Качественные характеристики искусственного освещения
Для качественной оценки условий зрительного труда используют следующие величины:
- показатель ослепления – критерий для оценки ослепляющего действия света
(3.1)
где V1 и V2 – видимость того же самого объекта при экранировании и при наличии в поле зрения ярких источников света. Видимость характеризует способность глаза воспринимать объект, она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста с фоном и продолжительности экспозиции;
- показатель дискомфорта – критерий оценки неравномерности распределения яркости в поле зрения, которая вызывает неприятные ощущения
(3.2)
где Вс – яркость отраженного источника, W – его угловой размер, jq – индекс позиции источника, Lад – яркость адаптации;
- коэффициент пульсации освещенности – глубина колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока осветительных ламп
(3.3)
где Етах, Етіп и Еср – наибольшее, наименьшее и среднее значения освещенности за период ее колебаний. Данный коэффициент имеет существенное значение при организации искусственного освещения и составляет для газоразрядных ламп 15…25%, для ламп накаливания – 7%, для галогенных ламп – 1%.
- фон – поверхность, на которой происходит различение объекта. Его характеристикой является коэффициент отражения – отношение отраженного от поверхности светового потока к полному потоку, падающему на поверхность:
(3.4)
При значении коэффициента р > 0,4 фон считается светлым, при р < 0,2 – темным, при р = 0,2…0,4 – средним;
- контраст объекта с фоном – характеризует степень различения объекта и фона и является отношением яркости рассматриваемого объекта к фону
(3.5)
При значении коэффициента k > 0,5 контраст считается большим, при k < 0,2 – малым (объект почти незаметен на фоне), при k = 0,2...0,5 – средний контраст.
3.3. Общие сведения о лампах накаливания
В качестве источников искусственного света в настоящее время используются два типа ламп – лампы накаливания и газоразрядные лампы.
Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения, где проводник раскаляется под действием тока до высокой температуры и начинает светиться в видимом диапазоне. Часть потребляемой энергии превращается в излучение, все остальное теряется в результате теплопроводности и конвекции, причем только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение.
Лампы накаливания излучают желто-красный спектр, который по составу приближен к дневному свету. Для полностью идентичного излучения следует разогреть тело накаливания до 5500°C (температура поверхности Солнца), однако такая температура недостижима, поскольку любой существующий материал плавится, разрушается и перестает проводить электрический ток. В современных лампах применяют материалы с максимальными температурами плавления – вольфрам (3410°C) и значительно реже осмий (3045°C).
Лампы накаливания по конструкции делятся на:
- вакуумные – лампы малой мощности, где из колбы для предотвращения окисления вольфрама откачан воздух;
- газонаполненные – более мощные лампы, в которых для уменьшения испарения спирали в колбе создано избыточное давление инертных газов (азота, аргона или криптона);
- безспиральные с криптоново-ксеноновым наполнением – тело накаливания имеет вид ленты, а в колбе создано избыточное давление инертных газов;
- зеркальные лампы-светильники – предназначены для создания потока рассеянного света;
- с иодным циклом – лампы большой мощности, в колбы которых вводятся пары иода для увеличения температуры спирали и предотвращения распыления вольфрама.
Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения, однако все они имеют общие элементы. На рис. 3.1 показана конструкция лампы накаливания.
В зависимости от типа лампы могут изготавливаться без цоколя или с цоколем различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу, другие конструктивные элементы.
В
конструкции ламп общего назначения
предусматривается предохранитель из
ферроникелеевого сплава в цепи одного
из электродов в ножке лампы. Его назначение
– предотвратить разрушение колбы при
обрыве нити накаливания, ведь в зоне
разрыва возникает электрическая дуга,
которая расплавляет остатки нити и
может разрушить стекло колбы, приведя
к пожару. Предохранитель при возникновении
дуги разрушается, а дуга гаснет.
Рис. 3.1 – Конструкция лампы накаливания: 1 – колба; 2 – полость колбы; 3 – тело накаливания; 4, 5 – электроды; 6 – держатели тела накаливания; 7 – ножка лампы; 8 – предохранитель; 9 – корпус цоколя; 10 – изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт цоколя
Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами. Потери мощности на теплопроводность уменьшают подбором газа с большой молярной массой. Смеси азота N2 (μ = 28 г/моль) с аргоном Ar (μ = 40 г/моль) наиболее распространены в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже – криптон Kr (μ = 84 г/моль) и ксенон Xe (μ = 131,3 г/моль).
К достоинствам ламп накаливания относятся налажено массовое производство, малая стоимость, небольшие размеры и возможность включения в сеть освещения без дополнительных устройств. Они нечувствительны к действию ионизирующего излучения, имеют только активное сопротивление, быстрый выход на рабочий режим, нечувствительны к изменению напряжения в сети, безвредны (отсутствие потребностей в утилизации). Работают на любом роде тока, нечувствительные к полярности напряжения, имеют незначительные пульсации яркости и шумы при работе на переменном токе, непрерывный спектр излучения.
К недостаткам ламп накаливания следует отнести низкую световую отдачу (7...20 лм/Вт), небольшой срок службы (от 5 часов для фар самолета и до 2500 часов обычных ламп), хрупкость, чувствительность к ударам и вибрациям, скачок тока в 10 раз при включении или выключении, возможность взрыва баллона при разрыве нити, пожарную опасность. К тому же лампы накаливания имеют очень низкий КПД, который редко превышает 4 %.
В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу во многих странах введен или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения потребителей к их замене на энергосберегающие лампы.