人因工程之環(huán)境照明

1、第6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、可見光、紅外線、非電離輻射：紫外線、可見光、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 可見光：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫可見光：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫(波長縮短波長縮短)。 單色光：只含單一波長成分的光。單色光：只含單一波長成分的光。 復合光：包含兩種或兩種以上波長成分的光。復合光：包含兩種或兩種以上波長成分的光。 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 眼睛對物體的色彩感覺是主觀主觀（視覺功能）和客觀客觀 （物體屬性與照明條件）的綜合效果

2、綜合效果。 6.2 光的基本物理量 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 單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量，單位單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量，單位W或或erg/s e dtdQe e / 6.2.3 輻射照度輻射照度Ee 在某個面上某點的輻射照度指入射在包含著這個點的微小在某個面上某點的輻射照度指入射在包含著這個點的微小 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。 dAdE ee /單位：單位：W

3、/m2 6.2.4 輻射強度輻射強度 Ie 輻射源在給定方向的輻射強度指入射在包含這個點的微小輻射源在給定方向的輻射強度指入射在包含這個點的微小 立體角元上的輻射通量，除以這個微小立體角元。立體角元上的輻射通量，除以這個微小立體角元。 ddI ee / 單位：單位：W/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在給定方向的輻射亮度指包含著這個輻射源表面上的某點在給定方向的輻射亮度指包含著這個 點的微小面積在給定方向的輻射強度，除以在這個方向的點的微小面積在給定方向的輻射強度，除以在這個方向的 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

4、積元的面積。 cos/dAdIL ee 單位：單位：W/(m2球面度球面度) 6.2.6 6.2.6 相對視敏函數(shù)相對視敏函數(shù) 由來：由來：視敏特性視敏特性人眼對不同波長的光具有不同靈敏度，人眼對不同波長的光具有不同靈敏度， 對于輻射功率相同的各色光具有不同的亮度感覺。對于輻射功率相同的各色光具有不同的亮度感覺。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，而感覺的輻射功率條件下，人眼感到最亮的光是黃綠光，而感覺 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)和相對視敏。視敏特征用視敏函數(shù)和相對視敏 函數(shù)來描述。函數(shù)來描述。 衡量方法：衡量方法：在相同亮度感覺條件下測

5、量各個波長的光的輻在相同亮度感覺條件下測量各個波長的光的輻 射功率射功率 , 越大，人眼對該波長的光越不敏感，越大，人眼對該波長的光越不敏感， )( r P)( r P )( r P 越小，人眼對它越敏感。越小，人眼對它越敏感。 視敏函數(shù)：視敏函數(shù)： )(/1)( r PK 相對視敏函數(shù)：相對視敏函數(shù)： )(555)/PP)/K(555)K(max/ )()( rr KKV 標準相對視敏函數(shù)曲 線（圖6.1）。黃昏時與 白天相比，相對視敏函數(shù) V（）將向短波光方向 移動，人眼對綠光感覺最 敏感。 380 460 540 620 700 760 白天 黃昏 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

6、 相 對 視 敏 函 數(shù) 圖6.12 相對視敏函數(shù)曲線 紫綠紅紫 黃橙 由于當主觀感覺亮 度相同時，波長為555nm 的黃綠光的輻射功率Pr （555）最小。因此，熒 光屏綠色背景對眼睛具 有保護作用。 7. 光通量光通量 光通量就是按照人眼光感覺人眼光感覺來度量光的輻射功率輻射功率。 當=555 nm時光感覺最強，V（555）1，此時，Pw（555） =1 w， 光瓦。 其它波長的光由于相對視敏函數(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）復色光光通量：復色光光通量： 若光源的輻射功率為 ，其總光通量為其組成的各 波長的光通量之和， ( )P 780 380 (

7、 )( )( )PVd ( )( )( ) w PV ( )V ( ) w P (1)單色光光通量單色光光通量： 為輻射功率 與相對視敏函數(shù) 的乘積 單位：光瓦 （3 3）光通量單位）光通量單位 國際單位是流明（lumen，簡寫lm）。 定義：定義：絕對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40w的鎢絲燈泡的光通量為468 lm，發(fā)光效率11.7 lmw 一個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100 lmw。 光瓦與流明的換算關系：光瓦與流明的換算關系： 由于波長為555

8、 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)光強度發(fā)光強度 4 I 4 I 例如：例如：點光源，球心對球面的立體角為4立體弧度 cd， lm 例如：計算例如：計算漫射面（余弦射面）的光 通量特性。 d I d 指光源在單位立體角內(nèi)的光通量，簡稱光強，用I表示， 單位為坎德拉（cd）。 光強與光通量的關系為： 坎德拉（cd） 立體角立體角：球面積與球半徑平方之比。 光強測量光強測量：用“光度計”可以直接測 量某個方向上的發(fā)光強度。 9. 照度照度 定義：定義：光通量與被照射表面面積之比。 d d E s ds

9、 r 法線 A 22 2 coscos 4 cos dI E dsrr ds dIdI r 如果點光源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 （照度的平方反比定律）。 單位：單位：勒克斯（Lux，縮寫為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。照度測量：照度測量：用照度計直接測量。 結(jié)論：結(jié)論： 當使用點光源時，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，也可通過提高光強或光通量來增加照度。

10、d d cos I L s 圖6.5 發(fā)光面的亮度 眼睛 dI dS 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)光強度與發(fā)光面在垂直 于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式為 上式說明上式說明：理想漫散射面雖然在各個方向上的光強和理想漫散射面雖然在各個方向上的光強和 光通量不同，但在不同角度的亮度感覺相同。光通量不同，但在不同角度的亮度感覺相同。 例如：例如：電視顯象管的熒光屏就是一個近似余弦分布的

11、 散射面，即使人從不同角度去看電視圖象，其亮度感覺也 是相同的。 dcos d cos n n I LI s 漫射光源的亮度： 亮度單位：亮度單位： 國際單位為：坎德拉平方米（cd/m2）， 公制單位為：熙提（Stilb，sb）, 它們之間的關系為： 1sb=1cd/cm2=104cd/m2 1. 1. 照明與疲勞照明與疲勞 照明對工作的影響，表現(xiàn)為能否使視覺系統(tǒng)功能得到 充分發(fā)揮。 三三. . 照明條件對作業(yè)的影響照明條件對作業(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)膜中心窩周圍的視力。 （1 1）視力）視力: : 從廣義上說，表示人的眼睛識別物體形狀的

12、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，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)量則要通過眩光、光色、光譜分布、陰影、 明暗變化等因素來評價。 （2） 眼球活動機能眼球活動機能 眼球通過六根眼?。▋?nèi)、外、上、下直肌，上、下斜?。┑?收縮完成運動（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，來調(diào)節(jié)眼睛看近物和遠物 的能力。 括約肌使瞳孔收縮和開大。瞳孔縮小，減少

13、強光進人眼內(nèi)， 或使瞳孔開大，增加進入眼內(nèi)的弱光。 可以看出：可以看出： 外界光線變化，眼睛會產(chǎn)生相應的運動，易造成視覺疲勞。 注意：注意： （1）明視覺好是指中心視力好，暗視覺好是周邊視力好。 （2）暗視覺好：暗視覺好：周邊視力觀察力非常敏銳，易發(fā)現(xiàn)運動物體。 （3）明視覺好：明視覺好：中心視力比周邊視力好，便于物體仔細觀察。 （4）物體的亮度愈大，視力愈好（瞳孔縮小，視網(wǎng)膜上成像清 楚）。 （3 3）照明對視覺的影響）照明對視覺的影響 人的眼睛能夠適應10-3105 lx的照度范圍。 實驗表明：照度自10 lx增加到1000 lx時，視力可提高70%。 視力不僅受注視物體亮度的影響，還與周

14、圍亮度有關， 當周圍亮度與中心亮度相等，或周圍稍暗時，視力最好； 若周圍比中心亮，則視力會顯著下降。 在照明條件差的情況下，作業(yè)者長時間反復辨認對象 物，使明視覺持續(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 重時會導致作業(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 通過改善照明條件，可以提高識別速度和立體視覺效果， 從而可以降低視覺疲勞，提高工作效率和準確性，提高產(chǎn) 品質(zhì)量。 如圖為一個精密加工車間的勞動生產(chǎn)率隨照度值的 增加而提高及視覺疲勞逐漸降低的情況，這種趨勢在 1200 lx以下時尤為明顯

15、。 生產(chǎn)率 視疲勞 生 產(chǎn) 率 增 長 相 對 視 覺 疲 勞 （102 lx） 案例案例1 日本一家紡織公司，原來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、凌文栓1981年對北京清河毛紡廠質(zhì)量檢驗員 的工作質(zhì)量與照明條件的關系的研究表明：人眼長期進化 的結(jié)果，對日光產(chǎn)生了最佳的適應，日光的顯色性最好 （日光顯色指數(shù)為100，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。 檢驗工作場所的照度值應達到500800 lx，且要求光 線的顯色性好。照度值過高或過低、不均勻、顯色

16、性差均 會使檢驗人員的視覺功能下降，使眼睛產(chǎn)生不適感覺，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，工作臺面的照度值為720 1080 lx）代替熒光燈（顯色指數(shù)為6080，工作臺面照度 值為2301040 lx）后，檢驗工自我感覺良好，工作效率大 幅度提高，漏檢率由51降到20。 案例案例3 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 照度值的要求是不同的。 從事一般性工作，改善照明條件后，各年齡組的勞動生產(chǎn) 率提高的幅度均相同。 從事要求視覺條件比較高的緊張作業(yè)時，年齡大的人的工 作效率比年輕人更依賴于照明條件。 結(jié)論：結(jié)論：

17、 (1)(1)當當照度值增加到臨界水平時，工作效率迅速提高。 (2)在臨界水平，工作效率平穩(wěn)，超過這個水平，增加照度 值不能提高工作效率，有時會起到消極作用（可能引起眩 光）。 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系。 每 天 利 用 人 工 照 明 時 數(shù) 人工照明時數(shù) 每月事故數(shù) 月份 圖3.8 事故數(shù)量與室內(nèi)照度的關系 英國對事故發(fā)生次數(shù)與照度 關系的進行了統(tǒng)計分析。 在英國，11月、12月、1月 的日照時間短，工作場所的人工 照明時間長。由于人工照明比自 然光照明的照度值低，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：照明條件好的優(yōu)勢： 增

18、強眼睛的辨認能力，減少識別物體色彩的錯誤率； 增強物體的輪廓立體視覺，便于辨認物體的相對位置； 擴大視野，防止錯誤和工傷事故的發(fā)生。 據(jù)調(diào)查資料表明，在機械、造船、鑄造、建筑、紡織 等部門，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)美國研究者的統(tǒng)計，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，改善照明條件對減少事故具有非常重要的可以看出，改善照明條件對減少事故具有非常重要的 意義。意義。 四四. . 工作場地的照明設計工作場地的照明設計 1. 1. 照明方式照

19、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：也稱全面照明。 根據(jù)充分滿足夜間照明要求進行設計。 適用：適用：工作地較密集，或者作業(yè)時工作地不固定的場所。 優(yōu)點：優(yōu)點：照度較均勻，一次性投資較少，照明設備型式統(tǒng) 一，便于維護修理. 缺點：缺點：耗電量大。 （2 2）局部照明：）局部照明： 為特定工作地而設置的照明。 優(yōu)點優(yōu)點：靠近工作面，使用較少的照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：缺點：易產(chǎn)生

20、眩光和周圍變暗造成比較強烈的亮度對比。 （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：優(yōu)點：是一種最經(jīng)濟的照明方式，不僅工作場所的利用系 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。它 不但影響照明的數(shù)量和質(zhì)量，也關系到設計投資及使用維修 費的經(jīng)濟性和

21、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，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，同時光譜中的紫外線對人體生理機 能還有良好的影響（符合人體生理機能）。因此在設計中 應最大限度地利用自然光。 自然照明是通過建筑物的天窗和側(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。 1.1.什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^

22、大，且引起刺眼并降低 觀察力的光線稱為眩光。 2.2.眩光的類型眩光的類型 有三種：直射眩光、反射眩光和對比眩光。 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， 對比度過大。 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：汽車燈照射 （2 2）反射眩光：）反射眩光： 強光經(jīng)反射引起的眩光。 例如：例如：電影院看電影。 （3 3）對比眩光：）對比眩光： 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 比感到刺眼構(gòu)成眩光，而白天由于背景是自然光，亮度對比 小不能構(gòu)成眩光。 3.3.眩光效應的危害眩光效應的危害 （1）破壞視覺的暗適應，產(chǎn)生視覺后象，使視覺效率降低。 例如：例如：手電光在眼前晃動。 司機駕駛汽車相互會車時，不開大車燈(遠燈)。 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，增強漫射效果。 高速公路中間的隔離帶（圖）。 （2）產(chǎn)生視覺不舒適感和分散注意力，造成視覺疲勞。 例如