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人因工程学 第4章 照明环境课件.ppt

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第四章 环境照明电磁辐射(电磁波)非电离辐射:紫外线、可见光、红外线、激光、射频辐射电离辐射:x射线,射线可见光:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫(波长缩短)。单色光:只含单一波长成分的光。复合光:包含两种或两种以上波长成分的光。p101, 图6-2 白光经棱镜后的色散现象 眼睛对物体的色彩感觉是主观(视觉功能)和客观(物体属性与照明条件)的综合效果。4.1 光的物理性质及度量6.2.1 辐射能量Qe以粒子或电磁波的形式发射、传递或接受的能量,以Qe表示,单位为J。6.2.2 辐射通量单位时间内通过某一面积的辐射能量,单位W或erg/s6.2.3 辐射照度Ee在某个面上某点的辐射照度指入射在包含着这个点的微小面积元上的辐射通量,除以微小面积上的面积。单位:W/m26.2.4 辐射强度 Ie辐射源在给定方向的辐射强度指入射在包含这个点的微小立体角元上的辐射通量,除以这个微小立体角元。单位:W/球面度6.2.5 辐射亮度 Le辐射源表面上的某点在给定方向的辐射亮度指包含着这个点的微小面积在给定方向的辐射强度,除以在这个方向的垂直平面上直角投影所得出的微小面积元的面积。单位:W/(m2·球面度)6.2.6 相对视敏函数由来:视敏特性—人眼对不同波长的光具有不同灵敏度,对于辐射功率相同的各色光具有不同的亮度感觉。在相同的辐射功率条件下,人眼感到最亮的光是黄绿光,而感觉最暗的光是红光和紫光。视敏特征用视敏函数和相对视敏函数来描述。衡量方法:在相同亮度感觉条件下测量各个波长的光的辐射功率 , 越大,人眼对该波长的光越不敏感,越小,人眼对它越敏感。视敏函数:相对视敏函数:)((555)/PP)/K(555)K(max/)()(rrllll===KKV 标准相对视敏函数曲线(图6.1)。黄昏时与白天相比,相对视敏函数V(λ)将向短波光方向移动,人眼对绿光感觉最敏感。380 460 540 620 700 760白天黄昏1.00.80.60.40.2相对视敏函数图6.12 相对视敏函数曲线紫绿红紫黄橙 由于当主观感觉亮度相同时,波长为555nm的黄绿光的辐射功率Pr(555)最小。因此,荧光屏绿色背景对眼睛具有保护作用。7. 光通量 光通量就是按照人眼光感觉来度量光的辐射功率。当λ=555 nm时光感觉最强,V(555)=1,此时,Pw(555)=1 w, 光瓦。 其它波长的光由于相对视敏函数下降,辐射功率为1w所产生的光通量均小于1光瓦。 (2)复色光光通量: 若光源的辐射功率为 ,其总光通量为其组成的各波长的光通量之和, (1)单色光光通量: 为辐射功率 与相对视敏函数 的乘积 单位:光瓦(3)光通量单位 国际单位是流明(lumen,简写lm)。 定义:绝对黑体在铂的凝固温度下,从5.305×10-3 cm2面积上辐射的光通量为1 lm。 例如: 一个40w的钨丝灯泡的光通量为468 lm,发光效率11.7 lm/w 一个40w的日光灯的光通量为2100 1m,发光效率为52.5 lm/w。 有的人工光源发光效率可达100 lm/w。 光瓦与流明的换算关系: 由于波长为555 nm的单色光1 w辐射功率所产生的光通量恰为680 lm,即1光瓦=680 lm 或 1 lm =1/680光瓦 3. 发光强度例如:点光源,球心对球面的立体角为4π立体弧度 cd, lm 例如:计算漫射面(余弦射面)的光通量特性。 指光源在单位立体角内的光通量,简称光强,用I表示,单位为坎德拉(cd)。 光强与光通量的关系为: 坎德拉(cd) 立体角:球面积与球半径平方之比。光强测量:用“光度计”可以直接测量某个方向上的发光强度。 9. 照度 定义:光通量与被照射表面面积之比。 dsr法线Aα 如果点光源A发出的光线与被照表面的法线间成夹角 ,则照度为 上式表明,被照射表面的照度E与光源的光强I成正比,与夹角的余弦成正比,而与光源至表面的距离r的平方成反比(照度的平方反比定律)。 单位:勒克斯(Lux,缩写为lx)。 lx定义:1m2的面积上均匀照射1 lm的光通量,其照度为1 lx。照度测量:用照度计直接测量。 结论: 当使用点光源时,为了增加工作面的照度值,通常将灯放低,并尽可能放在工作面的正上方。 另外,也可通过提高光强或光通量来增加照度。 图6.5 发光面的亮度眼睛亮度的意义: 表示发光面的明亮程度。 发光面是指面光源、反射面、透射面等。10. 亮度 (1)定义:发光面在指定方向的发光强度与发光面在垂直于所取方向的平面投影面积之比。 由图6.5可以得到亮度的表达式为 上式说明:理想漫散射面虽然在各个方向上的光强和光通量不同,但在不同角度的亮度感觉相同。 例如:电视显象管的荧光屏就是一个近似余弦分布的散射面,即使人从不同角度去看电视图象,其亮度感觉也是相同的。漫射光源的亮度: 亮度单位: 国际单位为:坎德拉/平方米(cd/m2), 公制单位为:熙提(Stilb,sb), 它们之间的关系为: 1sb=1cd/cm2=104cd/m21. 照明与疲劳 照明对工作的影响,表现为能否使视觉系统功能得到充分发挥。三. 照明条件对作业的影响 中心视力:指视网膜中心窝处的视力。周边视力:视网膜中心窝周围的视力。(1)视力: 从广义上说,表示人的眼睛识别物体形状的能力。 通常的视力是注视力,包括中心视力、周边视力。 在正常条件下,工作效率和工作质量与照明及其布局是否合理密切相关,集中反映在照明的数量和质量上。照明的数量可用照度值表示.照明的质量则要通过眩光、光色、光谱分布、阴影、明暗变化等因素来评价。(2) 眼球活动机能 眼球通过六根眼肌(内、外、上、下直肌,上、下斜肌)的收缩完成运动(瞳孔转向内上方、内下方、内侧、外侧、外下方和外上方)。 通过睫状肌的收缩与舒张使晶状体变厚,增加眼睛的折光能力,或使晶状体变薄,减弱折光能力,来调节眼睛看近物和远物的能力。 括约肌使瞳孔收缩和开大。瞳孔缩小,减少强光进人眼内,或使瞳孔开大,增加进入眼内的弱光。 可以看出: 外界光线变化,眼睛会产生相应的运动,易造成视觉疲劳。注意: (1)明视觉好是指中心视力好,暗视觉好是周边视力好。 (2)暗视。省略部分。验员的工作质量与照明条件的关系的研究表明:人眼长期进化的结果,对日光产生了最佳的适应,日光的显色性最好(日光显色指数为100,荧光灯显色指数为60~80),因此在日光下最容易发现产品的斑疵。 检验工作场所的照度值应达到500~800 lx,且要求光线的显色性好。照度值过高或过低、不均匀、显色性差均会使检验人员的视觉功能下降,使眼睛产生不适感觉,降低工作效率,增加漏检率。改用金属卤化物灯(250W,显色指数为90~95,漫散射光,工作台面的照度值为720~1080 lx)代替荧光灯(显色指数为60~80,工作台面照度值为230~1040 lx)后,检验工自我感觉良好,工作效率大幅度提高,漏检率由51%降到20%。 案例3 结论:(1)当照度值增加到临界水平时,工作效率迅速提高。(2)在临界水平,工作效率平稳,超过这个水平,增加照度值不能提高工作效率,有时会起到消极作用(可能引起眩光)。 调查分析得出:不同年龄组的人从事性质不同的工作,对照度值的要求是不同的。从事一般性工作,改善照明条件后,各年龄组的劳动生产率提高的幅度均相同。从事要求视觉条件比较高的紧张作业时,年龄大的人的工作效率比年轻人更依赖于照明条件。 3. 照明与事故 事故的数量与工作环境的照明条件也有关系。每天利用人工照明时数人工照明时数每月事故数月份图3.8 事故数量与室内照度的关系 英国对事故发生次数与照度关系的进行了统计分析。 在英国,11月、12月、1月的日照时间短,工作场所的人工照明时间长。由于人工照明比自然光照明的照度值低,故冬季事故次数在全年中最高。案例1照明条件好的优势:增强眼睛的辨认能力,减少识别物体色彩的错误率;增强物体的轮廓立体视觉,便于辨认物体的相对位置;扩大视野,防止错误和工伤事故的发生。 据调查资料表明,在机械、造船、铸造、建筑、纺织等部门,人工照明的事故比自然光照明条件下增加 25%,其中由于跌倒引起的事故增加74%。 据美国研究者的统计,由于企业照明条件很差,在人身事故诸原因中占5%,在人身事故间接原因中占20%。改善了照明条件后,全厂的事故次数减少了16.5%。 可以看出,改善照明条件对减少事故具有非常重要的意义。四. 工作场地的照明设计 1. 照明方式(1)工业生产中的三种照明方式:自然照明、人工照明和混合照明(自然+人工)。(2)人工照明按灯光照射范围和效果分为四种方式:a. 一般照明:也称全面照明。 根据充分满足夜间照明要求进行设计。 适用:工作地较密集,或者作业时工作地不固定的场所。 优点:照度较均匀,一次性投资较少,照明设备型式统一,便于维护修理. 缺点:耗电量大。 (2)局部照明: 为特定工作地而设置的照明。 优点:靠近工作面,使用较少的照明器具便可以获得较高的照度,耗电量少,明视中心突出。 缺点:易产生眩光和周围变暗造成比较强烈的亮度对比。 (4)特殊照明: 用于特殊用途和特殊效果的照明方式,根据各自的特殊需要选取光源。 例如:摄影、舞台灯光、建筑夜景灯。 (3)综合照明: 由一般照明和局部照明共同组成的照明方式。 优点:是一种最经济的照明方式,不仅工作场所的利用系数高,而且还能防止产生使人腻烦的阴影、直射眩光和反射眩光。 适用:常用于要求照度值高,工作地分布较稀疏的场所。 2、光源选择的基本原则 选用何种照明方式,与工作性质和工作地布置有关。它不但影响照明的数量和质量,也关系到设计投资及使用维修费的经济性和合理性。 (2)使所选择的人工光源尽量接近自然光(日光)、不宜采用有色光源。 例如:荧光灯的发光效率高,柔和、均匀、热辐射少。 为了消除光的波动,尽量采用多管灯具。(1) 尽量采用自然光照明 自然光明亮柔和,同时光谱中的紫外线对人体生理机能还有良好的影响(符合人体生理机能)。因此在设计中应最大限度地利用自然光。 自然照明是通过建筑物的天窗和侧窗自然采光。(3) 合理选择直接光源、反射光源和透射光源。1.什么是眩光 视野内出现亮度极高或对比度过大,且引起刺眼并降低观察力的光线称为眩光。2.眩光的类型 有三种:直射眩光、反射眩光和对比眩光。直射光源的光线直射在物体上,由于物体反射效果不同,物体向光部分明亮,背光部分较暗,照度分布不均匀,对比度过大。反射光源的光线经反射物漫射到被照空间的物体上。透射光源的光线经散光的透明材料使光线转为漫射,漫射光线亮度低而且柔和,可减轻阴影和眩光,使照度分布均匀。五、眩光及其防治措施(1)直射眩光: 由亮度极高的光源直射引起的。 例如:汽车灯照射(2)反射眩光: 强光经反射引起的眩光。 例如:电影院看电影。(3)对比眩光: 由物体与背景明暗反差太大造成的眩光。 例如:晚上看路灯,由于背景漆黑,形成很大的亮度对比感到刺眼构成眩光,而白天由于背景是自然光,亮度对比小不能构成眩光。 3.眩光效应的危害 (1)破坏视觉的暗适应,产生视觉后象,使视觉效率降低。 例如:手电光在眼前晃动。 司机驾驶汽车相互会车时,不开大车灯(远灯)。4. 防止和控制眩光的措施 (1)限制光源的亮度。 <16 sb 例如:磨砂灯,增强漫射效果。 高速公路中间的隔离带(图)。(2)产生视觉不舒适感和分散注意力,造成视觉疲劳。 例如:夜间驾驶汽车。 (5)减少亮度对比。 在可能的条件下,适当提高背景照明亮度,减少亮度对比。 (2)合理布置光源。 例如:灯的悬挂高度应在视线450以上。 采用不透明灯伞或灯罩遮挡眩光。(3)灯光转为散射光。 例如:灯光经灯罩或天花板及墙壁漫射到工作空间。(4)改变光源或工作面的位置。 对于反射眩光,通过改变光源与工作面的相对位置,使反射眩光不处于视野内; 在可能条件下,改变反射物表面的材质或涂料,降低反射系数,避免眩光。60045030014000极强型眩光区较强型眩光区强烈眩光区中等眩光区微弱眩光区无眩光区眼睛图3-9 眩光源位置与眩光效应六、亮度分布 使工作场地和周围环境存在一定的反差,柔和的阴影将在心理上产生一种立体感。 视野内的观察对象、工作面和周围环境间的最佳亮度比为5 : 2 : 1,最大允许亮度比为10 : 3 : 1。 灯光富有层次感,会使工作环境协调、气氛愉快。这不仅是生理要求,也是心理需要。 例如:家庭装修时的灯光布置。五、照度均匀度 评价照度分布常采用照度均匀度Au 指标,即END照度计 例如:漫射面(或称余弦射面)光源,其光强按余弦函数规律分布,即漫散射面光源在半球空间内的总光通量为图6-2 漫射面光源的光强分布球面
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