Справочная книга по светотехнике

НОРМИРОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И КАЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСВЕЩЕНИЯ

Критерием нормирования является показатель све­тотехнической эффективности освещения, па основа­нии которого выбираются нормируемые количествен­ные и качественные параметры. Критерием нормирова­ния может быть такая характеристика, для которой уста­новлена ее зависимость от параметров освещения. Вы­бор критерия зависит от функционального назначения освещения с учетом материальных, трудовых и энерге­тических затрат. В мировой практике принято раздель­ное нормирование освещения промышленных, общест­венных, жилых зданий и селитебных территорий.

Нормирование освещения начинается с параметров, определяющих его эффективность, при этом нормиро­вание может быть прямым или косвенным. При прямом нормировании регламентируют величины, непосредст­венно определяющие эффективность освещения:

— видимость или различимость, обеспечивающие решение зрительной задачи с заданной вероятностью;

— вероятность создания аварийной или травмо­опасной ситуации;

— зрительная работоспособность;

— производительность труда;

— светлота окружающего пространства, определяю­щая насыщенность помещения светом и т. д.

Прямое нормирование является наиболее совер­шенным способом определения регламентируемых по­казателей. Отсутствие достаточных данных, которые позволили бы перейти от видимости, зрительной рабо­тоспособности, производительности труда, светлоты к фотометрическим характеристикам освещения, изме­ряемым инструментально, затрудняет применение пря­мых методов. Развитие исследований в области гехни-

ки освещения в дальнейшем позволит переити на пря­мое нормирование освещения.

Косвенное нормирование осветительных установок основано па регламентации фотометрических характе­ристик, рассчитываемых и инструментально измеряе­мых, а также распределений фотометрических величин во времени и пространстве. Данный способ нормиро­вания более приемлем для практики проектирования и эксплуатации освещения.

В качестве количественной характеристики искус­ственного освещения помещений в мировой практике используют освещенность, которая рассчитывается или измеряется люксметрами с датчиками, скоррегирован - пыми под спектральную кривую чувствительности че­ловеческого глаза |86] (см. раздел 2).

В некоторых общественных помещениях, где ос­новной зрительной задачей является зрительное вос­приятие пространства, дополнительно нормируется одна из интегральных характеристик светового поля — цилиндрическая освещенность, характеризующая на­сыщенность помещения светом.

В наружном освещении улиц, дорог и площадей, когда индикатриса отражения света дорожным покры­тием хорошо известна и стандартизована, наряду с ос­вещенностью в качестве количественной характеристи­ки используется яркость, которая рассчитывается или измеряется яркомерами с датчиками, скоррегирован - ными под спектральную кривую чувствительности че­ловеческого глаза |87).

При естественном освещении помещений освещен­ность в помещении и на рабочих местах зависит от по­годы и непрерывно изменяется во времени. Здесь ко­личественным показателем является относительная ве­личина — коэффициент естественной освещенности. Коэффициент естественной освещенности (КЕО) — отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помеще­ния прямым светом неба, отраженным светом от при­легающих зланий и земли, а также отраженным светом от внутренних поверхностей помещений, к одновре­менному значению наружной горизонтальной осве­щенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода. КЕО выражается в процентах. Освещен­ность в какой либо точке помещения равна произведе­нию наружной освещенности горизонтальной плоско­сти па значение КЕО в этой точке. КЕО может быть определен путем расчета или экспериментально [441.

Снижение освещенности при эксплуатации систем естественного и искусственного освещения в результа­те старения источников света, заірязнения и старения свстопропускающих элементов систем в российских нормах учитывается коэффициентом запаса K-t (К± >1). В зарубежных странах для этих целей используется ко­эффициент эксплуатации maintenance factor — величи­на, обратная коэффициенту запаса MF = 1 / Кл (MF < 1).

В связи с ростом стоимости энергоносителей важ­ное значение пробретают показатели энергоэкономич - ности освещения. Показателем энергоэкопомичности искусственного освещения является удельная установ­ленная мощность wо (Вт/м2), то есть мощность искус­ственного освещения, потребляемая на 1 м1 освещае­мой площади. В некоторых случаях используют удель­ную установленную мощность, потребляемую па созда­ние освещенности в 100 лк, w (Вт/м2/100 лк). Энерго - экономичность систем естественного и совмещенною освещения оценивается по суммарным затратам на электрическую и тепловую энергию, отнесенным к единице освещаемой плошали.

Нормируемые качественные параметры освещения различаются в зависимости от назначения помещения.

К качественным характеристикам освещения отно­сятся показатели, влияющие на комфортность условий для работы зрения. К ним относятся параметры, харак­теризующие прямое слепящее действие ОУ (показатель ослеплснности, показатель дискомфорта, обобщенный показатель дискомфорта), отраженное слепящее дейст­вие (яркость освещаемых поверхностей в направлении глаз работающего), глубина пульсации светового пото­ка, пространственное распределение светового потока в рабочей зоне (равномерность распределения осве­щенности, коэффициент передачи контраста), спек­тральные характеристики оптического ихпучения.

7.2.1. Нормирование промышленного освещения

Освещенность. Искусственное освещение подразде­ляется по видам на рабочее освещение, аварийное ос­вещение безопасности, аварийное эвакуационное осве­щение, охранное освещение и дежурное освещение. В международной практике для каждого вида освеще­ния существуют свои нормированные значения осве­щенности и правила проектирования осветительных установок.

Нормативные значения искусственной освещенно­сти при рабочем освещении устанавливаются в зависи­мости от точности и сложности зрительной работы. Точность зрительной работы определяется размером а и контрастом с фоном к тест-объекта (объекта различе­ния). Размер объекта рахтичения в национальных нор­мативах развитых стран определяется в угловых едини­цах (в ірадусах или стерадианах) |44, 79, 82, 83, 86. 7.1-7.51.

Контраст плоского объекта различения с фоном оп­ределяется соотношением:

, _ 1^-0 - £ф1

(7.1)

ф

где L0, /.ф — яркость объекта различения и фона.

При равномерно-диффузном характере отражения, когда яркость пропорциональна освещенности L=pE/л, соотношение (7.1) преобразуется к виду:

>0-Рф1

(7.2)

рф

где р0. f)ф — интеїральньїе коэффициенты отражения объекта и фона.

При зеркальном отражении яркость отраженною света I. пропорциональна яркости излучателя LH (ис­точника света иди выходного отверстия светового при­бора) I. =prLH, где рг — коэффициент зеркального от­ражения.

Контраст плоского объекта с зеркальным отражени­ем на фоне с равномерно-диффузным отражением при зеркальном отражении в направлении глаз работающе­го определяется соотношением:

(7.3)

РІЧ

Зависимость порогового контраста равнояркого круга па равпоярком фоне подробно исследовалась американскими и российскими учеными [7.6, 7.7]. Ко­гда объект темнее фона, пороговый контраст равнояр­кого круга на равноярком фоне, согласно исследовани­ям Блекуэлла, при вероятности обнаружения р= 0,5 описывается формулой:

где ро — коэффициент зеркального отражения объекта; Рф — коэффициент диффузного отражения фона; Еф — освещенность фона; Ли — яркость излучателя.

Контраст плоского объекта с равномерно-диффуз - ным отражением на фоне с зеркальным отражением при зеркальном отражении в направлении глаз рабо­тающего определяется соотношением:

Ро

(7.4)

ф Ли

где Ро — коэффициент диффузного отражения объек­та; Рф — коэффициент зеркального отражения фона; £ф — освещенность фона; /,и — яркость излучателя.

Сложность зри тельной работы при одинаковой точ­ности определяется ее продолжительностью, степенью разрешения зрительной задачи (обнаружение или раз­личение), количеством объектов различения в поле зрения, необходимостью их поиска, ограничением вре­мени обнаружения, а также возрастом работающих.

В основе американских и российских норм лежит видимость тест-объекта (объекта различения) — равно­яркого круга на равноярком фоне [7.6, 7.7], с учетом вероятностного характера различения тест-объекта.

Видимость объектов принято оценивать количест­вом пороговых значений контраста кп в контрасте объ­екта с фоном к при данных условиях освещения и на­блюдения, как это предложил А. А. Гсршун [1|.

vp=k/kn, p, >/0=^/^=0,7, (7-5)

где Vp и кп р — видимость и пороговый контраст объек­та различения при вероятности обнаружения р.

Известно, что переход к пороговому контрасту при вероятности р=0,5— кп р 0,5 осуществляется по фор­муле:

кп, р кп, р 0,5 f(P)i

(7.6)

где функция вероятностного распределения /| (р) опре­деляется по таблицам [11].

В основу английских норм положена относительная зрительная работоспособность (по Весгону) t]q |7.8|. которая определяется произведением времени обнару­жения тест-объекта (объекта различения) па вероят­ность опознания. Вестоном на основе эксперименталь­ных исследований найдена зависимость зрительной ра­ботоспособности от яркости фона, размера и контраста е фоном объекта различения (кольца Ландольта) (а, к), которая с ростом яркости сіремится к насыщению, со­ответствующему максимально возможной зрительной рабо і ос і юсобі юс ти.

1

^•о < ^-ф'

1-а(а)’ Ф

в которой параметры а(а), Ь(а) — коэффициенты, за­висящие от углового размера круга а, приведены в [11], a L0, /.ф — яркости объекта и фона.

Когда объект светлее фона, контраст равнояркого круга на равноярком фоне при вероятности обнаруже­ния />=0,5 описывается формулами Никитиной [7.7]:

кп, р = 0,5 —ф) —

кп, Р 0,5 /“ а-Г

(7.8)

^16/а а > 16'

где

*ш =0,2/(1 + І8 /-ф) (7-9)

— коэффициент, зависящий от яркости фона, a — уг­ловой размер круга, L0, /.ф — яркости объекта и фона.

В нормативных документах развитых стран принят принцип классификации зрительных работ по точно­сти, определяемой угловым размером и яркостпым контрастом объекта различения с фоном. Объектом различения принято называть деталь рассматриваемого предмета, которую требуется различать в процессе ра­боты, например элемент резьбовою соединения, нить ткани, волос человека, отрезок проволоки, риску при­бора или инструмента, раковину или трещину па обра­батываемой поверхности, точку на печатном листе, ли­нию на чертеже и пр.

Угловые размеры объектов наблюдения, выражен­ные в угловых минутах, іруппируют по их линейным размерам, принимая расстояние от объекта до глаза на­блюдателя равным 0,35-0,5 м, что позволяет линейный размер 0,1 мм принять эквивалентным угловому разме­ру — угловой минуте.

Объекты различения классифицируются по разме­рам на разряды, каждый из которых характеризует точ­ность зрительной работы. К разряду наивысшей точно­сти относятся все работы, при которых эквивалентный размер объектов различения менее 0,1-0,15 мм, что со­ответствует угловому размеру объекта наблюдения а<Г при расстоянии его от глаза наблюдателя 1 =0,33 м. При классификации зрительных работ для больших рас­стояний от объекта различения до глаз работающего пользуются перерасчетом [44, 86].

Объекты различения, обладающие протяженно­стью, различаются зрением человека лете, чем ком -

пактныс объекты. Так, возможность рахтичения отрез­ка тонкой проволоки, тонкой нити ткани или волоса человека обеспечивает их ;иіина. Поэтому при норми­ровании освещения следует учитывать и протяжен­ность различаемых объектов. Для определения разряда зрительных работ в отраслевом нормировании освеще­ния пользуются значением эквивалентного размера протяженного объекта, равного угловому размеру кру­га, имеющего то же значение порогового контраста при данной яркости фона.

Пороговый контраст объекта прямоугольной фор­мы к"'Ь согласно [7.9} вычисляется как среднее геомет­рическое пороговых значений контрастов кругов с диа­метрами, равными сторонам прямоугольника, к£к%:

Cb=y[W$- (7-Ю)

Математическая обработка экспериментальных за­висимостей пороговых контрастов прямоугольных объ­ектов (7.10) и равнояркого круга (7.8) от яркости фона позволила получить простой графический метод опре­деления эквивалентного размера протяженных объек­тов [44). представленный на рис. 7.1.

Контраст объекта различения с фоном принято считать малым при £<0,2, средним при 0.2< А' <0,5 и большим при £>0,5.

Существующая градация российских норм осве­щенности зрительных работ в помещениях но угловому размеру и контрасту различаемого объекта с фоном по­строена. исходя из обеспечения относительной види­мости 0.7. Кроме того, при составлении норм априорно была задана вероятность обнаружения объектов зри­тельной задачи, равная 0,7, поскольку более высокие уровни вероятности приводили к высоким нормам ос­вещенности, превышающим экономические возмож­ности страны.

Характеристики точности зрительной работы а и і определяют яркость, обеспечивающую выбранное зна­чение относительной видимости Ко =0,7. Поскольку для равномерно-диффузного отражения яркость про­порциональна освещенности 1.=рЕ /л, при нормиро­вании освещенности дополнительно к а и к в характе­ристику зрительной работы вводится коэффициент от­ражения рабочей поверхности (фона). Рабочие поверх­ности, являющиеся фоном, па котором объект зритель­но обнаруживается и опознается, классифицируются но коэффициенту отражения на три группы: темные (р<0,2), средние (0,2<р<0,4) и светлые (р>0,4).

Значения освещенности в таблице российских норм подобраны так, чтобы яркость рабочих поверхностей при соответствующих значениях коэффициентов отра­жения и контрастов объектов с фоном обеспечивала одинаковые значения относительной видимости. Кро­ме того, в нормах освещенности зрительных работ уч­тены дополнительные данные по зрительной работо­способности, зрительному утомлению и производи­тельности труда за счет повышения нормируемых зна­чений освещенности для отдельных разря­дов.

Изменение вероятности обнаружения объектов ведет к соответствующему измене­нию всех нормируемых значений освещен­ности во всех разрядах точности зрительных работ, и в то же время сохраняет сложив­шуюся систему деления зрительных работ по разрядам точности (по угловому размеру и контрасту объекта различения с фоном). Из

(7.6) и (7.9) следует, что параллельный сдвиг всех нормативных значений освещенности при повышении или понижении вероятности рахтичения может быть осуществлен по фор­мулам:

Еф2=(р/пУ '/Г^НГЛ (7.11)

где

С = Мр)//і (0,7), (7.12)

£фі — нормируемая освещенность при веро­ятности обнаружения />=0,7; £ф2 — норми­руемая освещенность при вероятности обна­ружения р р — коэффициент отражения фона; /і (0,7) — значение функции распреде­ления при вероятности />=0,7, a f(p) — зна­чение функции распределения при вероятно­сти р, определяемые по таблицам [I1J.

Это позволит при появлении технико-экономичс-

ских возможностей с ростом световой отдачи приме­

няемых источников света повысить значения освещен­ностей для всех разрядов зрительных работ, сохраняя сложившуюся градацию зрительных работ но точности (и соответствующим ей разрядам) за счет перехода па большую вероятность, как показано в примере па рис. 7.2. Применение аналогичного подхода к опреде­лению нормированных значений освещенности, тля мест производства работ вне зданий, где создать высо-

Рис. 7.2. Пример изменения нормативной шкалы освещенностей за счет изменения вероятности обнаружения объектов различения (нормы освещенности, обеспечивающие относительную видимость Уу =0,7 при вероятностях обнаружения объектов />=0,7 и />=0,75 для зрительных работ, относящихся к подразрялу «в» СНиП 23-05-95*)

кие освещенности из-за отсутствия оіраждаюших по­верхностей, а следовательно, и отраженной составляю­щей освещенности, гораздо труднее, чем в помещении, возможно, если ограничиться меньшей вероятностью различения и опознания объектов.

В международной практике нормирования, кроме гою, учитывают следующие два положения. Во-пер­вых, в помещениях с постоянным пребыванием людей освещенность должна быть более 200 лк, поскольку при освещенностях ниже 200 лк помещения восприни­маются как сумеречные.

Во-вторых, для опознания человеческого лица не­обходима освещенность не менее 20 лк, и в этой связи освещенность помещений, даже с временным пребыва­нием людей, пе должна быть меньше 20 лк.

В целях удобства проектирования и контроля за со­стоянием освещения при эксплуатации нормируемые значения выбираются п соответствии со шкалой осве­щенности в люксах, отличающиеся на одну ступень: 0,2; 0,3: 0.5: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100: 150:200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500: 3000; 3500; 4000: 4500; 5000 [44). Шкалы с иден­тичными значениями освещенностей содержат между­народные стандарты и национальные нормы развитых стран [82. 83, 86, 7.1-7.5J, однако число ступеней в шкалах различно.

Освещение помещения и находящихся в нем рабо­чих мест может быть выполнено двумя системами: об­щим освещением или комбинированным освещени­ем — сочетанием общего и местного освещения.

При общем освещении светильники освещают всю площадь помещения, как занятую оборудованием и ра­бочими местами, так и вспомогательную. Местное ос­вещение предназначено только для определенного ра­бочего места и пе создает необходимой освещенности даже на прилегающих к нему площадях.

В российских нормах промышленного освещения принято устанавливать раздельные нормы для систем искусственного и комбинированного освещения. Более высокие нормы в системе комбинированного освеще­ния объясняются особенностями местного освещения, позволяющими создавать на рабочих поверхностях вы­сокие освещенности за счет максимального приближе­ния светильников с лампами малой мощности к рабо­чей поверхности. Нормы освещения развитых зарубеж­ных стран, международные и европейские стандарты не конкретизируют систему освещения, и лишь в при­мечаниях к нормам освещенности высокоточных и точных зрительных работ существуют ссылки на необ­ходимость освещения данных работ с применением ме­стного освещения (то есть системы комбинированного искусственного освещения).

Согласно российским нормам [44] общее освеще­ние. п том числе и в системе комбинированного осве­щения, может быть равномерным или локализован­ным. При локализованном освещении светильники располагаются неравномерно с учетом расположения рабочих мест. Зоны помещений, п которых отсутствуют рабочие места, классифицируемые как проходы и уча­стки, где работа пе производится, могуг иметь осве­щенность рапную 25% от нормируемой, по не менее 75 лк. Локализованное освещение является более эпер - I^экономичным, поскольку светильники располагают­ся непосредственно вблизи рабочих мест и, как следст­вие, при локализованном освещении число светильни­ков и мощность осветительной установки меньше, чем при равномерном освещении.

Последние европейские и международные стандар­ты [82, 83] ориентируют проектировщиков на повсеме­стное применение общего локализованного освещения, относя нормы освещенности не к помещению в целом, а только к рабочей зоне. В пространстве, прилегающем к рабочей зоне, освещенности должны быть в 1,5—1,6 раз ниже нормируемых.

Несмотря па принятие европейских и международ­ных стандартов [82, 83], ведущие развитые страны со­хранили национальные нормы [7.3-7.5, 86], поскольку международные документы не отразили всех необходи­мых условий для проектирования и контроля за состоя­нием осветительных установок. Даже в германском стандарте D1N 5035 [7.4] в частях 1, 2, 3, 4 па европей­ский стандарт DN EN 12464-1 ]82| заменены только некоторые фрагменты.

В табл. 7.1 приведено сравнение нормируемых осве­щенностей в стандартах России, США, Англии и меж­дународном стандарте ISO 8995 [7.5] для зрительных работ рахшчной точности. Европейские нормы EN 12464-1 ]82| и стандарт МКО [83| таблицу освещен­ное гей в зависимости от точности зрительных работ не приводят, хотя нормы освещенности по помещениям и рабочим местам выбраны на ее основе. Наиболее высо­кие нормы освещенности в настоящее время приняты в

США [86|. Они в 1,5-3,0 раза выше европейских и рос­сийских норм, а также международных норм ISO 8995 [7.51. Российские нормы пока остаются ниже междуна­родных стандартов и норн для отель­

ных работ малой точности, а также для помещений и рабочих мест с временным пребыванием людей.

Имеются и другие отличия. Так, российские нормы регламентируют освещенность промышленных поме­щений и рабочих мест в точках ее минимального значе­ния (го есть минимальную освещенность). Междуна­родные стандарты и стандарты развитых стран норми­руют среднюю освещенность в рабочей зоне. Как пока­зывает практика, средняя освещенность отличается от минимальной освещенности примерно на одну ступень по приведенной выше шкале освещенности.

В международных стандартах и нормах развитых стран по освещению отсутствует зависимость нормиро­ванной освещенности от тина источника света (разряд­ных ламп и ламп накаливания), поскольку специалист никогда не будет использовать лампы накаливания для создания освещенностей более 150лк от общего осве­щения.

В России для промышленного освещения действу­ют санитарно-эпидемиологические правила [7.10|, межгосударственные, федеральные и территориальные строительные нормы [44, 56, 7.1, 7.2, 7.11], а также от­раслевые нормы освещения, перечень которых приве­ден в [7.121. В санитарно-эпидемиологических прави­лах [7.10| приведены общие требования к выполнению искусственного освещения, нормативных значений ос­вещенности для промышленного освещения они пе со­держат. В федеральных строительных нормах [44] со­держатся только нормативы освещенности зрительных работ в зависимости от их сложности (точности). Одна­ко проектирование и контроль за состоянием искусст­венного освещения помещений и рабочих мест удобнее проводить при наличии норм освещенности конкрет­ных помещений, сооружений, рабочих мест или вы­полняемых па них технологических операций, что со­держат отраслевые нормы освещения.

Та б л и ца 7.1

Нормы освещенности общепромышленных поме­щений, сооружений и рабочих мест приведены в [56,

7.1, 7.11]. а также в разделе 12 настоящей книги. Отрас­левые нормы освещенности в последние голы не пере­рабатывались, однако разряды и подразряды зритель­ных работ, приведенные в ранее разработанных нор­мах, в большинстве случаев не изменились. Сопостав­ляя разряд и подразряд зрительной работы с действую­щими нормативами освещенности [44], можно с доста­точной степенью точности определить требуемую осве­щенность для производственного помещения, рабочего места или технологической операции в отрасли. Обоб­щенная таблица норм освещенности для основных от­раслей промышленности приведена в разделе 12 на­стоящей книги.

В габл. 7.2 приведено сравнение нормируемых осне - щенностей для ряда типовых производственных опера­ций в стандартах России, США, Англии и международ­ном стандарте ISO [7.51, европейских нормах EN [82) и стандарте МКО [83]. Как следует из табл. 7.2, европей­ский стандарт и стандарт МКО предусматривают более высокие нормы общего освещения рабочих мест.

Коэффициент запаса. Нормируемые значения явля­ются величинами, ниже которых освещенность не должна быть пи в какой момент эксплуатации.

В системах искусственного освещения в течение времени эксплуатации происходит снижение освещен­ности в результате:

— спада светового потока ламп вследствие их старе­ния;

— выхода из строя ламп в течение срока эксплуата­ции;

— загрязнения оптической системы светильников:

— загрязнения свстопронускающих поверхностей источников снега;

— спада КПД светильников вследствие старения светоотражающих материалов.

В системах естественного освещения с течением времени происходит снижение освещенности і) резуль­тате:

— загрязнения светонронускающих поверхностей светоограждающих конструкций;

— снижения коэффициентов пропускания вследст­вие их старения.

Кроме того, происходит снижение коэффициентов отражения ограждающих поверхностей помещения из-за их загрязнения, что снижает как искусственную, так и естественную освещенность в помещениях.

Для учета снижения освещенности и КЕО в процессе эксплуатации систем освещения вводится коэффициент запаса, значения которою прицелены п разделе 7.3.

Коэффициент запаса зависит от содержания пыли и состояния среды в помещениях, частоты чисток све­тильников или остекления свстопроемов, сменности работ на предприятии и принимает значения от 1,2 до 2.0.

Значения коэффициента запаса для осветительных установок искусственного освещения могут быть сниже­ны в зависимости от эксплуатационных групп светиль­ников. Эксплуатационная группа светильника опреде­ляется конструктивно-светотехнической схемой све­тильника. пилом материала или покрытия отражателя и рассеивателя светильника, типом используемого источ­ника света и приведена в разделе 6 настоящей книги.

Коэффициенты запаса установлены с учетом коли­чества чисток и год заполнений световых проемов и светильников.

В зарубежных нормах и стандартах для учета данно­го фактора используется коэффициент эксплуатации MF. С отечественным коэффициентом запаса он связан соотношением МУ= /Ку В стандартах Германии [7.51 рекомендуются следующие значения коэффициента эксплуатации, представленные в табл. 7.3.

Как видно из данных, приведенных в габл. 7.3 и

7.33, коэффициент запаса в российских нормах изме­няется в том же диапазоне, что и в стандартах развитых европейских стран.

Требования к энергоэкономичности освещения. В связи с повышением стоимости электроэнергии все большее значение приобретает энергоэкономичность осветитель­ных установок. Основными параметрами, используемы­ми при контроле за энергоэкономичностью искусствен­ного освещения, являются удельная мощность w (Вт/м2) или удельная мощность на освещенность 100 лк w0 (Вт/м2/Ю0 лк), а также световая отдача используе­мых источников света Т) ., (лм/Вт) [7.13, 7.14, 7.15].

Установленная мощность искусственного освеще­ния зависит от световой отдачи источника света и КПД светового прибора, коэффициентов отражения пола, стен, потолка помещения, а также от габаритов поме­щения. часто характеризуемых индексом помещения /. Индекс помещения является функцией высоты, шири­ны и длины помещения.

Формулы расчета индекса помещения / в различных нормативных документах различаются [7.17, 7.18, 7.19]. В отечественной светотехнической литераі'уре он опре­деляется соотношением: / =ab/h{a+ b), где а. Ь, И — со­ответственно длина, ширина и высота помещения.

Требования к энсргоэкономичности систем искус­ственного освещения заключаются в том, что удельная установленная мощность искусственного освещения не должна превышать некоторого усредненного значения, рассчитываемого по формуле:

w<w0(EH/100)(АГ,/1-5)(100/Лсв)(80/Лис). (7 >3)

где vvD — базовое значение удельной мощности по таб­лицам, приведенное к освещенности 100 лк, коэффици­енту запаса 1.5, условному коэффициенту полезного действия светильника 100% и световой отдаче 80 лм/Вт: Ен — нормируемая освещенность, лк; К3 — нормируе­мый коэффициент запаса; г|св — коэффициент полез­ного действия применяемых светильников, %; Лис — световая отдача применяемого источника света, лм/Вт.

Нормативные базовые значения vvD представляют собой усредненные значения удельной мощности, по­лучающиеся при применении наиболее рациональных источников света для типовых помещений. Они отра­жают текущий уровень развития источников света и световых приборов. В российских нормах такой подход применяется пока только для ряда общественных по-

Примечания.

1. Российские нормы освещенности определены по разрядам зрительных работ, приведенным в отраслевых нормах освещения.

2. При указании диапазона освещенности выбор конкретного значения остается за проектировщиком.

меіцепий. Для промышленного освещения в целях по­вышения энергоэконо. мичности искусе і немного осве­щения помещений ограничивается применение источ­ников света с низкими световыми отдачами (табл. 7.4).

Та б л и на 7.4

Прямое слепящее действие. Наличие в поле зрения блсских источников света, оказывающих слепящее действие, снижающих функции зрения, зрительную ра­ботоспособность, производительность груда, вызывает рост зрительного утомления.

В отечественных нормах для ограничении прямого слепящего действия па площадках предприятий и мес­тах производства работ вне зданий пользуются либо ве­личиной минимальной высоты подвеса светильников над уровнем земли, либо отношением осевой силы свс - га /макс, кд, к квадрату высоты установки этих прибо­ров Н. м (в случае применения прожекторов или на­клонно расположенных осветительных приборов про­жекторного типа). В производственных помещениях используют показатель ослеплсппости Р.

P=(S — 1) 1000, (7.14)

где 5 — коэффициент ослепленнос ги, определяемый из соотношения:

^~ ^2 / ^1 = ^пор с / ^пор - (7.15)

где Vj — видимость объекта наблюдения при наличии блеских источников в поле зрения; — видимость при их отсутствии; кПорс — пороговый контраст при наличии блсских источников света в поле зрения; к пор ~ то же ПРИ их отсутствии.

Формула для расчета показателя ослспленнос ги Р от светильников приведена в разделе 8 настоящей книги.

Показатель ослеплснности является безразмерной величиной и регламентируется нормами в зависимости от точности зрительной работы: чем точнее работа, тем меньший показатель ос. пспленности допускается, и из­меняется в диапазоне от 10 до 40.

В английских нормах )7.3] используется индекс бле- скости G1 (glare index).

В американских стандартах в течение долгого време­ни использовался показатель — вероятность зрительного комфорта VCP (visual comfort probability) [86]. До недав­него времени для промышленного освещения в между­народном стандарте [83| и национальном стандарте Гер­мании [7.4) прямое слепящее действие определялось ме­тодом кривых допустимой габаритной яркости. Данный метод, регламентировавший среднюю габаритную яр­кость светильников в углах от 45° до 85°, подробно изло­жен в разделе 7.2.2. В новых европейских и международ­ных стандартах [82, 831 для регламентации прямого сле­пящего действия в производственных помещениях ис­пользуется обобщенный показатель дискомфорта UGR (unified glare railing). Он учитывает все светильники, соз­дающие слепящую блсскость па рабочем месте. Для оценки прямого слепящего действия используются таб­лицы UGR, предоставляемые производителями светиль­ников. Оба метода хорошо согласуются с друг другом. Формула для расчета UGR, а также таблицы его взаимо­связи с другими методами регламентации слепящего действия приведены в разделе 7.2.2 настоящей книги.

Отраженная блескость и коэффициент передачи кон­траста. На практике отражающие свойства объекта и фона отличаются or равномерно-диффузного отраже­ния. Отражения ярких частей осветительных приборов от поверхностей с зеркальным или направленно-рассе - япным отражением, попадающие в поле зрения рабо­тающего, оказывают отрицательное влияние па зри­тельную работоспособность. Пространственное распре­деление световою потока может или увеличить кон­траст, облегчив работу зрения, или уменьшить его. ус­ложнив зрительную задачу. Направленно-рассеянное, зеркальное или смешанное отражение приводит к воз­никновению отраженной блескости, снижающей кои - фаст объекта с фоном. Для характеристики этого про­цесса Международной комиссией по освещению МКО был введен коэффициент передачи контраста CRF (contrast rendering factor) (7.16).

Коэффициент передачи контраста CRF определен как отношение контраста тест-объекта в реальных ус­ловиях освещения к сю контрасту в «стандартных» ус­ловиях освещения — при освещении равпояркой полу­сферой. Его величина может быть как больше, так и меньше единицы. На рис. 7.3 приведен вид тест-объек-

та для измерения коэффициента передачи контраста CRF для плоских зрительных задач к измерителю ко­эффициента передачи контраста, выпускаемого компа­нией Bruel & Kjer (Дания). Расчет коэффициента пере­дачи контраста проводится на основе программных средств. Рекомендуемые коэффициенты передачи кон­траста на рабочем месте для плоских зрительных задач приведены в табл. 7.5.

При технической невозможности отведения отра­женною блика от глаз работающего яркость выходного отверстия светильника, определяющая яркость блика па рабочей поверхности с зеркальным или направлен - по-расссянным отражением, должна ограничиваться. Согласно российским строительным нормам [44] яр­кость рабочей поверхности пе должна превышать зна­чений, указанных в табл. 7.6.

Большинство объектов различения промышленного производства являются трехмерными (объемными или рельефными), а коэффициенты отражения объектов различения и фона одинаковы. Видимость, восприни­маемые глазом размеры трехмерного объекта и его кон­траст с фоном определяются микрораспределением яр­кости по поверхности трехмерного объекта и приле­гающему к нему участку фона.

Контраст трехмерных объектов с диффузным отра­жением может быть повышен за счет образования соб­ственных теней па объекте и прилегающем к нему фоне при направленном освещении. Контраст трехмер­ных объектов с зеркальным или направленно-рассеян­ным отражением может быть повышен за счет образо­вания изображения излучателя в различаемом объекте, которое зеркально отражается в направлении глаз ра­ботающего.

Повьнмение контраста трехмерных объектов разли­чения также можно характеризовать коэффициентом передачи контраста CRF. Наиболее удобным тсст-объ - сктом при этом можег служить полусферическая вмя­тина. расположенная на горизонтальной поверхности с равномерно-диффузным отражением: Ро=Рф=Р-

В «стандартных» условиях освещения — освещении равнояркой полусферой — яркость в любой точке сфе­рической поверхности является постоянной величиной

[7.17] , а контраст с прилегающей поверхностью фона зависит только от коэффициента отражения поверхно­сти р:

* = -£. (7.16)

2-р

При направленном освещении контраст тест-объек­та повышается за счет образования собственно тени на его поверхности, достигая наибольших значений при направлении света от точечного источника под малым углом к освещаемой поверхности.

Равномерность распределения яркости в поле зрения. В нормах освещения регламентируется равномерность распределения яркости на рабочей поверхности и в ос­вещаемом пространстве путем указания максимально допустимых соотношений яркости различных поверх­ностей или путем предъявления определенных требова­ний к распределению освещенности и к отражающим свойствам поверхностей, находящихся в поле зрения. Центральная часть поля зрения, где производится зри­тельная работа, не должна быть темнее окружения или много светлее его. В то же время яркость поля зрения не должна быть полностью равномерна, это вызывает неприятное ощущение монотонности. Наилучший ва­риант, когда яркость окружения несколько меньше яр­кости центра.

В отечественных нормах регламентируется только равномерность распределения освещенности по поме­щению. Отношение £мин / £макс должно быть не ме­нее 0,33 для зрительных работ I—II разрядов, 0,2—0,5 для зрительных работ IV—VIII разрядов.

В европейских нормах нормируемые освещенности определены как средние значения в пределах рабочей зоны (табл. 7.7). Освещенность в зоне окружения, при­легающей к рабочей зоне, выбирается, как правило, меньшей.

В каждой из зон должна быть обеспечена требуемая равномерность освещения £мин / Емакс: не менее

0,7-0,8 в рабочей зоне и не менее 0,5 в зоне окруже­ния.

Пульсация светового потока. Важной характеристи­кой качества освещения является пульсация светопого потока источника света. Свстоной поток разрядных ис­точников света при питании гоком промышленной частоты пульсирует с частотой 100 Гц. Пульсация све - тоного потока зрительно пе воспринимается, так как частота пульсации превышает критическую частоту слияния мельканий, по неблагоприятно влияет на био­электрическую активность мозга, вызывая повышен­ную утомляемость. Огрицательное воздействие пульса­ции возрастает с увеличением ее глубины, появляется напряжение н глазах, усталость, трудность сосредоточе­ния на сложной работе, головная боль [71].

Освещение пульсирующим светом особенно опасно при наличии в поле зрения движущихся и вращающих­ся объектов из-за возможности возникновения С'фобо - скопического эффекта. Исследования показывают, что опасность возникновения стробоскопического эффекта существует даже при АГ1( =10%.

В качестве количественной характеристики пульса­ции освещенности в отечественных нормах принят ко­эффициент пульсации. Он равен отношению половины максимальной разности освещенности за период к средней освещенности за период, выраженному в про­центах: Кп = Лмакс ^мип_100 где tuaKC, £мим — макси-

^ср

мальпое и минимальное значения освещенности за пе­риод колебаний Т; Еср — среднее значение осве-

Т

шепности за период, Еср =- jE(t)dt.

0

Поэтому нормы освещения в развитых странах тре­буют включения разрядных ламп в іри фазы сети или питания их током высокой частоты, например, свыше 30 кГц. Российские нормы регламентируют значение Кп, который характеризует глубину пульсации светово­го потока. Значения АГ1( в диапазоне от 5% до 20% рег­ламентируются в зависимости or точности зрительной работы и приведены в разделе 7.3 настоящей книги.

Применение элекфонных пускорегулирующих ап­паратов (ЭПРА) помогает решить проблему офапичс - пия пульсации освещенности. Преобразуя ток питания ламп из 50 Гц и высокочастотный, ЭПРА снижают ко­эффициент пульсации до величины менее 1%.

Спектральный состав излучения источников света. Спектральный состав излучения ИС и цветовая отдел­ка интерьера также влияют на условия работы органа зрения при работе как с цветными, гак и с ахроматиче­скими объектами. Светоцветовая среда оказывает на состояние человека психофизиологическое действие, проявляющееся в изменении работоспособности, функций зрения, артериального давления и т. д. Спектр излучения может оказывать как стимулирующее, гак и угнетающее воздействие па человека.

При работе с цветными объектами оптимальными являются источиики света со спектром, близким к спекіру естественного света. Зрительные задачи при работе с цветными объектами моїуг быть различны: контроль цвета, сопоставление цветов, различение цве­тов. Различны должны быть и фебования к цветовым характеристикам источника света.

При выборе цветовых параметров источников света используются понятия цветопередача и цветоразличе - ние. Цветопередача означает степень сходства или раз­личия цветов, воспринимаемых глазом при исследуе­мом и стандартном источниках света. Цвсторазличе - ние — это чувствительность глаза к восприятию цвето­вых различий. Исследования допусков па цвет продук­ции в различных отраслях промышленности и измене­ния цветов в интерьере показали, что фебуемая спо­собность цветоразличения глаза должна находиться в следующих диапазонах: при контроле цвета — 1—2 по­рога, при сопоставлении цветов — 1—3 порога, при раз­личении цветов — 3—5 порогов, при отсугствии грсбо - ваний к цветоразличению — 5-10 порогов. Для пра­вильного выбора источника света при освещении раз­личных зрительных задач необходимо установить спо­собность цветоразличения глаза при разных источни­ках света [711.

Цветность излучения источника света характеризу­ется цветовой темпераіурой. Это такая температура черного тела, при которой его цветность одинакова с цветностью излучения рассмаїрипаемого источника света. Источники света, имеющие одинаковую цвет­ность, моїуг совершенно по-разному передавать цвета освещаемых предметов.

В практике освещения преимущественно использу­ются два цветовых параметра источников света: цвето­вая температура Ти и общий индекс цветопередачи Ra.

Общий индекс цветопередачи дает усредненную ха­рактеристику для восьми цветных образцов средней на­сыщенности, принятых МКО, поэтому цветовые сдви­ги их значительно меньше, чем для более чистых цве­тов и, следовательно, значения Ra оказываются сильно завышенными.

Оценка цветопередачи по Ra осуществляется в ос­новном для источников света, а не для свегоцветовой среды помещения. Источник рассматривается изолиро­вано от цветовой отделки интерьера и условий освеще­ния.

Рекомендации российских норм приведены в табл. 7.8. В зависимости от нормируемой освещенности и іребований к цветопередаче даются рекомендации по выбору Ra, и 7„ с перечислением конкретных типов источников света [44J.

В европейских стандартах [82] и стандарте МКО [83[ псе источники спета по ішетности разделены на три группы:

теплые '/'ц <3300 К: средние Гц = 3300+ 5300 К; холодные Гц >5300 К.

В странах с жарким климатом предпочтение отдаст­ся источникам спета с холодной цветностью, в сенер - ных странах — с теплым излучением. Стандартами пре­дусматривается, что источники света с индексом цвето­передачи Ra менее 80 пе должны применяться внутри помещений с постоянным пребыванием людей.

Комплексное нормирование освещения. Международ­ные и национальные нормы развитых стран содержат значения освещенности, необходимые для выполнения зрительных задач в условиях равномерного освещения при его идеальном качестве, в то время как реальные условия освещения, как правило, существенно иные.

Учет изменчивости условий освещения возможен при комплексной оценке светоцветовой среды но ко­личественным и качественным показателям. Ком­плексная оценка условий освещения должна включать в себя все нормируемые показа гели освещения и уста­новить, при каком сочетании их значений условия све - гоцвегопой среды будуг в той или иной стенсни эффек­тивны по принятому критерию.

В российских нормах в качестве критерия оценки эффективности освещения при комплексном подходе к нормированию принята относительная производитель­ность труда, зависящая от яркости рабочей поверхно­сти и качества освещения. При этом комплексный по­казатель (КП) светоцветовой среды определяется как произведение относительных уровней производитель­ности труда в функции яркости рабочей поверхности //^ при идеальном качестве освещения и ПТ в функ­ции качества освещения Flq при оптимальной яркости:

КП = ЯІЯ?100%. (7.17)

Зависимость производительности труда Пі от ярко­сти фона на рис. 7.4 была найдена путем обобщения аналогичных зависимостей, полученных в [7.18] и [7.19].

Качество освещения при комплексной оценке ха­рактеризовалось двумя величинами — показателем ос - лепленности Р и коэффициентом пульсации Кп, так как только для этих величин существует зависимость ПТ ог их суммарного действия. Эта зависимость была получена в лабораторных условиях па комплексной мо­дели зрительной работы, имитирующей реальную рабо­ту. Зависимости IIq =f(P и Kti) для зрительных работ 1—11 и 111—IV разрядов приведены на рис. 7.5 и 7.6.

Использование КП при нормировании освещения дает возможность варьировать яркость рабочей поверх­ности и значения качественных показателей при сохра­нении постоянных условий зрительной работы, оцени­ваемых относительным уровнем ПТ,

0 10 20 30 40 50 60 70 Р

Рис. 7.6. Зависимость ПТ от качества освещения для работ 111 — IV разрядов

Значение КП при нормированных в |44] значениях освещенности и качественных показателях лежит в пределах 95-97% в зависимости от системы освеще­ния, разряда и подразряда зрительной работы. Иными словами, действующие нормы позволяют получить от­носительный уровень ПТ в пределах 0,95-0,97 макси­мально возможного уровня, имеющего место при опти­мальных условиях освещения.

В нормы заложены значения КП, обеспечиваемые действующими нормами: для системы комбинирован­ного освещения — 95%, для системы общего освеще­ния — 85—95%. Использование КП светоцветовой сре­ды рационально только для зрительных работ разрядов la— 111в, гак как для более грубых работ снижение осве­щенности недопустимо по санитарно-гигиеническим требованиям.

Результаты комплексного нормирования приведены в разделе 7.3 настоящей книги.

7.2.2. Нормирование освещения общественных и жилых зданнй

Общественные здания

По характеру зрительной работы помещения обще­ственных зданий делятся на различные группы.

К первой группе относятся помещения, в которых выполняется точная зрительная работа при фиксиро­ванной линии зрения работающих на рабочую поверх­ность (рабочие кабинеты, конструкторские бюро, классные комнаты, аудитории и т. н.)

Ко второй группе относятся помещения, в которых различение объектов проводится при нефиксирован­ной линии зрения, а также имеет место обзор окру­жающего пространства (торговые залы магазинов, залы столовых, выставочные залы, галереи и т. п.).

Третья группа — это помещения, в которых обзор окружающего пространства происходит при кратковре­менном, эпизодическом различении объектов (концерт­ные, зрительные залы, фойе театров, рекреации и т. п.)

Отдельную группу, относящуюся не только к обще­ственным, но и к промышленным зданиям, составляют помещения, в которых происходит общая ориентация в пространстве интерьера и в зонах передвижения (кори­доры, проходы, санузлы и г. н).

Освещенность. В помещениях каждой группы нор­мируется освещенность на рабочей поверхности, при­чем в большинстве стран — это средняя освещенность, п отечественном СНиПе — минимальная освещен­ность [44).

Для оценки эффективности ОУ большинства поме­щений первой и второй ірупп общественных зданий можно было бы использовать тс же критерии нормиро­вания освещенности, как для производственных поме­щений. Однако детальное изучение и анализ работ в помещениях общественных зданий позволили выявить их специфику по сравнению со зрительными работами в помещениях промышленных зданий: чередование во времени характера работы, существенно различные доли рабочего времени с чисто зрительной работой в зависимости от характера работы, незначительный диа­пазон изменения размеров объектов различения и их контрастов с фоном и т. д.

В экспериментальной работе, поставленной в целях выявления возможных критериев нормирования осве­щенности [7.20], были исследованы следующие показа­тели: ПТ (по скорости корректорской работы), зри­тельное утомление (по относительному изменению времени хроматической адиспаропии, видимости и яр­кости блеского источника на границе комфорт-дис­комфорт).

Из результатов проведенных исследований (рис. 7.7 и 7.8) сделаны следующие выводы: увеличение осве­щенности приводит, как правило, к росту ПТ, но при чрезмерном повышении освещенности возрастает утом­ление. Аналогичные исследования были выполнены за рубежом [7.8, 7.21]. Однако ввиду сложности количест­венного измерения зрительного утомления, определяе­мого, как правило, по относительным, а не по абсолют­ным значениям, критерий утомления может быть вы-

оран только и качестве ограничительного показателя при установлении уровня освещенности при зритель­ных работах в общественных зданиях. Болсс информа­тивным для общественных зданий является критерий субъективных оценок, наиболее полно отражающий психофизиологическое состояние человека [ 7.221. В [7.20] была исследована зависимость требуемых уров­ней освещенности от размеров объектов различения, наиболее характерных для помещений общественных їданий, где выполняется зрительная работа: чтение ти­пографского текста, счет па логарифмической линейке и черчение. Оценка уровня освещенности при работах различной точности проводилась методом экспертных субъективных опенок. Результаты приведены на рис. 7.9. Принимая, что оптимальный уровень освешен-

Рнс 7.9. Субъективная оценка уровней освещенности при зрительной работе: 1 — чтение; 2 — счет па логарифмичс- сюн линейке; 3 — черчение (шкала опенок: 1 — темно; 2 — недостаточно светло; 3 — достаточно светло: 4 — свет­ло: 5 — слишком светло)

ности соответствует субъективной оценке «светло», а нижний допустимый уровень освещенности — оценке «достаточно светло», можно определить значения опти­мальных освещенностей: 1200 лк — для чтения,

1800 лк — для счета на логарифмической линейке, 3000 лк — для черчения, нижние допустимые уровни — соответственно 400, 500 и 1000 лк. Пользуясь указанны­ми критериями (методом субъективной оценки условий освещения с учетом ограничения уровня нормируемой освещенности по утомлению), а также результатами упомянутых выше исследований и другими литератур­ными источниками, предложена дифференциация зри­тельных работ в помещениях общественных зданий по точности и по уровням утомления, оцениваемых при­ближенно по доле времени чисто зрительной работы (относительной продолжительности зрительной работы при направлении линии зрения на рабочую поверх­ность, табл. 7.9). Следует заметить, что уровень норми­руемой освещенности в СНиПе обычно устанавливает­ся с учетом технико-экономических и энергетических затрат, а также технических параметров ИС и ОП па пе­риод разработки нормативных документов.

В основе выбора нормируемого значения освещен­ности рабочих мест внутренних помещений в материа­лах МКО (ранее рекомендательных, а теперь в виде стандарта [83]) также лежаг субъективные оценки, по­лученные немецкими авторами в 70-е годы прошлого столетия [7.23[. На рис. 7.10 представлены кривые за­висимости процента наблюдателей, считающих уста­новки комфортными с точки зрения оптимальной ос-

всшснности і) зависимости от уровня освещенности (максимумы лежат в диапазоне 1000-2500 лк).

На протяжении ряда десятилетий практически во всех странах для помещений общественных зданий было характерно непрерывное повышение нормируе­мых значений освещенности, приближение к вышена­званному оптимальному диапазону. Так, прогноз повы­шения минимальной освещенности для норм США и Канады, сделанный и 70-е голы прошлого века, пред­ставлялся следующим: 1970 г. — 1000 лк, 1980 г. — 2000 лк, 1990 г. - 4000 лк, 2000 г. - 5000 лк [7.24].

В действительности, уже в 1980 г. рост освещенности был остановлен, и в какой-то мере даже начался рег­ресс пе без влияния энергетического кризиса. В на­стоящее время шкалы освещенностей, принятые в нор­мах различных стран, выглядят следующим образом (табл. 7.10). Представляет также интерес сводная таб­лица нормируемых значений освещенностей для от­дельных помещений общественных зданий (табл. 7.11).

Значения освещенности в нормах обычно установ­лены для среднестатистического наблюдателя (чаще в возрасте 20—25 лет). Известные зависимости снижений
функций зрения с возрастом (см. гл. 20), а также явные тенденции старения работающего населения, наблю­даемые по всем мире, служат основой для увеличения нормируемых уровней освещенности (в СНиПе — на одну ступень шкалы для помещений общественных зда­ний, где более половины работающих старше 40 лет).

В результате исследований особенностей освещения помещений общественных зданий ЛЛ с улучшенной цветопередачей (Ra >80, примеры отечественных типов ЛЛ: ЛБЦТ, ЛЕЦ, КЛТБЦ) была установлена взаимо­связь освещенности и спектрального состава излучения ЛЛ и показана идентичность условий освещения и ком­фортности нри работе с лампами типов ЛЕЦ и ЛТБЦЦ при освещенностях, меньших на одну ступень шкалы по сравнению с ЛЛ типа Л Б (Ra= 60) [7.251. Это позво­ляет дифференцировать нормируемый уровень осве­щенности в помещениях общественных зданий в зави­симости от используемого типа ламп. Так, в СНиПе 23-05-95* допускается снижение нормируемого уровня освещенности на 1 ступень шкалы освещенности при использовании ЛЛ с Ла>80 [44].

Заметной тенденцией в нормировании освещенно­сти последних лет стала ее так называемая «неоднород­ность». Так, если в прежние годы устанавливаемые в Кодексах разных стран уровни освещенности являлись средней (или минимальной) освещенностью для любой точки помещения, то теперь, в Стандарте МКО 183] нормируемые уровни освещенности (гр. 3, табл. 7.10, "11) определены как средние значения в пределах ра­бочей зоны. Эти уровни не зависят ни or типа источни­ка света, ни от принятой системы освещения, при этом уровни освещенности в зоне окружения, прилегающей к рабочей зоне, должны составлять не менее 60% от ос­вещенности рабочего места (табл. 7.7 гл. 7.2.1). Новый стандарт дает возможность создавать функциональное освещение в зависимости от планировки помещения, энергоэффективное и комфортное одновременно. Ес­тественно, что это становится возможным благодаря развитию технических средств освещения, особенно систем управления освещением.

С позиции отечественного СНиПа, понятия зон идентичны зонам действия светильников местного и общего освещения при системе комбинированного ос­вещения, допускаемого в помещениях административ­ных зданий.

Цилиндрическая освещенность. В помещениях обще­ственных зданий третьей группы, а также в ряде поме­щений второй группы (торговые залы магазинов, вы­ставочные залы), условия освещения оцениваются по светлоте окружающего пространства, вызывающего ощущение насыщенности помещения светом. Было предложено для характеристики насыщенности поме­щения светом использовать одну из интегральных ха­рактеристик светового поля — цилиндрическую осве­щенность £ц (см. раздел 2). На основе результатов экс­периментальных исследований |11], в которых сравни­валась субъективная оценка качества освещения по проценту наблюдателей, признавших ОУ достаточной по насыщенности помещения светом, было установле­

Освещенность, лк Рис. 7.11. Зависимость ощущения насыщенности светом помещения от уровня освсшепности: средней цилиндри­ческой (о) и горизонтальной (+)

Методы расчета цилиндрической освещенности приведены в разделе 8.

Нормирование пространственных характеристик ос­вещения (£*271 ■> ^4я - £ц) принято и в некоторых зарубеж­ных нормах. Так, в Кодексе Великобритании использу­ется средняя сферическая освещенность £4л [7.3|, в Германии также £ц [7.4]. Однако, как показали подроб­ные исследования восприятия яркости в интерьере из всех пространственных характеристик наиболее адек­ватна субъективной оценке нормируемая в отечествен­ных нормах Еи [7.26].

Прямое слепящее действие. Дискомфорт. Одной из важнейших качественных характеристик освещения яв­ляется слепящее действие ОУ. Исследования законо­мерностей, количественно выражающих результаты действия источников света повышенной яркости на зрение, привели к созданию метода оценки слепящего действия ОУ по дискомфорту, характеризующему не­приятные зрительные ощущения неудобства и напря-

жспности при неравномерном распределении яркости в поле зрения. В России в качестве количественною критерия принят показатель дискомфорта.

Математическая формализация результатов много­численных экспериментальных исследований, прове­денных в России, позволила установить эмпирические выражения для расчета показателя дискомфорта М [11]: От одиночного источника:

экспериментальных исследований влияния различных уровней дискомфорта на утомление и производитель­ность труда при продолжительном пребывании в дис­комфортных условиях [7.28].

/-1

а также от светящих линий и больших поверхностей.

Для построения шкалы значений М эксперимен­тальным путем была установлена связь между М и субъективными оценками, определяющими разные степени ощущения дискомфортной яркости. Экспери­ментальные исследования дискомфорта па основе мет­рики зрительных ощущений позволили ввести шка­лу М, используя светлоту в качестве меры перехода от одного уровня ощущения к другому (рис. 7.12) [7.27]. В результате предложена шкала показателя дискомфор­та в зависимости от освещенности и соответствующие ей классы качества (табл. 7.13). Отнесение различных по назначению помещений общественных зданий к разрядам шкалы дискомфорта проведено на основе

д ______________________________ М

120

55

30. М 60

12

35

2,2

15

1,8

II III IV Шкала оценок

Рис. 7.12. Построение шкалы показателя дискомфорта М по расчетным значениям зависимости светлоты Bq от субъективной оценки дискомфорта для яркости адаптации Z-aj,, равной: / — 10 кд/м2; 2 — 100 кд/м2 (шкала оценок: 1 — приемлемо; И — приемлемо-неприятно; 111 — непри­ятно; IV - невыносимо)

1

Методы расчета дискомфорта даны в разделе 8.

В Стандарте МКО оценка слепящего действия ОУ как промышленных, так и общественных зданий про­водится по величине обобщенного показателя диском­форта UGR (Unified Glare Rating), определяемого по формуле:

UGR =8lg|

L ад

где Lад — яркость адаптации (фона), кд/м2; I. — сред­няя яркость светящей поверхности светильника по на­правлению к точке наблюдения, кд/м2; ш — телесный угол, под которым видна светящая поверхность, стер; р — индекс позиции по Лекишу—Гату, учитывающий положение светильника в поле зрения.

Метол обобщенного показателя дискомфорта бази­руется на британской системе индекса блескости (не­сколько упрощенной [7.3]) и методе Зольнера—Фишера

[7.29] . Согласно рекомендациям МКО [7.30] применя­ется система таблиц, рассчитанных но формуле UGR. или. если необходима предварительная приблизитель­ная оценка ОУ, применяется система кривых предель­но допустимой яркости, составленных для определен­ного типа светильников и вариантов их размещения в различных по характеристикам помещениях (рис. 7.13). Ступени UGR: 13, 16, 19, 22, 25 и 28 — соответствуют британской системе индексов блескости.

Для оіраничепия блескости от ИС в стандарте МКО дана таблица минимальных защитных углов в за­висимости от яркости. Так, для ИС с яркостью не бо­лее 20 кл/м2 защитный угол должен составлять 10°, при 500 и более кд/м2 — 30°.

Стоит остановиться и па самом методе Зольпера - Фишера [7.31|, который до недавнего времени был при­нят в МКО и до сих пор используется в Австрии, Гол­ландии, Германии. Франции, Швейцарии. Метод вклю­чает семейства кривых, ограничивающих яркость све­тильников в зоне углов 45°-85° в зависимости от уровня

Рис. 7.13. Диаграммы (а) и (б) с кривыми ограничения яр­кости светильников для ступеней шкалы величин UGR от 10 ло 28, которые считаются средними относительно пози­ции наблюдателя. Заштрихованные области исключаются, если максимальная величина UGR должна ограничиваться ее соответствующим значением, а — диаграмма для стан­дартной яркости фона 127 кд/м^ со светильниками коси­нусною спетораспределепия. I — при направлении линии зрения перпендикулярно к оси ЛЛ, 2 — при линии зрения, параллельной оси ЛЛ; б — диаірамма хія повышенной яр­кости фона

ОІО2 2 3 4 5 6 8 103 2 3 4 5 6 8І04 2 3 4 5 6 8І05 2£,кл/м2

а)

UGR

UGR

ІЗ 16 19 22 25 28

продольного и поперечного размещения относительно горизонтальною направления линии зрения (рис. 7.14). В соответствии с методом существует 4 класса качества, обозначенных величиной степени блескости <7=1,15; 1,5; 2,2; 2,55 (Л, 1, 2 и 3 на рис. 7.14).

В нормах СШЛ дискомфорт оценивается по вели­чине вероятности зрительного комфорта (Visual Comfort Probability — VCP), соответствующей проценту наблюдателей, считающих установку комфортной 185]. Принимая во внимание наличие различных способов оценки дискомфорта, действующих в разных странах, при разработке метода UGR в Стандарте МКО было проведено сопоставление шкал дискомфорта по выше­названным методам (табл. 7.14). Поскольку параметры, определяющие дискомфорт, в формулах 7.18 и 7.20

идентичны, а ядро одинаково, в [7.32[ была уста­р.

новлена связь между показателем дискомфорта М по шкале СНиПа и UGR:

UGR = 16lg М —4.8. (7.21)

Значения, рассчитанные по формуле 7.21, также внесены в табл. 7.14. Что касается количественных зна­чений нормируемых величин дискомфорта по разным методам, то в стандарте МКО для большинства админи­стративно-конторских помещений общественных зда­ний регламентируется величина LGR = 19. Как следует из табл. 7.14. это соответствует кривым Зольнера-Фи - шера для класса качества 1.5 при уровне освещенности 500 лк, регламентируемого для административных зда­ний в Европейских нормах DIN EN 12464-1. и хорошо коррелирует с нормами CILIA, где ;иія всех ОУ общест­венных зданий принят VCP = 70%. Требования в отече­ственном СНиПе. где в основном в этой группе поме­щений регламентируется величина М =40. являются менее жесткими. Соответствующий в данном сравне­нии показатель М = 25 в СНиПе принят для помещений с так называемыми повышенными требованиями — детские, медицинские, помещения, оборудованные дисплеями.

Ограничение отраженной блескости. а также нор­мирование коэффициента пульсации освещенности в об­щественных зданиях проводится в полном соогметст-

а) 0)

Рис. 7.14. Номограммы для определения допустимой яркости светильников общего освещения, для продольною (а) и поперечного (б) размещения светильников (метод Зольпсра-Фишера)

вии с изложенным в разделе 7.2.1. Стоит отметить, что регламентация показателя, отражающего степень отри­цательного апияния пульсирующего света на работо­способность органа зрения, имеет место только в оте­чественном СНиПе, что вызвано в основном достаточ­но широким использованием в отечественных ОУ све­тильников с ЭмПРА.

Комплексное нормирование освещения. Исследование взаимосвязи освещенности, цилиндрической освещен­ности, показателя дискомфорта, пульсации освещенно­сти в ОУ общественных зданий и последующая разра­ботки методики комплексною подхода к оценке свето­вой среды (раздел 7.2.1) послужили основой для уста­новления обобщенных нормативных требований для помещений общественных зданий, введенных в СНиП 23-05-95* (раздел. 7.3. табл. 7.32).

1? таблице установлено три разряда (А. Б, В) и шесть подразрядов зрительной работы для помещений первой и второй групп общественных зданий ( админи­стративно-конторские помещения, школы, библиотеки и т. п.) в зависимости от размера объекта различения и относительной продолжительности зрительной работы при направлении линии зрения на рабочую поверх­ность; три разряда (Г. Д. Е) зрительной работы ;іля по­мещений третьей группы (залы заседаний, зрительные залы, фойе и т. д.) в зависимости от насыщенности по­мещений светом; два разряда (Ж, 3) и четыре подраз - ряда для четвертой группы (коридоры, проходы и т. п.) в зависимости от количества людей, находящихся в по­мещении. Таблица включает нормируемые значения минимальной освещенности на рабочей поверхности, цилиндрической освещенности и наборы допустимых значений показателей дискомфорта (М) и коэффици­ента пульсации (ATn). дифференцируемых в соответст­вии с требованиями к качеству освещения.

В нормах большинства зарубежных стран и стандар­те МКО отдельно рассмотрены требования к освеще­нию рабочих мест, оборудованных дисплеями. Матери­
ал по этому вопросу, впилу сю значимости, вынесен н специальный раздел справочной книги (разлсл 14).

Энергетические показатели освещения. Традицион­ное нормирование только уровня освещенности и ка­чественных показателей освещения затрудняет кон­троль и экспертизу рациональною энергопотребления в ОУ, которому в последнее время уделяется все боль­шее внимание. В этой связи помимо норм освещения появились нормы энергосбережения. В основном они разделены и существуют н виде отдельных документов [58, 7.13. 7.14|. которые подробно рассмотрены в разде­ле 19. Ввиду тою. что в последней редакции СНиП 23-05-95* нормативно введен ряд ограничений для ОУ общественных зданий для повышения их эффективно­сти, остановимся на критериях оценки рационального энергопотребления и принципах нормирования.

Практика проектирования ОУ показала, что доста­точно отзывчивым показателем является удельная уста­новленная мощность, которая и была выбрана основ­ным критерием оненки энсргоэффсктивпости ОУ (см. раздел 7.2.1). В результате комплекса расчетов и анали­за мощностей, потребляемых в ОУ при различных спо­собах и средствах освещения, составлена таблица мак­симально допустимых удельных установленных мощ­ностей (w, Вт/м2) в зависимости от нормируемой осве­щенности и характеристик помещения (табл. 7.15).

Табл и ца 7.15

При этом оговариваются минимально допустимые зна­чения световых отдач ИС (пе менее 55 лм/Вт, см. табл. 7.8, гл. 7.2.1), технические параметры эффектив­ных световых приборов и средств управления освеще­нием, обеспечивающие регламентируемые таблицей значения w.

Болес подробно нормирование энергетических по­казателей ОУ выполнено в МГСН 2.01-99 «Энергосбе­режение в зданиях», где дополнительно к изложенному дана поименная таблица максимально-допустимых значений удельных установленных мощностей для от­дельных пометений общественных зданий (табл. 7.16).

Кроме рассмотренных нормируемых количествен­ных. качественных и энергетических показателей осве­щения. учитывающихся при проектировании ОУ обще­ственных зданий, есть еще показатели, соблюдение ко­торых носит рекомендательный и часто необязатель­ный характер (требования к спектральному составу ИС, моделирующий эффект, динамика освещения).

Спектральный состав излучения источников света. Для обеспечения психофизиологического комфорта в ОУ общественных зданий и технико-экономической эффективности ОУ выбор ИС осуществляется по их цветовым характеристикам (7Ц и Ra). В основу положе­ны известная номограмма Крюитюфа (рис. 7.15) и по­следующие исследования зрительного и психофизиоло­гического восприятия ОУ с различными источниками света |7.33|. Согласно стандарту МКО, все ИС по цвет­ности излучения делятся па 3 группы:

Теплые (7ц <3300 К)

Средние (Ти =3300-5300 К)

Холодные (Гц >5300 К)

Выбор ИС по 7ц проводится с учетом уровня осве­щенности и цветовой отделки помещения. Например, в помещениях изостудии следует применять ИС с 7П пе

менее 5000 К, в медицинских — 4000 К. Цветопередаю - шие свойства ИС, регламентируемые Ra, дифференци­рованы и виде шкалы: 20, 40, 60, 80, 90. Почти во всех помещениях общественных зданий, где люди работают или находятся длительное время, ИС должны иметь Ra>80, по вспомогательных помещениях Ra=b0 (скла­ды) и Ra= 40 (коридоры, лестницы).

Широко используемые ИС большинства зарубеж­ных фирм (Osram, Philips, General Eleclric) в основном классифицированы в соответствии с DIN 5035 по четы­рем степеням качества цветопередачи (гл. 3), из кото­рых для общественных зданий, согласно Стандарту МКО и Единым европейским нормам, допускаются ИС. удошістворяющие только трем:

Отечественные документы носят рекомендательный характер, но проработаны достаточно подробно и по­зволяют выбрать ИС и зависимости от характера зри­тельной работы и требований к цветоразличепию (табл. 7.17) [7.34]. К сожалению, до сих пор, ввиду низ­ких цветопередающих характеристик отечественных ИС, в основных помещениях общественных зданий, согласно СНиП, СапПиН допускаются ИС с очень низким Ra (45-50).

Моделирующий эффект. Для создания комфортной световой среды с высокими функциональными и эсте­тическими параметрами в таких помещениях общест­венных зданий, как музеи, выставочные залы, зритель­ные залы, фойе необходимо обеспечить оптимальные условия генеобразования, гарантирующие правильное восприятие рельефных деталей, человеческого лица и т. п. Было показано |1], что тепеобразующие свойства (чаще говорят о моделирующем эффекте) зависят от соотношения прямой и диффузной составляющих све­тового потока, падаюших па рельефный объект и близ­
лежащие участки фона (рис. 7.16). Для оценки качества моделирования ОУ используют отношение горизон­тальной освещенности к цилиндрической (отечествен­ные исследования [7.35]), отношение светового вектора к средней сферической (Кодекс Великобритании), от­ношение цилиндрической и полуцилиндрической ос­вещенности к горизонтальной освещенности (нормы Германии). Рекомендуемые значения отношений

Еу / Ец =1,6- 3; Ец / £г >0,3 векторно/скалярного от­ношения в соответствии с рис. 7.17 17.36} достаточно хорошо коррелируют между собой.

Разработка и внедрение ИС (например, рефлектор­ных ГЛН, МГЛ) и ОП направленною света привело к широкому использованию акцептирующего освеще­ния, для характеристики которого в ряде зарубежных кодексов введены дополнительные нормативные пока-

О 15° 30° 45° 60° 75° 90° Направление светового вектора Рис. 7.17. Номограмма для субъективной опенки модели­рующею эффекта при освещении лица человека [7.36|

зателн. Так, и немецких нормах DIN 5035 (7.41 регла­ментируется акцептирующий фактор К. определяемый как:

^ - ^иятна / £< •

освещенность на объекте, лк; — гори-

зопгальпая освещенность на высоте 1 м от пола в зоне ближайшего окружения объекта (от системы общего освещения), лк.

Введена шкала К и зависимости от получаемого зрительного эффекта (габл. 7.18, рис. 7.18).

Динамика освещения. Существовавшая ранее только как характеристика естественного освешепня. в по­следние годы, в связи с необходимостью экономии ЭЭ в ОУ и улучшения комфортности освещения, а также интенсивным ростом технических средств управления освещения, динамика освещения (вариация освещен­ности м спектрального состава ИС) все чаше попадает в разряд рекомендуемых при устройстве ОУ. Как пока­зывают исследования |7.37-7.38|, положительное влия­ние динамики весьма многообразно, а именно: внесе­ние зрительного разнообразия в окружающую среду при монотонности условий груда, обеспечение художе­ственного воздействия па человека и просто воспроиз­ведение динамики естественного освещения (для бес - фонарных помещений). Однако четких рекомендаций по динамическому освещению нет ни в одном норма­тивном документе. Тем не менее, имеющиеся результа­ты исследований о снижении утомления и повышении работоспособности и условиях динамического освеще­ния позволяют, например, при необходимости соста­вить оптимальные программы регулирования характе­ристик освещения (7.38|. Поскольку этот вопрос нераз­рывно связан с темой энергосбережения, а также деко­ративным архитектурным освещением и световым ди­зайном. дополнительные сведения изложены в разде­лах 4. 13 и 19.

К--50

Жилые здания

Нормирование освещения жилья несколько отлича­ется от такового для общественных зданий, поскольку свет в доме многофункционален и призван оказывать на человека психологическое, физиологическое и эсте­тическое воздействие, причем очень часто одновремен­но. Кроме того, особенностью жилья яапяегся большое количество зрительных работ, выполняемых в быту. II необходимостью создания комфортных условий для от­дыха человека. В этой связи критерии нормирования основных показателей освещения (освещенности, ци­линдрической освещенности, спектрального состава излучения ИС и т. п.), очень сходные с общественными зданиями, зачастую имеют некоторое отличие.

Работы отечественных светотехников конца 60- начала 70-х годов в области бытового освещения |7.39| определили в качестве наиболее целесообразного прие­ма освещения — зональный, в основу которого поло­жен принцип выделения освещаемого пространства н соответствии с ею назначением и выполняемыми зри­

тельными работами. Н этой связи п жилых комнатах нормируется средняя освещенность при совместном действии всех светильников (кроме настольных), уста­новленных в помещении. Количественное значение ос­вещенности соответствует последнему разряду зритель­ных работ средней точности, установленному для об­щественных зданий (табл. 7.9). Кроме того, рекоменду­ются освещенности па рабочих местах: за письменным столом, за обеденным столом, на рабочем месте на кух­не (разряды работ очень высокой и высокой степени точности). В табл. 7.19 приведена информация об ос­новных функциональных процессах в жилище, местах и реализации и оптимальных уровнях освещенности [7.40|. Над жирной линией обозначен диапазон уров­ней освещенности, обеспечиваемый светильниками об­щего освещения, остальные (ниже линии) — местным освещением. Более поздние исследования комфортной световой среды в жилых помещениях показали, что ввиду того, что зрительная задача в жилье по большей части заключается в общем обзоре окружающего про­странства. целесообразнее для некоторых помещений жилых квартир (жилая комната, спальня) дополнитель­но нормировать цилиндрическую освещенность, уров­ни которой рекомендуются в диапазоне 30-50 лк (7.411. Для выполнения требований к качеству освещения (для жилых помещений — это в основном благоприяг -

нос распределение яркости н поле зрения) рекоменду­ется обеспечивать прицеленные в табл. 7.20 коэффици­енты отражения основных поверхностей и интерьере. Как показали исследования 17.411. комфортный диапа­зон яркостей потолка, стен и пола основных помете­ний жилой квартиры соответствует значениям, приве­денным в табл. 7.21.

Показатель дискомфорта в жилье не нормируется, однако, jvw избежания прямой блескости от ОП мест­ною и комбинированною освещения рекомендуется уделять весьма серьезное внимание защитным углам и габаритной яркости светящих частей применяемых ОП. В табл. 7.22 и 7.23 приведены значения этих пара­метров ОП, некогда обязательных но ГОСТ, к сожале­нию сейчас упраздненных.

Достаточное внимание в нормировании жилых по­мещений уделено выбору спектрального состава ИС. В основном для освещения рекомендованы «теплые» ИС с 7„ =2800 К и Ra>80. Наиболее традиционными и широко применяемыми ИС являются ЛН, ГЛН. Разра­ботка и внедрение КЛЛ, особенно со стандартными цоколями Е14 и Е27. предназначенных для прямой за­мены ЛН, позволяют достаточно широко использовать энергоэкономичпые ИС в жилых помещениях (отече­ственные ЛЛ типов ЛТБЦЦ, ЛЕЦ). Для освещения ра­бочих мест допускаются ИС с Тц =3000—5300 К и Ra =60 (отечественные ЛЛ типов ЛХБ и Л Б, МГЛ). Вы­бор ИС следует проводить но табл. 7.17.

В зарубежных осветительных кодексах освещение жилых помещений носит рекомендательный характер и в качестве основной характеристики освещения приня­та горизонтальная освещенность. В габл. 7.24 приведе-

пы рекомендуемые значения освещенности по доку­ментам разных стран.

Из зарубежных документов наиболее подробным является стандарт Североамериканского светотехниче­ского общества «Критерии проектирования освещения жилых помещений» [7.42]. Стандарт содержит требова­ния к освещенности, причем с коррекцией на возраст. Так, например, норма дана для 40-летнего человека, а далее две поправки: для 40-55-летнсго — повышение на 1 ступень шкалы освещенности и для возраста свы­ше 55 лет — две ступени, при этом шкала освещенно­сти выглядит следующим образом: 100, 150, 200, 300. 500. Кроме того, приведены рекомендуемые коэффи­циенты отражения основных поверхностей и цветовая отделка помещений. Остальные рекомендации — кон­кретные правила устройства освещения отдельных зон с подробными описаниями размещения осветительных приборов и типов ИС, позволяющие обеспечить все количественные и качественные характеристики осве­щения. Аналогичные рекомендации выпушены в Гер­мании [7.43]. На рис. 7.19 приведены рекомендуемые схемы размещения светильников в наиболее критич­ных по светотехнике помещениях: кухне, обеденной

пи

д)

Рис. 7.19. Примеры размещения светильников в кухне (и. б. я). пал обеденным столом (г) и над рабочим местом (д)

юне. рабочем месте. Устройство освещения зоны раз­мещения компьютера следует выполнять в соответст­вии с рекомендациями раздела 14.

В структуре Всероссийских нормативных докумен­тов жилые здания отдельно не рассматриваются, а вхо­дят в раздел общественных зданий с выделением нор­мируемых показателей освещения в поименной табли­це Приложения СНиП 23-05-95*. где приведены толь­ко значения освещенности для ограниченного количе­ства помещений. Более детально нормирование жилых їданий выполнено в московских городских нормах |5б]. где дана отдельная таблица (табл. 7.25). Стоит подчеркнуть, что в таблице:

- значения показателей для жилых домов и квар­тир являются рекомендуемыми;

— приведенные значения для іінеквартирньіх поме­щений (поэтажные коридоры, вестибюли, лифтовые холлы и т. п.) дифференцированы в зависимости от ка­тегории жилого лома: вторая категория — средней ком­фортности (муниципальное жилье), первая катего­рия — повышенной комфортности (частное жилье).

Работы по прогнозу развития светотехники, прове­денные в конце прошлого века, показали, что ком­фортная световая среда будущего — эго многофунк­циональные управляемые световые комплексы, вос­производящие высококачественный спет только в том количестве и в то время, сколько, где и когда это требу­ется [7.44]. Наиболее проста для реализации такой сре­ды — световая среда жилых помещений [7.45, 7.46].

Широкий ассортимент осветительных и облучатель - пых ИС и ОП. светопреобразующих элементов, конст­руктивных и других деталей, электронных узлов управ­ления освещением («умный дом») позволяют уже сей­час реализовать комфортную световую среду жилища, обеспечивающую:

— многообразие функций света в зависимости от потребности человека;

— возможность изменения характеристик световой среды в пространстве и времени:

— удобство диалогового взаимодействия человека со средой;

— высокую степень комфорта при эффективном использовании энергетических ресурсов 17.46, 7.47].

7.2.3. Нормирование наружного утилитарного освещения

В настоящее время наружное искусственное осве­щение улиц городов и других населенных пунктов при­звано в первую очередь обеспечивать безопасность пе­редвижения автотранспорта и пешеходов по улицам, а

также способствовать снижению преступности в тем­ное время суток. Наконец, утилитарное освещение со­вместно с другими вилами наружного освещения (ар­хитектурного, светорскламного. светосигнального и т. п.) обеспечивает в темное время суток внешний об­лик улиц, площадей и всего населенного пункта в це­лом. Роль установок наружного освещения (УНО) по­стоянно возрастает, и в настоящее время наружное ис­кусственное освещение улиц является одним из основ­ных элементов благоустройства населенных пунктов.

Исследования, проведенные в Великобритании, по­казали, что стационарное наружное освещение позво­ляет на 30-50% уменьшить количество аварий в темное время суток. Согласно этим исследованиям, уменьше­ние ДТП зависит от типа дороги, и на автострадах с ог­раничением скорости ло 115 км/ч оно составляет ло 50% 17.48].

Требования к установкам наружного утилитарного освещения улиц. Основными пользователями (потреби­телями) наружною искусственного освещения улиц и

дорог являются водители механизированного транс­порта (МТ) и пешеходы. В табл. 7.26 сформулиронаны основные требования к искусственному освещению улип, предъявляемые со стороны водителей МТ и пе­шеходов. В последние годы повысилось внимание к интересам третьего «пользователя» — жителей домов, окна которых подвергаются воздействиям УНО. В згой же таблице приведены некоторые ограничения, накла­дываемые в последние годы на параметры УНО в части ограничений по засветке окоп зданий.

Исторически гак сложилось, чго при разработке принципов нормирования искусственного освещения улиц основное внимание уделяется удовлетворению требований водителей механизированных транспорт­ных средстн, что связано с особенностями их нахожде­ния па улицах города. К этим особенностям следует от­нести следующие: для водителей улица есть место ра­боты. т. е. они имеют ограниченную степень свободы (хотя бы в сравнении с пешеходами); внимание водите­ля сосредоточено в основном но линии движения авто­мобиля. т. е. линия зрения водителей относительно фиксирована и направлена вперед и. как принято счи­тать, вниз па 1° относительно горизонта; восприятие проезжей части удины водителями осуществляется и динамике, в связи с чем для обнаружения потенциаль­ного препятствия и принятия соответствующих дейст­вий у водителей значительно меньше времени, чем у пешехода. Несвоевременное обнаружение потенциаль­ных «препятствий» водителями может привести к зна­чительно более тяжким последствиям, чем в светлое время суток, как для окружающих, так и для них самих.

Таким образом, водители автотранспортных средств находятся в более неблагоприятных условиях, чем ос­тальные «основные пользователи» искусственною ос­вещения улиц. В связи с этим принципами нормирова­ния параметров наружного освещения улиц, в первую очередь, предусматривается обеспечение безопасности движения автотранспортных средств, т. е. обеспечение водителям условий своевременного обнаружения пре­пятствий.

,1ля пешеходов видимость в зоне дорожного покры­тия (тротуаров) пе является определяющей. Для них немаловажным условием является необходимость бла­гоприятного воспроизведения цветопередачи человече­ского липа. Это обусловлено тем, что в условиях низ­ких уровней яркости поля адаптации, характерных для наружною искусственного освещения, проявляется

ленствие эффекта Пуркине (сдвиг кривой спектраль-

, нон чувствительности глаза в область более коротко­

волновой части видимого спектра), сопровождающееся потерей цветовой чувствительности. Это явление усу­губляется еще и гем, что для повышения экономично­

сти в установках наружного искусственного освещения используют газоразрядные лампы, спектральные харак­теристики которых не всегда благоприятны для пра­вильного воспроизведения цветопередачи человеческо­го липа в условиях низких уровней освещенностей.

Характерной особенностью работы зрительного анализатора нри искусственном освещении улиц явля­ется работа в условиях сумеречного зрения = = 0,1-10 кл/м-).

Отражение светового потока дорожными покрытия­ми. Яркость дорожного покрытия зависит от интенсив­ности излучения, угла падения светового потока на пло­щадку Д Л у дорожного покрытия и направления линии зрения наблюдателя относительно этой площадки. Это связано с тем, что большинство асфальтобетонных до­рожных покрытий обладают нанравленно-рассеянпым отражением, причем, чем больше угол падспия. тем больше направленное отражение, т. е. тем больше про­являются зеркальные свойства дорожного покрытия.

Направленно-рассеянное отражение светового по­тока принято характеризовать коэффициентом яркости г(а, р), определяемым отношением яркости /.(d) отра­жающей поверхности в заданном направлении в про­странстве к яркости /.^диффузной равпояркой поверх­ности, имеющей коэффициент отражения, равный еди­нице (раздел 1). Однако для дорожных покрытий нет необходимости определять все фотометрическое тело коэффициентов яркости. Это связано с особенностями зрительного восприятия панорамы улицы водителями автотранспорта, заключающимися в том, что линия зрения водителей направлена преимущественно вдоль улицы по направлению движения. Место пересечения линии зрения с горизонтальной плоскостью на уровне дорожного покрытия зависит от скорости движения ав­тотранспортного средства. В среднем, принято считать, что концентрация внимания водителей сосредоточива­ется в зоне 80-160 м впереди автомобиля, что соответ­ствует среднему углу наклона линии зрения водителей относительно горизонта 0=1°. Тоїда коэффициент яр­кости дорожного покрытия может быть определен для одного направления наблюдения 0 = 1° и разных углов падения светового потока:

r(a, (1) = /.(1°) / Ld, (7.23)

где г(а, (?) — коэффициент яркости, обусловленный падением светового потока в направлении, характери­зуемом углами а, р и направлением линии зрения 0=1° относительно горизонтальной плоскости; Ц°) — яр­кость дорожного покрытия в направлении линии зре­ния; /.^ — яркость условной диффузной поверхности с

р = 1.

Коэффициенты яркости для дорожных покрытий определены экспериментально для разных углов паде­ния светового потока. Схема измерений индикатрис яркости дорожных покры тий представлена на рис. 7.20.

В отечественной нормативной документации ас­фальтобетонные покрытия для улиц и дорог в зависи­мости от их отражающих свойств делятся па два типа: гладкий мелкозернистый и шероховатый асфальтобе­тон. Значения коэффициентов яркости дорожных по­крытий, как правило, представлены таблицами в виде двухмерного массива в зависимости от углов падения и отношения ширины дороги к высоте подвеса светиль­ников r-f(а, Р) или как г = /(а. Ь, / Нса) (табл. 7.27, 7.28 17.491) (Рис. 7.21).

Отражающие свойства дорожных покрытий оказы­вают значительное влияние на эффективность и эконо­мичность УНО. Чем выше коэффициенты яркости до­рожных покрытий, тем больше отраженная часть све­тового потока, формирующая уровень средней яркости, и тем чувствительнее значение среднего уровня ярко­сти дорожного покрытия к характеру светораспределе­ния светильников наружного освещения. Наоборот, шероховатый асфальтобетон определяет меньшие зна­чения коэффициентов использования светового потока источников света по яркости, по значения уровней средних яркостей для этих дорожных покры тий мень­ше зависят от характера светораспределения светиль­ников, т. е. более стабильны. В целях повышения эф­фективности и экономичности установок наружного искусственною освещения улиц предлагаются осветленные покрытия, имеющие значительно более высокие коэффициенты яркости (табл. 7.29 [7.50]).

За рубежом используют другие классификации до­рожных покрытий в зависимости от их свойств отра­жать световые потоки. Наибольшее распространение имеет R-классификация, в которой покрытия подраз­деляются на четыре класса Rl—R1V. Для мокрых по­крытий предложена W-классификация. МКО рекомен­дует С-классификацию, содержащую два типа покры­тия [7.51, 7.52|.

В зарубежной практике и рекомендациях МКО до­рожные покрытия классифицируются по минимально­му значению «зеркального коэффициента» — %р, исхо­дя из следующего:

L=^-, (7.24)

я

где Е — освещенность в рассматриваемой точке; q — коэффициент яркости. Если обозначить q0 — среднее значение коэффициента яркости и ^min — его мини­мальное значение, то минимальное значение «зеркаль­ного коэффициента» определяется по (7.25):

Хр = І8 . (7.25)

^min

Для расчета яркости дорожного покрытия в отдель­ных точках необходимо располагать зависимостью q = /(а, ф, Р), которая для каждого типа дорожного по­крытия определяется н виде функции /(а, р) = = <7 cos^ а-10-3 и представляется в табличном виде.

Следует иметь в виду, что как повышение эффек­тивности, так и повышение экономичности УНО моїут быть обеспечены при рациональном светораспределе - нии светильников наружного освещения, которые, в свою очередь, могут быть определены для конкретного типа дорожного покрытия.

Параметры отражения световых потоков дорожны­ми покрытиями зависят от состава и времени эксплуа­тации покрытия, что предопределяет значительный разброс результатов их измерений.

Принципы нормирования количественных показате­лей установок наружного освещения улиц. Регламентация показателей освещения в значительной степени опре­деляется компромиссом между необходимым и воз­можным уровнями основного фотометрического пока­зателя. На рис. 7.22 представлена диаграмма, показы­вающая, как изменялись отечественные нормативы в области наружного искусственного освещения улиц в соответствии с изменением интенсивности и скорости движения автотранспорта, с повышением технического уровня средств освещения, в первую очередь, световых приборов, источников света и пускорегулирующих ап­паратов. Выделенные периоды времени характеризуют­ся данными [7.49, 7.53—7.56, 44].

П р и м е ч а н и е. bj / //си отношение расстояния от линии проекции ряда светильников на горизонтальную плоскость ло рас - чегной линии расчетной полосы.

Рис. 7.22. Ретроспектива развития отечественных норматив­ных документов в области наружного искусственного освеще­ния улиц: I—VI — этапы действия нормативных документов; Н ■ световая отдача источников света, лм/Вт; п и v — усред­ненные дмя периода времени интенсивность (ел./ч) и ско­рость (км/ч) движения автотранспорта. Для 1—11 — Е —

0. 2—6 лк: 111 — А — 0,1-1 кд/м2; IV-V L — 0,2—1.6 кл/м^; М — /. — 0.3(0.2)-1,6 кд/м2; / — натриевые лампы высокою давлении (НЛВД); 2 — люминесцентные лампы (ЛЛ); 3 — ме - таллогалогенпые лампы (МГЛ); 4 — лампы типа ДРЛ; 5 — га­логенные лампы (ГЛН); 6 — лампы накаливания общего на - жачения (ЛН)

Водитель МТ при значительной скорости движения должен иметь возможность своевременного обнаруже­ния препятствий по пути движения машины с расстоя­ния в несколько десятков метров. Это расстояние на­зывается критическим, оно должно быть достаточным для принятия мер по совершению маневра автомобиля или для его остановки. Критическое расстояние в зна­чительной степени определяется скоростью движения МТ, временем реакции водителя /р|), временем инерции различных узлов тормозной системы управления и тор­мозными свойствами полотна дороги и колес автома­шины. В свою очередь, критическое расстояние опре­деляет угловой размер объекта обнаружения — тест - объект, за который, как правило, принимают квадрат со стороной «а».

Значение критического пути определяется по фор­муле:

1кр=1рв+12 + Ь' (7.26)

где /кр — расстояние критического пути; /рв — расстоя­ние. проходимое автотранспортом за время реакции водителя, м; h — тормозной путь автотранспорта, м: /3 — расстояние между остановившимся автомобилем и «препятствием», м. Относительно критического рас­стояния определяется угловой размер условного тест - объекта, аоб = 2 arctg(a/2/кр) (рис. 7.23).

Пороговый яркостный контраст Кпор объекта обна­ружения (различения) зависит от яркости фона (/.ф). яркости объекта обнаружения (/.0б) и углового размера объекта различения (а0б). С ростом скорости движения увеличивается критическое расстояние (/кр), с которого водитель должен различать препятствие, что влечет за собой уменьшение фактического углового размера тест-объекта a0g и соответственно увеличение

Одновременно с увеличением скорости движения уменьшается поле концентрации внимания водителя, что дает основание принять направление линии зрения водителей за постоянное вдоль дороги, а уровень ярко­сти поля адаптации за средний уровень яркости дорож­ного покрытия, на фоне которого воспринимается «препятствие», рис. 7.24 [7.57].

Функция пороговою контраста для разных угловых размеров объекта обнаружения хорошо описывается уравнением В. В. Мешкова н зависимости от уровня яр­кости поля адаптации |11|

(7.27)

Ы.

Ф

где и и b — постоянные параметры, зависящие от ярко­сти фона и угловых размеров объекта обнаружения; Lq — яркость фона, на котором воспринимается объ­ест. р — вероятность обнаружения препятствия (вели­чии порогового контраста определена многочислен­ными исследованиями в лабораторных условиях и для вероятности обнаружения р= 0.5).

Для других значений вероятности обнаружения (а юм числе и дли вероятности /?=0.99) с учетом огра - ічеінія времени /обн. выделяемого для обнаружения Цкііяістііия |А'пор(р, f„6H)| величина порогового кон­траста будет изменяться. Используя полученные экспе­риментальные значения Лкр, а также расчетные значе­ния [Апор(А /0бц)1 нри вероятности р = 0.99. можно оп­ределить уровень критической видимости Ккр;

^р = ^кр / ^nopf/7, ^обн )■ (7.28)

Следует отметить, что мешающих факторов іначи- тельно больше, чем указано в (7.28). и учет каждого по­следующего фактора булст приближать значение поро­гового контраста Кпор к значению критического кон­траста Ккр, что и определяет некоторую условность по­нятия критической видимости. В целях повышения обеспеченности функционирования системы «води- тель-автомобиль-дорога». наилучшего согласования физиологических свойств человека и обоснованного ранжирования средней яркости дорожною покрытия улиц различных категорий параметры системы при нормировании принимаются для наиболее тяжелых ус­ловий зрительной работы водителя. Так. угловой раз­мер объекта обнаружения рассчитывается для макси­мально возможного времени реакции водителя /=3с. что обусловливает необходимость создания таких усло­вий видимости, которые обеспечивали бы обнаружение объекта (препятствия) при возможно большем расстоя­нии критического пути /кр и заданной скорости движе­ния МТ, следовательно, для минимального размера гест-объекга (рис. 7.23). Особенностью расчета порого­вого контраста мри нормировании параметров УІІО яв­ляется то. что расчет проводится для более высокой ве­роятности (/?=0.95+0.99). а также для ограниченною времени наблюдения, что в большей степени соответ­ствует реальным условиям работы водителей МТ.

Основой для выбора нормируемых значений ярко­сти фона /.ф янлястся зависимость Киор =/(/.ф). Гра­фическое построение этой зависимости базируется на уравнении пороговою контраста в функции яркости фона (7.27), и, как видно из рис. 7.25. характер измсне-

мия порогового контраста для каждою по размерам объекта обнаружения в рассматриваемом диапазоне яр­кости фона существенно отличается. Так. для объекта обнаружения а0б =10' пороговый контраст почти в че­тыре раза выше, чем /ыя объекта с размерами a0g =60', а в целом каждая кривая зависимости = /(/.ф) для постоянного размера объекта обнаружения (a0g = = const), что равносильно фиксированной скорости движения автотранспорта, снижается, приближаясь к постоянному значению, близкому к насыщению. Это указывает на го, что с увеличением яркости фона до 2 кд/м^ и тем более до 3 кд/м^ выбранный нами крите­рий теряет смысл, гак как с дальнейшим увеличением яркости фона величина порогового копграста практи­чески не изменяется.

Определение диапазонов, в пределах которых мо­жет быть произведено ранжирование нормируемых уровней средних яркостей дорожного покрытия, про­изводится исходя из условия одинаковой чувствитель­ности значений А'цдр к изменениям яркости дорожною покрытия Llm для всех принятых значений a0g. В об­щем случае указанное условие выполняется, если пер­вую производную, характеризующую скорость измене­ния пороговою контраста А1|ор при изменении /,ф, считать постоянной для различных угловых размеров объекта обнаружения:

*'ор = ^/.“ф2 = cons!. (7.29)

где а и b — параметры, зависящие от угловых размеров объекта обнаружения (см. 7.27).

Яркость дорожных покрытий. Значения нормируе­мых уровней средних яркостей /.ф для разных угловых размеров и0б. а следовательно, и для разных предпола­гаемых скоростей движения автотранспортных средств определятся из (7.29):

1Є/.ф=--ІЄ^^. (7.30)

^ а 1 la

Выбор АГ,'|ор производится по результатам анализа обобщенных оценок состояния УНО и технического уровня используемых ИС и ОП 17.591. Ориентировоч­ные данные, устанавливающие соответствие различным значениям A7IOp разных диапазонов /.ф и технического уровня светотехнических изделий, оценка которых про­изведена по обобщенному показателю УНО. в частно­сти по средневзвешенной световой отдаче одной услов­ной световой точки Ясо, приведены в табл. 7.30. а опре­деление диапазонов нормируемых значений уровней средних яркостей дорожных покрытий иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 7.25 и в табл. 7.30.

Выбор критериев нормирования и ранжирования значений основного фотометрического показателя с учетом технического уровня средств освещения более перспективен в сравнении с другими методами, так как позволяет в заданных условиях зрительной работы ус­тановить связь между психофизиологическими свойст­вами зрительного анализатора и нормируемыми зпаче-

ниями /,дп, а также определять диапазоны значений /,1|д в соответствии с техническим состоянием устано­вок наружного искусственного освещения и техниче­ским уровнем средств освещения, освоенных промыш­ленностью в конкретный период времени. Этот метод несьма удобен для корректировки регламентируемых значений уровней средних яркостей для регионального нормирования.

Принципы нормирования количественных показате­лей УНО пешеходных зон. Полуцилиндрическая освещен­ность. Дія улиц с пешеходным движением в зоне истори­ческой застройки регламентируется величина полупи - линдричеекой освещенности на уровне 1,5 мегра от по­верхности дорожного покрытия.

Как показали результаты исследований, проведен­ных за рубежом [7.59. 7.60], полуцилиндрическая осве­щенность наиболее адекватно оценивает передачу рельефного объекта. Наилучший моделирующий эф­фект освещения достигается при отношении верти­кальной освещенности Ев к £пц 0,8—1,3. Уровень полу - цилиндрической освещенности £Ш1 наиболее адекват­но коррелирует с ощущением достаточной зрительном ориентации и распознавания объектов и должен со - ставлять Еш >0,8 лк для расстояния распознавания 4 м и 2,7 лк для расстояния Юм (рис. 7.26). Значения Ет должны обеспечиваться на высоте 1,5 м в любом про­дольном или поперечном сечении улицы. При сущест­вующих типовых венчающих светильниках (С) рассе­янного света (неограниченного свстораспредслення) значение £1Ш =0.8 лк достигается при Е, =5 лк.

1,0 3,0 5,0 7,0 9,0 11,0 13,0 I^JL^

Рис. 7.29. Относительное снижение порогового контраста У0 н зависимости от отношения £max / /.т|п

зрения, оцениваемое относительным снижением поро­гового контраста. уц пе превышает 10-15% [7.611.

Отношение 1.тях / 1т[п является оценкой весьма условной, гак как полностью не отражает характер не­равномерного распределения яркости по дорожному покрытию. Так, в зарубежных нормах и рекомендациях МКО широко используется опенка неравномерного распределения яркости дорожного покрытия в виде двух отношений: £mjn / Lcp — в целом по всей ширине проезжей части дороги и /.min / Z. max — для отдельно выбранной полосы движения. Оценка обшей неравно­мерности и неравномерности по полосе, естественно, более полно отражают характер неравномерного рас­пределения яркости по проезжей части дороги, а введе­ние этих оценок в отечественные нормы упрощает сравнительную оценку проектных решений, выполнен­ных в соответствии с отечественными нормами и реко­мендациями МКО (см. раздел 15). Единство методов оценки неравномерного распределения яркости по проезжей части дороги удобно при использовании раз­личных программ в процессе расчета параметров УНО на ПК.

Слепящее действие УНО. В основу оценки слепяще­го действия УНО положено относительное изменение пороговой разности яркости при наличии и отсутствии сленяшего действия

где S — коэффициент ослепленпости; Лі[Іор5 — поро­говая разность яркость при наличии слепящего дейст­вия: Z. IIOp — пороговая разность яркостей при отсутст­вии слепяшсго действия.

Допустимое значение коэффициента осленленно - сги S в УНО определяется из следующих соображений. С физиологической точки зрения увеличение 5 неже­лательно, так как оно будет сопровождаться ухудшени­ем видимости. 15 этом случае оптимальной является ОУ, для которой =0, что достигается применением ОП с резко ограниченным светораспредслением. Одна­ко такая установка экономически невыгодна, так как

для создания необходимой яркости покрытия необхо­димо устанавливать ОП с очень малым шагом, что при­ведет к значительному повышению установленной мощности. Количественная регламентация слепящего действия обусловлена результатами анализа эффектив­ности использования светового потока, излучаемого ОП под большими углами (а = 75° и выше), в зависимо­сти от слепящего действия, создаваемого этими пото­ками [7.62].

Результаты этого анализа, усредненные для различ­ных схем и координат расположения СП, показаны на ірафикс рис. 7.30, из которого видно, что по мере уве­личения светового потока под большими углами излу­чения сначала увеличивается уровень средней яркости дорожного покрытия углов излучения и слепящее дей­ствие повышается, но и эффективность светового по­тока растет, так как повышается коэффициент исполь­зования светового потока по яркости за счет повыше­ния коэффициентов яркости дорожного покрытия, по по мерс дальнейшего увеличения углов излучения сле­пящее действие резко возрастает. Из графика видно, что наиболее экономичная система освещения имеет место при 5 =1,15. Коэффициент ослеплснности 5 свя­зан с показателем ослепленпости /’следующим уравне­нием:

/>=(5-1)1000, (7.32)

откуда регламентируемое значение для /’ = 150.