Оглавление
- 1. Введение: значение измерения освещённости для соответствия нормам и обеспечения безопасности
- 2. Основные фотометрические величины и единицы измерения
- 3. Принцип работы люксметра и требования к средствам измерений согласно стандартам
- 4. Нормативная база: ГОСТ 24940-2016 и сопутствующие документы
- 5. Подготовка к измерениям освещённости и КЕО
- 6. Размещение контрольных точек при измерении различных видов освещённости
- 7. Методика проведения измерений в помещениях и на открытых территориях
- 8. Обработка результатов измерений и расчёт показателей
- 9. Оценка соответствия результатов требованиям норм и анализ погрешностей
- 10. Практические рекомендации по выбору и использованию люксметра
1. Введение: значение измерения освещённости для соответствия нормам и обеспечения безопасности
Правильная организация освещения рабочих мест, производственных помещений, офисов, учебных заведений и общественных зданий напрямую влияет на зрительную работоспособность человека, его утомляемость, безопасность выполнения работ и общее состояние здоровья. Недостаточная или неравномерная освещённость приводит к снижению производительности труда, увеличению количества ошибок, росту травматизма и развитию профессиональных заболеваний органов зрения.
Объективно оценить параметры освещения можно только с помощью специальных средств измерений — люксметров. Измерения освещённости проводят для проверки соответствия фактических условий требованиям действующих нормативных документов, а также для контроля качества монтажа и эксплуатации осветительных установок. Регулярный контроль позволяет своевременно выявлять отклонения, связанные с загрязнением светильников, старением источников света или изменением напряжения в сети.
В соответствии с ГОСТ 24940-2016 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности» установлены единые методы определения минимальной, средней и цилиндрической освещённости, коэффициента естественной освещённости (КЕО) в помещениях, а также средней освещённости улиц, дорог и площадей. Эти методы применяют при приёмке осветительных установок, периодическом контроле и расследовании несчастных случаев.
Измерения особенно важны на рабочих местах с высокой зрительной нагрузкой (точные работы, работа с мелкими деталями, чтение чертежей), в помещениях с постоянным пребыванием людей, а также на путях эвакуации. Результаты измерений служат основанием для принятия решений о необходимости реконструкции или модернизации системы освещения.
Основные задачи, решаемые при измерении освещённости
- Проверка соответствия фактической освещённости проектным и нормативным значениям.
- Оценка равномерности распределения света по рабочей зоне и помещению.
- Контроль эффективности работы осветительной установки в процессе эксплуатации.
- Определение коэффициента естественной освещённости (КЕО) для оценки качества естественного освещения.
- Выявление влияния напряжения сети и состояния светильников на уровень освещённости.
2. Основные фотометрические величины и единицы измерения
Для правильного понимания методики измерений необходимо чётко представлять систему фотометрических величин. Освещённость является производной величиной и зависит от силы света источника, расстояния до освещаемой поверхности и угла падения лучей.
Сила света
Основная фотометрическая величина в системе СИ — сила света \( I \). Единица измерения — кандела (кд). Сила света характеризует интенсивность излучения источника в определённом направлении.
Световой поток
Световой поток \( \Phi \) — мощность светового излучения, оцениваемая по его действию на человеческий глаз. Единица — люмен (лм). Для точечного источника связь между силой света и световым потоком выражается формулой:
\[ d\Phi = I \, d\Omega \]где \( d\Omega \) — элементарный телесный угол в стерадианах (ср).
Освещённость
Освещённость \( E \) — световой поток, падающий на единицу площади поверхности. Единица измерения — люкс (лк), что соответствует 1 лм/м². Формула определения освещённости:
\[ E = \frac{d\Phi}{dA} \]Для точечного источника света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до точки наблюдения, освещённость на поверхности рассчитывают по закону обратных квадратов с учётом угла падения:
\[ E = \frac{I \cos \theta}{r^{2}} \]где:
- \( I \) — сила света источника в направлении точки измерения, кд;
- \( \theta \) — угол между нормалью к поверхности и направлением на источник;
- \( r \) — расстояние от источника до точки измерения, м.
Дополнительные фотометрические характеристики
Помимо горизонтальной освещённости в стандартах используют и другие величины:
| Величина | Обозначение | Единица | Краткое описание |
|---|---|---|---|
| Коэффициент естественной освещённости | КЕО (e) | % | Отношение естественной освещённости внутри помещения к одновременной наружной горизонтальной освещённости под открытым небосводом |
| Цилиндрическая освещённость | \( E_{ц} \) | лк | Средняя плотность светового потока на поверхности вертикального цилиндра (характеризует насыщенность помещения светом) |
| Полуцилиндрическая освещённость | \( E_{пц} \) | лк | Характеристика для пешеходных зон и улиц (учитывает направление движения наблюдателя) |
| Минимальная освещённость | \( E_{\text{мин}} \) | лк | Наименьшее значение освещённости в контрольных точках |
| Средняя освещённость | \( E_{\text{ср}} \) | лк | Среднеарифметическое значение освещённости по всем контрольным точкам |
Все перечисленные величины взаимосвязаны и используются в комплексе при оценке качества освещения согласно ГОСТ 24940-2016.
3. Принцип работы люксметра и требования к средствам измерений согласно стандартам
Люксметр — это прибор, предназначенный для измерения освещённости видимого света. Современные цифровые люксметры относятся к классу селективных фотометрических приборов и работают на основе фотоэлектрического эффекта.
Принцип действия
Основным элементом люксметра является фотоприёмник — обычно кремниевый фотодиод, снабжённый специальным корректирующим светофильтром. Спектральная чувствительность фотодиода с фильтром максимально приближена к кривой относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения \( V(\lambda) \), определённой в ГОСТ 8.332-2013.
Свет, попадая на фотодиод, вызывает появление фототока, величина которого пропорциональна освещённости. Электронная схема прибора усиливает сигнал, линейно преобразует его и выводит числовое значение на цифровой дисплей. Многие модели дополнительно измеряют температуру окружающей среды и позволяют сохранять результаты измерений.
Основные типы люксметров по конструкции
- Приборы с выносным фотодатчиком на гибком кабеле — наиболее удобны для измерений на рабочей поверхности и в труднодоступных местах.
- Компактные интегрированные модели — датчик расположен в корпусе прибора.
- Многофункциональные приборы с возможностью измерения цилиндрической освещённости (требуется специальная насадка).
- Люксметры с функцией передачи данных по Bluetooth или USB и встроенной памятью для регистрации результатов.
Требования к люксметрам по действующим стандартам
Согласно ГОСТ 24940-2016 (пункт 4.1) для измерения освещённости следует применять люксметры, у которых предел допускаемой относительной погрешности не превышает 10 % с учётом:
- погрешности спектральной коррекции;
- погрешности калибровки абсолютной чувствительности;
- погрешности, вызванной нелинейностью световой характеристики.
Все средства измерений должны быть поверены в установленном порядке. Поверку осуществляют органы метрологической службы в соответствии с ГОСТ 8.014-72 и ГОСТ 8.023-2003. Прибор должен иметь действующее свидетельство о поверке.
| Параметр | Требование по стандартам | Практическое значение |
|---|---|---|
| Относительная погрешность | Не более 10 % (с учётом всех составляющих) | Обеспечивает достоверность результатов при проверке соответствия нормам |
| Спектральная коррекция | Соответствие кривой \( V(\lambda) \) по ГОСТ 8.332-2013 | Исключает влияние невидимых участков спектра на показания |
| Поверка | Обязательна, периодичность согласно методике поверки | Гарантирует traceability результатов измерений |
| Диапазон измерений | Должен перекрывать ожидаемые значения освещённости (от долей лк до сотен тысяч лк) | Позволяет работать как с аварийным, так и с мощным искусственным освещением |
| Дополнительные функции | Min/Max, усреднение, фиксация показаний, регистрация данных | Упрощают проведение измерений по сетке точек и оформление протоколов |
При выборе люксметра для профессионального применения рекомендуется обращать внимание на наличие функции автоматической установки нуля, подсветки дисплея, а также на эргономику выносного датчика. Эти характеристики существенно повышают удобство и точность работы при проведении массовых измерений по методике ГОСТ 24940-2016.
4. Нормативная база: ГОСТ 24940-2016 и сопутствующие документы
Методика измерения освещённости в зданиях и сооружениях регламентируется межгосударственным стандартом ГОСТ 24940-2016 «Здания и сооружения. Методы измерения освещенности». Стандарт введён в действие на территории Российской Федерации с 1 апреля 2017 года и устанавливает единые правила определения минимальной, средней и цилиндрической освещённости, коэффициента естественной освещённости (КЕО), а также средней освещённости улиц, дорог, площадей и полуцилиндрической освещённости пешеходных зон.
Документ разработан с учётом положений европейских стандартов EN 12464-1, EN 12464-2, EN 13201-3 и EN 13201-4, но не является их полным эквивалентом. Главная цель стандарта — обеспечить воспроизводимость и сопоставимость результатов измерений, выполняемых разными специалистами на разных объектах.
Основные термины и определения по ГОСТ 24940-2016
- Минимальная освещённость (\( E_{\text{мин}} \)) — наименьшее значение освещённости в контрольных точках помещения или рабочей зоны.
- Средняя освещённость (\( E_{\text{ср}} \)) — среднеарифметическое значение освещённости по всем контрольным точкам.
- Цилиндрическая освещённость (\( E_{ц} \)) — характеристика насыщенности помещения светом, определяемая как средняя плотность светового потока на поверхности вертикально расположенного цилиндра.
- Коэффициент естественной освещённости (КЕО) — отношение естественной освещённости в точке внутри помещения к одновременной наружной горизонтальной освещённости под полностью открытым небосводом, выраженное в процентах.
- Полуцилиндрическая освещённость — величина, используемая для оценки качества освещения пешеходных зон с учётом направления движения наблюдателя.
Связанные нормативные документы
При проведении измерений необходимо учитывать требования следующих документов:
- ГОСТ 8.332-2013 — устанавливает значения относительной спектральной световой эффективности \( V(\lambda) \) для дневного зрения, по которой должна быть скорректирована спектральная чувствительность люксметра.
- ГОСТ 8.014-72 и ГОСТ 8.023-2003 — определяют методы и средства поверки фотоэлектрических люксметров, а также государственную поверочную схему для средств измерений световых величин.
- ГОСТ 26824-2010 — содержит методы измерения яркости, которые могут применяться совместно с измерениями освещённости при комплексной оценке качества освещения.
Результаты измерений по ГОСТ 24940-2016 служат основой для проверки соответствия осветительных установок требованиям других нормативных документов в области гигиены труда, проектирования зданий и безопасности на производстве. Измерения проводят как при приёмке новых объектов, так и в процессе эксплуатации для подтверждения сохранения проектных параметров.
5. Подготовка к измерениям освещённости и КЕО
Качество и достоверность результатов измерений во многом зависят от правильной подготовки. Согласно разделу 5 ГОСТ 24940-2016 подготовительные работы включают несколько обязательных этапов.
Выбор и нанесение контрольных точек
Перед началом измерений на план помещения или освещаемого участка наносят контрольные точки с указанием расположения светильников. Это позволяет избежать ошибок при размещении прибора и обеспечивает воспроизводимость измерений при повторных проверках.
Подготовка осветительной установки при измерении искусственного освещения
- Заменить все перегоревшие лампы.
- Очистить светильники от пыли и загрязнений (если измерения проводят без предварительной подготовки, этот факт обязательно фиксируют в протоколе).
- Провести измерения после стабилизации светового потока источников света.
Особенности подготовки при измерении коэффициента естественной освещённости (КЕО)
Измерения КЕО проводят в помещениях, свободных от мебели и оборудования. Оконные проёмы должны быть чистыми и исправными. Средневзвешенный коэффициент отражения поверхностей (стен, потолка, пола) в жилых помещениях должен составлять не менее 0,5. Измерения выполняют в дни со сплошной облачностью, покрывающей весь небосвод. На период измерений искусственное освещение полностью выключают.
Измерение напряжения в сети
В начале и в конце измерений искусственного освещения необходимо измерить напряжение на щитках распределительных сетей освещения с помощью вольтметра класса точности не ниже 1,5. Полученные значения заносят в протокол. При отклонении напряжения более чем на 5 % от номинального значения в дальнейшем выполняют корректировку результатов измерений.
Проверка средств измерений
Перед работой люксметр необходимо осмотреть на отсутствие механических повреждений, проверить заряд батареи и убедиться в наличии действующего свидетельства о поверке. Прибор должен быть прогрет в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
6. Размещение контрольных точек при измерении различных видов освещённости
Правильное размещение контрольных точек — один из ключевых элементов методики по ГОСТ 24940-2016. От этого зависит, насколько объективно будут отражены фактические условия освещения.
Размещение точек при измерении минимальной освещённости в помещениях
Контрольные точки располагают:
- в центре помещения под светильниками;
- между светильниками и их рядами;
- у стен на расстоянии от 0,15L до 0,25L (но не более 1 м от стены), где L — расстояние между рядами светильников.
Для эвакуационного освещения точки размещают на полу по путям эвакуации.
Размещение точек при измерении средней освещённости
Применяют прямоугольную сетку контрольных точек. Отношение длины ячейки к ширине должно находиться в пределах от 0,5 до 2. Максимальный размер ячейки решётки рассчитывают по формуле:
\[ p = 0,2 \cdot 5^{d / d_0} \]где \( d \) — наибольший размер зоны выполнения работ или помещения, м; \( d_0 \) — базовый размер (в практике обычно принимается равным 1 м для расчёта). Максимальный шаг сетки не должен превышать 10 м. Полосу шириной 0,5 м от границ зоны или от стен исключают из измеряемой площади (кроме случаев, когда там расположены рабочие места).
Сетка контрольных точек не должна совпадать с сеткой размещения светильников. При попадании точек на крупногабаритное оборудование сетку делают более частой и исключают такие точки.
Размещение точек при измерении цилиндрической освещённости
Точки размещают равномерно по помещению под светильниками, между ними и на центральной продольной оси на высоте 1,5 м над полом и на расстоянии не менее 1,0 м от стены. Минимальное количество точек — пять.
Размещение точек при измерении средней освещённости улиц, дорог и площадей
Определяют контрольный участок, длина которого соответствует шагу между светильниками. Точки располагают равномерно на участке дорожного покрытия. Количество точек — не менее десяти. Для объектов со стандартной геометрией используют расчётные формулы, учитывающие ширину проезжей части и шаг светильников.
Размещение точек при измерении КЕО
Точки размещают на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (или пола). Первую и последнюю точки располагают на расстоянии 1 м от наружных стен и внутренних перегородок. Минимальное количество точек — пять, включая точку, в которой нормируется КЕО.
| Вид измеряемой величины | Минимальное количество точек | Высота расположения датчика | Особенности размещения |
|---|---|---|---|
| Минимальная освещённость в помещениях | Зависит от конфигурации (обычно 9–25) | На рабочей поверхности (0,8–1,0 м) | Под светильниками, между ними и у стен |
| Средняя освещённость (сетка) | По расчёту шага p | На рабочей поверхности | Прямоугольная решётка, исключение 0,5 м от границ |
| Цилиндрическая освещённость | Не менее 5 | 1,5 м над полом | Равномерно под и между светильниками |
| КЕО | Не менее 5 | На рабочей поверхности | На характерном разрезе помещения |
| Средняя освещённость улиц и дорог | Не менее 10 | На уровне дорожного покрытия | В пределах контрольного участка по шагу светильников |
При размещении точек всегда учитывают, что датчик люксметра должен быть ориентирован горизонтально (для горизонтальной освещённости) или в соответствии с методикой для цилиндрической и полуцилиндрической освещённости. Тени от оператора и посторонних предметов не должны попадать на фотоприёмник.
7. Методика проведения измерений в помещениях и на открытых территориях
После завершения подготовительных работ приступают непосредственно к измерениям. Методика проведения измерений подробно описана в разделе 6 ГОСТ 24940-2016 и зависит от вида освещения и цели контроля.
Измерение освещённости от искусственного освещения
- Измерения проводят в тёмное время суток, когда естественная освещённость составляет не более 0,1 от искусственной (или при полностью зашторенных окнах).
- Перед началом измерений убеждаются в стабилизации светового потока осветительной установки.
- На фотоприёмник люксметра не должны падать тени от оператора, мебели или посторонних предметов.
- При комбинированном освещении сначала измеряют освещённость от светильников общего освещения, затем включают местное освещение и определяют суммарное значение.
- В начале и в конце серии измерений фиксируют напряжение в сети.
Измерение цилиндрической освещённости
Цилиндрическую освещённость измеряют либо с помощью специальной насадки на люксметр, либо путём четырёх последовательных измерений вертикальной освещённости во взаимно перпендикулярных плоскостях. Результат усредняют по формуле, приведённой в разделе обработки результатов.
Измерение коэффициента естественной освещённости (КЕО)
Измерения КЕО выполняют одновременно внутри помещения и на открытой горизонтальной площадке под полностью открытым небосводом (например, на крыше здания). Искусственное освещение в помещении должно быть выключено. Результаты заносят в протокол с указанием времени измерений.
Измерение полуцилиндрической освещённости на улицах и пешеходных зонах
Применяют специальную насадку или проводят три измерения вертикальной освещённости: одно — в направлении преимущественного движения и два — в перпендикулярной плоскости. Датчик располагают на высоте 1,5 м над уровнем покрытия.
Общие правила при всех видах измерений
- Датчик люксметра ориентируют строго горизонтально (для горизонтальной освещённости) или в соответствии с методикой для цилиндрической/полуцилиндрической освещённости.
- Измерения в каждой контрольной точке выполняют не менее трёх раз с последующим усреднением (если прибор не имеет функции автоматического усреднения).
- Все результаты немедленно заносят в протокол с указанием номера точки, времени и условий измерения.
8. Обработка результатов измерений и расчёт показателей
Обработка результатов выполняется в соответствии с разделом 7 ГОСТ 24940-2016. Все расчёты проводят с использованием измеренных значений освещённости в контрольных точках.
Расчёт минимальной освещённости
Минимальную освещённость определяют как наименьшее значение из всех измеренных:
\[ E_{\min} = \min \{ E_i \} \]где \( E_i \) — значения освещённости в контрольных точках, лк.
Расчёт средней освещённости
Среднюю освещённость вычисляют по формуле среднего арифметического:
\[ E_{\text{ср}} = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} E_i \]где \( N \) — количество контрольных точек.
Расчёт цилиндрической освещённости
При измерении четырьмя вертикальными плоскостями:
\[ E_{ц} = \frac{1}{4} \sum_{i=1}^{4} E_{вi} \]где \( E_{вi} \) — значения вертикальной освещённости во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Расчёт коэффициента естественной освещённости
КЕО рассчитывают по формуле:
\[ e = \frac{E_{\text{вн}}}{E_{\text{нар}}} \times 100 \]где \( E_{\text{вн}} \) — освещённость внутри помещения, \( E_{\text{нар}} \) — наружная горизонтальная освещённость, лк.
Корректировка результатов при отклонении напряжения сети
Если напряжение отличается от номинального более чем на 5 %, фактическое значение освещённости рассчитывают по формуле:
\[ E_{\phi} = E \times \frac{U_{\text{ном}}}{U_{\text{ном}} - K (U_{\text{ном}} - U_{\text{ср}})} \]где:
- \( E \) — рассчитанное значение освещённости;
- \( U_{\text{ном}} \) — номинальное напряжение, В;
- \( U_{\text{ср}} \) — среднее напряжение за время измерений;
- \( K \) — коэффициент, зависящий от типа источников света (0 — для светодиодов с импульсными драйверами, 1–4 — для различных газоразрядных и накальных ламп).
| Показатель | Формула | Примечание |
|---|---|---|
| Минимальная освещённость | \( E_{\min} = \min \{ E_i \} \) | Прямое определение по измеренным значениям |
| Средняя освещённость | \( E_{\text{ср}} = \frac{1}{N} \sum E_i \) | Применяется для помещений и улиц |
| Цилиндрическая освещённость | \( E_{ц} = \frac{1}{4} \sum E_{вi} \) | Четыре взаимно перпендикулярные плоскости |
| КЕО | \( e = \frac{E_{\text{вн}}}{E_{\text{нар}}} \times 100 \) | Одновременные измерения внутри и снаружи |
| Коррекция на напряжение | Формула с коэффициентом K | Применяется при отклонении > 5 % |
9. Оценка соответствия результатов требованиям норм и анализ погрешностей
Полученные значения минимальной, средней и цилиндрической освещённости, а также КЕО сравнивают с проектными данными или требованиями действующих гигиенических и строительных норм. Оценку проводят по каждому нормируемому параметру отдельно.
Критерии оценки
- Минимальная освещённость должна быть не ниже нормируемого значения во всех контрольных точках.
- Средняя освещённость должна соответствовать или превышать проектное значение.
- Неравномерность освещённости (отношение минимальной к средней) не должна выходить за допустимые пределы.
- КЕО должен соответствовать требованиям для данного типа помещения и разряда зрительной работы.
Источники погрешностей измерений
| Источник погрешности | Способ минимизации |
|---|---|
| Погрешность люксметра (спектральная, нелинейность, калибровка) | Использование поверенного прибора с погрешностью ≤ 10 % |
| Неправильное размещение контрольных точек | Строгое соблюдение правил ГОСТ 24940-2016 |
| Влияние тени оператора и посторонних предметов | Правильная позиция при измерении, использование выносного датчика |
| Отклонение напряжения сети | Измерение напряжения и применение корректирующей формулы |
| Нестабильность светового потока | Выдержка времени после включения установки |
| Загрязнение датчика или светофильтра | Регулярная очистка и проверка прибора |
При значительных отклонениях результатов от проектных значений рекомендуется провести повторные измерения и анализ состояния осветительной установки (замена ламп, чистка светильников, проверка напряжения).
10. Практические рекомендации по выбору и использованию люксметра
Для профессионального выполнения измерений в соответствии с ГОСТ 24940-2016 важно правильно выбрать люксметр и соблюдать правила его эксплуатации.
Ключевые характеристики при выборе люксметра
- Диапазон измерений должен перекрывать все ожидаемые значения освещённости (от 0,1 лк для аварийного освещения до 200 000 лк и выше).
- Относительная погрешность — не более 10 % с учётом спектральной коррекции по кривой \( V(\lambda) \).
- Наличие действующего свидетельства о поверке.
- Выносной фотодатчик на кабеле — значительно повышает удобство измерений на рабочих поверхностях и в труднодоступных местах.
- Функции min/max, усреднение, фиксация показаний (HOLD) и возможность сохранения данных в памяти или передачи на ПК/смартфон.
- Автоматическая установка нуля и подсветка дисплея.
- Возможность измерения температуры окружающей среды (полезно при длительных сериях измерений).
Рекомендации по эксплуатации
- Перед каждым использованием проверяйте состояние датчика и отсутствие загрязнений на светофильтре.
- Проводите автоматическую или ручную установку нуля в начале измерений.
- При измерениях на улице защищайте прибор от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.
- Ведите подробный протокол с указанием всех условий измерений (время, напряжение, состояние светильников).
- После завершения работ сохраняйте результаты в цифровом виде для последующего анализа и сравнения с предыдущими измерениями.
- Периодически проводите поверку люксметра в аккредитованной лаборатории.
Соблюдение этих рекомендаций позволяет получать достоверные результаты, соответствующие требованиям ГОСТ 24940-2016, и эффективно контролировать качество осветительных установок на протяжении всего срока их эксплуатации.
Заключение
Точное измерение освещённости с помощью люксметра является необходимым инструментом для обеспечения безопасности, комфорта и эффективности труда в любых помещениях и на открытых территориях. Методика, изложенная в ГОСТ 24940-2016, позволяет получать воспроизводимые и юридически значимые результаты при проверке соответствия осветительных установок проектным и нормативным требованиям.
Современные цифровые люксметры с выносным датчиком, функциями регистрации данных и низкой погрешностью значительно упрощают проведение измерений по сетке контрольных точек и оформление протоколов. Если вы регулярно выполняете работы по контролю освещённости на объектах различного назначения, стоит купить надёжный профессиональный люксметр с широким диапазоном измерений и подтверждённой поверкой. Цена такого прибора полностью оправдывается высокой точностью результатов, удобством эксплуатации и возможностью длительного использования без потери метрологических характеристик.
Правильный выбор и грамотное применение средств измерений позволяют не только выполнить требования стандартов, но и существенно повысить качество создаваемой световой среды.
Материал подготовил технический директор НПП "КИПОФФ" Березин Александр Сергеевич