Источники искусственного освещения

В качестве источников искусственного света в настоящее время применяются лампы накаливания, люминесцентные (газоразрядные ртутные лампы низкого давления, обычно называемые лампами «дневного света» [ЛД, ЛБ, ЛХБ, ЛДЦ], галогенные лампы (лампы с галоидным циклом), дуговые ртутные лампы (газоразрядные ртутные лампы высокого давления [ДРЛ]), натриевые лампы (дуговые натриевые лампы [ДНтЛ]), ксеноновые лампы и т.п.

Для освещения производственных, административных, общественных и бытовых помещений наибольшее распространение получили люминесцентные лампы и лампы накаливания.

Основными характеристиками источников света являются светоотдача (лм/Вт), спектральный состав излучения, срок службы, наличие стробоскопического эффекта, потребность в пускорегулирующей аппаратуре.

Для ламп накаливания светоотдача составляет до 20, для галогенных ламп – до 40 и для люминесцентных ламп от 20 до 110 лм/Вт.

Наиболее близкий к солнечному спектру излучения имеют люминесцентные лампы, особенно марки ЛДЦ (для правильной цветопередачи) и галогенные лампы. Лампы ДРЛ и ДНтЛ имеют ярко выраженные спектральные составляющие и не рекомендуются для освещения рабочих мест при выполнении точных работ, а в виду их большой яркости – для установки в помещениях при высоте подвеса менее 6м.

Наименьший срок службы имеют ламы накаливания (до 500 ч), наибольший – люминесцентные ДРЛ, ДНтЛ (до 10000 ч).

К существенному недостатку газоразрядных ламп можно отнести безинерционность их излучения, которая приводит к пульсации светового потока. Пульсации освещенности на рабочей поверхности не только утомляют зрение, но и могут вызывать неадекватное восприятие наблюдаемого объекта за счет появления стробоскопического эффекта.

Стробоскопический эффект – кажущееся изменение или прекращение движения объекта, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой. Например, если вращающийся белый диск с черным сектором освещать пульсирующим световым потоком (вспышками), то сектор будет казаться: неподвижным при частоте f_всп = f _вращ, медленно вращающимся в обратную сторону при f_всп > f _вращ, медленно вращающимся в ту же сторону при f_всп < f _вращ, где f_всп и f _вращ – соответственно частоты вспышек и вращения диска. Пульсации освещенности на вращающихся объектах могут вызвать видимость их неподвижности, что в свою очередь, может явиться причиной травматизма.

Значение К _п (коэффициент пульсации светового потока) меняется от нескольких процентов (для ламп накаливания) до нескольких десятков процентов (для люминесцентных ламп). Малое значение К _пдля ламп накаливания объясняется большой тепловой инерцией нити накала, препятствующей заметному уменьшению светового потока F _лн ламп в момент перехода мгновенного значения переменного напряжения сети через 0 (рис. 8.4б). В то же время газоразрядные лампы обладают малой инерцией и меняют свой световой поток F _лл почти пропорционально амплитуде сетевого напряжения (рис. 8.4в).

Рис. 8.4. Пульсации напряжения в сети и светового потока

 

Для уменьшения коэффициента пульсации освещенности К _плюминесцентные лампы включаются в разные фазы трехфазной электрической сети. Это хорошо поясняет нижняя кривая (рис. 8.4д), где показан характер изменения во времени светового потока (и связанной с ним освещенности), создаваемого тремя люминесцентными лампами 3 F _лл, включенными в фазу А и в три различные фазы сети. В последнем случае за счет сдвига фаз на 1/3 периода провалы в световом потоке каждой из ламп компенсируются световыми потоками двух других ламп, так что пульсации суммарного светового потока существенно уменьшаются.

Все газоразрядные лампы требуют применения пускорегулирующей аппаратуры, которая обычно встраивается в светильниках.

 

Светильники

Светильники обычно выполняют функции защиты источников света от механических и климатических воздействий, перераспределения светового потока, защиты глаз от прямого света источника большой яркости. С этой целью светильники выполняются с защитным углом α.

Защитный угол светильника определяется как угол между горизонталью и линией, касательной к светящемуся телу лампы и краю отражателя или прозрачного экрана (рис. 8.5). Он характеризует степень защиты глаз от воздействия ярких частей света.

Рис. 8.5. Защитный угол светильника α:

а — светильник с лампой накаливания; б — светильник с люминесцентной лампой

 

Перераспределение светового потока связано с потерями внутри светильника.

В зависимости от характера перераспределения светового потока светильники бывают прямого света и (большая часть светового потока направлена в нижнюю полусферу), рассеянного света (световой поток в верхнюю и нижнюю полусферы примерно одинаков) и отраженного света (большая часть светового потока направлена в верхнюю полусферу, а на рабочую поверхность попадает только свет, отраженный от потолка) (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Перераспределение светового потока

 

В зависимости от уровня защиты источника света от механических повреждений и климатических воздействий светильники бывают открытого, защищенного, пыленепроницаемого, влагозащищенного, взрывозащищенного и взрывобезопасного исполнений.

 

8.2.5. Расчёт искусственного освещения

Расчет искусственного освещения предусматривает: выбор типа источника света, системы освещения и светильника, проведение светотехнических расчетов, распределение светильников и определение потребляемой системой освещения мощности. Величина, характеризующая эффективность использования источников света, называется коэффициентом использования светового потока или коэффициентом использования осветительной установки (η) и определяется как отношение фактического светового потока (F_факт) к суммарному световому потоку (F_ламп) используемых источников света, определенному по их номинальной мощности в соответствии с нормативной документацией:

η = F_факт / F_ламп

Значение фактического светового потока F_факт можно определить по результатам измерений в помещении средней освещенности Е_ср по формуле:

F_факт = E_ср ∙ S,

где S – площадь помещения, м².

При проектировании освещения для оценки светового потока F_факт используется формула:

F_факт = E ∙ S ∙ K_з ∙ Z,

где Е – нормируемая освещенность, лм (таблица 8.1),

K_з – коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, запыление и загрязнение светильников (обычно К_з – 1,3 для ламп накаливания и 1,5 для люминесцентных ламп),

Z – коэффициент неравномерности освещения (обычно Z = 1,1 – 1,2).

Отражающие свойства поверхностей помещения можно учесть с помощью коэффициента отражения светового потока ρ. В случае равномерно диффузного отражения, когда отраженный световой поток рассеивается с одинаковой яркостью во всех направлениях, яркость участка равномерно диффузно отражающей поверхности равна:

В_отр = Е ∙ ρ / π,

где Е – освещенность поверхности.