Искусственные источники света

Для искусственного освещения применяют электрические лампы двух типов — лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГЛ).

Лампы накаливанияотносятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение (свет) в них получается в резуль­тате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

В газоразрядных лампахвидимое излучение возникает в ре­зультате электрического разряда в атмосфере инертных газов или паров металлов, которыми заполняется колба лампы. Газо­разрядные лампы называют люминесцентными,т. к. изнутри кол­бы покрыты люминофором, который под действием ультрафио­летового излучения, излучаемого электрическим разрядом, све­тится, преобразуя тем самым невидимое ультрафиолетовое излучение в свет.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства эксплуатации. На­ходят они применение и на производстве, организациях и учре­ждениях, но в значительно меньшей степени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей — от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы — это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности); небольшим сроком служ­бы — до 2500 часов; преобладанием в спектре желтых и красных лучей, что сильно отличает спектральный состав искусственного света от солнечного. В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г — газонаполненные, К — лампы с криптоновым наполнением, Б — биспиральные лампы.

Газоразрядные лампы получили наибольшее распространение на производстве, в организациях и учреждениях прежде всего из-за значительно большей светоотдачи (40...ПО лм/Вт) и срока службы (8000...12 000 часов). Из-за этого газоразрядные лампы в основном применяются для освещения улиц, иллюминации, световой рекламы. Подбирая сочетание инертных газов, паров металлов, заполняющих колбы ламп, и люминоформа, можно получить свет практически любого спектрального диапазона — красный, зеленый, желтый и т. д. Для освещения в помещениях наибольшее распространение получили люминесцентные лампы дневного света, колба которых заполнена парами ртути. Свет, излучаемый такими лампами, близок по своему спектру к сол­нечному свету.

К газоразрядным относятся различные типы люминесцент­ных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно-бе­лого света (ЛХБ); лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы тепло-белого света (ЛТБ); лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно-белого света улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

Кгазоразрядным лампам высокого давления относятся: ду­говые ртутные лампы высокого давления с исправленной цвет­ностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов.

Лампы ЛЕ, ЛДЦ применяются в случаях, когда предъявляются высокие требования к определению цвета, в остальных случаях — лампы ЛБ, как наиболее экономичные. Лампы ДРЛ рекомендуют­ся для производственных помещений, если работа не связана с различением цветов (в высоких цехах машиностроительных пред­приятий и т. п.), и наружного освещения. Лампы ДРИ имеют вы­сокую световую отдачу и улучшенную цветность, применяются для освещения помещений большой высоты и площади.

Источники света обладают различной яркостью.Максималь­ная переносимая человеком яркость при прямом наблюдении составляет 7500 кд/м².

На рис. 4.11 представлены некоторые из приблизительных значений яркости для нескольких источников света различного вида.

Однако газоразрядные лампы наряду с преимуществами пе­ред лампами накаливания обладают и существенными недостат­ками, которые пока ограничивают их распространение в быту.

Это пульсация светового потока, которая искажает зритель­ное восприятие и отрицательно воздействует на зрение. При ос­вещении газоразрядными лампами может возникнуть стробоско­пический эффект, заключающийся в неправильном восприятии скорости движения предметов. Опасность стробоскопического

Приблизительные значения яркости (кд/м²)

эффекта при использовании газоразрядных ламп состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвиж­ными и стать причиной травматизма. Пульсации освещенности вредны и при работе с неподвижными поверхностями, вызывая быстрое утомление зрения и головную боль.

Ограничение пульсаций до безвредных значений достигается равномерным чередованием питания ламп от различных фаз трехфазной сети, специальными схемами подключения. Однако это усложняет систему освещения. Поэтому люминесцентные лампы не нашли широкого применения в быту. К недостаткам газоразрядных ламп относится: длительность их разгорания, за­висимость их работоспособности от температуры окружающей среды, создание радиопомех.

Другой причиной, по-видимому, является следующее об­стоятельство. Психологическое и отчасти физиологическое воз­действие на человека цветности излучения источников света не­сомненно в значительной степени связано с теми световыми ус­ловиями, к которым человечество приспособилось за время своего существования. Далекое и холодное голубое небо, соз­дающее в течение большей части светового дня высокие осве­щенности, вечером — близкий и горячий желто-красный костер, а затем пришедшие ему на смену, но аналогичные по цветности «лампы сгорания», создающие, однако, низкие освещенности, — таковы световые режимы, приспособлением к которым, вероят­но, объясняются следующие факты. У человека наблюдается бо­лее работоспособное состояние днем при свете преимуществен­но холодных оттенков, а вечером при теплом красноватом свете лучше отдыхать. Лампы накаливания дают теплый краснова­то-желтый цвет и способствуют успокоению и отдыху, люминес­центные лампы, наоборот, создают холодный белый цвет, кото­рый возбуждает и настраивает на работу.

От применяемого типа источников света зависит правиль­ность цветопередачи. Например, темно-синяя ткань при свете ламп накаливания кажется черной, желтый цветок — грязно-бе­лым. Т. е. лампы накаливания искажают правильную цветопере­дачу. Однако есть предметы, которые люди привыкли видеть преимущественно вечером при искусственном освещении, на­пример, золотые украшения «естественнее» выглядят при свете ламп накаливания, чем при свете люминесцентных ламп. Если при выполнении работы важна правильность цветопередачи — например, на уроках рисования, в полиграфической промышленности, картинных галереях и т. д. — лучше применять естест­венное освещение, а при его недостаточности — искусственное освещение люминесцентных ламп.

Таким образом, правильный выбор цвета для рабочего места значительно способствует повышению производительности тру­да, безопасности и общему самочувствию работников. Отделка поверхностей и оборудования, находящегося в рабочей зоне, точно также способствует созданию приятных зрительных ощу­щений и приятной рабочей обстановки.

Обычный свет состоит из электромагнитных излучений с различными длинами волн, каждое из которых соответствует оп­ределенному диапазону видимого спектра. Смешивая красный, желтый и голубой свет, мы можем получить большинство види­мых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета предмета зависит от цвета света, которым он освещен и от того, каким об­разом сам предмет отражает цвет.

Источники света подразделяются на следующие три катего­рии в зависимости от цвета света, который они излучают:

• «теплого» цвета (белый красноватый свет) — рекоменду­ются для освещения жилых помещений;

• промежуточного цвета (белый свет) — рекомендуются для освещения рабочих мест;

• «холодного» цвета (белый голубоватый свет) — рекоменду­ются при выполнении работ, требующих высокого уровня освещенности или для жаркого климата.

Цвета также могут классифицироваться как холодный или теплый в зависимости от их тона (рис. 4.12).

ТЕПЛЫЙ

Таким образом, важной характеристикой источников света является цвет светового излучения. Для характеристики цвета излучения введено понятие цветовой температуры.

Цветовая температураТ_ив — это такая температура черного тела, при которой его излучение имеет такую же цветность, как и рассматриваемое излучение. Действительно при нагреве чер­ного тела его цвет изменяется от теплых оранжево-красных до холодных белых тонов. Цветовая температура измеряется в гра­дусах Кельвина (°К). Связь между градусами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина следующая: °К = °С + 273. Например, О °С соответствует 273 °К.

Цвета электрических ламп можно разделить на три группы, в зависимости от их цветовой температуры:

• белый дневного цвета — около 6000 °К;

• нейтральный белый — около 4000 °К;

• теплый белый — около 3000 "К.

На рис. 4.13 представлена номограмма условий зрительного восприятия в зависимости от уровня освещенности и цветовой температуры источников света.

Рис. 4.13.Номограмма условий зрительного восприятия в зависимости от уровня освещенности и цветовой температуры источников света

Историческая справка. Опыты по получению света путем накаливания проводников током начались после открытия в 1800 г. теплового действия электрического тока. Долгое время многочисленные опыты не давали ре­зультата. Лишь в 1873 г. русский изобретатель А. Н. Лодыгин предложил источник света, схожий с современной лампой накаливания. Он поместил угольный стержень в стеклянный баллон, из которого кислород удалялся за счет сгорания части угля при прохождении через него тока, благодоря чему оставшаяся часть угольного стержня работала довольно долго, излучая свет. В 1879 г. американский изобретатель Т. Эдисон на основе идеи Лодыгина создал серийную лампу, применив для тела накала угольную нить. В 1890 г. Лодыгин демонстрировал лампу с телом накала в виде нити из ту­гоплавкого металла — молибдена, который в последствии заменен вольфра­мом. Первая лампа накаливания с вольфрамовой нитью появилась в 1903 г., ее серийное производство началось в 1906 г. Крупным событием, открывшим новую страницу в развитии ламп накаливания, явилось создание в 1959 г. га­логенных ламп накаливания (ГЛН), которые в наше время получают все большее распространение.

ГЛН по сравнению с вольфрамовыми лампами накаливания имеют су­щественно большую светоотдачу и ресурс работы, приближаясь по своим характеристикам к газоразрядным лампам. В колбы ГЛН вводят галоген­ные добавки (летучие химические соединения галогенов), которые обеспечи­вают повышенный срок службы вольфрамовой нити и позволяют повысить температуру ее накала, а значит, и световой поток.

Первые отечественные образцы одного из видов газоразрядных ламп — люминесцентных ламп, были созданы в 1936—1940 гг. группой московских ученых и инженеров под руководством известного физика академика С. И. Вавилова.

Светильники

Для более эффективного использования светового потока и ограничения ослепленности электрические лампы устанавлива­ют в осветительной арматуре. Ослепление происходит, когда в поле зрения находится яркий источник света; результатом его является уменьшение способности различать предметы. Рабочие, которые постоянно подвергаются ослеплению, могут страдать от глазного напряжения, а также и от функциональных рас­стройств, хотя часто они этого не осознают.

Ослепление может быть прямым, когда оно вызвано нахож­дением ярких источников света в поле зрения, или отраженным, когда свет отражается от поверхностей с высоким коэффициен­том отражения. Избежать ослепления достаточно просто, и сде­лать это можно несколькими способами. Одним из способов, например, является установка сеток под источниками освеще­ния; можно также использовать охватывающие диффузоры или параболические рефлекторы, которые могут направлять свет туда, куда нужно, или установить источники света так, чтобы они были вне угла зрения.

Если в светильнике используется лампа без осветительной арматуры, то вряд ли распределение света будет приемлемым, и система почти наверняка будет неэкономичной. В таких случаях эта лампа будет источником ослепления для людей, находящих ся в комнате, а эффективность установки будет значительно снижена из-за бликов.

Арматура с лампой называется светиль-ником.Для регулирования светового потока в осветительной арматуре используются следующие методы.

1. Ограничение светового потока. Если лампа установлена в непрозрачном корпусе только с одним отверстием для выхода све­та, то распределение света будет очень ог­раничено, как показано на рис. 4.14.

2. Отражение светового потока. Метод использует отражающие поверхности, ко­торые могут быть самыми разнообразными, от глубоко матовых до сильно отражающих или зеркальных. Метод более эффекти­вен, чем ограничение светового потока, т. к. световое излучение концентрируется и направляется в зону, где необходимо освеще­ние (рис. 4.15).

Рис.4.17. Рефракция светового потока

щего освещения, его преимущество состоит в устранении бликов на отражающих поверхностях за счет создания диффузного осве­щения.

В светильниках может использоваться сочетание описанных методов регулирования светового потока.

На рис. 4.18 представлены некоторые типы светильников с лампами накаливания и люминесцентными лампами, используе­мыми в производственных и общественных помещениях. В бы­товых целях применяются светильники более разнообразных конструкций и форм, выполняющих не только осветительную, но и декоративную функцию.

По распределению света светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного или отраженного света.

Светильники прямого света направляют более 80 % светового потока в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой или полированной поверхности («Глубокоизлучатель», «Универсаль», «Альфа» и др.)

Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы («Молочный шар», «Люцетта»).

Светильники отраженного света более 80 % светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет вниз в рабочую зону. Несмотря на их гигиенические преимущества

Рис. 4.18. Типы светильников: а — лампы накаливания; б — люминесцентные лампы

(равномерность, отсутствие блескости и др.), в производственных условиях они применяются редко, т. к. для них тре­буется высокий коэффициент отраже­ния потолка, что не всегда имеет место в условиях производства.

Для зашиты глаз от ослепления све­тящейся поверхностью служит защит-Рис. 4.19.Защитный угол ный угол светильника— угол, образо-светильника: / — источник ванный горизонталью от поверхности света; 2- светильник _лаМпы (края светящейся нити) и лини­ей, проходящей через край арматуры светильника (рис. 4.19). За­щитный угол светильников 30...45°.