Исследование характеристик искусственного освещения

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 

С.Г. Смирнов 
 
 
Исследование характеристик 
искусственного освещения 

 
Методические указания  
к выполнению лабораторной работы по дисциплине  
«Безопасность жизнедеятельности»  
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.32 
ББК 31.294.9 
         С50 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/81/book1411.html 

Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 

Рецензент 
канд. хим. наук, доцент П.В. Слитиков 
 
Смирнов, С. Г. 
Исследование 
характеристик 
искусственного 
освещения :  
методические указания к выполнению лабораторной работы по 
дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» / С. Г. Смирнов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. — 13, [7] c. : 
ил. 
 
ISBN 978-5-7038-4385-7 
 
Представлены особенности организации искусственного освещения 
современными источниками света и принципы нормирования 
количественных и качественных  характеристик.  
Для студентов 3-х, 4-х курсов всех специальностей МГТУ  
им. Н.Э. Баумана. 

 

УДК 621.32 
ББК 31.294.9  
 
 
 
 
 
 
 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4385-7                              
        МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

С50 

Предисловие 

 Сохранение зрения человека, состояние его центральной нерв-

ной системы, производительность, качество и безопасность труда 
в производственных условиях в значительной мере зависят от организации 
освещения. 

Цели работы: 
 демонстрация достоинств и недостатков применяемых в 
настоящее время источников света; 

 изучение нормируемых качественных и количественных характеристик 
освещения; 

 оценка степени влияния отделки интерьера на коэффициент 
использования осветительной установки (аналог КПД). 

После выполнения лабораторной работы студент должен  

      знать: 

– устройство прибора и методику измерения нормируемых па-

раметров освещения: освещенности и коэффициента пульсации 
при включении различных источников света; 

– принципы преобразования электрической энергии в световую 

для ламп: накаливания, газоразрядных и светодиодных; 

уметь: 
– применять на практике способы снижения коэффициента 

пульсации люминесцентных ламп; 

получить навыки: 
– аттестации рабочих мест по фактору искусственного освеще-

ния с учетом характера и напряженности выполняемой зрительной 
работы;  

– использования практических способов увеличения эффек-

тивности использования осветительной установки и, следовательно, 
экономии электроэнергии.  

 

1. Теоретическая часть 

 По конструктивному исполнению искусственное освещение 

может быть двух систем:  

общее — осуществляемое светильниками, равномерно распо-

ложенными на потолке помещения;  

комбинированное  — совокупность общего освещения и мест-

ных светильников, расположенных непосредственно на рабочих 
местах.  

Применение только местного освещения внутри зданий не до-

пускается! 

 1.1. Источники света 

 В качестве источников света в настоящее время применяют 

электрические лампы накаливания (ЛН), газоразрядные лампы 
(ГРЛ) и светодиоды (СД). 

Лампы накаливания — это источники света теплового излуче-

ния. К достоинствам таких ламп относят удобство в эксплуатации, 
легкость монтажа, низкую стоимость, возможность работы в широком 
диапазоне температур окружающей среды; к недостаткам — 
малую световую отдачу, равную 10…20 лм/Вт  (в идеальных условиях 
для гипотетической лампы одному ватту электрической мощности 
соответствует световой поток 683 лм), сравнительно небольшой 
срок службы (до 2500 ч); значительное отличие их 
спектра от спектра естественного света, что приводит к нарушению 
правильной цветопередачи. 
 Газоразрядные лампы — это приборы, в которых излучение 
света возникает в результате электрического разряда в атмосфере 
паров металлов (ртуть, натрий), галогенов (йод, фтор) и инертных 
газов (криптон, ксенон), а также явления люминесценции (нетепловое 
свечение вещества после поглощения им энергии возбуждения). 
Наиболее широкое применение для освещения помещений и 
открытых площадок получили люминесцентные ксеноновые лампы 
в форме светящихся трубок, а также дуговые ртутные люминесцентные (
ДРЛ) и дуговые натриевые трубчатые (ДНаТ) лампы, 
по форме напоминающие вытянутые лампы накаливания. 

Основные достоинства ГРЛ состоят в высокой световой отдаче 
(ДРЛ — до 65 лм/Вт, люминесцентные — до 90 лм/Вт, ксеноновые 
и натриевые — 110…200 лм/Вт); значительном сроке службы 
(5000…20 000 ч) и близком к естественному, солнечному, спектру 
излучения. 

 К недостаткам газоразрядных ламп относят: наличие вредных 

для биосферы и человека паров ртути и натрия при их разгерметизации; 
создание радиопомех; сложную и дорогостоящую пускоре-
гулирующую арматуру, включающую в некоторых случаях стартер, 
дроссели, конденсаторы; длительный период выхода отдельных типов 
ламп на номинальный режим (для ДРЛ 3…5 мин); невозможность 
быстрого повторного включения лампы при кратковременном 
отключении питающего напряжения. 

 Основным недостатком газоразрядных ламп является пульса-

ция светового потока, т. е. непостоянное во времени излучение 
света, вызванное переменным током в питающей сети и малой 
инерционностью процессов, сопровождающих работу этих ламп. 
 Пульсация может привести также к стробоскопическому эффекту, 
когда при пульсирующем освещении вращающихся объектов 
возникает иллюзия их вращения в противоположные стороны 
или полной остановки. На практике данный эффект, провоцируя 
ошибочные действия операторов, приводит к авариям и травмам.  

 На рисунке изображена синусоида изменения напряжения в 

сети U, В, а также примерная осциллограмма значений светового 
потока лампы Фл, лм, и создаваемой им освещенности Е, лк, на 
рабочем месте ( f = 50 Гц — частота тока;  f = 100 Гц — частота 
пульсации лампы). 

 В момент перехода переменного напряжения через нуль осве-

щенность, создаваемая лампой, имеет минимальное значение Еmin, 
когда напряжение достигает максимального значения, освещенность 
принимает значение Еmax. Пульсация освещенности, не всегда 
заметная глазом, приводит к быстрому утомлению, в некоторых 
случаях — к покраснению глаз, а также вызывает головную боль.  

 Глубину пульсации оценивают с помощью коэффициента 

пульсации 

  


max
min
ср
КП 
2
100% ,
Е
E
Е



 

где Еmax,  Еmin,  
ср
Е
 — соответственно максимальная, минимальная 

и средняя освещенность, создаваемая лампой за период колебаний. 

Рисунок 
 
Сглаживание пульсации достигается за счет применения светильников 
с несколькими лампами со сдвигом фаз питающего 
напряжения или за счет значительного повышения частоты переменного 
тока ( f  > 1000 Гц).  
Светодиодные лампы — твердотельные источники света, выполненные 
на основе полупроводников GaAs (арсенид галлия),  
InP (фосфид индия), СdTe (теллурид кадмия) и др. При протекании 
тока через p–n-переход в прямом направлении носители заряда — 
электроны и «дырки» — рекомбинируют и из-за перехода 
электронов с одного энергетического уровня на другой происходит 
излучение фотонов в синей области спектра. При наложении на 
кристалл полупроводника желтого люминофора получается белый 
свет. 
Серийно производятся кристаллы со световой отдачей 70… 
140 лм/Вт, что в 10 раз превышает светоотдачу ламп накаливания 
и примерно в 2 раза — люминесцентных ламп. К другим достоинствам 
СД относятся: 

 длительный  срок службы (50…100 тыс. ч); 
 низкое рабочее напряжение (< 12 В); 

 малое потребление энергии (4…9 Вт); 
 экологическая и пожарная безопасность (не содержат ртути 
и не нагреваются). 
Недостатками СД являются высокая цена и высокочастотное 
мерцание. 

 1.2. Нормирование освещения 

 Для оценки совершенства искусственного освещения в соот-

ветствии с действующими строительными нормами и правилами 
(СНиП) предусмотрены светотехнические параметры количественного 
и качественного характера. 

 К количественным параметрам относят освещенность Е, лк, 

на рабочем месте, которую рассчитывают или измеряют с помощью 
люксметра; к качественным параметрам — коэффициент 
пульсации освещенности КП, %. Значения этих параметров для 
действующих осветительных установок должны соответствовать 
значениям, указанным в СНиП 23-05–95 (соответствующие таблицы 
выдаются преподавателем). 

 В соответствии с нормативными документами по освещению 

принято раздельное нормирование параметров освещения в зависимости 
от применяемых источников света и системы освещения. 
Значение параметров устанавливают согласно характеру зрительной 
работы, который зависит от размеров объектов различения, 
характеристики фона и контраста объекта с фоном. 

Объект различения (мм) — размер наименьшего элемента, ко-

торый необходимо увидеть в процессе работы (точка на экране 
ПЭВМ, самая тонкая линия на чертеже или приборной шкале и т. п.). 

Фон — поверхность, на которой рассматривают объект раз-

личения. Фон характеризуется коэффициентом отражения ρ (при  
ρ  < 0,2 фон считается темным; при 0,2
0,4
  
 — средним;  

при 
0,4
 
 — светлым). 

 Контраст объекта с фоном — параметр, характеризующий  

соотношение яркости рассматриваемого объекта и фона (при  
слабом различении объекта на фоне ( < 0,2) контраст считается малым; 
если объект заметен на фоне (0,2
0,5)
  
 — средним; если 

объект четко различается на фоне ( > 0,5) — большим).  

При определении нормируемой освещенности учитывают зри-

тельный разряд (от I до VII), который регламентируется размером 

объекта различения, а также подразряд зрительной работы (от а  
до г), который зависит от сочетания характеристик фона и контраста 
объекта с фоном. 
 В СНиП 23-05–95 указаны минимально допустимые значения 
освещенности на рабочих местах при использовании газоразрядных 
и светодиодных ламп. Для ламп накаливания указанное значение 
освещенности снижается на одну ступень по следующей 
шкале:  
15, 20, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 750, 1000, 1250, 
1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000. 
Например, если в таблице для конкретного разряда и подразря-
да зрительной работы указана цифра 200 лк, то в качестве нормы 
освещенности для ламп накаливания принимаем 150 лк.  

 При проектировании осветительных установок стремятся обес-

печить требования нормативных документов при минимальных затратах 
электроэнергии с сохранением равномерного распределения 
яркости в поле зрения, исключающего слепящее действие ламп. Для 
этого применяют светильники с рассеивающими экранами, матовыми 
стеклами, но при этом происходит частичная потеря световой 
энергии (на 10…15 %). 

По конструкции, в соответствии с ГОСТ Р54350–2011, разли-

чают светильники: 

  прямого света (световой поток концентрируется в нижней 
полусфере с помощью белого или зеркального отражателя);  

 рассеянного света (свет равномерно распределяется в пространстве); 

  
отраженного света (световой поток направлен в основном 
в верхнюю полусферу).  

 Светлая окраска потолка, стен, мебели, оборудования способ-

ствует увеличению освещенности на рабочих местах за счет лучшего 
отражения и созданию более равномерного распределения 
яркости в поле зрения. В этом случае увеличивается коэффициент 
использования осветительной установки, т. е. КПД. Этот коэффициент 
зависит от типа источника света и светильника, геометрии 
помещения и коэффициентов отражения потолка и стен. 

 Коэффициент использования осветительной установки  при-

ближенно может быть рассчитан так: 

  
п

л

Ф ,
Ф
 
  
(1) 

где 
п
Ф  — полезный световой поток, обеспечивающий горизон-

тальную освещенность по всей площади помещения, лм; 
л
Ф  — 

суммарный стандартный световой поток примененных ламп, 

 
п
ср
Ф
,
Е S

 
(2) 

здесь S — площадь помещения, м2.  

 2. Экспериментальная часть 

2.1. Измерение освещенности 

Прибор, применяемый в настоящее время для измерения  

освещенности и коэффициента пульсации, пульсометр-люксметр  
ТКА-ПКМ, имеет фотоэлемент со спектральной чувствительностью, 
аналогичной лампам накаливания, поэтому при измерениях 
с ЛН осуществляется прямой отсчет по шкале прибора.  

При измерении естественной освещенности вводят поправоч-

ный множитель K1 = 0,8; для ламп ДРЛ K1 = 1,09; для люминесцентных 
ламп белого света (ЛБ), ламп холодного белого света 
(ЛХБ) и светодиодов K1 = 1,17; для ламп дневного света (ЛД) и  
ламп дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ) K1 =  
= 0,99; для натриевых ламп ДНаТ K1 = 1,23.  
 Для определения значений измеряемых величин необходимо 
чувствительный элемент расположить на полу модели помещения 
горизонтально и включить прибор, нажав верхнюю кнопку. При 
появлении на дисплее прибора надписи «Затените датчик» следует 
закрыть датчик ладонью и нажать на среднюю кнопку прибора. 
Через 5 с нужно убрать ладонь с датчика и записать значения 
освещенности в люксах и коэффициента пульсации — в процентах, 
которые указаны на дисплее прибора.  

 Освещенность, создаваемая электрическими лампами, в боль-

шой степени зависит от напряжения. При аттестации осветительной 
установки может оказаться, что дефицит освещенности обусловлен 
не малой мощностью и недостаточным количеством 
источников света, а низким (в момент измерений) напряжением в 
питающей сети. В связи с этим необходимо параллельно измерять 
напряжение и осуществлять пересчет освещенности на номинальное 
значение напряжения ( 220 В) с учетом коэффициента K2:  

2
н
изм

220
,
220
(220
)
K
K
U



  
(3) 

где
изм
U
 — напряжение в сети в момент измерения освещенно-

сти; 
н
K  — коэффициент влияния напряжения на освещенность, 

определяемый следующим образом: 

Источник света                                                       
н
K  

Лампы накаливания ................................................ 4 
Люминесцентные лампы c использованием  
балластного сопротивления: 
  индуктивного ......................................................... 3 
  емкостного ............................................................. 1 
Лампы ДРЛ, ДНаТ .................................................. 3 
Светодиоды  ............................................................. 0 

 

Фактическую освещенность 
факт,
Е
лк, определяют по формуле 

  
факт
изм
1
2,
Е
Е
K K

 
(4) 

где 
изм
Е
 — освещенность, измеренная по показанию прибора;  

K1 — коэффициент, учитывающий спектр излучения источников 
света; K2 — коэффициент, учитывающий значение напряжения  
в сети.  

2.2. Описание лабораторной установки 

Лабораторная установка выполнена в виде модели помещения 

с прозрачной стационарной передней стенкой и съемными темными 
панелями на боковые и заднюю стенки, которые крепятся на 
магнитах и позволяют моделировать два типа помещений — с 
темными и светлыми стенами.  

В верхней части передней стенки закреплены органы управле-

ния вентилятором, расположенным внутри модели помещения, и 
выключатели ламп, пронумерованные от 1 до 7. Вентилятор с регулируемой 
частотой вращения крыльчатки служит для демонстрации 
стробоскопического эффекта и регулирования температурного 
режима внутри лабораторной установки.  

 На потолке модели помещения смонтированы семь ламп раз-

личной конструкции: