Как измеряют освещенность (естественное и искусственное освещение)

Понятие освещенности

Освещенностью называется показатель, который измеряется как соотношение величины потока света к единице площади, на которую перпендикулярно он падает.

При расчетах необходимо учесть, что освещенность:

• прямо пропорциональна силе светового потока;
• обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой площади;
• прямо пропорциональна косинусу угла, под которым световой поток падает.

Освещение может быть:

• естественное – проникает в помещения через проемы несущих конструкций;
• искусственное – создается осветительными приборами;
• совмещенное – естественное, дополненное искусственным.

В помещении можно устроить общую (чаще всего потолочную), местную (подающую свет на отдельные зоны), комбинированную (общую, дополненную местным) систему освещения.

Разница между понятиями яркости и освещенности

Русский язык дает два ответа на вопрос, что такое яркость. Яркость означает характеристику светящихся тел, то есть физическую величину. Также она определяет субъективное понятие, зависящее от многих факторов, например:

• особенностей строения глаз человека;
• количества света в помещении.

Чем меньше света в окружающей среде, тем ярче кажется нам источник света. Следует различать яркость с освещенностью и запомнить следующее:

• яркость – это свет, который отражается от поверхности светящегося предмета;
• освещенность – это свет, который падает на освещаемую поверхность.

В астрономии яркость включает два понятия, где звезды излучают, а планеты отражают. В этой науке звездная яркость измеряется по фотометрической шкале, причем большую яркость звезды соотносят с меньшей величиной. Отрицательную величину имеют самые яркие звезды.

Главные характеристики света

Человек видит спектр цветов – малую часть диапазона электромагнитных волн. Его характеристики влияют на комфортность среды пребывания и самочувствие человека. Существует определение для одного из свойств – световой поток (Ф), который измеряют в люменах (лм). Мощность светового потока источника характеризует вызванное ощущение восприятия света. По его распределению для замкнутого пространства выделяют потоки света: прямого, рассеянного, отраженного. Чем больше света, тем выше число люменов.

Важно! Этот параметр не определяет интенсивность, яркость или производительность свечения, потому что учитывает весь рассеянный поток. Для того, чтобы измерить световой поток требуется много времени и при этом нужно учитывать пространственные характеристики явления

Основные характеристики светоизлучений

Главная характеристика источника – сила света (I), определяющая интенсивность излучения в направлении потока. Она вычисляется через частное светового потока (Ф) и телесного угла (ꭥ) в стерадианах (ср), внутри которого распределяется. В СИ единицу измерения силы света, кандела, обозначают кд, cd.

Телесный угол

Важно! Восковая свеча излучает с около одной канделы (от лат. candela), и ранее эта единица измерения называлась «свечой»

Величина кандел показывает световое излучение точечного источника света на самом интенсивном его направлении.

Покупатели ламп обычно оценивают яркость по мощности потребления (Вт) источника. При хорошей яркости получается четкое и контрастное видение предметов. Однако и слабый, и очень яркий свет неблагоприятен для деятельности человека. Яркость (L) определяется плотностью силы света в направлении поверхности и вычисляется делением I на площадь проекции на перпендикулярную поверхность (зависит от cos угла).

Измеряют показатель яркости (L) света в кд/м². Главной характеристикой восприятия светового ощущения глазами является яркость освещаемой поверхности или источника.

Единицы измерения света

Световая отдача (H) фиксирует экономичность преобразования электрической мощности в световую. При переходе от электрической энергии к световой появляются потери, что вызывает снижение показателей яркости излучения. Измеряют световую отдачу в люменах на ваттах. Можно вычислить световой поток, зная среднее значение световой отдачи.

Практичную светоотдачу имеют светодиодные лампы (потери менее 5%).

Важно! Существуют стандарты качества освещения для помещений, а также для растений или для животных. Освещенность характеризуется отношением светового потока к площади поверхности

Единицы измерения освещения

Зачем измерять освещённость?

Учеными доказано, что плохой (или, наоборот, слишком хороший) свет через сетчатку глаза воздействуют на рабочие процессы нашего мозга.

Как следствие, свет влияет на психологическое состояние человека: если света недостаточно – он чувствует угнетенность, пониженную работоспособность, сонливость; если свет слишком яркий, он способствует возбуждению, подключению дополнительных ресурсов организма, вызывая их повышенный износ. И то и другое – одинаково вредно.

Если же свет подобран правильно, то благодаря улучшению освещенности производительность на рабочем месте может быть повышена на 25—30%.

Нормативы

До недавнего времени в России для измерения освещённости руководствовались межгосударственным стандартом измерения освещённости – ГОСТ 24940-96. В этом ГОСТе используются такие понятия, как: освещённость, средняя, минимальная и максимальная освещённость, цилиндрическая освещённость, коэффициент естественной освещенности (КЕО), коэффициент запаса, относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения.

В 2012 году Россия ввела собственный, национальный стандарт измерения освещённости, ГОСТ Р 54944-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности».

В этом ГОСТе к тем понятиям, что были раньше, добавлены новые: полуцилиндрическая освещённость, аварийное освещение, резервное освещение, эвакуационное освещение, охранное освещение, рабочее освещение.

В 2016 году был откорректирован Свод правил – СП 52.13330.2016, который после актуализации 2011 года потерпел незначительные изменения, такие как:

• • согласно пункту4.1теперь нормируется именно средняя освещенность, а не наименьшая;
  • в пункте7.3.1говориться, что в учебных заведениях запрещено применять осветительные приборы на светодиодах;

• • в пункте7.6.9определены новые нормы размещения эвакуационных знаков безопасности;

• и др.

В каких единицах измеряется

В России освещенность измеряется в люксах (обозначение лк или lx). Этот показатель принят в международной системе, его так же можно определить как освещенность, которую создает световой поток в один люмен, распределенный по площади в 1м2.

Нельзя путать понятия «освещенность» и «яркость света». Для второго используются другие единицы измерения – ниты (1 кандела (сила света одной свечи) /м2).

Кандела

В системе измерений одна из семи основных единиц, являющихся фундаментальными. Это сила света, которую излучает источник монохроматического излучения с частотой 540х1012 Гц. Причем, световой поток должен распространяться в заданном направлении с соблюдением ряда дополнительных условий.

Частота, которая используется в качестве эталонной, соответствует зеленой части спектра, так как она лучше всего воспринимается зрением человека. При использовании источника света с другой частотой потребуется большая интенсивность для достижения нужного показателя.

1 кандела – это свет, исходящий от свечи.

Не так давно канделу определяли иначе. Она соответствовала силе света, исходящей от черного источника, нагретого до температуры 2042,5 К (плавление платины), который располагался перпендикулярно плоскости и распространялся на площадь в 1/60 квадратного сантиметра. Эта величина применяется в астрономии и многих других науках.

Кстати! Коэффициент 1/683, используемый современными учеными подобран так, чтобы новое и старое определения соответствовали друг другу.

В переводе с латыни «кандела» обозначает свечу. Считается, что свет, который излучает одна свеча равен 1 канделе.

Люмен

Используется в системе измерения физических величин и отражает характеристики освещения. 1 люмен – это световой поток, который испускает источник света силой в 1 канделу. Чтобы было проще разобраться, стоит рассмотреть простые примеры:

1. У стандартных ламп накаливания мощностью в 100 ватт показатель светового потока равняется 1200-1300 люменам.
2. Люминесцентный источник света с мощностью в 26 ватт обеспечивает световой поток в 1600 Лм.
3. Если брать за образец солнце, то у него световой поток составит 3,63х1028 люмен.
   Свет отличается и по температуре, это также важно помнить.

Люмен показывает полный световой поток, который исходит из определенного источника. Но он не учитывает важные особенности – наличие линзы, либо отражателя, которые могут концентрировать свет на небольшом участке и тем самым в разы улучшать освещенность. Разные фонари с одинаковой лампой могут освещать как 10 квадратных метров, так и 100. По сути, это весь свет, который дает лампа, в том числе и тот, которые не попадает на заданную поверхность и является бесполезным.

Имейте в виду, что лампа мощностью в 1500 Лм в светильнике с отражателем обеспечит лучшие условия, чем такой же вариант в рассеивающем плафоне.

Если мощность превышает стандартный диапазон, используются специальные показатели:

1. Кратные единицы люмена образуются, если значение в целое число раз больше установленной величины. Обычно они обозначаются в виде степени числа. Для наименования используют установленные приставки, отражающие величину значения.
2. Дольные единицы люмена наоборот, меньше установленной единицы в целое число раз. Тут также используются специальные приставки, а степень указывается со знаком минус.

Люкс

Эта единица наиболее полезна, так как именно с ее помощью измеряется освещенность в жилых и рабочих помещениях. Она равна световому потоку силой 1 люмен, распространенному на площадь в 1 квадратный метр. Показатель используют для регламентирования различных норм и контроля освещенности там, где это требуется.

Для простоты можно разобрать два примера. Если лампу мощностью 100 Лм направили на площадь в квадратный метр, то освещенность составит 100 Лк. А если этот же источник света распределяются на 10 квадратных метров, то показатель составит 10 люксов.

Люмен и ватт

Когда продавали только лампы накаливания, ватты использовали в качестве ориентира для определения светового потока лампы. Все знали, что чем больше мощность, тем выше яркость света. Но с появлением других типов лампочек эта характеристика утратила актуальность, так как не может использоваться при определении показателей оборудования. У разных вариантов соотношение мощности в ваттах к световому потоку отличается, поэтому надо разобраться в основных видах оборудования:

1. У ламп накаливания стандартом считается показатель в 1300 Лм при мощности в 100 Вт. У моделей на 40 Вт световой поток составит 400 люменов, а у 60 Вт – 800. И помните о том, что со временем яркость неизбежно падает из-за истончения нити накала, поэтому при вычислении стоит закладывать определенный запас.
2. Дуговые ртутные лампы имеют соотношение в 58 Лм на ватт, мощность просто умножается на этот показатель.
3. Люминесцентные источники света имеют соотношение 60 Лм на ватт.
4. Для светодиодных ламп с матовым рассеивателем нет четкой нормы, так как характеристики колбы и ее светопропускаемость могут различаться. Обычно показатель варьируется от 80 до 90 Лм.
5. Филаментные (прозрачные) светодиодные лампочки имеют соотношение в 100 люмен на ватт мощности.

Фактические показатели могут отличаться от общепринятых, если конструкция лампы имеет особенности, которые влияют на качество света.

Кратные единицы люмена

Для удобства, кроме целых, применяют кратные значения измеряемых величин по стандарту СИ. К базовому наименованию добавляют приставки, которые обозначают соответствующую степень:

• кило – 103;
• мега – 106;
• гига – 109.

Дольные единицы люмена

Аналогичный подход применяют для обозначения малых величин:

• милли – 10-3;
• микро – 10-6;
• нано – 10-9.

Нормы и порядок расчета

Требования к освещенности зависят от назначения конкретного помещения и вида деятельности человека. Стандарты, по которым измеряется показатель, установлены в ГОСТ Р 54944-2012, нормы – в СНиП. Все параметры относятся не только к полу, но и к плоскостям столов. Доступны таблицы, по которым можно определить люксы для любого объекта.

При разработке системы освещения для жилого дома (квартиры) можно воспользоваться данными из этой таблицы:

Расчет осуществлятеся из 2-х этапов:

• определения требуемого уровня свечения;
• определения количества лампочек.

Формула для расчета свечения:

Н*П*К, где:

Н – норма (согласно таблице);

П – площадь помещения;

К – коэффициент, зависящий от высоты потолков (1 для 2,5-2,7 м, 1,2 для 2,7-3 м, 1,5 для 3-3,5 м, 2 для 3,5-4,4 м).

Чтобы рассчитать количество ламп, полученный результат нужно разделить на люмены, указанные в их технической документации выбранных для монтажа лампочек.

Если проводятся работы по капитальному ремонту или реконструкции, расчетами занимаются сотрудники подрядчика.

Они учитывают особенности конструкции и материалов светильников, световое отражение от стен, полов, потолков, предметов интерьера в зависимости от характеристик облицовочного материала. Вид светильников предварительно обозначаются в проектной документации и техническом задании.

При подсчетах используется формула:

К=(Е*к*S*к1)/(Ф*к2), где:

Е – норма для горизонтально расположенных плоскостей;

к – коэффициент, рассчитанный с учетом отклонений в работе системы при перегорании отдельных источников света и перемещении предметов интерьера;

S – площадь помещения;

к1 – коэффициент неравномерности;

Ф – световой поток от одной лампочки (зависит от мощности и типа);

к2 – коэффициент в долях.

При самостоятельном проведении измерений и подсчетов следует учесть, что отраженный свет по мощности может мало отличаться от прямого.

Как перевести люксы в люмены

Однако, если известно нужное значение освещенности в люксах и площадь освещаемой поверхности, можно подсчитать требуемую величину светового потока в люменах. При этом следует понимать, что подсчет будет выполнен со многими допущениями, так как приблизить условия его выполнения к физически идеальным не представляется возможным. При подсчете следует принять, что:

• источник света располагается в центре;
• освещенность равномерна на всей площади, что практически невозможно;
• на всю площадь поверхности свет падает под одинаковым углом;
• поверхность освещается изнутри мысленной сферы, предполагаемой вокруг источника.

Для того, чтобы получить значение в люменах, нужно норму в люксах умножить на значение площади, нуждающейся в освещении.

Площадь пола и потолка составит: 10 х 10 = 100 м². Площадь каждой стены: 4 х 10 = 40 м². Теоретически с допущением на равномерное освещение и расположение источника, равноудаленного от всех точек поверхности, задача решается так: 300 лк х (4 х 40 + 100 + 100) м² = 300 х 360 = 108 000 лм. Если это астрономическое значение «перевести» в обычные 100-ваттные лампы накаливания, то потребуется всего лишь… 72 штуки.

Практический подход будет другим. Совершенно не нужно освещать потолок — рабочие места сотрудников находятся внизу. Более того, конструкция многих потолочных светильников делает невозможным распространение света вверх. Значит из вычислений нужно убрать площадь потолка:

300 лк х 260 м² = 78 000 лм.

Современные потолочные светильники со светодиодами могут выдавать 5000 люменов. Соответственно их потребуется 16 штук (78 000/5000) с округлением до целого числа.

Это количество можно снизить. Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 замер освещенности производится над рабочей поверхностью, а также в контрольных точках, удаленных от стен и световых проемов на 1 м. Достаточно разместить осветительные приборы над рабочими местами сотрудников. Математически уменьшив геометрические характеристики пола на 1 м с каждой стороны, получим:

300 лк х (160 + 64)м² = 300 х 224 = 67200 лм. Что в потолочных светильниках составит: 14 штук с округлением до целого числа.

Приборы для замеров освещенности

Для проведения измерения уровня освещенности применяют люксметры. Конструкция самых простых приборов включает фотоэлемент, предназначенный для преобразования световой энергии в электрическую. Потом измеренный сигнал пересчитывается и отображается на стрелочной шкале или на цифровом жидкокристаллическом дисплее в люксах.

Показания прибора зависят от светового спектра. Поэтому при замерах уровня освещенности в помещениях или на открытом воздухе они могут быть неточными. Погрешность приборов простой конструкции — более 10%. При замерах в разных условиях применяются поправочные коэффициенты.

У приборов для измерения освещенности высокого класса более сложная конструкция. В них применяются специальные светофильтры, приближающие чувствительность устройства к чувствительности человеческого глаза. Также используются насадки для точности измерения освещенности, создаваемой источником света, расположенным под углом, или контрольные насадки для проверки самого прибора.

Существуют приборы для измерения яркости света — яркомеры. Могут выпускаться комбинированные устройства, совмещающие возможности люксметра и яркомера.

Профессиональные фотографы используют специализированные приборы:

• для определения освещенности сцены и выбора экспопары для съемки применяются экспонометры;
• для измерения мощности вспышки и длительности ее импульса используются флэшметры.

При измерении освещенности нужно учитывать, что освещение может быть естественным, искусственным и комбинированным, включая естественное, которое дополнено искусственным.

При расчете количества источников света для создания искусственного освещения принимается во внимание коэффициент пульсации. Для человеческого глаза пульсация, создаваемая источником света, незаметна, но длительное нахождение в условиях повышенной пульсации может негативно сказываться на здоровье, вызывать быструю утомляемость и головные боли.

Для замеров коэффициента пульсации применяются комбинированные приборы, совмещающие в одном корпусе люксметр, пульсметр и яркомер.

Замеры освещенности для светодиодных светильников

Чтобы исключить искажения результатов, измерения выполняют после двух часов непрерывной работы светильников. Желательно повторить процедуру несколько раз.

К сведению. Для расчета инженерных проектов в государственной сфере применяют специализированные классификаторы затрат КОСГУ.

Измерение количества света для светодиодных устройств

Для наглядности удобно представить значение освещенности в типовых ситуациях. Эти значения можно сравнить с параметрами, которые приводят в сопроводительной документации производители светодиодных приборов.

Таблица освещенности

Значение, лкУсловия

В рекламных проспектах для улучшения продаж лампочку могут назвать яркой и энергосберегающей. Чтобы сделать правильный вывод о потребительских параметрах изделия, можно пользоваться представленной выше информацией.

Рекомендуемые значения освещённости жилых помещений

При строительстве и дальнейшей эксплуатации помещений, предназначенных для жилья, производится расчёт освещения жилых комнат. Недостаток света, как естественного в дневное время, так и искусственного в вечерние и ночные часы, пагубно сказывается на здоровье людей. Поэтому при расчёте количества осветительных приборов и производстве необходимых измерений освещённости на местах придерживаются норм, которые можно найти в СНиП.

Нормы освещения жилых помещений

Единица освещённости – люкс, как параметр осветительных установок не указывается среди характеристик, но очень важна. От того, какую величину освещённости необходимо получить на поверхности или объекте, зависят высота подвеса источника и угол расположения светового потока.

Рекомендации по замерам освещенности

Уровень естественной и искусственной освещенности измеряется отдельно. Обязательно расположение люксметра в горизонтальном положении. Точки, в которых показатель измеряется, определены госстандартами. На практике используются те, которые не расположены вблизи источников электромагнитного излучения. Важно так же, чтобы на люксметр не падала тень.

По окончании измерений полученные данные сверяются с нормативными, чтобы оценить условия в конкретном помещении.

Важно! Если коэффициент измеряется в помещениях с существующей системой освещения, необходимо подождать примерно 1-2 часа, чтобы осветительные приборы проработали. Более точные данные можно получить, если измерять показатель несколько раз в течение одного дня.

Основные выводы

Следует отметить, что все подсчеты проводятся в соответствии с нормами, которые приняты давно. Многие убедились, что уровень освещенности по этим расчетам в результате получается недостаточный. Специалисты советуют умножить полученное количество источников света на 1,5-2, разделить светильники по группам и присоединить каждую из них к отдельному выключателю. Это позволяет получить желаемый уровень освещенности при экономии на расходе электроэнергии.