Promieniowanie widzialne (owietlenie)

Transkrypt

1 Promieniowanie widzialne (owietlenie) mgr in. Andrzej Pawlak - Centralny Instytut Ochrony Pracy (artykuł z pakietu edukacyjnego Nauka o pracy bezpieczestwo, higiena, ergonomia CIOP) 1. Podstawowe pojcia techniki wietlnej wiatło jest promieniowaniem widzialnym (elektromagnetycznym) zdolnym do wywoływania bezporednio wrae wzrokowych, z których wynika widzenie. Przyjmuje si, e promieniowanie widzialne zawiera si w przedziale nm. Poniej przedstawiono podstawowe wielkoci, którymi zajmuje si technika wietlna Strumie wietlny Strumie wietlny (Φ) jest to ta cz promieniowania optycznego emitowanego przez ródło wiatła, któr widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Na przykład arówka emituje oprócz promieniowania widzialnego - widocznego dla oka, du ilo promieniowania podczerwonego, czyli cieplnego. Podobnie jest z arówk halogenow, która oprócz promieniowania widzialnego emituje zarówno promieniowanie podczerwone, jak i nadfioletowe - oba niewidoczne dla oka. Jednostk strumienia wietlnego jest lumen, lm wiatło wiatło (I) jest to gsto ktowa strumienia wietlnego ródła wiatła w danym kierunku. wiatło charakteryzuje rozsył strumienia wietlnego w przestrzeni, czyli ilo strumienia wietlnego wysyłanego przez ródło wiatła w niewielkim kcie bryłowym otaczajcym okrelony kierunek. wiatło wyznacza si ze wzoru: I = /, gdzie jest to kt bryłowy, który na powierzchni kuli o promieniu r, zakrelanej z wierzchołka tego kta, ogranicza pole S = r 2. Jednostk wiatłoci jest kandela cd = lm/sr, gdzie: sr - steradian to jednostka kta bryłowego Natenie owietlenia Natenie owietlenia (E) jest to gsto powierzchniowa strumienia wietlnego padajcego na dan płaszczyzn, czyli jest to stosunek strumienia wietlnego padajcego na płaszczyzn do jej pola powierzchni E = /S. Jednostk natenia owietlenia jest luks (lx), gdzie: lx = lm/m Luminancja Luminancja (L) jest to fizyczna miara jaskrawoci. Zaley ona od natenia owietlenia na obserwowanym obiekcie, właciwoci odbiciowych powierzchni obiektu (barwa, stopie chropowatoci) oraz od jego pola pozornej powierzchni wieccej. Pozorna powierzchnia wiecca jest to wielko postrzeganej przez obserwatora powierzchni płaszczyzny wieccej uzaleniona od kierunku jej obserwacji. Pozorna powierzchnia wiecca jest to zarówno płaszczyzna wiecca w sposób bezporedni - oprawa owietleniowa, jak i płaszczyzna wiecca w sposób poredni, np. ciana, przez odbicie wiatła. Wówczas gdy kt pomidzy prostopadł do powierzchni wieccej a kierunkiem obserwacji wynosi 0, pole pozornej powierzchni wieccej równe jest polu powierzchni wieccej. W miar wzrostu ww. kta, pole pozornej powierzchni wieccej zmniejsza si zgodnie z 1

2 kosinusem tego kta, a do kta 90, kiedy wynosi zero. Luminancja wyraana jest wzorem: L=E/p. Jednostk luminancji jest cd/m Kontrast jaskrawoci Kontrast jaskrawoci (k) oznacza subiektywne oszacowanie rónicy w wygldzie dwu czci pola widzenia, ogldanych równoczenie lub kolejno. W znaczeniu obiektywnym kontrast jest najczciej okrelany wzorem: k = L 1 / L 2, gdzie: L 1, L 2 - luminancje, a L 1 > L Podstawowe funkcje i rodzaje owietlenia wiatło na stanowisku pracy i w jego otoczeniu wpływa bezporednio na szybko i pewno widzenia oraz okrela w jaki sposób widzimy formy, sylwetki, barw i właciwoci powierzchni przedmiotów tam wystpujcych. Aby praca wzrokowa była optymalna, stanowisko pracy oraz pomieszczenie, w którym si ono znajduje, musz by tak owietlone, aby wystpowała wygoda widzenia. Wystpuje ona wtedy, gdy spełnione s co najmniej trzy nastpujce warunki: zdolno rozróniania szczegółów jest pełna, spostrzeganie jest sprawne, pozbawione ryzyka dla człowieka, spostrzeganie nie prowadzi do odczucia pewnej przykroci, niewygody, nadmiernego zmczenia, a przeciwnie jest połczone z pewn przyjemnoci. Wystpienie wygody widzenia zaley od czynników okrelajcych cechy ilociowe i jakociowe owietlenia oraz od wraliwoci osobniczej. Owietlenie wntrz powinno zapewnia: bezpieczestwo ludziom przebywajcym we wntrzu, odpowiednie warunki do wykonywania zada wzrokowych, pomoc w kreowaniu właciwego otoczenia wietlnego. Wyrónia si trzy podstawowe rodzaje owietlenia: owietlenie ogólne - równomierne owietlenie pewnego obszaru bez uwzgldnienia szczególnych wymaga dotyczcych owietlenia niektórych jego czci, owietlenie miejscowe - dodatkowe owietlenie przedmiotu pracy wzrokowej, z uwzgldnieniem szczególnych potrzeb owietleniowych, w celu zwikszenia natenia owietlenia, uwidocznienia szczegółów itp., załczane niezalenie od owietlenia ogólnego, owietlenie złoone - owietlenie składajce si z owietlenia ogólnego i owietlenia miejscowego. Wybór odpowiedniego rodzaju owietlenia powinien by uzaleniony od wymaganego poziomu natenia owietlenia. Dla poziomów natenia owietlenia poniej 200 lx zaleca si stosowanie owietlenia ogólnego. Dla poziomów natenia owietlenia z przedziału lx zaleca si stosowanie owietlenia ogólnego jako wyłcznego rodzaju owietlenia, wtedy gdy wystpuje potrzeba jednakowego lub prawie jednakowego owietlenia danej przestrzeni. Stosuje si je tam, gdzie nie jest wiadome rozmieszczenie stanowisk pracy i gdzie s one rozmieszczone równomiernie w całym pomieszczeniu, a praca wzrokowa na nich wykonywana jest taka sama lub o podobnej trudnoci (tzn. praca wymagajca rozróniania 2

3 szczegółów o podobnej wielkoci). Natomiast dla poziomów natenia owietlenia powyej 750 lx zaleca si stosowanie owietlenia złoonego (ogólne oraz miejscowe). 3. Parametry owietlenia 3.1. Poziom natenia owietlenia Okrelenie właciwego poziomu natenia owietlenia we wntrzu lub na stanowisku pracy jest jednym z podstawowych problemów techniki owietlania. Poziom natenia owietlenia potrzebny do wykonywania okrelonej pracy wzrokowej dobiera si w zalenoci od: stopnia trudnoci pracy wzrokowej, wielkoci pozornej szczegółu pracy wzrokowej. O stopniu trudnoci pracy wzrokowej decyduje: współczynnik odbicia przedmiotu pracy, wielko kontrastu jaskrawoci szczegółu przedmiotu z jego tłem. Im mniejszy jest współczynnik odbicia (tzn. bliszy zeru) i kontrast szczegółu z tłem, tym wikszy jest stopie trudnoci pracy wzrokowej. Z kryterium minimalnego poziomu natenia owietlenia wynika, e natenie owietlenia na poziomej płaszczynie roboczej, które mona zaakceptowa w pomieszczeniach, w których ludzie przebywaj przez długi czas, niezalenie od tego, jakie jest wykonywane zadanie wzrokowe, powinno wynosi 200 lx. Wymagania szczegółowe dla rónego rodzaju stanowisk pracy s podane w załcznikach do normy PN 84/E [4]. Przy stopniu trudnoci pracy wzrokowej wikszym od przecitnego, przy utrudnieniach w wykonywaniu pracy, przy wymaganiu zapewnienia duej wygody widzenia, jak równie, gdy pracownikami s w wikszoci osoby powyej 40 lat naley przyjmowa poziom natenia owietlenia o stopie wyszy ni poziom minimalny dopuszczalny (podany w ww. normie). Poziomy natenia owietlenia zostały przyjte wg nastpujcego szeregu: 10; 20; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 500; 750; 1 000; 2 000; i lx Równomierno owietlenia Równomierno owietlenia (d) na danej płaszczynie wyznacza si jako iloraz najmniejszej zmierzonej wartoci natenia owietlenia wystpujcej na danej płaszczynie (E min ) do redniego natenia owietlenia na tej płaszczynie (E r ): d = E min /E r, gdzie: E r = (E 1 + E E n ) / n; n - liczba punktów pomiarowych; E 1 E n - wyniki pomiarów w kolejnych punktach pomiarowych. W normie PN 84/E [4] ustalono minimalne dopuszczalne wartoci równomiernoci owietlenia w zalenoci od charakteru czynnoci oraz ze wzgldu na cigło lub dorywczo ich wykonywania. Przyjmuje si, e dla czynnoci cigłych równomierno owietlenia na płaszczynie roboczej powinna wynosi co najmniej 0,65, a dla czynnoci dorywczych oraz na klatkach schodowych i korytarzach - co najmniej 0,4. W normie tej podano równie wymaganie dotyczce stosunku wartoci rednich natenia owietlenia (E r ) na ssiadujcych płaszczyznach roboczych o rónych funkcjach lub na płaszczynie roboczej w stosunku do pozostałej nieroboczej czci pomieszczenia, lub w ssiadujcych pomieszczeniach. Stosunek ten nie powinien przekracza wartoci 5:1. 3

4 3.3. Rozkład luminancji Otoczenie wietlne wyraone przez rozkład luminancji we wntrzu jest czynnikiem wpływajcym porednio, ale w sposób istotny na jako widzenia. Stanowi on równie w znacznym stopniu o nastroju we wntrzu i jego dekoracyjnoci. Rozkład luminancji we wntrzu okrela si przez podanie charakterystycznych dla wntrza ilorazów luminancji (zwanych kontrastami) wyodrbnionych pól. Wyodrbnia si w tym celu pola wystpujce w bliszym i dalszym otoczeniu uytkownika (ssiedztwie zadania wzrokowego). Na ogół wymagana jest znajomo luminancji cian i sufitu wntrza, a take luminancji płaszczyzny roboczej i przedmiotów na niej wystpujcych. Porednio mona okreli rozkład luminancji przez podanie wartoci współczynników odbicia w danym wntrzu. Kryteria oceny rozkładu luminancji we wntrzu zale od przeznaczenia danego pomieszczenia i rodzaju wykonywanej pracy. Dla pomieszcze roboczych wymaga si moliwie równomiernej luminancji otoczenia. Zaleca si, aby luminancja bezporedniego otoczenia przedmiotu pracy wzrokowej była mniejsza od luminancji samego przedmiotu, lecz nie mniejsza ni 1/3 tej wartoci. Jednak warunek ten rzadko moe by spełniony, zwłaszcza w pomieszczeniach produkcyjnych, gdzie zarówno luminancja przedmiotu pracy moe by mniejsza od luminancji otoczenia, jak i kontrast luminancji moe by wikszy od 3:1. Wówczas mona ustali łagodniejsze wymagania, tzn. kontrast luminancji nie powinien by wikszy od 10: Olnienie Olnieniem nazywa si pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym wystpuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolnoci rozpoznawania przedmiotów czy jedno i drugie, w wyniku niewłaciwego rozkładu luminancji lub niewłaciwego zakresu luminancji albo nadmiernych kontrastów w przestrzeni lub w czasie. Z punktu widzenia wystpujcych skutków wyrónia si nastpujce rodzaje olnienia: przeszkadzajce - zmniejszajce zdolno widzenia na bardzo krótki, ale zauwaalny czas i bez wywoływania uczucia przykroci. Nadmierna ilo wiatła docierajca do oka ulega rozproszeniu w orodkach optycznych oka, co powoduje nakładanie si tzw. luminancji zamglenia na prawidłowo zogniskowany obraz przedmiotu obserwowanego. Jako przykład tego rodzaju olnienia moe słuy sytuacja, gdy po krótkotrwałej obserwacji arnika arówki próbowalibymy nawlec igł nitk. Postrzeganie tzw. mroczków (jest to luminancja zamglenia nakładajca si na obserwowany obraz) przez pewien krótki, lecz zauwaalny okres uniemoliwia wykonanie tej czynnoci; przykre - wywołujce uczucie przykroci, niewygody, rozdranienia oraz wpływajce na brak koncentracji bez zmniejszenia zdolnoci widzenia. Natychmiast po usuniciu przyczyny olnienia niewygoda ustpuje. Olnienie to zaley od: luminancji poszczególnych ródeł olniewajcych, luminancji tła, na którym znajduj si ródła, wielkoci ktowych tych ródeł, ich połoenia wzgldem obserwatora oraz ich liczby w polu widzenia. Jako przykład takiego rodzaju olnienia moe by obserwacja otwartej przestrzeni równomiernie pokrytej czystym niegiem podczas słonecznego dnia. W kadym kierunku obserwacji biel niegu zdaje si razi w oczy i wywołuje uczucie niewygody; olepiajce - olnienie tak silne, e przez pewien zauwaalny czas aden przedmiot nie moe by spostrzeony. Jest to skrajny przypadek olnienia przeszkadzajcego. Przykładem tego rodzaju olnienia moe by sytuacja, gdy podczas przebywania noc 4

5 na nieowietlonej drodze nagle w polu widzenia pojawi si samochód jadcy z naprzeciwka z włczonymi wiatłami drogowymi. W wyniku olnienia zanika zdolno spostrzegania na pewien krótki, ale zauwaalny czas. Z punktu widzenia warunków powstawania rozróniamy nastpujce rodzaje olnienia: olnienie bezporednie, które jest spowodowane przez jaskrawy przedmiot wystpujcy w tym samym lub prawie tym samym kierunku co przedmiot obserwowany, olnienie porednie, które jest spowodowane przez jaskrawy przedmiot wystpujcy w innym kierunku ni przedmiot obserwowany, olnienie odbiciowe, które powoduj kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów Ttnienie i zmiany aperiodyczne wiatła Zmienny w czasie strumie wietlny wysyłany przez elektryczne ródło wiatła wynika praktycznie z czstotliwoci prdu zasilajcego to ródło. Fakt zmian strumienia wietlnego w rytm zmian prdu przemiennego, od wartoci minimalnej do maksymalnej, nazwano ttnieniem wiatła. Wykorzystywane obecnie do ogólnych celów owietleniowych ródła wiatła s zasilane prdem przemiennym o czstotliwoci 50 Hz. Wówczas czstotliwo zmian wiatła wynoszca 100 Hz jest niedostrzegalna dla naszego wzroku i widzimy to wiatło w sposób cigły. Ttnienie wiatła wystpuje w arówkach w rónym stopniu, zalenie od gruboci włókna wolframowego. Jednak problem ten jest bardziej uciliwy, wówczas gdy stosujemy lampy wyładowcze, przede wszystkim wietlówki. W przypadku owietlania stanowisk pracy z wirujcymi elementami czy ródłami wyładowczymi (wietlówki, rtciówki, sodówki) moe wystpi efekt stroboskopowy, czyli pozorny bezruch tych elementów. Działania ograniczajce lub eliminujce wystpowanie tego efektu oraz ttnienia wiatła przedstawiono w normie PN 84/E [4] i polegaj one midzy innymi na: zasilaniu ssiednich opraw z rónych faz, stosowaniu układu antystroboskopowego w oprawach owietleniowych lub elektronicznego układu stabilizujco-zapłonowego (podwyszajcego czstotliwo zasilania samych ródeł wiatła). Zgodnie z wymienion norm naley stosowa rodki zmniejszajce ttnienie wiatła w pomieszczeniach, w których moe powsta efekt stroboskopowy, oraz wszdzie tam, gdzie wymagane natenie owietlenia jest nie mniejsze ni 200 lx, a stosowane s lampy wyładowcze zasilane z sieci 50 Hz. W przypadku wietlówek zuytych lub wadliwych, popraw warunków wietlnych mona jedynie uzyska, wymieniajc je na nowe. Pomimo e ttnienie wiatła jest zaliczane jedynie do czynników uciliwych, niemniej jednak wymaga ograniczenia, poniewa moe niekorzystnie wpływa na samopoczucie człowieka. 4. ródła wiatła Poniej przedstawiono podstawowe parametry ródeł wiatła Skuteczno wietlna ródła wiatła Skuteczno wietlna ( z ) jest to stosunek strumienia wietlnego emitowanego przez ródło wiatła do pobieranej przez nie mocy. Jednostk skutecznoci wietlnej jest lm/w. 5

6 4.2. Trwało uyteczna Trwało uyteczna jest okrelana najczciej czasem wiecenia ródła wiatła do chwili, kiedy warto jego strumienia wietlnego zmniejszy si o 20 30% w stosunku do wartoci pocztkowej Barwa wiatła i oddawanie barw Wygld okrelonego przedmiotu moe ulega zmianom w warunkach owietlania rónymi typami ródeł wiatła. Dlatego te wany jest dobór odpowiedniego stopnia oddawania barw do danego rodzaju pracy. Właciwoci oddawania barw przez ródła wiatła charakteryzuje si tzw. ogólnym wska nikiem oddawania barw (R a ). Jest on miar stopnia zgodnoci wraenia barwy przedmiotu owietlonego danym ródłem wiatła z wraeniem barwy tego samego przedmiotu owietlonego odniesieniowym ródłem wiatła w okrelonych warunkach. Maksymalna moliwa warto tego wskanika wynosi 100. Przyjmuje si j dla wiatła dziennego i wikszoci ródeł arowych. Wartoci zblione do 100 charakteryzuj najlepsze właciwoci oddawania barw. Im wiksze jest wymaganie dotyczce właciwego postrzegania barw, jak np. w przemyle poligraficznym, tekstylnym, tym wskanik oddawania barw powinien by wikszy. W zalenoci od wykonywanych czynnoci zaleca si stosowanie ródeł wiatła o wskaniku oddawania barw R a : bardzo duym, R a 90, dla stanowisk pracy, na których rozrónianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy, duym, 90 > R a 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych, rednim oraz ewentualnie małym, 80 > R a 40, inne prace, jak np. walcownie, kunie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz wszdzie tam, gdzie rozrónianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego znaczenia. We wntrzach, w których ludzie pracuj albo przebywaj dłuszy czas, zaleca si stosowanie ródła wiatła o wskaniku oddawania barw wikszym od 80. Barw wiatła okrela si za pomoc tzw. temperatury barwowej (T c ) i podaje si j w kelwinach, K. ródła, które emituj biał barw wiatła, mona podzieli, w zalenoci od ich temperatury barwowej, na trzy grupy: ciepłobiała (ciepła), neutralna (chłodnobiała) i dzienna (zimna). Wraz ze zwikszaniem wartoci redniej wymaganego natenia owietlenia powinna wzrasta temperatura barwowa stosowanego ródła wiatła. Dla poziomów natenia owietlenia poniej 300 lx temperatura barwowa powinna by nisza od K, co odpowiada ciepłobiałej barwie wiatła. Dla poziomów lx temperatura barwowa powinna zawiera si w przedziale K, co odpowiada neutralnej barwie wiatła, natomiast dla poziomów natenia powyej 750 lx temperatura barwowa powinna by wysza od K, co odpowiada dziennej barwie wiatła. 5. Oprawy owietleniowe Oprawa owietleniowa jest to urzdzenie słuce do rozsyłu, filtracji i przekształcania strumienia wietlnego jednego lub kilku ródeł wiatła. Zawiera ono wszystkie elementy niezbdne do podtrzymania, mocowania i zabezpieczenia tych ródeł oraz w razie potrzeby obwody pomocnicze wraz z elementami potrzebnymi do ich podłczenia do sieci zasilajcej. 6

7 W dalszej czci rozdziału przedstawiono podstawowe właciwoci wietlne opraw owietleniowych Skuteczno wietlna oprawy owietleniowej Skuteczno wietlna ( op ) jest to stosunek całkowitego strumienia wietlnego wysyłanego przez opraw owietleniow do całkowitej mocy pobieranej przez t opraw (dla ródeł wyładowczych - moc pobierana przez ródło i osprzt elektryczny). Jednostk skutecznoci wietlnej jest lm/w Krzywa wiatłoci Krzywa wiatłoci jest to krzywa odzwierciedlajca rozkład wiatłoci oprawy przedstawiony dla charakterystycznej płaszczyzny lub płaszczyzn przekroju danej oprawy, którymi s płaszczyzny przechodzce przez wzdłuny (C 90 ) i poprzeczny (C 0 ) przekrój osiowy oprawy - dla opraw wydłuonych (np. do wietlówek) lub jedna krzywa dla opraw obrotowosymetrycznych (np. do arówek, niektórych lamp wysokoprnych). Producenci opraw podaj krzywe wiatłoci w formie wykrelnej w przeliczeniu na znamionowy strumie wietlny Φ o = lm ródła (ródeł) wiatła lub w formie tabelarycznej Kt ochrony Kt ochrony () jest to kt płaski wyznaczony w pionowej płaszczynie przechodzcej przez rodek wietlny oprawy, okrelajcy stref, w której przedziałach oko obserwatora jest chronione przed bezporednim promieniowaniem ródła wiatła. 6. Sposoby owietlania miejscowego Sposoby owietlania miejscowego polegaj na doborze oprawy owietlenia miejscowego ze wzgldu na jej redni luminancj i wielko powierzchni wieccej oraz na odpowiednim jej umieszczeniu w stosunku do oka obserwatora. Umieszczenie to wynika z charakterystyki odbiciowej przedmiotu pracy wzrokowej oraz wymaga dotyczcych owietlenia. Charakterystyka przedmiotu pracy wzrokowej zaley od jego wartoci współczynników odbicia i przepuszczania oraz od faktury jego powierzchni (powierzchnia z załamaniami, pkniciami, rysami, werami itp.), która wpływa na charakterystyk odbicia wiatła (kierunkowe, rozproszone, kierunkoworozproszone). W praktyce przyjmuje si cztery charakterystyczne sposoby owietlenia miejscowego, polegajce na zrónicowaniu umieszczania opraw (fol. 1): układ a dowietlajcy zapewnia równomierne dowietlenie (bez cieni) pola pracy wzrokowej lub uwidocznienie szczegółów o małym kontracie. Kierunek padania strumienia wietlnego w tym układzie nie odgrywa znaczcej roli; układ b odbijajcy do oczu zapewnia uwidocznienie szczegółu przez postrzeganie odbicia od przedmiotu pracy wzrokowej o zrónicowanych właciwociach odbijajcych wiatło. Układ ten umoliwia dostrzeenie np. pkni, znaków zrobionych punktakiem na matowym materiale, podziałek na suwmiarce itp.; układ c odbijajcy kierunkowo umoliwia ujawnienie nierównomiernoci powierzchni przez zauwaenie cieni powstałych od tych nierównomiernoci na skutek skierowania wiatła pod małym ktem wzgldem powierzchni obserwowanego przedmiotu. Promienie odbite kierunkowo nie trafiaj do oka; 7

8 układ d ujawniajcy szczegóły w wietle przechodzcym (z opraw rozpraszajc) umoliwia przewietlenie przedmiotu, np. obserwacja wiatłoczułych materiałów, pkni w materiale lub cigłoci cieek na płytce drukowanej. W kadym z tych układów mona zastosowa, midzy innymi, nastpujce typy opraw owietlenia miejscowego: oprawy skupiajce, np. ródło punktowe z odbłynikiem skupiajcym, oprawy rozpraszajce o duej luminancji (L > cd/m 2 ), np. ródło punktowe z odbłynikiem rozpraszajcym, nieprzewiecalnym, bez klosza rozpraszajcego, oprawy rozpraszajce o redniej luminancji (L < cd/m 2 ), np. ródło liniowe z odbłynikiem rozpraszajcym, nieprzewiecalnym, z kloszem rozpraszajcym lub bez klosza rozpraszajcego. Odpowiedni układ umieszczania i typu oprawy owietlenia miejscowego dobiera si po uwzgldnieniu wystpujcych na stanowisku pracy warunków pracy wzrokowej (np. kontrast i charakterystyka odbiciowa przedmiotu pracy wzrokowej) oraz zasad owietlania. 7. Czynniki decydujce o jakoci widzenia 7.1. Wydolno wzrokowa Jako widzenia charakteryzuje si na podstawie oceny dokładnoci i szybkoci wykonywania czynnoci, niekiedy z uwzgldnieniem stopnia wydatkowania energii. Na podstawie tak okrelonej wydolnoci wzrokowej ustalono dwie grupy czynników decydujcych o jakoci widzenia. Pierwsza grupa s to czynniki fizjologiczne (np. akomodacja, adaptacja), na które owietleniowiec nie ma wpływu, ale niektóre z nich powinien bra pod uwag przy projektowaniu owietlenia (w szczególnoci wiek uytkowników). Druga grupa s to czynniki fizyczne, które zale od cech spostrzeganych szczegółów i ich otoczenia. Zalicza si do nich: luminancj przedmiotu pracy wzrokowej i jego kontrast z tłem, rozkład luminancji, wymiar ktowy najmniejszego szczegółu i czas przeznaczony na spostrzeganie. Na podstawie analizy wyników bada dotyczcych wydolnoci wzrokowej sformułowano nastpujce wnioski: przedmiot pracy wzrokowej jest tym łatwiej spostrzegany, im wikszy jest kontrast luminancji, np. czarna litera na białym tle. Wówczas gdy kontrast jest mały, natenie owietlenia musi by tak zwikszone, aby zagwarantowa łatwo rozpoznawania obiektu; poprawa kontrastu luminancji obserwowanych obiektów ma wikszy wpływ na wydolno wzrokow ni znaczcy wzrost natenia owietlenia; wzrost natenia owietlenia ma wpływ na popraw wydolnoci widzenia i to wpływ ten jest bardziej znaczcy przy małym kontracie ni przy duym; wzrost natenia owietlenia powoduje wzrost wydolnoci wzrokowej tylko do pewnej granicy. Powikszenie wielkoci ktowej szczegółu ma wpływ na popraw wydolnoci wzrokowej wikszy ni znaczcy wzrost natenia owietlenia i kontrastu; gdy dalsze podwyszanie poziomu natenia owietlenia wpływa minimalnie lub praktycznie wcale na wzrost wydolnoci wzrokowej, to nastpuje cigłe obnianie si wydatkowania energii, wpływajce na mniejsze zmczenie; 8

9 zmniejszanie si z wiekiem wydolnoci wzrokowej uwydatnia si szczególnie przy niszych poziomach natenia owietlenia; taki sam wzrost poziomu natenia owietlenia spowoduje wyszy stopie poprawy wydolnoci wzrokowej u osoby w wieku np. 45 lat ni u osoby w wieku np. 30 lat. Wynika std postulat zapewnienia pracownikom ze starczowzrocznoci odpowiednio wyszych poziomów natenia owietlenia Rozkład luminancji Dla danego poziomu natenia owietlenia rónice w luminancji wynikaj z rónic w odbiciach strumienia wietlnego od powierzchni. Poniej przedstawiono zalecane zakresy luminancji dla wybranych sytuacji: preferowana luminancja zadania wzrokowego (przedmiotu pracy): cd/m 2 preferowana luminancja otoczenia ogólnego > (cian i sufitu): cd/m 2 preferowana luminancja tła: cd/m 2. Luminancja tła jest to luminancja obszaru, na którym wystpuje przedmiot pracy, tj. luminancja bezporednio graniczca z luminancj zadania wzrokowego. Natomiast luminancja otoczenia ogólnego jest to luminancja nie graniczca bezporednio z luminancj zadania wzrokowego. Luminancja otoczenia okrelonego zadania wzrokowego powinna by, jeli to moliwe, mniejsza ni luminancja samego zadania, ale nie mniejsza ni 1/3 jej wartoci. Zarówno warto luminancji cian, jak i luminancji zadania wzrokowego jest zalena od poziomu natenia owietlenia jakiego wymaga dana czynno. Przy załoeniu, e mieci si on w przedziale od około 500 do lx, luminancja cian powinna wynosi odpowiednio od 50 do 100 cd/m 2. Typowe wartoci współczynnika odbicia cian potrzebne do uzyskania tych wartoci luminancji s zawarte w przedziale midzy 0,5 a 0,8. Warto luminancji sufitu powinna by dua na tyle, aby we wntrzu było stworzone przyjemne, ogólne wraenie oraz zminimalizowane kontrasty jaskrawoci midzy sufitem a kad opraw owietleniow na nim zamocowan. Aby sufit nie powodował odbi, jego luminancja nie powinna by wiksza od 500 cd/m 2. Natomiast z punktu widzenia satysfakcji wzrokowej s preferowane wartoci od 100 do 300 cd/m 2. Zaleca si poza tym, aby rednia luminancja sufitu była wiksza o około 20 30% od redniej luminancji cian, czyli luminancja otoczenia ogólnego powinna by na tyle dua, aby był zapewniony odpowiedni poziom adaptacji oczu i wytworzony odpowiedni nastrój we wntrzu. Wynika std, e luminancja tła i otoczenia nie powinny by zbyt małe w stosunku do luminancji zadania wzrokowego, przy jednoczesnym spełnieniu warunku, e nie moe wystpowa zbyt duy kontrast midzy przedmiotem pracy i jego tłem Ochrona przed olnieniem Najwiksz luminancj we wntrzu wytworzon przez urzdzenia owietleniowe jest ta, któr powoduj same ródła wiatła. Zwykle luminancje te s zbyt due, aby pozwoli na uywanie ródeł wiatła bez odpowiedniego ograniczenia ich jaskrawoci w kierunku oczu pracownika. Z tego powodu ródła wiatła s umieszczane w oprawach, których jednym z zada jest ograniczanie luminancji w kierunkach chronionych do akceptowalnego poziomu. Ograniczanie olnienia bezporedniego lub poredniego oznacza ograniczenie luminancji opraw owietleniowych w strefie powyej kta 45, mierzc od pionu. Kt jest to kt widzenia rodka wietlnego oprawy połoonej najdalej od obserwatora. W przypadku pomieszcze z komputerami strefa ograniczenia luminancji najczciej wystpuje powyej 9

10 kta 50 ; 55 lub 60, mierzc od pionu. Im warto tego kta jest wiksza, tym strefa ograniczenia luminancji jest mniejsza i wystpuje wiksze prawdopodobiestwo wystpienia olnienia bezporedniego. Ograniczenie olnienia jest zwizane z odpowiednim doborem oprawy owietleniowej, a decyduj o tym elementy optyczne kształtujce jej brył fotometryczn, np. klosz mleczny, odbłynik, raster (róny kształt oraz rodzaj powierzchni). W praktyce owietlania wntrz olnienie przykre jest wikszym problemem ni olnienie przeszkadzajce. Uczucie przykroci ma tendencj do wzrostu wraz z upływem czasu i powoduje uczucie stresu i zmczenia. rodki podjte do ograniczenia olnienia przykrego zwykle niweluj olnienie przeszkadzajce. Na stopie olnienia przykrego nie wpływa tylko luminancja w polu widzenia pracownika, lecz zaley on take od rodzaju wykonywanej czynnoci. Im bardziej wymagajce jest zadanie wzrokowe i im wiksza jest potrzeba koncentracji, tym silniejsze bdzie uczucie przykroci. W tych sytuacjach, gdy pracownik musi si przemieszcza, wykonujc okrelone czynnoci, dowiadczana przykro bdzie mniejsza ni gdy pracownik wykonuje prac bez wykonywania znaczcych ruchów. W tym drugim przypadku najwiksze zagroenie olnieniem jest powodowane przez kracowe oprawy owietleniowe, szczególnie w pomieszczeniach wydłuonych. Dlatego te w pomieszczeniach wydłuonych, w celu minimalizowania olnienia, naley unika opraw z kloszami mlecznymi (oprócz takich opraw umieszczonych np. w kasetonach sufitowych, zapewniajcych odpowiednie kty ochrony). Olnienia odbiciowe oraz odbicia obniajce kontrast mog by zminimalizowane przez: rozplanowanie systemu owietlenia lub rozlokowanie miejsc pracy w taki sposób, aby adna oprawa owietleniowa nie była umieszczona nad miejscem wykonywania zadania wzrokowego, zwikszenie strumienia wietlnego padajcego z kierunków bocznych na zadanie wzrokowe pod ktem ostrym, rónym od kta obserwacji, stosowanie opraw majcych du, doln powierzchni wiecc i mał luminancj, projektowanie stanowisk pracy i materiałów do pracy o matowych powierzchniach w celu zmniejszenia skutków odbicia. 8. Owietlenie pomieszcze z komputerami Praca przy monitorach jest zwizana z wystpieniem co najmniej dwóch rónych zada wzrokowych: czytanie drukowanego tekstu na dokumencie i znaków na klawiaturze, czytanie znaków na monitorze (znaki mog by jasne na ciemnym tle lub ciemne na jasnym tle). Projektowanie owietlenia do pracy przy komputerze wymaga wic stosowania owietlenia zapewniajcego dobre warunki widzenia dla obu ww. zada wzrokowych. Wysoki poziom natenia owietlenia jest niezbdny na płaszczynie klawiatury i stołu, natomiast w płaszczynie ekranu jest niekorzystny ze wzgldu na obnienie kontrastu jaskrawoci znaków i tła na ekranie. W normie PN 84/E [4] okrelono wymaganie dotyczce wartoci najmniejszego dopuszczalnego redniego natenia owietlenia w pomieszczeniach komputerów, które powinno wynosi 500 lx. W normie tej zaleca si unikania kierunkowych odbi opraw 10

11 owietleniowych i ograniczenia owietlenia na ekranach monitorów. Zaleca si take, aby luminancja powierzchni pracy (dotyczy to redniej luminancji) nie była wiksza od 3-krotnej wartoci luminancji obserwowanych powierzchni wystpujcych w centralnym polu widzenia oraz 10-krotnej wartoci luminancji dalszych powierzchni w peryferyjnym polu widzenia (np. ciany, sufit, podłoga). W celu ograniczenia olnienia odbiciowego od opraw naley stosowa właciwie rozmieszczone oprawy owietleniowe z odpowiednim rastrem (parabolicznym, metalizowanym) oraz odpowiednio rozmieszczone stanowiska pracy. Do owietlania stanowisk pracy z komputerami luminancja opraw powinna by nie wiksza ni 200 cd/m 2 dla kta wypromieniowania oprawy powyej (liczc od pionu) w płaszczynie wzdłunej i poprzecznej oprawy. Wymagania powysze spełniaj oprawy o rozsyle wiatłoci kształtowanym przez głbokie zwierciadlane odbłyniki paraboliczne oraz metalizowane, paraboliczne rastry, tzw. dark-light. Oprawy owietleniowe o takich rozsyłach wiatłoci s korzystne ze wzgldu na nastpujce zalety: uwydatnione kierunki promieniowania le w płaszczynie prostopadłej do osi obserwacji, co ogranicza wpływ składowej kierunkowej odbicia strumienia wietlnego od przedmiotów znajdujcych si na biurku, utrudniajcej rozrónianie szczegółów; na stanowiskach pracy zlokalizowanych midzy dwoma liniami opraw wietlówkowych uzyskuje si wiksze natenie owietlenia ni pod oprawami w przejciach komunikacyjnych; nieobrotowa bryła fotometryczna umoliwia intensywniejsze owietlenie stanowisk pracy z boku w porównaniu z innymi kierunkami. 9. Wymagania dotyczce owietlenia W celu uzyskania efektywnego owietlenia (równie energooszczdnego) naley wzi pod uwag ponisze zasady: w urzdzeniu owietleniowym naley dy do uycia najbardziej wydajnych ródeł wiatła; ródła wiatła naley eksploatowa w warunkach znamionowych (nie obniajc ich strumienia wietlnego); sprzt owietleniowy naley utrzymywa w dobrym stanie; w czasie pracy w cigu dnia naley w pełni wykorzysta wiatło dzienne (np. przez ustawienie stanowisk pracy w pobliu okien), a w przypadku koniecznoci dowietlania stanowisk pracy wiatłem elektrycznym, naley włcza tylko niezbdne sekcje owietlenia. 10. Podsumowanie Na jako owietlenia w danym pomieszczeniu, któr ma zapewni okrelony system owietleniowy, maj wpływ nastpujce parametry: poziom natenia owietlenia i jego równomierno, rozkład luminancji, ograniczenie olnienia przykrego, barwa wiatła (temperatura barwowa) i wskanik oddawania barw ródeł wiatła. 11

12 11. Literatura 1. Bk J., Pabjaczyk W.: Podstawy techniki wietlnej. Skrypt dla szkół wyszych. Łód, Politechnika Łódzka Katalog opraw owietleniowych. Philips 1999, Katalog ródeł wiatła, osprztu i systemów sterowania owietleniem Philips 1999, PN-84/E Owietlenie wntrz wiatłem elektrycznym. 5. PN-90/E Technika wietlna. Terminologia. 6. Publication CIE No 29.2 (1986). Guide on interior lighting. 12. Foliogramy Foliogram 1. 12