы для естественного освещения. Естественное освещение используется для общего освещения помещений. Оно действует на организм человека наиболее благоприятно, поэтому необходимо максимально использовать этот вид освещения.

Естественное освещение отличается от искусственного тем, что оно изменяется в течение дня, сезона, года как по интенсивности, так и по спектральному составу. Поэтому при его использовании следует учитывать метеорологические условия и их изменение в течение суток и периодов года в данной местности с тем, чтобы знать, какое количество естественного света будет попадать в помещение через окна - при боковом освещении, световые фонари в верхних перекрытиях зданий и в стенах в местах перепада высот здания при верхнем освещении. При комбинированном естественном освещении используется верхнее и боковое освещение.

Критерием оценки переменного по характеру естественного освещения является коэффициент естественной освещенности (КЕО), который определяется как отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба E_м (непосредственно или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности под открытым небосводом E_н KEO (e_м) выражается в процентах и определяется

откуда абсолютное значение освещенности в любой точке помещения

Таким образом, для определения освещенности в какой-либо точке помещения в определенный момент времени необходимо знать одновременную наружную освещенность при диффузном свете неба и КЕО. Наружная освещенность измеряется люксметром, а КЕО принимается по СНиП II - 4 - 79 (табл. 1, 2 и 6).

Проверка естественного освещения сводится к определению величин КЕО в ряде точек, находящихся на рабочей поверхности¹ помещений. При одностороннем боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). При двустороннем боковом освещении нормируется минимальное значение КЕО в точке посередине помещения на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола).

¹ (Рабочей поверхностью для большинства помещений служит горизонтальная плоскость, однако для некоторых помещений КЕО рассчитывают на вертикальных и наклонных поверхностях.)

При верхнем и комбинированном освещении (естественном) нормируется среднее значение КЕО в точках, расположенных на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения по условной рабочей поверхности (или пола). Первая и последняя точки принимаются на расстоянии 1 м от поверхности стен или перегородок.

В СНиП П-4-79 даны КЕО для зданий, расположенных в III поясе светового климата СССР. В этих же нормах приведены границы поясов светового климата СССР. Нормированные значения КЕО для зданий, располагаемых в I, II, IV и V поясах светового климата СССР, определяются

где e^III_м - КЕО по табл. 1, 2 и 6 СНиП II - 4 - 79; m - коэффициент светового климата (определяется по табл. 4 этих же норм); C - коэффициент солнечности климата.

Этот коэффициент учитывает дополнительный световой поток, проникающий через световые проемы в помещение за счет прямого и отраженного от подстилающей поверхности солнечного света в течение года, и определяется по табл. 5 указанных норм. Полученные по этой формуле значения округляются до десятых долей.

Естественное освещение помещений рассчитывается в соответствии с приложением 5 к СНиП II - 4 - 79. Под качеством естественного освещения подразумеваются распределение яркости в окружающем человека пространстве, спектральный состав света, неравномерность освещения, направление и тенеобразующие свойства света. Желательно, чтобы распределение яркости в помещениях соответствовало соотношениям, создаваемым природным освещением.

В результате наблюдений установлено [18], что при облачном небе, как правило, наибольшая яркость характерна для зенитной части неба, средняя - для участков неба у горизонта и наименьшая - на поверхности земли (при отсутствии снега). Соотношения яркостей между этими поверхностями принимаются равными: в южных районах СССР - 10:3:1, в средней полосе - 5:3:1. Эти соотношения могут служить ориентиром при выборе яркостей потолка (зенитная часть), стен (небо у горизонта) и пола помещения (земля).

Зрительный аппарат человека адаптировался к естественному свету и поэтому для него спектральный состав естественного света является оптимальным. Цветовая температура некоторых источников естественного света следующая: ясного неба - 5500 K, солнца - 6000 K, рассеянный свет небесного свода при низких облаках - 6500 K, при высоких облаках - 7500 K. Неравномерность распределения освещения (яркости) в помещениях должна соответствовать данным, приведенным в п. 2.3.

Ограничение ослепленности в дневное время в помещениях достигается путем повышения средней яркости интерьера. Это обычно достигается светлой его отделкой, применением стекол с пониженным коэффициентом пропускания (например, матированного или контрастного стекла) и солнцезащитных устройств (козырьков, жалюзи и др.).

Качество естественного освещения характеризуется также контрастностью освещения, которая создается взаимодействием света, рассеянного внутренними поверхностями помещения и прямого света неба, проникающего через окна (фонари). Соотношения между освещенностью, создаваемой прямым светом солнца E_c и диффузным светом безоблачного неба E_н, приближенно определяют [18]

где K_г - постоянная, зависящая от географической широты местности, равная от 0,2 до 0,1.

В тех случаях, когда естественная освещенность недостаточна, дополнительно используется искусственное освещение, в результате получается так называемое совмещенное освещение.

Для поддержания необходимой освещенности помещений нормами предусматривается обязательная чистка окон и световых фонарей (от 4 раз в месяц до 3 раз в год). Кроме того, рекомендуется окрашивать стены и оборудование в светлые тона.

Нормы для искусственного освещения. С улучшением условий освещения непосредственно связано повышение производительности труда, главным образом при работах с большим удельным весом зрительной работы в производственном процессе. Исследования показали, что повышение освещенности в 10 раз (например, с 100 - 150 до 1000 - 1500 лк) приводит к повышению производительности труда на 5 - 6% на работах средней сложности и 15,5% на работах высшей сложности [39]. Повышение освещенности выгодно даже в тех случаях, когда процесс труда практически не зависит от зрительного восприятия. Это объясняется тонизирующим действием света, повышающим общую работоспособность и содействующим концентрации внимания.

Величина освещенности для любого производственного процесса определяется условиями зрительной работы, которые в первую очередь зависят от размера объекта различения, контраста его с фоном и коэффициента отражения освещаемой поверхности (фона). В зависимости от размеров различаемых деталей точные зрительные работы делятся на 5 разрядов (I, II, III, IV, V).

К наивысшему разряду относятся объекты различения с линейными размерами 0,1 мм, что в угловом измерении составляет 1′. Угловой размер объектов различения указан для нормального неаккомодированного зрения и соответствует расстоянию наблюдения в 0,35 - 0,5 м, поэтому при расчетах размеров различаемых деталей необходимо учитывать реальное расстояние наблюдения. Грубые работы, а также работы с самосветящимися предметами или материалами, производимые внутри помещений, делятся на 3 разряда (VI, VII, VIII).

Каждый разряд зрительной работы в зависимости от контраста объекта различения с фоном и коэффициента отражения освещаемой поверхности делится на 4 подразряда, а, б, в, г. Для каждого разряда установлены значения освещенности, уменьшающиеся по мере облегчения зрительной работы (увеличение размера детали, контраста ее с фоном и коэффициента отражения фона). Светлота фона, определяющая яркость поля адаптации, подразделяется на темную, среднюю и светлую, а контраст - на малый, средний и большой.

Для точных работ (разряды I, II, III, IV, V) освещенность нормируется отдельно для систем общего освещения и систем комбинированного (общего и местного) освещения. Это предусмотрено в целях экономии электроэнергии. В системе комбинированного освещения благодаря наличию индивидуального светильника над каждой рабочей поверхностью можно создать высокий уровень освещенности при сравнительно небольших расходах электрической энергии.

В соответствии с требованиями СНиП II - 4 - 79 рекомендуется повысить освещенность по сравнению с нормированным значением на одну ступень шкалы при:

выполнении работ I - IV разрядов, если напряженная зрительная работа производится в течение всего рабочего дня;

повышенной опасности травматизма, если освещенность от системы общего освещения составляет 150 лк и менее;

специальных повышенных санитарных требованиях, если освещенность от системы общего освещения составляет 500 лк и менее;

работе или производственном обучении подростков, если освещенность от системы общего освещения составляет 300 лк и менее;

отсутствии в помещении естественного света в случаях постоянного пребывания работающих, если освещенность от системы общего освещения составляет 1000 лк и менее.

В помещениях, где выполняются работы V и VI разрядов, нормы освещенности следует снижать на одну ступень при кратковременном пребывании людей или при наличии оборудования, не требующего постоянного обслуживания.

Освещенность в перечисленных случаях принимают по следующей шкале нормированной освещенности в люксах: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000.

Например, для производственного процесса с минимальным размером деталей объекта различения (по табл. 1 СНиП II - 4 - 79) установлен III разряд работы, подразряд б с комбинированной освещенностью. При этих условиях необходимая освещенность составляет 1000 лк. В случаях, указанных выше, освещенность увеличивается на одну ступень, т. е. она составит 1250 лк.

Для обеспечения благоприятных условий зрительной работы в СНиП П-4-79 освещенность нормируется для самых темных участков видимых поверхностей, а следовательно, устанавливается минимальная яркость поля адаптации. Нормы искусственного освещения обеспечивают относительную видимость со значением V₀=0,7 при достоверности обнаружения объектов P=0,7.

Принятые критерии видимости установлены с учетом энергетических и технико-экономических показателей. В ряде случаев они не соответствуют требованиям, предъявляемым к условиям работы на современном производстве, предусматривающем высокую точность опознания, большую скорость различения, быстрые ответные реакции при длительной и бесперебойной работе. К тому же по критерию видимости не учитывается показатель быстроты различения, чрезвычайно важный при наблюдении движущихся объектов или лимите времени на опознание объектов и принятие решения. Повышение зрительных функций требует резкого увеличения освещенности. Так, увеличение вероятности опознания с 0,9 до 0,95 требует повышения освещенности в 3 раза, а с 0,95 до 0,98 - повторного утроения для сложных объектов наблюдения.

Напряженность, ответственность, опасность травматизма, возрастные изменения в остроте зрения, особенности цветоразличения и т. д. требуют высоких уровней освещенности. При создании оптимальных условий освещенности не менее важной является проблема качества освещения, ухудшение которого приводит к уменьшению величины порогового контраста, что в конечном счете равнозначно уменьшению уровня освещенности. Однако повышение освещенности не всегда компенсирует снижение качественных показателей или в большинстве случаев оказывается нецелесообразным с технико-экономической точки зрения. В СНиП II - 4 - 79, кроме освещенности рабочей поверхности, приведены значения цилиндрической освещенности, показателя дискомфорта и коэффициента пульсации освещенности.

Большое значение имеет равномерность освещения в пространстве, которая регламентируется ограничением блескости. Блеской называется поверхность повышенной яркости по сравнению с яркостью адаптации, снижающая основные функции зрения.

Различают прямую и отраженную блескость.

Прямая блескость создается источниками света, которые при переводе взгляда наблюдателя попадают в поле его зрения. Резкие различия яркости в освещаемом пространстве вызывают у человека чувство неудобства и напряженности, определяемые как зрительный дискомфорт. В условиях дискомфорта после взгляда на блеские источники неразличимыми становятся даже предметы, имеющие оптимальную яркость.

Отраженная блескость характеризует неравномерность распределения яркости на поверхности наблюдаемого объекта и является следствием зеркального или направленно-рассеянного отражения по направлению к глазу наблюдателя. Отраженная блескость создается поверхностями даже с малым коэффициентом отражения, но с большим коэффициентом яркости по направлению к глазу работающего.

В этом случае яркость объекта различения и яркость фона становятся одинаковыми, а следовательно, их контраст будет мал или равен нулю (см. п. 2.3).

Цилиндрическая освещенность E_ц характеризует насыщенность помещения светом и определяется как средняя плотность светового потока на поверхность вертикально расположенного в помещении цилиндра, радиус и высота которого стремятся к нулю (рис. 3.1). Она определяется по значению горизонтальной освещенности [18], принимаемой при расчете мощности источников света осветительной установки (рис. 3.2). На рисунке кривая 1 получена для интерьера с _ст=0,3; _п=0,1, _пог=0,5 при светораспределении по закону I_α=I₀cosα; кривая 2 - для интерьера с _ст=0,5; _п=0,3; _пт=0,5 при светораспределении по закону I_α=I₀cos²α; кривая 3 - для интерьера с _ст=0,5; _п=0,3; _пт=0,5 при светораспределении по закону I_α=I₀cosα.

Рис. 3.1. Схема к определению цилиндрической освещенности в помещении

Показатель помещений φ определяется

где a и b - ширина и длина освещаемого помещения; H - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Анализ кривых на рис. 3.2 позволяет сделать следующие выводы:

при концентрированном расположении светильников в помещении отношение E_г/E_ц увеличивается. Это вызывает ощущение уменьшения насыщенности интерьера светом;

Рис. 3.2. Зависимость отношения горизонтальной освещенности к цилиндрической от светлоты отделки, светотехнических характеристик светильников и от показателя помещения

решающее влияние на отношение E_г/E_ц оказывают отражающие свойства потолка _пт, стен _ст и пола _п помещения;

изменение показателя помещения мало влияет на отношение E_г/E_ц.

Неправильные установка и расположение светильников приводят к зрительному дискомфорту, т. е. ощущению неудобства или напряженности. Это ощущение возникает при попадании в поле зрения человека светящихся пятен с яркостью, значительно превышающей яркость поля адаптации. Критерием, оценивающим явление зрительного дискомфорта, служит показатель дискомфорта M, который зависит от расположения дискомфортного пятна относительно линии наблюдения φ(θ).

Показатель дискомфорта рассчитывается

где L_c - яркость блеского источника, кд/м²; φ(θ) - индекс позиции блеского источника относительно линии зрения; ω - угловой размер блеского источника, ср; L_ад - яркость поля адаптации, кд/м².

Показатель дискомфорта определяет степень дополнительной напряженности зрительной работы, вызванной резкой разницей яркостей одновременно видимых поверхностей в освещаемом помещении. Для подвижного состава железнодорожного транспорта показатель дискомфорта определяется у торцовой стены по центральной продольной оси помещения на высоте 1,5 м от пола. В салонах и больших коридорах вагонов, в залах вагонов-ресторанов и почтовых вагонов показатель дискомфорта должен быть не более 60. Для помещений, длина которых не превышает двойной высоты установки светильников над полом (купе, пассажирские отделения), а также для малых коридоров, туалетов, тамбуров, показатель дискомфорта не регламентируется. Показатель дискомфорта M можно рассчитать табличным методом (табл. 3.1).

Показатель дискомфорта для точных работ не должен превышать 25.

Коэффициент пульсации освещенности K_п в процентах представляет собой критерий для оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током

где E_max и E_min - максимальное и минимальное значения освещенности, лк; E_ср - среднее значение освещенности, лк.

Эффект пульсации уменьшается при включении смежных ламп в различные фазы электрической сети посредством применения двухламповых светильников с емкостным и индуктивным балластом, питания осветительных установок током повышенной частоты. Для предотвращения колебаний освещенности рабочих поверхностей необходимо ограничивать колебания напряжения в питающей сети и обеспечивать неподвижное укрепление светильников. Нельзя допускать стробоскопического эффекта.

Слепящий эффект при системах общего и комбинированного освещения должен быть устранен или ограничен. Критерием оценки слепящего действия осветительной установки служит показатель ослепленностиP_ос

где S_ос - отношение видимости объекта наблюдения при экранировании блеских источников света V₁ и наличии их в поле зрения V₂, т. е.

Устранение или уменьшение ослепленности обеспечивается:

правильным расположением светильников по отношению к рабочему месту, т. е. подвешиванием светильников на минимально допустимой высоте;

применением светильников с защитными углами не менее 15°. Светильники местного освещения с любыми источниками света должны иметь непросвечивающие отражатели с защитным углом не менее 30°;

применением ламп накаливания в молочной колбе (до 60 Вт) и люминесцентных ламп до 40 Вт;

устранением или уменьшением эффекта пульсации, который вызывает быстрое зрительное утомление.

При устройстве осветительных установок в некоторых помещениях может возникнуть отраженная блескость от вертикально и диффузно отражающих поверхностей оборудования, обладающих высокой яркостью. Допустимая яркость поверхностей по направлению к глазу определяется по следующим данным [18]:

При расчетах освещенности и проектировании естественного и искусственного освещения следует учитывать коэффициент запаса K₃ (табл. 3 СНиП II - 4 - 79).

Таблица 3.1. Показатели дискомфорта M при ρ_пот=0,78 и ρ_п=0,24 [40]

ВНИИЖТ МПС разработал отраслевые нормы искусственного освещения для производственных объектов железнодорожного транспорта¹ [40]. В этих нормах для каждого конкретного вида работ указаны разряд и под-разряд, наименьшая горизонтальная освещенность при лампах люминесцентных и накаливания и поверхность, на которой нормирована освещенность. При создании на рабочих поверхностях необходимой освещенности, кроме того, следует правильно выбрать источник света (с учетом спектрального состава излучения лампы) и направление световых потоков.

¹ (При освещении объектов железнодорожного транспорта следует пользоваться Отраслевым стандартом "Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта" (ОСТ 32-9 - 81).)

Цветность искусственного освещения должна соответствовать цветовому решению интерьера, иначе нарушается правильность передачи цветов, что влечет за собой изменение психофизиологического воздействия на работающего.

На восприятие цвета объекта, кроме спектрального состава светового потока, отраженного от него, влияет и яркость рассматриваемого объекта. Если яркость объекта ниже определенного уровня, то зрение осуществляется только палочковым аппаратом глаза, который не воспринимает цвета. Зрение становится бесцветным, ахроматическим и излучение любого спектрального состава, в том числе монохроматическое, воспринимается как серое, хотя объект обладает цветом значительной чистоты. Известно, что во время вечерних сумерек, еще задолго до того, как свет исчезнет совсем, цвета начинают распознаваться хуже, они как бы сереют, чистота их по мере уменьшения яркости плавно снижается. Таким образом, воспринимаемая чистота цвета зависит от яркости рассматриваемых объектов.

Восприятие цвета изменяется в зависимости не только от абсолютной, но и от относительной яркости объектов. Если яркость предмета, будучи достаточной по абсолютной величине, значительно ниже яркости окружающего фона, то цвет этого предмета кажется сероватым, малой чистоты и поэтому воспринимается плохо. Цвет распознается хорошо только тогда, когда яркость объекта близка к средней яркости фона. Всякое отступление от этого уровня яркости особенно в сторону уменьшения сопровождается кажущимся снижением чистоты цвета. Явления этого рода еще малоизучены.

Методы расчета освещенности. Мощность каждого источника света и суммарная мощность осветительной установки рассчитываются на основе освещенности, выбранной по СНиП П-4-79. Часто целью расчета является проверка величины освещенности по имеющемуся расположению светильников и известной мощности ламп каждого светильника. Поэтому методы расчета освещенности, создаваемой осветительной установкой, иногда называют методами поверочного расчета освещенности. Различают две группы методов расчета освещенности от осветительных установок:

по световому потоку и удельной мощности;

точечный.

Применение метода расчета по световому потоку возможно при условии горизонтального расположения рабочих поверхностей и достаточно равномерного распределения светового потока на условной рабочей поверхности. Расчет точечным методом приемлем для любой ориентации рабочих поверхностей. Этот метод основан на учете прямой составляющей освещенности, когда отраженная составляющая освещенности очень невелика.

При расчете освещенности от осветительной установки по световому потоку применяется коэффициент использованияИ, который представляет собой отношение светового потока, падающего на освещаемую поверхность, к суммарному световому потоку всех источников света в освещаемом помещении

где Ф_р - световой поток, падающий на условную рабочую поверхность; n - число ламп в освещаемом помещении; Ф_л - световой поток одной лампы.

Введем в формулу (3.3) вместо Фр среднюю освещенность Ф_р на горизонтальной плоскости, определяемую отношением Е_ср=Ф_р/S (S - площадь пола), а также коэффициент запаса K₃, учитывающий снижение освещенности в период эксплуатации,

Так как в нормах на искусственное освещение по СНиП II - 4 - 79 учитывается не средняя, а минимальная освещенность, то в формуле (3.4) следует принять коэффициент поправки z на минимальную освещенность

Тогда уравнение (3.4) примет вид:

откуда

Коэффициенты K₃ и z принимаются по соответствующим таблицам [46].

Коэффициент использования зависит от:

формы кривой светораспределения светильника;

высоты подвеса светильника над рабочей поверхностью, ее площади и формы освещаемого помещения. Последняя для прямоугольных помещений определяется показателем помещения φ [см. формулу (3.2)];

коэффициентов отражения стен _ст и потолка _пт;

расположения светильников.

Расчет коэффициента использования по указанным факторам представляет собой очень трудную операцию.

Однако, учитывая, что при заданном типе светильника и коэффициентах отражения стен и потолка И зависит только от показателя помещения, можно составить таблицы коэффициентов использования для всех типовых светильников [46]. В этих таблицах коэффициент И дается в функции показателя помещений φ в пределах от 0,5 до 5 и для характерных сочетаний _ст и _пт- Если φ>5, можно принять И для φ=5.

Освещенность, создаваемая осветительной установкой, рассчитывается методом коэффициента использования следующим образом:

проверяются условия применимости метода;

подсчитывается показатель помещения [см. формулу (3.2)];

определяется по таблице коэффициент использования;

определяется поправочный коэффициент [см. формулу (3.5)];

выбирается коэффициент запаса (табл. 3 СНиП II - 4 - 79);

подсчитывается световой поток одной лампы [см. формулу (3.6)];

выбирается мощность лампы по стандартам на номинальные осветительные лампы накаливания;

подсчитывается общая установленная мощность и удельная мощность (на 1 м² площади пола освещаемого помещения).

Удельной мощностью P называют мощность осветительной установки какого-либо помещения, отнесенную к единице площади его пола,

где n - число ламп в установке; P_л -мощность одной лампы, Вт.

Удельная мощность зависит от типа светильника, размещения светильников, мощности и типа лампы и характеристики освещаемого помещения (высоты, площади, коэффициентов отражения стен и потолка). Анализ влияния этих факторов на величину удельной мощности в условиях наивыгоднейшего размещения светильников и мощности ламп в них позволили Г. М. Кноррингу составить таблицы удельной мощности [46]. Таблицы предназначены для определения мощности ламп накаливания 220 В при коэффициенте запаса K₃=1,3 и для люминесцентных ламп K₃=1,5. При использовании ламп на напряжение 127 В и биспиральных удельную мощность следует уменьшить на 15%, а при коэффициенте запаса для ламп накаливания 1,5 - увеличить на 15%.

Расчет установки методом удельной мощности производится следующим образом:

определяется тип светильника, высота подвеса и площадь пола освещаемого помещения;

определяется удельная мощность по таблице [46];

удельная мощность корректируется по выбранному коэффициенту запаса и напряжению электрической сети;

рассчитывается мощность лампы

т. е. мощность одной лампы определяется умножением удельной мощности на площадь и делением на число ламп;

окончательно выбирается тип лампы и определяется общая мощность установки.

При точечном методе расчета прямой составляющей освещенности используется уравнение закона квадратов расстояния

где I_α - сила света светильника по направлению к освещаемому участку поверхности Q в точке A; β - угол падения луча в точку A; l - расстояние от точки A до светильника, м; E_A -прямая составляющая освещенности участка поверхности Q в точке A.

Правильно устроенное и достаточное (согласно нормам) искусственное освещение предупреждает преждевременное наступление утомления работающих, возможность неблагоприятного влияния на зрение, повышает качество и производительность труда.