выбор освещения. освещение. Учебное пособие по дисциплинам Осветительные установки и системы и Проектирование электротехнических устройств для студентов всех форм обучения специальностей
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
E = Ф. Рис. 2.1. Угол падения светового потока Появление косинуса угла объясняется изменением площади проекции освещаемой поверхности. В табл. 2.2 приведены значения освещенности объектов, создаваемой техническими источниками, применяемми в светотехнике. Таблица 2.2 Освещенность поверхности в различных условиях ее освещения Условия освещения поверхности Освещенность, лк Поверхность стола при настольной лампе 100 Вт 80-200 Пол комнаты под лампой накаливания 100 Вт, висящей на высоте 3 мот стола 20-30 Видно, что лампа накаливания обеспечивает очень низкое значение общего освещения (при установке источников у потолка помещения. Для нормальной работы персонала при искусственном освещении 13 обязательно требуется дополнительное местное освещение. Для сравнения минимальная освещенность футбольного поля, необходимая для проведения телетрансляций, должна составлять 1200-1600 лк. 2.3. Сила света За единицу силы света принята условная величина – кандела, которая определяется силой света, испускаемой поверхностью площадью 1/600000 м 2 сечения полного излучателя в перпендикулярном этому сечению направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины (2042 К) при давлении 101325 Па. Таким образом, единица светового потока в один люмен равна силе света в одну канделу, распределѐнную в пределах пространственного угла в один стерадиан (ср). Следовательно, имеем 1 лм = 1 кд ср. Единичный пространственный (телесный) угол в один стерадиан – это угол, у которого площадь основания на сферической поверхности равна квадрату радиуса данной сферы. Наибольший телесный угол образован самой сферой и равен 4 (12,56 ср.). Значение силы света источника или светильника в различных направлениях принято представлять радиусами-векторами, длина которых в принятом масштабе определяет значение силы света в заданных направлениях пространства. Если излучатель или светильник круглосимметричный, то его светораспределение достаточно полно характеризуется продольной кривой силы света (КСС), представленной, например, для правой полуплоскости (рис. 2.2). Кривая силы света (КСС) – это графическое изображение распределения света в пространстве, представляется в виде графика. Чем больше КСС напоминает овал, вытянутый вдоль вертикальной оси светового прибора, тем же считается кривая и тем выше освещенность в центре светового пятна. Вид этой кривой – важнейшая характеристика светового прибора. В случае несимметричных излучателей (например, светильник с трубчатыми люминесцентными лампами, который имеет две плоскости симметрии) им соответствуют продольная и поперечная КСС. 14 Рис. 2.2. Продольная КСС симметричного излучателя Для источников направленного действия (прожектор и др) указывается максимальная или осевая сила света для источников с равномерным распределением светового потока в пространстве (лампа накаливания и др) указывается величина силы света средняя по всем направлениям. От силы света источника зависит освещенность, которая создается на некоторой поверхности, находящейся на расстоянии l от источника Е = I / l 2 , где I – сила света в данном направлении, l – расстояние от источника до освещаемой поверхности. Это выражение в фотометрии и светотехнике называется законом обратных квадратов. Значение освещѐнности в отдельной точке поверхности Е О подчиняется закону обратных квадратов: Е О = I cos /r 2 , где I – сила света источника в направлении рассматриваемой точки, кд; – угол между нормалью (перпендикуляром) воспринимающей 15 плоскости и направлением к точечному источнику излучения r – расстояние от рассматриваемой точки до источникам. В табл. 2.3. приведены значения силы света от некоторых источников. Раньше одна кандела приравнивалась к силе света свечи. Таблица 2.3 Источники света Наименование источника Сила света, кд Керосиновая лампа 5 Электрическая лампа накаливания осветительная 100 Вт 120 Электрическая лампа зеркальная 500 Вт 5000 Электрическая лампа прожекторная 1000 Вт 2200 Люминесцентная лампа типа ЛД 15 Вт 45 Зенитный дуговой прожектор диаметром 1,5 м 1,5∙10 9 2.4. Яркость Любая поверхность может быть видна только в том случае, если она попадает в поле зрения. Поток лучистой энергии может создаваться самим источником (тепловое, люминесцентное, лазерное излучение) или за счет отражения поверхностью источника света от другого естественного или искусственного источника. В любом случае яркость характеризуется свечением поверхности, которую дает в направлении наблюдателя каждая единица видимой ее площади. Самоизлучающие источники можно назвать первичными, а отражающие свет других – вторичными. Яркость светящихся поверхностей определяется отношением силы света в рассматриваемом направлении к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению (кд/м 2 ). Для светящейся поверхности конечных размеров значение средней яркости В = I / (П cos ), где I – сила света, кд, излучаемая поверхностью П, м в направлении 16 2.5. Прочие светотехнические характеристики Для удобства сведем многочисленные светотехнические параметры и характеристики в табл. 2.4. Прочие светотехнические характеристики Таблица 2.4 Наименование Обозначение, определяющая формула Краткое определение Коэффициент отражения î ò ð ï àä Ô Ô Способность поверхности отражать падающей на нее световой поток. Фон Поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается. В зависимости от коэффициента отражения различают светлый ( 0,4), средний ( = 0,2…0,4) и темный ( 0,2) фоны Контраст объекта различения с фоном ф о ф В В В К Отношение абсолютной величины разности между яркостью объекта и фона к яркости фона. Считается большим при К 0,5; средним при К = 0,2…0,5; малым при К 0,2 Показатель ослепленности Критерий оценки слепящего действия осветительной установки, зависящий от коэффициента ослепленности S, равного отношению видимостей объекта наблюдения U 1 – при экранировании и U 2 – при наличии блестких источников света. (при наличии блестких источников света повышенная яркость снижает зрительные функции глаза, которые связаны с образованием вуалирующей пелены на сетчатке) Показатель дискомфорта Критерий оценки дискомфортной блесткости, вызывающей неприятные ощущения при неравномерном распределении яркости в поле зрения, зависящий от яркости блесткого источника В с , кд/м 2 , углового размера блесткого источника , ср, индекса позиции блесткого источника относительно линии зрения о и яркости адаптации В ад , кд/м 2 Коэффициент пульсации освещенности Критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током 17 Примечание к табл. 2.4: блесткость – это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций ослепленность, те. ухудшение видимости объектов. Блесткость ограничивают уменьшением яркости источников света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильным направлением светового потока. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменить матовыми 18 3. ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 3.1. Источники излучения и их классификация Источником оптического излучения называют устройство, преобразующее любой вид энергии в энергию электромагнитных излучений оптического диапазона спектра. В светотехнике за источник излучения принимают не только те тела, которые являются самосветящимися, но также и тела, отражающие или пропускающие свет. Самосветящиеся тела называются первичными источниками, источники отраженного или проходящего излучения – вторичными. Классификация источников излучения может осуществляться по различным признакам, например а) по размеру источников излучения б) по характеру распределения силы излучения в пространстве (по форме фотометрического тела в) по спектральному распределению потока излучения (световому потоку г) повремени действия излучения д) по цветовой температуре е) по световой отдаче. Световая отдача источника света – это отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Измеряется величина в люменах на ватт (лм/Вт) и служит характеристикой экономичности источников. Световая отдача современных ламп накаливания общего назначения 8-20 лм/Вт, люминесцентных ламп 40-80 лм/Вт. Источники делятся на искусственные и естественные. Искусственные источники света – технические устройства различной конструкции и с различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения (как видимого, таки с различной длиной волны, например инфракрасного. В источниках света используется в основном электроэнергия, но иногда применяется химическая энергия, а также и другие способы генерации света (триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция. К примеру, при раскалывании кристалла сахара получается красивая синеватая вспышка. Естественные источники света – это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых 19 является способность испускать видимый свет. В отличие от естественных источников света, искусственные источники света являются продуктом производства человека или других. К естественным, или природным, источникам света прежде всего относят солнце, луну, планеты, кометы, полярные сияния, атмосферные электрические разряды, биолюминесценцию живых организмов, свет звезд и иных космических объектов, свечение окисляющихся органических продуктов и минералов и т.д. Естественные источники света играют первостепенную роль в существовании жизни на Земле и оказывают значительное воздействие на окружающую среду. Все параметры источников излучения можно разбить на две группы - технические. - эксплуатационные. Технические параметры – параметры, которые характеризуют сам источник света безотносительно к условиям его применения. К техническим относятся все электрические, световые и механические параметры ламп. Основные электрические параметры источников света. 1. Номинальное напряжение – напряжение, на которое рассчитана конкретная лампа или на которое она может включаться с предназначенной для этого специальной аппаратурой. Для ламп накаливания все остальные параметры снимаются именно при номинальном напряжении. Номинальное напряжение (впрочем, как и любое другое) измеряется в вольтах (В, V). 2. Номинальная мощность лампы – расчетная мощность, потребляемая лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп номинальная мощность - это расчетная мощность, которую потребляет лампа при ее включении со специально предназначенной для этого аппаратурой. Мощность измеряется в ваттах (Вт, W). 3. Для газоразрядных ламп иногда оговаривается род питающего тока – переменный или постоянный, так как отдельные типы ламп могут работать только на постоянном токе (например, шаровые ксеноновые или ртутные. Если такой оговорки в документации на лампу нетто лампы должны включаться только на переменное напряжение. При работе на постоянном токе обязательно указывается полярность включения к какому выводу лампы должен подключаться 20 положительный полюс сети (+), к какому – отрицательный (-). Электрод лампы, к которому подключается положительный полюс напряжения, называется анодом, отрицательный – катодом. 4. Для некоторых типов ламп (например, для эталонных или образцовых ламп накаливания) вместо номинальной мощности указывается номинальный ток (1 Н, который измеряется в амперах (А) или миллиамперах (мА, тА; 1 А - 1000 мА. Из световых параметров в каталогах и справочниках чаще всего указывается номинальный световой поток Ф, то есть поток, который создает лампа при ее номинальной мощности. Единица измерения светового потока, как уже было сказано, ― люмен (лм). 3.2. Точечные и линейные источники излучения B зависимости от соотношения размеров излучателя и расстояния его до исследуемой точки фотоприемника источники излучения можно условно разделить на две группы а) точечные источники излучения б) источники конечных размеров (линейные источники излучения. Источник излучения, у которого размеры значительно меньше расстояния до исследуемой точки, называют точечным. З точечный источник принимают такой, максимальный размер (l) которого не менее чем враз меньше расстояния до приемника излучения (r) (рис. 3.1). Для таких источников излучения соблюдается закон обратных квадратов, согласно которому освещенность поверхности прямо пропорциональна силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния между излучателем и облучаемой поверхностью. Рис. 3.1. Точечный источник излучения К группе излучателей конечных размеров относят те излучатели, у которых относительные размеры по всем направлениям больше 21 размеров точечного излучателя. По мере удаления от исследуемой точки относительные размеры данного излучателя могут достигнуть значения, при котором этот излучатель можно будет принять за точечный. 3.3. Симметричные и несимметричные источники излучения По характеру распределения силы излучения (света) точечные источники можно разделить на симметричные и несимметричные. Такое деление обусловлено различной формой фотометрического тела. Под фотометрическим телом излучателя понимают распределение силы излучения (света) в пространстве. Симметричные источники излучения имеют одинаковые значения потока излучения или светового потока по всем направлениям, составляющим одинаковые углы с осью симметрии излучателя. Симметричный излучатель представляет собой фотометрическое тело в виде тела вращения вокруг своей оси (рис. 3.2). Для такого источника все значения силы излучения (света) под любым углом α коси симметрии источника будут одинаковы. Рис. 3.2. Модель симметричного излучателя Это позволяет пространственное распределение силы света выразить в виде графических кривых Такие кривые строят в полярной или прямоугольной системе координат для вертикального или горизонтального сечения фотометрического тела (рис. 3.3). Прямоугольную систему координат 22 применяют для источников с распределением потоков излучения в пределах небольшого угла, например у прожекторов. Рис. 3.3. Поперечная кривая распределения силы света симметричного источника При сечении симметричного фотометрического тела вертикальной плоскостью по оси симметрии получают так называемую продольную кривую распределения силы света. Поскольку она симметрична, то ее строят обычно в пределах от 0 до 180°. Сечение симметричного фотометрического тела горизонтальной плоскостью, проходящей перпендикулярно оси симметрии через центр источника, позволяет получить поперечную кривую распределения силы света (см. рис. 3.3). Несимметричные излучатели не обладают симметрией распределения сил света относительно оси, вследствие чего их фотометрическое тело отличается от тела вращения и значения силы света неодинаковы для различных продольных плоскостей. В связи с этим строят семейство продольных кривых силы излучения, соответствующих различным направлениям в пространстве. Графическое распределение силы света в виде семейства кривых пристроят в полярной системе координат (рис. 3.4). 23 Рис. 3.4. Продольные кривые распределения силы света несимметричного источника 24 ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ И ИСТОЧНИКИ СВЕТА Естественное освещение создается природными источниками света – прямыми солнечными лучами и диффузионным светом небосвода (от солнечных лучей, рассеянных небосводом. Естественное освещение подразделяют на боковое, осуществляемое через световые проемы в наружных стенах верхнее, осуществляемое через аэрационные и защитные фонари, проемы в перекрытиях комбинированное, когда к верхнему освещению добавляют боковое. Характеризуется естественное освещение показателем КЕО коэффициент естественной освещенности. В зданиях с недостаточным естественным освещением применяют совмещенное освещение – освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. Искусственное освещение освещение электрическими источниками света) предназначено для освещения рабочих поверхностей при недостаточности естественного освещения ив темное время суток. Оно должно обеспечивать установленную санитарными нормами величину освещенности. Производственное освещение – это система естественного и искусственного освещения, которая позволяет работающим нормально осуществлять определенный технологический процесс. Система искусственного освещения – это группа светильников с размещенными в них электрическими источниками света, спроектированная по определенному принципу в зависимости от выполняемых задач. При размещении источников света над освещаемой площадью часто возникает необходимость одновременного выбора светильников по таким характеристикам как дальность действия, допустимая высота подвеса, единичная мощность источников света и т.п. Системы искусственного освещения классифицируются по двум основным признакам конструктивное исполнение функциональное назначение. По конструктивному исполнению различают две системы искусственного освещения – общее равномерное или локализованное – комбинированное - совокупность общего освещения и местных светильников, расположенных непосредственно на рабочих местах. 25 В данную классификацию можно было бы включить местное освещение как отдельный вид конструктивного исполнения, однако, местное освещение должно использоваться только совместно с общим, иначе нарушаются требования безопасности. Общее равномерное освещение обеспечивает равномерное распределение светового потока без учета расположения оборудования, а общее локализованное неравномерное) – с учетом расположения рабочих мест (например, в сборочных цехах при технической невозможности оборудования местного освещения. Локализованное освещение также целесообразно сточки зрения энергосбережения, т.к. светильники можно сосредоточить над рабочими местами, проходами и проездами, а редко посещаемые места освещать по минимально допустимой норме. По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное. Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормальных зрительных условий при выполнении работ, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности, применяемое для продолжения работы, и эвакуационное – для эвакуации из помещения, при аварийном отключении рабочего освещения. Дежурное освещение – освещение помещений, а охранное – освещение охраняемых площадок предприятия в нерабочее время, совпадающее с темным временем суток. Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон оно указывает на наличие опасности либо на безопасный путь эвакуации. Условно к производственному освещению относят бактерицидное и эритемное облучение помещений. Бактерицидное облучение освещение) создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания. Эритемное облучение создается в производственных помещениях, где недостаточно солнечного света (северные районы, подземные сооружения. Максимальное эритемное воздействие оказывают электромагнитные лучи с длиной волны 297 нм. Они стимулируют обмен веществ, кровообращение, дыхание и другие функции организма человека. Также по своему характеру освещение можно разделить на светотеневое, светотональное, локальное и силуэтное. Светотеневое – освещение, когда источник излучения формирует свет из тени, а рассеянный свет подсвечивает тени объекта. 26 Светотональное – освещение, когда рассеянный свет равномерно заполняет пространство и освещает все точки снимаемого объекта. Локальное – освещение ограниченной части пространства или части снимаемого объекта. Силуэтное – освещение, когда предметы на переднем плане затемнены, а свет падает на задний план. 4.1. Лампы накаливания Источником излучения в лампе накаливания является вольфрамовая нить (рис. 4.1), свитая в спираль и находящаяся в нейтральной атмосфере. Условные обозначения ламп накаливания [3, 5]: В – вакуумные Г – газонаполненные с моноспиральным телом накала Б – газонаполненные с биспиральным телом накала БК – лампы с повышенной светоотдачей с биспиральным телом накала, колба которых заполнена криптоном. Спектральные характеристики таких ламп имеют значительные отступления от источника белого света незначительное излучение в синей и фиолетовой частях спектра и избыток – в желтой и красной. Средняя продолжительность горения – 1000 ч. В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более красным кажется излучение. 27 Рис. 4.1. Лампа накаливания Для повышения КПД лампы и получения максимально белого света необходимо повышать температуру нити накала, которая, в свою очередь, ограничена свойствами материала нити – температурой плавления. Идеальная температура в 6000 K недостижима, т.к. при такой температуре любой материал плавится, разрушается и перестаѐт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления – вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C). В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом. Первые лампочки делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности. Современные лампы заполняются буферным газом. Это уменьшает скорость испарения материала нити. Возникающие при этом за счѐт 28 теплопроводности потери тепла, уменьшают путѐм выбора газа по возможности с наиболее тяжелыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. 4.2. Галогенные лампы Добавление в буферный газ галогенов брома или йода повышает время жизни лампы (рис. 4.2) до 2000 – 4000 часов. При этом рабочая температура составляет примерно 3000 К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт. Йод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Рис. 4.2. Галогенная лампа Этот процесс является обратимым – при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи не. Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле при условии, что температура стекла более 250°C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Маленький объѐм колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведѐт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжелыми 29 инертными газами, что ведѐт к уменьшению потерь энергии за счѐт теплопроводности. Всѐ это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность. Галогенный цикл вольфрамово-галогенной лампы представлен на рис. 4.3. Основным моментом в галогенном цикле является поддержание минимальной температуры стенки колбы на уровне 250 С, что необходимо для того, чтобы галоид вольфрама оставался в газообразном состоянии и не осаждался на стенке колбы. Эта температура означает, что речь идет о колбах, сделанных из кварца, а не из стекла. Кварц позволяет уменьшить размер колбы. Вследствие высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведѐт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной еѐ разрушения. Поэтому колбы изготавливаются из кварца. Рис. 4.3. Вольфрамово-галогеновый цикл У большинства вольфрамово-галогенных ламп срок службы выше, чему аналогичных ламп накаливания, и нить работает при более высокой температуре, давая больше света более белого цвета. Вольфрамово- галогенные лампы стали популярными там, где основными требованиями является малый размер и высокие эксплуатационные качества. Типичными примерами являются освещение сцены, где обычно требуется направленный свети возможность управления его интенсивностью. 30 4.3. Газоразрядные источники излучения. В газоразрядных источниках света излучения оптического диапазона спектра возникают в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов, паров металла или их смесей. Под термином газовый разряд понимают совокупность явлений, возникающих в газе при пропускании через него электрического тока. Различают несколько видов электрического разряда (рис. 4.4), В источниках света в основном используют тлеющий (малые токи) и дуговой (большие токи) разряды. Рис. Виды электрического разряда Характер и интенсивность излучения при газовом разряде зависит от давления в лампе. При низком давлении излучение определяется переходами между энергетическими уровнями отдельных атомов и спектр носит линейчатый характер. При повышении давления до 1 атм линии спектра расширяются, спектр становится полосатым. Вольтамперная характеристика электрического разряда представлена на рис. 4.5. Электрический разряд Несамостоятельный Самостоятельный при нормальном давлении при пониженном давлении тлеющий дуговой искровой коронный 31 Рис. 4.5. ВАХ электрического разряда При дальнейшем повышении давления спектр смещается в длинноволновую часть. Преимущества газоразрядных ламп более высокие отдача и срок службы имеют значительно большую яркость, чем лампа накаливания могут иметь линейчатый спектр с расположением линий в любой части оптического диапазона появляется возможность создания коротких вспышек большой мощности. Недостатки газоразрядных ламп линейчатый спектр газоразрядных ламп не позволяет использовать их в качестве источника освещения Газоразрядным лампам присуще явление пульсации светового потока и связанный с ней стробоскопический эффект, опасный для людей Появляется необходимость применения балансового устройства Напряжение зажигания газового разряда превышает рабочее напряжение лампы Длительный период разжигания лампы. Разрядные лампы низкого давления имеют разрядную колбу 1 в виде стеклянной трубки, на концах которой в цоколь 4 вмонтированы штыревые токоподводы 5 (рис. 4.6). В оба цоколя 4 лампы через стеклянные ножки 2 впаяны оксидированные электроды 3, выполненные в виде моноспирали из вольфрама. 32 Рис. 4.6. Устройство трубчатой разрядной лампы низкого давления 1 – колба 2 – стеклянная ножка 3 – спиральный электрод 4 – цоколь 5 – штыревые токоподводы У осветительных ламп внутренняя часть колбы из обычного стекла, которое не пропускает УФ-излучение, покрыта слоем люминофора. У ламп для УФ-облучения колбы выполняют из специального кварцевого или увиолевого стекла, которое имеет высокий коэффициент пропускания УФ-излучения соответствующей зоны УФ-спектра. Внутренний объем колбы заполняют аргоном и вводят небольшое количество ртути. Электрический разряд в лампе начинается в атмосфере инертного газа аргона, а затем по мере испарения ртути продолжается в еѐ парах. 4.4. Люминесцентные источники излучения Люминесценция – способность некоторых веществ излучать энергию, накопленную в пределах атома, при переходе электронов с более высших энергетических уровней на более низкие. Люминофор – вещество, в состав которого входят возбуждаемые атомы. В зависимости оттого, за счет какой энергии происходит возбуждения атома, различают следующие виды люминесценции 1) фотолюминесценция – свечение под действием света видимого и ультрафиолетового диапазона а) флуоресценция б) фосфоресценция. 2) хемилюминесценция – свечение, использующее энергию химических реакций. 3) катодолюминесценция – свечение, вызванное облучением быстрыми электронами (катодными лучами. 4) сонолюминесценция – свечение, вызванное звуком высокой частоты. 5) рентгенолюминесценция – свечение, возникающее под действием рентгеновских лучей. 6) радиолюминесценция – свечение, вызванное возбуждением вещества гамма-излучением. 33 7) триболюминесценция – свечение, возникающее при растирании, раскалывании или раздавливании люминофоров. 8) электролюминесценция – возникает при пропускании токов через особые типы люминофоров. Дополнительными признаками, позволяющими отличить излучение люминесценции от других излучений, являются следующие 1) селективность (определяется свойствами люминофора 2) некогерентность (существует разброс фотонов по фазовым состояниям степени поляризации. Люминесцентная лампа (рис. 4.7) выполнена в виде стеклянной трубки, в концы которой впаяны электроды. Разряд происходит в атмосфере аргона (400 Пас примесью паров ртути. Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, который, поглощая коротковолновое излучение, излучает сплошной спектр. Часть излучения газового разряда проходит через порошок люминофора. Световая отдача 45-90 лм/Вт. Рис. 4.7. Люминесцентная лампа Маркировка люминесцентных ламп низкого давления содержит буквенное обозначение, начинающееся с буквы Л (люминесцентная) и второй буквы, раскрывающей особенности ее спектра излучения Б – белая, ТБ – тепло-белая, ХБ – холодно-белая, Д – дневная, Е – естественная, БЕ — белая естественная, ХЕ – холодная естественная. Ц – с повышенной цветопередачей, УФ – ультрафиолетовая, Ф – фотосинтезная, Р – рефлекторная, У – U – образная, К – кольцевая. После буквенного обозначения следуют цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис — номер разработки. Например, ЛБР-80 – лампа люминесцентная белая рефлекторная мощностью 80 Вт. Следует заметить, что распространенные на сегодняшний день, энергосберегающие лампы являются по сути люминесцентными, с 34 различными сложными формами трубки, и электронным пуско- регулирующим аппаратом (ПРА), встроенным в лампу. Соответственно им присущи все достоинства и недостатки люминесцентных ламп кроме пульсаций, устраняемых высокочастотным ПРА). 4.5. Ртутные лампы высокого давления (ДРЛ) Лампы ртутные дуговые типа ДРЛ (рис. 4.9) – газоразрядные ртутные лампы высокого давления, применяются для уличного освещения и освещения больших производственных площадей. Используются в сетях переменного тока напряжением 220 B и частотой 50 Гц. ДРЛ включаются через пускорегулирующие аппараты. В их конструкции используется дуговой разряд в атмосфере газов и паров ртути при высоком давлении (0,3-1,5 МПа. Энергетический баланс люминесцентной лампы приведен на рис. 4.8. Рис. 4.8. Энергетический баланс люминесцентной лампы Электрический разряд в парах ртути Видимое излучение разряда 2% Ультрафиолетовое излучение 64 % Тепло 79 % Люминофор Видимое излучение 19 % Свет 21 % Тепловые потери 34 % Тепловые потери 45 % 35 Рис. 4.9. Ртутные лампы высокого давления 1 - основные электроды 2 - поджигающие электроды 3 - вводы электродов 4 - буферный газ (аргон - служит для начальной ионизации и получения дугового разряда 5 - позисторы (служат для ограничения тока тлеющего разряда на поджигающих электродах 6 - ртуть (служит для изменения градиента потенциала в разряде. Благодаря дополнительным электродам лампа не нуждается в зажигающем устройстве, включается в сеть с индуктивным ПРА и зажигается непосредственно от напряжения сети 220 В (рис. Рис. 4.10. Схема подключения лампы ДРЛ Разряд происходит во внутренней, заполненной аргоном колбе. Спектр излучения состоит из ультрафиолетового, синего и зеленого видимого спектра. Составляющие красной области спектра полностью отсутствуют. Слой люминофора на внутренней поверхности внешней колбы преобразует ультрафиолетовую составляющую в световое излучение красной части спектра. 36 Процесс разгорания ламп ДРЛ после включения длится около семи минут, исчезновение напряжения приводит к погасанию лампы. Горячую лампу зажечь невозможно, необходимо полное остывание лампы. Преимущества ртутных ламп высокого давления высокая световая отдача (до 65 лм/Вт); компактность, при высокой единичной мощности (до 1 кВт способность работать при отрицательной температуре длительный срок службы (до 20 тыс. часов. Недостатки ртутных ламп высокого давления низкая (неправильная) цветопередача пульсация светового потока критичность к колебаниям напряжения сети долгий процесс розжига. некоторая сложность монтажа и обслуживания. 4.6. Металлогалогенные лампы Принцип действия современных металлогалогенных ламп (МГЛ) рис. 4.11) в основном тот же, что и для всех газоразрядных ламп светящейся субстанцией здесь является плазма дугового электроразряда, а основными элементами, заполняющими газоразрядную трубку, являются ртуть (Hg) и аргон (Ar). Рис. 4.11. Металлогалогенная лампа Однако помимо данных компонентов в газовой среде МГЛ наличествуют галогениды тех или иных металлов, ионизированные 37 атомы которых при высокой температуре разряда создают оптическое излучение повышенной интенсивности. Разумеется, это сокращает расходы на оплату электроэнергии и монтаж светильников, в которых используются металлогалогенные лампы, поскольку для того, чтобы обеспечить необходимый уровень освещенности, их требуется гораздо меньшее количество, да и сами по себе они гораздо экономнее прочих галогенных источников освещения. К безусловным плюсам, которые имеют металлогалогенные лампы, необходимо отнести также их малую теплоотдачу, длительность срока эксплуатации, хорошую цветопередачу. При этом, в зависимости от комбинации применяемых галогенидов и температуры разряда, можно добиться различных цветовых эффектов. Свечение может быть как ярко- белым, таки голубоватым или иметь множество других цветовых оттенков. Благодаря высоким потребительским свойствами универсальности металлогалогенные лампы используют в самых различных сферах жизнедеятельности. Они применяются как в профессиональном осветительном оборудовании большой мощности (прожекторы в аэропортах, на спортивных стадионах, морских маяках, театральные, теле- и киносъемочные софиты, уличное освещение и т.д.), таки в декоративно-бытовых целях (точечные светильники для освещения витрин, производственных, торговых и жилых помещений, теплиц, аквариумов и т.д.) Металлогалогенные лампы (например, ДРИ – дуговая ртутная с излучающими добавками) имеют следующие характеристики улучшенная цветопередача ив раза увеличенная по сравнению с ДРЛ световая отдача (до 100 лм/Вт); меньшая продолжительность горения (до 10 тыс. ч. Натриевые лампы Натриевая лампа – газоразрядный источник света, в котором излучение оптического диапазона возникает при электрическом разряде в парах Na. Натриевая лампа (рис. 4.12) низкого давления представляет собой заполненную парами Na и смесью инертных газов трубку из натриевостойкого стекла, в торцы которой впаяны электроды. Давление газов в трубке 1,3-2 кН/м 2 (10-15 мм рт. ст. Мощность натриевых ламп 45-200 Вт, срок службы 5-7 тыс. ч, световая отдача до 180 лм/Вт. Из-за чисто-жѐлтого света натриевые лампы непригодны для общего освещения их используют для освещения загородных автострад, декоративного освещения, наружного освещения. 38 Рис. 4.12. Натриевая лампа Разрядная трубка натриевой лампы высокого давления изготовляется из светопропускающего поликристаллического оксида алюминия, устойчивой к воздействию электрического разряда в парах Na до температур выше 1200 С. Внутрь разрядной трубки после удаления воздуха вводят дозированные количества Na, Hg и инертный газ при давлении 2,6-6,5 кН/м 2 (20-50 мм рт. ст. Мощность натриевой лампы 125-1000 Вт, световая отдача около 140-180 лм/Вт, срок службы 10-20 тыс. ч. Все натриевые лампы включаются в электрическую сеть через пускорегулирующие аппараты. Для обеспечения наибольшего выхода резонансного излучения Na разрядные трубки натриевых ламп утепляют, помещая их внутри стеклянного баллона, из которого откачан воздух. 4.8. Ксеноновые лампы Ксеноновая газоразрядная лампа – газоразрядный источник света, в котором электрическая энергия преобразуется в световую при горении дугового разряда в атмосфере ксенона. Характерные особенности этих ламп непрерывный спектр излучения, близкий к солнечному возрастающая вольтамперная характеристика, упрощающая условия питания и регулирования ламп большой диапазон яркости и мощности возможность как естественного, таки принудительного (водяного) охлаждения. Ксеноновая газоразрядная лампа представляет собой заполненную ксеноном кварцевую колбу с герметически встроенными электродами, между которыми горит электрическая дуга. Ксеноновые газоразрядные лампы подразделяют на трубчатые лампы высокого давления, в которых дуга стабилизируется стенками трубки, и шаровые лампы сверхвысокого давления со свободно горящей между электродами дугой. Мощность трубчатых ксеноновых газоразрядных ламп достигает 100 кВт световая отдача равна 20-40 лм/Вт, давление газа около 0,1 МН/м 2 (1 кгс/см 2 ), срок службы более 500 час Лампы этого типа применяются для 39 освещения открытых пространств (городских площадей, ж.-д. станций, при выращивании растений и др. Яркость шаровых ксеноновых ламп соизмерима с яркостью Солнца, диапазон их мощностей колеблется от 0,1 до 30 кВт световая отдача около 50 лм/Вт, давление газа 0,5-3 МН/м 2 (5-30 кгс/см 2 ), долговечность 100-500 час Разновидность шаровых ксеноновых газоразрядных ламп - лампы в металлической оболочке со сферическим выходным окном, мощностью более 40 кВт Шаровые ксеноновые лампы получили широкое распространение в прожекторной технике, кинотехнике, для имитации солнечного излучения, оптических печах и т. д. Основная тенденция совершенствования таких ламп – увеличение мощности, срока службы, надѐжности. Ксеноновые лампы имеют следующие характеристики используют газовый разряд в ксеноне при высоком и сверхвысоком давлении имеют большую электрическую мощность (до 50 кВт, что в ряде случаев может потребовать водяного охлаждения имеет непрерывный спектр излучения, близкий к солнечному температура 6100-6300 К световая отдача до 50 лм/Вт; продолжительность горения до 1350 час. 4.9 Светодиоды Светодиод или светоизлучающий диод (СИД) – полупроводниковый прибор, излучающий свет при пропускании через него электрического тока. Электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции, происходящей в полупроводниковом кристалле с электронно-дырочным переходом (p-n переходили гетеропереходом либо в контакте металл-полупроводник. Излучаемый свет лежит в узком участке спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в СИД полупроводника. При пропускании электрического тока в прямом направлении происходит инжекция электронов из полупроводника типа в область с проводимостью, где основными носителями заряда являются дырки. Инжектированные из p-n перехода неосновные носители заряда электроны) рекомбинируют с основными (дырками) с излучением фотонов. Аналогично происходит инжекция дырок в область проводимости и излучение при их рекомбинации с электронами. Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при 40 рекомбинации. Хорошими излучателями являются, как правило, прямозонные полупроводники типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). В связи с развитостью кремниевой технологии активно ведутся работы по созданию светоизлучающих диодов на основе кремния. Особенности светодиодных ламп полосатый спектр, ширина полосы 20-50нм; излучение в диапазоне 360-950 нм; высокая световая отдача до 100 лм/Вт (красный) до 80 лм/Вт (зеленый); возможность получения любого оттенка света. Индукционные лампы (ИЛ) Для производства источников света вынужденно применяются ртуть, свинец, кадмий, барий и другие элементы. Экологическую обстановку можно существенно улучшить за счет увеличения срока службы источников света, содержащих вредные вещества. Кроме того, обслуживание осветительных установок в некоторых случаях требует затрат, соизмеримых со стоимостью установленного оборудования (тоннели, здания с высокими потолками и т.п.). Продление срока службы ламп является насущной задачей. Главный фактор, влияющий на срок службы люминесцентных ламп – это состояние электродов. Возможны два направления продления срока службы ламп усовершенствование электродов полный отказ от электродов. Максимальный срок службы можно получить только у безэлектродных ламп (индукционных, ИЛ. Если в обычной люминесцентной лампе электрический ток создает столб разряда между разогретыми электродами, в индукционной безэлектродной) газовый высокочастотный разряд создается электромагнитным полем. Приоритетами в разработке и изготовлении ИЛ являются Нидерланды, Германия и США. Существует пять видов безэлектродных ламп, из которых рассматривается только первый 41 1) ртутные индукционные люминесцентные лампы.Наиболее освоены из них QL фирмы «Philips» (Нидерланды, Endura фирмы Osram (Германия, Genura фирмы General Electric (США. 2) Микроволновые (СВЧ, серные 3) Фосфоресцирующие 4) Радиоактивного принципа действия 5) Биоактивного принципа действия. В основе работы индукционных ламп заложены три основных принципа емкостной разряд (Е-разряд). Герметичная разрядная колба размещается между двумя металлическими пластинами (аналог конденсатора, на которые подается напряжение ВЧ. Характеризуется низкой эффективностью разряда и быстрым износом люминофора разряд микроволновой плазмы (СВЧ-разряд). Применяется источник СВЧ (несколько ГГц. Характеризуется большими габаритами изделия и высокой стоимостью индукционный разряд (И-разряд) (рис. 4.13). Индукционная катушка охватывает разрядную трубку или размещается внутри нее. Переменный магнитный поток катушки создает электрическое поле, поддерживающее плазму разряда. Этот принцип наиболее приемлем для разработки ИЛ осветительных установок. Рис. 4.13. К пониманию принципа действия ИЛ 1 – ферритовый сердечник 2 – атом ртути 3 – УФ-излучение; 4 – видимый свет 5 – люминофорное покрытие 42 Достоинства индукционных ламп Разнообразие форм изготавливаемых ИС; Широкий диапазон светового потока Отсутствие электродов Очень большой срок службы Независимость срока службы от числа циклов включено- отключено Мгновенное зажигание Отсутствие мерцания при работе. Недостатки индукционных ламп Большие размеры разрядной трубки Ограниченный диапазон мощности Относительно низкий световой поток (Ф 12000 лм); Чувствительность к температуре окружающей среды Нестандартные характеристики ламп Различное конструктивное исполнение у разных производителей Высокая стоимость комплекта ―лампа+ЭПРА‖. Представление о конструктивном исполнении современной безэлектродной индукционной лампы QL дает рис. 4.14. Рис. 4.14 Индукционная лампа Master QL: 1 – колба 2 - слой люминофора 3 - полость для индуктора 4 – ножка 5 - капсула с амальгамой на ножке 6 – основная капсула цоколь Основные элементы индукционной лампы колба (1) для создания объемного газового разряда 43 слой люминофора (2), наносится на внутреннюю поверхность колбы, для преобразования невидимого ультрафиолетового излучения в видимое полость индуктора (3), для размещения источника электромагнитного поля ножка (4), граница полости ферритового сердечника капсула с амальгамой (5) на ножке (вспомогательная основная капсула с амальгамой (6), для создания условий выхода. Для запуска лампы формируется зажигающий импульс с напряжением порядка 1300 В и длительностью 15 мс. Условия для запуска создаются блоком ЭПРА, который может располагаться на расстоянии 60 см от ИС. Индуктор (ферритовый сердечник с обмоткой) аналогичен первичной обмотке трансформатора, по которой идет ток Р. Роль вторичной обмотки выполняет разряд в парах ртути низкого давления. Создаваемое электромагнитное поле (I s ) высокой частоты (ВЧ) индуктором обеспечивает газовый разряд в парах ртути. Возникает ультрафиолетовое излучение (УФИ), на которое воздействует люминофорное покрытие. Изменение светового потока лампы (Ф л ) в процессе зажигания наглядно показано на рис. 4.15. Применение двух разных по составу амальгам приводит к возникновению двух пиков в процессе прогрева лампы. Первый пик связан с испарением амальгамы из капсулы на ножке. Промежуточный пик связан с режимом прогрева стенок колбы. Второй пик связан с испарением амальгамы основной капсулы, укрепленной вблизи цоколя, после чего лампа выходит на рабочий режим. Время зажигания, с) Рис. 4.15. Распределение светового потока 44 Применение амальгам двух видов (стартовой – легкоплавкой и рабочей) обеспечивает высокую устойчивость ИЛ к воздействию окружающей среды. Люминофорное покрытие преобразует УФИ в видимый свет. Запуск лампы воспринимается мгновенным, однако период полной стабилизации рабочих характеристик – 50 минут. Технические характеристики индукционной лампы QL: Диапазон рабочих температур зависит от ВЧ-генератора, так как высокая температура негативно влияет на работу полупроводниковых устройств Допустимая рабочая температура для ВЧ-генератора в пределах от -25 до +С. Рабочая частота тока в индукторе (2,65 МГц) соответствует международным требованиям по электромагнитной совместимости Спад светового потока после 10 000 часов работы не более 30%. Срок службы лампы определяется электронными аппаратами, с которыми она работает, а не разрядной колбой По форме лампа близка к обычной лампе накаливания. Индукционная лампа Endura (Германия – Osram) Endura – это торговое название лампы (от англ. Duration – длительность, протяженность во времени. Представление обустройстве и принципе действия такой лампы дает рис. 4.16. Основные элементы замкнутая трубка (1), свернутая в эллиптическое кольцо, с покрытой люминофором (3) внутренней поверхностью и амальгамой катушки индуктивности (2), расположенные на ферритовых сердечниках (5) с противоположных сторон эллиптического кольца. Катушки индуктивности включаются параллельно. Таким образом, лампа работает, как вторичная обмотка трансформатора, имеющая всего один виток ЭПРА (4) — электронный пуско - регулирующий аппарат. 45 Рис. 4.16. Индукционная лампа Комплект ИЛ включает лампу и ЭПРА. Принцип действия индукционной лампы подключенный к сети СП с помощью ЭПРА преобразует частоту 50 Гц в рабочую частоту 250 кГц и подает на катушки индуктивности катушки создают магнитное поле, энергия которого используется для разряда в трубке. Кроме того, индуцируется электрическое поле, необходимое для поддержания разряда в газе. Образуется УФ-излучение; УФ-излучение преобразуется люминофором в видимое (в свет. Индукционная лампа. Genura (США – General Electric) Предназначена для внутреннего и наружного применения. Зажигается при -С. Имеет встроенный ЭПРА, винтовой цоколь Е, форму стандартной зеркальной ЛН с диаметром 80 мм. Производится в Венгрии. Основное назначение – замена обычных и галогенных ЛН. Представление обустройстве и внешнем виде дает рис. 4.17. Основные элементы пластиковый корпус для размещения деталей лампы и электронного блока колбас люминофорным покрытием для создания разрядного объема и преобразования У ФИ в свет индукционная катушка, для создания электромагнитного поля и поддержания плазмы. 46 Рис. 4.17. Конструкция индукционной лампы Genura Принцип действия индукционной лампы при включении ИС в сеть встроенный ВЧ-генератор преобразует энергию сетевой частоты 50 Гц в энергию частоты 2,65 МГц ток ВЧ, проходящий по индукционной катушке, генерирует высокочастотное магнитное поле, вызывающее ионизацию атомов ртути, которые излучают УФИ; переменный магнитный поток, создаваемый катушкой, генерирует вихревое электрическое поле, которое поддерживает плазму УФИ преобразуется люминофором в видимый свет. Технические характеристики стоимость ИЛ выше, чем зеркальной ЛН, но эксплуатационные расходы меньше (трудоемкость и энергопотребление ниже, окупаемость затрат – за 3 года эксплуатации наличие амальгамы обеспечивает оптическую светоотдачу в широком диапазоне температур окружающей среды световой поток после 15 000 часов работы снижается менее чем на 30%; КСС подобна КСС ЛН. 5. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ Основные требования, предъявляемые к осветительным установкам, заключаются в следующем [4]: 47 1) обеспечение равномерности распределения освещенности на рабочей поверхности, постоянства освещенности во времени и отсутствия в поле зрения слепящих яркостей (других светильников 2) отсутствие теней на рабочей поверхности (правильный выбор направления светового потока, использование светильников рассеянного или отраженного светораспределения); 3) обеспечение спектрального состава излучения (цветопередачи. Расчетам предшествует ряд подготовительных этапов [4]: 1. Определение нормируемых характеристики параметров установление нормативов, анализ габаритно-планировочных параметров объекта расчета с выявлением расположения рабочих поверхностей и точек пространства, для которых соответственно приняты нормативы выявление объектов, могущих оказать затеняющее действие анализ оптических характеристик ограждающих поверхностей выявление направления отражающих поверхностей для соблюдения мер ограничения отраженной блескости; установление режима использования электрического освещения как фактора, влияющего на выбор источника света определение требований к спектральным характеристикам источника света. 2. Оценка действия многократных отражений определение коэффициента отражения отражающих поверхностей и оценка их роли в перераспределении светового потока светильников выявление отражающих характеристик локально расположенных у рабочих мест поверхностей оценка влияния оконных проемов или других мало отражающих поверхностей на перераспределение светового потока. 3. Оценка потерь светового потока установление категорийности среды в зоне возможного размещения осветительных приборов ив пространстве полезного распространения их светового потока определение допустимых для применения в данной установке осветительных приборов в соответствии сих характеристиками определение расчетного значения коэффициента запаса. 4. Выбор схемы размещения светильников и способов расчета оценка возможности подбора типовых решений выбор типа источника света подбор вариантов для сравнения выбор способа расчета необходимой мощности и числа ламп. Следует заметить, что расчет естественного освещения не рассматривается, т.к. относится к общестроительным вопросам. 5.1. Нормативные характеристики Значение нормируемой освещенности выбирается в зависимости от характера зрительной работы, размеров объекта различения, фона и 48 контраста объекта с фоном, вида и системы освещения, типа источника света. Нормы освещенности приведены в СНиП 23-05-95. При использовании табл. 5.1 следует учитывать требования [2, пи, а также рекомендации [2, прил. ЕЖИ. В табл. 5.1 указаны нормативы для производственных помещений, для общественных зданий существует отдельная таблица [2, табл. 2]. Освещенность при использовании ламп накаливания следует снижать по шкале освещенности а) на одну ступень при системе комбинированного освещения, если нормируемая освещенность составляет 750 лк и более б) тоже общего освещения для разрядов I–V, VII; в) на две ступени при системе общего освещения для разрядов VI и VIII. В ряде отраслевых документов приведены нормы освещенности для различных производств, операций, видов деятельности. Данные нормы получены на основе СНиП 23-05-95 [2] с учетом особенностей конкретных производств. При наличии таких норм следует преимущественно пользоваться ими. Например, согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 [3] освещенность рабочей поверхности при работе с ЭВМ должна составлять 300–500 лк. В [2, прил. И для аудиторий, учебных кабинетов, лабораторий в техникумах и высших учебных заведениях рекомендуется значение освещенности 400 лк на рабочих столах и партах от общего освещения для кабинетов информатики и вычислительной техники – 400 лк на горизонтальной плоскости от общего освещения и 200 лк на экране дисплея. При системе комбинированного освещения рекомендуется 500 лк суммарной освещенности, из которых 300 лк – от системы общего освещения. 5.2. Коэффициент запаса При эксплуатации осветительной установки освещенность на рабочих местах уменьшается. Основные причины снижения освещенности – уменьшение светового потока источников света в процессе горения и загрязнение источников света, осветительной арматуры, стен и потолка освещаемого помещения. Уменьшение освещенности в расчетах учитывают коэффициентом запаса Ç K , значение которого определяют по [2, табл. 3] в зависимости от наличия пыли, дыма и копоти в рабочей зоне помещения, от конструкции светильников, типа источников света и периодичности чисток светильников. Примерные значения Ç K для производственных помещений с воздушной средой, содержащей в рабочей зоне свыше 5 мг/м 3 пыли, 49 дыма, копоти – Ç K =1,5–2,0; от 1 до 5 мг/м 3 пыли, дыма, копоти металлургические производства) – Ç K =1,4–1,8; менее 1 мг/м 3 пыли, дыма, копоти (большинство производственных помещений) – Ç K =1,3– 1,5. Для пыльных, жарких, сырых помещений общественных и жилых зданий принимается Ç K =1,6–1,7; для помещений с нормальными условиями среды (учебные помещения, лаборатории и проч) Ç K =1,2– 1,4. Приведенные значения коэффициента запаса соответствуют применению газоразрядных ламп. При использовании ламп накаливания их следует умножать на 0,85 [2]. 5.3. Выбор осветительных приборов Светильники выбирают по назначению 2) виду источника 3) условиям среды 4) характеру светораспределения; 5) по ограничению слепящего действия 6) экономической целесообразности 7) эксплуатационной группе (способу монтажа. По преобладающему направлению светового потока в нижнюю полусферу в долях от полного потока Ï приняты пять классов светильников (табл. 5.2) [3]. По форме кривых силы света (КСС) светильники подразделяются на семь типов (табл. 5.3) [3]. Графические изображения указанных типов КСС представлены на рис. 5.1. 50 Таблица .5.1 Нормативы естественной и искусственной освещенности [12] Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм Р азр яд зрительной работы Под разряд зрительной. работы Контр ас т объекта с фоном Характеристика фона Искусственное освещение Естественное освещение Совместное освещение Освещенность, лк Сочетание показателя ослепленности и коэфициент пульсации КЕО, en, % при системе комбинированного освещения при системе общего освещения При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении Всего в т.ч. от общего п Наивысшей точности < 0,15 I а Малый Темный 5000 4500 500 500 – – 20 10 10 10 – – 6,0 2,0 б Малый Средний Средний Темный 4000 3500 400 400 1250 1000 20 10 10 10 в Малый Средний Большой Светлый Средний Темный 2500 2500 2000 300 300 200 750 750 600 20 20 10 10 10 10 г Средний Большой Большой Светлый Светлый Средний 1500 1500 1250 200 200 200 400 400 300 20 20 10 10 10 10 Очень высокой точности от 0,15 до 0,30 II а Малый Темный 4000 3500 400 400 – – 20 10 10 10 – – 4,2 1,5 51 Продолжение табл. 5.1 Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения мм Р азр яд зрительной работы Под разряд зрительной. работы Контраст объекта с фоном Характеристика фона Искусственное освещение Естественное освещение Совместное освещение Освещенность, лк Сочетание показателя ослепленности и коэфициент пульсации КЕО, en, % При системе комбинированного освещения При системе общего освещения При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении Всего в т.ч. от общего P п Высокой точности от 0,30 до 0,50 III а Малый Темный 2000 1500 200 200 500 400 40 20 15 15 – – 3,0 1,2 б Малый Средний Средний Темный 1000 750 200 200 300 200 40 20 15 15 в Малый Средний Большой Светлый Средний Темный 750 750 600 200 200 200 300 300 200 40 40 20 15 15 15 г Средний Большой Большой Светлый Светлый Средний 400 200 200 40 15 Средней точности от 0,50 до 1 IV а Малый Темный 750 200 300 40 20 4 1,5 2,4 0,9 б Малый Средний Средний Темный 500 200 200 40 20 в Малый Средний Большой Светлый Средний Темный 400 200 200 40 20 г Средний Большой Большой Светлый Светлый Средний – – 200 40 20 52 Окончание табл. 5.1 Характеристика зрительной работы Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм Р азр яд зрительной работы Под разряд зрительной работы Контр ас т объекта с фоном Характеристика фона Искусственное освещение Естественное освещение Совместное освещение Освещенность, лк Сочетание показателя ослепленности и коэфициент ом пульсации КЕО, en, % При системе комбинированного освещения При системе общего освещения При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении При верхнем или комбинированном освещении При боковом освещении Всего в т.ч. от общего п Малой точности От 1 до 5 V а Малый Темный 400 200 300 40 20 3 1 1,8 0,6 б Малый Средний Средний Темный – – 200 40 20 в Малый Средний Большой Светлый Средний Темный – – 200 40 20 г Средний Большой Большой Светлый Светлый Средний – – 200 40 20 Грубая очень малой точности) > 5 VI - независимо от фона и контраста – – 200 40 20 3 1 1,8 0,6 Работа со светящимися материалами и изд. в горячих цехах >0,5 VII - независимо от фона и контраста – – 200 40 20 3 1 1,8 0,6 Общее наблюдение заходом произв. процесса постоянное VIII а тоже Периодическое, при постоянном пребывании людей в помещении б тоже Периодическое, при периодическом Пребывании людей в помещении в тоже Общее наблюдение за инженерными коммуникациями г тоже Таблица 5.2 Классы светильников Обозначение класса Наименование класса светильника Отношение световых потоков Í / Ï , % П Прямого света > 80 Н Преимущественно прямого света 60–80 Р Рассеянного света 40–60 В Преимущественно отраженного света 20–40 О Отраженного света < 20 Таблица 5.3 Кривые силы света светильников Тип КСС Наименование КСС Зоны направления максимальной силы света, градусы Зона, в которой Í > Вниз Вверх К Концентрированная 0–15 – 0–30 Г Глубокая 0–30 180–150 0–50 Д Косинусная 0–35 180–145 0–85 Л Полуширокая 35–55 145–125 15–85 Ш Широкая 55–85 125–95 25–85 М Равномерная 0–90 180–90 0–180 С Синусная 70–90 110–90 15–165 Рис. 5.1. Типы стандартизованных КСС: К – концентрированная Г – глубокая Д – косинусная; Л – полуширокая; Ш – широкая М – равномерная С – синусная 54 По степени защиты от пыли светильники делятся на шесть классов [3]: незащищенные (открытые 2, перекрытые 2′), пылезащищенные полностью 5, частично 5′), пыленепроницаемые (полностью 6, частично 6′). По степени защиты от влаги светильники бывают 7 классов незащищенные (0); каплезащищенные (2); дождезащищенные (3); брызгозащищенные (4); струезащищеные (5); водонепроницаемые (7) герметичные (8). По степени защиты от взрыва светильники различают [3] взрывобезопасные (В) и повышенной надежности против взрыва (Н. Степень защиты от взрыва обеспечивается герметизацией токопроводящих контактных элементов и источника света от окружающей среды и ограничением предельной температуры наружных частей. Светораспределение потока и форма кривой силы света (КСС) являются основными показателями качества освещения и энергетической экономичности установки. Для освещения помещений, стены и потолок которых имеют невысокие отражающие свойства, целесообразно использовать светильники прямого света (П, при высоких отражающих свойствах стен и потолков – светильники преимущественно прямого света (Н. Для таких типов помещений используются светильники с типовыми КСС КГ или Д. Для административных, общественных и жилых помещений часто используются светильники рассеянного, преимущественно отраженного или отраженного светораспределения с типовыми КСС ДМ, Лили Ш. Для высоких помещений сточки зрения минимальной установленной мощности источников света наиболее выгодны светильники с типом КСС Капо мере уменьшения высоты – КСС типа Г и Дно применение светильников с такими типами КСС приводит к уменьшению расстояния между ними и к увеличению капитальных затрат. Учитывая, что газоразрядные лампы (ГЛ) имеют более высокую световую отдачу и больший срок службы, рекомендуется использовать эти источники для общего освещения производственных помещений, и только в тех случаях, когда это невозможно или нецелесообразно, допускается использовать лампы накаливания (ЛН) [2]. ЛН рекомендуется использовать для освещения вспомогательных помещений (коридоры, лестницы, санузлы и др, а также складских помещений. Следует принимать во внимание, что расход электрической энергии ГЛ по сравнению с ЛН меньше на 40–70 %. Учитывая благоприятный спектр излучения, высокую световую отдачу и срок службы, люминесцентные лампы следует использовать в помещениях с напряженной зрительной работой, при недостатке или полном отсутствии естественного излучения, в общественных и 55 административных зданиях, в сельском хозяйстве. В производственных условиях при отсутствии повышенных требований к правильной цветопередаче, а также для наружного освещения целесообразно применять лампы высокого давления ДРЛ, ДНаТ, ДРИ. В [3] рекомендуется при освещенности внутри помещения до 50 лк в качестве источников света использовать лампы накаливания (во избежание сумеречного эффекта, а свыше 50 лк – люминесцентные. Следует учитывать также рекомендации [2, прил. ЕЖИ по выбору источников света. По ГОСТ 17677-82 каждому виду светильников присваивается свой шифр, который состоит из трех букв и трех групп цифр a b с 1 2 – 3 4 – 5 – 6, где а – тип используемого источника света Н – лампы накаливания С – лампы-светильники (зеркальные, диффузные И – кварцевые галогенные (накаливания Л – прямые трубчатые люминесцентные Ф – фигурные люминесцентные Р – ртутные типа ДРЛ; Г – ртутные типа ДРИ; Ж – натриевые типа ДНаТ; К – ксеноновые трубчатые |