Основные светотехнические понятия и величины

 

Для гигиенической оценки условий труда используются светотехнические единицы, принятые в физике [1].

Световой поток F - мощность световой энергии, эффективная величина, оцениваемая по производимому ею световому ощущению. Единица светового потока - люмен (лм); 1 лм соответствует световому потоку, излучаемому в единичном телесном угле точечным изотропным источником с силой света 1 кандела.

Сила света I - пространственная плотность светового потока: отношение светового потока к телесному углу, в котором он излучается:

 

 .                                          (1.1)

 

Единица силы света - кандела (кд) - одна из основных единиц системы СИ.

Кандела равна силе света, испускаемого в перпендикулярном направлении с площади в 1/600000 м² черного тела при температуре затвердевания платины Т = 2045 К и давлении 101 325 Па.

Телесный угол - часть пространcтва, ограниченная незамкнутой поверхностью. Мерой телесного угла с вершиной в центре сферы является отношение площади сферической поверхности dS,на которую он опирается, к квадрату радиуса сферы r. За единицу телесного угла - стерадиан (ср) - принят центральный телесный угол, вырезающий участок сферы, площадь которого равна квадрату ее радиуса.

Распределение в пространстве потока излучения точечного источника однозначно определяется его фотометрическим телом - частью пространства, ограниченного поверхностью, проведенной через концы радиусов - векторов силы излучения. Сечение фотометрического тела плоскостью, проходящей через начало координат и точечный источник, определяет кривую силы света источника для данной плоскости сечения. Если фотометрическое тело имеет ось симметрии, источник излучения характеризуют КСС в продольной плоскости (рис. 1.1).

Освещенность Е - плотность светового потока по освещаемой поверхности:

dE = d F /dS;  Е _ср = Ф /S,                  (1.2)

 

где dE и Е _ср - освещенность участка поверхности dS и средняя освещенность поверхности S.

За единицу освещенности принят люкс (лк). Освещенность в 1 лк имеет поверхность, на 1 м² которой падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм.

 

Рис. 1.1 Кривая силы света в продольной плоскости

 

Яркость в направлении a тела или участка его поверхности равна отношению силы света в направлении a к проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению:

 

L _a = d I / (dS cos a),                                          (1.3)

 

где L _a - яркость участка поверхности dS в направлении a, проекция которого на плоскость, перпендикулярную этому направлению, равна

(dS cosa); I _a - сила света, испускаемая поверхностью dS в направлении a.

За единицу измерения яркости (кд/м²) принята яркость такой плоской поверхности, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света в 1 кд с площади в 1 м².

 

 

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

 

Для искусственного освещения промышленных предприятий в настоящее время в основном применяются лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные [2,3].

Лампы всех групп и типов должны удовлетворять требованиям ГОСТ.

Экономичность источника света характеризуется световой отдачей , т. е. отношением светового потока, излучаемого лампой, к ее электрической мощности:

 = Ф / Р.                                                 (2.1)

 

Относительно невысокая световая отдача ЛН (8 - 20 лм/Вт для ламп общего назначения) объясняется их физической природой. Световой КПД вакуумных ламп равен 1,5, а газополных 2 - 4 %.

Основные достоинства ламп накаливания:

- изготовление в широком сортаменте, на самые разные мощности и напряжения;

- разнообразие конструкций, приспособление к определенным условиям применения;

- непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов;

- работоспособность (хотя и с резко изменяющимися характеристиками) даже при значительных отклонениях напряжения сети от номинального;

- почти полная независимость от условий окружающей среды, в том числе от температуры.

Недостатками ЛН являются их низкая световая отдача, преобладание в спектре излучений желто-красной части, ограниченный срок службы (не более 2000 ч).

Основными характеристиками ламп накаливания являются номинальные значения напряжения, мощности, светового потока, срок службы, а также габаритные размеры.

Лампы общего назначения - вакуумные (В), биспиральные аргоновые (Б), биспиральные криптоновые (БК), газополные моноспиральные (Г) (ГОСТ 2239-79) - предназначены для освещения помещений и открытых пространств, рассчитаны на напряжения 127 и 220 В. Срок службы ламп 1000 ч. Учитывая нестабильность напряжения в сетях, ГОСТ 2239-79 предусматривает выпуск ЛН на расчетные напряжения 130, 220, 225, 235 и 240 В (на лампе указывают диапазон напряжений: 125 - 135, 215 - 225, 220 - 230, 230 - 240 и 235 - 245 В).

На рис. 2.1 показан внешний вид наиболее распространенных ЛН.

Сортамент и основные характеристики наиболее распространенных типов ламп накаливания приведены в табл. 2.1.

При эксплуатации ЛН должно соблюдаться следующее:

- использование ламп в соответствии с назначением, т. е. в тех светильниках, для которых они предназначены, поэтому на каждом светильнике или в паспорте на него указываются максимально допустимая мощность лампы, ее тип и другие данные;

- обеспечение соответствия напряжения, указанного на лампе, напряжению сети;

- соответствие климатических факторов предусмотренным техническими условиями на лампы, например ЛН нормального исполнения рассчитаны для работы при относительной влажности не более 98 % в интервале от - 60 до +50 °С и при внешнем давлении 80 - 1010 гПа (550 - 760 мм рт. ст.).

Рис. 2.1 Лампы накаливания общего назначения:

а - моноспиральная с аргоновым наполнением; б - вакуумная или биспиральная с аргоновым наполнением, в - биспиральная с криптоновым наполнением

Газоразрядные лампы - лампы, в которых свет возникает в результате электрического разряда в газе, парах металлов или в смеси газа с парами. К ним относятся лампы люминесцентные, дуговые ртутные (ДРЛ), дуговые ртутные с йодидами металлов (ДРИ), ксеноновые и др.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) представляют собой разрядные источники света низкого давления, в которых УФ излучение ртутного разряда преобразуется люминофором в более длинноволновое излучение. Основные характеристики стандартных люминесцентных ламп приведены в табл. 2.2.

 

Параметры ЛН общего назначения с расчетными напряжениями 130 и 220 В

Таблица 2.1

Тип лампы

Номинальное значение

Тип цоколя по ГОСТ 17100-79*

Ф, лм h _v, лм/Вт d _к., мм l, мм h, мм B125-135-I5 135 9,0 61 105     В125-135-25 260 10,4 61 105     Б125-135-40 490 12,2 61 110 80   БК125-135-40 520 13,0 51 98 77   Б125-135-60 810 13,5 61 110 80   БК125-135-60 890 14.8 51 98 77   Б125-135-100 1540 15.4 61 110 80 Е27/27 БKI25-135-100 1670 16,8 56 105 77   Г125-135-150 2420 16,1 81 166,5 128   Г125-135-150-1 2420 16,1 71 130 93   Г125-135-200 3350 16,7 81 166,5 128   Г125-135-300-1 5050 16,8 91 184 133 Е27/30 Г125-135-300 5050 16,8 111 240 178   Г125-135-500 9200 18,4 111 240 178 Е40/45 Г125-135-1000 20000 20,0 151 309 225   Г125-1 35-1000-1 20000 20,0 131 275 202   В215-225-15 120 8,0 61 105     В215-225-25 220 8,8 61 105     Б215-225-40 430 10,8 61 110 80   БК215-225-40 475 11,9 51 98 77   Б215-225-60 730 12,2 61 110 80   БК215-225-60 800 13,3 51 98 77   Б215-225-75 960 12,8 61 110 80   БК215-225-75 1030 13,7 56 105 77   Б215-225-100 1380 13,8 61 110 80 Е27/27 БК215-225-100 1500 15,0 56 105 77   Б215-225-150 2220 14,8 81 166,5 128   Б215-225-150-1 2220 14,8 71 130 93  

 

Продолжение табл. 2.1

Г215-225-150	2090	13,9	81	166,5	128
Г215-225-150-1	2090	13,9	71	130	93
Б215-225-200	3150	15,7	81	166,5	128
Г215-225-200	2950	14,7	81	166,5	128	Е27/30
Г215-225-300-1	4850	16,1	91	184	133
Г215-225-300	4850	16,1	111	240	178
Г215-225-500	8400	16,1	111	240	178
Г215-225-750	13100	17,5	151	309	225
Г215-225-1000	18800	18,8	151	309	225	Е40/45
Г215-225-1000-1	18800	18,8	131	275	202

* С цоколем В22 по ГОСТ 17100-79, допускаемым для ламп мощностью до 150 Вт включительно, длина лампы l  уменьшается на 1,5 мм, а высота светового центра h - на 8 мм.

Примечание. Расчетное напряжение лампы равно среднему из первых двух чисел обозначения типа, мощность - третьему числу.

 

Производство и применение ЛЛ объясняется, во-первых, рядом их достоинств:

1) высокой световой отдачей и большим сроком службы;

2) малой себестоимостью изготовления в связи с высокой степенью механизации, простотой конструкции и доступностью сырья и материалов;

3) благоприятным спектром излучения, обеспечивающим высокое качество цветопередачи;

4) низкими яркостью и температурой поверхности лампы.

 Во-вторых, за характеристики ламп непрерывно улучшались: продолжительность горения увеличилась до 15 - 18 тыс. ч, световая отдача возросла с 50 до 85 лм/Вт, а спад световой отдачи к концу средней продолжительности горения при этом уменьшился с 40 до 20 %.