Джерела штучного світла та освітлювальна арматура

Як джерела штучного світла найчастіше використовуються лампи розжарювання та газорозрядні лампи. Раціональне штучне освітлення повинно забезпечувати нормальні умови для праці при дозволеній, з господарської точки зору, витраті коштів, матеріалів та електроенергії.

Лампи розжарювання відносяться до теплових джерел світла, в котрих світіння виникає шляхом нагрівання нитки розжарення до високих температур. Нитка – вольфрам (тугоплавкий матеріал).

Ці лампи дають безперервний спектр випромінювання з переважанням жовто-червоних променів в порівнянні з природним світлом.

По конструкції лампи розжарювання бувають вакуумні, газонаповнені, біспіральні і т.д. бувають також дзеркальні лампи, які є лампами-світильниками.

Лампи розжарювання прості і надійні в експлуатації, мають велику градацію по потужності, не потребують пускової апаратури.

Разом з цим для цих ламп властиві недоліки. Низька світловіддача (до 15-20 лм/Вт), низький строк служби до 1000год, переважання жовто-червоного випромінювання в спектрі, викривлення сприйняття кольору.

Більш високий коефіцієнт світловіддачі і строк служби мають лампи йодно-вольфрамового циклу (пари йоду при 250-1200˚С створюють з осівшим на колбі W йодистий вольфрам, який випаровується і, потрапляючи в зону нитки розжарювання, розкладається на І та W, при цьому W осідає на нитці при t>1400˚С. пари йоду вертаються до колби лампи і цикл переходу W з колби лампи на спіраль повторюється.

З огляду на вказані недоліки, використання лампа нажарювання на виробництві обмежене, що в першу чергу пов’язане з низьким ККД (використовують для місцевого освітлення).

Найбільше використання в промисловості в теперішній час знаходять газорозрядні лампи, які бувають високого та низького тиску.

Лампи низького тиску – люмінесцентні. Скляна трубка всередині вкрита люмінофором. Колба наповнена дозованою кількістю ртуті та інертним газом при тиску біля 400 Па. З обох кінців трубки – електроди. Під дією напруги, що прикладається, (від 30 до 110В в залежності від типу), в парах ртуті виникає електричний розряд, який супроводжується випромінюванням (електро-люмінісценція). Це випромінювання впливає на люмінофор, перетворюється на світлове випромінювання (фотолюмінісценція). В залежності від складу люмінофору люмінесцентні лампи володіють різним спектром (кольоровість). Промисловість виробляє лампи (ЛД) – денного, (ЛДЦ), (ЛЕ) – найбільш близькі до природного світла, (ЛБ) – білого кольору ЛТБ і ЛХБ – (тепло – і холодно білого кольору).

До газорозрядних ламп високого тиску (0,03…0,08 МПа) і надвисокого (більше 0,08 МПа) відносяться лампи ДРЛ (дугові ртутні люмінесцентні). Вони мають коефіцієнт світловіддачі 40-60 лм/Вт, строк служби кілька тисяч годин.

Але в спектрі переважають зелено-блакитні тони і яскравість світла не висока. Більш економічні лампи ДРІ (з добавкою йодидів металів). В них кращий спектр і більш високий коефіцієнт світловіддачі 80 лм/Вт. Найбільш економічні ДНАТ – натрієві лампи. Строк служби 10000 годин, коефіцієнт світловіддачі 150 лм/Вт. Ці лампи часто використовують для зовнішнього освітлення. Також для зовнішнього освітлення використовують трубчасті ксенонові лампи високого тиску ДКсТ, які мають потужність від 2 до 100 кВт в зв’язку з небезпекою ультрафіолетового опромінення працюючих в приміщенні. Лампи в колбі з легованого кварцу (ДКсТЛ) призначені для використання в приміщеннях, розташованих на півночі, для УФ опромінення.

Основною перевагою газорозрядних ламп є їх економічність. Світлова віддача цих ламп коливається в межах 30-80лм/Вт (для ДНаТ – 150лм/Вт), що в 3-4 рази перевищує в світлову віддачу ламп нажарювання. Строк служби доходить до 10000 годин.

Люмінесцентні лампи мають також багато гігієнічних переваг. З їх допомогою легше створювати рівномірне освітлення, спектр випромінювання деяких з них (ЛЕ, ЛДЦ) наближається до природного. Переваги люмінесцентних ламп особливо відчуваються при рівнях освітленості
>100-150лк.

Недоліками газорозрядних ламп є пульсації світлового потоку, складність схеми вмикання, шум дроселів, залежність від температури навколишнього середовища. Люмінесцентні лампи не можуть використовуватись при низьких температурах. Усі газорозрядні лампи чутливі до зниження напруги мережі живлення (при зниженні напруги на 10% відбувається нестійке горіння і є можливість згаснути).

Потрібно мати на увазі, що нижня межа зорового комфорту для газорозрядних ламп набагато вище ніж для ламп нажарювання (40-50лк) і складає 400-500лк для ламп ЛД. Це пояснюється звичкою до високої освітленості при природному світлі і лампи люмінесцентні, спектр яких наближується до денного, повинні забезпечувати близький до природного рівень освітленості. Цей “смерковий ефект” примушує висувати більш високий рівень вимог до освітленості, яка створюється люмінесцентними лампами.

Особливо неприємні пульсації. Саме вони є причиною виникнення стробоскопічного ефекту, у наслідок якого підвищується ризик і вероггідність травматизму. Для боротьби з пульсаціями застосовують спеціальні схеми вмикання газорозрядних ламп.

Для загального освітлення виробничих приміщень і територій, як правило, використовуються газорозрядні лампи високого тиску.

За звичаєм, джерела світла розміщуються в освітлюваній арматурі (світильник чи освітлюваний прилад).

Освітлювальна арматура призначена для:

- перерозподілу напрямку світлового потоку в бік робочої поверхні;

- для захисту очей від блискучості джерела світла;

- для захисту ламп від механічних ушкоджень і забруднення;

- для закріплення лампи і підведення електричного струму.

Світильники поділяються по цілому ряду світлотехнічних і конструктивних характеристик.

З точки зору перерозподілу світлового потоку розрізняють світильники прямого світла (в нижню напівсферу випромінюється не менш як 80% світлового потоку); переважно прямого світла (60-80%); розсіяного світла
(в кожну півсферу 40-80%); переважно відбитого світла (60-80% у верхню півсферу); відбитого світла (80% - верхню півсферу).

Перерозподіл світлового потоку світильником призведе до певної втрати світлового потоку. Тому однією з важливих характеристик є ККД (відношення світлового потоку лампи, вміщеної до світильника).

Велике значення для обмеження освітленості має кут α, який створюється відбивачем, а в світильниках з люмінесцентною лампою – планками грат для екранування.

Світильники розрізняються за методом захисту від пилу (пилонезахищені і пилозахищені), води (водонезахищені крапле-, дощо-, бризко, струєзахищені, герметичні).

Для освітлення вибухонебезпечних приміщень випускають спеціальні світильники іскро-, вибухобезпечні і т.д.

Для люмінесцентних ламп, як правило, багатолампові світильники, які дозволяють використовувати спеціальні схеми вмикання для зменшення пульсацій.