Электрические источники света

ВИДЫ И СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ. НОРМЫ ОСВЕЩЕННОСТИ.

Различают следующие виды искусственного освещения:

- рабочее, для работы, прохода людей и движения транспорта;

- аварийное (освещение безопасности) для продолжения работы;

- аварийное (эвакуационное) для эвакуации;

- охранное для освещения в нерабочее время;

- дежурное.

Системы освещения подразделяются на общее и комбинированное.

Общее освещение также делится на общее равномерное и общее с акцентом на рабочие места. Общее равномерное освещение - освещение, при котором светильники, располагаемые как правило в верхней зоне помещения, обеспечивают равномерную освещенность всей площади. Общее освещение с акцентом на рабочие места - освещение, при котором светильники общего освещения располагают либо непосредственно над рабочими местами, либо акцентируют их на рабочие места. Комбинированное освещение включает в себя светильники как общего, так и местного освещения.

Нормирование освещенности помещений промышленных предприятий регламентирует минимальный допустимый ее уровень в зависимости от наименьшего размера объекта различения, контраста объекта различения с фоном, характеристики фона и вида выполняемых работ. Выбор необходимой освещенности осуществляется с помощью строительных норм и правил - СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». Все виды работ по точности распределены на шесть разрядов (табл.1.3), в зависимости от размера объекта при условии его удаления от глаза не более чем на 0,5 м.

1. Размер объекта - наименьший размер, который необходимо выделить при проведении работы. Например, при чтении текста - толщина линии буквы, при работе с приборами - толщина линий градуировки шкалы или толщина стрелки.

2. Фон - величина, определяемая коэффициентом отражения поверхности (r_Ф), на которой рассматривается объект (см. на стенде). Коэффициент отражения объекта (r₀) различается по светлоте также как и фон. Объект может быть светлым при r₀ > 0,4, средним при 0,2 £ r₀£ 0,4 и темным при r₀ < 0,2.

3. Контраст объекта с фоном (К) характеризуется отношением абсолютной величины разности между яркостью объекта L ₀ и фона L _ф к яркости фона или между их коэффициентами отражения к коэффициенту отражения фона (см. также на стенде): K=(L ₀ -L _ф )/ L _ф; K=( r ₀- r_ф )/ r_ф.

Контраст объекта с фоном (К) считается большим, средним или малым в зависимости от его численного значения (табл. 1.1.).

Таблица 1.1.

К	К >0,5 Объект и фон резко разнятся по яркости	0,2£ К £0,5 Объект и фон заметно разнятся по яркости	К <0,2 Объект и фон мало отличаются по яркости
Контраст объекта с фоном	Большой	Средний	Малый

В некоторых случаях фон и контраст объекта с фоном можно определить визуально, например, при чертежных работах: линии – темные, фон – светлый, следовательно контраст – объекта с фоном – большой.

При нормировании осветительных условий (определении уровня освещенности по СНиП 23-05-95) для заданной зрительной работы при искусственном освещении необходимо знать:

1) разряд работы, который зависит от размера объекта различения,

2) подразряд работы, который зависит от контраста объекта с фоном и характеристики фона.

Освещенность повышают на одну ступень по шкале освещенности в следующих случаях:

а) при работах I-IV разряда, если зрительная работа выполняется более половины рабочего дня; б) при повышенной опасности травматизма, если освещенность от системы общего освещения составляет 150 лк и менее;

в) при отсутствии естественного света, если освещенность от системы общего освещения 750 лк и менее;

г) при работе и обучении подростков, если освещенность от системы общего освещения 300 лк и менее;

д) в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет.

В помещении должна быть обеспечена равномерность и устойчивость уровня освещенности. В поле зрения должна отсутствовать прямая (от самих источников) и отраженная блескость. Последняя определяет снижение видимости вследствие чрезмерного увеличения яркости рабочей поверхности и вуалирующего действия, снижающего контраст между объектом и фоном.

Слепящее действие осветительной установки оценивается показателем ослепленности P, определяемым выражением:

P =1000(S -1),

где S -коэффициент ослепленности, равный отношению пороговых разностей яркости при наличии и отсутствии слепящих источников в поле зрения. Нормируемые значения показателей ослепленности не должны превышать P =20 для зрительных работ очень высокой точности и Р =40 для работ меньшей точности (табл. 1.3)

Колебания освещенности в результате изменения во времени светового потока газоразрядных ламп при питании их переменным током оценивается коэффициентом пульсации освещенности, определяемым по формуле

где Е _макс и Е _мин – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; Е _ср– среднее значение освещенности за этот же период, лк.

Для уменьшения коэффициента пульсации газоразрядных ламп используют следующие способы: включение светильников в разные фазы электрической сети, питание током повышенной частоты, использование высокочастотных пускорегулирующих аппаратов и др.

Для ограничения неблагоприятного действия пульсирующих световых потоков газоразрядных ламп нормируется сочетание показателя ослепленности Р (от 10 до 40) для общего освещения и коэффициент пульсации К _п(от 10 до 20%) для общего и комбинированного освещения (табл. 1.3)

Таблица 1.2

Характеристика зрительной работы	Наименьший или эквивален-тный размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Естественное освещение	Совмещенное освещение
КЕО, е_н, %
при верхнем или комбини-рованном освещении	при боковом освещении	при верхнем или комбини-рованном освещении	при боковом освещении

Наивысшей точности	Менее 0,15	I	-	-	6,0	2,0
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,30	II	-	-	4,2	1,5
Высокой точности	От 0,30 до 0,50	III	-	-	3,0	1,2
Средней точности	Св. 0,5 до 1,0	IV		1,5	2,4	0,9
Малой точности	Св. 1 до 5	V			1,8	0,6
Грубая (очень малой точности)	Более 5	VI			1,8	0,6
Работа со светящимися материалами и изделиями вгорячих цехах	Более 0,5	VII			1,8	0,6
Общее наблюдение за ходом производственного процесса: Постоянное		VIII			1,8	0,6
Периодическое при постоянном пребывании людей в помещении		0,3	0,7	0,2
Периодическое при периодическом пребывании людей в помещении	0,7	0,2	0,5	0,2
Общее наблюдение за инженерными коммуникациями	0,3	0,1	0,2	0,1

Нормирование естественного освещения

Таблица 1.3

Характеристика зрительной работы	Наименьший или эквивалентный размер объекта различения, мм	Разряд зрительной работы	Подразряд зрительной работы	Контраст объекта с фоном	Характеристика фона	Искусственное освещение
Освещенность, лк	Сочетание нормируемых величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации
при системе кобинированного освещения	при системе общего освещения
всего	в том числе от общего	Р	К_п,%

Наивысшей точности	Менее 0,15	I	а	Малый	Темный		- -
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой «	Светлый « Средний	1500 1250
Очень высокой точности	От 0,15 до 0,30	II	а	Малый	Темный		- -
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
	г	Средний Большой «	Светлый Светлый Средний

Высокой точности	От 0 30 до 0 50	III	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой «	Светлый « Средний
Средней точности	Св 05 до 1,0	IV	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный
г	Средний Большой «	Светлый « Средний
Малой точности	Св. 1 до 5	V	а	Малый	Темный
б	Малый Средний	Средний Темный	-	-
в	Малый Средний Большой	Светлый Средний Темный	-	-
г	Средний Большой «	Светлый « Средний	-	-
Грубая (очень малой точности)	Более 5	VI		Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном	-	-

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

В настоящее время наибольшее распространение получили два вида источников света: лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания. Основными характеристиками лампы накаливания являются: номинальная мощность, напряжение, световой поток, световая отдача, цветность излучения, срок службы.

Световая отдача лампы определяется отношением излучаемого светового потока к ее электрической мощности. У современных ламп накаливания она составляет от 7 до 22 лм/Вт.

Цветность излучения лампы накаливания зависит от температуры нити накала. В спектре излучения преобладает видимое излучение в желтой и красной областях спектра при дефиците его в синей и фиолетовой областях по сравнению со спектром естественного дневного света.

Лампы накаливания чувствительны к изменению напряжения питающей сети. Так, отклонение напряжения от номинального на ± 1 % вызывает изменение светового потока на ±3,9 %, мощности ±1,5 %, светоотдачи ±2,2 %, срока службы ±14 %.Срок службы ламп накаливания около 1000 ч.

Газоразрядные лампы. Подразделяются на люминесцентные лампы (низкого давления) и лампы высокого давления. Излучение люминесцентных ламп основано на явлении люминесценции - свечении атомов и молекул инертного газа и паров ртути, возникающего при возбуждении их электрическим полем. Газовый разряд имеет значительно большую световую эффективность по сравнению с тепловым излучением. Электрическое поле, возникающее между электродами при подключении лампы к электрической сети, воздействует на свободные электроны и ионы газа. Возникает, электрический ток, вызывающий ультрафиолетовое излучение, находящееся в невидимой части спектра. Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение в видимое. Тип люминофора определяет и цветность светового излучения лампы.

Для образования газового разряда с помощью стартера на электроды лампы подается импульс повышенного напряжения. Поддержание процесса разряда осуществляется пускорегулирующим устройством, состоящим из дросселя или дросселя и конденсатора. Световая отдача (экономичность лампы) достигает 93 лм/Вт.

Средний срок службы — 10 000 ч. Они менее чувствительны к колебаниям напряжения питающей сети. В то же время люминесцентные лампы имеют ряд недостатков: они сложнее ламп накаливания по устройству и стоимость их выше; они требуют специальных мер для снижения пульсаций светового потока и компенсации реактивной мощности; из-за наличия в колбах этих ламп паров ртути их трудно утилизировать.

По спектральному составу светового потока различают лампы белого света (ЛБ), дневного света (ЛД), улучшенного спектрального состава (ЛДЦ), холодно-белого света (ЛХБ). Технические данные некоторых типов люминесцентных ламп приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Технические данные люминесцентных ламп

Тип лампы	Мощ-	Световой	Световая	Тип лам-	Мощ-	Световой	Световая
	ность, Вт	поток, лм	отдача, лм/Вт	пы	ность, Вт	поток, лм	отдача, лм/Вт
ЛБ-20		1 180	59.0	ЛБ-65			70,0
ЛХБ-20			47,5	ЛХБ-5			63,1
ЛДЦ-20			41,0	ЛДЦ-65			46,9
ЛБ40			75,0	ЛБ-80			65,2
ЛХБ40			69,5	ЛХБ-80			57,5
ЛД-40			58,5	ЛД-80			50,9

Газоразрядные лампы высокого давления. Принцип их действия основан на явлении излучения светового потока парами металлов при прохождении через них электрического тока. Наибольшее распространение в настоящее время получили ртутные, натриевые и металлогалогенные дуговые лампы.

Наиболее распространены ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью ДРЛ (дуговая, ртутная, с люминофором). Излучение лампы в области длин волн 610—770 нм. Световая отдача до 55 лм/Вт, срок службы 10000 ч. Для этих ламп не требуется специальных зажигающих устройств, они могут работать в широком диапазоне окружающих температур. Лампы ДРЛ выпускаются мощностью 80 Вт, 125, 250, 400, 700, 1000 Вт (табл. 2.2.).

Таблица 2.2. Технические данные ламп ДРЛ

Тип лампы	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт
ДРЛ 80
ДРЛ 125
ДРЛ 250
ДРЛ 400
ДРЛ 700
ДРЛ 1000		55 000

Более совершенными источниками света являются металлогалогенные лампы (МГЛ). Высокие светотехнические показатели МГЛ обеспечиваются тем, что, кроме паров ртути, в них вводятся галогенные соли, обычно йодиды. Такие лампы имеют обозначение ДРИ (дуговая, ртутная, с йодидами металлов). В лампе ДРИ разряд происходит в парах высокого давления йодидов таллия, цезия, натрия и других элементов. Подбор определенной комбинации элементов позволяет получить сплошной спектр излучения лампы и обеспечить высокую степень цветопередачи. Лампы ДРИ выпускаются мощностью от 250 до 3500 Вт. Их световая отдача достигает 100 лм/Вт, срок службы более 10 000 ч.

Выпускаются натриевые лампы низкого давления (ДНаО) и высокого давления (ДНаТ). Излучение лампы ДнаО лежит в области длин волн 589-590 нм, что соответствует наивысшей спектральной чувствительности глаза. Световая отдача этих ламп 70 лм/Вт. Лампы ДНаТ имеют близкую к белому свету цветность излучения.

В табл. 2.3. приведены светотехнические данные для некоторых ламп типа ДРИ, ДНаО и ДНаТ.

Таблица 2.3. Технические данные металлогалогенных ламп

Тип лампы	Мощность, Вт	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт
ДРИ250			74.8
ДРИ 400		МООО	85,0
ДРИ 700			85.0
ДНаО 140			70,0
ДНаТ 400			115,0

Выбор источников света. Электрическое освещение производственных и общественных зданий выполняется, как правило, люминесцентными лампами с учетом особенностей их цветопередачи. Для помещения с высокими требованиями к цветопередаче применяются лампы типа ЛДЦ, ЛХБ, ЛЕ, используются при отсутствии специальных требований к цветопередаче — лампы типа ЛБ, имеющие наиболее высокую из люминесцентных ламп световую отдачу. Для местного освещения рекомендуется использовать также лампы накаливания.

Газоразрядные лампы высокого давления ДРЛ применяются для освещения производственных помещений, наружного освещения населенных пунктов.

Натриевые лампы используются для наружного электроосвещения и освещения фасадов зданий.

МАРКИРОВКА СВЕТИЛЬНИКОВ

Световой поток Ф светильника может быть различно распределен между верхней Ф и нижней Ф полусферами.

По светораспределению все светильники подразделяются на пять классов (табл. 5) в зависимости от доли светового потока, излучаемого в нижнюю полусферу Ф в процентах от полного светового потока Ф.

Конструктивные особенности светильника зависят от типа источника света, способа крепления, требований по защите от воздействий окружающей среды. В соответствии с ГОСТ 13828-74* светильник имеет маркировку, полностью характеризующую его особенности.

Структура маркировки

_ Х

где в 1-м квадрате записывается характеристика источника света (Н - лампа накаливания, Р - ртутная лампа ДРЛ, Л - люминесцентная лампа, Г -ртутная лампа ДРИ, Ж - натриевая лампа, К - ксеноновая лампа);

во 2-м - способ крепления светильника (С — подвесной, Б - настенный, П - потолочный, К - консольный, T - венчающий, В - встраиваемый);

в 3-м - назначение светильника (О - для общественных зданий, П - для промышленных зданий, У - для наружного освещения);

в 4-м - номер серии светильника;

в 5-м -число ламп в светильнике (от одной до шести);

в 6-м - мощность одной лампы, Вт.

Например, маркировка РКУ 01-2x250 обозначает, что это светильник с ртутной лампой ДРЛ, крепление консольное, для наружною электроосвещения, серия первая, число ламп - две, мощность каждой из них - 250 Вт.

Обозначение степени защиты от пыли и воды состоит из двух букв IP (Ingress Protection) и двух цифр, первая из которых обозначает степень защиты от пыли, вторая - от воды (например, IP54).

В настоящее время широко применяются светильники с компонентами зарубежных фирм-производителей, например с зеркальной экранирующей решеткой ARS/R, с параболической зеркальной решеткой PRB/R, светильники отраженного света OTR/R и др.

СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Исходными данными для светотехнических расчетов являются: нормируемое значение минимальной или средней освещенности; тип источника света и светильника, высота установки светильника; геометрические размеры освещаемого помещения или открытого пространства; коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности помещения.

Освещенность любой точки имеет две составляющие: прямую, создаваемую непосредственно светильниками, и отраженную, которая образуется отраженным от потолка и стен световым потоком.

Метод коэффициента использования светового потока. Позволяет производить расчет осветительной установки с учетом прямой и отраженной составляющих освещенности. Под коэффициентом использования светового потока U_oy понимается отношение светового потока, падающего на освещаемую поверхность, к полному световому потоку, всех ламп светильников. Коэффициент использования U_oy зависит от типа светораспределения светильника, высоты подвеса светильника над освещаемой поверхностью, геометрических характеристик освещаемого помещения, а также коэффициентов отражения потолка, стен и пола помещения.

Зависимость U_ov от геометрических характеристик определяется индексом помещения:

i_n= ab/(h(a+b)),

где а - длина, м; b - ширина, м; h - высота от светильника до рабочей поверхности, м.

С увеличением значения индекса помещения повышается коэффициент использования, так как при этом возрастает доля светового потока, непосредственно падающего на освещаемую поверхность. Коэффициент использования повышается также с увеличением коэффициентов отражения потолка стен и расчетной поверхности их можно определить по нижеприведенным характеристикам материалов:

бумага белая ватманская - 82-76%;

бумага белая писчая - 82-76%,

ткань белая крепдешин, батист - 65%;

ткань белая шелк - 65-58%;

штукатурка без побелки новая - 42%;

штукатурка без побелки хорошо сохранившаяся - 30-20%;

штукатурка без побелки запущенная (в помещениях с темной пылью) - 20-15%,

силикатный кирпич и бетон новые - 32%;

силикатный кирпич и бетон хорошо сохранившиеся - 25-20%;

силикатный кирпич и бетон запущенные (в помещениях с темной пылью) - 10-8%;

красный кирпич - 10-8%,

дерево сосна светлая - 50%;

дерево фанера - 38%;

дерево дуб светлый - 33%,

дерево орех - 18%;

белый мрамор - 80%;

белая фаянсовая плитка - 70%,

обои белые, кремовые, светло-желтые - 85-65%;

обои светло-серые, песочно-желтые, розовые, бледно-голубые - 65-45%;

обои темные - 25%;

черное сукно - 2%,

черный бархат - 0,5%;

опаловое стекло (толщина 2-3 мм) - 30%;

оконное стекло (толщина 1-2 мм) - 8%;

матовое стекло (толщина 1-2 мм) - 10%,

белая клеевая краска - 80-70%;

алюминиевая краска - 60-50%;

чистые цинковые белила - 76%;

белое эмалированное железо - 80-60%;

грязные цинковые листы - 20-8%;

алюминий обработанный - 45%;

алюминий необработанный - 28%;

известь и светлая охра - 66%

Количество светильников N, необходимых для создания в освещаемом помещении заданного уровня освещенности Е, определяется по выражению;

N =EszK_з/(nФU_oy) (4.1)

где s - площадь помещения, м²; z - отношение средней освещенности к минимальной, характеризует неравномерность освещения и составляет 1,15 для ламп накаливания и ламп ДРЛ, ДРИ и 1,1 - для люминесцентных ламп; К₃ - коэффициент запаса, учитывающий снижение со временем светового потока ламп; принимается равным 1,2 для ламп накаливания и 1,4 для газоразрядных ламп; п - число ламп в светильнике, шт.; Ф - световой поток лампы в светильнике, лм; U_oy- коэффициент использования светового потока.

Коэффициент U_oy рассчитывается по формуле:

U_oy₌ (4.2)

Где - КПД светильника, - коэффициент использования потока светильника, излучаемого в нижнюю полусферу, определяется по табл. 4.1; - коэффициент использования потока светильника, излучаемого в верхнюю полусферу, определяется по табл. 4.2; поток светильника при принятии КПД светильника равным 1, излучаемый в нижнюю полусферу; - поток светильника при принятии КПД светильника равным 1, излучаемый в верхнюю полусферу; Ф_л - поток всех ламп в светильнике.

Пример. Определить количество светильников, необходимых для искусственного освещения аудитории вуза. Размеры аудитории: длина 18 м, ширина 12 м, высота 3,5 м. Для установки используются светильники прямого света, КСС типа Д, с люминесцентными лампами типа ЛПО 02-2x40. КПД светильника 0.8. Коэффициенты отражения потолка, стен и расчетной поверхности столов принимаются соответственно 70, 50, 10 %. Нормируемая минимальная освещенность аудитории - 400 лк (см. табл. 1.3). Световой поток люминесцентной лампы ЛБ-40 равен 3000 лм (табл. 2.1).

Находим индекс помещения i_n =12_*18/(3,5(12+18)) =2,05. По формуле 5.2 определим коэффициент использования светового потока.

Поскольку светильник прямого света, то потоком, падающим в верхнюю полусферу, можно пренебречь и считать, что весь поток светильника идет в нижнюю полусферу, следовательно = Ф_л =75 по табл. 4.1 для i_n=2

Получим:

U_oy = 0,8_*75=60%.

Таблица 4.1 Коэффициент использования светового потока светильников с типовыми кривыми силы света, излучаемого в нижнюю полусферу

Типовая КСС	Равномерная М	Косинусная Д	Глубока» Г
,%
,%
,%
Значение i_n	Коэффициент использоваиия %
0.5
0.6
0,7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.25
1.5
1.75
2.0
2.25
2.5				S7
3.0
3,5
4.0
5.0

Подставив в выражение 4.1 числовые значения (вместо 60% подставляем 0,6), получим:

N = 400_*216_*1,1_* 1,4/(2_*3000_*0,6)=37. Следовательно, для создания требуемой освещенности в аудитории необходимо установить 37 светильников.

Таблица 4.2 Коэффициент использования светового потока светильников (любого типа), излучаемого в верхнюю полусферу.

Светильники	Потолочные	Подвесные
,%
,%			50 \| 30	50 \| 30
,%	30 \| 10	30 \| 10
Значение i_n	Коэффициент использования %
0.5
0.6
0,7
0.8
0,9
1.0
1.1			.39
1,25
1,5
1.75
2.0
2,25
2,5
3,0
3.5
4.0
5,0

ЗАДАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА.

Рассчитать необходимое количество светильников, необходимых для искусственного освещения заданного помещения. Для установки используются светильники прямого света, КСС типа Д, с люминесцентными лампами типа ЛПО 02- n x M.

№ бригады	Помещение
	Вычислительный центр
	Читальный зал
	Лекционная аудитория
	Продуктовый магазин (торговый зал)
	Склад для стройматериалов
	Автосервис
	Столовая
	ТЭС (котельный цех)
	Цех металлообработки

№ бригады или вариант заданый преподавателем	Светильник	Размеры помещения	Коэффициенты отражения
КПД светильника	Число ламп, n	Мощность лампы M, Вт	A, м	B, м	H,м	r_п, %	r_с, %	r_р, %
	0,8
	0,7
	0,75
	0,65
	0,8
	0,85
	0,7
	0,8
	0,75

Список литературы.

1. СниП 23—05-95 Естественное и искусственное освещение Минстрой России, 1995.

2. А.Ф. Монахов, П.А. Смирнов. «Расчет производственного освещения» Изд. МЭИ, 2002.