ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 124
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Hр, тем большая часть светового потока попадает на рабочую поверхность (как правило, горизонтальную), а меньшая – на стены помещения. Величина Hр находится в знаменателе формулы (1.1) – с ее уменьшением индекс i возрастает. Влияние отношения произведения длины на ширину (площади помещения) к их сумме (полупериметру) влияет на эффективность освещения следующим образом. С изменением формы помещения в плане – от длинного узкого коридора к квадрату – эффективность его освещения возрастает за счет попадания большей части светового потока на рабочую поверхность. Легко убедиться, что при этом увеличивается отношение AB/(A + B) и, соответственно, индекс i.
Основные показатели качества искусственного освещения – коэффициент пульсации освещенности Кп и показатель ослепленности P.
Коэффициент пульсации освещенности Кп – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп при питании их переменным током:
Kп=100(Eмакс– Eмин)/2Eср, %, (1.2)
где Емакс и Емин – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; Еср– среднее значение освещенности за этот же период, лк.
Остановимся на этом показателе подробнее. Величина протекающего через лампу переменного тока изменяется, как правило, по синусоидальному закону. Дважды за период ток становится нулевым. В эти моменты значение излучаемого лампой светового потока в той или иной степени уменьшается: световой поток пульсирует с частотой, равной удвоенной частоте питающего напряжения, (100 Гц). Соответственно возникает пульсация освещенности. При достаточно большой ее глубине видимое человеком изображение объектов (и всей окружающей обстановки) как бы разбивается на кадры (вспомним, что в кино 24 кадра в секунду, здесь – 100). Может возникнуть стробоскопический эффект, проявляющийся в искажении восприятия быстро движущихся объектов. Вращающийся объект может восприниматься вращающимся с меньшей скоростью, в обратном направлении или вовсе неподвижным (как колеса движущихся автомобилей в кино). Это явление не только ухудшает условия зрительной работы, но и приводит к увеличению опасности травматизма. На экранах мониторов компьютеров (и телевизоров), как и в кино, имеет место покадровое разбиение изображения. При одновременной пульсации освещенности экрана от внешних источников возникают эффекты (более сложные, чем стробоскопический), приводящие к быстрому ухудшению зрения (в большей степени – при работе с компьютером: экран занимает большее поле зрения).
Уменьшение Кпможет быть достигнуто:
– правильным выбором источника (типа лампы);
– смещением фазы тока для части ламп с помощью последовательно подключаемых к ним балластных – индуктивных или емкостных (конденсаторов) – сопротивлений (например, для одной из люминесцентных ламп в двухламповом светильнике);
– смещением фазы питающего соседние светильники (еще лучше – разные лампы в одном многоламповом светильнике) напряжения, для чего их включают в две или три разные фазы осветительной сети (трехфазное подключение эффективнее – величина Кп снижается в большей степени);
– добавлением к общему освещению, осуществляемому газоразрядными лампами, светильников местного освещения с лампами накаливания, для которых величина Кпнамного меньше вследствие тепловой инерции;
– увеличением частоты напряжения питания (проявляется инерционность излучения и для газоразрядных ламп) или его формы (например, прямоугольная вместо синусоиды) с помощью электронной аппаратуры.
Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой:
P = (S – 1)∙1000, (1.3)
где S = V1/V2 – коэффициент ослепленности; причем V1 – видимость объекта наблюдения при экранировании блестких (посторонних) источников света, V2 – видимость объекта при их наличии в поле зрения.
1.4. Электрические источники света (лампы)
В настоящее время основными типами являются лампы накаливания и газоразрядные (разрядные).
Широкое применение ламп накаливания (ЛН) объясняется следующими их преимуществами: простотой в изготовлении, компактностью и удобством в эксплуатации. ЛН включаются в сеть без дополнительных пусковых приспособлений, могут работать при снижении напряжения в сети, мало зависят от температуры окружающей среды, световой поток к концу срока службы снижается незначительно (приблизительно на 15 %), глубина пульсации светового потока невелика (величина Кп порядка 7÷9 %). Последнее обусловливает их использование в качестве источников местного освещения (в частности, на металлорежущих станках).
Однако лампы накаливания имеют существенные недостатки, главным из которых является низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 7÷20 лм/Вт). При использовании ламп накаливания приходится недопустимо много платить за электроэнергию: получаемый с каждого ватта потребляемой мощности световой поток слишком мал – большая часть мощности расходуется на тепловое (инфракрасное) излучение. Поэтому в настоящее время ЛН практически не применяются на производстве для общего освещения. Кроме того, лампы накаливания имеют сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. час.). В их
спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает спектр от солнечного и ведет к искажению цветопередачи. В известной степени этих недостатков лишены галогенные лампы накаливания, в которых реализован механизм осаждения испаряющегося вольфрама обратно на элемент накаливания. Это позволяет повысить температуру последнего и тем самым приблизить спектр излучения к естественному, увеличив световую отдачу до 40 лм/Вт и одновременно не ухудшив долговечность (свыше 3 тыс. час.). Кроме того, галогенные лампы обеспечивают наименьшую величину Кп – порядка 1÷2 %.
В газоразрядных лампах (ГРЛ) световое излучение генерируется электрическим разрядом в атмосфере инертных газов и паров металлов (чаще всего – ртути), а также в результате явления люминесценции. Эти лампы делятся на два основных вида: газоразрядные лампы высокого давления (ГЛВД) и люминесцентные (ЛЛ), называемые также газоразрядными лампами низкого давления. ГЛВД применяются в условиях, когда требуется высокая световая отдача при компактности источника света (при расчетах их, как и ЛН, можно считать точечными источниками) и стойкости к неблагоприятным условиям внешней среды. Их основные разновидности: дуговые ртутные люминесцентные ДРЛ, металлогалогенные (МГЛ) типа ДРИ (дуговые ртутные с йодидами; не путать с галогенными лампами накаливания), натриевые ДНаТ, ксеноновые ДКсТ. Последние из-за высокой единичной мощности (от 5 кВт) и большого давления в колбе (у горящей лампы – до 12 МПа) внутри зданий не применяются. Общая черта всех ГЛВД – малые размеры светящегося тела (в этом они схожи с лампами накаливания) при, как правило, высокой мощности, т. е. большая яркость, оказывающая ослепляющее действие (у ламп ДРЛ – в несколько меньшей степени, так как свет излучает вся покрытая люминофором колба). Поэтому ГЛВД применяются для больших высот подвеса. В производственных помещениях (цехах) в основном используют лампы типов ДРЛ и ДРИ (МГЛ). Естественно, что ДРЛ (как менее яркие) применяют при меньших высотах подвеса, ДРИ (МГЛ) – при больших. Следует учитывать, что световая отдача МГЛ существенно выше, чем у ДРЛ (в диапазоне мощностей 250÷1000 Вт – в 1,44÷1,54 раза). Еще одним существенным преимуществом ГЛВД типа ДРИ является значительно меньшее значение коэффициента пульсации освещенности Kп (см. ниже). Однако серьезным недостатком МГЛ является гораздо меньший, чем у ДРЛ, срок службы – в 4÷6 (!) раз.
В отличие от ГЛВД, люминесцентные лампы являются протяженными объектами и имеют большие размеры при малой яркости единицы площади светящейся поверхности. Поэтому ЛЛ, учитывая их малую единичную мощность, применяются для небольших помещений при относительно малой высоте подвеса. В ЛЛ генерируемое электрическим разрядом в парах ртути ультрафиолетовое излучение попадает на покрывающий внутреннюю поверхность колбы (трубки) слой люминофора, сообщая ему энергию для свечения в видимом диапазоне. Составом люминофора можно изменять спектр излучения. Основные типы ЛЛ в зависимости от спектра (в порядке его расширения и приближения к естественному): белого света (ЛБ), дневного света (ЛД), естественного света (ЛЕЦ) и дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ). При работах, требующих правильного различения цветовых оттенков, применяют лампы ЛЕЦ и ЛДЦ.
Основным преимуществом всех видов газоразрядных ламп перед лампами накаливания является более высокая световая отдача (40÷110 лм/Вт), что резко снижает потребление ими электроэнергии. Наибольшая световая отдача у натриевых ламп, наименьшая – у ксеноновых; у ламп ДРИ ψ выше, чем у ДРЛ (100 против 60 лм/Вт). Световая отдача люминесцентных ламп в большой степени зависит от ширины спектра излучения. Расширение спектра сопровождается ростом затрат энергии на излучение с близкими к границам видимого диапазона длинами волн (красные и фиолетовые лучи), к которым глаз человека менее чувствителен. Поэтому световая отдача при переходе от ламп ЛБ к ЛЕЦ и ЛДЦ снижается (в зависимости от мощности) с 65÷78 лм/Вт до 41÷52 лм/Вт. Другим важным преимуществом газоразрядных ламп является большой срок службы, достигающий 18÷20 тыс. час. Следует еще раз отметить, что подбором инертных газов, паров металлов и люминофора можно получить любой спектр излучения, в том числе приближающийся к естественному спектру.
Основным недостатком газоразрядных ламп является их малая инерционность, приводящая к существенным пульсациям светового потока и стробоскопическому эффекту. Одиночная лампа ДРИ создает на освещаемой поверхности коэффициент пульсации освещенности от 37 % (лампы с йодидами натрия, индия, таллия) до 48 % (лампы с йодидами натрия, скандия), ДРЛ – 58 %, ДНаТ – 77 %. Не «уступают» им и люминесцентные лампы: ЛБ – 34 %, ЛД – 55 %, ЛЕЦ – 64 %, ЛДЦ – 72 %. Трехфазное подключение уменьшает
Кп на порядок: ЛБ – 3 %, ЛД – 5 %, ЛЕЦ – 6 %,
ЛДЦ – 7 %. Другие недостатки газоразрядных ламп: высокая стоимость, необходимость применения пускорегулирующей аппаратуры (для запуска требуется либо разогреть электроды, либо подать на них повышенное «стартовое» напряжение; ЛЛ при температуре ниже 10 ºС могут вообще не зажигаться), сложность утилизации из-за наличия паров ртути. Некоторые типы разрядных ламп имеют длительный период разгорания (до 10÷15 мин), у других (в частности, у ЛЛ) значительно снижается световой поток к концу срока службы. Некоторые типы ГРЛ создают радиопомехи.
1.5. Светильники
Светильник представляет собой совокупность источника (источников) света (лампы или нескольких ламп) и осветительной арматуры (отражатели, светорассеивающие или защитные колпаки, устройства для крепления, пускорегулирующая аппаратура).
Важнейшей функцией отражателя является перераспределение светового потока лампы в пространстве. Оно описывается кривой силы света (КСС), т. е. зависимостью силы света Jλ от углового отклонения λ от вертикали (в полярной системе координат). На рис. 1.1 представлены типовые КСС. Равномерная КСС типа М (кривая 1) приведена на рис. 1.1 из методических соображений. Она будет иметь место для источника света при отсутствии отражателя – для лампы без светильника или для используемых в прошлом светильников общего освещения типа «молочный шар» с лампами накаливания: свет равномерно излучается во всех направлениях. Светильники с такой КСС могут быть относительно эффективны лишь при очень светлых потолках и стенах, и для производственных помещений не применяются.
Достаточно редко используются и светильники с широкой (условное обозначение – Ш; кривая 2) и полуширокой (обозначение – Л; на рис. 1.1 не показана) КСС. Слишком большая часть их светового потока (особенно
Основные показатели качества искусственного освещения – коэффициент пульсации освещенности Кп и показатель ослепленности P.
Коэффициент пульсации освещенности Кп – критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока ламп при питании их переменным током:
Kп=100(Eмакс– Eмин)/2Eср, %, (1.2)
где Емакс и Емин – соответственно максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк; Еср– среднее значение освещенности за этот же период, лк.
Остановимся на этом показателе подробнее. Величина протекающего через лампу переменного тока изменяется, как правило, по синусоидальному закону. Дважды за период ток становится нулевым. В эти моменты значение излучаемого лампой светового потока в той или иной степени уменьшается: световой поток пульсирует с частотой, равной удвоенной частоте питающего напряжения, (100 Гц). Соответственно возникает пульсация освещенности. При достаточно большой ее глубине видимое человеком изображение объектов (и всей окружающей обстановки) как бы разбивается на кадры (вспомним, что в кино 24 кадра в секунду, здесь – 100). Может возникнуть стробоскопический эффект, проявляющийся в искажении восприятия быстро движущихся объектов. Вращающийся объект может восприниматься вращающимся с меньшей скоростью, в обратном направлении или вовсе неподвижным (как колеса движущихся автомобилей в кино). Это явление не только ухудшает условия зрительной работы, но и приводит к увеличению опасности травматизма. На экранах мониторов компьютеров (и телевизоров), как и в кино, имеет место покадровое разбиение изображения. При одновременной пульсации освещенности экрана от внешних источников возникают эффекты (более сложные, чем стробоскопический), приводящие к быстрому ухудшению зрения (в большей степени – при работе с компьютером: экран занимает большее поле зрения).
Уменьшение Кпможет быть достигнуто:
– правильным выбором источника (типа лампы);
– смещением фазы тока для части ламп с помощью последовательно подключаемых к ним балластных – индуктивных или емкостных (конденсаторов) – сопротивлений (например, для одной из люминесцентных ламп в двухламповом светильнике);
– смещением фазы питающего соседние светильники (еще лучше – разные лампы в одном многоламповом светильнике) напряжения, для чего их включают в две или три разные фазы осветительной сети (трехфазное подключение эффективнее – величина Кп снижается в большей степени);
– добавлением к общему освещению, осуществляемому газоразрядными лампами, светильников местного освещения с лампами накаливания, для которых величина Кпнамного меньше вследствие тепловой инерции;
– увеличением частоты напряжения питания (проявляется инерционность излучения и для газоразрядных ламп) или его формы (например, прямоугольная вместо синусоиды) с помощью электронной аппаратуры.
Показатель ослепленности Р – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой:
P = (S – 1)∙1000, (1.3)
где S = V1/V2 – коэффициент ослепленности; причем V1 – видимость объекта наблюдения при экранировании блестких (посторонних) источников света, V2 – видимость объекта при их наличии в поле зрения.
1.4. Электрические источники света (лампы)
В настоящее время основными типами являются лампы накаливания и газоразрядные (разрядные).
Широкое применение ламп накаливания (ЛН) объясняется следующими их преимуществами: простотой в изготовлении, компактностью и удобством в эксплуатации. ЛН включаются в сеть без дополнительных пусковых приспособлений, могут работать при снижении напряжения в сети, мало зависят от температуры окружающей среды, световой поток к концу срока службы снижается незначительно (приблизительно на 15 %), глубина пульсации светового потока невелика (величина Кп порядка 7÷9 %). Последнее обусловливает их использование в качестве источников местного освещения (в частности, на металлорежущих станках).
Однако лампы накаливания имеют существенные недостатки, главным из которых является низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 7÷20 лм/Вт). При использовании ламп накаливания приходится недопустимо много платить за электроэнергию: получаемый с каждого ватта потребляемой мощности световой поток слишком мал – большая часть мощности расходуется на тепловое (инфракрасное) излучение. Поэтому в настоящее время ЛН практически не применяются на производстве для общего освещения. Кроме того, лампы накаливания имеют сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. час.). В их
спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает спектр от солнечного и ведет к искажению цветопередачи. В известной степени этих недостатков лишены галогенные лампы накаливания, в которых реализован механизм осаждения испаряющегося вольфрама обратно на элемент накаливания. Это позволяет повысить температуру последнего и тем самым приблизить спектр излучения к естественному, увеличив световую отдачу до 40 лм/Вт и одновременно не ухудшив долговечность (свыше 3 тыс. час.). Кроме того, галогенные лампы обеспечивают наименьшую величину Кп – порядка 1÷2 %.
В газоразрядных лампах (ГРЛ) световое излучение генерируется электрическим разрядом в атмосфере инертных газов и паров металлов (чаще всего – ртути), а также в результате явления люминесценции. Эти лампы делятся на два основных вида: газоразрядные лампы высокого давления (ГЛВД) и люминесцентные (ЛЛ), называемые также газоразрядными лампами низкого давления. ГЛВД применяются в условиях, когда требуется высокая световая отдача при компактности источника света (при расчетах их, как и ЛН, можно считать точечными источниками) и стойкости к неблагоприятным условиям внешней среды. Их основные разновидности: дуговые ртутные люминесцентные ДРЛ, металлогалогенные (МГЛ) типа ДРИ (дуговые ртутные с йодидами; не путать с галогенными лампами накаливания), натриевые ДНаТ, ксеноновые ДКсТ. Последние из-за высокой единичной мощности (от 5 кВт) и большого давления в колбе (у горящей лампы – до 12 МПа) внутри зданий не применяются. Общая черта всех ГЛВД – малые размеры светящегося тела (в этом они схожи с лампами накаливания) при, как правило, высокой мощности, т. е. большая яркость, оказывающая ослепляющее действие (у ламп ДРЛ – в несколько меньшей степени, так как свет излучает вся покрытая люминофором колба). Поэтому ГЛВД применяются для больших высот подвеса. В производственных помещениях (цехах) в основном используют лампы типов ДРЛ и ДРИ (МГЛ). Естественно, что ДРЛ (как менее яркие) применяют при меньших высотах подвеса, ДРИ (МГЛ) – при больших. Следует учитывать, что световая отдача МГЛ существенно выше, чем у ДРЛ (в диапазоне мощностей 250÷1000 Вт – в 1,44÷1,54 раза). Еще одним существенным преимуществом ГЛВД типа ДРИ является значительно меньшее значение коэффициента пульсации освещенности Kп (см. ниже). Однако серьезным недостатком МГЛ является гораздо меньший, чем у ДРЛ, срок службы – в 4÷6 (!) раз.
В отличие от ГЛВД, люминесцентные лампы являются протяженными объектами и имеют большие размеры при малой яркости единицы площади светящейся поверхности. Поэтому ЛЛ, учитывая их малую единичную мощность, применяются для небольших помещений при относительно малой высоте подвеса. В ЛЛ генерируемое электрическим разрядом в парах ртути ультрафиолетовое излучение попадает на покрывающий внутреннюю поверхность колбы (трубки) слой люминофора, сообщая ему энергию для свечения в видимом диапазоне. Составом люминофора можно изменять спектр излучения. Основные типы ЛЛ в зависимости от спектра (в порядке его расширения и приближения к естественному): белого света (ЛБ), дневного света (ЛД), естественного света (ЛЕЦ) и дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ). При работах, требующих правильного различения цветовых оттенков, применяют лампы ЛЕЦ и ЛДЦ.
Основным преимуществом всех видов газоразрядных ламп перед лампами накаливания является более высокая световая отдача (40÷110 лм/Вт), что резко снижает потребление ими электроэнергии. Наибольшая световая отдача у натриевых ламп, наименьшая – у ксеноновых; у ламп ДРИ ψ выше, чем у ДРЛ (100 против 60 лм/Вт). Световая отдача люминесцентных ламп в большой степени зависит от ширины спектра излучения. Расширение спектра сопровождается ростом затрат энергии на излучение с близкими к границам видимого диапазона длинами волн (красные и фиолетовые лучи), к которым глаз человека менее чувствителен. Поэтому световая отдача при переходе от ламп ЛБ к ЛЕЦ и ЛДЦ снижается (в зависимости от мощности) с 65÷78 лм/Вт до 41÷52 лм/Вт. Другим важным преимуществом газоразрядных ламп является большой срок службы, достигающий 18÷20 тыс. час. Следует еще раз отметить, что подбором инертных газов, паров металлов и люминофора можно получить любой спектр излучения, в том числе приближающийся к естественному спектру.
Основным недостатком газоразрядных ламп является их малая инерционность, приводящая к существенным пульсациям светового потока и стробоскопическому эффекту. Одиночная лампа ДРИ создает на освещаемой поверхности коэффициент пульсации освещенности от 37 % (лампы с йодидами натрия, индия, таллия) до 48 % (лампы с йодидами натрия, скандия), ДРЛ – 58 %, ДНаТ – 77 %. Не «уступают» им и люминесцентные лампы: ЛБ – 34 %, ЛД – 55 %, ЛЕЦ – 64 %, ЛДЦ – 72 %. Трехфазное подключение уменьшает
Кп на порядок: ЛБ – 3 %, ЛД – 5 %, ЛЕЦ – 6 %,
ЛДЦ – 7 %. Другие недостатки газоразрядных ламп: высокая стоимость, необходимость применения пускорегулирующей аппаратуры (для запуска требуется либо разогреть электроды, либо подать на них повышенное «стартовое» напряжение; ЛЛ при температуре ниже 10 ºС могут вообще не зажигаться), сложность утилизации из-за наличия паров ртути. Некоторые типы разрядных ламп имеют длительный период разгорания (до 10÷15 мин), у других (в частности, у ЛЛ) значительно снижается световой поток к концу срока службы. Некоторые типы ГРЛ создают радиопомехи.
1.5. Светильники
Светильник представляет собой совокупность источника (источников) света (лампы или нескольких ламп) и осветительной арматуры (отражатели, светорассеивающие или защитные колпаки, устройства для крепления, пускорегулирующая аппаратура).
Важнейшей функцией отражателя является перераспределение светового потока лампы в пространстве. Оно описывается кривой силы света (КСС), т. е. зависимостью силы света Jλ от углового отклонения λ от вертикали (в полярной системе координат). На рис. 1.1 представлены типовые КСС. Равномерная КСС типа М (кривая 1) приведена на рис. 1.1 из методических соображений. Она будет иметь место для источника света при отсутствии отражателя – для лампы без светильника или для используемых в прошлом светильников общего освещения типа «молочный шар» с лампами накаливания: свет равномерно излучается во всех направлениях. Светильники с такой КСС могут быть относительно эффективны лишь при очень светлых потолках и стенах, и для производственных помещений не применяются.
Достаточно редко используются и светильники с широкой (условное обозначение – Ш; кривая 2) и полуширокой (обозначение – Л; на рис. 1.1 не показана) КСС. Слишком большая часть их светового потока (особенно
 Рис. 1.1. Кривые силы света: 1 – равномерная (М); 2 – широкая (Ш); 3 – косинусная (Д); 4 – глубокая (Г); 5 – концентрированная (К) | от ближайших к стенам светильников) попадает на стены помещения, коэффициент отражения которых обычно не превышает 50 %. Эффективными светильники с такими КСС будут только в помещениях большой длины и ширины при относительно малой высоте подвеса (при больших значениях индекса формы i). В то же время преимуществом светильников с КСС типов Л и Ш является более равномерное освещение горизонтальной рабочей поверхности – из-за большего перекрытия освещаемых |