Световая среда и здоровье человека

Рациональное устроенное освещение на производственном объекте является одним из основных факторов, обеспечивающих безопасность производства. Свет является стимулятором не только зрительного анализатора, но и состояния организма в целом, а также общей работоспособности человека. При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций находится на низком исходном уровне, что повышает утомление зрения в процессе выполнения работы и повышает опасность травмирования из-за слабой различимости опасных объектов. Недостаток света вызывает напряжение глаз, затрудняет различение предметов, замедляет темп работы. Освещение имеет большое значение для здоровья и правильной организации труда. Под влиянием светового излучения ускоряются процессы высшей нервной деятельности, повышается общая активность и деятельность дыхательных органов. Благоприятные световые условия оказывают благотворное общее психофизиологическое воздействие на работоспособность и активность человека, а также на качество выполнения работы.

Современные железные дороги имеют высокий уровень механизации и автоматизации технологических процессов, требующих быстроты ориентировки и реакций. Движущийся и неуправляемый с точки зрения безопасности человека, находящегося на железнодорожных путях, подвижной состав вызывает опасность наезда на людей, особенно в условиях недостаточной освещенности. В условиях повышенной опасности, которая отличает железные дороги от других отраслей экономики страны, рациональное и достаточное освещение – это не только повышение производительности труда, качества выполняемых работ, но и средство предотвращения несчастных случаев и потерь больших материальных ценностей.

Человеческий глаз воспринимает лучистую энергию как световую в пределах длин волн от 380 до 770 нм при частоте колебаний от 8·10¹⁴ до 4·10¹⁴ Гц. Этот участок спектра электромагнитных колебаний называют видимым. В целом видимая часть спектра воспринимается глазом человека как белый свет. Отдельные узкие участки этой части спектра различаются длиной волны и вызывают соответствующие ей ощущения различных цветов. Видимые излучения в пределах узких интервалов спектра создают ощущение определенного цвета, плавно переходящего один в другой. Приближенно можно считать, что основные световые полосы спектра лежат в следующих пределах:

- красный – 770—630 нм;

- оранжевый – 630—600 нм;

- желтый – 600—570 нм;

- зеленый – 570—490 нм;

- синий – 490—430 нм;

- фиолетовый – 430—380 нм.

Рис. 6.1. Кривые относительной видимости: 1 – ночью; 2 – днем

По частотным характеристикам видимое электромагнитное излучение занимает место между ультрафиолетовым и инфракрасным.

Среднестатистический человеческий глаз обладает избирательной чувствительностью к разным участкам спектра. При естественном освещении наибольшая чувствительность наблюдается при длине волн 555 нм, ночью (или в сумерках) максимум соответствует примерно 500 нм (зелено-голубой свет). У концов спектра чувствительность глаз резко падает. В связи с этим для обеспечения одинакового зрительного ощущения надо, чтобы мощность красного излучения была в 9,35 раза выше, а синего – в 16,6 раза выше, чем желто-зеленого.

Недостаточное освещение рабочего места затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление и способствует развитию близорукости. Слишком низкие уровни освещенности вызывают апатию и сонливость, а в некоторых случаях способствуют развитию чувства тревоги. Длительное пребывание в условиях недостаточного освещения сопровождаются снижением интенсивности обмена веществ в организме и ослаблением его реактивности. К таким последствиям приводит длительное пребывание в световой среде с ограниченным спектральным составом света и монотонным режимом освещения.

Излишне яркий свет слепит, снижает зрительные функции, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, нарушает механизм сумеречного зрения. Воздействие чрезмерной яркости может вызывать фотоожоги глаз и кожи, кератиты, катаракты и другие нарушения.

6.2. Световое излучение и параметры,
характеризующие световую среду

Производственное освещение характеризуется качественными и количественными показателями. Количественные показатели характеризуются следующими светотехническими величинами: сила света, световой поток, освещенность и яркость.

Качественными показателями, определяющими условия зрительной работы, являются: фон, контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности, коэффициент пульсации освещенности, показатель дискомфорта.

Световой поток (F) – поток лучистой энергии, оцениваемый глазом по произведенному ею световому ощущению, характеризует мощность светового излучения. Световой поток измеряется в люменах (лм). Единица люмен – световой поток, излучаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан (ср) при силе света, равной 1 канделе.

Сила света ( I ) – пространственная плотность светового потока является основной светотехнической величиной. Сила света определяется отношением светового потока F к телесному углу ω, в пределах которого световой поток распределен равномерно, и измеряется в канделах (кд). Единица силы света - кандела – это сила света, излучаемого в перпендикулярном направлении абсолютно черным телом с площади 1/600000 м² при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 Па (760 мм рт. ст.).

В общем случае

, (6.1)

где I – сила света, кд; F – световой поток, лм; ω – телесный угол, ср.

Телесный угол (ω) – часть пространства, ограниченная конусом, имеющим вершину в центре сферы и опирающимся на ее поверхность. Телесный угол определяется отношением площади (S), которую конус вырезает на поверхности сферы, к квадрату радиуса (r) этой сферы и измеряется в стерадианах (ср):

, (6.2)

Телесный угол равен одному стерадиану, когда S = r².

Если свет точечного источника освещает произвольно ориентированную площадку, то элементарный телесный угол будет определяться как

, (6.3)

где β – угол между нормалью к освещаемой поверхности и направлением светового потока; L – расстояние между точечным источником света и точкой на освещаемой поверхности.

Освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность. Освещенность определяется отношением светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку, к площади этого элемента и измеряется в люксах (лк). Единица люкс – освещенность поверхности площадью 1 м² при световом потоке 1 лм.

, (6.4)

где Е – освещенность, лк; F – световой поток, падающий на элемент поверхности, лм; S – площадь освещаемой поверхности, м².

После преобразования выражения (6.4) с учетом (6.3) получим закон квадрата расстояния: освещенность поверхности уменьшается пропорционально квадрату расстояния от источника света.

(6.5)

Яркость (В) – поверхностная плотность силы света в данном направлении – светотехническая величина, непосредственно воспринимаемая глазом. Яркость поверхности определяется отношением силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению излучения.

, (6.6)

где В – яркость поверхности, кд/м²; I – сила света, кд; S – площадь излучающей поверхности, м²; α – угол между направлением излучения и плоскостью поверхности, град.

Единица яркости кд/м² – яркость равномерно светящей плоской поверхности, излучающей в перпендикулярном направлении с каждого м² силу света, равную 1 кд. В светотехнике применяют еще одну единицу измерения яркости – нит (нт), 1 нт = 1 кд/м².

При обычных условиях яркость 30000 кд/м² является слепящей. Гигиенически приемлемой считается яркость до 5000 кд/м².

Светимость (R) – поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью. Единица светимости лм/м² – светимость поверхности площадью 1 м², испускающей световой поток 1 лм.

Коэффициент отражения (ρ) – отношение отраженного телом светового потока (F_ρ) к падающему (F):

. (6.7)

Коэффициент пропускания (τ) – отношение светового потока, прошедшего через среду (F_τ), к падающему:

. (6.8)

Коэффициент поглощения (α) – отношение поглощенного телом светового потока (F_α) к падающему:

. (6.9)

Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на котором он рассматривается.

Фон считается:

- светлым – при коэффициенте отражения поверхности более 0,4;

- средним – от 0,2 до 0,4;

- темным – менее 0,2.

При этом коэффициент отражения поверхности определяется отношением отражаемого от поверхности светового потока (F_ρ) к падающему на нее световому потоку (F).

Контраст объекта различения с фоном (К) определяется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона по формуле

, (6.10)

где В_о – яркость объекта различения, кд/м²; В_ф – яркость фона, кд/м².

Контраст объекта различения с фоном считается:

- большим – при K более 0,5 (объект и фон резко различаются по яркости);

- средним – при K от 0,2 до 0,5 (объект и фон заметно различаются по яркости);

- малым – при K менее 0,2 (объект и фон мало различаются по яркости).

Показатель ослепленности (Р) – критерий оценки слепящего действия осветительной установки, учитывает пороговые разности яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения, определяется расчетным путем по методическим указаниям.

Коэффициент пульсации освещенности (K_п, %) – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током, определяется по формуле:

, (6.11)

где Е_max и E_min – соответственно максимальное и минимальное значение освещенности за период ее колебания, лк; Е_ср – среднее значение освещенности за тот же период, лк.

Показатель дискомфорта (М) – критерий оценки дискомфортной блескости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркостей в поле зрения, выражающийся формулой:

, (6.12)

где В_с – яркость блеского источника, кд/м²; ω – угловой размер блеского источника, ср; φ_о – индекс позиции блеского источника относительно линии зрения; В_ад – яркость адаптации, кд/м².

При проектировании показатель дискомфорта рассчитывается инженерным методом.