Джерела штучного освітлення, загальні характеристики

У розвитку засобів освітлення розрізняються два періоди: доелектричний і електричний. Примітивна техніка й мала потужність доелектричних джерел світла (фітіль, свічка, гасова лампа, газовий пальник), одноманітний спектр випромінювання дуже обмежували архітектурні можливості їх використання. При всьому цьому в класичній архітектурі палаців XVIII i XIX століття відомі цікаві приклади застосування освітлюючих пристроїв тієї епохи. Зокрема, великих люстр із кришталю або з венеціанського ліпного скла, бра, торшерів та інших приладів, які самі по собі збагачували інтер’єр завдяки багаторазовому відбиттю світлових потоків у дзеркалах, створювали насиченість приміщень світлом.

Електричний період засобів освітлення пов’язується з появою ламп розжарювання і триває до сьогодення.

Висока яскравість електричних ламп, засліплююче їх випромінювання при попаданні в поле зору примусило до пошуків нових світлотехнічних матеріалів (опалового і молочного скла, світлотехнічного паперу, пластмаси та ін.), із яких виготовляються плафони, ковпаки, панелі, абажури. Вони дозволяють знизити яскравість, видозмінити спектр і розподілити світлові потоки згідно із призначенням приміщення й художніми задумами щодо освітлення.

Рис. 2.2. Схема до означення прямої (а), периферійної (б)

і відбитої (в) блисткості

Електричні лампи мають геометричні, електричні, світлотехнічні, санітарно-гігієнічні та деякі інші характеристики.

Геометричними характеристиками ламп є їх геометричні розміри (наприклад, діаметр і висота колби), висота світлового центра і тип (розміри)цоколя. Останній визначається типом патрона для лампи, встановленого у світильнику.

Електричними характеристиками ламп є:

– потужність у ватах (Вт);

– напруга живлення у вольтах (В).

Потужність визнається необхідним значенням світлового потоку. Напруга дорівнює напрузі мережі живлення (220 В), а при послідовному ввімкненні кількох ламп зменшується у стільки разів, скільки ламп ввімкнено послідовно. Слід зазначити, що не можна послідовно вмикати лампи різної потужності, оскільки вони споживають різний струм. В усіх випадках сумарна потужність і напруга живлення ламп не повинні перевищувати відповідну потужність та напругу, на які розрахований світильник.

Найважливішими експлуатаційними характеристиками ламп є:

- світловий потік;

- світлова віддача;

- питома потужність;

- спектр випромінювання;

- термін служби.

Серед інших характеристик ламп найважливішими є коефіцієнт пульсації (для розрядних ламп), а також можливість регулювання світлового потоку.

Світлова віддача – це відношення світлового потоку лампи в люменах (лм) до її електричної потужності у ватах (Вт). Світлова віддача характеризує ефективність роботи лампи як перетворювача електричної енергії в світлову.

Іноді для характеристики лампи використовують обернено пропорційну світловій енергії величину – питому потужність. Це відношення потужності лампи до її сили світла в канделах (кд), але ця величина не набула поширення в спеціальній технічній літературі.

Очевидно, що світловий потік (сила світла), який випромінює лампа, пов’язаний з її світловіддачею і потужністю (питомою потужністю):

Ф = Н×Р, (2.10)

І = Р/η, (2.11)

де Ф – світловий потік (лм); І – сила світла (кд); Р – електрична потужність (Вт); Н – світлова віддача (лм/Вт); η – питома потужність (Вт/кд).

Спектр випромінювання лампи характеризує розподіл випромінюваної енергії по довжинах світлових хвиль, які лежать у межах від 400 нм до 760 нм. Спектр може бути суцільним, коли довжина випромінюваних хвиль безперервно змінюється в межах оптичного діапазону, і лінійчастим, коли випромінюється сукупність хвиль певної довжини. Своєю назвою ці спектри завдячують спектральним приладам, у яких кожній довжині хвилі відповідає певна лінія. Оскільки в суцільному спектрі є хвилі будь-якої довжини, ці лінії зливаються, утворюючи суцільну смугу (спектр), в іншому випадку спектр являє собою ряд окремих спектральних ліній.

Очевидно, оптимальним для людського зору є спектр сонячного випромінювання поблизу поверхні Землі, в якому максимум випромінювання припадає на довжину хвилі 555 нм (зелений колір). Зміщення спектра відносно природного в бік довгих або коротких хвиль, відсутність у спектрі хвиль певної довжини (кольору) спотворює колір предметів, зменшує різкість зору і посилює втому під час зорової роботи.

Терміни служби ламп поділяються на середній та корисний:

– середній – тривалість горіння партії ламп (у годинах) від моменту вмикання до моменту перегорання;

– корисний – час, протягом якого економічно доцільно експлуатувати лампу.

Корисний термін служби визначається як час, протягом котрого світлова віддача, або світловий потік, зменшується не нижче від допустимого держстандартами (ГОСТ) рівня (наводиться в технічній документації лампи). Так, для ламп розжарювання допускається зменшення світлового потоку на 20% від початкового значення, а для люмінесцентних ламп – на 30%.

Експлуатація ламп після закінчення корисного терміну служби призводить до збільшення витрат електроенергії при заданій величині світлового потоку або (що буває частіше) до зменшення світлового потоку нижче від розрахованих значень при тому ж самому рівні споживання електроенергії.

Для врахування зменшеності освітленості в процесі експлуатації вводиться коефіцієнт запасу К, який ураховує як зниження світловіддачі ламп, так і зменшення в результаті старіння й забруднення ККД світильників та відбиваючих властивостей поверхонь приміщення. Нормами встановлюється К_з = 1,3 – 2 для промислових освітлювальних установок і К_з = 1,3 – 1,5 для освітлювальних установок громадських будівель. Для розрядних ламп К_з беруть більшим, для ламп розжарювання – меншим.

Усі існуючі на сьогодні джерела світла поділяються на лампи розжарювання і розрядні (застаріла назва – газорозрядні) лампи.