Zasady oświetlenia miejsc pracy na zewnątrz

Kryteria projektowania oświetlenia miejsc pracy na zewnątrz

Kryteria projektowania oświetlenia miejsc pracy na zewnątrz można podzielić na dwie grupy, w zależności od ich roli w kształtowaniu środowiska świetlnego, tj. na kryteria bezpośrednie i pośrednie projektowania otoczenia świetlnego.

Kryteria bezpośrednie projektowania otoczenia świetlnego

Otoczenie świetlne jest oświetleniem rozważanym w aspekcie jego fizjologicznych i psychologicznych skutków. Podstawowe kryteria bezpośrednie otoczenia świetlnego są następujące: rozkład luminancji, natężenie oświetlenia na polu zadania i w otoczeniu, równomierność i zróżnicowanie natężenia oświetlenia, olśnienie bezpośrednie, odbicia dekontrastujące i olśnienie odbiciowe, światło przeszkadzające, oświetlenie kierunkowe: modelowanie i kierunkowe oświetlenie zadań wzrokowych, aspekty barwy: wygląd barwy i oddawanie barw, migotanie i efekty stroboskopowe oraz oświetlenie awaryjne.

Rozkład luminancji

Rozkład luminancji w polu widzenia oddziałuje na poziom adaptacji oczu, który wpływa na widzialność zdania. Właściwie dobrana (zrównoważona) luminancja jest niezbędna, aby zapewnić wzrost:

• ostrości widzenia,
• czułości kontrastowej (rozróżnianie małych względnych różnic luminancji),
• sprawności funkcji ocznych (takich jak akomodacja, konwergencja, zwężenie źrenic, ruchy oczu).

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

Natężenie oświetlenia na polu zadania i w otoczeniu

Natężenie oświetlenia i jego rozkład na polu zadania i w jego otoczeniu mają wpływ na to, jak szybko, bezpiecznie i wygodnie osoba spostrzega i wykonuje zadanie wzrokowe. Wszystkie wymagane wartości natężenia oświetlenia są eksploatacyjnymi wartościami natężenia oświetlenia, które zapewniają wygodę widzenia, potrzeby wydolności widzenia i bezpieczeństwa. Średnie natężenie oświetlenia w obrębie pola zadania, na płaszczyźnie odniesienia, która może być pozioma, pionowa lub pochyła, powinno być nie mniejsze niż wartość wymagana, niezależnie od wieku i stanu instalacji. Wartości wymagane natężenia oświetlenia, podane w tab. 3., ustalono dla normalnych warunków widzenia z uwzględnieniem następujących czynników:

• psychofizjologicznych aspektów, takich jak wygoda widzenia i dobre samopoczucie,
• wymagań dotyczących zadań wzrokowych,
• ergonomii widzenia,
• doświadczeń praktycznych,
• bezpieczeństwa,
• ekonomii.

Ustalona wartość natężenia oświetlenia może być dostosowana, ze zmianą co najmniej o jeden stopień na skali stopniowania natężeń oświetlenia (patrz niżej), jeśli warunki widzenia odbiegają od normalnie zakładanych. Około półtorakrotna zmiana wartości natężenia oświetlenia powoduje odczucie najmniejszej znaczącej zmiany w oświetleniu. Zalecana skala stopniowania natężeń oświetlenia jest następująca (w lx): 5 - 10 - 15 - 20 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 500 - 750 - 1000 - 1500 - 2000. Wymagane eksploatacyjne natężenie oświetlenia powinno być zwiększone, gdy:

• praca wzrokowa jest krytyczna,
• zadanie wzrokowe lub pracownik są w ruchu,
• 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 duże wymiary lub duży kontrast, a także, gdy zadanie wykonywanie jest w niezwykle krótkim czasie lub przy rzadkich okazjach.

Natężenie oświetlenia na otaczającym polu zadania powinno być odnoszone do natężenia oświetlenia na polu zadania i zapewniać dobrze zrównoważony rozkład luminancji w otoczeniu. Duże przestrzenne zmiany w natężeniach oświetlenia wokół pola zadania mogą prowadzić do stresu wzrokowego i niewygody widzenia. Natężenia oświetlenia na polach otaczających mogą być niższe niż na polu zadania, jednak nie mogą być mniejsze od wartości podanych w tab. 1.

Równomierność i zróżnicowanie natężenia oświetlenia

Pole zadania powinno być możliwie najrównomierniej oświetlone. Równomierność natężenia oświetlenia na polu zadania nie powinna być mniejsza od wartości podanych w dalszej części artykułu. Równomierność na polach otaczających nie powinna być mniejsza od 0,10. W pewnych przypadkach, np. przy torach kolejowych, zróżnicowanie natężenia oświetlenia może być także ważnym kryterium jakości oświetlenia.

Ocena olśnienia bezpośredniego

Olśnienie jest doznaniem spowodowanym jaskrawymi powierzchniami w obrębie pola widzenia i może być doświadczane jako olśnienie przykre lub przeszkadzające. Ważne jest ograniczanie olśnienia, aby użytkownicy unikali błędów, zmęczenia i wypadków. Szczególna uwaga jest potrzebna, aby unikać olśnienia, gdy kierunek patrzenia jest powyżej horyzontu. Olśnienie bezpośrednie od opraw oświetleniowych w zewnętrznej instalacji oświetleniowej powinno być określane za pomocą metody oceny olśnienia CIE, opartej na wzorze:

gdzie:

L_vI – jest całkowitą luminancją dekontrastującą, w [cd/m^-2], wywołaną przez instalację oświetleniową i sumą luminancji dekontrastujących wytworzonych przez każdą indywidualną oprawę oświetleniową (L_vl=L_v1+L_v2+…. L_vn). Luminancja dekontrastująca indywidualnych opraw oświetleniowych obliczana jest jako L_v=10 (E_eye θ²), gdzie E_eye jest natężeniem oświetlenia przy oku obserwatora w płaszczyźnie prostopadłej do linii wzroku (2° poniżej horyzontu – rys. 1.) i θ jest kątem między linią wzroku obserwatora i kierunkiem światła padającego od indywidualnej oprawy,

L_ve – jest ekwiwalentem luminancji dekontrastującej środowiska, w [cd/m^-2]. Przy założeniu, że odbicie środowiska jest całkowicie rozproszone, ekwiwalent odbicia dekontrastującego ze środowiska może być obliczony jako L_ve=0,035 ρ E_hav π^-1, gdzie ρ jest średnim współczynnikiem odbicia i E_hav jest średnim horyzontalnym natężeniem oświetlenia w strefie.

Ocena olśnienia (GR) powinna być obliczana przy usytuowaniu siatki jak określono w punkcie „Siatki natężeń oświetlenia”, przy 45° odstępach promieniowych wokół punktów siatkowych z kierunkiem 0° przyjętym jako równoległy do dłuższego boku pola zadania. Wszystkie założenia przyjęte przy określaniu oceny olśnienia powinny być podane w dokumentacji projektu. Wartość oceny olśnienia dla projektu instalacji oświetleniowej (GL) nie powinna przekraczać wartości granicznej GRL podanych w tab. 5., tab. 6. i tab. 7.

Odbicia dekontrastujące i olśnienie odbiciowe

Olśnienie spowodowane odbiciami od błyszczących powierzchni jest zazwyczaj znane jako odbicia dekontrastujące i olśnienie odbiciowe. Odbicia światła o dużej jaskrawości na zadaniu wzrokowym mogą zmienić widzialność zadania, zazwyczaj istotnie. Zjawiska te można ograniczyć lub zredukować poprzez:

• odpowiednie usytuowanie opraw i miejsc pracy,
• wykończenie powierzchni (np. na matowe),
• ograniczenie luminancji opraw,
• wzrost świecącej powierzchni oprawy.

Światło przeszkadzające

Aby ochraniać i wzmacniać środowisko pory nocnej, konieczne staje się ograniczanie światła przeszkadzającego (znanego także jako światło zanieczyszczające), które może stwarzać fizjologiczne i ekologiczne problemy dla otoczenia i ludzi (fot. 1.). Granice przeszkadzającego światła od zewnętrznej instalacji oświetleniowej, w celu zminimalizowania niewłaściwego oddziaływania tego światła na ludzi, rośliny i zwierzęta, podano w tab. 2., a dla użytkowników dróg – w tab. 3.

Oświetlenie kierunkowe: modelowanie i kierunkowe oświetlenie zadań wzrokowych

Oświetlenie kierunkowe może być użyte w celu intensywnego oświetlenia obiektów, podkreślenia faktury i poprawienia wyglądu ludzi. Takie oświetlanie określa się terminem „modelowanie”. Modelowanie jest uzyskiwaniem równowagi miedzy światłem rozproszonym a kierunkowym. Równowaga ta jest obowiązującym kryterium jakości oświetlenia niemal we wszystkich zastosowaniach. Osoby i obiekty powinny być oświetlone w taki sposób, aby formy i faktury były widoczne wyraziście z odczuciem przyjemności. Dzieje się to wtedy, gdy światło pada głównie z jednego kierunku; wówczas cienie, istotne dla dobrego modelowania, są tworzone bez powodowania dezorientacji. Zaleca się, aby oświetlenie nie było nadmiernie kierunkowe, gdyż wtedy powstają zbyt ostre cienie.

Oświetlenie z określonego kierunku może podkreślać szczegóły w obrębie zadania wzrokowego, zwiększając ich widzialność, i może ułatwiać wykonywanie zadania. Zaleca się unikanie olśnień dekontrastujących i odbiciowych.

Aspekty barwy: wygląd barwy i oddawanie barw

Jakości barwy „blisko białego” światła lampy są określane dwiema cechami: wyglądem barwy samej lampy i zdolnością do oddawania barw, wpływającą na wygląd barw obiektów i osób oświetlonych przez lampę. Te dwie cechy należy rozważać oddzielnie.

„Wygląd barwy” lampy odnosi się do widocznej barwy (chromatyczności) światła emitowanego. Jest on określany liczbowo przez temperaturę barwową najbliższą (TCP). Wygląd barwy może być także opisany w sposób podany w tab. 4. Wybór wyglądu barwy jest kwestią psychologii, estetyki i tego, co może być rozważane jako naturalność. Oprawy zewnętrzne z różnobarwnymi źródłami LED, oferują szerszy zakres wyglądu barwy, niż oprawy tradycyjne (fot. 2.).

Dla wydolności wzrokowej, odczuć wygody i dobrego samopoczucia ważne jest, aby barwy w otoczeniu, barwy obiektów i ludzkiej skóry były oddawane naturalnie, właściwie i w taki sposób, który powoduje, że ludzie wyglądają atrakcyjnie i zdrowo. W celu obiektywnego określenia właściwości oddawania barw źródła światła wprowadzono ogólny wskaźnik oddawania barw Ra. Maksymalna wartość Ra wynosi 100. Liczba ta maleje wraz ze spadkiem jakości oddawania barw. Barwy bezpieczeństwa powinny być zawsze rozpoznawalne jako takie i dlatego źródła światła powinny mieć wskaźnik oddawania barw >20. Minimalne wartości wskaźnika oddawania barw dla wyodrębnionych stref, zadań i czynności podano w tab. 5., tab. 6. i tab. 7.

Migotanie i efekty stroboskopowe

Migotanie powoduje dekoncentrację i może wywoływać fizjologiczne skutki, takie jak na przykład ból głowy. Efekty stroboskopowe mogą wywoływać niebezpieczne sytuacje w wyniku zmian w postrzeganiu maszynowych ruchów obrotowych lub postępowo-zwrotnych. Systemy oświetleniowe powinny być tak projektowane, aby unikać migotania i efektów stroboskopowych. Zazwyczaj można to osiągnąć za pomocą środków technicznych poprzez wybór typu lampy (np. lampy wyładowcze, które działają przy wysokich częstotliwościach).

Oświetlenie awaryjne

Oświetlenie awaryjne powinno być zapewnione, aby funkcjonować w sytuacji uszkodzenia zasilania podstawowego systemu oświetleniowego.

Kryteria pośrednie projektowania otoczenia świetlnego

Kryteria pośrednie projektowania nie kształtują bezpośrednio otoczenia świetlnego, jednak są niezbędne do stworzenia pełnej postaci projektu oświetlenia. Przyjmujemy, że kryteria pośrednie to: siatka natężeń oświetlenia, współczynnik utrzymania, względy energetyczne i utrzymywalność.Siatka natężeń oświetleniaNa polach zadania i w otoczeniu należy tworzyć system siatkowy w celu wskazania punktów, dla których oblicza się wartości natężeń oświetlenia oraz przeprowadza się weryfikację. Zaleca się tworzenie siatek zbliżonych do kwadratu o oczkach, w których stosunek długości do szerokości mieści się między 0,5 i 2. Maksymalny wymiar siatki powinien wynosić:

gdzie:

d – jest dłuższym wymiarem pola, w [m], gdy stosunek dłuższego do krótszego boku jest mniejszy od 2, gdy tak nie jest, d jest krótszym wymiarem powierzchni,

p – jest maksymalnym wymiarem oczka siatki, w [m].

Wartość p powinna być taka, aby p<10 m.

Współczynnik utrzymania

Zaleca się, aby projekt oświetlenia był opracowany z uwzględnieniem współczynnika utrzymania o wartości obliczonej dla wybranego sprzętu oświetleniowego, warunków środowiska i przyjętego planu konserwacji, jak określono w CIE 154:2003. Wartość współczynnika utrzymania zależy od charakterystyk eksploatacyjnych lamp i urządzeń zasilających, opraw oświetleniowych, środowiska i planu konserwacji. Projektant powinien:

• ustalić współczynnik utrzymania i podać wszystkie założenia uzasadniające jego wartość,
• określić sprzęt oświetleniowy odpowiedni dla warunków środowiska,
• przygotować wyczerpujący plan konserwacji oświetlenia, zawierający częstotliwości wymiany lamp i czyszczenia opraw oraz metodę czyszczenia.

Względy energetyczne

Zaleca się, aby instalacja oświetleniowa spełniała wymagania oświetleniowe dla danej strefy bez marnotrawienia energii. Jednakże istotne jest, aby zużycia energii elektrycznej nie ograniczać kosztem obniżenia wymaganych cech oświetlenia. Stąd wynika konieczność rozważania trafności systemu oświetlenia, sprzętu i sterowania. Na fot. 3., fot. 4. i fot. 7. przedstawiono przykłady efektywnego oświetlenia zewnętrznego ze szczególnym uwzględnieniem systemów LED.

Utrzymywalność

Konieczne jest rozważenie utrzymywalności instalacji oświetleniowej stosownie do warunków środowiska. Wybrany sprzęt oświetleniowy powinien uwzględniać ten cel.

Przykłady wymagań oświetleniowych

Przyjęto, że wymagania oświetleniowe dla miejsc pracy na zewnątrz obejmują 15 wyodrębnionych kategorii przestrzeni zewnętrznych. Oto one:

• ruch ogólny w strefach przy miejscach pracy na zewnątrz,
• porty lotnicze,
• place budowy,
• kanały, śluzy i porty,
• gospodarstwa rolne,
• stacje napełniania paliw,
• tereny przemysłowe i place magazynowe,
• struktury gazowe i naftowe oddalone od brzegu,
• parkingi,
• petrochemia i inne niebezpieczne przemysły,
• siłownie, elektrownie, gazownie i ciepłownie,
• koleje i linie tramwajowe,
• tartaki,
• stocznie i doki,
• instalacje wodne i oczyszczalnie.

Wymagania oświetleniowe dla każdej wyodrębnionej kategorii przestrzeni ujęto za pomocą tablic z siedmioma kolumnami opisanymi niżej:

1 – zawiera numer referencyjny sytuacji,

2 – wyszczególnia strefy, zadania lub czynności, dla których podano określone wymagania; gdy dana strefa, zadanie lub czynność nie są wyszczególnione, wówczas należy przyjmować wartości dla sytuacji podobnych,

3 – podaje utrzymywane średnie natężenie oświetlenia E_m na płaszczyźnie odniesieniowej dla sytuacji określonych w kolumnie 2.,

4 – podaje minimalną równomierność natężenia oświetlenia U_o na płaszczyźnie odniesieniowej dla sytuacji określonych w kolumnie 2.,

5 – podaje granice oceny olśnienia (GR_L) dla sytuacji określonych w kolumnie 2.,

6 – podaje minimalne wskaźniki oddawania barw (R_a) dla sytuacji określonych w kolumnie 2.,

7 – zawiera porady i uwagi dla wyjątkowych i specjalnych zastosowań w sytuacjach określonych w kolumnie 2.

W tab. 5., tab. 6. i tab. 7. przedstawiono przykłady wymagań oświetleniowych dla wybranych miejsc pracy na zewnątrz.

Weryfikacja projektu oświetlenia

Weryfikacja instalacji oświetleniowej powinna być wykonana poprzez pomiar, obliczenia lub sprawdzenie danych. Podstawowymi przedmiotami weryfikacji projektu są: natężenie i równomierność oświetlenia, ocena olśnienia, wskaźnik oddawania barw i światło przeszkadzające.

Natężenie i równomierność oświetlenia

Weryfikacja natężeń i równomierności oświetlenia, które odnoszą się do danych zadań, powinna odbywać się za pomocą pomiarów w płaszczyźnie zadania, a punkty pomiarowe powinny być zgodne z punktami projektowymi lub siatkowymi. Gdy weryfikujemy natężenie oświetlenia, należy zwrócić uwagę na kalibrację zastosowanych mierników światła, zgodność lamp i opraw z opublikowanymi danymi fotometrycznymi oraz założenia projektowe dotyczące współczynników odbicia światła od powierzchni, itp., w porównaniu z wartościami rzeczywistymi. Średnie natężenie oświetlenia i równomierność powinny być nie mniejsze niż wartości podane w tabeli 1. oraz w tabeli 5., tabeli 6. i tabeli 7.

Ocena olśnienia

Weryfikacja oceny olśnienia powinna być wykonana poprzez sprawdzenie danych projektowych i parametrów przyjętych na planie projektu. Wszystkie założenia powinny być zadeklarowane.

Wskaźnik oddawania barw

Autentyczność danych Ra dla lamp wybranych w projekcie powinna być potwierdzona przez producenta. Lampy te powinny spełniać wymagania i powinny być takie, jak określono w projekcie.

Światło przeszkadzające

Obliczone wartości E_v, I, ULR, L_b, L_s i TI powinny być podane przez projektanta. Weryfikacja E_v, L_b i L_s powinna być wykonana przez pomiary, biorąc pod uwagę wszystkie założenia projektowe.