Производственное освещение. Органы зрения являются основным звеном передачи информации от внешней среды к умственному анализатору (мозгу) человека

Основные понятия

Органы зрения являются основным звеном передачи информации от внешней среды к умственному анализатору (мозгу) человека. 90% всей информации о внешнем мире поступает в умственный анализатор (мозг) человека через органы зрения.

В настоящее время существует два вида текстового восприятия информации:

1) текст расположен горизонтально или вертикально, и считывание производится за счет отраженного светового потока от естественного или искусственного источника света; восприятие такого светового потока мягкое и привычное для органов зрения, раздражение центральной нервной системы минимальное;

2) экран монитора расположен вертикально, и считывание производится за счет образования текста из люминесцирующего вещества, которое испускает падающий световой поток; восприятие такого светового потока жесткое и непривычное для органов зрения, раздражение центральной нервной системы максимальное.

Нерационально спроектированное освещение ухудшает условия зрительной работы, повышает утомляемость, оказывает отрицательное воздействие на центральную нервную систему.

Воспринимаемые органами зрения световые ощущения представляют собой электромагнитные колебания с длиной волны λ = 380 – 760 нанометр (нм) (1 нм = 10^{-9 м).}

Белый свет (видимое излучение) представляет собой набор волн разной длины и изменения спектра: от красного (пограничного с инфракрасным) до фиолетового (пограничного с ультрафиолетовым). Органы зрения наиболее чувствительны к желто-зеленому цвету.

Зависимость производительности труда от освещенности представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Зависимость производительности труда от освещенности

Нерационально спроектированное освещение в помещении приводит к возникновению следующих вредных факторов:

- отсутствие или недостаток естественного света;

- отсутствие или недостаток искусственного света;

- повышенная яркость света; пониженная контрастность;

- прямая и отраженная блесткость;

- повышенная пульсация светового потока.

Функциональное состояние органов зрения определяется физиологическими характеристиками:

острота зрения – способность глаза видеть и различать мельчайшие предметы, детали и форму;

контрастная чувствительность – способность глаза различать близкие по степени яркости предметы;

устойчивость ясного видения – способность глаза четко видеть предметы в течение длительного времени;

скорость зрительного восприятия – способность глаза четко видеть предметы за минимальный период времени;

адаптация зрения – способность глаза изменять чувствительность при изменении освещенности;

аккомодация зрения – способность глаза приспосабливаться к видению предметов на различном расстоянии.

Физиологические характеристики зрения необходимо знать для профессионального отбора лиц на зрительно напряженные работы и выработки рациональных профилактических мероприятий. Осмотр лиц на зрительно напряженные работы проводится через 6 месяцев в первый год работы и затем одни раз в год.

Для оценки светотехнических характеристик рассмотрим следующую схему (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 – Схема к определению

основных светотехнических характеристик освещения

Световой поток (F) – это количество световой энергии, которая в течение одной секунды проходит через площадку в 1 м², расположенную на расстоянии 1 м от источника света. Измеряется световой поток в люменах (лм).

Сила света (I) – это пространственная плотность светового потока в заданном направлении. Записывается сила света в следующем виде:

(6.1)

Измеряется сила света в канделах (кд).

Освещенность (Е) – это поверхностная плотность светового потока. Записывается освещенность в следующем виде:

(6.2)

где S – освещаемая площадь в 1 м² при световом потоке в 1 лм.

Измеряется освещенность в люксах (лк).

Яркость (В) – это часть светового потока, который отражается от освещаемой поверхности и воспринимается органами зрения. Записывается яркость в следующем виде:

(6.3)

Измеряется яркость в канделах, деленных на м² (кд/м²).

Фон – это поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения, на котором он рассматривается. Фон оценивается коэффициентом отражения (ρ), который записывается в следующем виде:

(6.4)

где F_отр – световой поток, отраженный от поверхности;

F_пад – световой поток, падающий на поверхность.

Фон считается:

светлым при ρ > 0,4;

средним при ρ =0,2-0,4;

темным при ρ < 0,2.

Фотометрический контраст объекта различения с фоном – это соотношение между яркостью объекта и яркостью фона. Фотометрический контраст объекта различения с фоном оценивается коэффициентом(К), который записывается в следующем виде:

(6.5)

где В_О – яркость объекта различения, кд/м² (трещина и риски на поверхности металла, символ на экране дисплея);

В_Ф – яркость фона, кд/м² (поверхность металла, экран дисплея).

Контраст объекта различения с фоном считается:

большим при К > 0,5;

средним при К=0,2-0,5;

малым при К < 0,2.

Виды освещения

Освещение подразделяется на:

- естественное,

- искусственное

- смешанное.

Естественное освещение – это освещение прямым и отраженным светом неба, проникающим в производственное помещение. При естественном освещении освещенность какой-либо точки горизонтальной плоскости производственного помещения оценивается коэффициентом естественной освещенности e(%), который может быть записан в следующем виде:

%

(6.6)

где Е_вн – освещенность точки горизонтальной поверхности внутри производственного помещения, лк;

Е_нар – освещенность точки горизонтальной поверхности снаружи производственного помещения на расстоянии 1м от стены производственного здания в 12⁰⁰ ч дня, лк.

Естественное освещение подразделяется на следующие виды:

1) боковое освещение через световые проемы в наружной стене производственного помещения;

2) верхнее освещение через световые фонари (аэрационные фонари);

3) комбинированное освещение – сочетание бокового и верхнего освещения.

Боковое освещение оценивается минимальным КЕО – е_min ;

верхнее и комбинированное освещение оценивается средним КЕО – е_ср .

Распределение КЕО в производственном помещении при различных видах естественного освещения может быть представлено в следующем виде (рисунок 6.3).

одностороннее двухстороннее

боковое освещение боковое освещение

верхнее освещение комбинированное освещение

Рисунок 6.3 – Схемы распределения

коэффициентов естественного освещения в зависимости от вида освещения

При искусственном освещении освещенность какой-либо точки горизонтальной плоскости производственного помещения оценивается освещенностью Е, лк.

Искусственное освещение подразделяется на следующие виды:

1) рабочее освещение:

- общее освещение – освещение, при котором источник искусственного освещения размещается в верхней зоне помещения; общее освещение подразделяется на равномерное и локализованное.

- местное освещение – освещение, создаваемое источником искусственного света концентрированно на рабочем месте;

- комбинированное освещение – общее + местное.

2) вспомогательное освещение:

- аварийное освещение – освещение для продолжения работы в случае аварийного отключения рабочего освещения;

- эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей в случае аварийного отключения рабочего освещения;

- дежурное освещение – освещение в нерабочее время.

Нормирование освещения

Нормативным документом является СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

При естественном освещении нормируется КЕО, который зависит от:

- характеристики зрительной работы;

- наименьшего размера объекта различения;

- разряда работы;

- вида естественного освещения.

Нормируемый КЕО для зданий, расположенных в различных районах светового климата записывается в следующем виде:

(6.7)

где – нормируемый КЕО в III поясе светового климата для соответствующей характеристики зрительной работы и разряда зрительной работы;

m – коэффициент светового климата;

с – коэффициент солнечности климата, определяемый поясом светового климата, ориентацией здания и конструкцией световых проемов.

Коэффициент светового климата и коэффициент солнечности определяется согласно следующим данным (таблица 6.1).

Таблица 6.1 – Коэффициенты светового климата и солнечности

Пояс светового климата	Города	Коэффициент светового климата m	Коэффициент солнечности с
I	Мурманск	1,2	0,95
II	Санкт-Петербург	1,1	0,9
III	Москва		0,85
IV	Элиста	0,9	0,8
V	Краснодар	0,8	0,75

При искусственном освещении нормируется минимально допустимая освещенность Ен, которая зависит от характеристики зрительной работы, наименьшего размера объекта различения, разряда работы, подразряда работы, контраста объекта различения с фоном, характеристики фона, вида освещения и типа источника освещения.

Наименьший размер объекта различения представляет собой объект, который органы зрения человека должны четко видеть на фоне, прилегающему к объекту различения (толщина линии символа на экране монитора, стрелка на циферблате прибора, трещина на поверхности металлического изделия).

Разряд зрительной работы определяется отношением минимального размера объекта различения (d) к расстоянию от органов зрения до объекта различения (l), т.е. d/l.

Разряд зрительной работы	Отношение d/l
I	менее 0,3 ∙ 10-3 близкое расстояние
VIII	более 10 ∙ 10-3 дальнее расстояние

Подразряд зрительной работы определяется комбинацией контраста объекта различения с фоном и характеристикой фона.

Контраст объекта различения с фоном Характеристика фона

большой светлый

средний средний

малый темный

Измеренная освещенность соответствует нормируемой при соблюдении следующих условий:

общее освещение
комбинированное освещение

При работе на ПЭВМ согласно нормам должны соблюдаться следующие параметры:

характеристика зрительной работы	высокая точность
наименьший размер объекта различения	0,3 – 0,5 мм
разряд работы	III
подразряд работы	г (большой –светлый; большой – средний)
КЕО : естественное	верхнее или комбинированное	5%
боковое	2 %
Ен: искусственное	общее	300 лк
комбинированное	400 лк

Яркость знака, измеренная в темноте должна составлять 35-120 кд/м².

Типы источников света

Для искусственного освещения производственных помещений используют:

- газоразрядные лампы;

- лампы накаливания.

У газоразрядных ламп внутренняя поверхность покрывается люминофором и колба заполняется парами ртути. Ультрафиолетовое излучение, возникающее при пропускании через лампу электрического разряда, падая на люминофор, превращает его в видимый свет.

Газоразрядные лампы бывают:

- высокого давления ДРЛ (дуговые ртутные с люминофором);

- низкого давления ЛЛ (люминесцентные).

В лампах накаливания видимый свет возникает в результате накала нити до высоких температур.

Люминесцентные лампы обладают следующими достоинствами:

- большая светоотдача (основная часть энергии превращается в свет);

- экономичность;

- благоприятный спектральный состав.

Недостатки:

- наличие стробоскопического эффекта (своеобразное ощущение раздвоенности или множественности предметов);

- появление шума.

Достоинства люминесцентных ламп переходят в недостатки ламп накаливания и наоборот.

Сравнительная характеристика газоразрядных ламп и ламп накаливания представлена в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Достоинства и недостатки люминесцентных ламп и ламп накаливания

Показатель	Характеристика источников света
Газоразрядные лампы ЛЛ	Лампы накаливания
Спектральный состав света	Благоприятные условия цветоощущения	Имеет место искажение цвета
Экономическая эффективность (световая отдача на единицу расходуемой энергии)	высокая	низкая

Для направленного распределения светового потока люминесцентные лампы и лампы накаливания устанавливают в осветительную арматуру, образуя светильник. Светильник преследует следующие цели:

1) направление светового потока в сторону рабочих поверхностей;

2) защиту органов зрения об блесткости светящейся поверхности лампы;

3) защиту ламп от загрязнений.

По распределению светового потока светильники подразделяются на:

- прямого света;

- отраженного света;

- рассеянного света.

Основной световой поток (до 90 %):

- у светильников прямого света направлен вниз (люминесцентные лампы);

- у светильников отраженного света световой поток направлен вверх и вниз (лампы накаливания).

По защите от загрязнений светильники подразделяются на:

пылезащищенные (установлены в цехах с высокой концентрацией пыли);

влагозащищенные (установлены в цехах с высокой влажностью, банях);

от агрессивных веществ (установлены в цехах химических предприятий.

Производственный шум

Основные понятия

Вредным фактором при работе вычислительной и оргтехники является повышенный уровень щума на рабочем месте. Повышенный уровень шума на рабочем месте относится к физической группе опасных и вредных производственных факторов.

Шум – это хаотическое сочетание различных по частоте и силе звуков.

Звук – это колебание частиц упругой среды, которые воспринимаются органами слуха человека в направлении их распространения.

Шум приводит к нарушению речевой связи, органов слуха и центральной нервной системы, вызывает чувство неудобства и раздражительности, приводит к снижению работоспособности и повышенной утомляемости.

Органы слуха человека воспринимают звуковые колебания с частотой 20 – 20000 Гц.

Звук с частотой менее 20 Гц носит название инфразвука. Под действием инфразвука у человека происходит расстройство центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Таблица 7.1 – Последствия воздействия инфразвука на человека

Частота, Гц	Вид отклонения от функционального состояния организма
	Апатия, тошнота
	Страх, тревога
	Смертельное состояния

Звук с частотой более 20000 Гц носит название ультразвука. Ультразвук поглощается и распространяется в живых тканях организма и воздействует на физико-химические и биологические процессы организма. Изменение физико-химических и биологических процессов приводит к головной боли, нарушению кровообращения, кожным заболеваниям, заболеваниям центральной и периферической нервной системы, быстрой утомляемости. По данным научных статей, полезным для организма является ультразвук колокольного звона 25000 – 30000 Гц.

Основными физическими характеристиками звука являются:

- интенсивность звука;

- звуковое давление.

Под интенсивностью звука понимают количество энергии, переносимой звуковой волной за 1 секунду через площадку в 1 м², которая расположена перпендикулярно движению звуковой волны. Интенсивность звука измеряется в Вт/м².

Под звуковым давлением понимают дополнительное давление воздуха, которое возникает при прохождении через него звуковой волны. Звуковое давление измеряется в паскалях (Па) (ньютон/м²).

Органы слуха воспринимают звуковые колебания в определенном диапазоне частоты и интенсивности (рисунок 7.1).

Под порогом слышимости следует понимать наименьшую интенсивность звука, ощущаемую органами слуха человека.

Под болевым порогом следует понимать наибольшую интенсивность звука, при которой органы слуха перестают слышать, и ощущается только боль.

Для энергетической оценки звуковых колебаний в какой-либо точке производственного помещения используется показатель уровень интенсивности звука(L_У), который записывается в следующем виде:

дБ

(7.1)

где I – интенсивность звука в точке измерения, Вт/м²;

I_О – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, Вт/м²

(I_О = 10^-12).

Рисунок 7.1 – Зависимость интенсивности звука от частоты

При расчетах и оценке звука используется логарифмический показатель уровень звукового давления(L_Р), который записывается в следующем виде:

дБ

(7.2)

где Р – среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения, Па;

Р_О – пороговая величина среднеквадратичного значения звукового давления, Па (Р_О = 2∙10^-5 Па при полном безмолвии).

Зависимость уровня звукового давления от частоты носит название спектра шума. Классификация шума по спектральному виду представлена на рисунке 7.2.

В практике измерения уровня звукового давления используют анализаторы шума, которые позволяют спектрограмму частот разделить на девять октавных полос со следующими частотными интервалами в Гц: 22,5-45; 45-90; 90-180; 180-355; 355-710; 710-1400; 1400-2800; 2800-5600; 5600-11200. В научной литературе для упрощения записи используют среднегеометрические частоты 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

Под октавой следует понимать частотный интервал, отношение крайних частот которого равно двум.

дискретный (дисковая пила по металлу) сплошной (реактивный двигатель

смешанный (компрессор)

Рисунок 7.2 – Классификация шума по спектральному виду

Среднегеометрическая частота (f_СГ) записывается в следующем виде:

(7.3)

где f_ВП и f_НП – верхний и нижний предел частот октавных полос, Гц.

В зависимости от происхождения шум классифицируется на следующие виды:

1) механический, который возникает при движении, соударении и трении деталей машин и механизмов (печатающие устройства);

2) аэродинамический, который возникает при нестационарном движении воздуха, газа и пара (пульсация давления, изменение скорости, вихревые процессы);

3) гидродинамический, который возникает при нестационарном движении жидкостей (гидравлические удары, турбулентное движение потока);

4) термический, который возникает при мгновенном изменении плотности газов в процессе горения (взрыв);

5) электромагнитный, который возникает при колебании элементов электромеханических устройств под действием электромагнитных полей (сердечник трансформаторов, ротор, статор).

В производственных и непроизводственных условиях происходит непрерывный рост многочисленных источников шума.

Приведем некоторые данные уровня звука (таблица 7.2).

Таблица 7.2 – Уровни звукового давления основных источников шума

При эксплуатации ПЭВМ

Источник шума	Lр, дБА
Клавиатура
Вентилятор охлаждения
Сканер
Принтер

Нормирование шума

Согласно санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Нормы шума в производственной и непроизводственной сферах. Нормирование производственного шума осуществляется с учетом частотного интервала по уровню звукового давления (L_Р), который записывается в следующем виде:

дБ

(7.4)

и без учета частотного интервала по уровню звука (L_РА), который записывается в следующем виде:

дБА

(7.5)

где Р_А – среднеквадратичная величина звукового давления с учетом коррекции по шкале «А» шумомера, Па (при f ≈ 500 Гц).

При нормировании уровня звукового давления учитываются следующие факторы:

- вид трудовой деятельности;

- частотный интервал;

- время действия шума (за основу принято действие шума в течение 8 часов).

Приведем фрагмент из нормативного документа нормируемых параметров шума (таблица 7.3).

Самыми строгими являются нормы шума в жилых помещениях (человек должен проживать в комфортных условиях). Строгими являются нормы для работников умственного труда (программист, конструктор, менеджер, экономист, юрист). Категорически запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнем звукового давления более 135 дБА.

Таблица 7.3 – Фрагмент из санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.566-96 Нормы шума в производственной и непроизводственной сфере (действие шума в течение 8 часов)

Вид трудовой деятельности	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Уровень звука, дБА
31,5
Уровень звукового давления, дБ
Творческая деятель-ность, программиро-вание, преподавание, обучение, врачебная деятельность