第4章照明環(huán)境

1、第四章 環(huán)境照明電磁輻射電磁輻射( (電磁波電磁波) )非電離輻射：紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、非電離輻射：紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、激光、射頻輻射激光、射頻輻射電離輻射：電離輻射：x射線射線，射線射線可見(jiàn)光：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫可見(jiàn)光：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫(波長(zhǎng)縮短波長(zhǎng)縮短)。單色光：只含單一波長(zhǎng)成分的光。單色光：只含單一波長(zhǎng)成分的光。復(fù)合光：包含兩種或兩種以上波長(zhǎng)成分的光。復(fù)合光：包含兩種或兩種以上波長(zhǎng)成分的光。p101, 圖圖6-2 白光經(jīng)棱鏡后的色散現(xiàn)象白光經(jīng)棱鏡后的色散現(xiàn)象 眼睛對(duì)物體的色彩感覺(jué)是主觀主觀（視覺(jué)功能）和客觀客觀（物體屬性與照明條件）的綜合效果綜合效果。4.1 光

2、的物理性質(zhì)及度量6.2.1 輻射能量輻射能量Qe以粒子或電磁波的形式發(fā)射、傳遞或接受的能量，以以粒子或電磁波的形式發(fā)射、傳遞或接受的能量，以Qe表表示，單位為示，單位為J。6.2.2 輻射通量輻射通量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一面積的輻射能量，單位單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一面積的輻射能量，單位W或或erg/sedtdQee/6.2.3 輻射照度輻射照度Ee在某個(gè)面上某點(diǎn)的輻射照度指入射在包含著這個(gè)點(diǎn)的微小在某個(gè)面上某點(diǎn)的輻射照度指入射在包含著這個(gè)點(diǎn)的微小面積元上的輻射通量，除以微小面積上的面積。面積元上的輻射通量，除以微小面積上的面積。dAdEee/單位：?jiǎn)挝唬篧/m26.2.4 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度 Ie輻射源在

3、給定方向的輻射強(qiáng)度指入射在包含這個(gè)點(diǎn)的微小輻射源在給定方向的輻射強(qiáng)度指入射在包含這個(gè)點(diǎn)的微小立體角元上的輻射通量，除以這個(gè)微小立體角元。立體角元上的輻射通量，除以這個(gè)微小立體角元。ddIee/單位：?jiǎn)挝唬篧/球面度球面度6.2.5 輻射亮度輻射亮度 Le輻射源表面上的某點(diǎn)在給定方向的輻射亮度指包含著這個(gè)輻射源表面上的某點(diǎn)在給定方向的輻射亮度指包含著這個(gè)點(diǎn)的微小面積在給定方向的輻射強(qiáng)度，除以在這個(gè)方向的點(diǎn)的微小面積在給定方向的輻射強(qiáng)度，除以在這個(gè)方向的垂直平面上直角投影所得出的微小面積元的面積。垂直平面上直角投影所得出的微小面積元的面積。cos/dAdILee單位：?jiǎn)挝唬篧/(m2球面度球面度)

4、6.2.6 6.2.6 相對(duì)視敏函數(shù)相對(duì)視敏函數(shù)由來(lái)：由來(lái)：視敏特性視敏特性人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同靈敏度，人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同靈敏度，對(duì)于輻射功率相同的各色光具有不同的亮度感覺(jué)。對(duì)于輻射功率相同的各色光具有不同的亮度感覺(jué)。在相同在相同的輻射功率條件下，人眼感到最亮的光是黃綠光，而感覺(jué)的輻射功率條件下，人眼感到最亮的光是黃綠光，而感覺(jué)最暗的光是紅光和紫光最暗的光是紅光和紫光。視敏特征用視敏函數(shù)和相對(duì)視敏。視敏特征用視敏函數(shù)和相對(duì)視敏函數(shù)來(lái)描述。函數(shù)來(lái)描述。衡量方法：衡量方法：在相同亮度感覺(jué)條件下測(cè)量各個(gè)波長(zhǎng)的光的輻在相同亮度感覺(jué)條件下測(cè)量各個(gè)波長(zhǎng)的光的輻射功率射功率 , 越大，人眼對(duì)該

5、波長(zhǎng)的光越不敏感，越大，人眼對(duì)該波長(zhǎng)的光越不敏感，)(rP)(rP)(rP越小，人眼對(duì)它越敏感。越小，人眼對(duì)它越敏感。視敏函數(shù)：視敏函數(shù)：)(/1)(rPK相對(duì)視敏函數(shù)：相對(duì)視敏函數(shù)：)(555)/PP)/K(555)K(max/ )()(rrKKV 標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)視敏函數(shù)曲線（圖6.1）。黃昏時(shí)與白天相比，相對(duì)視敏函數(shù)V（）將向短波光方向移動(dòng)，人眼對(duì)綠光感覺(jué)最敏感。380 460 540 620 700 760白天黃昏1.00.80.60.40.2相對(duì)視敏函數(shù)圖6.12 相對(duì)視敏函數(shù)曲線紫綠紅紫黃橙 由于當(dāng)主觀感覺(jué)亮度相同時(shí)，波長(zhǎng)為555nm的黃綠光的輻射功率Pr（555）最小。因此，熒光屏綠色背

6、景對(duì)眼睛具有保護(hù)作用。7. 光通量光通量 光通量就是按照人眼光感覺(jué)人眼光感覺(jué)來(lái)度量光的輻射功率輻射功率。當(dāng)=555 nm時(shí)光感覺(jué)最強(qiáng)，V（555）1，此時(shí)，Pw（555）=1 w， 光瓦。 其它波長(zhǎng)的光由于相對(duì)視敏函數(shù)下降，輻射功率為1w所產(chǎn)生的光通量均小于1光瓦。 (555)1（2）復(fù)色光光通量：復(fù)色光光通量： 若光源的輻射功率為 ，其總光通量為其組成的各波長(zhǎng)的光通量之和， ( )P780380( )( )( )PVd ( )( )( )wPV ( )V( )wP (1)單色光光通量單色光光通量： 為輻射功率 與相對(duì)視敏函數(shù) 的乘積 單位：光瓦（3 3）光通量單位）光通量單位 國(guó)際單位是流明

7、（lumen，簡(jiǎn)寫(xiě)lm）。 定義：定義：絕對(duì)黑體在鉑的凝固溫度下，從5.30510-3 cm2面積上輻射的光通量為1 lm。 例如：例如： 一個(gè)40w的鎢絲燈泡的光通量為468 lm，發(fā)光效率11.7 lmw 一個(gè)40w的日光燈的光通量為2100 1m，發(fā)光效率為52.5 lmw。 有的人工光源發(fā)光效率可達(dá)100 lmw。 光瓦與流明的換算關(guān)系：光瓦與流明的換算關(guān)系： 由于波長(zhǎng)為555 nm的單色光1 w輻射功率所產(chǎn)生的光通量恰為680 lm，即1光瓦680 lm 或 1 lm =1/680光瓦 3. 3. 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度4I4 I例如：例如：點(diǎn)光源，球心對(duì)球面的立體角為4立體弧度 cd，

8、lm 例如：計(jì)算例如：計(jì)算漫射面（余弦射面）的光通量特性。dId 指光源在單位立體角內(nèi)的光通量，簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)，用I表示，單位為坎德拉（cd）。 光強(qiáng)與光通量的關(guān)系為： 坎德拉（cd） 立體角立體角：球面積與球半徑平方之比。光強(qiáng)測(cè)量光強(qiáng)測(cè)量：用“光度計(jì)”可以直接測(cè)量某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。 9. 照度照度 定義：定義：光通量與被照射表面面積之比。 ddEsdsr法線A222coscos4cosdIEdsrrdsdIdIr 如果點(diǎn)光源A發(fā)出的光線與被照表面的法線間成夾角 ，則照度為 上式表明上式表明，被照射表面的照度E與光源的光強(qiáng)I成正比，與夾角的余弦成正比，而與光源至表面的距離r的平方成反比（照度的平

9、方反比定律）。 單位：?jiǎn)挝唬豪湛怂梗↙ux，縮寫(xiě)為lx）。 lx定義定義：1m2的面積上均勻照射1 lm的光通量，其照度為1 lx。照度測(cè)量：照度測(cè)量：用照度計(jì)直接測(cè)量。 結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)使用點(diǎn)光源時(shí)，為了增加工作面的照度值，通常將燈放低，并盡可能放在工作面的正上方。 另外，也可通過(guò)提高光強(qiáng)或光通量來(lái)增加照度。 dd cosILs圖6.5 發(fā)光面的亮度眼睛dIdS亮度的意義：亮度的意義： 表示發(fā)光面的明亮程度。表示發(fā)光面的明亮程度。 發(fā)光面是指面光源、反射面、發(fā)光面是指面光源、反射面、透射面等透射面等。10. 10. 亮度亮度 （1 1）定義：）定義：發(fā)光面在指定方向的發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光面在垂直于

10、所取方向的平面投影面積之比。 由圖6.5可以得到亮度的表達(dá)式為 上式說(shuō)明上式說(shuō)明：理想漫散射面雖然在各個(gè)方向上的光強(qiáng)和理想漫散射面雖然在各個(gè)方向上的光強(qiáng)和光通量不同，但在不同角度的亮度感覺(jué)相同。光通量不同，但在不同角度的亮度感覺(jué)相同。 例如：例如：電視顯象管的熒光屏就是一個(gè)近似余弦分布的散射面，即使人從不同角度去看電視圖象，其亮度感覺(jué)也是相同的。dcosd cosnnILIs漫射光源的亮度： 亮度單位：亮度單位： 國(guó)際單位為：坎德拉平方米（cd/m2）， 公制單位為：熙提（Stilb，sb）, 它們之間的關(guān)系為： 1sb=1cd/cm2=104cd/m21. 1. 照明與疲勞照明與疲勞 照明對(duì)

11、工作的影響，表現(xiàn)為能否使視覺(jué)系統(tǒng)功能得到充分發(fā)揮。三三. . 照明條件對(duì)作業(yè)的影響照明條件對(duì)作業(yè)的影響 中心視力：中心視力：指視網(wǎng)膜中心窩處的視力。周邊視力：周邊視力：視網(wǎng)膜中心窩周?chē)囊暳?。? 1）視力）視力: : 從廣義上說(shuō)，表示人的眼睛識(shí)別物體形狀的能力。 通常的視力是注視力，包括中心視力、周邊視力。 在正常條件下，工作效率和工作質(zhì)量與照明及其布局是否合理密切相關(guān)，集中反映在照明的數(shù)量數(shù)量和質(zhì)量質(zhì)量上。照明的數(shù)量照明的數(shù)量可用照度值表示.照明的質(zhì)量照明的質(zhì)量則要通過(guò)眩光、光色、光譜分布、陰影、明暗變化等因素來(lái)評(píng)價(jià)。（2） 眼球活動(dòng)機(jī)能眼球活動(dòng)機(jī)能 眼球通過(guò)六根眼?。▋?nèi)、外、上、下直肌，

12、上、下斜?。┑氖湛s完成運(yùn)動(dòng)（瞳孔轉(zhuǎn)向內(nèi)上方、內(nèi)下方、內(nèi)側(cè)、外側(cè)、外下方和外上方）。 通過(guò)睫狀肌的收縮與舒張使晶狀體變厚，增加眼睛的折光能力，或使晶狀體變薄，減弱折光能力，來(lái)調(diào)節(jié)眼睛看近物和遠(yuǎn)物的能力。 括約肌使瞳孔收縮和開(kāi)大。瞳孔縮小，減少?gòu)?qiáng)光進(jìn)人眼內(nèi)，或使瞳孔開(kāi)大，增加進(jìn)入眼內(nèi)的弱光。 可以看出：可以看出： 外界光線變化，眼睛會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，易造成視覺(jué)疲勞。注意：注意： （1）明視覺(jué)好是指中心視力好，暗視覺(jué)好是周邊視力好。 （2）暗視覺(jué)好：暗視覺(jué)好：周邊視力觀察力非常敏銳，易發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體。 （3）明視覺(jué)好：明視覺(jué)好：中心視力比周邊視力好，便于物體仔細(xì)觀察。 （4）物體的亮度愈大，視力愈好（

13、瞳孔縮小，視網(wǎng)膜上成像清楚）。（3 3）照明對(duì)視覺(jué)的影響）照明對(duì)視覺(jué)的影響人的眼睛能夠適應(yīng)10-3105 lx的照度范圍。實(shí)驗(yàn)表明：照度自10 lx增加到1000 lx時(shí)，視力可提高70%。 視力不僅受注視物體亮度的影響，還與周?chē)炼扔嘘P(guān)， 當(dāng)周?chē)炼扰c中心亮度相等，或周?chē)园禃r(shí)，視力最好； 若周?chē)戎行牧?，則視力會(huì)顯著下降。在照明條件差的情況下，作業(yè)者長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)辨認(rèn)對(duì)象物，使明視覺(jué)持續(xù)下降，引起眼睛疲勞（眼球干澀、怕光、眼痛、 視力模糊、眼球充血、產(chǎn)生眼屎和流淚等。 ），嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致作業(yè)者的全身性疲勞（疲倦、食欲不振、神經(jīng)失調(diào)）。 2. 2. 照明與工作效率照明與工作效率 通過(guò)改善照明條件，

14、可以提高識(shí)別速度和立體視覺(jué)效果，從而可以降低視覺(jué)疲勞，提高工作效率和準(zhǔn)確性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 如圖為一個(gè)精密加工車(chē)間的勞動(dòng)生產(chǎn)率隨照度值的增加而提高及視覺(jué)疲勞逐漸降低的情況，這種趨勢(shì)在1200 lx以下時(shí)尤為明顯。 生產(chǎn)率視疲勞生產(chǎn)率增長(zhǎng)相對(duì)視覺(jué)疲勞（102 lx）案例案例1 日本一家紡織公司，原來(lái)用白熾燈白熾燈照明只有60 lx，改為熒光燈熒光燈照明后，在耗電量相同的情況下，可獲得150 lx，結(jié)果產(chǎn)量增加了10%。 案例案例2 徐聯(lián)倉(cāng)、凌文栓1981年對(duì)北京清河毛紡廠質(zhì)量檢驗(yàn)員的工作質(zhì)量與照明條件的關(guān)系的研究表明：人眼長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，對(duì)日光產(chǎn)生了最佳的適應(yīng)，日光的顯色性最好（日光顯色指數(shù)為1

15、00，熒光燈顯色指數(shù)為6080），因此在日光下最容易發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的斑疵。 檢驗(yàn)工作場(chǎng)所的照度值應(yīng)達(dá)到500800 lx，且要求光線的顯色性好。照度值過(guò)高或過(guò)低、不均勻、顯色性差均會(huì)使檢驗(yàn)人員的視覺(jué)功能下降，使眼睛產(chǎn)生不適感覺(jué)，降低工作效率，增加漏檢率。改用金屬鹵化物燈（250W，顯色指數(shù)為9095，漫散射光，工作臺(tái)面的照度值為7201080 lx）代替熒光燈（顯色指數(shù)為6080，工作臺(tái)面照度值為2301040 lx）后，檢驗(yàn)工自我感覺(jué)良好，工作效率大幅度提高，漏檢率由51降到20。 案例案例3 結(jié)論：結(jié)論：(1)(1)當(dāng)當(dāng)照度值增加到臨界水平時(shí)，工作效率迅速提高。(2)在臨界水平，工作效率平穩(wěn)，超

16、過(guò)這個(gè)水平，增加照度值不能提高工作效率，有時(shí)會(huì)起到消極作用（可能引起眩光）。 調(diào)查分析得出調(diào)查分析得出：不同年齡組的人從事性質(zhì)不同的工作，對(duì)照度值的要求是不同的。從事一般性工作，改善照明條件后，各年齡組的勞動(dòng)生產(chǎn)率提高的幅度均相同。從事要求視覺(jué)條件比較高的緊張作業(yè)時(shí)，年齡大的人的工作效率比年輕人更依賴(lài)于照明條件。 3. 照明與事故照明與事故 事故的數(shù)量與工作環(huán)境的照明條件也有關(guān)系。每天利用人工照明時(shí)數(shù)人工照明時(shí)數(shù)每月事故數(shù)月份圖3.8 事故數(shù)量與室內(nèi)照度的關(guān)系 英國(guó)對(duì)事故發(fā)生次數(shù)與照度關(guān)系的進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。 在英國(guó)，11月、12月、1月的日照時(shí)間短，工作場(chǎng)所的人工照明時(shí)間長(zhǎng)。由于人工照明比自然

17、光照明的照度值低，故冬季事故次數(shù)在全年中最高。案例案例1照明條件好的優(yōu)勢(shì)：照明條件好的優(yōu)勢(shì)： 增強(qiáng)眼睛的辨認(rèn)能力，減少識(shí)別物體色彩的錯(cuò)誤率； 增強(qiáng)物體的輪廓立體視覺(jué)，便于辨認(rèn)物體的相對(duì)位置； 擴(kuò)大視野，防止錯(cuò)誤和工傷事故的發(fā)生。 據(jù)調(diào)查資料表明，在機(jī)械、造船、鑄造、建筑、紡織等部門(mén)，人工照明的事故比自然光照明條件下增加 25，其中由于跌倒引起的事故增加74%。 據(jù)美國(guó)研究者的統(tǒng)計(jì)，由于企業(yè)照明條件很差，在人身事故諸原因中占5，在人身事故間接原因中占20。改善了照明條件后，全廠的事故次數(shù)減少了16.5。 可以看出，改善照明條件對(duì)減少事故具有非常重要的可以看出，改善照明條件對(duì)減少事故具有非常重要的

18、意義。意義。四四. . 工作場(chǎng)地的照明設(shè)計(jì)工作場(chǎng)地的照明設(shè)計(jì) 1. 1. 照明方式照明方式（1）工業(yè)生產(chǎn)中的三種照明方式：自然照明、人工照明自然照明、人工照明和混合照明（自然混合照明（自然+ +人工）。人工）。（2）人工照明人工照明按燈光照射范圍和效果分為四種方式：a. a. 一般照明一般照明：也稱(chēng)全面照明。 根據(jù)充分滿足夜間照明要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 適用：適用：工作地較密集，或者作業(yè)時(shí)工作地不固定的場(chǎng)所。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：照度較均勻，一次性投資較少，照明設(shè)備型式統(tǒng)一，便于維護(hù)修理. 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：耗電量大。 （2 2）局部照明：）局部照明： 為特定工作地而設(shè)置的照明。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靠近工作面，使用較少的照

19、明器具便可以獲得較高的照度，耗電量少，明視中心突出。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易產(chǎn)生眩光和周?chē)儼翟斐杀容^強(qiáng)烈的亮度對(duì)比。 （4 4）特殊照明：）特殊照明： 用于特殊用途和特殊效果的照明方式，根據(jù)各自的特殊需要選取光源。 例如：例如：攝影、舞臺(tái)燈光、建筑夜景燈。 （3 3）綜合照明：）綜合照明： 由一般照明和局部照明共同組成的照明方式。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：是一種最經(jīng)濟(jì)的照明方式，不僅工作場(chǎng)所的利用系數(shù)高，而且還能防止產(chǎn)生使人膩煩的陰影、直射眩光和反射眩光。 適用：適用：常用于要求照度值高，工作地分布較稀疏的場(chǎng)所。 2 2、光源選擇的基本原則、光源選擇的基本原則 選用何種照明方式，與工作性質(zhì)和工作地布置有關(guān)。它不

20、但影響照明的數(shù)量和質(zhì)量，也關(guān)系到設(shè)計(jì)投資及使用維修費(fèi)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。 （2）使所選擇的人工光源盡量接近自然光（日光）、不宜）使所選擇的人工光源盡量接近自然光（日光）、不宜采用有色光源。采用有色光源。 例如：例如：熒光燈的發(fā)光效率高，柔和、均勻、熱輻射少。 為了消除光的波動(dòng)，盡量采用多管燈具。（1 1） 盡量采用自然光照明盡量采用自然光照明 自然光明亮柔和，同時(shí)光譜中的紫外線對(duì)人體生理機(jī)能還有良好的影響（符合人體生理機(jī)能）。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)最大限度地利用自然光。 自然照明是通過(guò)建筑物的天窗和側(cè)窗自然采光。（3） 合理選擇直接光源、反射光源和透射光源。合理選擇直接光源、反射光源和透射光源。1.1.

21、什么是眩光什么是眩光 視野內(nèi)出現(xiàn)亮度極高或?qū)Ρ榷冗^(guò)大，且引起刺眼并降低觀察力的光線稱(chēng)為眩光。2.2.眩光的類(lèi)型眩光的類(lèi)型 有三種：直射眩光、反射眩光和對(duì)比眩光。 直射光源的光線直射在物體上，由于物體反射效果不同，物體向光部分明亮，背光部分較暗，照度分布不均勻，對(duì)比度過(guò)大。 反射光源的光線經(jīng)反射物漫射到被照空間的物體上。 透射光源的光線經(jīng)散光的透明材料使光線轉(zhuǎn)為漫射，漫射光線亮度低而且柔和，可減輕陰影和眩光，使照度分布均勻。五、眩光及其防治措施五、眩光及其防治措施（1 1）直射眩光：）直射眩光： 由亮度極高的光源直射引起的。 例如：汽車(chē)燈照射（2 2）反射眩光：）反射眩光： 強(qiáng)光經(jīng)反射引起的眩光。 例如：例如：電影院看電影。（3 3）對(duì)比眩光：）對(duì)比眩光： 由物體與背景明暗反差太大造成的眩光。 例如：例如：晚上看路燈，由于背景漆黑，形成很大的亮度對(duì)比感到刺眼構(gòu)成眩光，而白天由于背景是自然光，亮度對(duì)比小不能構(gòu)成眩光。 3.3.眩光效應(yīng)的危害眩光效應(yīng)的危害 （1）破壞視覺(jué)的暗適應(yīng)，產(chǎn)生視覺(jué)后象，使視覺(jué)效率降低。 例如：例如：手電光在眼前晃動(dòng)。 司機(jī)駕駛汽車(chē)相互會(huì)車(chē)時(shí)，不開(kāi)大車(chē)燈(遠(yuǎn)燈)。4. 防止和控制眩光的措施防止和控制眩光的措施 （1）限制光源的亮度）限制光源的亮度。 16 sb 例如：例如：磨砂燈，增強(qiáng)漫射效果。 高速公路中間的隔離帶（圖）。（2