Światło i oświetlenie

(aktualizacja 03.07.2008 r.)

Spis treści:

Podstawowe pojęcia techniki świetlnej
Parametry źródeł światła
Wymagania oświetleniowe

Oświetlenie pomieszczeń z monitorami
Urządzenia oświetleniowe

1. Podstawowe pojęcia techniki świetlnej

1.1 Wstęp

Badaniem natury światła, a więc prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się oraz oddziaływanie z materią, zajmuje się dział fizyki zwany optyką. W optyce falowej rozpatrywane są zjawiska optyczne, w których przejawia się falowa natura światła, np.: zjawiska interferencji, dyfrakcji, polaryzacji i dyspersji światła.

1 .2. Widmo promieniowania widzialnego

Światło jest promieniowaniem widzialnym (elektromagnetycznym) zdolnym do wywoływania u człowieka i zwierząt bezpośrednio wrażeń wzrokowych, z których wynika widzenie. Źródła światła sztucznego są przeważnie źródłami elektrycznymi, natomiast wytwarzane przez nie światło jest w zasadzie wielkością nieelektryczną, wyrażaną wielkościami

i prawami fotometrycznymi.

Rys. 1. Zakres promieniowania widzialnego

   Przyjmuje się, że promieniowanie widzialne zawiera w widmie fal elektromagnetycznych, w bardzo wąski przedział od 380 do 780 nm. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować promieniowanie o innych długościach.

W widmie światła widzialnego istnieją przedziały o różnych długościach fal, które oko ludzkie odbiera jako wrażenie różnych barw, np.:

• przedział o długości fali od 380 nm do  436 nm  - fiolet,

• przedział o długości fali od 436 nm do  495 nm  - niebieski,

• przedział o długości fali od 495 nm do  566 nm  - zielony,

• przedział o długości fali od 566 nm do  589 nm  - żółty,

• przedział o długości fali od 589 nm do  627 nm  - pomarańczowy,

• przedział o długości fali od 627 nm do  780 nm  - czerwony.

Najlepiej widzimy w środku zakresu promieniowania widzialnego a najgorzej na końcach zakresu.

Światło w naszym oku odbierają receptory znajdujące się na siatkówce: 125 milionów pręcików i 6,5 miliona czopków. Dzięki czopkom człowiek rozróżnia barwy w jasnym pomieszczeniu oraz ostro widzi szczegóły. Czopki zawierają trzy typy barwników o maksimach czułości w obszarach błękitu, oranżu i czerwieni.

W zależności od stopnia podrażnienia każdego z barwików mózg otrzymuje różne serie impulsów nerwowych i interpretuje je jako różne kolory. Czopki potrafią również rozróżniać natężenie światła czyli jego intensywność.

Gdy oświetlenie jest słabe, czopki przestają pracować i nie rozpoznajemy wtedy barw. Zaczynają wtedy odbierać pręciki, które pozwalają widzieć jednobarwne przedmioty przy słabym oświetleniu, rejestrując ich natężenie.

Naturalnymi źródłami światła  są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych stanów energetycznych następuje emisja światła. Taki proces zachodzi w zwykłych żarówkach.

Innym sposobem jest pobudzanie do świecenia atomów substancji (najczęściej rtęci) przepływającym prądem w gazach. Są to lampy wyładowcze np. świetlówki lub żarówki energooszczędne.

1.3. Podstawowe wielkości oświetleniowe

1) Strumień świetlny

Strumieniem świetlnym (Φ) nazywamy część promieniowania optycznego emitowanego przez źródło światła, którą widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen, Im.

2) Światłość

Światłość (I) jest to gęstość kątowa strumienia świetlnego źródła światła wysyłanego w danym kierunku. Światłość charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni, czyli ilość strumienia świetlnego wysyłanego przez źródło światła w niewielkim kącie bryłowym otaczającym określony kierunek. Światłość I wyznacza się ze wzoru:

gdzie ω - jest to kąt bryłowy, który na powierzchni kuli o promieniu r, zakreślanej z wierzchołka tego kąta, ogranicza pole  S = r².   Jednostką światłości jest kandela cd = Im/sr, gdzie; sr - steradian to jednostka kąta bryłowego.

Rys. 2. Graficzne przedstawienie światłości

3) Natężenie oświetlenia

Natężenie oświetlenia (E) jest to gęstość powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na daną płaszczyznę, czyli jest to stosunek strumienia świetlnego padającego na płaszczyznę do jej pola powierzchni:

Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), gdzie: lx = Im/m².

Rys. 3. Graficzne przedstawienie jednostki natężenia oświetlenia

4) Luminancja

Luminancja (L) jest fizyczną miarą jaskrawości. Zależy od natężenia oświetlenia na obserwowanym obiekcie, właściwości odbiciowych powierzchni obiektu (barwa, stopień chropowatości) oraz od jego pola pozornej powierzchni świecącej. Pozorna powierzchnia świecąca jest to wielkość postrzeganej przez obserwatora powierzchni płaszczyzny świecącej uzależniona od kierunku jej obserwacji.

      Pozorna powierzchnia świecąca jest to zarówno płaszczyzna świecąca w sposób bezpośredni - oprawa oświetleniowa, jak i płaszczyzna świecąca w sposób pośredni, np. ściana, przez odbicie światła. Wówczas gdy kąt pomiędzy prostopadłą do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji wynosi 0°, pole pozornej powierzchni świecącej równe jest polu powierzchni świecącej. W miarę wzrostu ww. kąta, pole pozornej powierzchni świecącej zmniejsza się zgodnie z kosinusem tego kąta, aż do kąta 90°, kiedy wynosi zero. Luminancja wyrażana jest wzorem: L = pE / p. Jednostką luminancji jest cd/m².

Rys. 4. Pozorna powierzchnia świecąca

5) Kontrast jaskrawości

Kontrast jaskrawości (k) oznacza subiektywne oszacowanie różnicy w wyglądzie dwu części pola widzenia, oglądanych równocześnie lub kolejno. W znaczeniu obiektywnym kontrast jest najczęściej określany wzorem: k = L₁ / L₂ ,

gdzie: L₁ , L₂ – luminancje, a  L₁ > L₂ .

2. Parametry źródeł światła

2.1 Skuteczność świetlna źródeł światła

Skuteczność świetlna (η_z) jest to stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez źródło światła do pobieranej przez nie mocy. Jednostką skuteczności świetlnej jest Im/W.

Przykład:  żarówka o mocy P = 100 W emituje strumień świetlny Φ = 600 lm. Skuteczność świetlna wynosi:

2.2. Trwałość użyteczna

      Trwałość użyteczna jest określana najczęściej czasem świecenia źródła śwatła do chwili, kiedy wartość jego strumienia świetlnego zmniejszy się o 20 - 30% w stosunku do wartości początkowej.

2.3. Barwa światła i oddawanie barw

      Oddawanie barw - inaczej zdolność oddawania właściwych barw oświetlonego przedmiotu, dzięki istnieniu całego spektrum fal w strumieniu światła padającego na ten przedmiot. Wygląd określonego przedmiotu może ulegać zmianom w warunkach oświetlania różnymi typami źródeł światła. Aby zapewnić dobre odwzorowanie kolorów i właściwy kontrast barwy, należy stosować źródła światła o wysokim wskaźniku oddawania barw (Ra). Wskaźnik Ra określa stopień zgodności barwy faktycznej z jej obrazem widzianym przy danym oświetleniu. Im niższa jest wartość Ra, tym gorzej oddawane są barwy oświetlanych przedmiotów

Rys. 5.  Wrażenie w oddawaniu barw

     Wskaźnik oddawania barw Ra posiada maksymalną wartość 100. Niesie on informację o tym, w jakim stopniu dane źródło światła umożliwia obserwację kolorów.  Wartości zbliżone do 100 charakteryzują najlepsze właściwości oddawania barw. Im większe jest wymaganie dotyczące właściwego postrzegania barw, jak np. w przemyśle poligraficznym, tekstylnym, tym wskaźnik oddawania barw powinien być większy. W zależności od wykonywanych czynności zaleca się stosowanie źródeł światła o odpowiednim wskaźniku oddawania barw Ra:

1) bardzo dużym      - Ra ≥ 90,       dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np.

                                  kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy,

2) dużym                 - 90 > Ra ≥ 80, biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych,

3) średnim i małym - 80 > Ra ≥ 40, inne prace, jak np. walcownie, kuźnie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz

                                                      wszędzie tam, gdzie rozróżnianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego

                                                      znaczenia.   We wnętrzach, w których ludzie pracują albo przebywają dłuższy czas,

                                                      zaleca się stosowanie źródła światła o wskaźniku oddawania barw większym od 80.

2.4. Temperatura barwowa. 

Barwę światła określa się za pomocą tzw. temperatury barwowej (Tc) i podaje się ją w Kelwinach (K).  Źródła, które emitują białą barwę światła, można podzielić, w zależności od ich temperatury barwowej, na trzy grupy:

- ciepłobiała (ciepła),

- neutralna (chłodnobiała),

- dzienna (zimna).   

Rys. 6. Wrażenie barwy światła

Wraz ze zwiększaniem wartości średniej wymaganego natężenia oświetlenia powinna wzrastać temperatura barwowa stosowanego źródła światła.  Dla poziomów natężenia oświetlenia (patrz rys. 6):

• poniżej 300 lx - temperatura barwowa powinna być niższa od 3 300 K, co odpowiada ciepłobiałej barwie światła,

• od 300 do 750 lx - temperatura barwowa powinna zawierać się w przedziale 3 300 ÷ 5 000 K, co odpowiada neutralnej barwie światła,

• powyżej 750 lx - temperatura barwowa powinna być wyższa od 5 000 K, co odpowiada dziennej barwie światła. 

Wybór wyglądu barwy jest kwestią psychologii, estetyki i tego, co może być rozważane jak naturalność. Wybór ten będzie zależał od poziomu natężenia oświetlenia, barw pomieszczenia i mebli, klimatu i zastosowań oświetlenia. W ciepłych klimatach preferowany jest zimniejszy wygląd barwy światła, natomiast w chłodnych klimatach — cieplejszy.

2.5. Krzywa światłości

Krzywa światłości jest to krzywa odzwierciedlająca rozkład światłości oprawy przedstawiony dla charakterystycznej płaszczyzny lub płaszczyzn przekroju danej oprawy, którymi są płaszczyzny przechodzące przez wzdłużny (C₉₀) i poprzeczny (Co) przekrój osiowy oprawy - dla opraw wydłużonych (np. do świetlówek  lub jedna krzywa dla opraw obrotowosymetrycznych (np. do żarówek, niektórych lamp wysokoprężnych).

Rys. 7  Położenie charakterystyczne płaszczyzn fotometrowania
świetlówkowych opraw oświetleniowych oraz zakres kąta ochrony

2.6. Krzywe rozsyłu światłości lamp i opraw oświetleniowych

Źródła światła rozsyłają strumień świetlny w poszczególnych kierunkach w różny sposób co wynika z budowy źródła lub kształtu oprawy. W katalogach lamp i opraw przestrzenny rozsył światła jest przedstawiany w formie tzw. krzywych rozsyłu światłości będących przekrojami bryły fotometrycznej strumienia świetlnego wysyłanego przez daną lampę.

Światłość w danym kierunku, określonym przez kąt a, wyraża się wzorem J_a  = dF/dw, gdzie F jest to strumień świetlny wrażany w lumenach (lm), w — kąt przestrzenny wyrażany w steradianach (srd). Jednostką światłości jest kandela (cd), oparta na podstawowym wzorcu źródła światła. 1cd = 1lm/1srd.  

Na rys.  8 przedstawiono krzywą światłości żarówki J_a w funkcji kąta a. Rozsył światłości żarówek jest symetryczny we wszystkich płaszczyznach. Na rys. 9 przedstawiono krzywe światłości dla konwencjonalnej świetlówki liniowej w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych b = 0^o oraz b = 90^o.

Krzywe rozsyłu światłości mogą być też przedstawiane we współrzędnych prostokątnych. Jest to typowe dla opraw o ukierunkowanym strumieniu światła.

                   Rys. 8.  Krzywa światłości żarówek                              Rys. 9.  Krzywe światłości oprawy świetlówkowej

3. Wymagania oświetleniowe

(określone w nowej normie  PN-EN 12464-1 , z listopada 2004 r. Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach).

      Zapewnienie właściwego oświetlenia pomieszczeń i stanowisk pracy jest obowiązkiem każdego pracodawcy.

Zgodnie z art. 207 § 2 Kodeksu pracy, pracodawca jest zobowiązany chronić zdrowie i życie pracowników przez zapewnienie bezpiecznych i higienicznych warunków pracy, przy odpowiednim wykorzystaniu osiągnięć nauki i techniki.

      W § 26 rozporządzenia  Ministra Pracy i Polityki Socjalnej  w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy określono wymaganie: " w pomieszczeniach pracy należy zapewnić oświetlenie elektryczne o parametrach zgodnych z Polskimi Normami".

      Norma PN-EN 12464-1 określa wymagania jakościowe i ilościowe dotyczące pomieszczeń i stanowisk pracy wewnątrz budynków. Zawiera również zalecenia dotyczące dobrej praktyki oświetleniowej i podaje kryteria niezbędne przy projektowaniu oświetlenia, jak: otoczenie świetlne, rozkład luminancji, natężenie oświetlenia, olśnienie, oświetlenie kierunkowe, aspekty barwne, migotanie strumienia świetlnego i efekt stroboskopowy, współczynnik utrzymania oraz względy energetyczne. Przestawiono także zagadnienia związane z oświetleniem stanowisk pracy z monitorami ekranowymi, wymagania szczegółowe dla wnętrz oraz zadań i czynności wzrokowych odnośnie wartości: użytecznego natężenia oświetlenia, ujednoliconego wskaźnika olśnienia (UGR) i wskaźnika oddawania barw (Ra).

       Przykładowa tabela z wymaganiami oświetleniowymi na stanowiskach pracy,

             na których wykonuje się działalność przemysłowa i rzemieślniczą

3.1 Terminy i definicje

W normie europejskiej PN-EN stosuje się terminy i definicje podane w EN 12665:2002 oraz takie, które mogą być nie

podane w PN-90/E-01005 Technika świetlna. Terminologia.

a) zadanie wzrokowe: zbiór podstawowych elementów wzrokowych wykonywanej pracy, jak: wielkość struktury, jej luminancja, kontrast z tłem  i czas trwania,

b) pole zadania: część pola w miejscu pracy, gdzie wykonywane jest zadanie wzrokowe. W miejscach, dla których wielkość i/lub położenie pola zadania jest nieznane, jako pole zadania należy uznać pole, gdzie zadanie może być wykonywane,

c) pole bezpośredniego otoczenia: pas o szerokości co najmniej 0,5 m otaczający pole zadania, występujący w polu

widzenia,

d) eksploatacyjne natężenie oświetlenia (Ēm):  wartość, od której nie może być mniejsza wartość średniego natężenia oświetlenia, na określonej powierzchni. Jest to średnie natężenie oświetlenia zalecane do utrzymywania podczas

użytkowania oświetlenia,

e) kąt ochrony: kąt między poziomą płaszczyzną i pierwszą linią wzroku, przy której świecące części lamp w oprawie oświetleniowej są bezpośrednio widoczne,

f) urządzenie z monitorem ekranowym (DSE): alfanumeryczne lub graficzne monitory ekranowe, niezależnie od

zastosowanego sposobu wyświetlania [90/270/EWG],

g) równomierność oświetlenia: stosunek minimalnego natężenia oświetlenia do średniego natężenia oświetlenia na

powierzchni  (patrz także lEC 60050-845 / ClE 17.4: 845-09-58 Równomierność oświetlenia).

4. Kryteria projektowania oświetlenia

4.1 Otoczenie świetlne

      W celu zapewnienia dobrego oświetlenia ważne jest, aby poza zapewnieniem wymaganego poziomu natężenia oświetlenia zaspokojone były jednocześnie podstawowe potrzeby człowieka. 

      Dla dobrej praktyki oświetlenia istotne jest, aby obok wymaganych poziomów natężenia oświetlenia, spełnione były inne jakościowe i ilościowe potrzeby człowieka jak:

   a) wygoda widzenia, przy której pracownicy mają dobre samopoczucie;

   b) wydolność wzrokowa, przy której pracownicy są w stanie wykonywać zadania wzrokowe, nawet w trudnych warunkach

       i w wydłużonym czasie oraz

   c) bezpieczeństwo.

Do podstawowych parametrów określających otoczenie świetlne zalicza się:

—         rozkład luminancji,

—         natężenie oświetlenia,

—         olśnienie,

—         kierunkowość światła,

—         oddawanie barw i postrzeganie barwy światła,

—         migotanie,

—         światło dzienne.

4.2 Rozkład luminancji

    Luminancję powierzchni można określić za pomocą jej współczynnika odbicia i natężenia oświetlenia na tej powierzchni.

Rozkład luminancji w polu widzenia wpływa na poziom adaptacji wzroku i tym samym na widzialność zadania.

    Właściwie dobrana (zrównoważona) luminancja adaptacji jest niezbędna dla wzrostu:

—         ostrości widzenia,

—         czułości kontrastowej (rozróżnianie małych względnych różnic luminancji),

—         sprawności funkcji ocznych (takich jak akomodacja, konwergencja, zwężanie źrenic, ruchy.

Rozkład luminancji w polu widzenia wpływa również na wygodę widzenia. Aby ją zapewnić, zalecane jest unikanie:

—         zbyt wysokich luminancji, które mogą powodować wzrost olśnienia,

—         zbyt wysokich kontrastów luminancji, które mogą powodować zmęczenie ze względu  na ciągłą readaptację wzroku,

—         zbyt niskich luminancji i zbyt niskich kontrastów luminancji, przy których tworzy się monotonne  i nie stymulujące

            środowisko pracy.

Luminancje wszystkich powierzchni są istotne i mogą być określone współczynnikami odbicia  i natężeniem oświetlenia na określonych powierzchniach.

      Współczynniki odbicia dla podstawowych powierzchni wnętrza są następujące:

—         sufit:                         od 0,6 do 0,9

—         ściany:                      od 0,3 do 0,8

—         płaszczyzny pracy:    od 0,2 do 0,6

—         podłoga:                    od 0,1 do 0,5

4.3  Natężenie oświetlenia

       Poziom natężenia oświetlenia i jego rozkład w polu zadania wzrokowego i jego otoczeniu maja zasadniczy wpływ na to, jak szybko, bezpiecznie i wygodnie człowiek dostrzeże i wykona zadanie wzrokowe.

      Wartości podane w rozdziale 5 niniejszej normy są eksploatacyjnymi wartościami natężeniami oświetlenia w  obrębie poła zadania, na płaszczyźnie odniesienia, która może być pozioma, pionowa lub pochylona.

      Średnie natężenie oświetlenia dla dowolnego zadania wzrokowego nie powinno być mniejsze niż wartość  podana  w rozdziale zawierającym wymagania oświetleniowe, niezależnie od wieku i stanu instalacji oświetleniowej. Wartości te ustalono dla  normalnych  warunków widzenia, z uwzględnieniem następujących czynników:

—         psychofizjologicznych aspektów, takich jak wygoda widzenia i dobre samopoczucie,

—         wymagań dotyczących zadań wzrokowych,

—         ergonomii widzenia,

—         doświadczeń praktycznych,

—  bezpieczeństwa,

—         ekonomii.

W nowej normie przyjęto, że wymagane natężenie oświetlenia w celu dostrzeżenia rysów ludzkiej twarzy w normalnych

warunkach oświetleniowych, powinny być nie mniejsze niż 20 lx. Jest to najniższa wartość w zalecanej skali stopniowania

natężeń oświetlenia: 20—30—50—75— 100— 150—200—300— 500— 750— 1000— 1500—2000—3000— 5000

Zastosowana krotność tej skali, o wartości około 1,5, przedstawia najmniejsza istotną różnicę w subiektywnym poziomie

natężenia oświetlenia.

Projektant oświetlenia może zwiększyć poziom oświetlenia o co najmniej jeden stopień w następujących sytuacjach, odbiegających od warunków normalnych, gdy:

—         wykonywana praca wzrokowa jest skrajnie trudna,

—         naprawianie popełnionych błędów jest kosztowne,

—         zwiększona dokładność lub wysoka wydajność pracy ma duże znaczenie,

—         zdolność wzrokowa pracownika jest poniżej normy,

—         szczegóły zadania mają niezwykle małe wymiary lub mały kontrast,

—         zadanie wykonywane jest w niezwykle długim czasie.

Istotne jest też określenie minimalnej wartości eksploatacyjnego natężenia oświetlenia wynoszącego 200lx w obszarach, w których bez przerwy wykonywane jest zadanie wzrokowe.

Nowym pojęciem wprowadzonym w tej normie jest natężenie oświetlenia w polu bezpośredniego otoczenia. Powinno ono zależeć od natężenia  oświetlenia w polu zadania i zaleca się, aby zapewniało równomierny rozkład luminancji w polu widzenia.

      Duże przestrzenne zmiany natężenia oświetlenia wokół pola zadania mogą prowadzić do stresu i niewygody widzenia.

Natężenie oświetlenia w polu bezpośredniego otoczenia może być niższe niż natężenie oświetlenia  w polu zadania,

jednakże nie może być niższe niż wartości podane w tablicy 1.

                                  Tablica 1 — Równomierności oraz związek między natężeniami

                                   oświetlenia w polu zadania i w polu bezpośredniego otoczenia

Dopuszczone przez nową normę różnice w poziomach natężenia oświetlenia pomiędzy obszarami zadania i jego bezpośredniego otoczenia wskazują w praktyce na możliwość doświetlenia obszaru zadania oprawą oświetlenia miejscowego. Oprócz odpowiedniego natężenia oświetlenia w obszarze zadania wzrokowego, oświetlenie powinno zapewniać odpowiednią luminancję adaptacji. Duże zmiany natężenia oświetlenia wokół obszaru zadania mogą prowadzić do odczucia niewygody u pracowników.

Równomierność oświetlenia

W obszarze samego zadania wzrokowego równomierność powinna być jak najlepsza, ale nie mniejsza niż 0,7 (≥ 0,7).

Natomiast równomierność natężenia oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia nie może być niższa niż 0,5 (≥ 0,5).

(patrz tab. 1).

 Równomierność oświetlenia (δ) na danej płaszczyźnie wyznacza się jako iloraz najmniejszej zmierzonej wartości natężenia oświetlenia występującej na danej płaszczyźnie (Emin) do średniego natężenia oświetlenia na tej płaszczyźnie (Esr),  

4.4 Olśnienie

Olśnieniem nazywa się pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym występuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolności rozpoznawania przedmiotów w polu widzenia, w wyniku niewłaściwego rozkładu luminancji lub niewłaściwego zakresu luminancji albo nadmiernych kontrastów w przestrzeni lub w czasie. Olśnienie może być doznawane  jako olśnienie przykre lub przeszkadzające. Olśnienie spowodowane odbiciami od lustrzanych powierzchni, zazwyczaj określane jest jako olśnienie dekontrastujące lub odbiciowe.

Olśnienie przeszkadzające - zmniejsza zdolność widzenia na bardzo krótki, ale zauważalny czas i bez wywoływania

uczucia przykrości. Nadmierna ilość światła docierająca do oka ulega rozproszeniu w ośrodkach optycznych oka, co

powoduje nakładanie się tzw. luminancji zamglenia na prawidłowo zogniskowany obraz przedmiotu obserwowanego

Olśnienie przykre - wywołuje uczucie przykrości, niewygody, rozdrażnienia oraz wpływa na brak koncentracji bez

zmniejszenia zdolności widzenia. Natychmiast po usunięciu przyczyny olśnienia niewygoda ustępuje. Olśnienie to zależy

od: luminancji poszczególnych źródeł olśniewających, luminancji tła, na którym znajdują się źródła, wielkości kątowych tych

źródeł, ich położenia względem obserwatora oraz ich liczby w polu widzenia. Na stanowiskach pracy znajdujących się we

wnętrzach najczęstszą przyczyną powstania olśnienia są jaskrawe elementy opraw oświetleniowych lub okna.

Ocena olśnienia przykrego, pochodzącego bezpośrednio od opraw instalacji oświetleniowej we wnętrzu powinna być określona z użyciem tabelarycznej metody ujednoliconego wskaźnika olśnienia (UGR), opracowanej przez CIE, zgodnie

ze wzorem:

gdzie:

L_b    luminancja tła w cd/m², obliczona jako E_ind/π,   gdzie E_ind jest pionowym pośrednim

       natężeniem oświetlenia przy oku obserwatora,

L     luminancja świecących części każdej oprawy w kierunku oka obserwatora w cd/m²,  

ω     kąt bryłowy (w steradianach), świecących części każdej oprawy przy oku obserwatora,

p     wskaźnik położenia Gutha dla każdej indywidualnej oprawy, który odnosi się do położenia

       oprawy względem linii widzenia.

Oszacowanie wskaźnika UGR dokonywane jest na etapie wykonywania projektu oświetlenia, a wszystkie założenia przyjęte przy jego oszacowywaniu powinny być wymienione w dokumentacji.

Olśnienie oślepiające - olśnienie tak silne, że przez pewien zauważalny czas żaden przedmiot nie może być dostrzeżony. Jest to skrajny przypadek olśnienia przeszkadzającego.

Z punktu widzenia warunków powstawania rozróżniamy następujące rodzaje olśnienia:

    • olśnienie bezpośrednie, które jest spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w tym samym lub prawie

       tym samym kierunku co przedmiot obserwowany,

    • olśnienie pośrednie, które jest spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w innym kierunku niż

      przedmiot obserwowany,

    • olśnienie odbiciowe, które powodują kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów.

Ochrona przed olśnieniem

      Jaskrawe źródła światła mogą wywoływać olśnienie i pogarszać widzenie obiektów. Należy tego unikać np. przez odpowiednie przesłanianie lamp lub okien. W celu uniknięcia olśnienia od źródeł światła oraz opraw oświetleniowych należy stosować odpowiednie elementy konstrukcyjne opraw osłaniające źródła światła lub przesłaniać okna żaluzjami.

      Zgodnie z normą PN-EN 12464-1:2004, w przypadku zastosowania źródeł światła o wartości luminancji zawartej w przedziale od 20  < 50 kcd/m² minimalny kąt ochrony opraw oświetleniowych powinien wynosić 15 ^o, natomiast w przypadku luminancji źródeł z przedziału od 50 do < 500 kcd/m², kąt ten powinien być równy 20 ^o, a w przypadku luminancji ≥ 500 kcd/m² - 30 ^o.

      Podane wartości minimalnych kątów ochrony nie mają zastosowania do opraw świecących w górna przestrzeń oraz opraw zamontowanych poniżej normalnego poziomu oczu.

      Ważne jest ograniczanie olśnienia, w celu unikania błędów, zmęczenia i wypadków.  Jeżeli olśnienie przykre jest

odpowiednio ograniczone, to olśnienie przeszkadzające zazwyczaj nie stanowi istotnego problemu.

     Jeżeli kierunek widzenia jest powyżej linii horyzontu, to uniknięcie olśnienia wymaga specjalnych zabiegów

Olśnienie dekontrastujące i odbiciowe

Jaskrawe odbicia światła w polu zadania mogą zmieniać widzialność zadania, zazwyczaj niekorzystnie. Olśnienia

dekontrastujące i odbiciowe mogą być eliminowane lub zmniejszane:

—         rozmieszczeniem opraw i miejsc pracy,

—         rodzajem pokrycia powierzchni (powierzchnie matowe),

—         ograniczeniem luminancji opraw,

—         powiększeniem powierzchni świecących oprawy,

—         stosowaniem jasnego sufitu i jasnych ścian.

4.5 Oświetlenie kierunkowe

      Oświetlenie kierunkowe ma zastosowanie do intensywnego oświetlania przedmiotów, ujawnienia struktury powierzchni i poprawy wyeksponowania osób w przestrzeni, a także do oświetlenia zadania wzrokowego, przez co może również wpływać na jego widzialność. Tę właściwość określa się terminem "modelowanie".

Modelowanie oświetlenia

      Modelowanie oświetlenia stosuje się w celu stworzenia równowagi między światłem rozproszonym i kierunkowym. Jest ona obowiązującym kryterium jakości oświetlenia niemal we wszystkich rodzajach wnętrz. Ogólny wygląd wnętrza ulega poprawie, gdy jego strukturalne cechy oraz znajdujące się w nim osoby i obiekty są oświetlone w taki sposób, że formy i faktury są widoczne wyraziście z odczuciem przyjemności. Dzieje się to wtedy, gdy światło pada głównie z jednego kierunku; wówczas cienie, istotne dla dobrego modelowania, są tworzone bez powodowania dezorientacji.

Zaleca się, aby oświetlenie nie było ani nadmiernie kierunkowe, gdyż wtedy powstają zbyt ostre cienie, ani nadmiernie rozproszone, ponieważ efekt modelowania zanika i w rezultacie powstaje bardzo monotonne otoczenie świetlne.

Oświetlenie kierunkowe zadań wzrokowych

Oświetlenie z określonego kierunku może podkreślać szczegóły w obrębie zadania wzrokowego, zwiększając ich widzialność, i może ułatwiać wykonywanie zadania. Należy jednak unikać olśnień dekontrastujących i odbiciowych stosując metody ich ograniczania.

4.6 Migotanie i efekty stroboskopowe

·         Migotanie powoduje dekoncentrację i może wywoływać fizjologiczne skutki takie jak ból głowy.

·         Efekty stroboskopowe mogą wywoływać niebezpieczne sytuacje w wyniku zmian w postrzeganiu maszynowych ruchów obrotowych i postępowo-zwrotnych. W przypadku oświetlania stanowisk pracy z wirującymi elementami czy źródłami wyładowczymi (świetlówki, rtęciówki, sodówki) może wystąpić efekt stroboskopowy, czyli pozorny bezruch tych elementów.

·         Zmienny w czasie strumień świetlny wysyłany przez elektryczne źródło światła wynika praktycznie z częstotliwości

      prądu zasilającego to źródło. Fakt zmian strumienia świetlnego w rytm zmian prądu przemiennego, od wartości

      minimalnej do maksymalnej, nazwano tętnieniem światła.

·         Tętnienie światła występuje w żarówkach w różnym stopniu, zależnie od grubości włókna wolframowego. Jednak problem ten jest bardziej uciążliwy, wówczas gdy stosujemy lampy wyładowcze, przede wszystkim świetlówki.

·         Wykorzystywane obecnie do ogólnych celów oświetleniowych źródła światła są zasilane prądem przemiennym o częstotliwości 50 Hz. Wówczas częstotliwość zmian światła wynosząca 100 Hz jest niedostrzegalna dla naszego

      wzroku i widzimy to światło w sposób ciągły.

Działania ograniczające lub eliminujące występowanie efektu stroboskopowego oraz tętnienia światła polegają między innymi na:

- zasilaniu sąsiednich lamp oświetleniowych z różnych faz,

- stosowaniu układu antystroboskopowego w lampach oświetleniowych,

- stosowaniu wysokich częstotliwości (około 30 kHz) przy zasilaniu żarówek lub świetlówek, lub

- zasilaniu lamp oświetleniowych prądem stałym.

4.7 Współczynnik utrzymania

Zaleca się, aby projekt oświetlenia był opracowany z uwzględnieniem ogólnego współczynnika utrzymania o wartości obliczonej dla wybranego sprzętu oświetleniowego, warunków środowiska i przyjętego planu konserwacji oświetlenia.

Zalecane natężenia oświetlenia dla każdego zadania są eksploatacyjnymi natężeniami oświetlenia. Wartość współczynnika utrzymania zależy od charakterystyk eksploatacyjnych lamp i urządzeń zasilających, lamp oświetleniowych, środowiska, a także od systemu konserwacji oświetlenia.

Projektant powinien:

—  ustalić wartość współczynnika utrzymania i podać wszystkie założenia uzasadniające  jego wartość,

—  określić sprzęt oświetleniowy odpowiedni dla warunków środowiska,

—  przygotować wyczerpujący plan konserwacji oświetlenia, zawierający częstotliwość

     wymiany lamp, czyszczenia opraw i pomieszczenia oraz metodę czyszczenia.

4.8 Względy energetyczne

·         Zaleca się, aby instalacja oświetleniowa spełniała wymagania oświetleniowe dla danej przestrzeni bez marnotrawienia energii. Jednakże istotne jest, aby zużycia energii elektrycznej nie ograniczać kosztem obniżenia, wymaganych cech oświetlenia.

·         Wynika stąd konieczność odpowiedniego zastosowania systemu oświetlenia, sprzętu, sterowania oraz  wykorzystania dostępnego światła dziennego.

4.9 Światło dzienne

·         Światło dzienne może być w pełni lub częściowo wykorzystane do oświetlenia zadań wzrokowych. W ciągu dnia światło to wykazuje zmiany intensywności i składu widmowego, dlatego jest czynnikiem zmienności we wnętrzu.

·         Światło dzienne może kreować specyficzne modelowanie i rozkład luminancji, wywołane niemal poziomym kierunkiem wchodzenia światła przez okna. Okna mogą zapewniać kontakt wzrokowy ze światem zewnętrznym, preferowany przez większość osób.

·         We wnętrzach z bocznymi oknami dostępność światła dziennego gwałtownie spada wraz ze zwiększeniem odległości od okien. W związku z tym pojawia się konieczność zastosowania oświetlenia dodatkowego w celu uzyskania wymaganego natężenia oświetlenia na miejscu pracy i względnie wyrównanego rozkładu luminancji w pomieszczeniu.

·         W celu uzyskania właściwej integracji między światłem elektrycznym i dziennym może być stosowane automatyczne lub manualne przełączanie i/lub ściemnianie.

·         W celu ograniczenia olśnienia od okien, zaleca się stosowanie osłon, gdy jest to uzasadnione.