Проблема измерения освещенности от искусственных источников

Одна из главных проблем при измерении освещенности - это невозможность измерить люксметром освещенность и пульсации от искусственных источников света в светлое время суток. Естественная освещенность, создаваемая окнами, прозрачным световыми проемами и т.п. серьезно искажает результаты измерений. Усугубляет ситуацию тот факт, что днем световые проемы являются источником света, а в темное время суток - как правило, поглощают его, в отличие от прочих поверхности (особенно, если они светлых тонов). Таким образом, большое значение коэффициента естественной освещенности (КЕО) в помещении делает его более комфортным…. Но! Только в светлое время суток. В темное время суток такое помещение требует дополнительного искусственного освещения.
Поэтому, методики измерения освещенности и пульсаций требуют производить измерения при отсутствии естественного освещения. То есть, перед измерением освещенности помещений необходимо провести в нем плотное затемнение всех световых проемов. Если такой возможности нет, (например, здания с большой площадью остекления), то измерять освещенность разрешается проводить только в темное время суток. Отсюда возникают сразу несколько проблем:

невозможность проводить измерения искусственной освещенности в северных регионах с большой продолжительностью светового дня летом;
ограничения доступа на предприятия и организации в вечернее и ночное время;
необходимость работы персонала измерительной лаборатории в ночное время

Как измерить освещенность и пульсации в светлое время суток.

Измерить освещенность люксметром в светлое время суток, все-таки можно, если учитывать тот факт, что значение освещенности величина аддитивная. То есть, значения освещенности от всех источников света в точке измерения складываются:

$$E = \sum\limits_{i = 1}^N {{E_i}}$$

Тогда, зная естественную (Е amb) и общую освещенность (Е sum) в точке измерения, можно вычислить искусственную освещенность (Е art) по формуле:

$${E_{art}} = {E_{sum}} - {E_{amb}}$$

Пример расчета искусственной освещенности с учетом наличия естественного освещения.

Однако, измерить пульсацию освещения в светлое время суток такой способ измерения не поможет. Коэффициент пульсации освещенности рассчитывается по формуле:

$${K_p} = \frac{{{E_{\max }} - {E_{\min }}}}{{2{E_{med}}}} = \frac{{{E_{\max }} - {E_{\min }}}}{{2\frac{1}{T}\mathop \smallint \nolimits_0^1 E\left(t \right)dt}}$$

Рассмотрим следующий пример. Пусть у нас имеется рабочее место (РМ), освещаемое искусственным и естественным источниками света. При этом:

средняя общая освещенность составляет Е sum =750лк с максимальным значением
Е sum.max =900лк и минимальным - Е sum.min =600лк;
постоянная фоновая естественная освещенность через световые проемы составляет Е amb =400лк;
при отсутствии естественного освещения средняя искусственная освещенности от ламп составляет Е art =350лк с максимальным и минимальным значениями соответственно Е art.max =500лк и Е art.min =200лк.

Очевидно, что в светлое время суток, используя обычный люксметр , мы сможем измерить только общую освещенность Е sum (с включенными лампами) и естественную освещенность Е amb (с выключенными лампами). Зная значения Е sum и Е amb , мы можем вычислить значение искусственной освещенности Е art:

$${E_{art}} = {E_{sum}} - {E_{amb}} = 750 - 400 = 350\;lx$$

что соответствует значению освещенности от искусственных источников в отсутствии естественного освещения.
При этом, на обычном люксметре-пульсметре мы сможем получить коэффициент пульсации только для суммарной освещенности, рассчитанный по формуле:

$${K_{p.sum}} = \frac{{{E_{sum.\max }} - {E_{sum.\min }}}}{{2{E_{sum.med}}}} = \frac{{900 - 600}}{{2 \times 750}} = \frac{{300}}{{1500}} = 0.2\;\left({20\% } \right)$$

Однако, нам нужно измерить коэффициент пульсации искусственного освещения, который составляет:

$${K_{p.art}} = \frac{{{E_{art.\max }} - {E_{art.\min }}}}{{2{E_{art.med}}}} = \frac{{500 - 200}}{{2 \times 350}} = \frac{{300}}{{700}} = 0.43\;\left({43\% } \right)$$

Мы видим, что обычном люксметре-пульсметре в светлое время суток мы получим заниженный коэффициент пульсации (в нашем примере получим 20% вместо реальных 43%).
Для того, чтобы получить истинное значение К п, в формуле расчета коэффициента пульсации нужно учесть наличие естественного фона. Тогда расчет К п будет выглядеть так:

$${K_{p.art}} = \frac{{({E_{sum.\max }} - {E_{amb}}) - \left({{E_{sum.\min }} - {E_{amb}}} \right)}}{{2\left({{E_{sum.med}} - {E_{amb}}} \right)}} =\\= \frac{{\left({900 - 400} \right) - \left({600 - 400} \right)}}{{2\left({750 - 400} \right)}} = \frac{{500 - 200}}{{2 \times 350}} = \frac{{300}}{{700}} = 0.43\;\left({43\% } \right)$$

НО! Фактически ни один люксметр-пульсметр не умеет учитывать значение естественной освещенности при измерении пульсаций и поэтому не могут применяться для их измерения в светлое время суток.

Профессиональный измеритель освещенности еЛайт01 - это единственный прибор, учитывающий при расчете коэффициента пульсации значение естественного фона освещенности. Этот режим реализован в стандартной поставке прибора и для него не нужна отдельная методика измерений освещенности.

Методика измерения освещенности и пульсаций при наличии естественного освещения.

Для люксметра-пульсметра-яркомера еЛайт01 разработана специальная методика измерения освещенности и пульсации в светлое время суток, которая также дополнительно включает в себя методику измерения коэффициента естественной освещенности (КЕО) и расчет неопределенности результатов измерений освещенности. Эта методика включена в стандартное руководство по эксплуатации прибора еЛайт01.
При выполнении измерений освещённости и пульсаций в соответствии с руководством по эксплуатации прибора комбинированного еЛайт01 (по СВМТ.424179.001 РЭ) выполняют следующие операции:

включают осветительные установки не менее чем за 20 мин. до начала измерений;
производят контроль напряжения в электрической сети питания осветительных установок;
размещают датчик измерителя освещенности еЛайт01 в точке измерения;
производят измерения уровня суммарной освещенности Ео в точке измерения;
выключают осветительные установки и производят измерение уровня фоновой освещенности с целью контроля ее уровня и стабильности в течение 15 сек. Следует убедиться, что максимальный результат измерения новой освещенности отличается от его минимального значения не более чем на 10%;
если уровень и стабильность фоновой освещенности удовлетворяют требованиям методики измерений, то на приборе включают режим измерения освещенности с учетом естественного фона;
выжидают время, необходимое прибору для измерения фонового уровня освещенности, до появления показаний на дисплее прибора;
включают осветительные установки, считывают результаты измерения освещенности и коэффициента пульсации с учетом фоновой освещенности;

В процессе измерений, выполняемых в нескольких точках, необходимо периодически - не реже чем через каждые 15 мин. контролировать стабильность уровня фонового освещения.

Режим измерения освещенности люксметром еЛайт01 с учетом естественного освещения.

В люксметре-пульсметре-яркомере еЛайт01 реализован уникальный режим измерения освещенности и пульсаций от искусственных источников света в светлое время суток. Методика измерений (СВМТ.424179.001 МИ) с учетом естественного фона содержится в Приложении Г руководства по эксплуатации. Приведем краткое описание этого режима:
1) Запуск измерения освещенности и пульсаций с учетом естественного фона осуществляется путем остановки текущего измерения нажатием на кнопку «КВАДРАТ» пульта БОИ-01.

2) Из появившегося меню управления измерением выбираем пункт «Учёт фона» и нажимаем кнопку «Ок». Перед запуском режима измерений с учётом фона необходимо оставить только источник фоновой освещённости (то есть, выключить все искусственные источники света). После запуска режима измерений с учётом фона, прибор на первом этапе, в течение 10 секунд, переходит в режим измерения и усреднения фонового значения освещённости.

После запуска режима измерения с учётом фона, в статус-баре появляется мигающий значок «ФОН», информирующий пользователя, включении данного режима.
ВНИМАНИЕ!!! При измерении усреднённого фонового значения освещённости категорически запрещается совершать действия, которые могут привести к искажению результата его измерения. Например:

менять положение ИГ,
включать/выключать источники света,
открывать/закрывать оконные и дверные проёмы,
перемещение предметов и людей в окрестностях точки измерения,
и т.п.

После окончания измерения фоновых значений освещённости, пульт БОИ-01 переходит в режим отображения уровня общей освещённости за вычетом только что измеренного значения фоновой освещённости.
Т.к. на данном этапе выключенные источники света ещё не включены, то показания освещённости равны нулю (или близки к нему).

3) Наконец необходимо включить искусственное освещение. После включения источников света, на экран БОИ-01 первой строке будет выводиться значение освещённости, полученной в результате вычитания из общего уровня освещённости уровня фоновой освещённости. Во второй строке представлено значение пульсаций включённых источников света, которое рассчитывается ПОСЛЕ(!) вычитания фоновых значений, что позволяет избежать искажения коэффициента пульсаций при использовании метода вычитания фона «вручную».

4) Выход из режима «Учёт фона» осуществляется через останов измерения нажатием клавиши «Квадрат» и выбором пункта меню «Нормальный режим».

Также, выход из режима «Учёт фона» возможен выбором другого режима работы.

ВНИМАНИЕ!!! Функция «Учёт фона» обеспечивает достоверность проведённых измерений ТОЛЬКО при соблюдении следующих условий:

измерения фона и последующей общей освещённости производятся в одной точке пространства;
при измерениях исключены перемещения и смена ориентации ИГ;
при измерении исключены колебания значений фона;
измерение фона и последующее измерение общей освещённости должны быть проведены в максимально возможное короткое время, чтобы минимизировать неизбежные изменения фона во времени.

Измерение искусственной освещённости и коэффициента пульсаций в присутствии естественного освещения

Измерение искусственной освещённости и коэффициента пульсаций в присутствии естественного освещения.

Измерение искуственной освещенности в дневное время.

В МУК 4.3.2812-10 устанавливаются требования, что допускается производить измерения искусственной освещённости и коэффициента пульсаций только, если естественный фон освещённости в обследуемой точке не превышает 10% от измеряемой искусственной освещённости. То есть это означает, что для большинства помещений с внешними окнами такие измерения должны проводиться в тёмное время суток. Такие требования введены для того, чтобы устранить влияние на результаты измерений естественного дневного освещения.

Наличие в обследуемых помещениях окон даже относительно небольших размеров приводит к существенному искажению результатов измерений искусственной освещённости и коэффициента пульсаций, особенно в солнечные дни.

Возможность проведения измерений искусственной освещённости и пульсаций в тёмное время суток зачастую осложняется ещё и тем фактом, что на многие объекты доступ в нерабочее или ночное время закрыт. При этом отсутствует возможность организовать персонал этих объектов для предоставления доступа на них в ночное время.

Ещё одним препятствием для проведения измерений искусственной освещённости и её коэффициента пульсаций в тёмное время суток, является полярный день, устанавливающийся летом во многих северных регионах России. Круглосуточное присутствие солнечного света делает невозможным проведение таких измерений в течение нескольких месяцев.

Измерения освещённости с вычитанием естественного фона.

Решением проблемы наличия естественного фона при проведении измерений искусственной освещённости могли бы служить измерения при закрытых светонепроницаемыми материалами окнах (шторы, жалюзи, ставни и т.п.). Однако далеко не всегда существует возможность закрыть оконные проёмы, особенно в производственных, общественных и офисных зданиях с большой площадью остекления.

В таких случаях единственным способом провести измерения искусственной освещённости остаётся метод вычитания естественного фона из значения общей (суммарной) освещённости. В основе этого метода лежит тот факт, что в каждой точке пространства результирующая освещённость представляет собой сумму всех освещённостей, создаваемых в данной точке каждым отдельным источником света:

где Е1, Е2, Е3,.....,ЕN - освещённость, создаваемая в данной точке источниками света номер 1, 2, 3, ...., N.

То есть, при наличии естественного и искусственного освещения, общая освещённость будет представлять собой их сумму:

где Еест – фон естественной освещённости, Еиск – значение искусственной освещённости.

На примере, приведённом на Рис.1, мы видим,

что фон естественной освещённости 100 лк (Еест, желтая линия) добавился к уровню искусственной освещённости 200 лк (Еиск, синяя линия) и суммарный уровень освещённости составил 300 лк (Е, зелёная линия).

Таким образом, если при выключенном искусственном освещении в обследуемой точке измерить освещённость, обусловленную наличием естественного освещения, и вычесть её из значения суммарной освещённости в этой же точке, то мы получим значение искусственной освещённости:

Границы основной относительной погрешности результата измерений, выполненных таким способом, при условии незначительности вклада случайной составляющей, можно оценить как θ = 1,1√2 θпр, где θпр – относительная погрешность средства измерения, (θ = 12,5%, при θпр = 8%), при доверительной вероятности P = 0,95.

Измерения искусственной освещенности с вычитанием естественного фона можно выполнить, например, обычным люксметром-пульсметром-яркомером "Эколайт-02" . Однако необходимо учитывать, что проведение таких двухэтапных измерений возможно только при условии, что, в течение того времени пока будут выполняться оба этапа измерения, уровень естественной освещенности будет оставаться постоянным. Т.е. такие измерения следует проводить в условиях максимально стабильной световой обстановки, а именно:

плотная облачность;
отсутствие движения людей и объектов в районе точки измерения;
минимальное время между этапами измерения
и т.п.

Измерение коэффициента пульсаций искусственного освещения в условиях присутствия фона естественного освещения.

Мы описали способ измерения искусственной освещенности при наличии естественного фона. Даже показали, как это можно сделать при помощи обычного люксметра и ручного пересчёта результатов измерений. Однако такой метод нельзя напрямую применить к измерению коэффициента пульсаций искусственного освещения. Проиллюстрируем это на примере.

Если посмотреть на Рис.2, то можно увидеть, что в нашем примере максимальное значение пульсаций искусственного освещения (синяя кривая) Емакс = 200 лк, при этом минимальное значение Емин = 100 лк. Тогда, по формуле вычисления коэффициента пульсаций из статьи "Пульсации освещённости и яркости" мы получим, что:

т.е. Кп = (200-100) / (200+100) = 100/300 = 33.3%.

Однако, если мы измерим обычным люксметром-пульсметром (например, тем же "Эколайт-02", который нам здорово помог в предыдущем примере с вычитанием фона) коэффициент пульсаций суммарной (искусственной и естественной) освещенности, то, при наличии фона естественной освещенности Еест = 100 лк (жёлтая прямая), получим уже значения для суммарной освещенности (Рис.2, зелёная кривая) Емакс = 300 лк, Емин = 200 лк. Подставляя эти значения в формулу (4), получим:

Кп = (300-200) / (300+200) = 100/500 = 20% (!).

Занижение коэффициента пульсаций освещенности происходит из-за добавки постоянного уровня от естественного освещения. Поскольку, обычный люксметр не может учитывать при расчётах коэффициента пульсаций присутствие естественного фона, то таким прибором измерить пульсации искусственного освещения, при наличии естественного фона, НЕВОЗМОЖНО!!!

Тем не менее, есть способ получить правильное значение коэффициента пульсаций искусственного освещения при наличии естественного фона. Для этого надо перед расчётом Кп вычесть из максимального (Емакс) и минимального (Емин) значений суммарной освещённости значение фона в данной точке. Осуществив указанное вычитание фона, мы получим следующее выражение для коэффициента пульсаций:

Упрощаем и получаем следующую формулу:

Действуя по такому алгоритму мы получим истинное значение коэффициента пульсаций искусственного освещения. Попробуем посчитать по нему Кп из нашего примера на Рис.2., где у нас уровень естественной освещённости Еест = 100 лк (жёлтая прямая), максимальное значение освещённости Емакс = 300 лк и минимальное значение освещённости Емин = 200 лк. Вычисляем по формуле (5) коэффициент пульсаций искусственного освещения с учётом естественного фона:

Кп = (300-200) / (300+200-2×100) = 100 / (500-200)= 100/300 = 33.3%

Мы видим, что, проведя вычисления по предложенному алгоритму, мы получили то же значение коэффициента пульсаций искусственного освещения, что и при его расчёте в условиях отсутствия естественного фона. То есть, если в люксметре-пульсметре реализован такой алгоритм расчёта коэффициента пульсаций с учётом наличия естественного фона, то, в результате, мы будем получать правильное значение. Конечно же, при соблюдении тех же требований к условиям проведения таких измерений, что были сформулированы выше для проведения измерений искусственной освещённости с учётом наличия естественного фона.

Погрешность измерений коэффициента пульсаций искусственной освещенности при наличии естественного фона можно оценить величиной основной относительной погрешности средства измерения, которая для данного параметра составляет 10%.

Как измерить коэффициент пульсаций искусственного освещения при наличии естественного фона при помощи люксметра-пульсметра "Эколайт-01".

Предложенный алгоритм измерения пульсаций искусственного освещения при наличии естественного фона реализован в люксметре-пульсметре-яркомере "Эколайт-01" . В этом приборе существует специальный режим измерений с учётом наличия естественной освещённости. Приведём фрагмент с описанием этого режима из Руководства по Эксплуатации, к "Эколайт-01".

2.3.4.5. Измерение освещённости и пульсаций с учётом уровня фоновой освещённости осуществляется в режиме остановки текущего измерения выбором пункта меню "Учёт фона".

Перед запуском режима измерений с учётом фона необходимо оставить только источник фоновой освещённости (например, погасить все искусственные источники света). После запуска режима измерений с учётом фона, прибор на первом этапе, в течение 10 секунд, переходит в режим измерения и усреднения фонового значения освещённости (Рис.10).

После запуска режима измерения с учётом фона, в верхней информационной строке появляется мигающий значокинформирующий пользователя, о включении этого режима.

ВНИМАНИЕ!!! При измерении усреднённого фонового значения освещённости категорически запрещается совершать действия,которые могут привести к искажению результата его измерения. Например, менять положение фотоголовки, изменять световую обстановку в точке измерения (включение/выключение источников света, открытие/закрытие оконных и дверных проёмов, перемещение предметов и лиц в окрестности фотоголовки и т.п.).

После окончания измерения фоновых значений освещённости, прибор переходит в режим отображения уровня общей освещённости за вычетом только что полученного значения фоновой освещённости. Т.к. на данном этапе выключенные источники света ещё не включены, то показания освещённости равны нулю (или близки к нему). (Рис.11)

После включения источников света, на экране БОИ-01 будет отображено значение освещённости, полученной в результате вычитания из общего уровня освещённости уровня фоновой освещённости. Во второй строке представлено значение пульсаций включённых источников света, которое рассчитывается ПОСЛЕ(!) вычитания фоновых значений, что позволяет избежать искажения коэффициента пульсаций при использовании метода вычитания фона "вручную". (Рис.12).

ВНИМАНИЕ!!! Функция "Учёт фона" обеспечивает достоверность проведённых измерений ТОЛЬКО при соблюдении следующих условий:

измерения фона и последующей общей освещённости производятся в одной точке пространства;
при измерениях исключены перемещения и смена ориентации фотоголовки;
при измерении исключены колебания значений фона;
измерение фона и последующее измерение общей освещённости должны быть проведены в максимально возможное короткое время, чтобы минимизировать неизбежные изменения фона во времени.

Рассмотрены измерения освещенности и коэффициента отражения фотоаппаратом, а так же калибровка измерений с использованием лампы накаливания в домашних условиях.

Статья содержит разделы:

Измерение освещенности в помещении выполняют в соответствие с . В этом стандарте перечислены рекомендуемые приборы для измерения - люксметры, и указаны контрольные точки, в которых производятся измерения. Люксметр содержит фотометрическую головку и блок обработки. Процесс измерения горизонтальной освещенности на поверхности стола показан на Рис. 1. Фотометрическую головку перемещают по поверхности стола в соответствие с выбранными контрольными точками и фиксируют показание. Интересуют: минимальное значение освещенности и среднее значение (сумма показаний люксметра, поделенная на количество измерений).

Рис. 1 Измерение освещенности люксметром

Рекомендуемые нормы освещенности жилых помещений содержатся в Таблице 1 . В жилых помещениях нормируют горизонтальную освещенность на уровне пола (Г-0,0). В административных зданиях в основном освещенность нормируют на рабочей поверхности стола, на высоте 0,8 метра от пола (Таблица 2).

При использовании ламп накаливания и галогенных ламп следует учитывать рекомендации п. 3.1.7 . Эти лампы относят к источникам света с улучшенной цветопередачей и при их использовании нормы освещенности могут быть уменьшены на одну ступень.

Измерение освещенности фотоаппаратом

Конструкция цифрового фотоаппарата близка к конструкции яркомера, предназначенного для измерения яркости освещенных поверхностей. Таких как фасады домов и дорожные покрытия. Косвенно таким яркомером можно измерить освещенность. При этом погрешность измерения будет зависеть от точности определения коэффициента отражения поверхности. Если использовать белый лист белого ватмана, например формата А4, или качественную бумагу для принтеров, то коэффициент отражения с небольшой погрешностью можно принять 0,8…0,85. Не стоит использовать фотобумаги, особенно глянцевые.

Используют фотоаппарат в качестве яркомера с последующим расчетом освещенности в следующей последовательности:

На плоскость, на которой необходимо измерить освещенность кладут лист белой бумаги. В центре листа необходимо нарисовать небольшой кружек или крестик, или положить небольшой предмет, что бы фотоаппарат мог наводиться на резкость. На Рис. 2 на листе бумаги лежит фотометрическая головка люксметра - по ней фотоаппарат и наведется на резкость. Лист белой бумаги положен на то место, где на Рис. 1 лежала фотометрическая головка;

Сфотографировать лист белой бумаги в автоматическом режиме при отключенной вспышке. Фотографировать необходимо так, что бы на бумагу не попадала тень, создаваемая фотографирующим и лист белой бумаги должен занять весь кадр;

Рис. 2 Подготовка к измерениям

Рис. 3 Сфотографированный лист бумаги

Для вычисления освещенности необходимо посмотреть параметры экспозиции при съемке: выдержку t, диафрагму F и чувствительность ISO. Для этого необходимо загрузить фотографию в компьютер и посмотреть ее свойства (нажав на ярлык фотографии правой кнопкой мыши), либо, что значительно проще, после наведения фотоаппарата на резкость посмотреть на его дисплее значения экспозиции. Величину измеренной освещенности вычисляют по приближенной формуле:

Е=125.F 2 .t/ISO, лк

В этой формуле под выдержкой t подразумевается не время экспозиции, а знаменатель выдержки. То есть если выдержка составила 1/100 секунды, то в формулу подставляем t=100. Коэффициент 125 подходит для большинства современных цифровых фотоаппаратов, но для некоторых моделей фотоаппаратов может быть другим. Далее будет показано, как можно выполнить калибровку фотоаппарата и соответственно скорректировать этот коэффициент.

В таблице на Рис. 4 рассчитаны величины освещенности для некоторых величин диафрагмы и чувствительности матрицы фотоаппарата ISO.

Рис. 4 Таблица для измерения освещенности

Погрешность измерения определяется: шагом переключения выдержек фотоаппарата (диапазон изменения реальной освещенности примерно на 20% при таких измерениях отображается как одно значение), отклонением коэффициента отражения бумаги от предполагаемого, отсутствием корректирующих светофильтров, которые всегда присутствуют в люксметрах. Корректирующие светофильтры необходимы для приведения спектра света к характеристике его восприятия глазом человека.

Сравнение измерений освещенности, выполненных люксметром ARGUS-01 и фотоаппаратом Canon digital IXUS 75, показало расхождение результатов измерений в пределах ± 15-20%. Измерения были произведены при искусственном освещении в диапазоне 50 - 500 лк и естественном освещении в пределах 200 - 50000 лк.

Калибровка фотоаппарата в качестве люксметра

В интернете можно встретить большое количество различных рекомендаций по измерению освещенности фотоаппаратом. При этом интерпретации результатов измерения разных авторов значительно различаются. Поэтому необходимо иметь простой и доступный способ калибровки фотоаппарата. Для этого понадобится источник света с хорошо повторяющимися характеристиками. Пожалуй, самым доступным источником света с заранее известными характеристиками является обычная лампа накаливания. Световой поток ламп и номинальное напряжение указывают на их упаковке. Ни в коем случае для калибровки нельзя использовать светильник. В светильнике за счет плафона сила света может возрасти в два и более раз. Лампу следует ввернуть в обычный патрон.

Кривая силы света (КСС) ламп накаливания имеет максимум в направлении, противоположном цоколю. Для лампы со световым потоком Ф=1000 люмен (лм) сила света I в этом направлении равна 100 кандел (кд). Для ламп с другими значениями светового потока Ф сила света I в направлении, противоположном цоколю рассчитывается по формуле:

I=100.Ф/1000=Ф/10

Освещенность Е на рабочей плоскости определяется соотношением:

Е=I.cosα/r 2 ,

здесь r - расстояние в метрах от спирали лампы до рабочей плоскости, на которой необходимо создать калиброванный уровень освещенности; α -угол между направлением силы света и нормалью к рабочей плоскости. Для нашего случая угол α близок к нулю, и соответственно можно принять cosα=1.

Тогда освещенность рабочей плоскости вычислим по формуле:

Е=Ф/(10 .r 2), лк

Например, для лампы накаливания мощностью 95 Вт, имеющей световой поток 1250 лм при расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м освещенность Е=1250/10.0,65 2 =1250/4,225=296 лк.

Схема осветительной установки для выполнения измерений показана Рис. 5. Лампа подвешена в центре комнаты к потолку (проще всего подвес закрепить к люстре, если она имеется в комнате).

Рис. 5 Калибровка фотоаппарата

Что бы ни допустить возникновения больших погрешностей необходимо выполнить следующие условия:

Лампа накаливания должна быть новой. После 500 - 700 часов работы ее световой поток может упасть на 15 и даже 20%.

Расстояние r от спирали лампы до рабочей плоскости должно быть как минимум в 5 раз меньше, чем расстояние от лампы до стен и потолка. Иначе свет, отраженный от потолка и стен, попадая на рабочую плоскость, увеличит ее освещенность. Если расстояние r превышает расстояние до стен и потолка только в 2 - 3 раза, то погрешность может составлять десятки процентов. Данную погрешность можно значительно снизить, используя защитный экран из материала с низким коэффициентом отражения. Черная бумага имеет коэффициент отражения ρ около 0,05. Черный бархат имеет ρ, близкий к 0,01. В следующей главе будет рассказано, как измерить коэффициент отражения. Кроме того защитный экран защитит фотоаппарат от прямого излучения лампы.

Если напряжение в сети существенно отличается от номинального напряжения лампы, то необходимо ввести поправку. Величину номинального напряжения ламп накаливания наносят на ее колбу рядом с маркировкой номинальной мощности (эти обозначения так же присутствуют на упаковке лампы). При превышении напряжения в сети на 5% над номинальным напряжением лампы, ее световой поток увеличивается уже на 17,5%, (изменение напряжения на 1% изменяет световой поток на 3,5%). Соответственно световой поток уменьшается, если номинальное напряжение сети ниже номинального напряжения лампы. То есть если номинальное напряжение лампы 220 В, а измеренное напряжение в сети составляет 230 В (превышение напряжения на 4,5%), то для лампы накаливания мощностью 95 Вт, и номинальным световым потоком 1250 лм фактический световой поток увеличится на 4,5.3,5=15.75% и приблизительно равен 1250.1,16=1450 лм. При расстоянии от спирали лампы до рабочей плоскости 0,65 м (как в предыдущем примере) освещенность в этом случае будет равна Е=1450/10.0,65 2 =1250/4,225=343 лк.

Введение поправок описано в п. 7.1.7 . Целесообразно использовать лампу с номинальным напряжением, близким к напряжению в сети (как правило, лампы накаливания выпускают на 220, 230 и 235 В).

Измерение коэффициента отражения поверхности

При помощи фотоаппарата так же можно измерить коэффициент отражения, например, обоев. Коэффициент отражения входит в расчетные формулы при расчете освещенности и представляет собой отношение отраженного от исследуемой поверхности светового потока Ф отр к падающему на поверхность потоку Ф пад. Отсутствие информации о коэффициенте отражения поверхностей зачастую приводит к большим ошибкам в светотехнических расчетах. Для этого можно сфотографировать (обязательно при выключенной вспышке) фрагмент исследуемых обоев и лист белой бумаги. Бумага и обои во время фотосъемки должны находиться на одном и том же месте. Условия освещения фотографируемых поверхностей должны быть одинаковыми. Для повышения точности можно выполнить несколько измерений и результаты усреднить. Диафрагма и чувствительность ISO в обоих случаях должны быть неизменными. Вычислить коэффициент отражения исследуемой поверхности ρ иссл. можно по формуле:

ρ иссл. = 0,82. t 1 / t 2

Здесь число 0,82 - коэффициент отражения эталонной поверхности (листа ватмана),

t 1 - знаменатель выдержки при фотографировании исследуемого образца, t 2 - знаменатель выдержки при фотографировании листа белой бумаги.

Если фотоаппарат позволяет определять выдержку после его наведения на исследуемую плоскость по экрану дисплея фотоаппарата, то саму фотосъемку производить не обязательно.

На Рис. 6 показана фотография обоев на стене, выполненная при искусственном освещении. Далее на место сфотографированных обоев был помещен лист ватмана и так же сфотографирован. Положение фотоаппарата в обоих случаях зафиксировано в одном месте.

Рис. 6 Фрагмент обоев

При измерении коэффициента отражения показанных на Рис. 6 обоев диафрагма фотоаппарата имела значение 2,8. Чувствительность матрицы фотоаппарата ISO = 80. При фотографировании обоев выдержка составила величину t 1 = 1/10 секунды. При замещении обоев белой бумагой выдержка равна t 2 = 1/13 секунд.

Коэффициент отражения белой бумаги ρ бумага можно принять равным 0,82. Тогда искомый коэффициент отражения обоев ρ обои определим как: ρ обои = 0,82.10/13=0,63. После усреднения серии измерений при естественном и искусственном освещении коэффициент отражения данного образца обоев снижен до 0,55.

На Рис. 7 показана таблица с рассчитанными коэффициентами отражения. Здесь значения выдержек при калибровке (на желтом фоне) соответствуют выдержке t 2 при наведении фотоаппарата на лист белой бумаги, а в режиме измерения t 1 - наведение фотоаппарата на исследуемый образец.

Рис. 7 Таблица для измерения коэффициентов отражения

При измерении коэффициента отражения тканей следует учитывать светопропускную способность ткани. Для минимизации влияния отражения света от поверхности, на которой лежит ткань, желательно в качестве этой поверхности использовать лист черной бумаги.

Погрешность измерения довольно велика и в первую очередь определяется шагом переключения выдержки фотоаппарата. А так же различием отражательных свойств исследуемых образцов и ватмана.

При измерении отражающих свойств поверхностей в светотехнических лабораториях используют специальные фотометрические шары, позволяющие выполнить измерения с высокой точностью. Для измерений в домашних условиях описанные в статье методы вполне приемлемы.

Примерные коэффициенты отражения поверхностей различных цветов показаны на Рис.8. Измерения выполнены при солнечном свете.

Рис.8 Коэффициенты отражения различных поверхностей

№1 - 0,05; №2 - 0,08 ; №3 - 0,1; №4 - 0,13; №5 - 0,21; №6 - 0,35; №7 -0,55 ; №8 - 0,55; №9 - 0,55.

Синие и зеленые цвета в зависимости от их насыщенности (светлые тона, темные тона) могут иметь коэффициент отражения от 0,15 до 0,6. Красные цвета имеют коэффициент отражения от 0,1 до 0,3.

Следует обратить внимание, что фотографии одних и тех же поверхностей, снятых при естественном и искусственном освещении могут иметь различный вид. Например, поверхность №8 на Рис. 8, это те же обои, что и на Рис. 6. Но, показанные на Рис. 6 обои сняты при искусственном освещении, а на Рис. 8 - при естественном.

Один из самых распространенных в измерении факторов, вызывает самое большое количество вопросов в подготовке, измерении и оценке полученных результатов. Наряду с микроклиматом, освещенность измеряется при всех видах работ по охране труда, санитарно-эпидемиологическом надзоре, производственным контроле, при приемке объектов в эксплуатацию и прочих работах.

Казалось бы, обычная рутинная операция ставит всегда перед измерителем много вопросов:

- где измерять освещенность – в помещении или на рабочем месте?

- как располагать точки измерения освещенности в помещении?

- а как располагать точки измерения освещенности на рабочем месте, в помещении?

- сколько измерений достаточно для оценки помещения или рабочего места по фактору искусственной освещенности?

- усреднять необходимо по методу конверта или несколько измерений в одной точке?

- и ряд других вопросов, на которые я постараюсь ответить в этой статье.

Я сразу поставлю рамки этой статьи – рассматриваем вариант измерения уровня искусственной освещенности в помещении и на рабочем месте в горизонтальной плоскости.

Для начала необходимо разобраться в терминологии, так как большая часть проблем исходит как раз из-за незнания того фактора который мы измеряем. В помощь нам будут ГОСТ Р 56228-2014 «Освещение искусственное. Термины и определения», СП 52.13330.2011 «Свод правил. Естественное и искусственное освещение», СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» как основные документы с определением понятий в области измерения и оценки искусственного освещения.

Общее освещение – освещение открытых пространств или помещений (общее равномерное освещение) или отдельных зон (общее локализованное освещение) без учета специальных локальных требований.

Рабочая поверхность – поверхность, на которой проводят работу и для которой нормируют освещенность.

Средняя освещенность, Е ср, лк – освещенность, усредненная по заданной поверхности.

Минимальная освещенность, Е мин, лк – наименьшее значение освещенно сти, определенное в точках заданной плоскости.

Условная рабочая поверхность - Условно принятая горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола.(СП 52.13330.2011).

Теперь определимся с объектом измерений: помещение или рабочее место. Как ни странно, но это разные объекты измерения и оценки. Помещение мы обычно оцениваем, когда нам необходимо провести оценку на соответствие СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Практически все нормативы там указаны для помещений или для рабочих поверхностей внутри обследуемых помещений. С нормативом для рабочих сложнее. В настоящий момент практически нет санитарных нормативов для оценки освещенности на рабочих местах. Есть только проект СанПиН «Гигиенические требования к физическим факторам производственной среды», который уже несколько лет из стадии проекта так и не вышел. Да и в самом СанПиНе есть нормативы, но они опять увязаны к разряду зрительных работ, что подразумевает много подготовительных работ перед непосредственно измерением и оценкой полученных результатов.

Важным условием проведения измерений является учет засветки помещения наружным освещением (светом небосвода и солнца). Измерения следует проводить в темное время суток или когда отношение естественной освещенности к искусственной внутри помещения составит не более 0.1. То есть если нормируемое значение в помещении или на рабочем месте составляет 200 люкс, то измерения можно проводить, когда уровень естественной освещенности при всех выключенных светильниках составит не более 20 люкс. Возможно, скоро эксперты по аккредитации возьмут на вооружение этот пункт и будут требовать в протоколе учет засветки окон от внешнего источника.

Нормативное значение освещенности в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 , установлены в точках ее минимального значения на рабочей поверхности внутри помещений . Таким образом, при оценке по этим Санитарным правилам, мы будем искать минимальное значение из всех значений полученных внутри помещения. Методика измерения минимальной освещенности описана в ГОСТ Р 54944-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности». Контрольные точки измерения минимальной освещенности от рабочего освещения размещают в центре помещения под светильниками, между светильниками и их рядами, у стен на расстоянии от 0.15 L до 0.25 L , но не более 1 метра от стены, где L – расстояние между рядами светильников.

Таким образом, мы выполняем измерения во всех указанных точках этого примерного эскиза, и наши предварительные записи будут выглядеть таким образом:

201	240	180	237	195	Х	Х	Х	Х	Х
191	270	215	264	230	Х	Х	Х	Х	Х
185	242	230	230	229	Х	Х	Х	Х	Х
235	269	235	275	240	Х	Х	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х
Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х

Примечание: Пустые клетки отмеченные Х тоже необходимо промерять.

В итоге мы получили сетку из предварительных результатов измерений, где желтым отмечены точки под светильниками, а серым между светильниками. Для того что бы сравнить с Санитарными нормами, нам необходимо выбрать наименьшее значение из полученных измерений. В нашем случае E min = 180 люкс, что и будет оценочным значением для всего помещения. Для расчета расширенной неопределенности результата измерений, нам необходимо провести многократные измерения не менее 4 раз и точка минимального значения будет расчетной. Все необходимые формулы и ход расчетов есть в ГОСТ Р 8.736-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения». Можно провести измерения один раз, но тогда для расширенной неопределенности вводится коэффициент охвата 2 в соответствии с Р 50.2.038-2004 «Рекомендации по метрологии. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений. Подробнее об этом можно прочитать в статье:

Данный случай работает только для помещения без отдельных рабочих мест или в том случае если все помещение является рабочим местом.

Одна из ключевых ошибок совершаемых специалистами лабораторий – это расчет среднего значения по результатам полученных измерений и сравнивание с гигиеническим нормативом. Как я уже выше писал, СанПиН 1278-03 нормирует освещенность в точках ее минимального значения на рабочей поверхности, а значит, и выбирать мы должны минимальное значение. Среднее значение всегда больше минимального и для нашего случая составит Еср – 230 люкс, что при нормативе в 200 люкс в первом случае позволит сделать заключение о несоответствии помещения санитарным нормам, что правильно, а во втором случае сделает возможным сделать положительное заключение о соответствии, что будет считаться ошибкой в работе лаборатории или того эксперта который делал измерения и производил оценку.
Уважаемые коллеги!
С 03 по 07 февраля 2020 года Учебный центр ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Краснодарском крае» организует проведение очного обучения на курсах повышения квалификации в г. Сочи

Свет оказывает непосредственное влияние на самочувствие человека. Недостаточная освещенность рабочего места может привести к потере концентрации, ухудшению зрения, угнетенному состоянию психики и низкой работоспособности. Излишне яркий свет действует на человека раздражающе и может стать причиной стрессового состояния. Для хорошей работоспособности очень важно правильно выполнить освещение.

Уровень освещенности в разных типах помещений строго регламентирован санитарными правилами и нормами. Контролирует соблюдение этих норм санитарно-эпидемиологическая служба.

Единицы измерения освещенности помещений

Численное значение освещенности равно световому потоку, который падает перпендикулярно плоскости на одну единицу площади поверхности. В том случае, если свет падает на плоскость под углом, то значение освещенности уменьшается прямо пропорционально косинусу угла наклона лучей.

Согласно Международной системе единиц (СИ) измеряется уровень освещенности в люксах. Один люкс равен одному люмену (единица измерения светового потока) на 1м 2 .

В абсолютной физической системе единиц (СДС) освещенность измеряется в фотах. Один фот равен 10000 люксов. Освещенность является величиной прямо пропорциональной той силе света, которая исходит от источника освещения. Чем дальше удален предмет от источника освещения, тем меньше его освещенность.

В Англии и Америке традиционно принята немного другая единица измерения освещенности. Она носит название фут-кандела и обозначает, что сила света равная одной канделе исходит от источника, расположенного на расстоянии одного фута от освещаемой поверхности.

Существует еще несколько единиц измерения, но все они являются либо производными от люкса, либо устаревшими и не соответствующими общепринятой международной системе. Поэтому их использование нежелательно.

Как измерить освещенность помещения

Для того чтобы определить уровень освещенности помещения, применяют специальные приборы :

Люксметр.
Экспонометр и экспозиметр;
Флэшметр;
Фотометр.

Главным прибором для измерения реальной освещенности помещения при наличии искусственного и естественного источников света является люксметр. Он может быть использован для того, чтобы :

провести измерения освещенности с целью аттестации рабочих мест;
проконтролировать соответствие уровня освещенности санитарным нормам в помещениях различного назначения;
определить соответствие показателей освещенности расчетным величинам во время проведения работ по установке осветительных приборов;
выявить уровень снижения интенсивности работы приборов освещения, и принять решение о необходимости их замены.

Люксометр для измерения освещенности помещения

Принцип работы люксметра заключается в том, что на встроенный фотоэлемент попадает поток света, и внутри полупроводника высвобождается поток электронов. В результате возникает электрический ток, величина которого прямо пропорциональна силе света, падающего на фотоэлемент. Именно этот показатель и отражается на шкале прибора.

Модели люксметра подразделяются на две основные группы в зависимости от способа крепления датчика :

с жесткозакрепленным датчиком (в виде моноблока);
с выносным датчиком, который подключается с помощью гибкого кабеля.

Для проведения простейших измерений достаточно использовать обычный люксметр-моноблок без каких-либо дополнительных функций. С целью проведения профессиональных исследований применяются модели прибора со встроенной внутренней памятью и функцией определения среднего значения показаний. Кроме того возможно наличие в люксметре дополнительных светофильтров, которые дают возможность более эффективно определять величину силы света, излучаемой осветительными приборами с разными оттенками цвета.

Модели с выносным датчиком обеспечивают получение наиболее точных показаний, так как они менее подвержены внешним воздействиям. В современных люксметрах результат измерений показывается на жидкокристаллическом дисплее.

Экспонометры и экспозиметры используются в фототехнике. Они выполняют функцию определения яркости и освещенности экспозиции. Это необходимо для получения качественных фотографий. Экспонометры подразделяются на встроенные и внешние модели.

Флэшметр измеряет уровень освещенности во время проведения фотосъемки с применением импульсных осветительных приборов. В современных фотоаппаратах он встроен заранее и автоматически регулирует мощность фотовспышки. Профессиональные фотомастерские оснащены выносными флэшметрами с индикационной системой, которые могут измерять не только падающий, но и отраженный свет.

Фотометр (мультиметр) является более совершенным вариантом флэшметра и сочетает в себе его функции с возможностями экспонометра.

Что такое коэффициент пульсации освещенности и его нормы

Любой осветительный прибор излучает световой поток не равномерно, а с определенным количеством колебаний. Этот эффект сложно заметить невооруженным глазом. Но воздействие его на самочувствие человека очень значительное. Невидимое влияние света опасно тем, что его не всегда возможно распознать. А в результате у человека может возникнуть расстройство сна, депрессивное состояние, слабость, внутренний дискомфорт, нарушения в работе сердца.

Пульсация освещения

Коэффициент пульсации освещения является показателем глубины изменений во времени светового потока, падающего на единицу поверхности. Он выражается в процентном соотношении. Для вычисления коэффициента необходимо из максимальной величины освещенности за определенный промежуток времени вычесть минимальную величину за тот же период, а затем разделить получившийся результат на среднее значение освещенности и умножить на 100%.

Санитарные правила устанавливают ограничение на максимальное значение коэффициента пульсации освещения.

В том месте, где проводятся основные рабочие операции, он не должен превышать 20%. Чем ответственнее работа, тем меньше должен быть показатель. Для административных зданий и офисов, где осуществляется напряженная зрительная работа, не допускается коэффициент пульсации более 5%.

Но при этом учитывается частота пульсации светового потока только до 300 Гц, так как более высокая частота не воспринимается человеческим организмом и не способна оказать на него никакого влияния.

Как измерить коэффициент пульсации?

Для определения того, с какой частотой пульсирует освещение, используют специальный прибор – измеритель освещенности, яркости и пульсации освещения. С его помощью можно выяснить:

уровень освещенности помещения;
степень яркости приборов искусственного освещения и экранов мониторов;
пульсации волны света, которые появляются от мерцания различного вида светильников;
пульсации освещенности мониторов всех разновидностей.

Принцип работы любого люксметра-яркометра-пульсметра заключается в том, что поток света поступает на фотодатчик, затем сигнал от него преобразовывается, и результат измерений появляется на жидкокристаллическом дисплее. Для выяснения коэффициента пульсаций необходимо проанализировать полученные данные самостоятельно или с помощью специальной компьютерной программы.

Наиболее популярными приборами для измерения пульсаций являются «Эколайт-01», «Эколайт-02», «Люпин». А для анализа полученных данных на компьютере можно использовать программу «Эколайт-АП».

Отличие разных приборов друг от друга состоит в качестве фотоэлементов, уровне их чувствительности, виде аккумулятора и других важных составляющих.

Наибольший коэффициент пульсации освещения, который доходит даже до 100%, наблюдается у . Немного менее пульсирующие – , а вот обнаруживают небольшой коэффициент пульсации (максимум 25%). При этом стоимость и качество источника освещения не имеет значения. Высокий коэффициент пульсации может быть обнаружен даже у самых дорогих ламп.

Таблицы норм освещенности различных помещений

Для каждого типа помещений установлены четкие нормы минимальных значений уровня освещенности и максимально допустимые показатели коэффициента пульсации освещения.

Таблица 1 – Нормы освещенности для торговых помещений

Освещение торгового зала

Таблица 2 – Нормы освещенности для школы

Таблица 3 – Нормы освещенности для детских садов

Таблица 4 – Нормы освещенности для жилых помещений

Таблица 5 – Нормы освещенности для медицинских учреждений

Тип помещения	Уровень освещенности, лк	Максимальное значение коэффициента пульсации, %
Кабинеты врачей-специалистов	500	10
Кабинеты врачей терапевтов в поликлинике	300	15
Темная комната в кабинете окулиста	20	10
Помещение операционной	500	10
Родовая комната	500	10
Комнаты функциональной диагностики	300	15
Рентгенкабинет	50	-
Помещение флюорографии	200	20
Вспомогательные помещения	75	-
Детские палаты	200	15
Палаты для взрослых пациентов	100	15
Лаборатории	500	10

Таблица 6 – Нормы освещенности для автомойки

Огромное значение уделяется контролю над наличием пульсации от источников освещения в офисных помещениях, подробнее об этом можно прочитать . Нормы освещения производственных помещений и цехов устанавливают четкие значения минимального количества люксов в зависимости от особенностей производственного процесса, все самое важное по этой теме можно прочитать .

Как уменьшить пульсацию освещения?

Выделяют несколько методов того, как можно уменьшить излишнюю пульсацию освещения :

Применение осветительных приборов, которые работают от переменного тока частотой выше 400Гц.
Монтаж обычных светильников на различные фазы трехфазной сети.
Установка в светильник компенсирующих ПРА и подключение питания ламп со сдвигом (первая лампа – отстающим током, а вторая – опережающим).
Использование светильников с ЭПРА.

Выбор способа, с помощью которого можно достигнуть необходимых показателей коэффициента пульсации освещения, зависит от технических условий в каждом конкретном случае. В некоторых помещениях все светильники подключены к одной фазе сети, ввиду этого их монтаж к разным фазам может быть затруднен.

Наиболее удобным вариантом может быть приобретение , которые соответствуют всем санитарным нормам. Возможен также отдельный монтаж ЭПРА в ранее установленные осветительные приборы.

Документы, регулирующие нормы освещенности и коэффициент пульсации

Основным документом, который регулирует нормы освещенности помещений всех типов и коэффициент пульсации является принятый в 2011 году Свод правил СП 52.13330.2011. Это новая версия СНИП 23-05-95, в которой учтены все основные требования Федеральных законов о технике безопасности и энергетической эффективности, а также международные нормативы.

В Своде правил подробно описаны требования к освещенности и максимально допустимый коэффициент пульсации в общественных, промышленных и жилых помещениях.

Нормы освещенности офиса

Контролировать освещенность помещения и степень пульсации искусственного света необходимо не только в целях прохождения аттестации рабочих мест или плановой проверки санэпидстанции. Нарушения санитарных норм в области освещения могут привести к серьезным проблемам с самочувствием у всех, кто работает в данном помещении. А это в свою очередь вызовет спад работоспособности и снижение рентабельности предприятия.

В жилых зданиях свет оказывает на людей не меньшее воздействие. Невидимая глазу пульсация может незаметно разрушить здоровье людей. Только ответственный подход к выбору осветительных приборов и компьютерной техники способен предотвратить все негативные последствия.

Вконтакте