Для создания искусственного освещения применяют лампы накаливания и газоразрядные источники света. Первые характеризуются простотой конструкции, удобством в эксплуатации. В электрическую сеть они включаются без каких либо дополнительных устройств. Однако им присущи такие серьезные недостатки как невысокая светоотдача (7 – 20 лм/Вт), низкий КПД (около 7%), спектральный состав излучения значительно отличается от естественного света (в нем преобладают желтые и красные цвета излучения). Тем не менее в настоящее время они еще широко применяются для освещения производственных помещений в основном следующих типов: вакуумные (ЛНВ), рефлекторные (ЛНР – часть колбы покрыта зеркальным слоем), газонаполненные биспиральные (НБК), а также галогенные лампы – лампы накаливания с иодным циклом. Наличие в стеклянной колбе паров иода позволяет повысить температуру нити накаливания без опасности ее перегорания и световую отдачу лампы. Поскольку пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с иодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль (нить накаливания) препятствуя ее распылению, то это позволило не только увеличить световую отдачу таких ламп (до 40 лм/Вт), но и увеличить их срок службы до 3 тыс. часов. При этом спектр излучения таких ламп более близок к естественному.

Среди газоразрядных ламп, используемых для производственного освещения, можно выделить следующие их разновидности: люминисцентные лампы низкого давления (ЛЛ), дуговые люминисцентные лампы высокого давления (ДРЛ), рефлекторные лампы с отражающим слоем (ДРЛР) и специальные.Основным преимуществом газоразрядных ламп является их относительно высокий КПД (примерно в 3 раза выше чем у ламп накаливания), более значительный срок службы (до 8 – 12 тыс.часов), большая светоотдача (40лм/Вт), спектр излучения близок к естественному, причем, подбирая соответствующим образом состав люминофора можно получить световой поток с любым желаемым световым спектром. Эта особенность газоразрядных ламп используют в различных типах ламп, например, выпускаются лампы дневного света (ЛД), лампы дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД), лампы белого цвета (ЛБ), лампы холодного белого цвета (ЛХБ) и др.

В настоящее время разработаны и уже внедряются в производство компактные люминисцентные лампы, конструктивной особенностью которых является их способность вворачиваться в обычный патрон как лампа накаливания. Постепенно газоразрядные лампы могут вытеснить лампы накаливания, поскольку количество выпускаемых газоразрядных ламп неуклонно возрастает, а доля ламп накаливания снижается (Л.17).

К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести прежде всего пульсацию светового потока (ухудшающую условия зрительной работы и которая может быть даже причиной травматизма вследствие стробоскопического эффекта), необходимость применения специальных пусковых устройств, помехи радиоприему, для устранения которых также нужны специальные устройства и др. Сущность стробоскопического эффекта состоит в том, что при совпадении частоты пульсации светового потока и частоты вращения обрабатываемых деталей, вращающихся рабочих органов машин, механизмов, создается искаженное зрительное восприятие их направления и скорости движения (нередко такие детали, рабочие органы машин кажутся неподвижными, что и чревато опасностью травматизма).

Как правило, все источники света размещаются в специальной осветительной аппаратуре, основное назначение которой состоит в повышении эффективности освещения путем создания равномерного светового потока над освещаемой поверхностью. Источник света вместе с осветительной аппаратурой называют осветительным прибором, или светильником. Светильники часто используют и для предохранения источника света от механических повреждений, от воздействий факторов окружающей среды и для эстетического оформления помещений.

4.4.3. Методы расчета естественного и искусственного освещения .

При расчете естественного освещения основной задачей является определение количества и необходимой площади световых проемов (окон), Л.13.

Суммарная площадь F световых проемов при боковом освещении определяется по формуле:

F = Fп Eн kз fо / 100 r1 tо, м 2 ,

при верхнем освещении – по формуле:

F = Fп Eн kз fф / 100 r 2 tф, м 2 ,

где Fп - площадь помещения, м 2 ;

Eн - нормированное значение КЕО, табл.2;

kз - коэффициент, учитывающий затенение окон;

fо, fф - световые характеристики окон и фонарей;

r 1 r 2,- коээфициенты, учитывающие отражение света при боковом

и верхнем освещении;

tо - общий коэффициент светопропускания, табл.3.

При выбранной площади одного стандартного светового проема Fо общее их количество будет равно N = F / Fо.

В качестве илюстрации в табл.2 и 3 приведены некоторые значения коэффициентов КЕО и коэффициентов светопропускания.

Значения коэффициента естественной освещенности (КЕО) табл 2..

Характеристики Наименьший размер Разряд К Е О при

зрительной работы объекта различения зрительной ____________________________

мм работы вехнем комбин. боковом

освещении освещении

_______________________________________________________________________________

Выполняемая работа:

наивысшей точности менее 0,15 1 10 3,5

очень высокой точн. 0,15 …..0,3 П 7 2,5

высокой точности 0,3…….0,5 Ш 5 2

средней точности 0,5…….1 1У 4 1,5

малой точности 1…….5 У 3 1

(переработка с-х

продукции)

Значения коэффициентов светопропускания tо Табл.3

______________________________________________________________________________________________________________________

Помещения Остекление Деревянные переплеты Стальные переплеты

_____________________________________________

одинарные двойные одинарные двойные

_______________________________________________________________________________

Со значит. выделениями

пыли вертикальное 0,4 0,25 0,5 0,30

то же, дыма и копоти наклонное 0,3 0,20 0,4 0,25

С незначительными вы-

делениями пыли вертикальное 0,5 0,35 0,6 0,4

То же, дыма и копоти наклонное 0,4 0,25 0,5 0,3

_______________________________________________________________________________

Все другие необходимые для расчета коэффициенты приведены в СНиПах и методических пособиях.

При расчете искусственного освещения широко используются точечный метод, метод расчета по коэффициенту использования светового потока и метод расчета по удельной осветительной мощности. В качестве примера рассмотрим методику расчета общего равномерного освещения горизонтальной поверхности по коэффициенту использования светового потока. Этот метод позволяет наиболее полным образом учесть световой поток источников света и световой поток, отраженный от стен и других поверхностей помещения.

Необходимый световой поток Ф лампы находят по формуле:

Ф = 100 Ен Fп k z / N fо, лм,

где Ен - нормативное значение освещенности, лк;

Fп - площадь помещения, кв.м.;

k - коэффициент запаса,учитывающий загрязнение воздуха;

z - коэффициент неравномерности светового потока (1,1 – 1,15);

fо - коэффициент использования светового потока (определяется по таблицам на основании предварительно вычисленного коэффициента формы освещаемого помещения Кф = а в / (а + в) h, где а и в – длина и ширина помещения, м., h – высота подвеса светильника над освещаемой поверхностью, м.).

По вычисленному значению светового потока подбирают ближайшую стандартную лампу, определяют ее мощность и, зная необходимое количество таких ламп, рассчитывают требуемую электрическую мощность для организации производственного освещения.

Расчет освещения по методу удельной осветительной мощности основан на использовании нормативного значения удельной осветительной мощности для конкретного производственного помещения (по данным СНиП).

Последовательность расчета рассмотрим на примере расчета освещения коровника для привязного содержания коров. По санитарно-гигиеническим нормативам для такого помещения величина удельной осветительной мощности Руд = 4 Вт/кв.м. Пусть площадь Sк коровника размерами 12 х 70 м равна 840 кв.м. Тогда необходимая осветительная мощность электрического освещения коровника будет равна Рк = Руд Sк = 4 х 840 =3360 Вт. Выбрав желаемую мощность одной лампы нетрудно найти их количество. Допустим, на складе имеются лампы мощностью Рл = 100 Вт. В этом случае необходимое количество таких ламп найдем путем деления общей осветительной мощностина мощность одной лампы, т.е. N = Рк: Рл = 3360: 100 = 33,6 штук. Округляем количество ламп до 34 и двумя параллельными рядами по 17 ламп в каждом реализуем результаты расчета освещения коровника.

Указанный метод расчета является упрощенным, однако, в производственных условиях его можно использовать не только для расчета искусственного освещения, но и для оперативного контроля соблюдения санитарно-гигиенических нормативов освещенности на рабочих местах.

Контроль освещения производственных помещений осуществляют при помощи объективных люксметров, в частности люксметров типа Ю-16, Ю-116, Ю – 117. Во всех указанных приборах используются фотоэлектрические преобразователи (фотодатчики – фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы) и обычные электроизмерительные приборы (гальванометры, микроамперметры, милливольтметры).

Принцип работы люксметра основан на явлении фотоэлектрического эффекта, при котором световой поток направленный на фотодатчик, преобразуется в электрический ток, величина которого пропорциональна световому потоку. При протекании такого тока через подвижную катушку измерительного прибора (гальванометра, микроамперметра), стрелка прибора, связанная с подвижной катушкой, отклоняется на соответствующий угол шкалы прибора, проградуированной в люксах.

Источники искусственного освещения. Лампы накаливания. В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания, галогенные и газоразрядные.

Лампа накаливания - электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (тело накал - проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления тела накала в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX - первой половине XX в. Тело накала изготавливалось из более доступного и простого в обработке материала - углеродного волокна.

Типы ламп накаливания. Промышленность выпускает различные типы ламп накаливания: вакуумные, газонаполненные (наполнитель смесь аргона и азота), биспиральные, с криптоновым наполнением.

Конструкция лампы накала. Конструкция современной лампы. На схеме: 1 - колба; 2 - полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 - тело накала; 4, 5 - электроды (токовые вводы); 6 - крючки-держатели тела накала; 7 - ножка лампы; 8 - внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 - корпус цоколя; 10 - изолятор цоколя (стекло); 11 - контакт донышка цоколя.

Конструкции лампы накала весьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однако общими для всех ламп накала являются следующие элементы: тело накала, колба, токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

Преимущества и недостатки ламп накаливания:

• - малая стоимость;
• - небольшие размеры;
• - ненужность пускорегулирующей аппаратуры;
• - при включении они зажигаются практически мгновенно;
• - отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации;
• - возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном;
• - возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);
• - отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;
• - непрерывный спектр излучения;
• - устойчивость к электромагнитному импульсу;
• - возможность использования регуляторов яркости;
• - нормальная работа при низкой температуре окружающей среды.

Недостатки:

• - низкая световая отдача;
• - относительно малый срок службы;
• - резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;
• - цветовая температура лежит только в пределах 2300-2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок;
• - лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт - 145 °C, 75 Вт - 250 °C, 100 Вт - 290 °C, 200 Вт - 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут;
• - световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4 %

Газоразрядные лампы. Общая характеристика. Область применения. Виды. В последнее время принято называть газоразрядные лампы разрядными лампами. Подразделяются на разрядные лампы высокого и низкого давления. Подавляющее большинство разрядных ламп работают в парах ртути. Обладают высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую. Эффективность измеряется отношении люмен/Ватт.

Разрядные источники света (газоразрядные лампы) постепенно вытесняют привычные ранее лампы накаливания, однако недостатками остаются линейчатый спектр излучения, утомляемость от мерцания света, шум пускорегулирующей аппаратуры (ПРА), вредность паров ртути в случае попадания в помещение при разрушении колбы, невозможность мгновенного перезажигания для ламп высокого давления.

В условиях продолжающегося роста цен на энергоносители и удорожания осветительной арматуры, ламп и комплектующих все более насущной становится потребность во внедрении технологий, позволяющих сократить непроизводственные затраты.

Общая характеристика газоразрядных ламп:

• - срок службы от 3000 часов до 20000;
• - эффективность от 40 до 150 лм/Вт.;
• - цвет излучения: тепло-белый (3000 K) или нейтрально-белый (4200 K);
• - цветопередача: хорошая (3000 K: Ra>80), отличная (4200 K: Ra>90);
• - компактные размеры излучающей дуги, позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности.

Области применения газоразрядных ламп.

• - магазины и витрины, офисы и общественные места;
• - декоративное наружное освещение: освещение зданий и пешеходных зон;
• - художественное освещение театров, кино и эстрады (профессиональное световое оборудование).

Виды газоразрядных ламп. Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают лампы разрядные в парах натрия. Кроме этого вида разрядных ламп широко распространены люминесцентные лампы (разрядные лампы низкого давления), металлогалогенные лампы, дуговые ртутные люминесцентные лампы. Меньше распространены лампы в парах ксенона.

Светильники. Характеристика. Светильником называется лампа с осветительной арматурой, т. е. с устройством для подвода тока, перераспределения света, ослабления блескости (слепящего действия) и защиты лампы.

По распределению светового потока между нижней и верхней полусферами светильники подразделяются на светильники:

прямого света - более 90 % светового потока направляется в нижнюю полусферу;

преимущественно прямого света - в нижнюю полусферу направляется от 55 до 90 % потока;

рассеянного света - световой поток поровну распределяется между нижней и верхней полусферой;

преимущественно отражённого света - от 55 до 90 % потока направляется в верхнюю полусферу;

отражённого света - более 90 % потока направляется в верхнюю полусферу.

Блескость (слепящее действие) светильников характеризуется величиной защитного угла г между горизонталью, проходящей через середину светящегося тела лампы, и линией, соединяющей крайнюю точку светящегося тела (нити) с противоположным краем арматуры.

Ограничение слепящего действия достигается соответствующей высотой подвеса светильника и установкой рассеивающих колпаков.

Светильники в зависимости от вида защиты лампы подразделяются на:

открытые - лампа соприкасается с окружающей средой;

защищенные - лампа отделена от внешней среды;

закрытые и герметические - внутренняя полость светильника отделена от внешней среды уплотнением;

взрывобезопасные , исключающие возможность взрыва при попадании внутрь светильника взрывчатых газов или пыли.

Источники света - один из самых массовых товаров. Ежегодно производят и потребляют миллиарды ламп, значительную долю которых пока составляют лампы накаливания и галогенные лампы.

Стремительно растёт потребление современных ламп - компактных люминесцентных и светодиодных. Происходящие изменения в качестве дают надежду на то, что источники света станут важным инструментом дизайнера, архитектора, проектировщика.

Об освещённости и цветовой температуре света

Ряд параметров ламп определяет насколько они применимы в том или ином проекте.

Световой поток определяет количество света, которое дает лампа (измеряется в люменах). Установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет световой поток 1200 лм, 35-ватная «галогенка» - 600 лм, а натриевая лампа мощностью 100 Вт - 10 000 лм.

У разных типов ламп разная световая отдача , определяющая эффективность преобразования электрической энергии в свет и, следовательно, разную экономическую эффективность применения. Световую отдачу лампы измеряют в лм/Вт (светотехники говорят «люменов с ватта», имея в виду, что каждый ватт потребляемой электроэнергии «преобразуется» в некоторое количество люменов светового потока).

Переходя от количества к качеству, рассмотрим цветовую температуру (Т цв, единица измерения - градус Кельвина) и индекс цветопередачи (Ra). При выборе ламп дизайнер обязательно учитывает цветовую температуру для той или иной установки. Комфортная среда сильно зависит от того, какой свет в помещении «тёплый» или «холодный» (чем выше цветовая температура, тем «холоднее» свет).

Цветопередача - важный параметр, о котором часто забывают. Чем более сплошной и равномерный спектр у лампы, тем различимее цвета предметов в её свете. У Солнца сплошной спектр излучения и наилучшая цветопередача, при этом Т цв меняется от 6000К в полдень до 1800К в рассветные и закатные часы. Но далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем.

Если у искусственных источников теплового излучения сплошной спектр и нет проблем с цветопередачей, то разрядные лампы , имеющие в своем спектре полосы и линии, сильно искажают цвета предметов.

Индекс цветопередачи тепловых источников равен 100, для разрядных он колеблется от 20 до 98. Правда, индекс цветопередачи не даёт сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда способен запутать дизайнера. Так, у люминесцентных ламп и у белых светодиодов хорошая цветопередача (Ra=80), но при этом они неудовлетворительно передают некоторые цвета.

Другой крайний случай, когда индекс цветопередачи более 90 - в этом случае некоторые цвета воспроизводятся неестественно насыщенными.

Лампы выходят из строя. Кроме того, световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Срок службы - основной эксплуатационный параметр источников света.

Проектируя осветительную установку нельзя забывать об обслуживании, т. к. частая замена ламп увеличивает стоимость эксплуатации и вносит дискомфорт.

Лампы накаливания

Вольфрамовая спираль в колбе разогревается под действием электрического тока. Для сокращения скорости распыления вольфрама и соответственно увеличения срока службы лампы колба наполняется инертным газом. По принципу действия лампа накаливания относится к тепловым источникам света, т. е. значительная доля потребляемой энергии расходуется на тепловое и инфракрасное излучение.

Типичная для ламп накаливания световая отдача 10–15 лм/Вт, а срок службы редко превышает 2000 часов. Достоинства этих ламп: низкая цена и качество света (Т цв =2700, Ra=100). Сплошной спектр качественно воспроизводит цвета окружающих предметов. Лампы накаливания постепенно вытесняются разрядными источниками света и светодиодными лампами.

Галогенные лампы накаливания

Добавление галогенов в колбу лампы накаливания и использование кварцевого стекла позволили сделать серьезный шаг вперёд, получив новый класс источников света - галогенные лампы накаливания. Световая отдача современных ГЛН составляет 30 лм/Вт. Типичное значение цветовой температуры 3000К и индекс цветопередачи 100. «Точечная» форма источника света с помощью отражателей даёт управлять пучком света.

Получающийся при этом искристый свет определил приоритет таких ламп в интерьерном дизайне, где они заняли лидерство. Ещё одно преимущество в том, что количество и качество света лампы постоянно на протяжении срока службы. Популярны низковольтные «галогенки» мощностью 10–75 Вт с отражателем, который фокусирует луч в угле 10–40°.

Недостатки ГЛН очевидны: малая световая отдача, короткий срок службы (в среднем 2000–4000 часов), необходимость использования (для низковольтных) понижающих трансформаторов. Там, где эстетический компонент важнее экономического, с ними приходится мириться.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы (ЛЛ) - разрядные лампы низкого давления - представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, которая наполнена инертным газом и малым количеством ртути. При включении в трубке возникает дуговой разряд, и атомы ртути начинают излучать видимый свет и ультрафиолет. Нанесённый на стенки трубки люминофор под действием ультрафиолетовых лучей излучает видимый свет.

Основа светового потока лампы - излучение люминофора, видимые линии ртути составляют лишь малую часть. Многообразие люминофоров (смесей люминофоров) позволяет получить источники света с различным спектральным составом, который определяет цветовую температуру и индекс цветопередачи.

Люминесцентные лампы дают мягкий, равномерный свет, но его распределением в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. Для работы люминесцентных ламп необходима специальная пускорегулирующая аппаратура. Лампы долговечны - срок службы до 20 000 часов.

Световая отдача и срок службы сделали их самыми распространёнными источниками света в офисном освещении.

Компактные люминесцентные лампы

Развитие люминесцентных ламп привели к созданию компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Это источник света похожий на миниатюрную люминесцентную, иногда с встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем Е27 (для непосредственной замены ламп накаливания), Е14 и др.

Различие заключается в уменьшенном диаметре трубки и использовании другого типа люминофора. Компактная люминесцентная лампа может с успехом заменить лампы накаливания.

Разрядные лампы высокого давления

Последние разработки позволяют использовать для освещения разрядные лампы высокого давления. По ряду показателей подходят металлогалогенные (МГЛ). У этих ламп во внешней колбе размещается горелка с излучающие добавки. В горелке присутствует некоторое количество ртути, галоген (чаще йод) и атомы химических элементов (Tl, In, Th, Na, Li и др.).

Сочетание излучающих добавок достигает интересных параметров: высокая световая отдача (до 100 лм/Вт), отличная цветопередача Rа=80–98, диапазон Тцв от 3000 К до 6000 К, средний срок службы до 15 000 часов. Для работы этих ламп требуется пускорегулирующие аппараты и специальные светильники. Рекомендуется использовать эти источники для освещения помещений с большой площадью, с высокими потолками, просторных залов.

Светодиодные лампы

Светодиоды - полупроводниковые светоизлучающие приборы, называют источниками света будущего. Если говорить о современном состоянии «твердотельной светотехники», можно утверждать, что она вышла из периода младенчества. Достигнутые характеристики светодиодов (световая отдача до 140 лм/Вт, Rа=80–95, срок службы 70 000 часов) уже обеспечили лидерство во многих областях.

Диапазон мощностей светодиодных источников, реализация в лампах разных типов цоколей, управление лампами позволили в короткий срок удовлетворить растущие требования к источникам света. Главными преимуществами светодиодов остаются компактные размеры и управления цветовыми параметрами (цветодинамика).

Фотосъемка. Универсальный самоучитель Кораблев Дмитрий

ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА

К искусственным источникам света, которые активно применяются в фотографии, относятся: электрические лампы накаливания (нормальные осветительные лампы и предназначенные для съемок фотолампы), люминесцентные лампы (используются редко), вспышки.

Действие электрических ламп накаливания основано на том, что вольфрамовая нить, помещенная в безвоздушную или наполненную инертным газом стеклянную колбу, под действием электрического тока раскаляется и излучает свет.

Светоотдача повышается с увеличением мощности ламп. Но и здесь есть небольшие нюансы. Например, 100 ламп по 10 ватт потребляют такую же мощность, как одна лампа в 1000 ватт, но так как их светоотдача мала, они дадут световой поток почти втрое меньший, чем одна лампа в 1000 ватт. Хотя для нужд фотосъемки, о чем будет рассказано далее, первый вариант предпочтительнее.

Также надо не забывать, что по мере эксплуатации лампы ее светоотдача постепенно уменьшается, иногда на четверть от первоначальной величины. Колебания напряжения электрической сети влияет на спектральный состав светового потока. Например, повышение нормального напряжений сети на 10 процентов увеличивает светоотдачу лампы почти в полтора раза, при этом цветовая температура излучения возрастает. Падение напряжения на 16 процентов вдвое уменьшает светоотдачу, а цветовая температура падает.

Люминесцентные лампы как фотографические источники света используются мало, так как очень сложно подобрать для них сбалансированную по цветовой температуре пленку или светофильтр.

Про вспышки уже говорилось, что их свет можно отнести к естественному освещению, но закон обратных квадратов и зависимость освещенности от мощности действует и для них.