6-7. Oświetlenie elektryczne

Światło jest promieniowaniem widzialnym (elektromagnetycznym) zdolnym do wywoływania bezpośrednio wrażeń wzrokowych, z których wynika widzenie. Przyjmuje się, że promieniowanie widzialne zawiera się w przedziale 380 ÷ 780 nm  (6-7. slajd 1).

6-7. slajd 1 

Poniżej przedstawiono podstawowe wielkości, którymi zajmuje się technika świetlna.

Strumień świetlny (F) jest to ta część promieniowania optycznego emitowanego przez źródło światła, którą widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Na przykład żarówka emituje oprócz promieniowania widzialnego - widocznego dla oka, dużą ilość promieniowania podczerwonego, czyli cieplnego. Podobnie jest z żarówką halogenową, która oprócz promieniowania widzialnego emituje zarówno promieniowanie podczerwone, jak i nadfioletowe - oba niewidoczne dla oka.

Jednostką strumienia świetlnego jest lumen, lm.

Światłość (I) jest to gęstość kątowa strumienia świetlnego źródła światła 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  (6-7. slajd 2).

6-7. slajd 2 

Światłość wyznacza się ze wzoru: | = Φ/ω, gdzie ω jest to kąt bryłowy, który na powierzchni kuli o promieniu r, zakreślanej z wierzchołka tego kąta, ogranicza pole S = Pr². Jednostką światłości jest kandela cd = lm/sr, gdzie: sr - steradian to jednostka kąta bryłowego.

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  (6-7. slajd 3).

6-7. slajd 3

E = Φ/S. Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), gdzie: lx = lm/m².

Luminancja (L) jest to fizyczna miara jaskrawości. Zależy ona 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  (6-7. Slajd 4).

6-7. Slajd 4 

Pozorna powierzchnia świecąca jest to zarówno płaszczyzna świecąca w sposób bezpośredni - oprawa oświetleniowa, jak i płaszczyzna świecąca w sposób pośredni, np. przeszklona ścianka, okno, itp. - poprzez odbicie światła.

W przypadku gdy kąt pomiędzy prostopadłą do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji wynosi 0°,wówczas pole pozornej powierzchni świecącej równe jest polu powierzchni świecącej. W miarę wzrostu tego kąta, pole pozornej powierzchni świecącej zmniejsza się zgodnie z funkcją kosinus, aż do kąta 90°, kiedy wynosi zero.

Luminancja wyrażana jest wzorem:

L = ρE /Π. Jednostką luminancji jest cd/m².

gdzie:

E - średnie natężenie oświetlenia na tej płaszczyźnie
ρ - współczynnik odbicia określonej płaszczyzny.

Na 6-7. Slajd 5 wyjaśniono w sposób poglądowy różnice między natężeniem oświetlenia a luminancją, na przykładzie dwóch jednakowo oświetlonych powierzchni: białej i czarnej.

6-7. Slajd 5 

Na 6-10. Slajd 6 przedstawiono przykładowe wartości luminancji otaczających nas źródeł światła.

6-7. Slajd 6

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, przy założeniu że L₁ > L₂.

Światło na stanowisku pracy i w jego otoczeniu wpływa bezpośrednio na szybkość i pewność widzenia oraz określa w jaki sposób widzimy formy, sylwetki, barwę i właściwości powierzchni przedmiotów tam występujących. Aby praca wzrokowa była optymalna, stanowisko pracy oraz pomieszczenie, w którym się ono znajduje, muszą być tak oświetlone, aby występowała wygoda widzenia. Występuje ona wtedy, gdy spełnione są co najmniej trzy następujące warunki:

• zdolność rozróżniania szczegółów jest pełna,
• spostrzeganie jest sprawne, pozbawione ryzyka dla człowieka,
• spostrzeganie nie prowadzi do odczucia pewnej przykrości, niewygody, nadmiernego zmęczenia, a przeciwnie jest połączone z pewną przyjemnością.

Wystąpienie wygody widzenia zależy od czynników określających cechy ilościowe i jakościowe oświetlenia oraz od wrażliwości osobniczej. Oświetlenie wnętrz powinno zapewniać:

• bezpieczeństwo ludziom przebywającym we wnętrzu,
• odpowiednie warunki do wykonywania zadań wzrokowych,
• pomoc w kreowaniu właściwego otoczenia świetlnego.

Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje oświetlenia  (6-7. slajd 7):

• oświetlenie ogólne - równomierne oświetlenie pewnego obszaru bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jego części,
• oświetlenie miejscowe - dodatkowe oświetlenie przedmiotu pracy wzrokowej, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych, w celu zwiększenia natężenia oświetlenia, uwidocznienia szczegółów itp., załączane niezależnie od oświetlenia ogólnego,
• oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego i oświetlenia miejscowego.

6-7. slajd 7

Wybór odpowiedniego rodzaju oświetlenia powinien być uzależniony od wymaganego poziomu natężenia oświetlenia. Przykładowo dla poziomów natężenia oświetlenia poniżej 200 lx zaleca się stosowanie oświetlenia ogólnego. Dla poziomów natężenia oświetlenia z przedziału 200 ÷ 750 lx wtedy gdy występuje potrzeba jednakowego lub prawie jednakowego oświetlenia danej przestrzeni, zaleca się stosowanie oświetlenia ogólnego jako wyłącznego rodzaju oświetlenia. Stosuje się je tam, gdzie nie jest wiadome rozmieszczenie stanowisk pracy lub są one rozmieszczone równomiernie w całym pomieszczeniu, a praca wzrokowa na nich wykonywana jest taka sama lub o podobnej trudności. Natomiast dla poziomów natężenia oświetlenia powyżej 750 lx, głównie ze względów ekonomicznych, zaleca się stosowanie oświetlenia złożonego (ogólne oraz miejscowe).

Stosowane systemy oświetlenia

W zależności od rozmiarów pomieszczenia (małe, duże, wysokie, niskie itp.), rodzaju wykonywanej pracy (precyzyjna, zgrubna, prosta itp.), charakteru pracy (ciągła, dorywcza) i charakterystyki użytkowników (ich preferencji, wieku) oraz aspektów ekonomicznych (energooszczędność) spełnienie wymagań oświetleniowych możliwe jest poprzez zastosowanie różnego rodzaju systemów oświetleniowych. Oświetlenie ogólne może być realizowane za pomocą następujących rodzajów oświetlenia:

• bezpośrednie - przy zastosowaniu opraw zamontowanych na suficie lub wbudowanych w sufit podwieszany, których ponad 90% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę roboczą. Należy pamiętać, że oświetlenie bezpośrednie jest właściwe wtedy, gdy wszystkie obiekty w polu widzenia mają powierzchnie matowe. Na rysunku 1. przedstawiono przykład oświetlenia sali lekcyjnej za pomocą rastrowych opraw oświetlenia bezpośredniego rozmieszczonych w liniach równoległych do ściany z oknami. Należy zwrócić uwagę na dwie oprawy o rozsyle asymetrycznym umieszczone równolegle do tablicy, których zadaniem jest jej oświetlenie.

Rys. 1 Przykład oświetlenia sali lekcyjnej 

• pośrednie - przy zastosowaniu opraw stojących (czasami kinkietów) lub zwieszakowych, których do 10% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę, a około 90% na sufit. System ten pozwala na swobodne ustawianie stanowisk pracy względem opraw oświetleniowych. Sprawność oświetlenia w dużym stopniu zależy od własności pomieszczenia, a zwłaszcza współczynnika odbicia sufitu (preferowany jest sufit gładki o białej barwie) wysokości pomieszczenia. Ważne jest, aby zastosowane oprawy miały szeroki rozsył światłości, a sufit odbijał światło w sposób rozproszony. W tym przypadku luminancja sufitu nie powinna być za duża, aby nie stał się on źródłem olśnienia. Przykładowe zastosowanie opraw stojących opraw oświetlenia pośredniego w połączeniu z oprawami oświetlenia miejscowego przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Przykładowe zastosowanie opraw stojących 

• bezpośrednio-pośrednie lub pośrednio-bezpośrednie - najczęściej realizowane jest za pomocą opraw zamontowanych na zwieszakach, których od 10% do 90% strumienia świetlnego pada bezpośrednio na płaszczyznę roboczą (lub odwrotnie). System ten pozwala na swobodniejsze ustawianie stanowisk pracy względem opraw oświetleniowych, pod warunkiem, że luminancja oprawy w dolnej półprzestrzeni jest odpowiednio ograniczona.

Poprzez zastosowanie jednego z wymienionych rodzajów oświetlenia ogólnego oraz wyposażenie stanowiska pracy w oświetlenie miejscowe uzyskujemy oświetlenie złożone. Zaletą takiego systemu oświetlenia jest możliwość indywidualnego dopasowania poziomu natężenia stosownie do potrzeb użytkownika. Należy pamiętać aby oświetlenie miejscowe było tak usytuowane, aby nie powodowało olśnienia oraz nadmiernych kontrastów jaskrawości na płaszczyźnie pracy wzrokowej. Oprawy oświetlenia miejscowego powinny mieć odpowiednie kąty ochrony oraz dostatecznie długi wysięgnik wyposażony w trzy przeguby. Nie zaleca się stosowania do oświetlania stanowisk pracy typu biurowego, a zwłaszcza z komputerami, opraw ze źródłami punktowymi np. żarówkami halogenowymi i pojedynczymi źródłami LED zwłaszcza o dużej mocy.

Określenie właściwego poziomu natężenia oświetlenia we wnętrzu lub na stanowisku pracy jest jednym z podstawowych problemów techniki oświetlania. Poziom natężenia oświetlenia potrzebny do wykonywania określonej pracy wzrokowej dobiera się w zależności od:

• stopnia trudności pracy wzrokowej,
• wielkości pozornej szczegółu pracy wzrokowej.

O stopniu trudności pracy wzrokowej decyduje:

• współczynnik odbicia przedmiotu pracy,
• wielkość kontrastu jaskrawości szczegółu przedmiotu z jego tłem.

Im mniejszy jest współczynnik odbicia (tzn. bliższy zeru) i kontrast szczegółu z tłem, tym większy jest stopień trudności pracy wzrokowej.

Przy stopniu trudności pracy wzrokowej większym od przeciętnego, przy utrudnieniach w wykonywaniu pracy, bądź przy wymaganiu zapewnienia dużej wygody widzenia należy przyjmować poziom eksploatacyjnego natężenia oświetlenia o jeden do maksymalnie dwóch stopni w przyjętej w normie skali stopniowania natężenia oświetlenia, wyższy niż poziom minimalny podany w normie PN-EN 12464-1:2022-01. Zasadę tę można stosować w następujących przypadkach, gdy:

• praca wzrokowa jest krytyczna,
• naprawa błędów jest kosztowna,
• duże znaczenie ma dokładność lub wysoka wydajność pracy,
• zdolność wzrokowa pracownika jest poniżej normy,
• szczegóły zadania mają niezwykle małe wymiary lub mały kontrast,
• zadanie wykonywane jest w niezwykle długim czasie.

Wymagane eksploatacyjne natężenie oświetlenia może być zmniejszone, gdy:

• szczegóły zadania mają niezwykle duże wymiary lub duży kontrast,
• zadanie wykonywane jest w niezwykle krótkim czasie.

Skala stopniowania natężenia oświetlenia została przyjęta w celu postrzegania różnic natężenia oświetlenia. W normie PN-EN 12464-1: 2022-01 przyjęto następujący szereg natężeń oświetlenia: 5 – 7,5 – 10 – 15 - 20 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 750 - 1 000 - 1 500 - 2 000 - 3 000 - 5 000 – 7 500 – 10 000 [lx]. Zastosowana krotność tej skali, o wartości około 1,5, przedstawia najmniejszą istotną różnicę w subiektywnym poziomie natężenia.

Z kryterium minimalnego poziomu natężenia oświetlenia wynika, że natężenie oświetlenia na rzeczywistej płaszczyźnie roboczej, które można zaakceptować w pomieszczeniach, w których ludzie przebywają przez długi czas, niezależnie od tego, jakie jest wykonywane zadanie wzrokowe, powinno wynosić nie mniej niż 200 [lx]. Wymagania szczegółowe dotyczące eksploatacyjnego natężenia oświetlenia dla różnego rodzaju stanowisk pracy są podane w odpowiednich tablicach zamieszonych w tablicach od 9 do 61.PN-EN 12464-1:2022-01. W tabeli 1. przedstawiono normatywne wymagania oświetleniowe dla stanowisk biurowych.

Tabela 1. Normatywne wymagania oświetleniowe dla stanowisk biurowych.

W tabeli tej podano jeszcze parametr określający wymagane ograniczenie olśnienia R_UGL oraz parametry związane z modelowaniem oświetlenia, które odpowiada w pomieszczeniu za komunikację wzrokową, rozpoznawanie obiektów | postrzeganą jaskrawość.

W celu oceny natężenia oświetlenia na stanowisku pracy należy ustalić na nim obszar zadania i obszar bezpośredniego otoczenia (gdy jest to możliwe) (rys. 3).

Rys. 3. obszar zadania i obszar bezpośredniego otoczenia

Wymagane w normie PN-EN 12464-1:2022-01 wartości eksploatacyjnego natężenia oświetlenia powinny być spełnione w obszarze polu zadania. Natomiast w obszarze bezpośredniego otoczenia wartości eksploatacyjnego natężenia oświetlenia dla poziomów powyżej 200 lx mogą być mniejsze niż w polu zadania i przyjmować wartości podane w tabeli 2.

Tabela 2. 

Ponadto na stanowisku pracy należy wyodrębnić obszar tła (o szerokości co najmniej 3 m), który usytuowany jest na podłodze i sąsiaduje z obszarem bezpośredniego otoczenia. Poziom eksploatacyjnego natężenia oświetlenia na tym obszarze powinien wynosić co najmniej 1/3 wartości natężenia oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia.

Równomierność oświetlenia (U₀) na danej płaszczyźnie wyznacza się jako iloraz najmniejszej zmierzonej wartości natężenia oświetlenia występującej na danej płaszczyźnie (E_min) do średniego natężenia oświetlenia na tej płaszczyźnie (E_śr): U₀= E_min/E_śr, gdzie:

E_śr = (E₁ + E₂ + ...+ _En) / n; n - liczba punktów pomiarowych;
E₁ ÷ E_n - wyniki pomiarów w kolejnych punktach pomiarowych.

Minimalne dopuszczalne wartości równomierności oświetlenia przypisane się do każdej czynności lub obszaru i podane są również w tablicach od 9 do 61 normy PN-EN 12464-1:2022-01. Wartości równomierności w obszarze zadania, w zależności od stanowiska lub obszaru przyjmują wartości: ³ 0,25 ³ 0,30 ³ 0,40 ³ 0,50 ³ 0,60 ³ 0,70. W obszarze bezpośredniego otoczenia równomierność nie może być mniejsze niż 0,40, a w obszarze tła niż 0,10.

W normie podano również uwagę dotycząca unikania dużych przestrzennych zmian natężenia oświetlenia wokół obszaru pola zadania, gdyż może to prowadzić do niewygody widzenia.

Otoczenie świetlne wyrażone przez rozkład luminancji we wnętrzu jest czynnikiem wpływającym pośrednio, ale w sposób istotny na jakość widzenia. Stanowi on również w znacznym stopniu o nastroju we wnętrzu i jego dekoracyjności. Rozkład luminancji we wnętrzu określa się przez podanie charakterystycznych dla wnętrza ilorazów luminancji (zwanych kontrastami) wyodrębnionych pól. Wyodrębnia się w tym celu pola występujące w bliższym i dalszym otoczeniu użytkownika (sąsiedztwie zadania wzrokowego). Na ogół wymagana jest znajomość luminancji ścian i sufitu wnętrza, a także luminancji płaszczyzny roboczej i przedmiotów na niej występujących. Pośrednio można określić rozkład luminancji przez podanie wartości współczynników odbicia w danym wnętrzu  (6-7. slajd 8).

6-7. slajd 8

W normie PN-EN 12464-1:2022-01 określono następujące zakresy współczynników odbicia głównych powierzchni we wnętrzach:

• sufit: 0,7 - 0,9
• ściany: 0,5 - 0,8
• podłoga: 0,2 - 0,46.

Kryteria oceny rozkładu luminancji we wnętrzu zależą od przeznaczenia danego pomieszczenia i rodzaju wykonywanej pracy. Dla pomieszczeń roboczych wymaga się możliwie równomiernej luminancji otoczenia. Zaleca się, aby luminancja bezpośredniego otoczenia przedmiotu pracy wzrokowej była mniejsza od luminancji samego przedmiotu, lecz nie mniejsza niż 1/3 tej wartości. Jednak warunek ten rzadko może być spełniony, zwłaszcza w pomieszczeniach produkcyjnych, gdzie zarówno luminancja przedmiotu pracy może być mniejsza od luminancji otoczenia, jak i kontrast luminancji może być większy od 3:1. Wówczas można ustalić łagodniejsze wymagania, tzn. kontrast luminancji nie powinien być większy od 10:1.

Olśnieniem nazywa się pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym występuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolności rozpoznawania przedmiotów czy jedno i drugie, w wyniku niewłaściwego rozkładu luminancji lub niewłaściwego zakresu luminancji albo nadmiernych kontrastów w przestrzeni lub w czasie. Z punktu widzenia występujących skutków wyróżnia się następujące rodzaje olśnienia:

• przeszkadzające - zmniejszające 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.

Jako przykład tego rodzaju olśnienia może służyć sytuacja, gdy po krótkotrwałej obserwacji żarnika żarówki próbowalibyśmy nawlec igłę nitką. Postrzeganie tzw. „mroczków” (jest to luminancja zamglenia nakładająca się na obserwowany obraz) przez pewien krótki, lecz zauważalny okres uniemożliwia wykonanie tej czynności ( 6-7. slajd 9 );

• przykre - wywołujące uczucie przykrości, niewygody, rozdrażnienia oraz wpływające 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.

6-7. slajd 9

Jako przykład takiego rodzaju olśnienia może być obserwacja otwartej przestrzeni równomiernie pokrytej czystym śniegiem podczas słonecznego dnia. W każdym kierunku obserwacji biel śniegu zdaje się razić w oczy i wywołuje uczucie niewygody (6-10. slajd 10);

6-10. slajd 10

Olśnienie przykre można ograniczyć na etapie projektowania oświetlenia poprzez zastosowanie odpowiednich opraw oświetleniowych. Celem ograniczania olśnienia przykrego na stanowiskach pracy jest unikanie błędów, zmęczenia wzroku oraz wyeliminowanie powstawania wypadków. Największe ograniczenie olśnienia wymagane jest, m.in., na następujących stanowiskach (lub przy wykonywaniu czynności): prace precyzje, kontrolne, kreślarnie, kasy, pomieszczenia biurowe, sale szkolne, gabinety lekarskie, itp.

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

Przykładem tego rodzaju olśnienia może być sytuacja, gdy podczas przebywania nocą na nieoświetlonej drodze nagle w polu widzenia pojawi się samochód jadący z naprzeciwka z włączonymi światłami drogowymi. W wyniku olśnienia zanika zdolność spostrzegania na pewien krótki, ale zauważalny czas.

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 (6-10. slajd 11)

6-10. slajd 11 

• olśnienie pośrednie, które jest spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w innym kierunku niż przedmiot obserwowany
• olśnienie odbiciowe, które powodują kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów (6-10. slajd 12).

6-10. slajd 12

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 migotaniem światła. Wynika to z faktu zasilania źródeł światła prądem przemiennym o częstotliwości 50 [Hz]. Wówczas częstotliwość zmian światła wynosząca 100 [Hz] jest prawie niedostrzegalna dla naszego wzroku i widzimy to światło w sposób ciągły. Migotanie światła występuje w żarówkach w różnym stopniu, zależnie od grubości włókna wolframowego. Jednak problem ten jest bardziej uciążliwy, gdy stosujemy lampy wyładowcze, przede wszystkim świetlówki. Również stosowanie niskiej jakości zasilaczy elektronicznych może powodować migotanie źródeł światła.

W przypadku oświetlania stanowisk pracy z elementami wykonującymi ruch obrotowy lub posuwisto-zwrotny za pomocą źródeł wyładowczych (świetlówki, rtęciówki, sodówki) może wystąpić efekt stroboskopowy, czyli pozorny bezruch tych elementów.

Migotanie i efekt stroboskopowy, nazywane także skutkami zmienności światła w czasie, mogą prowadzić do niepożądanych skutków, takich jak pogorszenie komfortu widzenia i wykonywania zadania oraz skutków fizjologicznych, takich jak zmęczenie i bóle głowy.

Pomimo że migotanie światła jest zaliczane jedynie do czynników uciążliwych, niemniej jednak wymaga ograniczenia, ponieważ może niekorzystnie wpływać na samopoczucie człowieka.

Działania ograniczające lub eliminujące występowanie efektu stroboskopowego oraz migotania światła polegają przede wszystkim na stosowaniu w oprawach oświetleniowych elektronicznego układu stabilizująco-zapłonowego o poprawnej konstrukcji (podwyższającego częstotliwość zasilania samych źródeł światła). W przypadku świetlówek zużytych lub wadliwych, poprawę warunków świetlnych można jedynie uzyskać, wymieniając je na nowe. Również zauważalne jest migotanie źródeł LED na skutek stosowania zasilaczy niskiej jakości.

 Poniżej przedstawiono podstawowe parametry źródeł światła.

Skuteczność świetlna (η) jest to stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez źródło światła do pobieranej przez nie mocy  (6-7. slajd 13). Jednostką skuteczności świetlnej jest lm/W.

6-7. slajd 13

Trwałość użyteczna jest określana najczęściej czasem świecenia źródła światła do chwili, kiedy wartość jego strumienia świetlnego zmniejszy się o 20 ÷ 30% w stosunku do wartości początkowej. Trwałość ta dotyczy wszystkich źródeł wyładowczych oraz źródeł LED.

 Wydolność wzrokowa, odczuwanie komfortu i dobre samopoczucie wymagają aby barwy w środowisku, przedmioty oraz ludzka skóra, były oddawane naturalnie, prawidłowo i w sposób, który nadaje ludziom atrakcyjny i zdrowy wygląd. Wygląd określonego przedmiotu może ulegać zmianom w warunkach oświetlania różnymi typami źródeł światła. Dlatego też ważny jest dobór odpowiedniego stopnia oddawania barw do danego rodzaju pracy. Właściwości oddawania barw przez źródła światła charakteryzuje się tzw. obiektywnym wskaźnikiem oddawania barw (R_a).

Wskaźnik oddawania barw (Ra)

Jest on miarą stopnia zgodności wrażenia barwy przedmiotu oświetlonego danym źródłem światła z wrażeniem barwy tego samego przedmiotu oświetlonego odniesieniowym źródłem światła w określonych warunkach  (6-7. slajd 14).

6-7. slajd 14

Maksymalna możliwa wartość tego wskaźnika wynosi 100. Przyjmuje się ją dla światła dziennego i większości źródeł żarowych. 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.

Elektryczne źródła światła podzielono na następujące grupy dokładności oddania barw:

1A - bardzo duża 100 > R_a ≥ 90

1B - duża 90 > R_a ≥ 80

2 - średnia 80 > R_a ≥ 60

3 - mała 60 > R_a ≥ 40

4 - bardzo mała 40 > R_a.

W zależności od wykonywanych czynności zaleca się stosowanie źródeł światła o wskaźniku oddawania barw R_a:

• bardzo dużym, R_a ≥ 90, dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, służba zdrowia, salony kosmetyczne, itp.
• dużym, 90 > R_a ≥ 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych
• średnim oraz ewentualnie małym, 80 > R_a ≥ 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 źródeł światła o wskaźniku oddawania barw większym od 80.

Wartość wskaźnika oddawania barw jest indywidualnie przypisana do każdego pomieszczenia / stanowiska pracy w tablicach od 9 do 61 pracy w normie PN-EN 12464-1:2022-01.

Barwę światła określa się za pomocą tzw. temperatury barwowej (T_c) i podaje się ją w kelwinach, K. Źródła, które emitują białą barwę światła, można podzielić, w zależności od ich temperatury barwowej, na trzy grupy: ciepła (ciepłobiała), neutralna (chłodnobiała) i chłodna (dzienna, zimna), (6-7. slajd 15).

6-7. slajd 15 

Na rysunku 4. pokazano obrazowo wygląd barw ciepłej, neutralnej i chłodnej emitowanych przez źródła LED.

Rys. 4. Wygląd barw ciepłej, neutralnej i chłodnej emitowanych przez źródła LED 

Wraz ze zwiększaniem wartości średniej wymaganego natężenia oświetlenia powinna wzrastać temperatura barwowa stosowanego źródła światła.

Dla poziomów natężenia oświetlenia poniżej 300 lx temperatura barwowa powinna być niższa od 3 300 K, co odpowiada ciepłej barwie światła. Dla poziomów 300 ÷ 750 [lx] temperatura barwowa powinna zawierać się w przedziale 3 300 ÷ 5 300 [K], co odpowiada neutralnej barwie światła, natomiast dla poziomów natężenia powyżej 750 lx temperatura barwowa powinna być wyższa od 5 300 K, co odpowiada chłodnej barwie światła.

Zgodnie z zapisem w normie oświetleniowej, za dobór temperatury barwowej odpowiada projektant oświetlenia, który powinien zapewnić komfort pracy wzrokowej osobom przebywającym w danym pomieszczeniu.

Na 6-7. slajd 16 przedstawiono podział współczesnych, elektrycznych źródeł światła. Powszechnie wiadomo, że żarówki głównego szeregu zostały wycofane z rynku europejskiego od 1.09.2012 r. Wtedy też wycofano część nieekonomicznych źródeł wyładowczych (rtęciowych, sodowych). Niekierunkowe żarówki halogenowe klasy D zostały wycofane od 1. 09. 2018 r. (rys. 5).

6-7. slajd 16 

Rys. 5. Wycofane halogenowe źródła światła klasy D

Terminy wycofania pozostałych typów żarówek halogenowych oraz świetlówek kompaktowych zintegrowanych z układem zapłonowym, świetlówek kompaktowych bez układu zapłonowego oraz świetlówek liniowych pokazana w tabeli 3 i 4.

Tabela 3. Terminy wycofania pozostałych typów źródeł światła

Tabela 4. Terminy wycofania pozostałych typów źródeł światła

Przykłady wycofanych świetlówek zintegrowanych z układem zapłonowym oraz bez układu zapłonowego pokazano na rysunku 6.

Rys. 6 Przykłady wycofanych świetlówek

Przykładowe źródła wyładowcze – metalohalogenkowe, które jeszcze funkcjonują na rynku pokazano na rysunku 7.

Lampy metalohalogenkowe    i     sodowe

Rys. 7. Przykładowe źródła wyładowcze

Diody świecące popularnie nazywane ledami (LED – Light Emitting Diode) należą obecnie do najnowocześniejszych i najszybciej rozwijających się źródeł światła. Są to półprzewodnikowe źródła promieniowania widzialnego (rys. 8).

Rys. 8. Diody świecące 

Budowa diod świecących
Pierwsza dioda świecąca powstała w 1962 r. Stosowane powszechnie, nawet do dzisiaj, diody wskaźnikowe powstały w 1970 r. Mają one moc 100 mW i średnicę 5 mm. Na rysunku 9. przedstawiono takie diody wraz ze szkicem prezentującym poszczególne elementy jej budowy.

Rys. 9. Budowa diod święcących 

Następnym etapem w rozwoju diod świecących było wyprodukowanie w 1994 r. diody o mocy 0,4 W, które zapoczątkowały całą serię diod o mocach 0,8, 1 W, 2 W, 3 W, 5 W i 6 W, czyli tzw. diod dużej mocy. Są to zarówno diody barwne jak i białe. (rys. 10). 

Rys. 10. Diody dużej mocy 

Najczęściej emitowane barwy przez źródła LED pokazano na rysunku 11.

Rys. 11. Najczęściej emitowane barwy przez źródła LED

Ewolucja źródeł LED została pokazana na rynku 12.

Rys. 12. Ewolucja źródeł LED 

Niewątpliwie producenci mieli największe trudności z wyprodukowaniem diod o barwie białej - które nadają się do oświetlania stanowisk pracy. Diody świecące wytwarzają promieniowanie w bardzo wąskim zakresie widma o szerokości nie przekraczającej kilkunastu nanometrów, są więc w praktyce źródłami światła monochromatycznego. Natomiast światło białe jest wrażeniem wzrokowym, które odczuwa człowiek w wyniku pobudzenia siatkówki oka światłem zawierającym fale świetlne z całego zakresu promieniowania widzialnego (od około 400 nm do 780 nm). Nie jest więc możliwe bezpośrednie uzyskanie światła białego z pojedynczego złącza półprzewodnikowego p-n, mimo to wytwarza się białe diody LED i są one niewątpliwie przyszłością w technice świetlnej.

Jest kilka sposobów wytwarzania światła białego przez diody świecące.

Pierwszy polega na mieszaniu trzech podstawowych barw światła: czerwonej, zielonej i niebieskiej (tzw. RGB – Red Green Blue). Światło z tych diod dodaje się tak, by uzyskać białą barwę. Jest to rozwiązanie o największej wydajności, gdyż nie występują tu straty w luminoforze. Rozwiązanie to daje duże możliwości w zakresie uzyskiwania różnych wartości temperatury barwowej oraz wskaźnika oddawania barw rzędu 90. Natomiast zasadniczą wadą tej metody jest wysoki koszt i skomplikowana konstrukcja układu zasilająco-sterującego, gdyż każda z diod wymaga osobnego obwodu zasilającego ustalającego odpowiedni punkt pracy. Najistotniejsze w tym jest to, że poszczególne diody emitują różną ilość strumienia świetlnego oraz mają też odmienne charakterystyki termiczne i starzeniowe.

Druga grupa metod wykorzystuje zjawisko luminescencji zachodzące w luminoforze tj. konwersję długości fali (padające na luminofor promieniowanie o pewnej długości fali jest przez niego konwertowane na promieniowanie o dłuższej fali w stosunku do tej która padała na luminofor).

W pierwszych konstrukcjach chip LED wytwarzał promieniowanie nadfioletowe (UV) padające na luminofor trójpasmowy (wytwarzający światło w zakresie trzech barw tj. czerwonej, zielonej oraz niebieskiej). Różne barwy światła mieszają się ze sobą, emitując światło białe o najwyższej jakości (najwyższym wskaźniku oddawania barw R_a).

Jest to proces podobny do tego jaki jest w świetlówkach. Jest on prostszy niż mieszanie barw z trzech różnych diod, ale jednocześnie ma mniejsza skuteczność. Rozwiązanie to charakteryzuje się prostą technologią produkcji białej diody i nieskomplikowanym układem zasilania. Jednak ze względu na straty światła w luminoforze, jest ono mało efektywne energetycznie. Metoda ta nie daje możliwości dokładnego kontrolowania temperatury barwowej oraz oddawania barw produkowanych diod.

W źródłach LED produkowanych obecnie chip LED emituje światło barwy niebieskiej o długości fali około 450 nm. Światło niebieskie pobudza do świecenia luminofor (najczęściej trójpasmowy) umieszczony w obudowie diody. Luminofor emituje światło żółtozielone, które zmieszane ze światłem niebieskim diody emituje światło białe. W zależności od rodzaju luminoforu, można uzyskać białą barwę o różnej temperaturze barwowej. Część tego promieniowania pada na luminofor, który konwertuje go do barwy żółtej. To żółte światło miesza się z pozostałą częścią światła niebieskiego i w rezultacie otrzymuje się wrażenie światła białego o wyższym ogólnym wskaźniku oddawania barw R_a w porównaniu z metodą jednego luminoforu. Odcień białego światła może się różnić w zależności od grubości warstwy luminoforu. W ten sposób wytwarzane są różne odcienie światła białego (temperatury barwowe) takie jak ciepłe, neutralne lub chłodne.

Aktualnie przestarzałe źródła LED typu wskaźnikowego zastąpiła konstrukcja nowszej generacji – LEDy SMD. Mają one większą moc, skuteczność świetlną (prawie 100 lm/W) oraz trwałość. Są one stosowane w źródłach reflektorowych z tzw. zimnym lustrem – jako zamienniki żarówek halogenowych (rys. 13), a przede wszystkim w zamiennikach żarówek głównego szeregu (rys. 14). Pokazane na tym rysunki źródła z żarnikami przypominającymi żarówki to są również konstrukcje LEDowe.

Rys. 13. Nowsza generacja źródeł LED SMD 

Rys. 14. Źródła z żarnikami przypominającymi żarówki to są również konstrukcje LEDowe 

Przykładową konstrukcję źródła LED będącego zamiennikiem żarówki głównego szeregu pokazano na rysunku 15. 

Rys. 15. Przykładowa konstrukcja źródła LED 

Źródła LED typu SMD znalazły także zastosowanie w zamiennikach liniowych żarówek halogenowych, ale tylko do mocy 150 W żarówki halogenowej (rys. 16).

Rys. 16. Źródła LED typu SMD - zastosowanie w zamiennikach liniowych żarówek halogenowych 

Bardzo popularne są tzw. tuby LEDowe jako zamienniki świetlówek rurowych (rys. 17). Rzeczywiście są one bardziej energooszczędne od swoich odpowiedników świetlówkowych o tej samej długości, jednak szczególnie w tym wypadku należy pamiętać, że zamienniki LEDowe mają mniejszy strumień świetlny od 30% do nawet 50% w stosunku do świetlówek o tej samej długości.

Rys. 17. Tuby LEDowe jako zamienniki świetlówek rurowych 

Kolejnym etapem w rozwoju źródeł LED są tzw. moduły LED. Jest to połączenie od kilku do kilkunastu złączy p-n w jeden samodzielny moduł (rys. 18). Moduły takie mogą być odpowiednikami źródeł o strumieniu świetlnym rzędu 4 000 lm.

Rys. 18. Kolejny etap w rozwoju źródeł LED

Moduły LED są najczęściej stosowane w naświetlaczach (rys. 19) oraz w przemysłowych oprawach oświetlenia ogólnego. Na rysunku tym podano propozycje zamienników halogenów w naświetlaczach modułami LED , jednak również i w tym przypadku strumienie LED są mniejsze niż halogenów.

Rys. 19. Moduły LED są najczęściej stosowane
w naświetlaczach

Zalety źródeł LED

Bardzo duża trwałość, niskie - bezpieczne napięcie zasilania, odporność na wstrząsy. Diody barwne nie potrzebują żadnych dodatkowych filtrów w celu otrzymania określonej barwy. Dzięki temu nie występują straty strumienia świetlnego na filtrach, co ma istotny wpływ na ich energooszczędność, a określona barwa światła jest bardzo wyrazista.

Zastosowanie diod świecących

Z tymi źródłami mamy w praktyce do czynienia na co dzień, używając np. diodowych latarek o różnej wielkości ponieważ znacznie dłużej świecą od tych z żarówkami. Przykładowa latarka z zamontowanymi 14 diodami przy zasilaniu trzema bateriami typu AA świeci około 15 godzin. Przy takim zasilaniu klasyczna latarka z żarówką halogenową świeciłaby około 4-5 godzin, a trwałość takiej żarówki wynosi przeciętnie 20 godzin, podczas gdy trwałość tych źródeł LED sięga nawet stu tysięcy godzin.

Wśród wielu innych zastosowań diod świecących można wymienić: oświetlenie rowerowe, oświetlenie bezpieczeństwa, wyjść ewakuacyjnych i znaków ułatwiających orientację – wszędzie tam gdzie są zasilane z baterii lub akumulatorów. Ponadto stosuje się je w tablicach informacyjnych, reklamach świetlnych, sygnalizacji świetlnej, oświetlenie akcentującym lub dekoracyjnym - iluminacja obiektów.

Natomiast źródła LED wytwarzające światło o barwie białej i wskaźniku oddawania barw większym od 80 mogą być stosowane jako zamienniki żarówek głównego szeregu (o mocach 40, 60, 75, 100 W) oraz halogenowych. Przemawia za tym ich większa skuteczność świetlna oraz znacznie dłuższa trwałość od żarówek.

Jednak przy stosowaniu źródeł LED jako bezpośredniego zamiennika żarówki głównego szeregu o określonej mocy należy zwracać uwagę na ich strumień świetlny. Jak widać w tabeli  (6-7.slajd 17) musi on być większy od strumienia emitowanego przez wybraną żarówkę. Wartości strumienia świetlnego źródeł LED, a także ich moc, wskaźnik oddawania barw oraz temperaturę barwową producenci muszą podawać na ich opakowaniach.

6-7. slajd 17 

Możliwości oszczędzania energii elektrycznej

Istotnym problemem wpływającym na duże zużycie energii elektrycznej jest wykorzystywanie do celów oświetleniowych nieekonomicznych źródeł światła. Dotyczy to szczególnie gospodarstw domowych, biur, hoteli, gastronomii czy małych sklepów. Powoli wyeliminowane są w tych obiektach tradycyjne żarówki, których skuteczność świetlna jest najniższa spośród wszystkich elektrycznych źródeł światła (8 ÷ 17 lm/W). Jednak i świetlówki, których skuteczność świetlna jest rzędu nawet 100 lm/W powoli są wypierane przez źródła LED, których rozwój jest obecnie najbardziej dynamiczny. Poprzez wymianę tradycyjnych żarówek na źródła produkowane z wykorzystaniem najnowszych technologii, można uzyskać nawet 80% oszczędności energii elektrycznej.

Oczywiście oprócz stosowania nowoczesnych źródeł światła na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej do celów oświetleniowych ma również wpływ stosowanie układów sterowania oświetleniem. Na przykład, zastosowanie tylko czujnika obecności (wykrywającego ruch w pomieszczeniu) pozwala zaoszczędzić 15÷ 30 % energii elektrycznej. Natomiast korzystanie z układów tzw. inteligentnego oświetlenia, czyli sterowanie strumieniem świetlnym emitowanym przez oprawy w zależności od poziomu oświetlenia dziennego to kolejne oszczędności. Również stan techniczny opraw i źródeł światła oraz współczynniki odbicia sufitów, ścian, zasłon, mebli itp. wpływają na potencjalne oszczędności energii.

Oprawa oświetleniowa jest to urządzenie służące do rozsyłu, filtracji i przekształcania strumienia świetlnego jednego lub kilku źródeł światła. Zawiera ono wszystkie elementy niezbędne do podtrzymania, mocowania i zabezpieczenia tych źródeł oraz w razie potrzeby obwody pomocnicze wraz z elementami potrzebnymi do ich podłączenia do sieci zasilającej.

Na rysunku 20. przedstawiono przykładowe oprawy przemysłowe przystosowane do zastosowania świetlówek lub wysokoprężnych lamp wyładowczych, przeznaczone do wysokich pomieszczeń. Pokazana oprawa świetlówkowa przeznaczona jest do oświetlania pomieszczeń o dużym zapyleniu i wilgotności (IP 66). Klosz tej oprawy jest odporny na urazy mechaniczne oraz działanie promieni UV (proces żółknięcia).

Rys. 20. Przykładowe oprawy przemysłowe 

Na rysunku 21. pokazano przykłady przemysłowych opraw LEDowych, w tym przewidziane do zastosowania tub LED.

Rys. 21. Przykłady przemysłowych opraw LEDowych, w tym przewidziane do zastosowania tub LED

Na rysunku 22. pokazano przykładową oprawę przemysłową ze źródłami LED SMD o konstrukcji przypominającej oprawy świetlówkowe.

Rys. 22. Przykładowa oprawa przemysłowa ze źródłami LED SMD o konstrukcji przypominającej oprawy świetlówkowe

W dalszej części rozdziału przedstawiono podstawowe właściwości świetlne opraw oświetleniowych.

Skuteczność świetlna (η_op) jest to stosunek całkowitego strumienia świetlnego wysyłanego przez oprawę oświetleniową do całkowitej mocy pobieranej przez tę oprawę (dla źródeł wyładowczych-moc pobierana przez źródło i osprzęt elektryczny). Jednostką skuteczności świetlnej jest lm/W.

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 (C₀) przekrój osiowy oprawy - dla opraw wydłużonych (np. do świetlówek (6-7.slajd 18) lub jedna krzywa dla opraw obrotowosymetrycznych (np. do żarówek, niektórych lamp wysokoprężnych).

6-7. slajd 18 

Na 6-7. slajd 19 przedstawiono przykłady charakterystycznych rozsyłów światłości opraw oświetleniowych.

6-7. slajd 19 

Producenci opraw podają krzywe światłości w formie wykreślnej w przeliczeniu na znamionowy strumień świetlny Φ_o = 1 000 lm źródła (źródeł) światła  (6-7. slajd 20) lub w formie tabelarycznej.

6-7. slajd 20

Kąt ochrony (δ) jest to kąt płaski wyznaczony w pionowej płaszczyźnie przechodzącej przez środek świetlny oprawy, określający strefę, w której przedziałach oko obserwatora jest chronione przed bezpośrednim promieniowaniem źródła światła.

Przykład wyznaczania kąta ochrony przedstawiono na 6-7. slajd 21.

6-7. slajd 21

Oświetlenie miejscowe (zlokalizowane, stanowiskowe) jest to oprawa znajdująca się na danym stanowisku pracy, która ma za zadanie doświetlić jego obszar zadania (rys. 23).

Rys. 23. Oświetlenie miejscowe – przykłady

Sposoby oświetlenia miejscowego

Sposoby oświetlania miejscowego polegają na doborze oprawy oświetlenia miejscowego ze względu na jej średnią luminancję i wielkość powierzchni świecącej oraz na odpowiednim jej umieszczeniu w stosunku do oka obserwatora. Umieszczenie to wynika z charakterystyki odbiciowej przedmiotu pracy wzrokowej oraz wymagań dotyczących oświetlenia. Charakterystyka przedmiotu pracy wzrokowej zależy od jego wartości współczynników odbicia i przepuszczania oraz od faktury jego powierzchni (powierzchnia z załamaniami, pęknięciami, rysami, wżerami itp.), która wpływa na charakterystykę odbicia światła (kierunkowe, rozproszone, kierunkowo-rozproszone).

W praktyce przyjmuje się cztery charakterystyczne sposoby oświetlenia miejscowego, polegające na zróżnicowaniu umieszczania opraw  (6-7. Slajd 22):

• układ a doświetlający zapewnia równomierne doświetlenie (bez cieni) pola pracy wzrokowej lub uwidocznienie szczegółów o małym kontraście. Kierunek padania strumienia świetlnego w tym układzie nie odgrywa znaczącej roli
• układ b odbijający do oczu zapewnia uwidocznienie szczegółu przez postrzeganie odbicia od przedmiotu pracy wzrokowej o zróżnicowanych właściwościach odbijających światło. Układ ten umożliwia dostrzeżenie np. pęknięć, znaków zrobionych punktakiem na matowym materiale, podziałek na suwmiarce itp.
• układ c odbijający kierunkowo umożliwia ujawnienie nierównomierności powierzchni przez zauważenie cieni powstałych od tych nierównomierności na skutek skierowania światła pod małym kątem względem powierzchni obserwowanego przedmiotu. Promienie odbite kierunkowo nie trafiają do oka
• układ d ujawniający szczegóły w świetle przechodzącym (z oprawą rozpraszającą) umożliwia prześwietlenie przedmiotu, np. obserwacja światłoczułych materiałów, pęknięć w materiale lub ciągłości ścieżek na płytce drukowanej.

6-7. slajd 22

Odpowiedni układ umieszczania i typu oprawy oświetlenia miejscowego dobiera się po uwzględnieniu występujących na stanowisku pracy warunków pracy wzrokowej (np. kontrast i charakterystyka odbiciowa przedmiotu pracy wzrokowej) oraz zasad oświetlania.

Jakość widzenia charakteryzuje się na podstawie oceny dokładności i szybkości wykonywania czynności, niekiedy z uwzględnieniem stopnia wydatkowania energii. Na podstawie tak określonej wydolności wzrokowej ustalono dwie grupy czynników decydujących o jakości widzenia. Pierwsza grupa są to czynniki fizjologiczne (np. akomodacja, adaptacja), na które oświetleniowiec nie ma wpływu, ale niektóre z nich powinien brać pod uwagę przy projektowaniu oświetlenia (w szczególności wiek użytkowników). Druga grupa są to czynniki fizyczne, które zależą od cech spostrzeganych szczegółów i ich otoczenia. Zalicza się do nich: luminancję przedmiotu pracy wzrokowej i jego kontrast z tłem, rozkład luminancji, wymiar kątowy najmniejszego szczegółu i czas przeznaczony na spostrzeganie. Na podstawie analizy wyników badań dotyczących wydolności wzrokowej sformułowano następujące wnioski:

• przedmiot pracy wzrokowej jest tym łatwiej spostrzegany, im większy jest kontrast luminancji, np. czarna litera na białym tle. Wówczas gdy kontrast jest mały, natężenie oświetlenia musi być tak zwiększone, aby zagwarantować łatwość rozpoznawania obiektu
• poprawa kontrastu luminancji obserwowanych obiektów ma większy wpływ na wydolność wzrokową niż znaczący wzrost natężenia oświetlenia
• wzrost natężenia oświetlenia ma wpływ na poprawę wydolności widzenia i to wpływ ten jest bardziej znaczący przy małym kontraście niż przy dużym
• wzrost natężenia oświetlenia powoduje wzrost wydolności wzrokowej tylko do pewnej granicy. Powiększenie wielkości kątowej szczegółu ma wpływ na poprawę wydolności wzrokowej większy niż znaczący wzrost natężenia oświetlenia i kontrastu
• gdy dalsze podwyższanie poziomu natężenia oświetlenia wpływa minimalnie lub praktycznie wcale na wzrost wydolności wzrokowej, to następuje ciągłe obniżanie się wydatkowania energii, wpływające na mniejsze zmęczenie
• zmniejszanie się z wiekiem wydolności wzrokowej uwydatnia się szczególnie przy niższych poziomach natężenia oświetlenia
• taki sam wzrost poziomu natężenia oświetlenia spowoduje wyższy stopień poprawy wydolności wzrokowej u osoby w wieku np. 45 lat niż u osoby w wieku np. 30 lat. Wynika stąd postulat zapewnienia pracownikom ze starczowzrocznością odpowiednio wyższych poziomów natężenia oświetlenia.

Dla danego poziomu natężenia oświetlenia różnice w luminancji wynikają z różnic w odbiciach strumienia świetlnego od powierzchni. Poniżej przedstawiono zalecane zakresy luminancji dla wybranych sytuacji:

• preferowana luminancja zadania wzrokowego (przedmiotu pracy): 100 ÷ 500 cd/m²
• preferowana luminancja otoczenia ogólnego (ścian i sufitu): 50 ÷ 300 cd/m²
• preferowana luminancja tła: 50 ÷ 250 cd/m².

Luminancja tła jest to luminancja obszaru, na którym występuje przedmiot pracy, tj. luminancja bezpośrednio granicząca z luminancją zadania wzrokowego. Natomiast luminancja otoczenia ogólnego jest to luminancja nie granicząca bezpośrednio z luminancją zadania wzrokowego. Luminancja otoczenia określonego zadania wzrokowego powinna być, jeśli to możliwe, mniejsza niż luminancja samego zadania, ale nie mniejsza niż 1/3 jej wartości. Zarówno wartość luminancji ścian, jak i luminancji zadania wzrokowego jest zależna od poziomu natężenia oświetlenia jakiego wymaga dana czynność. Przy założeniu, że mieści się on w przedziale od około 500 do 1 000 lx, luminancja ścian powinna wynosić odpowiednio od 50 do 100 cd/m². Typowe wartości współczynnika odbicia ścian potrzebne do uzyskania tych wartości luminancji są zawarte w przedziale między 0,5 a 0,8. Wartość luminancji sufitu powinna być duża na tyle, aby we wnętrzu było stworzone przyjemne, ogólne wrażenie oraz zminimalizowane kontrasty jaskrawości między sufitem a każdą oprawą oświetleniową na nim zamocowaną. Aby sufit nie powodował odbić, jego luminancja nie powinna być większa od 500 cd/m². Natomiast z punktu widzenia satysfakcji wzrokowej są preferowane wartości od 100 do 300 cd/m². Zaleca się poza tym, aby średnia luminancja sufitu była większa o około 20 ÷ 30% od średniej luminancji ścian, czyli luminancja otoczenia ogólnego powinna być na tyle duża, aby był zapewniony odpowiedni poziom adaptacji oczu i wytworzony odpowiedni nastrój we wnętrzu. Wynika stąd, że luminancja tła i otoczenia nie powinny być zbyt małe w stosunku do luminancji zadania wzrokowego, przy jednoczesnym spełnieniu warunku, że nie może występować zbyt duży kontrast między przedmiotem pracy i jego tłem.

Największą luminancją we wnętrzu wytworzoną przez urządzenia oświetleniowe jest ta, którą powodują same źródła światła. Zwykle luminancje te są zbyt duże, aby pozwolić na używanie źródeł światła bez odpowiedniego ograniczenia ich jaskrawości w kierunku oczu pracownika. Z tego powodu źródła światła są umieszczane w oprawach, których jednym z zadań jest ograniczanie luminancji w kierunkach chronionych do akceptowalnego poziomu. Nie oznacza to jednak, że oprawa oświetleniowa nie może być źródłem olśnienia. Spowodowane jest to najczęściej niewłaściwym doborem typu oprawy do oświetlenia określonego stanowiska pracy. Ograniczanie olśnienia bezpośredniego lub pośredniego oznacza ograniczenie luminancji opraw oświetleniowych w strefie powyżej kąta 45°, mierząc od pionu. Kąt d jest to kąt widzenia środka świetlnego oprawy położonej najdalej od obserwatora  (6-7. slajd 23).

6-7. slajd 23 

W przypadku pomieszczeń z komputerami strefa ograniczenia luminancji najczęściej występuje powyżej kąta 50°; 55° lub 60°, mierząc od pionu. Im wartość tego kąta jest większa, tym strefa ograniczenia luminancji jest mniejsza i występuje większe prawdopodobieństwo wystąpienia olśnienia bezpośredniego.

Ograniczenie olśnienia jest związane z odpowiednim doborem oprawy oświetleniowej, a decydują o tym elementy optyczne kształtujące jej bryłę fotometryczną, np. struktura materiału, z którego jest wykonany klosz, odbłyśnik, raster. W przypadku rastrów odgrywa również bardzo dużą rolę ich kształt oraz rodzaj powierzchni. Na rysunku 24. przedstawiono przykładowe świetlówkowe oprawy rastrowe - nasufitową ze zwierciadlanym, parabolicznym rastrem oraz oprawę przeznaczoną do zamontowania w suficie podwieszanym z rastrem białym.

Rys. 24. Przykładowe świetlówkowe oprawy rastrowe

W przypadku źródeł LED stosowane są również do ograniczenia olśnienia rastry paraboliczne – szczególnie do tub LED oraz oprawy z kloszami o strukturze zapewniającej ograniczenie olśnienia na stanowiskach z komputerami do poziomu wymaganego przez normę (rys. 25).

Rys. 25. Rastry paraboliczne 

W praktyce oświetlania wnętrz olśnienie przykre jest większym problemem niż olśnienie przeszkadzające. Uczucie przykrości ma tendencję do wzrostu wraz z upływem czasu i powoduje uczucie stresu i zmęczenia. Środki podjęte do ograniczenia olśnienia przykrego zwykle niwelują olśnienie przeszkadzające.

Na stopień olśnienia przykrego nie wpływa tylko luminancja w polu widzenia pracownika, lecz zależy on także od rodzaju wykonywanej czynności. Im bardziej wymagające jest zadanie wzrokowe i im większa jest potrzeba koncentracji, tym silniejsze będzie uczucie przykrości. W tych sytuacjach, gdy pracownik musi się przemieszczać, wykonując określone czynności, doświadczana przykrość będzie mniejsza niż gdy pracownik wykonuje pracę bez wykonywania znaczących ruchów. W tym drugim przypadku największe zagrożenie olśnieniem jest powodowane przez krańcowe oprawy oświetleniowe, szczególnie w pomieszczeniach wydłużonych. Dlatego też w pomieszczeniach wydłużonych, w celu minimalizowania olśnienia, należy szczególnie unikać opraw z kloszami mlecznymi (opalizowanymi).

Olśnienia odbiciowe oraz odbicia obniżające kontrast mogą być zminimalizowane przez:

• rozplanowanie systemu oświetlenia lub rozlokowanie miejsc pracy w taki sposób, aby żadna oprawa oświetleniowa nie była umieszczona nad miejscem wykonywania zadania wzrokowego,
• zwiększenie strumienia świetlnego padającego z kierunków bocznych na zadanie wzrokowe pod kątem ostrym, różnym od kąta obserwacji,
• stosowanie opraw mających dużą, dolną powierzchnię świecącą i małą luminancję,
• projektowanie stanowisk pracy i materiałów do pracy o matowych powierzchniach w celu zmniejszenia skutków odbicia.

Praca przy monitorach ekranowych jest związana z wystąpieniem co najmniej dwóch różnych zadań wzrokowych:

• czytanie drukowanego tekstu na dokumencie i znaków na klawiaturze
• czytanie znaków na monitorze (znaki mogą być jasne na ciemnym tle lub ciemne na jasnym tle).

Projektowanie oświetlenia do pracy przy komputerze wymaga więc stosowania oświetlenia zapewniającego dobre warunki widzenia dla obu ww. zadań wzrokowych. Wysoki poziom natężenia oświetlenia jest niezbędny na płaszczyźnie klawiatury i stołu, natomiast w płaszczyźnie ekranu jest niekorzystny ze względu na obniżenie kontrastu jaskrawości znaków i tła na ekranie.

W normie PN-EN 12464-1:2022-01 określono wymaganie dotyczące eksploatacyjnego natężenia oświetlenia na stanowisku z komputerem, które powinno wynosić 500 [lx]. Na tych stanowiskach należy unikać kierunkowych odbić opraw oświetleniowych oraz ograniczać oświetlenie ekranu monitora. Zaleca się także, aby luminancja powierzchni pracy (dotyczy to średniej luminancji) nie była większa od 3-krotnej wartości luminancji obserwowanych powierzchni występujących w centralnym polu widzenia oraz 10-krotnej wartości luminancji dalszych powierzchni w peryferyjnym polu widzenia (np. ściany, sufit, podłoga).

Do oświetlania stanowisk pracy z komputerami luminancja opraw powinna być nie większa niż 200 cd/m² dla kąta wypromieniowania oprawy powyżej 45 ÷ 55° (licząc od pionu) w płaszczyźnie wzdłużnej i poprzecznej oprawy ( 6-7. slajd 24 i  6-7. slajd 25). Można to uzyskać poprzez zastosowanie opraw z rastrem parabolicznym, metalizowanym, tzw. dark-light ( 6-7. slajd 26 i  6-7. slajd 27). Taka konstrukcja opraw zapewni ograniczenie olśnienia na wymaganym przez normę PN-EN 12464-1:2022-01 poziomie U_GRL ≤ 19.

6-7. slajd 24

6-7. slajd 25

6-7. slajd 26

6-7. slajd 27

Oprawy oświetleniowe o takich rozsyłach światłości są korzystne ze względu na następujące zalety:

• uwydatnione kierunki promieniowania leżą w płaszczyźnie prostopadłej do osi obserwacji, co ogranicza wpływ składowej kierunkowej odbicia strumienia świetlnego od przedmiotów znajdujących się na biurku, utrudniającej rozróżnianie szczegółów
• na stanowiskach pracy zlokalizowanych między dwoma liniami opraw świetlówkowych uzyskuje się większe natężenie oświetlenia niż pod oprawami w przejściach komunikacyjnych
• nieobrotowa bryła fotometryczna umożliwia intensywniejsze oświetlenie stanowisk pracy z boku w porównaniu z innymi kierunkami.

Na 6-7. slajd 28 pokazano przykładowe rozmieszczenie stanowisk pracy z monitorami ekranowymi względem opraw typu dark-light. W pomieszczeniach oświetlonych oprawami oświetlenia ogólnego, z wyjątkiem opraw oświetlenia pośredniego (strumień świetlny kierowany jest na sufit i/lub ściany), nigdy nie należy umieszczać stanowisk pracy pod oprawami. Ma to również wpływ na ograniczenie olśnienia odbiciowego opraw w ekranie monitora.

6-7. slajd 28

Stosowane systemy oświetlenia:

Badania różnych systemów oświetlenia nie wskazują tylko jednego preferowanego sposobu oświetlenia stanowisk pracy z komputerami. Wymagania oświetleniowe można spełnić wykorzystując różnorodne rozwiązania oświetleniowe, w zależności od rozmiarów pomieszczenia (małe, duże, wysokie, niskie itd.), rodzaju wykonywanej pracy (wprowadzanie danych, edycja tekstów, dialog itd.), charakteru pracy (ciągła, dorywcza) i charakterystyki użytkowników (ich preferencji, wieku) oraz od aspektów ekonomicznych (energooszczędności). Tak więc, do oświetlenia stanowisk pracy przy komputerze można stosować następujące rodzaje oświetlenia:

• bezpośrednie - z zastosowaniem opraw np. typu dark-light
• pośrednie - z zastosowaniem opraw stojących lub zwieszakowych
• bezpośrednio-pośrednie lub pośrednio-bezpośrednie:
  • z zastosowaniem opraw zwieszakowych, które oświetlają zarówno płaszczyznę roboczą (tak jak opraw typu dark-light) oraz sufit
  • z zastosowaniem opraw typu mildes light (miękkie światło), których krzywa światłości w półprzestrzeni dolnej ma charakter rozproszony, a elementy oprawy przepuszczające i odbijające światło mają luminację nie przekraczającą 500 cd/m². Na foliogramie (rys. 26) przedstawiono przykładową oprawę typu mildes-light w wersji nasufitowej, oraz w sposób poglądowy rozchodzenie się strumienia świetlnego.

Rys. 26. Przykładowa oprawa typu mildes-light 
w wersji nasufitowej 

• złożone - z zastosowaniem jednego z wymienionych rodzajów oświetlenia ogólnego (najczęściej pośredniego) oraz niskoluminacyjnej oprawy oświetlenia miejscowego. Do oświetlenia komputerowych stanowisk pracy nie powinno się stosować przypadkowych opraw oświetlenia miejscowego, gdyż najczęściej powodują one olśnienie bezpośrednie, odbiciowe oraz niewłaściwy rozkład luminancji w polu widzenia (zbyt duży kontrast jaskrawości). Powinny to być oprawy mające odpowiednio ukształtowany odbłyśnik (np. asymetryczny) oraz klosz rozpraszający w celu ograniczenia olśnienia od oprawy oraz odbić na stanowisku pracy. Ponadto oprawa powinna zapewnić regulację wysokości i kąta pochylenia części świecącej, która powinna mieć dużą powierzchnię świecącą, a nie być puntową.

Wybór jednego z wymienionych sposobów oświetlenia stanowisk z komputerami powinien opierać się na następujących przesłankach :

• wynikających z rodzaju i nasilania pracy wykonywanej przy komputerze,
• preferencji użytkowników (z każdym ze sposobów oświetlenia wiąże się wykreowanie innego otoczenia świetlnego w pomieszczeniu,
• możliwości ekonomicznych (energooszczędności, koszt nowego systemu oświetlenia).

Podstawową normą dotycząca oświetlenia elektrycznego aktualnie jest: PN-EN 12464-1: 2022-01 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach. Norma ta zastępuje następujące normy oświetleniowe:

• PN-EN 12464-1: 2012: Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach (oraz jej starsze wydania),
• PN-84/E-02033 Oświetlenie wnętrz światłem elektrycznym,
• PN-71/E-02034 Oświetlenie elektryczne terenów budowy, przemysłowych, kolejowych, portowych oraz dworców i środków transportu publicznego,
• PN-84/E-02035 Urządzenia elektroenergetyczne. Oświetlenie elektryczne obiektów energetycznych.

Zastąpienie trzech ww. polskich norm oświetleniowych (opublikowanych w ubiegłym wieku) nie oznacza ich unieważnienia. Normy te prezentują mniej nowoczesne rozwiązania z punktu widzenia postępu naukowo-technicznego, jednak rozwiązania w nich zawarte nie są błędne. W związku z tym można z nich nadal korzystać, szczególnie w aspekcie metody pomiarów natężenia oświetlenia, której nie zawiera nowa norma PN-EN 12464-1:2012 .

Pomimo że norma PN-EN 12464-1:2022-01 nie jest obecnie umieszczone w żadnym z wykazów norm obligatoryjnych, to jednak należy stosować się do jej zaleceń zarówno przy projektowaniu oświetlenia, wykonywaniu pomiarów jak i interpretacji otrzymanych wyników badań. Wynika to z faktu, że do aktualnej normy oświetleniowej odwołuje się Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Norma PN-EN 12464-1:2022-01 określa wymagania jakościowe i ilościowe dotyczące oświetlenia pomieszczeń i stanowisk pracy znajdujących się wewnątrz budynków. Zawiera również zalecenia dotyczące dobrej praktyki oświetleniowej, podając kryteria, które są niezbędne przy projektowaniu oświetlenia. Norma ta podając kryteria, a nie ustanawiając konkretnych rozwiązań, nie ogranicza swobody projektantów w zakresie stosowania nowych technik lub nowoczesnego sprzętu oświetleniowego.

Kryteriami tymi w kolejności są: otoczenie świetlne, rozkład luminancji, natężenie oświetlenia, olśnienie, aspekty barwne, migotanie strumienia świetlnego i efekt stroboskopowy, współczynnik utrzymania oraz względy energetyczne. Zagadnienia związane z oświetleniem stanowisk pracy z monitorami ekranowymi, procedury sprawdzania projektu oświetleniowego przedstawiono w oddzielnych rozdziałach. Wymagania szczegółowe dla wnętrz (obszarów) oraz zadań i czynności wzrokowych odnośnie wartości: użytecznego natężenia oświetlenia, ujednoliconego wskaźnika olśnienia (U_GRL) – parametr określający ograniczenie olśnienia przykrego, wskaźnika oddawania barw oraz ewentualne uwagi dodatkowe - zawarto w wielostronicowej tablicy w normie.

Przedmiotem normy PN-EN 12464-2: 2014 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 2: Miejsca pracy na zewnątrz są wymagania oświetleniowe miejsc pracy na zewnątrz i stref z nimi związanych. Niniejsza norma wprowadza następujące nowe terminy: czasokres, zróżnicowanie, granica ocen olśnienia (GR), pole otaczające, światło przeszkadzające, światło niepożądane, współczynnik światła w górę (ULR). Ponadto określa ona definicję równomierności oświetlenia (U₀), która jest stosunkiem minimalnego natężenia oświetlenia (luminancji) do średniego natężenia oświetlenia (luminancji) na powierzchni.

Wymagania tej normy dotyczą następujących parametrów oświetleniowych:

• średniego natężenia oświetlenia na polu zadania i polu otaczającym, które nie powinny być mniejsze od wartości eksploatacyjnego natężenia oświetlenia podawanych w tablicach, dla określonych stref, zadań i czynności oraz wynikających z zależności natężenia oświetlenia w polu zadania od natężenia oświetlenia w polu otaczającym,
• równomierności oświetlenia w polu zadania - nie mniejszej niż podawana w tablicach, dla określonych stref, zadań i czynności oraz w polu otaczającym nie mniejsza niż 0,1,
• siatki natężeń oświetlenia (w celu wskazania punktów obliczeniowych i pomiarowych) w kształcie prostokątów, których stosunek boków mieści się w zakresie 0,5 ÷ 2 a maksymalny wymiar siatki nie powinien być większy od 10 m,
• ograniczenia olśnienia – poprzez podanie granicznych wartości ocen olśnienia (GR) oraz ograniczanie odbić,
• ograniczania światła przeszkadzającego - od zewnętrznych instalacji oświetleniowych,
• oddawania barw - wskaźnik oddawania barw R_a zastosowanych źródeł światła nie powinien być mniejszy od wartości podawanych w tablicach, dla określonych stref, zadań i czynności,
• ograniczenia migotania światła - przez stosowanie odpowiednich środków zmniejszających to zjawisko.

W celu uzyskania efektywnego oświetlenia (również energooszczędnego) należy wziąć pod uwagę poniższe zasady:

• w urządzeniu oświetleniowym należy dążyć do użycia najbardziej wydajnych źródeł światła
• sprzęt oświetleniowy należy utrzymywać w dobrym stanie
• w czasie pracy w ciągu dnia należy w pełni wykorzystać światło dzienne (np. przez ustawienie stanowisk pracy w pobliżu okien), a w przypadku konieczności doświetlania stanowisk pracy światłem elektrycznym, należy włączać tylko niezbędne sekcje oświetlenia.

Norma oświetleniowa PN-EN 12464-1:2022-01 nie zawiera zakresu oraz metody pomiarów parametrów oświetlenia. Zawiera jedynie metodę wyznaczania siatki pomiarowej do pomiaru natężenia oświetlenia na płaszczyźnie roboczej. Wobec powyższego przy wykonywaniu tych pomiarów nadal należy stosować metodę pomiaru parametrów oświetlenia elektrycznego zawartą w normie oświetleniowej PN 84/E 02033 – przede wszystkim w warunkach bez udziału światła dziennego (naturalnego). Jednak metoda ta musi być zweryfikowana i np. uwzględniać wyodrębnienie obszaru zadania, obszaru bezpośredniego otoczenia na płaszczyźnie roboczej stanowiska pracy oraz obszaru tła. Sposób wyznaczania punktów pomiaru natężenia oświetlenia może być zgodny z normą PN-EN 12464-1:2022-01 lub z normą PN 84/E 02033. W tym drugim przypadku, istotne jest aby punkty pomiarowe były wyznaczone w środku pól o jednakowych wymiarach „oczek”, które powinny być w miarę możliwości zbliżone do kwadratów o boku około 1 x 1 m.

Z punktu widzenia oceny oświetlenia elektrycznego we wnętrzu bądź na stanowisku pracy, istotny jest pomiar natężenia oświetlenia w celu określenia:

• średniego natężenia oświetlenia,
• równomierności oświetlenia.

Ocena oświetlenia składa się z oględzin instalacji oświetleniowej oraz wykonania pomiarów natężenia oświetlenia na płaszczyźnie roboczej i w strefie komunikacyjnej.
Zakres oględzin powinien obejmować przede wszystkim sprawdzenia:

• typów zainstalowanych w pomieszczeniu opraw oświetleniowych i źródeł światła,
• barwy światła i wskaźnika oddawania barw zainstalowanych źródeł światła,
• liczby i rozmieszczenia opraw oświetleniowych,
• rozmieszczenia stanowisk pracy / obszarów zadania we wnętrzu,
• subiektywną ocenę ograniczenia odbić (oszacowanie występowania odbić i ich stopnia uciążliwości,
• subiektywną ocenę migotania,
• czy postrzegane jest migotanie światła,
• występowania i eliminacji efektu stroboskopowego (tam, gdzie to dotyczy).

Oględziny instalacji oświetleniowej mogą być wykonane zarówno w czasie dnia jak i po zapadnięciu zmroku. Natomiast pomiary parametrów oświetlenia elektrycznego wnętrz wykonuje się w warunkach eksploatacyjnych po zapadnięciu zmroku (bez udziału światła dziennego) i przy napięciu znamionowym.
Urządzenie oświetleniowe ze źródłami wyładowczymi oraz źródła LED należy załączyć co najmniej na 30 min przed rozpoczęciem badań. Urządzenia wyposażone w żarówki zwykłe lub halogenowe można badać bezpośrednio po ich włączeniu.

Jeżeli w urządzeniu oświetleniowym zainstalowano nowe źródła światła (dotychczas nie świecone), przed przystąpieniem do badań należy poddać je wyświeceniu w normalnych warunkach eksploatacyjnych, łącznie przez co najmniej 100 godz. (lampy wyładowcze, LEDy) i co najmniej 1 godz. (żarówki).

Natężenie oświetlenia mierzy się przyrządem pomiarowym zwanym luksomierzem, który wyposażony jest w fotoelektryczne ogniwo krzemowe, a jego czułość względna dopasowana jest do czułości względnej oka ludzkiego V(l). Natężenie oświetlenia na powierzchni światłoczułej ogniwa zależy od kosinusa kąta padania promieni na tę powierzchnię. W pomieszczeniu zamkniętym część strumienia odbitego od ścian może padać na ogniwo pod bardzo dużym kątem, powodując znaczny systematyczny błąd pomiaru. Dlatego też obudowa ogniwa fotoelektrycznego ma taką konstrukcję, która pozwala na zmniejszenie tego błędu. Mówi się wówczas, że ogniwo ma korekcję przestrzenną. Dobrej klasy luksomierze mają standardowo taką korekcję wbudowana w ogniwo pomiarowe. Miernik jest wyskalowany w luksach (lx) tak, że bezpośrednio jest odczytywana wartość natężenia oświetlenia w danym (mierzonym) punkcie. Pomimo, że sposób pomiaru jest bardzo prosty, to pomiary wykonywane przez osoby niewyszkolone mogą być obarczone dużymi błędami pomiarowymi, o ile w czasie wykonywania pomiarów nie będą zachowane warunki, od których zależy prawidłowość wskazań luksomierza. Do najistotniejszych warunków dokładności pomiarów luksomierzem należą:

• okresowe wzorcowanie luksomierza (z upływem czasu prąd fotoelektryczny ogniwa może ulegać znacznym zmianom przy tym samym natężeniu oświetlenia) - co obejmują badania metrologiczne niezbędne przy wydawaniu świadectwa,
• niezasłanianie przez badającego ogniwa fotoelektrycznego w czasie pomiaru (ogniwo musi być połączone z miernikiem za pomocą przewodu o długości około 1 m.) (rys. 27).

Rys. 27. Przykład luksomierza

Pomiary natężenia oświetlenia wykonuje się na płaszczyźnie roboczej, dlatego podstawową kwestią jest ustalenie tej płaszczyzny. Najczęściej płaszczyzna robocza jest płaszczyzną poziomą na wysokości wykonywanej pracy wzrokowej. W sytuacji, gdy płaszczyzną pracy wzrokowej jest płaszczyzna pionowa lub pochyła, wówczas płaszczyzna robocza odpowiada płaszczyźnie pracy wzrokowej, a pomiary wykonuje się odpowiednio w płaszczyźnie pionowej lub pochyłej (np. na półkach bibliotecznych czy pulpitach sterowniczych). W strefach komunikacyjnych, na schodach oraz w pomieszczeniach sanitarnych przyjmuje się płaszczyznę roboczą na wysokości podłogi (schodów).

Obszar zadania (OZ) i obszar bezpośredniego otoczenia (OBO) znajdują się w obrębie płaszczyzny roboczej. Obszar tła (OT) znajduje się poza płaszczyzną roboczą, bezpośrednio na podłodze. Na rysunku 28. przedstawiono ww. obszary, w których wykonuje się pomiary natężenia oświetlenia.

Rys. 28. Obszary, w których wykonuje się pomiary natężenia oświetlenia 

Na wielu stanowiskach pracy można wyodrębnić kilka obszarów zadania, jak np. na stanowisku z komputerem, gdzie jako obszar zadania można przyjąć płaszczyznę dokumentu oraz klawiatury. Wówczas pomiary wykonuje się osobno na każdym z tych obszarów.

Obszar bezpośredniego otoczenia nie musi występować ze wszystkich stron obszaru zadania (mieszczącego się w obszarze widzenia). Może to być pas z trzech, dwóch lub nawet jednej strony obszaru zadania w zależności od liczby, wielkości i konfiguracji wyposażenia stanowiska pracy. Przy wykonywaniu pomiarów na stanowisku pracy minimalna szerokość pasa bezpośredniego otoczenia powinna mieć szerokość około 0,50 m, przy czym nie ustala się wartości minimalnej tego pasa, gdyż osoba wykonująca pomiary musi ocenić czy jest uzasadnione wyodrębnianie tego obszaru.

W sytuacji braku informacji o wielkości obszaru zadania lub, gdy z ustawienia i charakteru pracy wynika, że w każdym miejscu na płaszczyźnie roboczej może być wykonywane zadanie wzrokowe, cały obszar płaszczyzny roboczej powinno przyjąć się jako obszar zadania. Obszar tła - to podłoga w badanym pomieszczeniu.

Istotnym czynnikiem przy wykonywaniu pomiarów jest ustalenie punktów pomiarowych na płaszczyźnie roboczej w poszczególnych jej obszarach. Ponieważ wyznaczana jest wartość średnia natężenia oświetlenia, pomiary natężenia oświetlenia należy wykonać w równomiernie rozmieszczonych punktach na płaszczyźnie roboczej (w wydzielonych odpowiednio obszarach: zadania, bezpośredniego otoczenia oraz tła. Najistotniejsze jest wyznaczenie średniego natężenia oświetlenia w obszarze zadania.

W przypadku pomieszczeń całą powierzchnię wnętrza należy podzielić na kwadraty o boku około 1 m i mierzyć natężenie oświetlenia w punktach pomiarowych położonych w środku każdego z kwadratów, na wysokości płaszczyzny roboczej. W przypadku holi i korytarzy będzie to płaszczyzna podłogi, natomiast w przypadku pomieszczeń pustych na przewidywanej lub uzgodnionej ze zleceniodawcą wysokości płaszczyzny pracy wzrokowej.

Przykład wyznaczonej siatki pomiarowej dla pustego pomieszczenia o wymiarach 4 m x 7 m przedstawiono na rysunku 29. Wyznaczona siatka pomiarowa składa się z 28 punktów, znajdujących się w środkach kwadratów.

Rys. 29. Przykład wyznaczonej siatki pomiarowej dla pustego pomieszczenia o wymiarach 4 m x 7 m

Określenie średniego natężenia oświetlenia

Średnie natężenie oświetlenia na płaszczyźnie roboczej Eśr wylicza na podstawie wzoru:

gdzie:

E1, E2, ... En - wartości natężenia > oświetlenia zmierzone w poszczególnych punktach pomiarowych,
n - liczba punktów pomiarowych.

Określenie równomierności oświetlenia 

Równomierność oświetlenia Uo dla danej płaszczyzny roboczej oblicza się następująco:

gdzie:

Eśr  - wyznaczona wartość średnia natężenia oświetlenia,
Emin - wartość minimalna z pomiarów.

Równomierność oświetlenia należy wyznaczać osobno dla obszaru zadania i obszaru bezpośredniego otoczenia na poszczególnych płaszczyznach roboczych w całym pomieszczeniu oraz dla strefy komunikacyjnej.

Wyznaczanie punktów pomiarowych w pomieszczeniach z oświetleniem ogólnym lub złożonym, wyposażonych w stanowiska pracy:

• należy wyznaczyć średnie natężenie oświetlenia oddzielnie na każdej płaszczyźnie roboczej (na jej rzeczywistej wysokości) dla stanowisk pracy, należy ustalić w obrębie płaszczyzny roboczej obszar zadania i obszar bezpośredniego otoczenia - gdy da się go wyodrębnić,
• zaleca się, aby na każdym z obszarów zmierzyć natężenie oświetlenia w co najmniej 3 – 4 równomiernie rozmieszczonych punktach pomiarowych, w środkach wyznaczonych kwadratów,
• gdy dane stanowisko pracy doświetlone jest miejscowo, wówczas na wcześniej ustalonym obszarze zadania oraz obszarze bezpośredniego otoczenia (gdy występuje) osobno mierzy się natężenie oświetlenia od oświetlenia złożonego oraz osobno od oświetlenia ogólnego,
• w strefie komunikacyjnej wykonuje się pomiary w równomiernie rozmieszczonych punktach pomiarowych na podłodze, jeśli to możliwe w siatce pomiarowej o boku ok. 1m.

Na jakość oświetlenia w danym pomieszczeniu, którą ma zapewnić określony system oświetleniowy, mają wpływ następujące parametry:

• poziom natężenia oświetlenia i jego równomierność
• rozkład luminancji
• ograniczenie olśnienia przykrego
• barwa światła (temperatura barwowa) i wskaźnik oddawania barw źródeł światła.

1. Bąk J., Pabjańczyk W.: Podstawy techniki świetlnej. Skrypt dla szkół wyższych. Łódź, Politechnika Łódzka 1994.
2. PN-EN 12464-1:2022-01. Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.
3. PN-90/E-001005- Technika świetlna. Terminologia.
4. PN-84/E-02033 Oświetlenie wnętrz światłem elektrycznym
5. PN-71/E-02034 Oświetlenie elektryczne terenów budowy, przemysłowych, kolejowych, portowych oraz dworców i środków transportu publicznego.
6. PN-84/E-02035 Urządzenia elektroenergetyczne. Oświetlenie elektryczne obiektów energetycznych.
7. Publication CIE No 29.2 (1986). Guide on interior lighting.
8. PN-EN 12464-2: 2014 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 2: Miejsca pracy na zewnątrz.
9. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 1 grudnia 1998 r. w sprawie minimalnych wymagań bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ergonomii, jakie powinny spełniać stanowiska pracy wyposażone w monitory ekranowe (Dz.U. z 1998 r. nr 148, poz. 973).
10. Dyrektywa 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 6 lipca 2005 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących eko-projektu dla produktów wykorzystujących energię. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej Nr L 190 z dnia 22 lipca 2005 r.
11. Pawlak A. Diody świecące jako źródła światła. Bezpieczeństwo Pracy 12. 2005
12. Pawlak A. Przyszłość oświetlenia elektrycznego - poprawa efektywności energetycznej. Bezpieczeństwo Pracy 3. 2009.