Исследование систем искусственного освещения.

Искусственное освещение применяется как в тёмное время суток, так и в светлое, когда для нормальных условий по освещённости естественное освещение недопустимо, недостаточно или невозможно.

Система искусственного освещения – это группа светильников с размещёнными в них электрическими источниками света, спроектированная по определённому принципу в зависимости от выполняемых задач. При размещении источников света над освещаемой поверхностью часто возникает необходимость одновременного решения выбора светильников по таким характеристикам, как дальность действия, допустимая высота подвеса, единичная мощность источника света и т.п.

По конструктивному исполнению различают две системы искусственного освещения: общее (равномерное или локализованное) и

комбинированное (к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочем месте).

Общее равномерное освещение – обеспечивает равномерное распределение светового потока без учёта расположения оборудования.

Общее локализованное (неравномерное) – с учётом расположения рабочих мест (например, в сборочных цехах при технической невозможности применения местного освещения).

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. Оно обеспечивает нормируемые характеристики (освещенность, качество освещения) в помещениях и местах производства работ вне зданий. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и различными режимами работы, устраивается раздельное управление освещением таких зон.

Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности, применяемое для продолжения работы, и эвакуационное - для эвакуации из помещения при аварийном отключении рабочего освещения. Светильники систем аварийного освещения подключаются к сети, независимо от рабочего освещения, начиная от щита подстанции.

Дежурное освещение предназначено для помещений, а охранное - для освещения охраняемых площадок предприятия в нерабочее время, совпадающее с темным временем суток. Для дежурного освещения выделяют часть светильников рабочего или аварийного освещения, обеспечивающих минимальную освещенность для несения дежурств и охраны.

Условно к производственному освещению относят бактерицидное и эритемное облучение помещений. Бактерицидное облучение («освещение») создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания. Наибольшей бактерицидной способностью обладают ультрафиолетовые лучи с λ = 0,254…0,257 мкм. Эритемное облучение создается в производственных помещениях, где недостаточно солнечного света (северные районы, подземные сооружения). Максимальное эритемное воздействие оказывают электромагнитные лучи с λ = 0,297 мкм. Они стимулируют обмен веществ, кровообращение, дыхание и другие функции организма человека.

 

2.3Искусственные источники света.

     

Искусственным источником света (источником оптического излучения) называют устройство, предназначенное для превращения какого-либо вида энергии в оптическое излучение (электромагнитное излучение с длинами волн от 1 до 10⁶нм).

Оптическая область спектра делится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную. Видимое излучение (свет) - излучение, которое, попадая на сетчатую оболочку глаза, может вызвать зрительное ощущение. Оно имеет длины волн в пределах 380-780 нм.

Для искусственного освещения производственных помещений и территорий предприятий используются электрические источники света, которые делятся на две группы: газоразрядные лампы низкого и высокого давления и лампы накаливания.

В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных. Основные характеристики ламп:

номинальное напряжение питающей сети U, B;

электрическая мощность W, Вт;

световой поток Ф, лм;

световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) Ф/W,   лм/Вт;

срок службы t, ч.

Лампы накаливания основаны на способности раскаленной нити из тугоплавкого металла (вольфрама) излучать видимый свет. Появившись в начале ХХ столетия, они имеют широкое распространение и в настоящее время (главным образом для освещения жилых помещений), благодаря своим достоинствам: относительно низкая стоимость; простота изготовления; удобство и надёжность в эксплуатации (не требует включения в сеть дополнительных пусковых устройств, имеют незначительный период разгорания, компактны, практически не зависят от условий окружающей среды, световой поток к концу срока службы снижается незначительно). 

Однако они имеют и существенные недостатки:                                                    низкая световая отдача (7…20 лм/Вт), а, следовательно, неэкономичность эксплуатации;

небольшой срок службы (до 2,5 тыс. ч.);    

неблагоприятный спектральный состав (преобладание желтой и красной частей спектра при недостатке синей и фиолетовой его частей по сравнению с естественным светом);                                                            

нерациональное распределение светового потока для большинства ламп, что требует применения осветительной арматуры (светильников).

В системах производственного освещения применяются лампы накаливания общего назначения с номинальным напряжением 130 и 220В (см. приложение. 1, табл. 1.5) и лампы накаливания местного освещения с напряжением 24 и 40В (там же, табл. 1.6).

Галогенные лампы накаливания (ГЛН) имеют по сравнению с обычными более высокий срок службы, значительно меньшие размеры, более высокие термостойкость и механическую прочность, благодаря применению кварцевой колбы, а также повышенную светоотдачу. Принцип действия ГЛН заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама. ГЛН применяются в системах общего освещения, прожекторах, для инфракрасного облучения, кинофотосъемочного и телевизионного освещения, автомобильных фар и аэродромных огней и т.п. В приложении 1, табл. 1.7, приведены параметры галогенных ламп накаливания для общего освещения.

Газоразрядные лампы – это приборы, в которых излучение оптического диапазона возникает в результате газового разряда в атмосфере инертных газов, паров металлов и их смесей.Они имеют следующие преимущества:

более высокая, чем у ламп накаливания светоотдача; большой срок службы;

относительно низкая яркость, что полезно для глаз;

спектр излучения (особенно люминесцентных) близок к спектру естественного света.

Недостатки газоразрядных ламп: относительно сложная схема включения, необходимость в специальных пусковых приспособлениях – стартёрах, поскольку напряжение зажигания у этих ламп значительно выше напряжения сети, а период разгорания довольно продолжителен, кроме того, пусковые устройства часто создают шум;

ограничение по температуре окружающей среды среды (для люминесцентных ламп (ЛЛ);

при температурах близких к 0 ⁰С и ниже они зажигаются ненадежно;

малая единичная мощность при больших размерах;

значительное снижение и пульсация светового потока к концу срока службы; неудобство в обращении (в случае боя ламп, имеющих ртуть, необходимо собрать ртуть резиновой грушей, а также необходимость в сдаче таких ламп специальным организациям или закапывании ламп за пределами жилых массивов в специально отведенных местах после эксплуатации).

Из газоразрядных ламп наиболее распространенные для освещения производственных помещений нашли люминесцентные лампы (ЛЛ), дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ), металлогалогенные лампы (МГЛ), натриевые лампы высокого давления (НЛВД).  

Люминесцентные лампы – газоразрядные лампы низкого давления, которые имеют стеклянную трубку, наполненную дозированным количеством ртути и инертного газа с впаянными по концам электродами. Внутренняя поверхность трубки покрыта слоем люминофора. В качестве люминофора чаще всего применяется галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. Цветность зависит от концентрации марганца, изменяющейся в пределах от 0,3 до 1,2 % при постоянной концентрации сурьмы (около 1,0 % по массе). В зависимости от марок люминофора различают несколько типов ЛЛ. Например: дневного света (ЛД); дневного света с улучшенной цветопередачей¹ (ЛДЦ); холодного белого цвета (ЛХБ); теплого белого цвета (ЛТБ); белого цвета (ЛБ); холодного естественного света (ЛХБ); естественного света с улучшенной цветопередачей (ЛЕЦ) и др. ЛЛ применяются для освещения внутренних отапливаемых помещений и являются более предпочтительными, чем лампы накаливания. Их характеристики приведены в приложении 1, табл. 1.8.

Дуговая ртутная люминесцентная лампа ДРЛ – газоразрядная лампа высокого давления. Она состоит из внутренней кварцевой колбы (пропускающей ультрафиолетовые лучи), которая заполнена парами ртути под давлением 0,2…0,4 Мпа, и внешней стеклянной колбы, покрытой люминофором. Газовый разряд в парах ртути сопровождается мощным ультрафиолетовым излучением, которое с помощью люминофора преобразуется в видимое.Существенным недостатком ламп ДРЛ является преобладание в спектре сине-зеленой части, что исключает их применение, когда объектами различения являются лица людей или окрашенные поверхности. Преимущество ламп ДРЛ перед ЛЛ заключается в независимости их работы от температуры окружающей среды. Поэтому они применяются для освещения территорий предприятий, населенных пунктов, а также производственных помещений большой высоты. Характеристики ламп ДРЛ приведены в приложении 1, табл. 1.9.

Металлогалогенная лампа (МГЛ) общего назначения типа ДРИ (дуговая ртутная с излучающими добавками) по своей конструкции аналогична лампе ДРЛ. Для заполнения колб ламп применяются галогениды (йодиды) натрия, скандия, индия и других редкоземельных элементов. Внешне лампа ДРИ отличается от лампы ДРЛ отсутствием люминофорного покрытия колбы. Лампы ДРИ излучают практически сплошной спектр, приближающийся к естественному (преимущество перед ДРЛ, кроме того они имеют более высокую светоотдачу. Однако они имеют меньший срок службы и более сложную систему включения. Применяются в основном для освещения территорий, а также и внутренних помещений (работы, связанные с большим освещением – сборка радиоаппаратуры, намотка проволоки).Характеристики МГЛ типа ДРИ приведены в приложении 1, табл.1.10. 

Натриевые лампы высокого давления (НЛВД) содержат смесь паров натрия, ртути при высоком давлении и зажигающий газ – ксенон. Натрий является основным рабочим веществом, ртуть вводится для повышения температуры разряда, ксенон повышает световую отдачу. НЛВД имеет цилиндрическую разрядную трубку, смонтированную в вакуумированной внешней колбе, которая изготавливается из стекла вольфрамовой группы или кварца. Лампы НЛВД применяются для освещения помещений, где выполняются работы грубее V разряда зрительной напряженности. Их характеристики приведены в приложении 1, табл. 11. 

 

2.4. Светильники.

Светильник представляет собой совокупность источника искусственного света и осветительной арматуры, перераспределяющей световой поток в пространстве. Кроме того осветительная арматура служит для подвода электрического питания, крепления и предохранения источника света от загрязнения и механического повреждения.

Светильники характеризуются световым потоком, распределением светового потока в пространстве (рис.2.4.1), яркостными характеристиками, защитным углом (рис.2.4.2) и коэффициентом полезного действия.

 

Рис. 2.4.1. Распределение светового потока в светильниках: а – прямого;  б –рассеянного; в – отраженного света

Распределение светового потока в пространстве определяется конструкцией светильника. В зависимости от доли светового потока, приходящегося на нижнюю полусферу, светильники подразделяются на 5 классов:

· прямого света П, если эта доля более 80%;

· преимущественно прямого Н (60…80%);

· рассеянного Р(40…60%);

· преимущественно отражённого В(20…40%);

• отражённого О(менее 20%).

Светораспределение – наиважнейшая функциональная светотехническая характеристика светильника, показывающая как распределён его световой поток Ф в освещаемом пространстве. Наиболее полно в качественном и количественном выражении распределение светового потока осветительного прибора в пространстве определяется формой фотометрического тела и графически описывается кривыми силы света.

На практике удобно пользоваться кривыми силы света (КСС) – линиями получаемыми сечением фотометрического тела с плоскостями определённого типа:

меридианальные(продольные) – плоскости проходят через оптическую ось светильника;

экваториальные (поперечные) - плоскости перпендикулярны оптической оси светильника.

Светораспределение светильников общего освещения чаще всего описывается КСС в продольных меридианальных плоскостях. Осветительные приборы, у которых КСС одинаковы для всех меридианальных плоскостей, называются круглосимметричными. Для характеристики любого круглосимметричного осветительного прибора достаточно одной продольной КСС, т. к. его фотометрическое тело образуется вращением этой кривой вокруг оптической оси светильника.

Светораспределение осветительного прибора с двумя плоскостями симметрии – светильников с линейными источниками света, например, трубчатыми люминисцентными лампами или двухцокольными галогенными лампами накаливания, обычно описывается КСС в двух основных меридиональных плоскостях, перпендикулярных световому отверстию: одна из них является поперечной, другая - продольной.

Фотометрическое тело – замкнутая поверхность, представляющая собой геометрическое тело точек – концов радиусов – векторов, выходящих из светового центра осветительного прибора; длина этих векторов пропорциональна силе света (J) в данном направлении (под тем или иным углом к оптической оси светильника). Фотометрическим телом можно охарактеризовать светораспределение как светильника в целом, так и при необходимости «голой» лампы, вне арматуры.

 

Рис. 2.4.2. Защитный угол светильника: а – с лампами накаливания или газоразрядными лампами высокого давления; б – с люминесцентными лампами

 

Защитный угол   a (рис. 2.4.2) определяет степень пространственного ограничения слепящего действия источника света. Это угол между горизонталью и линией, соединяющей нить накала (поверхность лампы) с противоположным краем отражателя.

Коэффициент полезного действия светильника – это отношение фактического светового потока к световому потоку источника.

Светильники классифицируются также по степени защиты от пыли, воды, взрыва, способу установки и электроизоляции (табл. 2.1)         

                                                                                                                             Таблица 2.1