Світлова енергія. Основні світлотехнічні величини і одиниці їх

                                     вимірювання.

Світло – це потік електромагнітної енергії зі спектром хвиль 10 ¸ 34×10⁴ нм (оптична область спектру).

Оптична область спектру поділяється:

- інфрачервоне випромінювання 34×10⁴ ¸ 770 нм;

- видиме випромінювання 770 ¸ 380 нм;

- ультрафіолетове випромінювання 380 ¸ 10 нм.

Та частина світлової енергії, яка сприймається зором людини як світло, на –

зивається світловим потоком F і вимірюється в Люменах (Лм). Зір людини найбільше чутливий до випромінювання l = 555 нм (жовто-зелений колір).

 

                                                       

Всі джерела світла випромінюють світловий потік в просторі нерівномірно, тому введена одиниця просторової густини світлового потоку – сила світла І,  

яка визначається як відношення світлового потоку dF, який виходить від джерела і розповсюджується всередині елементарного тілесного кута, до величини цього кута dW:

                                      І = dF / dW.

За одиницю сили світла прийнята Кандела (Кд). 1Кд – це сила світла, яке випромінюється джерелом в заданому напрямку як монохроматичне випро –

мінювання з частотою 540×10¹² кГц, енергетична сила якого складає 1/683 Вт/ср.

Світність- М, Лм/м² – це густина світлового потоку, який випромінюється (відбивається) по площі тіла, яке випромінює (відбиває) світло.

  

Освітленість- Е, Лк (Люкс), - це густина світлового потоку по поверхні, яка їм освітлюється: 

                               Е = I_a×Cos a / R².

Яскравість- L, Кд/м², - це густина сили світла по площині тіла, яке випромінює.

 

                                L_a = I_a / S_a.

 

        Оптичні властивості матеріалів.

Оптичні властивості матеріалів характеризуються коефіцієнтами:

- відбиття r = F_r/F_п ,                F_п – світловий потік, який падає на            

- пропускання t = F_t/F_п ,                   поверхню.

- поглинання a = F_a/F_п .           r + t + a = 1.

   

По характеру розсіяння світлового потоку матеріали поділяються на:

- дифузно розсіваючи;

- направлено розсіваючи (матовані);

- змішано розсіваючи.

Такі властивості мають спеціально вироблені зі скла або пластмаси розсіювачі світильників, які призначені для розподілення світлового потоку у необхідному напрямку.

 

                                                       

  4.Електричні джерела світла.

По способу генерування світлового випромінювання джерела світла поді –ляються на температурні і люмінесцентні, тобто лампи розжарювання та газорозрядні лампи.

Основні параметри електричних джерел світла:

- номінальна потужність, Вт;

- напруга живлення, В;

- пусковий і робочий струм, А;

- номінальний світловий потік, Лм;

- світлова віддача, Лм/Вт;

- спад світлового потоку через визначений час експлуатації, %;

- середня тривалість горіння (ресурс), год.

 Лампи розжарювання (ЛР).

Лампи розжарювання є найбільш простими в експлуатації джерелами світла. Принцип дії лампи розжарювання заснований на випромінюванні світла розігрітим до високої температури (2400 – 3000 ^оС) тілами – нитка –

ми розжарювання. Будова лампи розжарювання приведена на Рис.1.3.

 

              Рис.1.3. Будова лампи розжарювання.

 

                                                                

Промисловістю для роботи в освітлювальних установках загального і міс –

цевого освітлення випускаються лампи розжарювання з наступними харак –

теристиками:

номінальна напруга U_н : 12; 24; 36; 110; 127; 220 В,

номінальна потужність Р_н: 15; 25; 40; 60 (75); 100; 150; 200; 300; 500; 750; 1000; 1500 Вт,

світловіддача y = Ф/Р, Лм/Вт, y = 7¸16, [y = f(Р)],

термін служби (ресурс) t = 7000 ¸ 20000 год.

Для збільшення ресурсу ламп розжарювання їх балони вакуумуються або заповнюються інертними газами, а для направлення світлового потоку їх балони мають різне покриття, що відображається в маркуванні ламп.

Маркування ЛР.

По заповненню балона ЛР можуть бути:

- тип В – вакуумні, (15 ¸ 25 Вт),

- тип Г – газонаповнені, моноспіральні, (аргон = 12 ¸16% азот)

- тип Б – біспіральна, (аргон = 12 ¸16% азот)

- тип БК – біспіральна з криптоновим заповненням.

По призначенню і оформленню:

- ЛОН - лампа загального призначення;

- ДС - декоративна “свічка”;

- ДШ – декоративна “шар”;

- О – опалинова (матова, білого кольору);

- ИЛ – ілюмінаційна;

- МО – місцевого освітлення;

- МОД – місцевого освітлення з дифузійним покриттям;

- МОЗ - місцевого освітлення дзеркальна;

- РН – різного призначення;

- МН – мініатюрна;

-  К – з колбою з кварцового скла;

- А – автомобільні;

- АКГ – автомобільна кварцова галогенна;

- КГИ – кварцова галогенна з інтерференційним відбивачем;

- ЗН – дзеркальна розжарювання;

- НЗК – дзеркальна з концентрованим світлорозподілом;

- НЗС - дзеркальна з середнім світлорозподілом.

Звичайні лампи розжарювання мають гвинтовий цоколь наступних стан –

дартів: Е14 (міньйон), Е27 (стандартний), Е40 (голіаф).

                                                 

                                                    

Галогенні лампи розжарювання.

В галогенних лампах в якості наповнювача колби використовують пари йоду. При цьому випарені зі спіралі атоми вольфраму повертаються на спіраль. Це дозволило підвищити температуру нагріву і підвищити світ –

ловіддачу на 30 ¸ 50 % (в звичайних лампах лише 10 ¸ 18% електроенергії перетворюється на світло). Галогенні лампи крім всього мають більш повний спектр випромінювання. Балон галогенної лампи виготовляють зі кварцового скла, яке витримує більш високі робочі температури.

Приклади маркування ламп:

1) В125-135-25 - лампа вакуумна з прозорою колбою, діапазон робочої напруги 125 – 135 В, потужність 25 Вт.

2) КИ220-1000-5 - кварцова, йодна, робоча напруга 220 В, потужність 1000 Вт, 5 – номер розробки.

 

    Люмінесцентні лампи низького тиску (ЛЛ).

Підвищити частку видимого випромінювання дозволяє використання елек-

тричного розряду в газі низкого тиску – в парах ртуті в декілька мм рт. ст.

Принцип дії ЛЛ заснований на використанні ультрафіолетового випроміню- вання (УФВ) в парах ртуті низького тиску, які наповняють лампу, при про –

ходженні через них електричного струму з подальшим перетворенням УФВ в видиме світлове випромінювання за допомогою люмінофорів.

В скляну трубку лампи введена невелика кількість аргону і краплина ртуті. Газ іонізується за рахунок емісії електронів з поверхні розігрітих до 800 ^оС електродів лампи. По мірі росту іонізації і провідності газу виникає електричний розряд – спочатку в атмосфері розрідженого аргону і потім в парах ртуті, який викликає сильне УФВ. УФВ діє на шар люмінофору, який перетворює УФВ в видиме випромінювання, яке через скло лампи проходить в навколишній простір. В наслідок чого виникає “змішане” світло по спек –

тральному складу близьке до сонячного і добре сприймається зором людини.

Ресурс люмінесцентних ламп складає понад 15000 год. Світловіддача в 5 разів більша ніж у ламп розжарювання.

                                                       

Будова газорозрядних ламп і стартера приведена на рис.1.4:

 

   1 – штиркові цоколі; 2 – електроди;

    3 – скляна трубка; 4 – різьбовий цоколь;

    5 – колба; 6 – люмінофор; 7 – пальник.

 

в)

1 – скляна колба; 2 – рухомий електрод;

3 – нерухомий електрод.

 

Рис. 1.4. Загальна будова:            

                       а) люмінесцентної лампи; б) дугової ртутної лампи; в) стартера.

                    
Дугові ртутні лампи (ДРЛ) являють собою скляну колбу 5, яка заповнена інертним газом (аргоном) і дозованою кількістю ртуті. Всередині колби поміщено запальник 7. При проходженні електричного струму в запальнику

виникає дуга, при цьому аргон і пари ртуті, які знаходяться в колбі, почи - нають світитися з перевагою сине-зелених промінів. Для виправлення світло- вої передачі на внутрішній поверхні колби нанесений шар люмінофору.

Ресурс дугових ртутних ламп складає понад 10000 годин.     

Для забезпечення роботи газорозрядних лампам призначені спеціальні схеми і апарати, які представлені на рис. 1.5.

МГЛ – металогалогенні лампи мають в парах ртуті домішки: йодисті з'єднання натрію, талію та індію, які значно підвищують світловіддачу ламп.

НЛВД – натрієва лампа високого тиску, в якій використовується розряд в парах натрію. Має саму високу світловіддачу, але ж і високу пульсацію світлового потоку.

ДКсТ – дугова ксенонова трубчата. Має добру передачу кольору і великі потужності: 5; 10; 20; і 50 кВт.

                                                 

                                                          

                      ~ 220 В                                              ~ 220 В                        

 

   Рис. 1.5. Схеми включення: а – люмінесцентної лампи (ЛЛ); б – лампи ДРЛ.

СТ – стартер; КР – конденсатор для заглушування радіозавад; К – конденсатор для компенсації реактивної потужності; Др. – дросель; Тр – трансформатор.

                                                      

Люмінесцентні лампи виготовляють з різними відтінками: ЛБ – білого;     

ЛХБ – холодного білого; ЛТБ – тепло-білого; ЛД – денного світла; ЛДЦ – денного правильної передачі світла. Лампи ЛД і ЛДЦ використовують на виробництвах, де необхідне правильне розрізнення кольору; ЛТБ – в адмі –

ністративних і культурно-побутових приміщеннях; ЛБ і ЛХБ – в інших приміщеннях.

При включенні газорозрядних ламп в двопровідні лінії змінного струму виникають пульсації світлового потоку, які викликають стробоскопічний ефект, при якому обертаючи частини механізму здаються нерухомими,   

виникає стомлення зору, що може привести до нещасних випадків на ви –

рибництві.  

 

  4.Світильники.

  Світильником називається освітлювальний прилад ближньої дії, призначе- ний для освітлення об’єктів, які знаходяться на відстанях в десятки разів більше ніж розміри самого світильника і для розміщення в йому джерел світла(ламп), пуско-регулювальної та комутаційної апаратури, а також

елементів корекції світлового потоку (розсіювачів або світлофільтрів чи відбивачів). По призначенню, - в залежності від місця встановлення світильники поділяються на світильники зовнішнього освітлення(ліхтарі та прожек-

тори), світильники внутрішнього та світильники місцевого освітлення.

Відповідно стандарту світильники класифікуються по ступеню захисту від пилу і води : а) – від пилу:

- відкриті;

- перекриті з неущільненою світлопропускною оболонкою;

- повністю пилозахищені;

- частково пилозахищені (захищені лише струмопровідні частини);

- повністю пилонепроникнені:

- частково пилонепроникнені.

                                                       

                 б) – від води:

- незахищені;              - брискозахищені;                                                   

- краплезахищені;      - струмозахищені,             

- дощевозахищені;

Для роботи в виробничих приміщеннях з хімічно агресивними середовищами використовують світильники, які захищені від впливу хімічно

агресивного середовища (хімічно стійкі). Такий світильник складається з хімічно стійкого пластмасового корпусу, отвір для вводу провідників живлення має ущільнення, а прокладка з термостійкої гуми не допускає проникнення всередину світильника хімічно агресивних речовин. Арматура

ламп виготовляється, як правило, з фарфору.

Для освітлення вибухонебезпечних приміщень використовують вибухо - захищені світильники, які виготовляють за видами вибухозахисту:

- для ламп розжарювання: “вибухонепроникаюча оболонка” або “підвищена надійність проти вибуху”;

- для люмінесцентних ламп – з видом вибухозахисту “підвищена надійність проти вибуху”.

В вибухозахищених світильниках скляний ковпак і корпус світильника

мають велику механічну міцність і тому здатні витримати внутрішній тиск, який створює вибухонебезпечна суміш під час її підпалювання. Для захисту від механічних пошкоджень скляний ковпак захищається металевою сіткою.

Вибухозахищені світильники комплектуються патроном з іскрогасильною камерою і механічним блокуванням, яке забезпечує замикання кола лампи коли вона повністю вкручена в гільзу патрону. Подача напруги припиняється при відкриванні світильника спеціальною контактною пружиною.

Для освітлення виробничих приміщень, в яких технологічний процес пов’язаний з подрібненням сировини, використовуються світильники з товстою скляною лінзою і додатковим металевим щитом, який захищає лінзу і лампу від попадання осколків та уламків сировини. 

Різноманітність світильників по ступеню захисту від впливу зовнішнього середовища дає можливість підібрати необхідне конструктивне виконання світильника практично для будь яких умов роботи і навколишнього середо - вища як для роботи в приміщеннях так і на відкритому повітрі.

В залежності від виду ламп світильники можна поділити на світильники для ламп розжарювання, на світильники для люмінесцентних або газорозрядних ламп.

В залежності від способу встановлення світильники можна поділити на підвісні (стельові) та на бокові (настінні). Спосіб встановлення світильників залежить від характеру роботи і розташування робочих місць в виробничому приміщенні. Світильники місцевого освітлення встановлюються безпосе – редньо на робочому місці на пристосуваннях, які дозволяють встановлювати світловий потік в зручному напрямку.

 

                                                         

  Конструкція світильників.

 

А) світильники для внутрішнього освітлення.

 

 

 

Рис.1.6. Світильники для внутрішнього освітлення.

а) – незахищений типу Уз з відбивачем і скляним затінювачем; б) – частково пилоза –

хищений типу ГсУ; в) – повністю пилозахищений і краплезахищений типу ПГ.

г) - повністю пилозахищений і краплезахищений типу ПВЛ для люмінесцентних ламп.

Рис.1.7. Хімічно стійкі 

          світильники.

а) - для ламп розжарювання типу “Астра”;

б) – для ламп ДРЛ типу УПД.

1 – корпус; 2 – патрон;                3 – клемна колодка; 4 – екран;

5 – відбивач.

 

 

                                                                

   

  Рис.1.8. Вибухозахищені світильники для ламп розжарювання.

а) – ВЗГ-200; б) – В4А-200; в) – В4А-100; г) – В4А-50.

 

   

    Рис.1.9. Люмінесцентний світильник підвищеної надійності проти вибуху      

                    НОГЛ-1 ´ 80.

    Рис.1.10. Загальний вигляд світильника TCS 058- L фірми “ PHILIPS ”.

 

   Рис.1.11. Приклад кріплення світильника ЛПО.

1- скоба; 2 – основа; 3 – торцева кришка; 4 – розсіювач; 5 – клемна клодка.

 

                                                              23

Рис.1.12. Будова патрону з 

            іскрогасильною камерою.

   1 – центральний контакт;

   2 – іскрогасильна камера;

   3 і 5 – контактні гвинти;

   4 – контактна пружина;

   6 – різьбова гільза;

   7 – корпус патрону.

                                                    

 

                                                    

Основні характеристики світильників.

1) потужність джерела світла (лампи);

2) напруга мережі живлення;

3) ККД, - h = F _к.св. / F _л;

4) Захисний кут g = arctg h / (R + r), де

  h – відстань від тіла розжарювання до площини світлового отвору,

 R – радіус світлового отвору,

 r – радіус тіла розжарювання.

5) Крива сили світла (залежність І _a (a).

По вигляду кривої світла світильники поділяються:

- глибоко випромінюючі типів К, Г, Д;

- широко випромінюючі типів Л і Ш.

     Тема 1.2. Проектування освітлювальних установок.