Освещение школьных классов и учебных аудиторий

в 12:16, , рубрики: UGR, Биотехнологии, здоровье, Здоровье гика, зрение, лампы, Научно-популярное, образование, освещение, освещенность, пульсации, свет, светильники, светодиоды, учеба, физика, цветовая температура, цветопередача, экология, яркость

Методический материал для руководств учебных заведений, сотрудников технического надзора и родительских комитетов. Будет интересен всем, кто интересуется качеством световой среды в помещениях, где он учится, работает и живет.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 1

Рис. 1. Пример параметров световой среды в классной комнате, с люминесцентными лампами не соответствующей требованиям СП 52.13330.2016 цветопередачи Ra(CRI) < 60 и с устаревшими электромагнитными ПРА, из-за которых коэффициент пульсации освещенности превышает 30 %. Использован спектрометр Uprtek mk350n и люксметр-яркомер-пульсметр ЕЛАЙТ02

Содержит требования к документально подтверждаемым и проверяемым параметрам световой среды, шаблон протокола осмотра систем освещения и рекомендации по устранению несоответствий.

1. Требования к световой среде

Световая среда — совокупность измеряемых или описываемых влияющих на человека факторов окружающей среды, связанных с освещением.

1.1. Общие требования к параметрам световой среды для классов и учебных аудиторий

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 2

1.2. Дополнительные требования к светодиодным светильникам

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 3

2. Параметры световой среды: описание и способы определения

Параметры световой среды можно измерить или проконтролировать. Несоответствие является основанием для корректирующих действий.

2.1 Средний уровень освещенности парт в соответствии с СанПиН 2.2.4.3359-16 не должен быть ниже 400 лк. Минимальная освещенность парт не должна быть ниже 90 % этой нормы.

Причиной несоответствия может быть постепенное снижение светового потока люминесцентных ламп. Если в помещении не работает более одной люминесцентной лампы, скорее всего, лампы заменяются при выходе из строя, а не по графику. В таком случае необходим приборный контроль освещенности.

Для визуального комфорта разница освещенности парт неважна, но доска должна быть освещена не хуже парт. По СП 52.13330.2016 освещенность центра доски не менее 500 лк. Часто норма не соблюдается из-за того, что для доски нет отдельного светильника. Общим освещением выполнить норму можно, увеличив количество потолочных светильников в полтора раза. Чего, конечно, не делается. И хорошо освещенные дети смотрят на плохо освещенную доску.

В вузах отдельного требования к освещенности доски нет.

Единственный способ определить освещенность — измерить люксметром из реестра средств измерений со свидетельством о поверке или сертификатом о калибровке. Люксметры, не имеющие таких документов, могут ошибаться на десятки процентов. А программы для смартфона, якобы измеряющие освещенность, ошибаются в несколько раз.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 4

Рис. 2. Светотехнический расчет школьного класса в программе Dialux

Освещенность рассчитывается с помощью программы Dialux [1] (рис. 2) или вручную [2].
Размеры, расстановка парт и даже цвет стен в учебных учреждениях определены санитарными требованиями и однотипны. Это позволяет использовать упрощенную унифицированную методику оценки средней освещенности E парт. Для этого нужно суммарный световой поток F потолочных светильников разделить на площадь класса S и дополнительно умножить на поправочный коэффициент 0,6:

$E [лк]=frac{F[лм]}{S [м^2]} cdot 0,6$

.
2.2. Коэффициент пульсации освещенности — параметр, влияющий на утомляемость зрения. Питание светильника переменным сетевым напряжением приводит к пульсациям освещенности под светильником с частотой 100 Гц. Пульсации незаметны, но затрудняют перевод и удерживание взгляда [3]. Глубина пульсаций зависит от источника питания светильника, ее можно измерить портативным люксметром-пульсметром.

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 устанавливают требования к уровню пульсаций освещенности в классных комнатах не выше 10 %; а в соответствии с ПП РФ № 1356 с 1 января 2020 года пульсации светового потока вновь приобретаемого осветительного оборудования должны быть не выше 5 %.

Коэффициент пульсаций люминесцентных ламп старого типа с электромагнитным ПРА (ЭмПРА) — 40…45 %, ламп накаливания — 10…15 %. У современных светодиодных светильников — обычно не выше 1…3 %. Однако и среди светодиодных светильников встречаются модели с упрощенным источником питания и пульсациями, не соответствующими нормам.

Высокий уровень пульсаций проявляется, когда светильник снимают на камеру смартфона (по изображению идут темные полосы), и виден на карандашном тесте (движущийся на фоне светильника карандаш, как под стробоскопом, будто замирает в некоторых положениях (рис. 3)).

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 6

Рис. 3. Уровень пульсаций 45,5 % освещенности для люминесцентного светильника с электромагнитным ПРА. И вызываемый этими пульсациями стробоскопический эффект при карандашном тесте [3].

Смартфон и карандаш — не средства измерения, результаты таких «проверок» показывают проблему, но не имеют юридической силы, однако являются достаточным основанием для измерения пульсаций с помощью прибора.

2.3. Индекс цветопередачи Ra ≥ 80 (или CRI ≥ 80) характеризует качество света, зрительный и эмоциональный комфорт. Он зависит от количества цветов радуги в спектре, определяет количество цветовых оттенков в сцене и соответствие этих оттенков тем, что видны под естественным освещением. Использование света высокой цветопередачи улучшает качество жизни, позволяет видеть больше и яснее. Использование источников света с низкой цветопередачей приводит к общему гнетущему впечатлению [4].

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 7

Рис. 4. Пример лампы с цветовым кодом в маркировке 765, что означает цветопередачу Ra = 70 и цветовую температуру КЦТ = 6500 К

CRI (color rendering index) — система индексов цветопередачи. Ra — наиболее важный общий индекс, значение которого нормируется. Правильно говорить о значении Ra, но производители светильников в паспорте часто пишут «CRI», не уточняя, что идет речь об Ra.

Для учебных классов и аудиторий СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 и СП 52.13330.2016 устанавливают норму Ra ≥ 80. Приобретение люминесцентных ламп с индексом цветопередачи менее 80 для государственных учреждений (школ, вузов, больниц и пр.) запрещает п. 2 Постановления Правительства РФ № 898 от 28 августа 2015 г., а использование светодиодных светильников с индексом цветопередачи менее 80 ограничено п. 24 Постановления Правительства РФ № 1356 от 10 ноября 2017 г.

Люминесцентные лампы и светодиодные светильники выпускаются с Ra ≥ 80, Ra ≥ 90 и даже Ra ≥ 95. Источники света с повышенной цветопередачей применяются при особенных требованиях к качеству света, к примеру в школьной художественной студии.

Наблюдения за тем, как выглядит, к примеру, кожа ладони под дневным светом и искусственным освещением, позволяют «на глаз» отличать свет с низкой и высокой цветопередачей. Но этот метод неточен. Значение цветопередачи можно определить только с помощью спектрометра.

2.4. Коррелированная цветовая температура (КЦТ), или цветовая температура, не выше 4000 К —важное требование. Холодный белый (т. е. с синим оттенком) свет цветовых температур 5000, 6000, 6500 К и т. д., особенно при низкой цветопередаче и освещенности, воспринимается как синюшный или «слепой» свет. А избыточное содержание синей компоненты в спектре вызывает нарекания у специалистов по нарушениям сна.

Теплый (т. е. с желтым оттенком) свет цветовой температуры 2700 или 3000 К допускается, но нравится не всем, так как кажется недостаточно ярким. Теплый свет целесообразно использовать вечером, но утром и днем при недостаточном уровне естественного освещения провоцирует сонливость и снижение работоспособности.

Не все предпочитают выраженно теплый или холодный свет. Нейтральный белый свет без синего или желтого оттенка с цветовой температурой 4000 К — обоснованный компромисс, устраивающий большинство. Это значение указывалось в рекомендациях гигиенистов, на основе которых составлялись нормативные документы. Свет этой цветовой температуры чаще других используют в общественных помещениях.

4000 К — типовое округленное значение, которому по ГОСТ Р 54350-2015 «Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний» соответствует диапазон 3710…4260 К. Этот допуск обоснован естественным разбросом параметров источников и разницей температуры света, идущего от светильника под разными углами. Поэтому если в паспорте указано 4000 К, а прямой замер спектрометром показывает, к примеру, 4100 К — несоответствия нет. Для сравнения с нормативом необходимо округлить значение КЦТ 4100 К до 4000 К и уже округленное значение должно соответствовать условию «не выше 4000 К».

Необходимо отметить, что требование к цветовой температуре не выше 4000 К устанавливается только для светодиодных светильников письмом Роспотребнадзора № 01/11157-12-32. Для люминесцентных светильников таких ограничений закон не устанавливает.

Так как устанавливается не конкретное значение цветовой температуры, а диапазон, возможно использование осветительных приборов с автоматически изменяемой цветовой температурой в течение суток.

2.5. Условный защитный угол светодиодных светильников не менее 90° означает запрет потолочных светильников, в которых видны не закрытые рассеивателем светодиоды.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 8

Рис. 5. Слева направо: рассеиватель из матового пластика; из прозрачного пластика с призматическим тиснением; из прозрачного пластика с тиснением «колотый лед»

Рассеиватели из прозрачного пластика с тиснением в виде призм, «колотого льда», шагрени и пр. в некоторых случаях недостаточно снижают неприятную яркость светодиодов. Потолочные светильники с такими рассеивателями светят преимущественно под себя, в результате чего свет в помещении идет сверху вниз, создавая тягостное впечатление «как в колодце».

Рассеиватели из светорассеивающего пластика — матовые (диффузные, опаловые или молочные), обеспечивают больший зрительный комфорт, равномернее освещают рабочие поверхности и лучше освещают вертикальные поверхности. При выборе нового оборудования целесообразно выбирать матовые рассеиватели.

2.6. Габаритная яркость светодиодных светильников не выше 5000 кд/м2 — условие, позволяющее смотреть на светильник без визуального дискомфорта. Такая яркость по порядку величины соответствует видимой изнутри помещения яркости оконного проема в солнечный день.

Для потолочных светильников с рассеивателем из матового пластика размерами 600 × 600 мм или 300 × 1200 мм габаритная яркость не превышает допустимые 5000 кд/м2, если световой поток не превышает 5000 лм. Этому требованию удовлетворяют почти все подобные светильники.

2.7. Условие неравномерности яркости светодиодных светильников Lmax:Lmin не более 5:1 является требованием использовать рассеиватель, за которым не видно неприятно ярких светодиодов.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 9

Рис. 6. Светодиодный светильник и измерение неравномерности его яркости. Яркость измерена дистанционным яркомером LMK Mobile Advanced

Даже если ряды светодиодов через рассеиватель видны, но рассеиватель изготовлен из матового или опалового пластика, однородность яркости обычно соответствует требуемой.

Контраст яркостей на улице в солнечный день многократно превышает 5:1 и не является большой проблемой. Поэтому если пятна яркости на рассеивателе светодиодного светильника визуально не кажутся значительно ярче светящейся трубки люминесцентной лампы, то и беспокоиться об этом не следует.

2.8. Объединенный показатель дискомфорта UGR характеризует, как много светильников, вызывающих дискомфорт своей яркостью, находится в поле зрения ребенка. Самое большое значение UGR обычно для задних парт в больших классах.

UGR проверяется расчетом в специализированных программах, таких как Dialux, и не может быть проверен после установки светильников в классе.

Если проанализировать требования к расстановке парт и размерам класса из СанПиН 2.4.2.2821-10, окажется, что наиболее неблагоприятный для величины UGR случай — длинный класс с максимальным допустимым расстоянием от дальней парты до доски 8,6 м и тремя рядами двойных парт. На рис. 8 показан расчет UGR в таком классе, освещенном светильниками с довольно большим световым потоком 3600 лм и матовыми рассеивателями. Даже на последних рядах UGR не превысил максимально допустимое значение UGR = 19 из имеющего рекомендательный характер ГОСТ Р 55710-2013 и тем более соответствует требованию UGR ≤ 21 из обязательного к применению СП 52.13330.2016.

В маленьких классах с менее яркими светильниками или с другими типами рассеивателей UGR будет еще меньше. Расчет для худших условий показывает, что нет необходимости рассчитывать UGR для остальных классов, в которых он будет принимать еще меньшие, заведомо соответствующие норме значения.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 10

Рис. 7. Расчет UGR для наиболее неблагоприятного случая в программе Dialux. UGR меняется от UGR = 12 на передних рядах до UGR = 18 для учеников на задней парте по центру, в поле зрения которых одновременно находится максимальное количество светильников

3. Что учесть при замене осветительного оборудования

3.1. Модернизация люминесцентных светильников

Недостаточная освещенность и низкая цветопередача исправляются заменой ламп. Предпочтительный цветовой код новых ламп — 840 (что означает Ra ≥ 80, КЦТ = 4000 К) или, если желательна повышенная цветопередача, 940.

Высокий коэффициент пульсаций светового потока исправляется заменой в люминесцентных светильниках электромагнитных ПРА (дросселей) на электронные, которые обеспечивают минимальные пульсации.

3.2. Замена люминесцентных светильников на светодиодные

О возможности использования светодиодных светильников в школах и вузах указано в письмах Роспотребнадзора № 01/11157-12-32 от 01.10.2012 «Об организации санитарного надзора за использованием энергосберегающих источников света» и № 01/6110-17-32 от 17.05.2017 «О возможности использования светодиодного освещения».

Светодиодный светильник при том же световом потоке потребляет минимум вдвое, а обычно втрое меньше электроэнергии, чем люминесцентный старого типа с электромагнитным ПРА. А параметры световой среды получаются не хуже, чем при использовании современных светильников с электронными ПРА и хорошими люминесцентными лампами.

Без ремонта потолка квадратные люминесцентные светильники легко заменяются на квадратные светодиодные, а вытянутые — на вытянутые.

3.3. Сертификация

Все светильники обязаны пройти сертификацию на соответствие требованиям ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств» либо декларировать такое соответствие. Копия сертификата или декларации соответствия предоставляется производителем и должна храниться вместе с паспортами на светильники. Действительность сертификата проверяется в едином реестре сертификатов соответствия Федеральной службы по аккредитации по адресу 188.254.71.82/rss_ts_pub, действительность декларации проверяется по адресу pub.fsa.gov.ru/rds/declaration. Свидетельством того, что при сертификации светильники действительно проходили необходимые испытания, являются копии протоколов испытаний.

Наличие таких документов означает, что светильник не «ударит током» и что работа светильников в здании не помешает работе чувствительной к сетевым помехам техники.

С 2021 года вступает в силу технический регламент ТР ЕАЭС 048/2019 «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств», по которому устанавливаются обязательные требования светоотдачи (энергоэффективности), качества света (индекс цветопередачи) и ряд других эксплуатационных параметров. Сертификация по данным требованиям будет производиться на основании протоколов испытаний в фотометрических лабораториях.

Также есть добровольные (необязательные) формы сертификатов и заключений, подтверждающих что светильники «пахнут», «звучат» или «стимулируют развитие микрофлоры». К качеству, безопасности или эффективности освещения эти бумаги отношения не имеют.

В настоящее время не существует систем сертификации, подтверждающих, что светильник рекомендован для учебных заведений. Никто не вправе выставлять такие требования или давать такие рекомендации.

3.4. Требования к светильникам

Чтобы параметры световой среды в классе соответствовали установленным законом требованиям и не поступало обоснованных жалоб на «плохое освещение», светильник должен соответствовать следующим условиям:

  1. Индекс цветопередачи: Ra ≥ 80 или CRI ≥ 80.
  2. Коэффициент пульсации освещенности (или светового потока): Кп ≤ 5 %.
  3. Коррелированная цветовая температура: КЦТ = 4000 К, или КЦТ менее 4000 К, или КЦТ, изменяемая в течение суток.
  4. Тип рассеивателя: матовый (или опаловый).
  5. Условный защитный угол: не менее 90° (т. е. не видно открытых светодиодов).
  6. Габаритная яркость: не более 5000 кд/м2.
  7. Неравномерность яркости выходного отверстия Lmax:Lmin не более 5:1.

Для светодиодного светильника обязательно выполнение всех требований, для люминесцентного светильника обязательны пункты 1 и 2 и желательно выполнение пункта 3.

Желательно, чтобы необходимые параметры указывались в паспорте светильника, так как паспорт является документальным подтверждением соответствия нормативам и при выявленном несоответствии позволяет требовать гарантийной замены оборудования.

3.5. Необходимое количество светильников

При установке новых светильников на места старых «один в один» освещенность не уменьшится, если световой поток новых светильников не ниже светового потока старых.

Если количество светильников меняется, необходимое количество новых светильников для достижения освещенности на партах не менее 400 лк можно определить по методике из п. 2.1.
Важное значение имеет эффективность, или световая отдача, светильника. Нельзя добиваться нужной освещенности, используя большое количество низкоэффективных светильников. В проекте межгосударственного стандарта ГОСТ 32498—20хх «Методы определения показателей энергетической эффективности искусственного освещения помещений» приводится требование к удельной установленной мощности ω, равной отношению суммарной мощности светильников в помещении P к его площади S:

$ω=frac{P}{S} [Вт/м^2]$

В классных комнатах и аудиториях при использовании светильников с люминесцентными лампами удельная установленная мощность не должна превышать 13 Вт/м2, а при использовании светодиодных светильников — 8 Вт/м2.

ПП РФ №1356 устанавливает с 1 января 2020 года требование к типичным школьным светодиодным светильникам с матовым рассеивателем — иметь световую отдачу не менее 105 лм/Вт. Этого значения с небольшим запасом достаточно, чтобы соблюсти требования и по указанной выше установленной мощности, и по освещенности.

3.6. Экономическая целесообразность замены светильников на светодиодные

Требование к установленной мощности при использовании люминесцентных светильников не более 13 Вт/м2 выполнимо только при использовании современных светильников, сопоставимых по стоимости со светодиодными. При этом, учитывая, что световая отдача светодиодных светильников все равно выше, целесообразно выбирать их.

Выбирая, оставить люминесцентные светильники старого типа или поставить светодиодные с меньшим энергопотреблением, нужно сравнить разницу цен на оборудование со стоимостью сэкономленной электроэнергии за предполагаемый срок службы.

Потребляемую за год электроэнергию Wгод можно рассчитать по формуле:

$W_{год}=frac{P cdot t_{год}}{1000} [кВт cdot ч]$

где P — суммарная мощность всех светильников в ваттах, tгод — время работы светильников за год в часах. По данным из проекта ГОСТ 32498—20хх, при 2-сменном режиме школы наработка tгод за год составляет 2250 часов.

При разнице энергопотребления в два раза и разумном сроке окупаемости светильников 3…5 лет стоимость замены может оказаться оправдана.

4. Юридические и этические аспекты

Проверить характеристики установленных светильников, а также создаваемую ими освещенность можно в темное время суток с помощью портативных приборов: люксметра, пульсметра и спектрометра. Протокол измерений имеет юридическую значимость, если приборы внесены в реестр средств измерений и имеют действующие свидетельства о поверке или калибровке.
В любом регионе есть представительства светотехнических компаний и лабораторий, которые по запросу пришлют в школу представителя с поверенными измерительными приборами.
Если люксметра, пульсметра и спектрометра найти не удалось, большинство параметров осветительной системы можно проверить на основании данных из паспортов светодиодных светильников и цветового кода в маркировке люминесцентных ламп.

Паспорта светильников, сертификаты соответствия и копии протоколов, на основе которых сертификаты выписаны, хранятся у завхоза или в бухгалтерии и могут быть затребованы для ознакомления. В паспортах должны быть приведены необходимые для составления протокола осмотра осветительной системы параметры. Дополнительным документом, иногда предоставляемым производителем, является протокол светотехнических испытаний светильника, подтверждающий указанные в паспорте характеристики. Этот комплект документов важен тем, что определяет ответственность производителя.

Выявленное несоответствие фактических, полученных измерениями, значений заявленным в паспортах светильников является основанием для гарантийной замены оборудования. Если производитель от ответственности отказывается, необходимо обратиться в Роспотребнадзор.
Если необходимые для соответствия санитарным нормам параметры в паспорте светодиодного светильника не указаны или указаны и не соответствуют нормативам, ответственность за несоответствие несет подписавший приказ о закупке.

Школа, возможно, не позволит представителям родительского комитета провести осмотр осветительной системы и не предоставит для ознакомления паспорта светильников, тем более для составления протокола. Но предложение родительского комитета такое обследование провести, несомненно, приведет к тому, что школа проведет обследование сама или закажет экспертизу. Что, в свою очередь, приведет к выявлению и устранению проблем.

Важно то, что определение несоответствия освещения нормативам не вызывает и не обостряет противостояния родители — школа, но направляет уже существующие отношения в конструктивное русло. Любые обстоятельства можно обсудить и решить ко всеобщему удовлетворению.

Если изменить не получается совсем ничего, можно согласиться с тем, что рано или поздно проведут капитальный ремонт здания и у следующего поколения учащихся освещение будет хорошим. А этому поколению вдобавок к высокой учебной нагрузке, чрезмерному использованию смартфонов и недостаточности прогулок придется пережить и низкое качество освещения.

5. Шаблон протокола осмотра осветительной системы

Пошаговое заполнение протокола осмотра позволяет найти проблемы осветительной системы и сделать однозначный вывод о необходимых мерах.

Если измерить некоторые параметры нет возможности, но расчет или экспресс-оценка показывают соответствие нормам, в протоколе отмечается, что претензий к этим параметрам нет. Результат оценки юридически не значим, но отсутствие претензий — значимо.

Освещение школьных классов и учебных аудиторий - 13

Рис. 6. Шаблон протокола осмотра. Ссылка на файл: yadi.sk/i/kVk2OAcyXMMFKw

Авторы, благодарности и список литературы

Авторы

Марина Ивановна Васильева, disano@mail.ru; руководитель светотехнического отдела ООО «Арлайт Рус» Александр Дмитриевич Гончаров, Alexander_G_@mail.ru; Анна Вячеславовна Кистенева, anna.kisteneva@rambler.ru; главный конструктор ООО «Комплексные Системы» Станислав Александрович Лермонтов, gades2000@mail.ru; Андрей Алексеевич Храмов, xa2@mail.ru; международный консультант по энергоэффективности Программы развития ООН Анатолий Сергеевич Шевченко, eneff@yandex.ru.

Под редакцией Антона Сергеевича Шаракшанэ, к. ф.-м. н., МГМУ им. И. М. Сеченова, ИРЭ РАН, iva2000@gmail.com

Данный документ имеет статус препринта, и опубликован для публичного обсуждения со всеми заинтересованными лицами и организациями.

Редакция v2.5 от 2020.01.28, лицензия: cc by

Благодарности

За помощь в работе выражаем благодарность родителям школьников Ивану и Светлане Черновым, Марии и Павлу Ярыкиным, Вадиму Григорову, главе представительства компании ERCO в России Роману Мильштейну, инженеру Владиславу Лямину.

Литература

[1] Лермонтов С. А. (2016). Освещение школьных и дошкольных учреждений глазами наивного дилетанта. Энергосовет. № 3 (45). www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=609
[2] Гончаров A. Д., Туев В. И. (2017). Универсальный метод расчета коэффициента использования светового потока осветительных приборов. Доклады ТУСУРа. Т. 20, № 2. journal.tusur.ru/ru/arhiv/2-2017/universalnyy-metod-rascheta-koeffitsienta-ispolzovaniya-svetovogo-potoka-osvetitelnyh-priborov
[3] Шаракшанэ А. С., Мамаев С. В., Нотфуллин Р. Ш., Порубов А. В. (2017). Фактические значения пульсации освещенности, создаваемой современными источниками света. Оптический журнал. opticjourn.ru/vipuski/1470-opticheskij-zhurnal-tom-84-01-2017.html
[4] (2015) Свет в нашей жизни. Минэнерго РФ minenergo.gov.ru/sites/default/files/texts/481/3679/Svet_v_Nashei_Zhizni_v3.5.pdf

Автор: iva2000

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js