OŚWIETLENIE STANOWISK PRACY

 

Parametry oświetleniowe wpływające na bezpieczeństwo pracy i wygodę widzenia

źródło:  "Syntetyczna charakterystyka oświetlenia elektrycznego na stanowiskach pracy"
opracowanie: dr inż. Agnieszka Wolska, mgr inż. Andrzej Pawlak- CIOP-PIB

 

Aby oświetlenie zapewniało bezpieczeństwo i wygodę widzenia muszą być spełnione wymagania normy PN-EN 12464-1:2012 dotyczące następujących podstawowych parametrów oświetlenia:

 

natężenie oświetlenia
równomierność oświetlenia
rozkład luminancji w polu pracy wzrokowej
ograniczenie olśnienia
barwa światła i oddawanie barw
migotanie i efekt stroboskopowy

 


Natężenie oświetlenia

 
Natężenie oświetlenia jest to gęstości powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na daną powierzchnię wyrażona w luksach [lx].
  Poziom natężenia oświetlenia potrzebny do wykonywania określonej pracy wzrokowej dobiera się w zależności od:

 

    • stopnia trudności pracy wzrokowej (zależy on od współczynnika odbicia przedmiotu pracy i kontrastu szczegółu z tłem),

    • wielkości pozornej szczegółu pracy wzrokowej.

 

Jako minimalne kryterium odpowiedniego poziomu oświetlenia, przyjęto dostrzeganie rysów ludzkiej twarzy. We wnętrzach nie przeznaczonych do pracy najważniejsze jest ogólne wrażenie stworzone przez oświetlenie. Aby móc spostrzegać rysy ludzkiej twarzy, jej luminancja powinna wynosić około 1 cd/m2. Można ją uzyskać przy normalnych warunkach oświetleniowych, o poziomie natężenia oświetlenia wynoszącym około 20 lx, które w związku z tym, uważane jest jako wartość minimalnego natężenia oświetlenia dla pomieszczeń nie przeznaczonych do pracy. Natomiast natężenie oświetlenia na poziomej płaszczyźnie roboczej, które można zaakceptować w pomieszczeniach, w których ludzie przebywają przez długi okres czasu, niezależnie od tego, jakie jest wykonywane zadanie wzrokowe powinno wynosić nie mniej niż 200 lx.

  Wymagania szczegółowe dla różnego rodzaju wnętrz, zadań lub czynności podane są w tabelach zawartych w normie PN-EN 12464-1:2012. Wartości te dotyczą obszaru zadania (OZ) natomiast w obszarze bezpośredniego otoczenia  (OBO) oraz w obszarze tła (OT) mogą one być odpowiednio mniejsze - zgodnie z wartościami podanymi w ww. normie PN-EN i przedstawione w tabeli 1.

 

Tabela 1. Związek między natężeniami oświetlenia w polu zadania i w polu bezpośredniego otoczenia

Natężenie oświetlenia w lx

Obszar zadania (OZ)

EOZ

Obszar bezpośredniego otoczenia (OBO)

EOBO

Obszar otoczenia (OT)

EOT

≥750

500

300

200

≤150

500

300

200

150

EOZ

1/3 EOBO

 

  W przypadku oceny poziomu natężenia oświetlenia na badanym stanowisku pracy, wyznacza się na podstawie pomiarów średnie natężenie oświetlenia osobno na obszarze zadania i obszarze bezpośredniego otoczenia. W przypadku oceny oświetlenia w całym pomieszczeniu dodatkowo określa się natężenie oświetlenie na obszarze tła. Uzyskane wyniki średniego natężenia oświetlenia porównuje się z wymaganiami ww. normy.


  W przypadku stopnia trudności pracy wzrokowej większego od przeciętnego, przy utrudnieniach w wykonywaniu pracy, przy wymaganiu zapewnienia dużej wygody widzenia, jak również, gdy pracownikami są w większości osoby powyżej 40 lat zaleca się  przyjmować poziom natężenia oświetlenia o stopień wyższy niż poziom eksploatacyjnego natężenia oświetlenia (podawany w ww. normie). Przy zwiększaniu poziomu natężenia oświetlenia obowiązuje następujący szereg stopniowania natężenia oświetlenia: 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1 000, 1500, 2 000, 3 000, 5 000 [lx]. W praktyce oznacza to, że jeśli wymagane w normie eksploatacyjne natężenie oświetlenia wynosi 500 lx, to przy zwiększeniu poziomu natężenia oświetlenia o jeden stopień, zalecane natężenia oświetlenia wynosić będzie wtedy 750 lx.

 


Równomierność oświetlenia

 

Równomierność oświetlenia – U0 na danej płaszczyźnie wyznacza się jako iloraz najmniejszej zmierzonej wartości natężenia oświetlenia występującej na danej płaszczyźnie (Emin) do średniego natężenia oświetlenia na tej płaszczyźnie (Eśr):

 

U0 = Emin/Eśr,

gdzie: Eśr = (E1 + E2 + ...+ En) / n,    
n - liczba punktów pomiarowych,
E1¸ En  - wyniki pomiarów w kolejnych punktach pomiarowych.

 

  Podobnie jak w przypadku wyznaczania średniego natężenia oświetlenia, równomierność oświetlenia należy wyznaczać oddzielnie dla obszaru zadania, obszaru bezpośredniego otoczenia i obszaru tła.

Wartości minimalnej równomierności w obszarze zadania dla różnych rodzajów wnętrz, zadań i czynności podane są w normie. Natomiast minimalna wartość równomierności oświetlenia w obszarze bezpośredniego otoczenia wynosi:  0,40, a w obszarze tła – 0,10.

 


Rozkład luminancji

Rozkład luminancji we wnętrzu określa się poprzez podanie charakterystycznych dla wnętrza kontrastów luminancji wyodrębnionych pól w bliższym i dalszym otoczeniu użytkownika albo przez podanie wartości współczynników odbicia. Ogólnie wymaga się możliwie równomiernego rozkładu luminancji polu widzenia, gdyż takie warunki zapewniają użytkownikowi lepszą ostrość wzroku, czułość kontrastową i polepszenie wydolności funkcji wzroku takich jak: akomodacja, adaptacja, ruchy oczu i zwężanie źrenicy.

  Rozkład luminancji we wnętrzu jest też czynnikiem wpływającym pośrednio, ale w sposób istotny na jakość widzenia. Stanowi on również w znacznym stopniu o nastroju we wnętrzu i jego dekoracyjności. Na ogół wymagana jest znajomość luminancji ścian i sufitu wnętrza, a także luminancji płaszczyzny roboczej i przedmiotów na niej występujących tak, aby obliczyć odpowiednie kontrasty luminancji.

   Pośrednio można określić rozkład luminancji poprzez podanie wartości współczynników odbicia podstawowych płaszczyzn w danym wnętrzu. Przyjmuje się, że przy spełnieniu wymaganych przez normę wartości natężenia oświetlenia i równomierności oświetlenia w polu zadania i polu bezpośredniego otoczenia oraz przy zachowaniu zalecanych wartości współczynników odbicia we wnętrzu rozkład luminancji będzie równomierny. W normie PN-EN 12464-1:2012 podane są zakresy zalecanych współczynników odbicia dla głównych powierzchni we wnętrzach:

 

Powierzchnia

Zalecane współczynniki odbicia

Sufit:

0,7 - 0,9

Ściany:

0,5 - 0,8

Główne obiekty (meble, maszyny itp.)

0,2 - 0,7

Podłoga

0,2 – 0,4

 


Ograniczenie olśnienia

 

  Olśnieniem nazywa się pewien przebieg (stan) procesu widzenia, przy którym występuje odczucie niewygody lub zmniejszenie zdolności rozpoznawania przedmiotów, lub jedno i drugie, w wyniku niewłaściwego rozkładu luminancji lub niewłaściwego zakresu luminancji albo nadmiernych kontrastów w przestrzeni lub w czasie.

  Z punktu widzenia warunków powstawania rozróżnia się następujące rodzaje olśnienia:

  • olśnienie bezpośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w tym samym lub prawie tym samym kierunku co przedmiot obserwowany,
  • olśnienie pośrednie - spowodowane przez jaskrawy przedmiot występujący w innym kierunku niż przedmiot obserwowany,
  • olśnienie odbiciowe - spowodowane przez kierunkowe odbicia jaskrawych przedmiotów.

  Z punktu widzenia występujących skutków wyróżnia się następujące rodzaje olśnienia:

  • przeszkadzające - zmniejszające zdolność widzenia na bardzo krótki, ale zauważalny czas 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
  • przykre - wywołujące uczucie przykrości, niewygody, rozdrażnienia oraz wpływające na brak koncentracji bez zmniejszenia zdolności widzenia. Natychmiast po usunięciu przyczyny olśnienia ustępuje niewygoda. 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
  • oślepiające - olśnienie tak silne, że przez pewien zauważalny czas żaden przedmiot nie może być spostrzeżony. Jest to skrajny przypadek olśnienia przeszkadzającego.

 

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. Największą luminancją we wnętrzu wytworzoną przez urządzenia oświetleniowe jest ta, którą powodują same źródła światła. Zwykle luminancje te są zbyt wysokie, 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. Osiąga się to poprzez odpowiedni dobór opraw oświetleniowych, a decydują o tym elementy optyczne kształtujące jej bryłę fotometryczną, np. klosz mleczny, odbłyśnik, raster (różny kształt oraz rodzaj powierzchni). Ale na stopień olśnienia przykrego nie wpływa tylko luminancja w polu widzenia pracownika, lecz zależy on również od rodzaju wykonywanej czynności. Im bardziej wymagające jest zadanie wzrokowe i im wyższa jest potrzeba koncentracji przy stałej wymuszonej pozycji pracy, tym silniejsze będzie uczucie przykrości.

       W normie PN-EN przyjęta została metoda ujednoliconej oceny olśnienia (UGR), która opiera się na wyznaczeniu, na etapie projektowania wskaźnika UGR. Norma podaje w tablicach wymagań oświetleniowych wartości UGR dla poszczególnych rodzajów wnętrz, zadań lub czynności. Wymagane wartości UGR należy uwzględniać na etapie projektowania a pracodawca powinien wymagać obliczonej wartości UGR w zestawieniu danych projektowych. Wskaźnik UGR jest już wielkością mierzoną na stanowiskach pracy, i można go wyznaczać pomiarowo w rzeczywistych warunkach pracy danego pracownika.

 


Barwa światła i oddawanie barw

Barwę światła określa się za pomocą tzw. temperatury barwowej (Tc) i podaje się ją w kelwinach [K]. Źródła, które emitują białą barwę światła można podzielić, w zależności od ich temperatury barwowej, na trzy grupy: ciepła (poniżej 3 000 K), neutralna (pośrednia) (od 3 300 do 5 300 K) i chłodna (zimna) (powyżej 5 300 K do 6 500 K). Wraz ze wzrostem wartości średniej wymaganego natężenia oświetlenia powinna wzrastać wartość temperatury barwowej stosowanych źródeł światła.

 

 

Rys. 1. Wartości temperatur barwowych a wygląd barwy światła

 

Norma PN-EN zaleca wybór barwy światła w zależności od poziomu natężenia oświetlenia, barw pomieszczenia i mebli, klimatu oraz zastosowań pomieszczenia, przy czym tylko dla wybranych czynności podaje szczegółowe zalecenia zamieszczone w tablicach z wymaganiami oświetleniowymi.

  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. ogólnym wskaźnikiem 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. Maksymalna możliwa wartość tego wskaźnika wynosi 100. Przyjmuje się ją dla światła dziennego i źródeł żarowych. Wartości zbliżone do 100 charakteryzują najlepsze właściwości oddawania barw. Im wyższe jest wymaganie dotyczące właściwego postrzegania barw, jak np. w przemyśle poligraficznym, tekstylnym, tym wskaźnik oddawania barw powinien być bliższy wartości 100.

 
  Zgodnie z PN-EN 12464-1:2012 we wnętrzach, gdzie ludzie pracują lub przebywają przez dłuższy czas zaleca się stosowania źródeł światła o wskaźniku oddawania barw co najmniej 80. Ponadto norma ta podaje minimalne wartości wskaźnika oddawania barw dla różnych rodzajów wnętrz, zadań i czynności (rozdział 5 ww. normy).


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

  • bardzo dużym, Ra ≥ 90, dla stanowisk pracy, na których rozróżnianie barw ma zasadnicze znaczenie, jak np. kontrola barwy, przemysł tekstylny i poligraficzny, sklepy
  • dużym, 90 > Ra ≥ 80 biura, przemysł tekstylny, precyzyjny, w salach szkolnych i wykładowych
  • średnim oraz ewentualnie małym, 80 > Ra ≥ 40, inne prace, jak np. walcownie, kuźnie, magazyny, kotłownie, odlewnie, młyny oraz wszędzie tam, gdzie rozróżnianie barw nie ma zasadniczego lub istotnego znaczenia.


Migotanie i efekt stroboskopowy

   Migotanie jest to odczucie niestabilności wrażenia wzrokowego powodowane przez bodziec świetlny, którego luminancja lub rozkład widmowy zmieniają się w czasie. Zjawisko to może być spowodowane zasilaniem źródeł wyładowczych z magnetycznym układem stabilizująco-zapłonowym z sieci o częstotliwości 50 Hz, uszkodzeniem tych układów lub uszkodzeniem źródeł światła oraz spadkami napięcia zasilającego urządzenie oświetleniowe. Najczęściej występującym rodzajem migotania światła jest tętnienie źródeł wyładowczych wyposażonych w magnetyczny układ stabilizująco-zapłonowy i zasilanych z sieci o częstotliwości 50 Hz. Fakt zmian strumienia świetlnego w rytm zmian prądu przemiennego, od wartości minimalnej do maksymalnej, nazwano tętnieniem światła. Aktualnie wykorzystywane do ogólnych celów oświetleniowych źródła światła zasilane są prądem przemiennym o częstotliwości 50 Hz. Wówczas częstotliwość zmian światła, wynosi 100 Hz.

  W przypadku oświetlania za pomocą źródeł wyładowczych (świetlówki, lampy rtęciowe, sodowe) maszyn z elementami wirującymi lub wykonującymi ruch postępowo-zwrotny, może wystąpić efekt stroboskopowy - czyli postrzeganie pozornego bezruchu tych elementów, podczas gdy w rzeczywistości są one w ruchu. Zjawisko to jest niebezpieczne i może prowadzić do rożnego rodzaju wypadków.

  Norma PN-EN 12464-1:2012 zaleca taki dobór sprzętu oświetleniowego, aby uniknąć migotania i efektu stroboskopowego