Опубликовано

В чем измеряется освещенность

Определение и свойства

Освещённость численно равна световому потоку, падающему на участок поверхности единичной площади:

E v = d Φ v d σ . {\displaystyle E_{v}={\frac {d\Phi _{v}}{d\sigma }}.}

Единицей измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр), в СГС — фот (один фот равен 10 000 люксов). В отличие от освещённости, выражение количества света, отражённого поверхностью, называется светимостью.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (Закон обратных квадратов).

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Освещённость E v {\displaystyle E_{v}} от точечного источника находят по формуле:

E v = I v r 2 cos ⁡ i , {\displaystyle E_{v}={I_{v} \over r^{2}}\cos i,}

где I v {\displaystyle I_{v}} — сила света в канделах; r {\displaystyle r} — расстояние до источника света; i {\displaystyle i} — угол падения лучей света относительно нормали к поверхности.

Аналогом освещённости в системе энергетических фотометрических величин является облучённость.

Освещённость в фототехнике определяют с помощью экспонометров и экспозиметров, в фотометрии — с помощью люксметров.

Понятие освещенности

Световой поток измеряется в специальных лабораторных условиях и самопроизвольно его определить невозможно. Поэтому СНиП учитывает величину освещенности, которую, в отличие от светового потока, каждый может измерить самостоятельно. Она представляет собой показатель отношения светового потока, измеряемого в люменах, к площади поверхности, на которую попадают фотоны. Угол падения при этом должен равняться 90°. Единица измерения освещенности — люкс (lux).

Единица освещенности поверхности

Давно уже установлена зависимость психологического и физического состояний человека от света. Если при слабом освещении происходит угнетение мозговых процессов, то при ярком свете они возбуждаются. Но в любом случае сетчатка глаза и ресурсы организма изнашиваются. При проектировании осветительных приборов определяют коэффициент запаса (КЗ), который должен учитывать вероятный спад освещенности установки. Для искусственного света в показателе предусматривается уменьшение яркости по причине износа оптических компонентов устройства и их естественного загрязнения. Коэффициент естественной освещенности снижается вследствие изменения отражающих свойств окружающих предметов.

Измерение освещенности проводится на рабочих местах вместе с определением уровня загрязненности, звуковых колебаний, электромагнитного излучения, а на некоторых производствах и гамма излучения. Важность знания этих параметров трудно переоценить при создании оптимальных условий труда, и все они соответствуют санитарным правилам и нормам. Например, освещенность должна быть:

  • в рабочем кабинете — 300 лк;
  • в офисе для постоянной работы с компьютером — 500 лк;
  • для технических и конструкторских бюро — 750 лк.


При наличии в помещении естественной подсветки уровень искусственного фона можно снижать.

Приборы для определения уровня освещенности и методика его определения

Наименование прибора похоже на название величины, которую он устанавливает, — люксметр. Принцип работы малогабаритного переносного устройства напоминает работу фотометра. Поток излучения, падая на фоточувствительный элемент полупроводника, отрывает электроны, которые начинают упорядоченно двигаться. Таким образом, замыкается электрическая цепь. Причем величина тока прямо пропорциональна интенсивности освещения фотоэлемента, что имеет свое отражение на шкале аналогового люксметра. Сегодня приборы со стрелками практически исчезли, их заменили цифровые. Они оснащены жидкокристаллическими дисплеями, у которых сам фоточувствительный датчик расположен в отдельном корпусе, а с дисплеем он соединяется с помощью гибкого провода.

Прибор для измерения уровня освещенности

В ходе проведения эксперимента по измерению освещенности прибор устанавливается в горизонтальном положении. Причем в соответствии с требованиями ГОСТа их размещают в разных точках помещения, согласно определенной схеме. В 2012 г. Россия приняла новый стандарт измерения характеристики количества светового потока. В старом понятийном аппарате при измерениях использовались такие термины данной величины, как:

  • минимальная, средняя, максимальная, цилиндрическая;
  • естественная;
  • градиент запаса;
  • относительная эффективность когерентного лучевого потока.

В настоящее время к ним добавлены следующие типы освещения:

  • аварийное;
  • рабочее;
  • охранное;
  • эвакуационное;
  • резервное.

Стандарт подробно описывает все тонкости проведения измерительных исследований.

Замеры осуществляются отдельно по естественной и искусственной иллюминации. В ходе проведения эксперимента нельзя допустить, чтобы хоть малейшая тень падала на прибор, а вблизи был хотя бы 1 источник электромагнитных волн. Все они вносят помехи в работу устройства.

После выполнения необходимых замеров освещенности определяется искомая величина. Она сравнивается с нормативным значением. Затем подводятся итоги о достаточности освещенности территории или помещения. Каждый вид измерительных испытаний оформляется специальным оценочным протоколом, чего требует ГОСТ.

Нормативы освещенности для различных типов помещений

Измерение количества света для светодиодных устройств и примеры в природе

Светодиодные светильники стали очень востребованными благодаря уникальной энергоэффективности. Но светодиоды и их источники питания при освещении выделяют тепло, которое рассеивается с помощью теплопроводящих материалов (алюминий) и конструктивных особенностей (ребер, большой радиаторной площади). Несмотря на кажущееся отсутствие связи между потерями тепла и освещенностью, специалисты всегда учитывают ее при создании новых устройств.

Трудности с работой светодиодных светильников начинаются при эксплуатации в условии повышения температуры более +50°С. Почему измерение освещенности светодиодов и рекомендуют проводить после 2 часов их работы, т. е. после выхода на оптимальный режим. Для исключения появления погрешности проводятся неоднократные замеры в течение рабочей смены. Желательно эти исследования проводить как минимум 1 раз в год. Чтобы при проектировании исключить любые ошибки, закладывают коэффициент снижения освещенности, зависящий от физических характеристик объекта.

Освещение офиса LED-светильниками

Обычно производители LED-устройств дают гарантию по их безупречной работе на 3 года. Все параметры функционирования таких светильников, в том числе, и освещенность, должны соответствовать заявленным значениям. Если условия работы устройств происходят при температуре наружного воздуха свыше 45°С, то измерения освещенности необходимо делать гораздо чаще. Иначе неправильное проектирование и полученные результаты приведут к быстрому падению показателей освещения.

Что касается примеров иллюминации в природе, то на орбите Земли и экваторе в полдень данная величина равняется 135 тыс. люкс. В солнечный день она составляет до 100 тыс. лк, в пасмурный — только 1 тыс. люкс, а вот от Луны всего лишь 0,2 лк. Измерение света на улице на широте Москвы в зимний период показало от 4 до 5 тыс. люкс. В безлунную ночь освещенность в тысячу раз меньше, чем в полнолуние, а при 10-бальной облачности — в 10 тыс. раз меньше. То, в чем измеряется освещенность в помещении и естественных условиях, относится к физическим величинам, входящим в Международную систему единиц.

Плохая освещенность помещений, рабочего места или комнаты в квартире отрицательно влияет на здоровье человека, снижает концентрацию внимания, работоспособность, появляется раздражительность и сбои в психике. Очень яркий свет также является раздражителем, и не дает ничего положительного для человека.

Поэтому необходимо обеспечить нормальную освещенность помещений, которая регламентируется определенным стандартом СНиП. Для этого требуется простая установка соответствующих ламп освещения для каждого помещения.

Освещенность помещений в номинальном выражении является потоком света, который излучается на поверхность под прямым углом в расчете на единицу площади. При падении света под острым углом освещенность снижается в зависимости от угла наклона.

Освещенность измеряется в люксах, который равен 1 люмену (единица светового потока) на м2.

Освещенность помещений прямо зависит от силы света, который исходит от источника. Чем больше расстояние от светового источника до поверхности, тем меньше параметр освещенности.

Нормы

Каждый тип помещения имеет свои нормативы освещенности. Например, для помещения магазина по продаже продуктов наибольшее значение пульсации установлено 15%, освещенность 300 люксов, однако для отдела спортивных товаров или строительных материалов нормы совсем другие. Также правила устанавливают определенную допустимую освещенность для поликлиник, детских садов, автосервисов и других объектов.

Пример расчета освещенности

Определим необходимую освещенность для спальной комнаты. Площадь спальни составляет 25 м2. Значение нормы по правилам для комнат такого типа умножаем на площадь: 150 х 22 = 3300 люкс. Общий световой поток приборов освещения при такой величине освещенности должен быть равен не менее 3300 люмен.

Теперь остается подобрать подходящие лампы освещения для спальни. При выборе светодиодных ламп, можно, например, приобрести три таких лампы по 12 ватт. Это обеспечит создание светового потока 3600 люмен, что видно по значениям таблицы.

Такой расчет является приблизительным, так как светодиодные лампы имеют различные параметры света в зависимости от производителя. Таким образом, можно легко самостоятельно рассчитать требуемую мощность и тип ламп для создания нормированной освещенности любого помещения согласно правилам СНиП.

Приборы для измерения освещенности

Для замера освещенности помещений применяют различные приборы, которые имеют свои особенности конструкции и методы измерений. Основные приборы рассмотрим более подробно.

Люксметр

Люксметры делятся на электронные и аналоговые, которые уже не производятся, и остались только старые образцы таких моделей.

Такой люксметр используется:

  • Проверка соответствия освещенности помещений нормативным данным.
  • Измерение параметров освещения при проведении работ по оценке условий труда.
  • При электромонтажных работах для сравнения показателей освещенности с расчетами для приборов освещения.

Принцип действия люксметра заключается на работе встроенного фотоэлемента, на который направляется поток света. При этом в фотоэлементе возникает значительный поток заряженных частиц. В результате появляется течение электрического тока, сила которого зависит от силы светового потока, направленного на фотоэлемент. Обычно этот параметр и выводится на шкалу прибора.

Виды люксметров

В зависимости от расположения датчика, измеряющего освещенность помещений, люксметры делятся на виды:

• Моноблок (цельное устройство). Датчик фиксируется в самом корпусе прибора.


• Прибор с выносным датчиком, подключаемым гибким проводом.

Чтобы произвести простые измерения подойдет обычный люксметр-моноблок, без вспомогательных различных функций. Для определения нескольких параметров освещенности при производстве профессионального расчета, необходимо использовать устройства, имеющие дополнительный набор функций. Такие приборы имеют встроенную память и могут определять средние значения параметров.

Значительным преимуществом для люксметра является наличие особых светофильтров, которые помогают точнее определить значение силы света, которая исходит от приборов освещения с разными оттенками цветов.

Наличие выносного датчика в люксметре дает возможность определить освещенность с большей точностью, так как при этом влияние внешних факторов снижается. На современных моделях имеется жидкокристаллический дисплей. С помощью него намного проще снимать показания прибора.

Приборы для фототехники

В фототехнике используются такие приборы, как экспонометры и экспозиметры. Они предназначены для определения параметров яркости и освещенности экспозиции. Определив значения этих показателей, профессиональный фотограф может получить качественные фотоснимки.

Экспонометры разделяют на виды:

  • Внутренние.
  • Внешние.
Флешметры

Такие приборы предназначены для измерения освещенности при фотографировании. При этом дополнительным элементом используют устройства освещения импульсного типа (фотовспышки). В современных моделях фотоаппаратов флешметр расположен в корпусе. Он изменяет мощность фотовспышки при разных уровнях света.

Профессионалы применяют флешметры с выносным датчиком, они точнее определяют освещенность.

Фотометр

Такой прибор называют мультиметром. Он является более современной моделью флешметра. Его достоинством является сочетание опций экспонометра и флешметра.

Пульсация освещенности

Равномерность светового потока приборов освещения оставляет желать лучшего. Эффект, выражающийся в наличии колебаний в световом потоке, не виден глазу, однако его воздействие на здоровье человека имеет большое значение.

Опасность такого света заключается в том, что визуально невозможно определить наличие импульсов света. А в результате их действия может нарушиться сон, возникает дискомфорт, депрессия, слабость, сердечные сбои и другие симптомы.

Параметром пульсации является ее коэффициент, который выражает силу изменения потока света, направленного на единицу площади поверхности за промежуток времени. Формула расчета этого коэффициента довольно простая. Коэффициент пульсации освещенности определяется разностью между наибольшей и наименьшей освещенностью за определенное время, разделенной на двойную среднюю освещенность, и результат умножается на 100%.

Санитарные правила определяют верхний предел коэффициента пульсации. На рабочем месте он должен быть не более 20%, и зависит от степени ответственности работы сотрудника. Чем ответственнее работа, тем меньше должен быть коэффициент пульсации освещения.

Для помещений администраций и офисов с напряженной зрительной работой такой коэффициент не должен подниматься выше 5% отметки. При этом учитывается поток света частотой пульсаций до 300 герц, так как более высокую частоту нет смысла учитывать, из-за того, что она не воспринимается глазом человека и не оказывает отрицательного влияния.

Определение пульсации освещения

Для определения пульсации света применяют эффективный простой прибор, который измеряет яркость, пульсацию и освещенность помещений, и называется люксметр-пульсометр-яркомер.

Функции прибора

  • Измерение пульсации световых волн, возникающих при мерцании различных приборов освещения.
  • Измерение пульсации освещения мониторов компьютеров и других экранов.
  • Определение освещенности помещения.
  • Определение яркости приборов освещения и мониторов.

Принцип работы устройства заключается в проверке уровня освещения с помощью фотодатчика с дальнейшим преобразованием сигнала и вывода результата на жидкокристаллический дисплей.

Коэффициент пульсации света можно определить с помощью программы на компьютере, либо самостоятельно проанализировать измерения. Для анализа измерений на компьютере применяют специальную программу «Эколайт-АП», которая работает с прибором «Эколайт-02».

Отличительными признаками измерительных приборов, определяющих пульсации, являются уровни чувствительности, тип питания и качество фотодатчиков.

Наибольший коэффициент пульсации выдают светодиодные лампы, при использовании которых этот параметр иногда достигает 100%. Люминесцентные лампы и лампы накаливания обладают незначительным коэффициентом пульсации. Лампы накаливания имеют коэффициент пульсации не выше 25%. При этом стоимость и качество ламп не играют роли. Даже дорогие лампы могут выдавать значительные показатели пульсации света.

Методы снижения пульсации освещения

  • Применение приборов освещения, функционирующих на переменном токе с частотой более 400 герц.
  • Монтаж осветительной арматуры на разные фазы при трехфазной сети.
  • Установка в прибор освещения устройства компенсации ПРА (пускорегулирующей аппаратуры) и особое подключение ламп со сдвигом. Первая лампа работает на отстающем токе, а 2-я на опережающем.
  • Монтаж светильников с ЭПРА. Они оснащены электронным пускорегулирующим аппаратом, который сглаживает пульсации и стабилизирует напряжение.

Если в помещении приборы освещения подключены к одной фазе, то подключить их к разным фазам будет проблематично. Поэтому удобнее будет приобрести светильники с ЭПРА. Их достоинством является соответствие всем нормам правил.

Контроль уровня пульсации освещения необходим для здоровья человека, так как отклонение от норм приводит к нарушению работоспособности и самочувствия сотрудников.

Для жилых зданий освещенность помещений также важна. Пульсация света не видна, но со временем проявляется ее негативное влияние.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *