第5讲(第四章)工业照明与视觉保护

1、第五讲（第四章）工业照明与视觉保护主讲人：李晓伟主讲人：李晓伟安全学院安全学院本章内容本章内容n1. 照明研究现状照明研究现状一方面：建筑照明研究，是建筑工程的一个分支；一方面：建筑照明研究，是建筑工程的一个分支；另一方面：劳动管理、工业卫生、人机工程学等，另一方面：劳动管理、工业卫生、人机工程学等，目的各不相同；目的各不相同；工业卫生学研究的照明称为工业卫生学研究的照明称为卫生学照明卫生学照明；完善建筑功能，满足生产生活需要，完善建筑功能，满足生产生活需要，也考虑经济、美观等；也考虑经济、美观等；照明条件对生产工人生理和心理的影响；照明条件对生产工人生理和心理的影响；如何改善视觉条件，减少由

2、于照明不良而如何改善视觉条件，减少由于照明不良而造成的事故和差错；造成的事故和差错；保障工人身体健康和安全生产保障工人身体健康和安全生产n2. 照明研究的意义照明研究的意义人通过视觉从外界获得约人通过视觉从外界获得约75758080的信息；的信息；光是人们通过视觉来认识世界的媒介，也是人类光是人们通过视觉来认识世界的媒介，也是人类社会不可缺少的基本能量之一；社会不可缺少的基本能量之一；照明条件与获得信息的效率和质量有密切关系；照明条件与获得信息的效率和质量有密切关系；设计良好的照明，在劳动卫生和经济效益上都有设计良好的照明，在劳动卫生和经济效益上都有着重要意义；着重要意义；5.2.1 5.2.

3、1 光学基本知识光学基本知识n1、光的本质、光的本质光是一种特殊频段的电磁辐射波；光是一种特殊频段的电磁辐射波；可见光波可见光波只有波长在只有波长在380nm380nm至至780nm780nm的这部分辐射的这部分辐射才能刺激人的视觉系统引起光的感觉；才能刺激人的视觉系统引起光的感觉；2 2、波长与颜色、波长与颜色n在可见光范围内，在可见光范围内，不同波长不同波长的光在视觉上引起不同的颜的光在视觉上引起不同的颜色感觉，色感觉，这是光在视觉反应这是光在视觉反应上的一个重要特征上的一个重要特征；如波长为如波长为700nm700nm左右的光左右的光呈红色，呈红色，580nm580nm左右的呈左右的呈黄

4、色，黄色，470nm470nm左右的呈蓝左右的呈蓝色等；色等；n单一波长的光表现为一种颜色单一波长的光表现为一种颜色单色光单色光；n日光和灯光等常见光都是由不同波长的光混合而成日光和灯光等常见光都是由不同波长的光混合而成复复色光色光；n复色光的颜色？复色光的颜色？蜡烛光、日光灯、路蜡烛光、日光灯、路灯灯光谱分布不同光谱分布不同2 2、波长与颜色、波长与颜色3 3、光效率函数曲线、光效率函数曲线n光在视觉反应上的另一重要特征：光在视觉反应上的另一重要特征：辐射功率相同但波长不辐射功率相同但波长不同的各种单色光引起人眼的视觉感受也不一样同的各种单色光引起人眼的视觉感受也不一样；即不同波长的电磁波，

5、从物理量转化为感觉量的比例即不同波长的电磁波，从物理量转化为感觉量的比例（效率）是不一样的；（效率）是不一样的；Eg：红外线、紫外线不管辐射量有多大，我们几乎都红外线、紫外线不管辐射量有多大，我们几乎都看不到，我们称其转化效率为零；看不到，我们称其转化效率为零；n实验发现：实验发现：明亮的环境中，明亮的环境中，黄绿光黄绿光最敏感最敏感555nm明视觉明视觉曲线曲线；昏暗的环境中，昏暗的环境中，蓝绿光蓝绿光最敏感最敏感507nm暗视觉曲线暗视觉曲线；明视觉明视觉曲线曲线暗视觉暗视觉曲线曲线光效率光效率函数函数人眼对波长为人眼对波长为555nm555nm的黄绿光最敏感的黄绿光最敏感该波长的光该波长

6、的光转化效率最高转化效率最高记为：记为：V V（555555）1 1；其它波长的光：其它波长的光：V V（）11；其它波长的单色光，要想使人眼获得相同的视其它波长的单色光，要想使人眼获得相同的视觉反应，觉反应，则其则其辐射功率就要相应大些辐射功率就要相应大些；（转化效率（转化效率低）低）n视觉器官视觉器官是一个能将光的刺激变为主观视觉的复杂的光是一个能将光的刺激变为主观视觉的复杂的光的感受系统；的感受系统；组成：组成：o眼睛眼睛( (眼球眼球)感光部分；感光部分；o内导视神经纤维内导视神经纤维传输信号部分；传输信号部分；o视神经中枢视神经中枢加工合成部分；加工合成部分；n两种感光细胞：锥体两种

7、感光细胞：锥体 & 杆体杆体5.2.2 5.2.2 视觉器官视觉器官n视野的概念及其应用：视野的概念及其应用：视野视野头和眼睛不动的时候，视觉能观察到的全头和眼睛不动的时候，视觉能观察到的全部空间范围；部空间范围；o两眼的综合视野，在垂直方向的角度约为两眼的综合视野，在垂直方向的角度约为130130，在水平方向约在水平方向约180180；o即人的眼睛在同一时刻内能清晰分辨的观察范围即人的眼睛在同一时刻内能清晰分辨的观察范围是很小的；是很小的； 应用：应用：在某些设计工作中在某些设计工作中(如控制室仪表盘的布置如控制室仪表盘的布置)，应充分考虑到眼睛的应充分考虑到眼睛的这个这个生理特点；

8、生理特点；5.2.2 5.2.2 视觉器官视觉器官眼睛对光环境的适应能力；眼睛对光环境的适应能力；辨认物体细节的能力；辨认物体细节的能力；辨认对比的能力；辨认对比的能力；视觉感受速度视觉感受速度5.2.3 5.2.3 视觉特性与视觉功能视觉特性与视觉功能主要内容：主要内容：1 1、眼睛对光环境的适应能力、眼睛对光环境的适应能力适应与调节适应与调节n适应适应视觉顺应环境亮度变化的能力；视觉顺应环境亮度变化的能力；暗适应：暗适应：明明暗，锥暗，锥杆，慢，杆，慢，303060min60min，瞳孔放大；，瞳孔放大；（易发生事故）（易发生事故）明适应：明适应：暗暗明，杆明，杆锥，快，几几十秒，瞳孔缩小

9、；锥，快，几几十秒，瞳孔缩小；n明暗适应太频繁容易加快眼睛疲劳，使视力迅速下降，同明暗适应太频繁容易加快眼睛疲劳，使视力迅速下降，同时易对生产安全造成不利影响；时易对生产安全造成不利影响；n调节调节视觉适应观察距离变化的能力；视觉适应观察距离变化的能力； 调节与适应不同，经常变换观察距离的远近能使眼睛免于疲调节与适应不同，经常变换观察距离的远近能使眼睛免于疲劳或减少疲劳；劳或减少疲劳；5.2.3 5.2.3 视觉特性与视觉功能视觉特性与视觉功能2 2、辨认物体细节的能力、辨认物体细节的能力视觉敏锐度视觉敏锐度n视觉敏锐度视觉敏锐度医学上规定眼睛能分辨的最小医学上规定眼睛能分辨的最小( (临界临

10、界) )视角视角的倒数值；的倒数值；旧视力标准中所说的视力；旧视力标准中所说的视力；因人而异，如果观察者能够在因人而异，如果观察者能够在5m5m远处正确地辨认出细节远处正确地辨认出细节单位为单位为1.46mm1.46mm的视标的开口方向，由公式的视标的开口方向，由公式4 41 1就可算出就可算出他有辨别他有辨别1 1分视角的能力，则他的视力就是分视角的能力，则他的视力就是1(1(旧标准旧标准) )；若仅能辨别若仅能辨别2 2分视角，则视力为分视角，则视力为0.50.5，余此类推；，余此类推；自自19901990年年5 5月月1 1日起，我国采用对数视力表，其关系为：日起，我国采用对数视力表，其

11、关系为：LL对数视力；对数视力；VV旧视力；旧视力；5.2.3 5.2.3 视觉特性与视觉功能视觉特性与视觉功能3 3、辨认对比的能力、辨认对比的能力对比灵敏度对比灵敏度n任何视觉对象都有它的背景，对象和背景在亮度和颜色上的任何视觉对象都有它的背景，对象和背景在亮度和颜色上的差别，是视觉认知世界的基本条件；差别，是视觉认知世界的基本条件；n亮度对比亮度对比 & & 颜色对比颜色对比n亮度对比（亮度对比（C C值）值）用背景与对象的亮度差的相对值来表用背景与对象的亮度差的相对值来表示；示；n人眼刚刚能辨别对象与背景的最小亮度差叫做人眼刚刚能辨别对象与背景的最小亮度差叫做临界亮度差

12、临界亮度差LcLc，临界亮度差与背景亮度之比叫做临界亮度差与背景亮度之比叫做临界对比临界对比CcCc；5.2.3 5.2.3 视觉特性与视觉功能视觉特性与视觉功能n临界对比临界对比C Cc c的倒数可以用来评价人眼辨别最小对比的能的倒数可以用来评价人眼辨别最小对比的能力力对比灵敏度；对比灵敏度；视力好的人临界对比约为视力好的人临界对比约为0.010.01，也就是说，对比灵敏度，也就是说，对比灵敏度达到达到100100；对某个人来说，对比灵敏度并非常数，而是随着照明条对某个人来说，对比灵敏度并非常数，而是随着照明条件和眼的适应情况而变化的；件和眼的适应情况而变化的；5.2.3 5.2.3 视觉特

13、性与视觉功能视觉特性与视觉功能4 4、视觉感受速度、视觉感受速度n光线从作用于视网膜开始到形成视觉印象，需要一定的光线从作用于视网膜开始到形成视觉印象，需要一定的时间，这是生理上要完成许多复杂的过程所需要的；时间，这是生理上要完成许多复杂的过程所需要的；n定义：定义：从从“看看”到到“看到看到”所必须的最小时间所必须的最小时间t t的倒数称的倒数称为为视觉感受速度；视觉感受速度；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n1 1、颜色本质、颜色本质人的视觉器官对不同波长的光的一种主人的视觉器官对不同波长的光的一种主观感受；观感受；光源、物体的表面色；光源、物体的表面色；我们所看到的物体的颜色，是

14、在照明条件下物体的一我们所看到的物体的颜色，是在照明条件下物体的一个固有属性；个固有属性；一张红纸我们之所以看成是红的，是因为它只反射出一张红纸我们之所以看成是红的，是因为它只反射出640640780nm780nm波长的光，而将其余波长的光吸收掉，所波长的光，而将其余波长的光吸收掉，所以就引起红色感觉；以就引起红色感觉；n色盲色盲 颜色感受存在盲区者：占颜色感受存在盲区者：占8.5 男男8，女，女0.5 以以红（红（700nm）、绿（绿（510nm）色盲为主色盲为主 蓝、黄色盲次之，极少数为全色盲；蓝、黄色盲次之，极少数为全色盲；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉2 2、颜色的基本特征和

15、表示方法、颜色的基本特征和表示方法n人眼对光的感觉可分为人眼对光的感觉可分为非彩色非彩色和和彩色彩色两大类；两大类；非彩色非彩色黑色、白色以及各种深浅不同的灰色所组黑色、白色以及各种深浅不同的灰色所组成的黑白系列；成的黑白系列；彩色彩色黑白系列以外的各种颜色；黑白系列以外的各种颜色；n如何表述颜色？如何表述颜色？和声音的三要素类似，颜色也可用和声音的三要素类似，颜色也可用色调色调、明度明度和和彩度彩度三个基本特征来表示，称三个基本特征来表示，称颜色三要素；颜色三要素；颜颜色色5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n色调色调是颜色彼此相互区分的主要特征，也是人们识别颜色是颜色彼此相互区分的主要

16、特征，也是人们识别颜色的主要标志；的主要标志；取决于光的波长，取决于光的波长，即一定波长的光在视觉上的表现；即一定波长的光在视觉上的表现；o太阳光谱上的色调，再加上太阳光谱上的色调，再加上紫红系列紫红系列( (这是太阳光谱这是太阳光谱中所没有的色调中所没有的色调) )，可以包括自然界的所有色调；，可以包括自然界的所有色调；o在太阳光谱上，波长大约变化在太阳光谱上，波长大约变化2nm2nm，人就能分辩出色，人就能分辩出色调的差别来，所以调的差别来，所以人眼大约能分辨出人眼大约能分辨出160160种色调；种色调；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n明度明度颜色的亮度特性，是表示物体表面反射光

17、线的能颜色的亮度特性，是表示物体表面反射光线的能力（可用反射率力（可用反射率表示）；表示）；明度越大的颜色，反射的光线越多；明度越大的颜色，反射的光线越多；o纯白色明度（纯白色明度（100100）最大，可反射）最大，可反射100100的的光线，而纯黑色则完全不反射光线；光线，而纯黑色则完全不反射光线；色调相同的颜色可由明度的差异而互相区别；色调相同的颜色可由明度的差异而互相区别；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n彩度彩度饱和度，是指颜色的纯洁程度，即波长范围越窄颜色越饱和度，是指颜色的纯洁程度，即波长范围越窄颜色越纯；纯；光的颜色完全饱和是很少见的，只有纯光谱的颜色才光的颜色完全饱和是

18、很少见的，只有纯光谱的颜色才接近饱和，彩度最大；接近饱和，彩度最大；o色调相同或相近的颜色，可由彩度加以区分色调相同或相近的颜色，可由彩度加以区分, ,如西如西红柿和玫瑰花；红柿和玫瑰花；n颜色具有的这些特征，大大提高了人们识别物体的能力，颜色具有的这些特征，大大提高了人们识别物体的能力，有助于改善视觉条件；有助于改善视觉条件； 5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n为了方便的表述各种颜色，目为了方便的表述各种颜色，目前国际上广泛采用前国际上广泛采用孟塞尔孟塞尔(A(AH HMunsell)Munsell)所创立的颜所创立的颜色系统；色系统；它是以色调它是以色调(H)(H)、明度、明度(V

19、)(V)和彩度和彩度(C)(C)三个要素配以数三个要素配以数字标号，并根据颜色的视字标号，并根据颜色的视觉特点所制定的颜色分类觉特点所制定的颜色分类和标定系统；和标定系统；n立体模型立体模型5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉3 3、颜色的视觉特性、颜色的视觉特性n（1 1）颜色对比）颜色对比颜色对比包括明度对比、色调对比和彩度对比；颜色对比包括明度对比、色调对比和彩度对比；颜色对比遵守颜色对比遵守明视度顺序明视度顺序，利用这个规律可以突出各，利用这个规律可以突出各种颜色的作用效果；种颜色的作用效果；o如在黑色背景上黄色最显眼；如在黑色背景上黄色最显眼；o在白色背景上黑色最显眼，其次是红、

20、紫等颜色；在白色背景上黑色最显眼，其次是红、紫等颜色；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n（2 2）颜色适应）颜色适应颜色适应颜色适应人的眼睛受某种单一颜色长时间刺激后造成的人的眼睛受某种单一颜色长时间刺激后造成的颜色视觉变化；颜色视觉变化；表现在：表现在：对色调微小变化的分辨能力将下降；对色调微小变化的分辨能力将下降；当眼睛对某一颜色光适应以后再去观察另一颜色时，后者当眼睛对某一颜色光适应以后再去观察另一颜色时，后者将带上前者的补色成分；将带上前者的补色成分；颜色适应对视觉是不利的，容易造成判断和操作失误；颜色适应对视觉是不利的，容易造成判断和操

21、作失误；指导：工作场所的视野中，不应当只有一种色调指导：工作场所的视野中，不应当只有一种色调；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n 眼睛注视大面积红色一段时间。眼睛注视大面积红色一段时间。 n再看黄色，此时黄色会带有青绿色。再看黄色，此时黄色会带有青绿色。4 4、三原色学说和颜色的光学混合定律、三原色学说和颜色的光学混合定律n光谱上的全部颜色可以用光谱上的全部颜色可以用红、绿、蓝红、绿、蓝三种纯光谱波长的光三种纯光谱波长的光按不同比例相混合而正确地模拟按不同比例相混合而正确地模拟三原色学说三原色学说；该学说认为锥体细胞含红、绿、蓝三种反应色素，它们该学说认为锥体细胞含红、绿、蓝三种反应色

22、素，它们分别对不同波长的光发生反应；分别对不同波长的光发生反应；视觉神经中枢综合三种刺激的相对强度而产生一种颜色视觉神经中枢综合三种刺激的相对强度而产生一种颜色感觉；感觉；三种刺激的相对强度不同时，产生不同的颜色感觉；三种刺激的相对强度不同时，产生不同的颜色感觉；n颜色的光学混合定律颜色的光学混合定律(1)(1)补色律；补色律；(2)(2)中间色律；中间色律；(3)(3)代替色律；代替色律；5.2.4 5.2.4 颜色视觉颜色视觉n光通量光通量、光强光强、照度照度和和亮度亮度；5.3.1 5.3.1 光通量光通量n定义：定义：光源发出的辐射通量中光源发出的辐射通量中能产生光感觉的那部分能产生光

23、感觉的那部分辐射能流辐射能流；即光通量是按照人眼视觉特征来评价的辐射通量；即光通量是按照人眼视觉特征来评价的辐射通量；光通量与辐射通量之间关系：光通量与辐射通量之间关系：FF光通量，流明（光通量，流明（lmlm）；）；波长为波长为的单色辐射通量，的单色辐射通量，W W；V()V()国际标准明视觉光谱光效率函数；国际标准明视觉光谱光效率函数；KmKm最大光谱光效率，最大光谱光效率，683 lm/W683 lm/W；5.3.2 5.3.2 光强光强n即发光强度，它表示光源在一定方向上光通量的即发光强度，它表示光源在一定方向上光通量的空间密度空间密度，即光通量在空间的分布情况；即光通量在空间的分布情

24、况；单位为坎德拉单位为坎德拉(candela)(candela)，符号，符号cdcd；n立体角立体角定义一个球面度的立体角定义一个球面度的立体角等于在半径为等于在半径为R R的球表面上面积等于的球表面上面积等于R R2 2的的球面所对的球心角，即球面所对的球心角，即S SR R2 2；球的总表面积为球的总表面积为4R4R2 2，所以立体，所以立体角的最大值为角的最大值为4sr4sr；n光强的定义（即光强与光通量的关系）：光强的定义（即光强与光通量的关系）：如果一个点光源向周围空间均匀发光，则其光强为：如果一个点光源向周围空间均匀发光，则其光强为： 这里这里F F为光源发出的总光通量，为光源发出

25、的总光通量， 光源在所有方向上发光强度相等；光源在所有方向上发光强度相等；如果光源在有限立体角如果光源在有限立体角内发出的光通量内发出的光通量F F是均匀分布的，是均匀分布的，则在该方向上的光强为：则在该方向上的光强为：实际上，对于大多数光源都不是均匀发光的，实际上，对于大多数光源都不是均匀发光的，在任一给定在任一给定方向的发光强度方向的发光强度I I是该光源在这一方向上立体角元是该光源在这一方向上立体角元dd内发射内发射的光通量的光通量dFdF与该立体角元之比，即：与该立体角元之比，即：例如：一只例如：一只40W40W白炽灯，不用灯罩时，其正下方的发光强白炽灯，不用灯罩时，其正下方的发光强度

26、约为度约为30cd30cd；若装上一白色反光灯罩时，则灯下方的发光强度能提高到若装上一白色反光灯罩时，则灯下方的发光强度能提高到707080cd80cd；事实上灯泡发出的光通量并没有改变，只是在空间的分布事实上灯泡发出的光通量并没有改变，只是在空间的分布改变了；改变了；n光强和光通量都是表示光源特性的重要物理量，光通量表示光强和光通量都是表示光源特性的重要物理量，光通量表示光源的发光能力，而光强则表示其分布情况；光源的发光能力，而光强则表示其分布情况；5.3.3 5.3.3 照度照度n照度照度是受照表面上光通量的面密度是受照表面上光通量的面密度；n在国际单位制中，照度的基本单位是在国际单位制中

27、，照度的基本单位是勒克斯勒克斯，符号，符号lx，它等，它等于于1流明流明(lm)的光通量均匀地分布在的光通量均匀地分布在1m2的被照面上。的被照面上。n即即1 lx1 lmm2；n在实际工作中，人们往往更关注已知光源对于被照面在实际工作中，人们往往更关注已知光源对于被照面上的照度；上的照度；点光源在被照面上形成的照度，与该方向上光源的发光强度点光源在被照面上形成的照度，与该方向上光源的发光强度成正比，与光源到被照表面的距离平方成反比，成正比，与光源到被照表面的距离平方成反比，即：即：式中式中EE被照面上的照度，被照面上的照度，lxlx；II光源在被照面方向的光强，光源在被照面方向的光强，cdc

28、d；RR光源至被照面的距离，光源至被照面的距离，m m；n若被照面的法线与光源入射线的夹角不为零，而成若被照面的法线与光源入射线的夹角不为零，而成角时，角时，容易得到：容易得到：n上式上式(4-11)(4-11)更具有一般性，在照明工程计算中经常用到；更具有一般性，在照明工程计算中经常用到；实用意义：灯具位置、冬夏之差；实用意义：灯具位置、冬夏之差；n距离平方反比定律距离平方反比定律适用于点光源；适用于点光源；一般当光源尺寸一般当光源尺寸d d小于它至被照面距离的小于它至被照面距离的1 15 5时，均可时，均可视为点光源；视为点光源； n照度的另一重要特性：照度的另一重要特性：直接相加性；直接

29、相加性；n若若n n个光源对于某点的照度分别为个光源对于某点的照度分别为Ei(iEi(il l、2 2、3 3 n)n)，则该点处的总照度为，则该点处的总照度为E EEiEi；n照度这一光学量在照明工程设计中是很重要的，照明工照度这一光学量在照明工程设计中是很重要的，照明工程的主要任务就是要程的主要任务就是要在工作场所内创造足够的照度；在工作场所内创造足够的照度；5.3.4 5.3.4 亮度亮度n在同一照度下，不同的物体能引起不同的视觉感受，白色在同一照度下，不同的物体能引起不同的视觉感受，白色物体看起来要比黑色物体亮得多；物体看起来要比黑色物体亮得多；n这说明这说明物体表面的照度并不能直接反

30、映人眼对物体的视觉物体表面的照度并不能直接反映人眼对物体的视觉感受感受；视觉上的明暗感取决于物体在视网膜成像上光通视觉上的明暗感取决于物体在视网膜成像上光通量的密度，即成像的照度；量的密度，即成像的照度；像的照度越高，我们所看到的物体就越亮；像的照度越高，我们所看到的物体就越亮；n引入亮度概念，它是由视觉直接感受的光学量；引入亮度概念，它是由视觉直接感受的光学量；视觉真正能看到的光学量只有亮度，视觉真正能看到的光学量只有亮度，光通量、光强、照度都光通量、光强、照度都不是直接感觉量；不是直接感觉量；视网膜上成像的照度，主要取决于物体在视线方向上发射或视网膜上成像的照度，主要取决于物体在视线方向上

31、发射或反射出的光通量的密度；反射出的光通量的密度；物体表面上某微小面积元在视线方向上的发光强度与该面物体表面上某微小面积元在视线方向上的发光强度与该面积元在视线方向垂直面上的投影面积之比，积元在视线方向垂直面上的投影面积之比，即：即：式中式中表示视线与物体表面法线所成的夹角；表示视线与物体表面法线所成的夹角；n亮度亮度物体在视线方向单位面积上发出的光强；物体在视线方向单位面积上发出的光强；n发光体发光体( (光源光源) )的表面亮度和被照物体的表面反射亮度在视的表面亮度和被照物体的表面反射亮度在视觉感受上是没有本质差别的；觉感受上是没有本质差别的；n但后者的影响因素较多，它的大小取决于该物体表

32、面上的但后者的影响因素较多，它的大小取决于该物体表面上的照度、反射系数照度、反射系数()()以及表面反射特性等；以及表面反射特性等；对于均匀漫反射的物体表面，其亮度正比于它的表面对于均匀漫反射的物体表面，其亮度正比于它的表面照度照度E E和反射系数和反射系数，且在各个方向上亮度相等，即：，且在各个方向上亮度相等，即：在光环境设计中常用上式计算平均亮度；在光环境设计中常用上式计算平均亮度；5.4.1 5.4.1 前言前言n环境光学环境光学 研究人类的光环境的科学；研究人类的光环境的科学；n研究内容包括：研究内容包括：天然光环境和人工光环境天然光环境和人工光环境光环境对人的生理和心理的影响光环境对

33、人的生理和心理的影响光污染的危害和防治等光污染的危害和防治等工业生产中，大功率光源造成的强烈眩光，某些气工业生产中，大功率光源造成的强烈眩光，某些气体放电灯发射过量的紫外线，以及像焊接一类生产体放电灯发射过量的紫外线，以及像焊接一类生产作业发出的强光，对人体和视觉都有危害；作业发出的强光，对人体和视觉都有危害；优良的光环境能提高人的工作效率，保护人的健康，优良的光环境能提高人的工作效率，保护人的健康，使人感到安全、舒适，产生良好的心理效果。使人感到安全、舒适，产生良好的心理效果。n工业生产场所的光环境工业生产场所的光环境:天然光照明天然光照明人工光照明人工光照明在天然光不足时用人工光补充的混合

34、照明在天然光不足时用人工光补充的混合照明5.4.2 5.4.2 天然光照明天然光照明n天然光照明的光源是天然光照明的光源是太阳；太阳；太阳光穿过大气层时被大气中的气体分子、水蒸气和尘埃扩太阳光穿过大气层时被大气中的气体分子、水蒸气和尘埃扩散，使天空具有一定的亮度；散，使天空具有一定的亮度；人们接受的天然光是由直射日光和天空扩散光形成的；人们接受的天然光是由直射日光和天空扩散光形成的；n我们研究天然光照明的任务是我们研究天然光照明的任务是如何最大限度的利如何最大限度的利用天然光服务于工业生产；用天然光服务于工业生产；最为经济最为经济自然赋予人类的，取之不尽，用之不竭；自然赋予人类的，取之不尽，用

35、之不竭；天然光的光色最好天然光的光色最好人眼在天然光下比在人工光下具有人眼在天然光下比在人工光下具有更高的灵敏度；更高的灵敏度；节约能源节约能源据统计照明用电占全国用电量据统计照明用电占全国用电量10101515；n大力发展天然光照明的原因大力发展天然光照明的原因？n如何充分利用天然光照明呢如何充分利用天然光照明呢？采光设计采光设计窗户设计窗户设计最大限度利用天然光；最大限度利用天然光；o采光是通过窗户来实现的；采光是通过窗户来实现的；o在采光设计中，确定窗户的大小、位置和形状是在采光设计中，确定窗户的大小、位置和形状是至关重要的；至关重要的；o窗户除了采光功能外，还与自然通风，室内外视窗户除

36、了采光功能外，还与自然通风，室内外视觉联系、隔热、隔声等问题有关，在具体设计时，觉联系、隔热、隔声等问题有关，在具体设计时，应同时考虑这些因素；应同时考虑这些因素；n1 1、对一般工业厂房的窗户设置，在采光方面应遵循如下、对一般工业厂房的窗户设置，在采光方面应遵循如下原则和要求：原则和要求：设一个大窗，比总采光面积相等的多个小窗更为合理；设一个大窗，比总采光面积相等的多个小窗更为合理；为使室内照度均匀，窗户间的距离不应大于窗宽的为使室内照度均匀，窗户间的距离不应大于窗宽的2 2倍；倍；窗户的上缘应尽量接近天棚窗户的上缘应尽量接近天棚(0.3(0.30.4m)0.4m)，下缘不得高于，下缘不得高

37、于地面地面1.2m1.2m；窗户大框内尽量少分格，窗格尽量细；窗户大框内尽量少分格，窗格尽量细；工作地点的光线投射角不小于工作地点的光线投射角不小于25252727，开角不小于，开角不小于5 5o光线投射角光线投射角窗户上沿与工作地点的连线和水平线的夹角；窗户上沿与工作地点的连线和水平线的夹角；o开角开角窗户上下沿与工作地点连线的夹角；窗户上下沿与工作地点连线的夹角；单侧采光时，工作地点到窗的距离不应超过窗高的单侧采光时，工作地点到窗的距离不应超过窗高的3 3倍，倍，且不得大于且不得大于12m12m，双侧采光时也不得大于，双侧采光时也不得大于18m18m；n2 2、对于面积较大的车间和厂房，单

38、独用侧窗采光难、对于面积较大的车间和厂房，单独用侧窗采光难以满足生产需要，故目前在单层工业厂房中，已普遍以满足生产需要，故目前在单层工业厂房中，已普遍采用采用天窗采光天窗采光；常用的天窗种类有矩形天窗、锯齿形天窗和平天窗等；常用的天窗种类有矩形天窗、锯齿形天窗和平天窗等；n天窗采光须符合以下要求：天窗采光须符合以下要求：透光性好；透光性好；尽量避免太阳对室内的直射或将其减少到最小程度；尽量避免太阳对室内的直射或将其减少到最小程度；窗平面对水平面的倾角在窗平面对水平面的倾角在4545以上以上( (尤其在我国北方尤其在我国北方) )；容易清除污垢及烟尘；容易清除污垢及烟尘；n对室内采光的数量要求，

39、我国以对室内采光的数量要求，我国以采光系数采光系数C C作为评价指作为评价指标；标；E Ei i室内某点的照度，室内某点的照度，lxlxE E0 0同一时刻的室外照度，同一时刻的室外照度，n根据根据工业企业采光设计标准工业企业采光设计标准(TJ33-79)(TJ33-79)的规定，生的规定，生产车间工作面处的采光系数最低值如表产车间工作面处的采光系数最低值如表4-44-4；n设计步骤：工作性质设计步骤：工作性质采光等级采光等级最小采光系数最小采光系数窗窗户设计户设计( (窗地比窗地比) )；采光系数的值是由窗地面积比（窗地比）来保证的；采光系数的值是由窗地面积比（窗地比）来保证的；窗地比窗地比

40、窗户的有效透光面积与室内地面面积之比；窗户的有效透光面积与室内地面面积之比；几种不同窗户的窗地面积比要求见表几种不同窗户的窗地面积比要求见表4-54-5；n作为照明光源，天然光虽然经济但在使用上也有其局作为照明光源，天然光虽然经济但在使用上也有其局限性；限性；首先，无论在时间还是空间上，天然光常不能保证足够的均首先，无论在时间还是空间上，天然光常不能保证足够的均匀性和稳定性；匀性和稳定性；其次是很难避免由太阳直射室内造成的眩光，而且在一些场其次是很难避免由太阳直射室内造成的眩光，而且在一些场所，如地下建筑和采矿工业等，目前还难以利用天然光；所，如地下建筑和采矿工业等，目前还难以利用天然光；n在

41、工作场所照明中，人工光照明始终占有主导地位；在工作场所照明中，人工光照明始终占有主导地位；5.4.3 5.4.3 人工光照明人工光照明n按用途分类：按用途分类：普通室内照明、露天照明、水下照明、防爆场所照明等；普通室内照明、露天照明、水下照明、防爆场所照明等；n按安装方法分类：按安装方法分类：吸顶安装、吊挂安装、壁式安装等；吸顶安装、吊挂安装、壁式安装等；1 1、电光源的种类、电光源的种类n按发光原理分类按发光原理分类：（：（2 2大类）大类）一类是热辐射光源，主要有白炽灯和卤钨灯；一类是热辐射光源，主要有白炽灯和卤钨灯；另一类是气体放电光源，包括荧光灯、高压汞灯、钠灯另一类是气体放电光源，包

42、括荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物灯等；和金属卤化物灯等；n按时代划分，将电光源分三代：按时代划分，将电光源分三代：白炽灯为一代；日光灯为二代；汞灯、钠灯和金属卤化白炽灯为一代；日光灯为二代；汞灯、钠灯和金属卤化物灯等新光源为第三代；第四代：物灯等新光源为第三代；第四代：LEDLED半导体光源；半导体光源；n人工光照明较天然光易于控制，能适合各种特殊需要，人工光照明较天然光易于控制，能适合各种特殊需要，而且稳定可靠，不受地点、季节、时间和天气条件的而且稳定可靠，不受地点、季节、时间和天气条件的限制；但电光源的能源利用效率很低；限制；但电光源的能源利用效率很低；n根据不同的工作性质，人工光照明

43、分为三种方式：根据不同的工作性质，人工光照明分为三种方式： 一般照明；一般照明； 局部照明；局部照明； 混合照明。混合照明。2 2、人工光照明的方式、人工光照明的方式n一般照明一般照明指不考虑特殊的局部需要，为照亮整个工作场所而指不考虑特殊的局部需要，为照亮整个工作场所而设置的照明；设置的照明；适用于对光的投射方向无特殊要求和工作点很密或适用于对光的投射方向无特殊要求和工作点很密或工作点不固定的场所；工作点不固定的场所；优缺点：这种照明在视野内亮度均匀，视觉条件好，优缺点：这种照明在视野内亮度均匀，视觉条件好，系统设置简单且投资较少，但耗电较多；系统设置简单且投资较少，但耗电较多；n局部照明局

44、部照明指为增加特定地点的照度而设置的照明；指为增加特定地点的照度而设置的照明；由于光源一般靠近工作面，故耗电少而照度较高；由于光源一般靠近工作面，故耗电少而照度较高；但要注意直接眩光和明暗差太大的影响；但要注意直接眩光和明暗差太大的影响；从劳动卫生角度来看不宜单独采用这种照明；从劳动卫生角度来看不宜单独采用这种照明；n混合照明混合照明指以上两种照明方式的组合；指以上两种照明方式的组合；要求一般照明的照度至少占总照度的要求一般照明的照度至少占总照度的5 51010，且不，且不低于低于20 lx20 lx，这是一种经济合理的照明方式，照度较，这是一种经济合理的照明方式，照度较均匀且又能满足局部需要

45、；均匀且又能满足局部需要；常用于局部要求照度高，或要求有一定的投光方向，常用于局部要求照度高，或要求有一定的投光方向，或固定工作点分布较稀的工作场所；或固定工作点分布较稀的工作场所；n具有爆炸性危险的生产车间，由于环境的特殊性，对具有爆炸性危险的生产车间，由于环境的特殊性，对照明器具的性能提出更高的要求；照明器具的性能提出更高的要求；首先要求具有防爆性能，还要求机械强度高，便于安装，能首先要求具有防爆性能，还要求机械强度高，便于安装，能防止水分和灰尘的侵入等；防止水分和灰尘的侵入等；3 3、防爆照明灯具及其选择、防爆照明灯具及其选择n按使用环境不同，我国将防爆电气设备分成两类：按使用环境不同，

46、我国将防爆电气设备分成两类：类为煤矿井下用电气设备；类为煤矿井下用电气设备；类为工厂用电气设备；类为工厂用电气设备；防爆照明灯具亦如此；防爆照明灯具亦如此；n防爆结构主要有隔爆型和增安型两类；防爆结构主要有隔爆型和增安型两类；n工厂用防爆照明灯具的防爆结构及适用条件见工厂用防爆照明灯具的防爆结构及适用条件见表表4-74-7；5.4.4 5.4.4 照明的基本要求照明的基本要求n1 1、合适的亮度以及避免眩光、合适的亮度以及避免眩光最小亮度最小亮度: 10: 106 6 cdcdm m2 2最大灵敏度时最大灵敏度时: 10: 104 4cdcdm m2 2 允许最大亮度允许最大亮度: 5000:

47、 50007500cd7500cdm m2 2 眩光眩光是指过高的亮度（是指过高的亮度（1.51.51.651.6510105 5cd/mcd/m2 2 ）刺激）刺激暂时破坏视觉机能的一种生理现象；暂时破坏视觉机能的一种生理现象；n工作场所内必须防止出现眩光，可采取以下三方面的工作场所内必须防止出现眩光，可采取以下三方面的措施：措施：限制光源亮度限制光源亮度( (冷光源冷光源, ,灯罩灯罩) )采用适当的悬挂高度和必要的保护角采用适当的悬挂高度和必要的保护角o水平视线以上水平视线以上4545以外以外o灯罩遮光灯罩遮光合理分布光源合理分布光源一般照明的工作场所，工作区内最大、最小照度值与平均一般

48、照明的工作场所，工作区内最大、最小照度值与平均值相差应不大于值相差应不大于1 16 6；亮度差别太亮度差别太不愉快感觉；不愉快感觉；亮度过于均匀亮度过于均匀单调感单调感n2 2、均匀的照度与亮度分布、均匀的照度与亮度分布3 3、照度的稳定性、照度的稳定性n主要取决于电压的变化；主要取决于电压的变化；n避免吊灯摆动，否则极易造成视错觉而导致事故；避免吊灯摆动，否则极易造成视错觉而导致事故；n事故照明事故照明在正常照明系统由于各种原因熄灭时，能迅在正常照明系统由于各种原因熄灭时，能迅速点燃并独立工作的辅助照明系统；速点燃并独立工作的辅助照明系统；n按照工业企业照明设计标准按照工业企业照明设计标准(

49、TJ34-79)(TJ34-79)规定，在下列两种情规定，在下列两种情况下应设事故照明：况下应设事故照明：在正常照明因故障熄灭，将造成爆炸，火灾和人身伤在正常照明因故障熄灭，将造成爆炸，火灾和人身伤亡等严重事故的场所；亡等严重事故的场所；当正常照明因故障熄灭后，在易引起工伤事故或通行当正常照明因故障熄灭后，在易引起工伤事故或通行时易发生危险的场所，应装设人员疏散用的事故照明；时易发生危险的场所，应装设人员疏散用的事故照明；4 4、设置事故照明、设置事故照明5.4.5 5.4.5 照明标准照明标准n1.1.生产车间工作面上的最低照度值，不应低于生产车间工作面上的最低照度值，不应低于表表4-84-

50、8所规定所规定的数值；的数值；n2.2.工业企业辅助建筑的最低照度值，不应低于表工业企业辅助建筑的最低照度值，不应低于表4-94-9所规定所规定的数值；的数值；n3.3.厂区露天工作场所和交通运输线的最低照度值不应低于厂区露天工作场所和交通运输线的最低照度值不应低于表表4-104-10所规定的数值；所规定的数值；n色彩调节色彩调节以改善视觉条件和提高工作效率为主要以改善视觉条件和提高工作效率为主要目的的色彩设计技术称为色彩调节；目的的色彩设计技术称为色彩调节；n工作场所内正确地运用色彩调节能获得如下效果：工作场所内正确地运用色彩调节能获得如下效果：增加亮度；增加亮度；分辨力；分辨力；审美；审美

51、；精神愉快，减轻疲劳；精神愉快，减轻疲劳；n1 1、好的色彩环境有利于提高视觉工作能力和减少视觉疲劳；、好的色彩环境有利于提高视觉工作能力和减少视觉疲劳；太阳光谱两端的颜色不能在视觉环境中大面积的使用太阳光谱两端的颜色不能在视觉环境中大面积的使用（高频端的紫色和蓝色、低频端的红色和橙色）；（高频端的紫色和蓝色、低频端的红色和橙色）；中部的青绿黄颜色则不易使视觉疲劳，在生产场所中应中部的青绿黄颜色则不易使视觉疲劳，在生产场所中应大量使用；大量使用；5.5.2 5.5.2 颜色的生理作用颜色的生理作用n2 2、眼睛对不同的颜色具有不同的敏感性；、眼睛对不同的颜色具有不同的敏感性；色彩鲜明的颜色，很

52、容易引起人们的注意，这就是色彩色彩鲜明的颜色，很容易引起人们的注意，这就是色彩的的诱目性诱目性；黄色的诱目性最高，黄色的诱目性最高，红橙色次之；黄色常红橙色次之；黄色常用作警戒色；用作警戒色；如车间内危险部位常如车间内危险部位常涂以黄黑相间的颜色涂以黄黑相间的颜色以示警告；以示警告；颜色的生理作用颜色的生理作用n3 3、对人体其他系统的影响（甚至影响到内分泌系统、对人体其他系统的影响（甚至影响到内分泌系统、水盐平衡、血液循环和血压等）；水盐平衡、血液循环和血压等）；红色红色机能兴奋，促使心率加快，血压上升；机能兴奋，促使心率加快，血压上升；蓝色蓝色趋于稳定，起降低血压和减缓脉搏作用；趋于稳定，

53、起降低血压和减缓脉搏作用；绿黄色和紫色绿黄色和紫色呈中性，但紫色对视觉不利，故呈中性，但紫色对视觉不利，故工作场所多采用绿黄系列颜色；工作场所多采用绿黄系列颜色；5.5.2 5.5.2 颜色的心理作用颜色的心理作用颜色的联想颜色的联想人们看到某种颜色时就会同时想到某些事物人们看到某种颜色时就会同时想到某些事物或状态；或状态；o蓝色蓝色o黑色黑色o红色红色o绿色绿色n颜色的心理作用有如下一些表现：颜色的心理作用有如下一些表现：1 1、冷暖感、冷暖感o颜色能引起或改变温度感觉，通常按红、橙、黄，绿、颜色能引起或改变温度感觉，通常按红、橙、黄，绿、蓝的次序，感觉越来越冷；蓝的次序，感觉越来越冷；o红

54、、橙、黄、棕等颜色称为暖色，有温暖感；红、橙、黄、棕等颜色称为暖色，有温暖感；o蓝，绿、青等颜色称为冷色，有寒冷感；蓝，绿、青等颜色称为冷色，有寒冷感；o黄绿色与紫红色能使人感到冷暖不定，忽冷忽热；黄绿色与紫红色能使人感到冷暖不定，忽冷忽热；2 2、兴奋和抑制感、兴奋和抑制感o一般红色、橙色在心理上产生兴奋作用，但也会一般红色、橙色在心理上产生兴奋作用，但也会引起不安和神经紧张；引起不安和神经紧张；o青色、紫色则有镇静作用，有清洁肃静之感；青色、紫色则有镇静作用，有清洁肃静之感；n3 3、前进后退感、前进后退感在同一个平面上，暖色的黄、红、橙及它们的中间色会在同一个平面上，暖色的黄、红、橙及它

55、们的中间色会使人感到距离近些；而冷色的蓝、青、绿以及它们的中使人感到距离近些；而冷色的蓝、青、绿以及它们的中间色会使人感到距离远些；间色会使人感到距离远些；o如果室内涂上冷色调就显得更加宽敞；如果室内涂上冷色调就显得更加宽敞；暖色也叫前进色，而冷色叫后退色；暖色也叫前进色，而冷色叫后退色；明度高的颜色感到近些，明度低的颜色感到远些；明度高的颜色感到近些，明度低的颜色感到远些；n4 4、轻重感、轻重感o以明度的影响为主，色调次之；以明度的影响为主，色调次之；o在同一色调中明度高的颜色感觉轻些，明度低的在同一色调中明度高的颜色感觉轻些，明度低的颜色感觉重些；颜色感觉重些；o对色调来说，暖色的物体看

56、起来密度大、重些，对色调来说，暖色的物体看起来密度大、重些，而冷色看起来轻些；而冷色看起来轻些；n5 5、轻松和压抑感、轻松和压抑感明度高的颜色能使人产生轻松、舒畅的感觉；明度高的颜色能使人产生轻松、舒畅的感觉；明度低的颜色会使人产生压抑和不安的感觉；明度低的颜色会使人产生压抑和不安的感觉；n6 6、大小感、大小感明度高的颜色其物体显得大些，明度低的显得小些；明度高的颜色其物体显得大些，明度低的显得小些；o通常黄色的物体看起来最大，其次是绿色、红色，蓝通常黄色的物体看起来最大，其次是绿色、红色，蓝紫色的看起来最小；紫色的看起来最小；5.5.3 5.5.3 颜色的应用颜色的应用环境色环境色n环境

57、色环境色 & & 安全色安全色( (包括标志色包括标志色):):以突出照明效果，改以突出照明效果，改善视觉条件为目标，善视觉条件为目标，定义为用于改善视觉定义为用于改善视觉感受的颜色；感受的颜色；以防止差错、事故和以防止差错、事故和灾害为主要目的，定灾害为主要目的，定义为用于表达安全信义为用于表达安全信息的颜色；息的颜色；n1 1、生产车间的色彩调节、生产车间的色彩调节一种主色调，一到两种辅助色；一种主色调，一到两种辅助色；明度较高的颜色明度较高的颜色( (包括白色包括白色) )，减少阴影；，减少阴影；明度渐变，稳定感；明度渐变，稳定感；o踏脚板兼有防污作用，通常采用比地板暗的

58、颜色；踏脚板兼有防污作用，通常采用比地板暗的颜色；环境色的应用环境色的应用n充分利用颜色的心理作用，改善视觉印象；充分利用颜色的心理作用，改善视觉印象；o如何使低矮的天棚显得高些？使狭小的房间显得宽如何使低矮的天棚显得高些？使狭小的房间显得宽些？如何使炎热的车间有凉爽感，寒冷的车间有温些？如何使炎热的车间有凉爽感，寒冷的车间有温暖感？暖感？n2 2、机器、设备和工作、机器、设备和工作台的颜色选择台的颜色选择设备主体以蓝绿色调设备主体以蓝绿色调为宜（为宜（5G5G5B5B），或），或采用套色、浅灰、乳采用套色、浅灰、乳白等；白等；明度应高于地板（明度应高于地板（5 56 6），但彩度不宜太大），

59、但彩度不宜太大（小于（小于3 3）；）；机器设备的颜色选择还应注意：机器设备的颜色选择还应注意：o机器、设备的颜色选择应与车间色调和谐；机器、设备的颜色选择应与车间色调和谐；o同类设备色调要一致；同类设备色调要一致；o颜色尽可能与功能相适应；颜色尽可能与功能相适应；o各种操作显示的颜色要一目了然；各种操作显示的颜色要一目了然；工作台的颜色选择取决于它加工或观察的物体的颜工作台的颜色选择取决于它加工或观察的物体的颜色，要求二者间形成一定的色调对比，以便更好地色，要求二者间形成一定的色调对比，以便更好地认知；认知；5.5.4 5.5.4 颜色的应用颜色的应用安全色安全色n用于表达安全信息的颜色称做

60、用于表达安全信息的颜色称做安全色安全色；目的：迅速发现或分辨各种标志和信号，提醒人们注意，目的：迅速发现或分辨各种标志和信号，提醒人们注意，以防发生事故；以防发生事故；n国家标准国家标准安全色安全色(GB2893-82)(GB2893-82)规定在工业生产中使用规定在工业生产中使用红红、蓝蓝、黄黄、绿绿四种颜色作为安全色，其含义和用途见表四种颜色作为安全色，其含义和用途见表4-114-11；红红禁止、停止禁止、停止蓝蓝指令、规定指令、规定黄黄警告、注意警告、注意绿绿提示、安全、通行提示、安全、通行n在使用安全色时，常常需要同时使用对比色；在使用安全色时，常常需要同时使用对比色；对比色有黑、白两种颜色；对比色有黑、白两种颜色；标准