Как провести измерение освещенности в светлое время суток с учетом естественного света

Оглавление

Введение

Измерение освещенности в светлое время суток представляет собой важную задачу для оценки реальных условий труда, обучения и пребывания людей в помещениях. В этот период естественный свет от солнца и неба часто становится основным или существенным источником освещения, дополняя или полностью заменяя искусственные источники. Корректно выполненные измерения позволяют определить, соответствует ли уровень освещенности требованиям нормативных документов, а также выявить зоны с недостаточным или избыточным освещением.

Естественный свет характеризуется высокой изменчивостью. Его интенсивность зависит от времени суток, сезона, географической широты, облачности, ориентации окон и даже отражения от окружающих поверхностей. В ясный солнечный день освещенность на горизонтальной поверхности может превышать 100 000 лк, тогда как в пасмурную погоду она нередко снижается до 5 000–10 000 лк. Такие колебания требуют от специалиста особого внимания при выборе методики измерений и интерпретации полученных данных.

Современные люксметры позволяют с высокой точностью фиксировать эти изменения. Приборы, оснащенные функциями записи максимальных и минимальных значений, а также возможностью передачи данных на мобильные устройства, значительно упрощают работу в условиях переменного естественного освещения. В дальнейшем мы рассмотрим практические аспекты проведения таких измерений с использованием доступных моделей люксметров.

Физические основы измерения освещенности

Освещенность — это фотометрическая величина, характеризующая плотность светового потока на поверхности. Она определяется как отношение светового потока \(\Phi\), падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента.

Единицей измерения освещенности в Международной системе единиц (СИ) является люкс (лк). Один люкс соответствует световому потоку в один люмен, равномерно распределенному на площади один квадратный метр.

Для точечного источника света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до освещаемой поверхности, справедлива формула, учитывающая закон обратных квадратов и косинусный закон:

где \(I\) — сила света источника в канделах (кд), \(\theta\) — угол между нормалью к поверхности и направлением на источник, \(r\) — расстояние от источника до точки измерения.

Люксметры измеряют освещенность с помощью кремниевого фотодиода, покрытого специальным светофильтром. Фильтр обеспечивает спектральную чувствительность прибора, максимально приближенную к кривой видности человеческого глаза \(V(\lambda)\), утвержденной Международной комиссией по освещению (МКО). Кроме того, качественные датчики имеют косинусную коррекцию, позволяющую правильно учитывать свет, падающий под углом.

При измерениях в светлое время суток важно понимать, что прибор регистрирует суммарную освещенность от всех источников — как естественных, так и искусственных (если они включены). Спектральный состав естественного света близок к стандартному источнику D65, поэтому большинство современных люксметров показывают достоверные результаты без дополнительных поправок.

Специалисты по техническому обслуживанию оценят долгий срок работы батареи в Люксметре Testo 540 — приобретите его сегодня.

Нормативные документы и требования к измерениям

Основным документом, регламентирующим методы измерения освещенности в зданиях и сооружениях, является ГОСТ 24940-2016 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности». Стандарт гармонизирован с европейскими нормами EN 12464 и устанавливает единые подходы к организации измерений, выбору контрольных точек, обработке результатов и оформлению протоколов.

Согласно ГОСТ 24940-2016, измерения должны проводиться на рабочих поверхностях или в характерных точках помещения. Для помещений с регулярным пребыванием людей рекомендуется равномерное распределение точек измерения по площади. Минимальное количество точек зависит от размеров помещения и категории зрительной работы. Результаты измерений обрабатываются статистически: определяются среднее значение, минимальное и максимальное значения, а также коэффициент неравномерности.

Стандарт требует, чтобы измерения выполнялись при установившихся условиях освещения. В случае естественного света это означает фиксацию времени суток, погодных условий и состояния солнцезащитных устройств. При наличии комбинированного освещения (естественное + искусственное) измерения могут проводиться как при включенном, так и при выключенном искусственном освещении — в зависимости от целей обследования.

Важно отметить, что ГОСТ 24940-2016 не ограничивается только искусственным освещением. Методики, изложенные в документе, в полной мере применимы и к оценке условий при преобладающем естественном свете. Это особенно актуально для производственных цехов с большими световыми проемами, учебных аудиторий, офисов с панорамным остеклением и торговых залов.

Особенности измерений при наличии естественного света

Измерения освещенности в светлое время суток имеют ряд существенных отличий от ночных или вечерних измерений при полностью искусственном освещении. Главная особенность — высокая динамика светового потока. Даже в течение нескольких минут облачность может существенно изменить уровень освещенности.

При выполнении измерений необходимо фиксировать следующие параметры окружающей среды:

• точное время начала и окончания серии измерений;
• характер погоды (ясно, переменная облачность, сплошная облачность, дождь);
• положение солнца относительно помещения (сторона света);
• состояние жалюзи, штор или других солнцезащитных устройств;
• наличие и режим работы искусственных источников света.

Датчик люксметра следует располагать в горизонтальной плоскости на высоте рабочей поверхности (чаще всего 0,75–0,85 м от пола для столов и станков). В некоторых случаях, например при оценке освещенности вертикальных поверхностей (стендов, досок), датчик ориентируют вертикально. При этом важно не загораживать свет собственным телом или элементами одежды.

Естественный свет обладает хорошей цветопередачей и равномерным распределением по спектру в видимой области. Тем не менее, при прямом солнечном освещении возможны локальные блики и высокая неравномерность. В таких условиях рекомендуется использовать приборы с функцией усреднения или записи серии значений за определенный интервал времени.

Подготовка к проведению измерений

Качественная подготовка во многом определяет достоверность результатов. Ниже приведены основные этапы подготовки, которые рекомендуется выполнить перед выездом на объект.

1. Изучить проектную документацию, нормы освещенности для данного типа помещений и требования ГОСТ 24940-2016 к методике измерений.
2. Выбрать люксметр с подходящим диапазоном измерений и точностью. Для работы с естественным светом предпочтительны приборы с верхним пределом не менее 100 000–200 000 лк.
3. Проверить техническое состояние прибора: заряд батареи, чистоту фотодатчика, работоспособность подсветки дисплея и функций записи данных.
4. Выполнить калибровку нуля (в большинстве современных люксметров эта процедура выполняется автоматически при включении или по команде).
5. Подготовить протокол измерений: таблицы для записи показаний, сведения об объекте, метеорологические условия и время проведения работ.

Особое внимание следует уделить выбору контрольных точек. Согласно ГОСТ 24940-2016, точки должны равномерно распределяться по площади помещения с учетом расположения рабочих мест. В больших помещениях рекомендуется разбивать площадь на зоны и проводить измерения в каждой из них.

Обзор люксметров для работы в условиях естественного освещения

Для измерений освещенности в светлое время суток хорошо подходят портативные цифровые люксметры с широким диапазоном, высокой точностью и дополнительными функциями, облегчающими работу при переменном освещении. Рассмотрим три популярные модели, которые успешно применяются специалистами.

Люксметр CEM DT 1300

Простой и надежный прибор, предназначенный для оперативных измерений. Диапазон измерений составляет 0–50 000 лк, что достаточно для большинства задач в помещениях с естественным освещением. Прибор оснащен переключателем диапазонов и имеет хорошую повторяемость показаний. Удобен для быстрого обследования небольших и средних объектов, где не требуется сложная регистрация данных.

Люксметр RGK LM-20

Компактный профессиональный люксметр с расширенным набором функций. Диапазон измерений достигает 200 000 лк, что позволяет работать даже при прямом солнечном свете. Прибор поддерживает измерение максимальных и минимальных значений, фиксацию показаний (HOLD), переключение между единицами лк и фут-кандела. Наличие автоматической калибровки нуля и подсветки дисплея делает его удобным для длительных серий измерений в изменяющихся условиях естественного освещения.

Люксметр Testo 545

Высокоточный прибор профессионального уровня с возможностью беспроводной передачи данных на смартфон или планшет через Bluetooth. Поддерживает различные режимы усреднения (точечное и по времени), установку пороговых значений сигнализации и формирование отчетов непосредственно в мобильном приложении. Широкий диапазон и высокая точность позволяют использовать Testo 545 для ответственных измерений на крупных объектах, где требуется документирование и последующий анализ динамики естественного освещения в течение дня.

Для наглядного сравнения основных характеристик трех моделей приведена таблица.

Выбор конкретной модели зависит от задач, бюджета и требуемого уровня документирования. Для большинства рутинных измерений в светлое время суток достаточно возможностей RGK LM-20 или CEM DT 1300. При необходимости регулярного формирования отчетов и работы с большими объемами данных предпочтение стоит отдать Testo 545.

Пошаговая методика выполнения измерений

Методика измерения освещенности в светлое время суток строится на требованиях ГОСТ 24940-2016 и учитывает высокую изменчивость естественного света. Ниже описаны ключевые этапы работы, которые позволяют получить достоверные и repeatable результаты независимо от погодных условий и времени суток.

Общие рекомендации по организации измерений

Перед началом работ необходимо убедиться, что выбранный люксметр соответствует ожидаемому диапазону освещенности. В светлое время суток на открытых площадках и в помещениях с большими окнами значения могут достигать 50 000–150 000 лк, поэтому прибор должен иметь достаточный верхний предел измерений и автоматическое переключение диапазонов.

Датчик всегда располагают в горизонтальной плоскости на высоте рабочей поверхности (0,75–0,85 м). В каждой контрольной точке выполняют не менее трех отсчетов с интервалом 5–10 секунд, после чего фиксируют среднее значение. При значительных колебаниях освещенности (переменная облачность) рекомендуется использовать режим записи максимальных и минимальных значений за определенный интервал времени.

Особенности работы с конкретными моделями

CEM DT 1300 — простой и надежный прибор для оперативных измерений. После включения и автоматической калибровки нуля достаточно выбрать подходящий диапазон с помощью переключателя и расположить датчик в точке измерения. Для фиксации результата удобно использовать функцию HOLD. Прибор хорошо подходит для обследования небольших помещений и объектов, где не требуется длительная регистрация данных.

RGK LM-20 предоставляет больше возможностей для работы с переменным естественным светом. С помощью кнопок MAX/MIN можно отследить пиковые и минимальные значения за период пребывания в точке. Функция HOLD позволяет зафиксировать текущее показание, а подсветка дисплея облегчает работу в затененных зонах. Прибор также измеряет температуру воздуха, что бывает полезно при комплексной оценке микроклимата.

Testo 545 ориентирован на профессиональное использование и документирование. После подключения к мобильному приложению по Bluetooth можно настроить режим усреднения по времени, задать пороговые значения сигнализации и автоматически сохранять серию измерений с привязкой к геолокации и времени. Это особенно удобно при обследовании крупных объектов, когда необходимо сформировать подробный отчет сразу после завершения работ.

Обработка и интерпретация результатов измерений

После завершения полевых работ данные обрабатывают в соответствии с ГОСТ 24940-2016. Основные расчетные показатели:

• среднее арифметическое значение освещенности по всем контрольным точкам;
• минимальное значение освещенности в помещении;
• коэффициент неравномерности (отношение максимального значения к минимальному);
• сравнение полученных величин с нормируемыми значениями для данного типа зрительной работы.

При наличии значительных колебаний в течение дня рекомендуется выполнять измерения в несколько приемов (например, утром, в середине дня и после 15:00) и фиксировать средние значения за каждый период. Это позволяет более точно оценить реальные условия пребывания людей в помещении.

Результаты заносят в протокол, в котором обязательно указывают дату, время, погодные условия, состояние искусственного освещения и модель использованного люксметра. При использовании Testo 545 значительная часть данных формируется автоматически в мобильном приложении, что сокращает время оформления документации.

Распространённые ошибки и способы их предотвращения

При измерениях в условиях естественного освещения наиболее часто встречаются следующие ошибки:

• Неправильная ориентация датчика (наклон или загораживание светового потока телом оператора).
• Игнорирование времени суток и погодных условий при интерпретации результатов.
• Выполнение измерений без предварительной калибровки нуля прибора.
• Использование люксметра с недостаточным диапазоном измерений при ярком солнце.

Чтобы избежать этих ошибок, рекомендуется строго соблюдать требования ГОСТ 24940-2016, проводить инструктаж персонала и использовать приборы с широким диапазоном и функциями автоматической калибровки. При значительной изменчивости освещенности целесообразно выполнять несколько серий измерений и сравнивать полученные данные.

Заключение

Измерение освещенности в светлое время суток с учетом естественного света — важный инструмент контроля качества рабочей среды, образовательного процесса и производственных условий. Правильно организованные измерения позволяют объективно оценить соответствие фактических параметров требованиям нормативных документов, выявить проблемные зоны и принять обоснованные решения по улучшению освещения.

Современные люксметры существенно упрощают эту работу. Приборы с функциями записи экстремумов, усреднения и передачи данных на мобильные устройства помогают получать надежные результаты даже при высокой изменчивости естественного света. Выбор конкретной модели зависит от задач, объема работ и необходимости последующего документирования.

Если вы планируете регулярно проводить такие измерения на объектах различного назначения, имеет смысл купить современный люксметр по разумной цене. Качественный прибор обеспечит точность показаний, удобство эксплуатации и долговечность использования в течение многих лет. Среди доступных решений особого внимания заслуживают модели с широким диапазоном измерений и дополнительными функциями обработки данных — они позволяют эффективно работать как в простых, так и в сложных условиях естественного освещения.

Материал подготовил технический директор НПП "КИПОФФ" Березин Александр Сергеевич