Iluminação para salas de aula e salas de aula

Material metodológico para instituições de ensino, equipe de supervisão técnica e comitês de pais. Será de interesse de todos os interessados ​​na qualidade do ambiente de iluminação nas salas onde ele estuda, trabalha e vive.



Fig. 1. Um exemplo dos parâmetros do ambiente de luz na sala de aula, com lâmpadas fluorescentes que não atendem aos requisitos do SP 52.13330.2016 Ra de renderização em cores Ra (CRI) <60 e com reatores eletromagnéticos desatualizados, devido aos quais o coeficiente de pulsação da luz excede 30%. Foram utilizados um espectrômetro Uprtek mk350n e um medidor de luz ELITE2 com medidor de pulso brilhante e medidor

Ele contém requisitos para parâmetros documentados e verificados do ambiente de luz, um modelo para o protocolo de inspeção de sistemas de iluminação e recomendações para eliminar não-conformidades.

1. Requisitos de iluminação

Ambiente luminoso - um conjunto de fatores ambientais medidos ou descritos que afetam uma pessoa associada à iluminação.

1.1 Requisitos gerais para parâmetros de iluminação para classes e salas de aula



1.2 Requisitos adicionais para iluminação LED

2. Os parâmetros do meio leve: descrição e métodos de determinação

Os parâmetros do ambiente de luz podem ser medidos ou monitorados. A não conformidade é a base da ação corretiva.

2.1 O nível médio de iluminação das mesas de acordo com SanPiN 2.2.4.3359-16 não deve ser inferior a 400 lux. A iluminação mínima das mesas não deve ser inferior a 90% desta norma.

A causa da discrepância pode ser uma diminuição gradual no fluxo luminoso das lâmpadas fluorescentes. Se mais de uma lâmpada fluorescente não funcionar na sala, provavelmente as lâmpadas serão substituídas quando falharem, e não de acordo com o cronograma. Nesse caso, é necessário o controle da iluminação por instrumentos.

Para maior conforto visual, a diferença na iluminação das mesas não é importante, mas o quadro não deve ser pior do que as mesas. De acordo com o SP 52.13330.2016, a iluminação do centro da placa é de pelo menos 500 lux. Frequentemente, a norma não é respeitada devido ao fato de não haver lâmpada separada para o quadro. A iluminação geral pode cumprir a norma aumentando o número de luzes do teto em uma vez e meia. O que, é claro, não está sendo feito. E crianças bem iluminadas olham para um quadro mal iluminado.

Nas universidades, não há requisitos separados para a iluminação do quadro.

A única maneira de determinar a iluminação é medir com um medidor de luz a partir do registro de instrumentos de medição com um certificado de verificação ou um certificado de calibração. Os medidores de luz que não possuem esses documentos podem cometer erros em dezenas de por cento. E os programas para um smartphone, supostamente medindo a iluminação, são confundidos várias vezes.



Fig. 2. Cálculo da engenharia de iluminação de uma turma escolar no programa Dialux

A iluminação é calculada usando o programa Dialux [1] (Fig. 2) ou manualmente [2].
Os tamanhos, a disposição das mesas e até a cor das paredes das instituições de ensino são determinados por requisitos sanitários e são do mesmo tipo. Isso permite que você use uma metodologia unificada simplificada para avaliar a parte E da iluminação média. Para isso, o fluxo luminoso total F das luzes de teto deve ser dividido pela área da classe S e multiplicado adicionalmente por um fator de correção de 0,6:

$$

$$E [lx] = \ frac {F [lm]} {S [m ^ 2]} \ cdot $ 0,$$

.
2.2 O coeficiente de ondulação da iluminação é um parâmetro que afeta a fadiga da visão. A fonte de alimentação da lâmpada com tensão de rede alternada leva a pulsações de iluminação sob a lâmpada com uma frequência de 100 Hz. As ondulações são invisíveis, mas dificultam a tradução e a retenção [3]. A profundidade da ondulação depende da fonte de energia da lâmpada; pode ser medida com um medidor de luz portátil.

A SanPiN 2.2.1 / 2.1.1.1278-03 estabelece requisitos para o nível de pulsações de iluminação nas salas de aula não superiores a 10%; e de acordo com a RF PP No. 1356, de 1º de janeiro de 2020, as pulsações do fluxo de luz dos equipamentos de iluminação recém-adquiridos não devem ser superiores a 5%.

O coeficiente de pulsação das lâmpadas fluorescentes do tipo antigo com reatores eletromagnéticos (EMR) é de 40 ... 45%, lâmpadas incandescentes - 10 ... 15%. Para lâmpadas LED modernas - geralmente não superiores a 1 ... 3%. No entanto, entre as luzes LED, existem modelos com uma fonte de energia simplificada e ondulações que não atendem aos padrões.

Um alto nível de ondulação ocorre quando a lâmpada é removida na câmera do smartphone (listras escuras aparecem na imagem) e é visível em um teste de lápis (um lápis se movendo contra o fundo da lâmpada, como se estivesse sob um estroboscópio, como se congele em algumas posições (Fig. 3)).



Fig. 3. O nível de ondulação de 45,5% da iluminação para uma lâmpada fluorescente com um reator eletromagnético. E o efeito estroboscópico causado por essas pulsações durante um teste a lápis [3].

Um smartphone e um lápis não são instrumentos de medição; os resultados dessas "verificações" mostram um problema, mas eles não têm força legal, mas são uma base suficiente para medir ondulações em um dispositivo.

2.3 O índice de reprodução de cores Ra ≥ 80 (ou CRI ≥ 80) caracteriza a qualidade da luz, conforto visual e emocional. Depende do número de cores do arco-íris no espectro, determina o número de tons de cores na cena e a correspondência desses tons com os visíveis à luz natural. O uso de luz de alta reprodução de cores melhora a qualidade de vida, permite que você veja cada vez mais claramente. O uso de fontes de luz com baixa reprodução de cores leva a uma impressão deprimente geral [4].



Fig. 4. Um exemplo de lâmpada com um código de cores na marcação 765, que significa renderização de cores Ra = 70 e temperatura de cor CCT = 6500 K

CRI (índice de renderização de cores) - um sistema de índices de renderização de cores. Ra é o índice geral mais importante, cujo valor é normalizado. É correto falar sobre o valor do Ra, mas os fabricantes de lâmpadas no passaporte costumam escrever “CRI”, sem especificar que estamos falando sobre o Ra.

Para salas de aula e salas de aula, SanPiN 2.2.1 / 2.1.1.1278-03 e SP 52.13330.2016 estabelecem a norma Ra ≥ 80. A compra de lâmpadas fluorescentes com um índice de reprodução de cores inferior a 80 para instituições estatais (escolas, universidades, hospitais, etc.) proíbe p. 2 do Decreto do Governo da Federação Russa nº 898, de 28 de agosto de 2015, e o uso de lâmpadas LED com um índice de reprodução de cores inferior a 80 está limitado ao parágrafo 24 do Decreto do Governo da Federação Russa nº 1356, de 10 de novembro de 2017.

Lâmpadas fluorescentes e lâmpadas LED estão disponíveis com Ra ≥ 80, Ra ≥ 90 e até Ra ≥ 95. As fontes de luz com renderização de cores aprimorada são usadas para requisitos especiais para a qualidade da luz, por exemplo, em um estúdio de arte escolar.

Observações de como, por exemplo, a pele da palma da mão sob a luz do dia e a aparência da iluminação artificial permitem "distinguir" a luz com baixa e alta reprodução de cores "a olho". Mas esse método é impreciso. O valor da renderização de cores só pode ser determinado usando um espectrômetro.

2.4 Temperatura de cor correlacionada (CCT) ou temperatura de cor não superior a 4000 K, é um requisito importante. A luz branca fria (ou seja, com um tom azul) das temperaturas de cores de 5000, 6000, 6500 K, etc., especialmente com baixa renderização e iluminação de cores, é percebida como luz cianótica ou "cega". E o excesso de conteúdo do componente azul no espectro é criticado por especialistas em distúrbios do sono.

É permitida uma luz quente (ou seja, com uma tonalidade amarela) com uma temperatura de cor de 2700 ou 3000 K, mas nem todo mundo gosta disso, porque parece não ser brilhante o suficiente. É recomendável usar luz quente à noite, mas de manhã e à tarde com luz natural insuficiente provoca sonolência e diminuição do desempenho.

Nem todo mundo prefere uma luz quente ou fria pronunciada. A luz branca neutra, sem uma tonalidade azul ou amarela, com uma temperatura de cor de 4000 K é um compromisso razoável adequado à maioria. Esse valor foi indicado nas recomendações de higienistas, com base nas quais documentos normativos foram compilados. A luz dessa temperatura de cor é mais frequentemente usada em locais públicos.

4000 K - valor arredondado típico, que de acordo com GOST R 54350-2015 “Dispositivos de iluminação. Os requisitos técnicos de iluminação e os métodos de teste ”correspondem à faixa de 3710 a 4260 K. Essa tolerância é justificada pela dispersão natural dos parâmetros das fontes e pela diferença de temperatura da luz proveniente da lâmpada em diferentes ângulos. Portanto, se 4000 K são indicados no passaporte, e a medição direta com um espectrômetro mostra, por exemplo, 4100 K, não há discrepância. Para comparação com o padrão, é necessário arredondar o valor do CCT 4100 K para 4000 K e o valor já arredondado deve corresponder à condição "não superior a 4000 K".

Note-se que o requisito para uma temperatura de cor não superior a 4000 K é estabelecido apenas para lâmpadas LED pela carta do Rospotrebnadzor No. 01 / 11157-12-32. Para lâmpadas fluorescentes, a lei não estabelece tais restrições.

Como não é definido um valor específico para a temperatura da cor, mas sim um intervalo, é possível usar dispositivos de iluminação que mudam automaticamente a temperatura da cor durante o dia.

2.5 O ângulo de proteção condicional das luminárias LED de pelo menos 90 ° significa a proibição de luminárias de teto nas quais os LEDs não cobertos pelo difusor são visíveis.



Fig. 5. Da esquerda para a direita: difusor de plástico fosco; de plástico transparente com gravação prismática; feito de plástico transparente com "gelo picado" em relevo

Os difusores feitos de plástico transparente com relevo em forma de prismas, “gelo picado”, couro de felpa, etc. em alguns casos, não reduzem suficientemente o brilho desagradável dos LEDs. As luzes de teto com esses difusores brilham principalmente por si mesmas, como resultado da qual a luz na sala vai de cima para baixo, criando uma impressão dolorosa de "como em um poço".

Os difusores de plástico que espalham a luz - opacos (difusos, opalas ou leite), proporcionam maior conforto visual, iluminam uniformemente as superfícies de trabalho e melhor iluminam as superfícies verticais. Ao escolher um novo equipamento, é aconselhável escolher difusores foscos.

2.6 O brilho geral das luminárias LED não superiores a 5000 cd / m2 é uma condição que permite observar a luminária sem desconforto visual. Esse brilho em ordem de magnitude corresponde ao brilho da janela que é visível de dentro da sala em um dia ensolarado.

Para luminárias de teto com um difusor de plástico fosco com dimensões de 600 × 600 mm ou 300 × 1200 mm, o brilho geral não excede os 5000 cd / m2 permitidos se o fluxo luminoso não exceder 5000 lm. Este requisito é cumprido por quase todas essas lâmpadas.

2.7 A condição para um brilho irregular das luminárias LED Lmax: Lmin não superior a 5: 1 é um requisito para o uso de um difusor, atrás do qual os LEDs desagradáveis ​​e brilhantes não são visíveis.



Fig. 6. Lâmpada LED e medição da irregularidade do seu brilho. Brilho medido com o LMK Mobile Advanced Remote Brightness Meter

Mesmo que as linhas de LEDs através do difusor sejam visíveis, mas o difusor seja de plástico opaco ou opalino, a uniformidade do brilho geralmente atende ao necessário.

O contraste do brilho na rua em um dia ensolarado é muitas vezes maior que 5: 1 e não é um grande problema. Portanto, se os pontos de brilho no difusor da lâmpada LED não parecerem muito mais brilhantes que o tubo luminoso da lâmpada fluorescente, não se preocupe.

2.8 O indicador combinado de desconforto UGR caracteriza quantas lâmpadas que causam desconforto com seu brilho estão no campo de visão da criança. O valor UGR mais alto geralmente é para recepção traseira em grandes classes.

O UGR é verificado pelo cálculo em programas especializados, como o Dialux, e não pode ser verificado após a instalação de equipamentos na sala de aula.

Se analisarmos os requisitos para a organização de mesas e tamanhos de classe da SanPiN 2.4.2.2821-10, verifica-se que o caso mais desfavorável para o valor UGR é uma classe longa com uma distância máxima permitida da mesa remota até a placa de 8,6 me três filas de mesas duplas. Na fig. A Figura 8 mostra o cálculo de UGR nesta classe, iluminado por luminárias com um fluxo luminoso bastante grande de 3600 lm e difusores foscos. Mesmo nas últimas linhas, a UGR não excedeu o valor máximo permitido de UGR = 19 do padrão de estado recomendado GOST R 55710-2013 e, ainda mais, atende ao requisito da UGR ≤ 21 do SP 52.13330.2016 obrigatório.

Em classes menores, com menos luzes brilhantes ou com outros tipos de difusores, o UGR será ainda menor. O cálculo para as piores condições mostra que não há necessidade de calcular o UGR para as demais classes, nas quais serão necessários valores ainda menores, obviamente correspondentes à norma.



Fig. 7. Cálculo de UGR para o caso mais adverso no programa Dialux. A UGR varia de UGR = 12 nas filas da frente a UGR = 18 para estudantes na mesa traseira do centro, no campo de visão em que ao mesmo tempo é o número máximo de lâmpadas

3. O que considerar ao substituir o equipamento de iluminação

3.1 Modernização de lâmpadas fluorescentes

A iluminação inadequada e a baixa reprodução de cores são corrigidas substituindo as lâmpadas. O código de cores preferido para as novas lâmpadas é 840 (o que significa Ra ≥ 80, CCT = 4000 K) ou, se for desejada uma reprodução de cores mais alta, 940.

O alto coeficiente de pulsação do fluxo de luz é corrigido substituindo os reatores eletromagnéticos (bobinas) nas lâmpadas fluorescentes por lâmpadas eletrônicas que fornecem ondulação mínima.

3.2 Substituindo as luzes fluorescentes LED

A possibilidade de usar lâmpadas LED em escolas e universidades está indicada nas cartas do Rospotrebnadzor nº 01 / 11157-12-32 de 10/01/2012 “Sobre a organização da supervisão sanitária do uso de fontes de luz que economizam energia” e nº 01 / 6110-17-32 de 17/05/2017 “ Sobre a possibilidade de usar a iluminação LED ".

Uma luminária LED com o mesmo fluxo luminoso consome pelo menos metade e geralmente três vezes menos eletricidade do que uma lâmpada fluorescente do tipo antigo com um reator eletromagnético. E os parâmetros do ambiente de luz não são piores do que ao usar lâmpadas modernas com reatores eletrônicos e boas lâmpadas fluorescentes.

Sem reparo no teto, as lâmpadas fluorescentes quadradas são facilmente substituídas por lâmpadas quadradas de LED e as alongadas por lâmpadas alongadas.

3.3 Certificação

Todas as luminárias devem passar na certificação para conformidade com os requisitos da TR TS 004/2011 "Sobre a segurança de equipamentos de baixa tensão" e TR TS 020/2011 "Compatibilidade eletromagnética de equipamentos técnicos" ou declarar essa conformidade. Uma cópia do certificado ou declaração de conformidade é fornecida pelo fabricante e deve ser armazenada com passaportes para os equipamentos. A validade do certificado é verificada em um único registro de certificados de conformidade do Serviço Federal de Credenciamento em 188.254.71.82/rss_ts_pub , a validade da declaração é verificada em pub.fsa.gov.ru/rds/declaration . A prova de que durante a certificação as luminárias realmente passaram nos testes necessários são cópias dos relatórios de teste.

A presença de tais documentos significa que a lâmpada não "choque elétrico" e que a operação das lâmpadas no edifício não interfere na operação de equipamentos sensíveis ao ruído da rede.

Desde 2021, entra em vigor o regulamento técnico do EAEU TR 048/2019 “Sobre requisitos para a eficiência energética de dispositivos que consomem energia”, que estabelece os requisitos obrigatórios para emissão de luz (eficiência energética), qualidade da luz (índice de reprodução de cores) e vários outros parâmetros operacionais. A certificação de acordo com esses requisitos será feita com base em relatórios de teste em laboratórios fotométricos.

Existem também formas voluntárias (opcionais) de certificados e conclusões que confirmam que as lâmpadas "cheiram", "soam" ou "estimulam o desenvolvimento da microflora". Esses papéis não têm nada a ver com qualidade, segurança ou eficiência de iluminação.

Atualmente, não há sistemas de certificação confirmando que a lâmpada é recomendada para instituições de ensino. Ninguém tem o direito de fazer tais demandas ou fazer tais recomendações.

3.4 Requisitos de iluminação

Para que os parâmetros do ambiente de iluminação na sala de aula atendam aos requisitos estabelecidos por lei e não haja queixas razoáveis ​​sobre "pouca iluminação", a lâmpada deve atender às seguintes condições:

1. Índice de reprodução de cores: Ra ≥ 80 ou CRI ≥ 80.
2. Coeficiente de iluminação da ondinha (ou fluxo luminoso): Kp ≤ 5%.
3. Temperatura de cor correlacionada: CCT = 4000 K ou CCT menor que 4000 K ou CCT, alterado durante o dia.
4. Tipo de difusor: opaco (ou opala).
5. Ângulo de proteção condicional: pelo menos 90 ° (ou seja, LEDs abertos não são visíveis).
6. Brilho geral: não mais que 5000 cd / m2.
7. A irregularidade do brilho da saída Lmax: Lmin não é superior a 5: 1.

Para uma lâmpada LED, todos os requisitos devem ser atendidos; para uma lâmpada fluorescente, os parágrafos 1 e 2 são obrigatórios e o parágrafo 3 é desejável.

É desejável que os parâmetros necessários sejam indicados no passaporte da lâmpada, pois o passaporte é uma confirmação documental da conformidade com as normas e, em caso de não conformidade, permite exigir a substituição do equipamento na garantia.

3.5 O número necessário de equipamentos

Ao instalar novas luminárias no lugar das antigas, a iluminação não diminuirá se o fluxo luminoso das novas luminárias não for menor que o fluxo luminoso das antigas.

Se o número de acessórios mudar, o número necessário de novos acessórios para obter iluminação em mesas de pelo menos 400 lux pode ser determinado pelo método do parágrafo 2.1.
A eficiência, ou eficiência luminosa, da lâmpada é importante. É impossível obter a iluminação desejada usando um grande número de luminárias de baixa eficiência. O projeto de norma interestadual GOST 32498-20xx “Métodos para determinar os indicadores de eficiência energética da iluminação artificial em ambientes” fornece um requisito para a potência instalada específica ω igual à razão entre a potência total das luminárias na sala P e sua área S:

$$

$$ω=\frac{P}{S} [/^2]$$

Nas salas de aula e salas de aula ao usar lâmpadas com lâmpadas fluorescentes, a potência específica instalada não deve exceder 13 W / m ² e ao usar lâmpadas LED - 8 W / m ² .

A partir de 1º de janeiro de 2020, o RF PP №1356 estabelece o requisito para que as lâmpadas LED típicas da escola com um difusor fosco - tenham uma saída de luz de pelo menos 105 lm / W. Esse valor com uma pequena margem é suficiente para atender aos requisitos da energia e iluminação instaladas acima.

3.6 Viabilidade econômica da substituição de luminárias por LEDs.

O requisito de energia instalada ao usar lâmpadas fluorescentes não é superior a 13 W / m ²viável somente ao usar equipamentos modernos, com custo comparável ao LED. Além disso, como a emissão de luz das lâmpadas LED ainda é maior, é aconselhável escolhê-las.

Ao optar por deixar o tipo antigo de lâmpadas fluorescentes ou colocar o LED com menos consumo de energia, você precisa comparar a diferença nos preços dos equipamentos com o custo da energia economizada durante a vida útil esperada.

A eletricidade consumida por ano W _ano pode ser calculada pela fórmula:

$$

$$W_{}= \frac{P \cdot t_{}}{1000} [ \cdot ]$$

onde P é a potência total de todas as luminárias em watts, t ano é o tempo de operação da luminária por ano em horas. De acordo com os dados do projeto GOST 32498-20xx, com um regime escolar de dois turnos, o tempo de operação de um ano é de 2250 horas.

Se a diferença no consumo de energia for duas vezes e o período de retorno razoável dos equipamentos for de 3 a 5 anos, o custo de reposição poderá ser justificado.

4. Aspectos legais e éticos

Você pode verificar as características dos equipamentos instalados, bem como a iluminação criada por eles, no escuro durante o dia, usando dispositivos portáteis: um medidor de luz, um medidor de pulso e um espectrômetro. O protocolo de medição tem significado legal se os instrumentos forem inseridos no registro de instrumentos de medição e tiverem certificados válidos de verificação ou calibração.
Em qualquer região, existem escritórios de representação de empresas e laboratórios de iluminação que, mediante solicitação, enviarão um representante com instrumentos de medição de advogados à escola.
Se o medidor de luz, o monitor de freqüência cardíaca e o espectrômetro não puderem ser encontrados, a maioria dos parâmetros do sistema de iluminação pode ser verificada com base nos dados dos passaportes das lâmpadas LED e no código de cores na marcação das lâmpadas fluorescentes.

Passaportes de equipamentos, certificados de conformidade e cópias de protocolos com base nos quais os certificados são emitidos, são armazenados no escritório ou no departamento de contabilidade e podem ser solicitados para revisão. Nos passaportes devem ser dados os parâmetros necessários para a inspeção do sistema de iluminação. Um documento adicional, às vezes fornecido pelo fabricante, é o protocolo de testes de iluminação da lâmpada, confirmando as características indicadas no passaporte. Esse conjunto de documentos é importante, pois determina a responsabilidade do fabricante.

A discrepância revelada entre os valores reais obtidos nas medições declaradas nos passaportes dos equipamentos é a base para a substituição do equipamento na garantia. Se o fabricante se isentar de responsabilidade, é necessário entrar em contato com a Rospotrebnadzor.
Se os parâmetros necessários para a conformidade com as normas sanitárias não estiverem indicados no passaporte da lâmpada LED ou indicados e não estiverem em conformidade com as normas, o signatário da compra assumirá a responsabilidade pela não conformidade.

A escola pode não permitir que representantes do comitê de pais realizem uma inspeção no sistema de iluminação e não fornece passaportes para que os equipamentos se familiarizem, especialmente para compilar um protocolo. Mas a proposta do comitê de pais de realizar esse exame indubitavelmente levará a escola a realizar o exame ou solicitar um exame. O que, por sua vez, levará à identificação e eliminação de problemas.

É importante que a determinação da não conformidade da iluminação com os padrões não cause e não exacerbe o confronto entre os pais e a escola, mas direcione os relacionamentos existentes em uma direção construtiva. Qualquer circunstância pode ser discutida e decidida para satisfação de todos.

Se você não pode mudar nada, pode concordar que mais cedo ou mais tarde eles reformarão o prédio e a próxima geração de estudantes terá boa iluminação. E essa geração, além da alta carga acadêmica, uso excessivo de smartphones e caminhadas insuficientes, terá que suportar uma baixa qualidade de iluminação.

5. Modelo de protocolo de inspeção de iluminação

O preenchimento passo a passo do protocolo de inspeção permite encontrar os problemas do sistema de iluminação e fazer uma conclusão inequívoca sobre as medidas necessárias.

Se não for possível medir alguns parâmetros, mas um cálculo ou avaliação expressa mostrar conformidade com os padrões, o protocolo declara que não há queixas sobre esses parâmetros. O resultado da avaliação não é legalmente significativo, mas a ausência de reclamações é significativa.



Fig. 6. Modelo de relatório de inspeção. Link para o arquivo: yadi.sk/i/kVk2OAcyXMMFKw