Глава 4. Архитектурное освещение 179

Архитектурные формы в этих со­оружениях (фонари, световые шахты и воронки, светящие подвесные потол­ки и т.д.) не являются лишь вырази­тельными элементами формально за­думанной композиции, а служат кон­кретным функциональным целям. Ос­новная светотехническая задача в таких случаях — поиск наиболее ра­циональной оптической схемы концен­трации естественного света, ввода его внутрь здания и распределения в по­мещениях. Главной архитектурной за­дачей при этом является выбор выра­зительных и конструктивно оправдан­ных форм здания и элементов осве­тительной установки, рациональное объемно-планировочное решение.

Гелиоосветительные установки можно условно разделить на два ти­па — одноступенчатой и двухступен­чатой трансформации солнечного света внутри здания. Оба типа имеют при-

емно-концентрирующее устройство, состоящее из гелиостата (подвижного в системах активной солнечной оптики и неподвижного в пассивной оптике) и зеркального отражателя, который в установках первого типа направляет прямой солнечный свет непосредствен­но в архитектурное пространство ин­терьера (рис. 4.40), а в установках второго типа эта трансляция света осу­ществляется в световых шахтах, у ко­торых выходное отверстие, как прави­ло, снабжено устройством вторичной трансформации солнечного света. В частности, это может быть плоский клиновидный световод в виде светового потолка с зеркалированной отражаю­щей (невидимой в интерьере) и све-торассеивающей (светящей) поверхно­стью (рис. 4.41).

В конструкции этого световода си­стема прямого солнечного освещения совмещена с установкой искусственно­го освещения с автоматическим регу­лированием, которая из-за непостоян­ства солнечного освещения является основной, а естественное освещение рассматривается как дополнительное. Проведенные в Москве (ВНИСИ) ис­следования эффективности таких сис­тем показали, что использование сол­нечного света позволяет сэкономить 40—70% электроэнергии, затрачивае­мой на освещение.

Оптические установки являются постиндустриальной технологией. С их помощью не только прямой солнечный свет, но и диффузный свет от наиболее яркой зенитной части неба может кон­центрироваться, расширяться, прелом­ляться, трансформироваться и делить­ся до бесконечности, направляться в заданное место, обеспечивая при этом более интенсивное естественное осве­щение локализованного объекта, чем если бы оно создавалось прямым све­том неба.

В оптических установках может использоваться и электрическое осве­щение, получаемое с помощью фото-

электрических батарей, заряжаемых солнечной энергией. Если управляемое фотоэлектрическое освещение объеди­нить с оптически управляемым есте­ственным освещением, то в результате получится полностью децентрализо­ванная эффективная система. Остается только одно важное ограничение, свя­занное с необходимостью накопления электроэнергии. Оно может быть уст­ранено, например, использованием ветровых двигателей при отсутствии солнца. Комбинация фото- и ветроэ­лектрического и оптического естест­венного освещения является преддве­рием надежной системы энергонезави­симого освещения, не требующей цен­трализованной сети питания и не причиняющей вреда окружающей сре­де.

Новая энергосберегающая техноло­гия естественного освещения может со­ставить реальную альтернативу при­вычному электрическому освещению. Она основана не на потреблении не-возобновляемых природных ресурсов и связанном с ним экологическом за­грязнении среды обитания, а исполь­зует естественные возможности. По за­рубежным данным, значительно более экономично передавать дневной свет во внутренние (в том числе подзем­ные) помещения, чем создавать для них электрическое освещение. Наи­большую выгоду от применения новых гелиоосветительных систем получат наименее развитые в индустриальном отношении страны.

4.6. Оптическая теория естественного светового поля

Изложенные выше прибли­женные методы расчета КЕО позволя­ют легко решать практические задачи проектирования, но не дают достаточ­но глубокого и цельного представления о природе и закономерностях распре­деления света в помещениях. В 1991 г. Д.В.Бахаревым [2] была предложена оптическая теория светового поля, со­гласно которой световое поле в поме­щениях представляет собой нерезкое (размытое) и засвеченное многократ­ными отражениями оптическое изобра­жение внешней среды, проецируемое светопроемом в пространство и на по­верхности помещения. Помещения "видят" внешний мир примерно так же, как его видит камера "обскура" или глаз человека. Понимание свето­вого поля как оптического изображе­ния объединяет абстрактные аналити­ческие методы расчета освещенности с наглядной геометрией обычного пер­спективного изображения объектов. Такой подход к светотехническим за­дачам должен быть особенно близок и понятен архитекторам, профессиональ­но владеющим методами перспектив­ной проекции.

Согласно оптико-геометрическим представ­лениям изображение светящего объекта, возника­ющее при прохождении света через достаточно большое (по сравнению с длиной волны) отверстие, есть непрерывное множество проекций отверстия на плоскости изображения, образованных расходя­щимися гомоцентрическими пучками лучей, испу­скаемых точками поверхности объекта. В частно­сти, изображениями вершин прямоугольного фа­сада ABCD (рис. 4.42) противостоящего здания на вертикальной плоскости задней стены помещения •будут гомоцентрические проекции светопроема А\АгАгА*, ВхВгВгВ*,... и т.д., проецируемые из то­чек-оригиналов А, В, Си D. Для построения кон­тура размытого и перевернутого перспективного изображения фасада достаточно соединить эти проекции отрезками прямых A\D\, A1D1 и т.д. Та­ким образом, в размытом изображении светящая точка изображается плоской фигурой, соответст­вующей форме отверстия, светящая линия — псев­допространственным телом AiAiAiAiD-iDiDsDt, образованным сдвигом этой фигуры, светящая фи­гура — замкнутой комбинацией таких тел.

Стягивание отверстия 1234 в точку О перево­дит размытое изображение фасада в его четкую перспективную проекцию abed, поэтому для раз­мытого изображения в принципе остаются спра­ведливыми все законы и методы построения обыч­ной перспективной проекции. Так, размытое изо­бражение параллельных прямых сходится в раз­мытом изображении Г2'3'4' точки схода /', представляющем собой косоугольную проекцию отверстия 1234 на плоскости изображения, т.е.

предел гомоцентрической проекции отверстия из бесконечно удаленной натурной точки схода светя -щих прямых AD и ВС. Зона схождения 1'2'3'4' этих горизонтальных прямых принадлежит размы­тому изображению горизонта, ширина полосы ко­торого равна высоте светопроема. На рис. 4.42 можно обнаружить также и ряд других соответст­вий между размытым и четким изображениями фасада.

В показанном на рис. 4.42 нормальном изо­бражении фасада действительной является только его центральная часть, ограниченная прямоуголь­ником задней стены помещения. Периферийная область изображения, проецируемая на перпенди­кулярные отверстию поверхности пола, потолка и стен, претерпевает на них анаморфотные искаже­ния, порождаемые непараллельностью плоскостей отверстия и изображения. Анаморфотные искаже­ния нарушают подобие изображений светящих то­чек фигуре отверстия. Изображениями вершин В и

С фасада на полу помещения будут перспективные проекции В\ВгВгВц и С1С2С3С4 отверстия, точки схода которых есть ортогональные проекции на плоскость изображения светящих точек В к С. Ана­морфированные изображения вертикальных ребер АВ и CD фасада сходятся в размытой зоне схожде-жия 1234, представляющей собой ортогональную проекцию отверстия на плоскость изображения, т.е. предел его гомоцентрической проекции из бес­конечно удаленной натурной точки схода прямых АВ и CD. Таким образом, анаморфотные и перс­пективные искажения изображений имеют одина­ковую оптико-геометрическую природу и опреде­ляются одинаковыми методами проецирования.

Правильно размытое перспективное изобра­жение образуется только при расположении объек­та в параксиальной, т.е. приосевой облети про­странства, ограниченной параксиальным цилинд­ром А56—78В (рис. 4.43,а), когда апертурной «действующей) является внутренняя диафрагма 56—78 отверстия в ограждении конечной толщи­ны. Изображение всякой непараксиальной точки М искажается двойным диафрагмированием све­тового потока. В этом случае избражением точки М будет пересечение MsNMiL гомоцентрических проекций Л/1Л/2М3Л/4 и M%M<MiMi% наружной и внутренней диафрагм, т.е. проекция апертурной диафрагмы отверстия, состоящей из действующих участков этих диафрагм. Апертурные искажения ограничивают поле изображения внешней среды телесным углом и нарушают перспективность структуры размытых изображений линий. Геомет­рия апертурно размытого перспективного изобра­жения довольно сложна. Простейшее поле апер-турных искажений нормального изображения то­чек фронтальной плоскости показано на рис. 4.43,6,

Распределение освещенности в размытом оп­тическом изображении определяется законом про­екции телесного угла, в котором виден из освещае­мой точки светящий объект. Условия ограничения видности объекта через отверстие можно опреде­лить по характеру сдвига и наложения изображе­ний контурных точек объекта. Выделим на отрезке светящей прямой АВ (рис. 4.44,а) несколько то­чек, расположенных с интервалом /, и построим на освещаемой поверхности его непрерывное (б) и дискретное (в) изображения, размытые квадрат­ным отверстием 1234. Очевидно, что точки 1—1— 1—1—1, 2—2—2—2 и 3—3—3 пересечения конту­ров изображений светящих точек отрезка, распо­ложенных с интервалами 1,2 I и 3 /, принад­лежат изолиниям видности отрезка, т.е. геометрическому месту точек изображения, из ко­торых видны одинаковые по длине участки отрез­ка. Такое преобразование дискретного изображе­ния в изолинии справедливо в зонах ВъАгА\С\ и ВлСгАгВг, из точек которых видность отрезка огра­ничивается смежными сторонами квадрата отвер­стия. Видность конечных участков отрезка из зон ЛгАгАьСг, СгА^Аг, В\ВзС\ и B\C\BaBi ограничива­ется одной стороной отверстия и, следовательно, изолиниями видности в этих зонах будут контуры изображений светящих точек, отстоящих от кон­цов отрезка на кратные / интервалы. Замкнутые ломаные линии 0,1,2ч 3 образуют семейство крат­ных / изолиний поля линейной видности отрезка из точек его изображения.

Допустим, что освещенность размытого изо­бражения светящей точки равномерна. Тогда ана­логичное показанному на рис. 4.44,в преобразова­ние дискретного изображения отрезка, построен­ного по точкам, расположенным с неравными ин­тервалами I, соответствующими равному приращению освещенности четкого изображения отрезка АоВо, даст приближенные изолинии поля освещенности размытого изображения отрезка (рис. 4.44,г).

Поля видности и освещенности имеют одина­ковую зональную структуру, порождаемую неоди­наковыми условиями ограничения видности светя­щего объекта из точек изображения. Поэтому фун­кции видности и, следовательно, освещенности в каждой зоне уникальны .т.е. действительны только в границах данной зоны. Границы зон совпадают с линиями псевдопространственной структуры пло­ского изображения отрезка (см. рис. 4.44,а) и при­надлежат граничным плоскостям пространствен­ных зон, проходящим через стороны и вершины от­верстия 1234. Пространственная зональная струк­тура светового поля зависит только от формы и взаиморасположения светящего объекта и отвер­стия. Границы зон являются особыми линиями по­ля, на которых значения функций видности и осве­щенности смежных зон совпадают, но происходит разрыв градиента полей. Это обнаруживается в ви­де резкого излома графиков и изолиний видности и освещенности на границах зон.

В реальной световой среде светящие линии об­разуются разрывом яркости светящих поверхно­стей, т.е. являются контурными линиями ее ярко-стных деталей. Размытые изображения таких ли­ний составляют контурную область изображения, в которой происходит оптическое смешение (сложе­ние) изображений смежных элементов среды. Так, контурная область изображения фасада ABCD (см. рис. 4.43) состоит из зон НФ и ЗФ, в которых изо­бражение фасада смешивается с изображениями неба или земли. Размытое изображение линии го­ризонта образует контурную область ИЗ, в которой смешиваются изображения неба и земли. Пересе­чения контурных областей образуют общие зоны НЗФ, где смешиваются изображения всех трех эле­ментов среды. Вне контурных областей располага­ются зоны Н,ЗиФ чистых изображений неба, зем­ли и фасада, причем в случае пересечения зон НЗФ чистое изображение фасада может отсутствовать.

Обозначения зон указывают также, участки каких элементов внешней среды можно наблюдать из точек этих зон. Например, из зоны Ф виден толь­ко фасад, а из зоны НЗФ — все элементы среды. Как и в рассмотренном выше изображении идеаль-

ной светящей линии (см. рис. 4.44), контурные зо­ны изображения фасада разделяются на подзоны НФ\, НФ2,... и т.д., в которых ограничения видно­сти различны и, следовательно, различны функ­ции освещенности.

Кусочно-гладкий зональный характер функ­ций освещенности размытых изображений суще­ственно осложняет точные расчеты полей КЕО в помещениях. В настоящее время такие расчеты вы-

полнены только для простейшей уличной среды ABCD (рис. 4.45), ограниченной бесконечно про­тяженными фасадами противостоящих зданий. Простейшее поле КЕО в помещении состоит не бо­лее чем из шести зон, образованных изображения­ми 12А12/Ы34 и 12В\гВмЪ4 контуров А и В фасада противостоящего здания. Контурные зоны не име­ют подзонального членения, так как фасад парал­лелен сторонам 12 и 34 светопроема. При Въ тестизональная структура изображения уличной среды переходит в трехзональную (Н—НЗ—3) структуру изображения открытого горизонта, а при

Вз-t-O — в чистое изображение фасада. Поля КЕО элементарных изображений неба, фасада и земли при типичной ширине улицы Въ - 2,5#з показаны на рис. 4.46.

Как видно на рисунке, в зонах чистых изобра­жений экстремальное строение полей КЕО опреде­ляется законом проекции телесного угла, в котором из точек этих зон виден светопроем. В контурных зонах более быстрое снижение КЕО к границам изображения обусловлено также уменьшением видности элементов среды через светопроем. Эти геометрические закономерности составляют осно­ву распределения КЕО, на которую накладывают­ся размытые и перевернутые перспективные изо­бражения распределений яркости неба, фасада и земли (см. рис. 4.45). Они не меняют экстремаль­ного характера распределений, а лишь количест­венно корректируют их. Особенно наглядно это об-

наруживается в изображении ясного неба, когда в симметричных зонах изображения возникает не­симметричный рисунок изолиний, отображающий обратную картину азимутальной неравнояркости неба.

Проецируемое светопроемом изображение засвечивается многократными отражениями от по­верхностей помещения. Поле КЕО засвеченного изображения описывается системой линейных ин­тегральных уравнений Фредгольма:

iih- £ш(Ь)+ Ц/v

■cjispdSf, (4.25)

ij - 1, 2, З....И,

где Е; (ft) — результирующий КЕО в точке ft осве­щаемой поверхности S, помещения; Јni(ft) — на­чальный КЕО незасвеченного изображения в той

же точке (прямая составляющая КЕО); fij — ко­эффициент отраженийу-й отражающей поверхно­сти; Kij(U, sj) — ядра системы, представляющие со­бой отношение освещенности, создаваемой в точке ft бесконечно малой отражающей площадкой dSj поверхности Sj, к излучаемому этой площадкой световому потоку; п — число отражающих повер­хностей помещения, причем любая из них рассмат­ривается как освещаемая (5;) и отражающая Sj\ SjSj — результирующий КЕО в точке iy отражающей поверхности Sj.

Поскольку освещаемая поверхность Si при­надлежит множеству отражающих поверхностей

Sj, то в системе, приведенной в работе [2], неизве­стные функции £ i(ti), принадлежащие множеству Б j(sj), стоят также и под знаком интеграла.

Интегральные уравнения освещенности вы­ражают принцип постоянства освещенности, кото­рая согласно закону сохранения энергии устанав­ливается в помещении в результате многократных отражений света от его поверхностей. Решение уравнения имеет следующий вид:

где Щ(и, Sj, J>) — резольвенты (разрешающие яд­ра) системы, представляющие собой отношение результирующей освещенности, создаваемой в точке U элементарной площадкой dSj, к отражен­ному ею начальному световому потоку, т.е. к вели­чине J³/Snj(sf)dSj.

Резольвенты не зависят от начального распре­деления КЕО и определяются только оптико-гео­метрическими параметрами помещения. Поэтому решение, приведенное в работе [2], является об­щим, т.е. справедливым для любых распределений i n'(sy) в данном помещении. Выражение под знаком суммы есть отраженная составляющая КЕО £ш(6) в точке U поверхности Si. Таким образом, из работы [2] следует, что отраженная составляющая КЕО в любой точке помещения практически не зависит от прямой составляющей КЕО в данной точке, а явля­ется функцией всего поля прямой составляющей КЕО в целом. Это существенно затрудняет разра­ботку достаточно простых и точных практических методов расчета КЕО.

Резольвенты освещенности не выражаются в элементарных функциях. Их численное представ­ление очень громоздко и трудоемко. Поэтому в све­тотехнических исследованиях пользуются прибли­женными частными решениями системы работы [2]. Для этого отражающие поверхности разбива­ются на т конечных элементов us, в пределах ко­торых освещенность считается равномерной, на ос­нове закона проекции телесного угла вычисляются конечно-элементные ядра, интегрирование заме­няется суммированием, и система работы [2] сво­дится к системе алгебраических уравнений поряд­ка тп. Ее решение методами Гаусса или последо­вательных приближений дает значения Ei(ti) толь­ко для заданного распределения £ ыШ. Рассчитанные таким образом поля засвечивания Јoi(fi), порождаемые показанными на рис. 4.46 эле­ментарными изображениями неба, фасада и земли при коэффициенте отражения пола, равном 0,3, стен — 0,5 и потолка — 0,7, приведены на рис. 4.47.

Как видно на рисунке, поля засвечивания имеют гладкое строение. Разрыв изолиний на ре­брах помещения обусловлен лишь тем, что КЕО ор­тогональных поверхностей являются разными ска­лярными составляющий вектора' КЕО. Распреде­ление во в поле засвечивания задается главным об­разом конфигурацией поля £ _п и положением его максимумов. Максимумы £ ₀ есть отражения мак­симумов £ п на противоположных и смежных по­верхностях помещений. Это хорошо видно при сравнении полей £ _п и £ ₀ неба и земли (рис. 4.46, 4.47,а,в).

Поля КЕО изображения фасада имеют более сложное и изменчивое строение. По мере удаления здания изображение его фасада смещается на сте­ны помещения. Совмещение максимумов £_п на стенах с обширными нулевыми зонами изображе­ния на полу и потолке приводит к взаимокомпенса­ционному снижению Во у окна и перемещению максимумов £ ₀ в глубину помещения (рис. 4.46, 4.47,6). Если значения £ _п на задней стенке поме­щения достаточно велики, то на смежных с ней по­верхностях возникает седловидно-экстремальная структура поля £ о с ясно выраженным минимумом Со (рис. 4.46, 4.47,б,в). Качественные зависимости полей £о довольно просты: значения £о тем боль­ше, чем больше fij и £п/ на противоположных и смежных поверхностях помещения; однако коли­чественные выражения этих зависимостей весьма сложны и изменчивы.

Изображения элементов внешней среды (см. рис. 4.46) и порождаемые ими поля засвечивания (см. рис. 4.47) в сумме составляют результирую­щее поле КЕО в помещении (рис. 4.48,в). Качест­венная картина распределения КЕО в этом поле за­дается полным изображением внешней среды (рис. 4.48,а). В зонах чистых изображений поле КЕО полного изображения совпадает с полями КЕО изо­бражений неба, фасада и земли. Сложение элемен­тарных полей КЕО в контурных зонах сглаживает контрасты освещенности между размытыми изо­бражениями яркостных деталей внешней среды, а действие закона проекции телесного угла приводит к образованию устойчивых максимумов вблизи ок­на и к однообразному снижению КЕО по глубине помещения. Поэтому общая градиентная структу­ра поля КЕО полного изображения весьма близка к строению поля диффузно-направленного излуча­ющего светопроема.

Дискретная оптическая природа поля КЕО проявляется в основном в разрывах градиента на

границах зон. Величина разрывов зависит от степе­ни диафрагмирования изображения светопроемом и яркостных контрастов деталей внешней среды. Поэтому на рис. 4.48,а,б наиболее отчетливо виден излом изолиний на границе изображения неба. Изображения фасада и земли сливаются обычно в общий, менее освещенный фон со слабо выражен­ной зональной структурой. Исключения бывают при наличии снежного покрова и солнечного осве­щения, когда яркость земли и (или) фасада может превышать яркость неба. Наиболее резкий излом изолиний наблюдается на границе изображения солнца, представляющего собой косоугольную проекцию светопроема, т.е. размытое изображение бесконечно удаленной светящей точки.

Поле засвечивания полного изображения внешней среды (см. рис. 4.48,6) является суммой элементарных полей засвечивания (см. рис. 4.47). Гладкое поле £ о не влияет на зональную структуру результирующего поля КЕО, но заметно снижает его градиент. Если в поле £п при относительной ширине улицы 0,5—2,5 отношение Емакс/ £мии на полу помещения достигает соответственно 120— 30, то в поле € оно составляет лишь 30—12. Отра­женная составляющая КЕО в глубине помещения может в 2—15 раз превышать прямую составляю­щую. Вклады прямой и отраженной составляющих КЕО и тем более различных элементов внешней среды в результирующий КЕО помещения опреде­ляются конкретными оптико-геометрическими па­раметрами среды и помещения и могут изменяться в сколь угодно широких пределах.

Рассмотренные выше принципиальные зако­номерности светораспределения в помещении с од­ним светопроемом остаются справедливыми также

и для помещений с любым числом как угодно рас­положенных светопроемов. В сложных системах естественного освещения поля КЕО являются сум­мой (наложением) засвеченных изображений внешней среды, проецируемых на поверхности по­мещения каждым светопроемом в отдельности. Та­кие поля КЕО имеют очень сложную раздроблен­ную зональную структуру, однако благодаря свой­ству аддитивности изображений всегда могут быть разложены на элементарные составляющие КЕО.

Псевдодиффузный характер общей градиент­ной структуры полей КЕО маскирует их оптиче­скую природу. Визуально различить на поверхно­стях помещения детали размытого изображения внешней среды можно только при контрастном сол­нечном освещении. В условиях облачного неба не­значительные переломы функции освещенности трудно заметить даже при измерениях КЕО. Опти­ческая природа полей освещенности была обнару­жена не экспериментально, а в процессе разработ­ки математической модели поля для ЭВМ. Именно практическая потребность в компьютерных про­граммах расчета КЕО заставила более глубоко за­глянуть в сущность моделируемого явления.

Понимание поля КЕО как оптиче­ского изображения не только дает на­дежную геометрическую базу для его математического описания, но и пред­ставляет для решения светотехниче­ских задач, по существу, готовый ме­тодологический и терминологический аппарат оптики, начертательной гео­метрии и компьютерной графики. Вме­сте с тем оптические представления вынуждают в полной мере осознать сложность проблемы создания доста­точно точных и простых методов рас­чета естественного освещения. Явля­ясь, по существу, кинематографиче­ским изображением городского пейза­жа, поле КЕО в помещении так же неповторимо и изменчиво, как непов­торим и изменчив любой городской пейзаж. Оптическая теория еще не на­шла применения в практике расчетов КЕО, однако уже продемонстрирован­ные выше преимущества оптико-гео­метрического подхода к объяснению и описанию закономерностей светорасп-ределения в помещениях дают осно­вание утверждать, что эта теория сыг­рает важную роль в дальнейшем раз­витии строительной светотехники.

4.7. Источники искусст­венного света и осветительные приборы

Средства искусственного ос­вещения — источники света и осве­тительные приборы являются элемен­тами архитектуры и выполняют раз­нообразные функции. Во многих слу­чаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и со­здает среду, отвечающую высоким тре­бованиям эстетики и комфорта.

С доисторических времен человек использует огонь, одно из великих своих открытий, как источ­ник тепла и света. Античные источники рукотвор­ного света — факелы, лучина, жировые и масля­ные светильники — сохранились, по существу, до XIX в.; в средние века к ним прибавилась свеча, в XIX в. — керосиновый и газовый фонари, которые для некоторой части населения земного шара со­хранили свое значение и в наше время. Эти источ­ники характеризуют длительный доэлектрический период эволюции средств освещения.

Малая мощность этих источников, низкий ко­эффициент использования при преобразовании тепловой энергии в световую, примитивное уст­ройство и однообразие излучаемого ими спектра ограничивали их роль в архитектуре, в создании комфортной среды. Однако стремление придать художественно выразительную форму светцам и плошкам, каганцам и лампадам, торшерам и фона­рям, лампам и люстрам, освещавшим храмы и дворцы, жилища и улицы, свидетельствует о вни­мании древних мастеров, заказчиков и потребите­лей к этим деталям быта. Потребность в улучшении освещения интерьеров приводила к увеличению числа сосудов для масла или подсвечников. Разме­ры светильников все возрастали, для их изготовле­ния применяли ценные материалы, они богато ор­наментировались. В средневековых соборах Киев­ской Руси и Западной Европы появились много­ярусные светильники и люстры в виде грандиозных венцов: при зажженных плошках или свечах они создавали зрительное впечатление членения цент­рального нефа на несколько частей по вертикали.

В последующие века подобные люстры стали применять не только в культовых зданиях; им при­давали формы, соответствующие архитектуре ин­терьера. Известны высокохудожественные люстры эпохи барокко, изысканные по форме люстры эпо­хи русского классицизма, в которых применялись венецианское лепное стекло, граненый хрусталь, цветное стекло, золоченые пластически вырази­тельные детали. Концентрация огоньков свечей, многократно умноженных бликами, отражением и преломлением света в подвесках и арматуре люстр, в сочетании с зеркальной и цветовой отделкой стен

199 Часть II. Архитектурная светология

и плафонов и с блистающими мозаичными полами создавала впечатление необычайной нарядности, праздничности интерьера, насыщенности его све­том.

Большое внимание, которое уделяли архитек­торы и мастера форме, материалу, декоративной отделке светильников, хорошо найденная масш­табность, цветовая гамма и разнообразие освети­тельных приборов (подвески, бра, канделябры, жирандоли) свидетельствуют о высокой культуре проектирования интерьера, в значительной мере утраченной ныне. Индивидуализированные све­тильники прошлых эпох были предметом развитого кустарного производства.

В XIX в. на смену свечам пришли керосино­вые и газокалильные лампы, имеющие более высо­кую световую отдачу. Творческие усилия специа­листов были направлены на поиск формы новых светильников, отвечающих условиям массового за­водского изготовления, на сочетание дешевизны с высоким художественным качеством изделий. На рынке появляется большое разнообразие прибо­ров — подвесных, настольных, настенных, разли­чающихся между собой конструктивным устройст­вом, размерами, формой, материалом, цветом, ху­дожественной отделкой, стоимостью. Керосиновые и газовые фонари с калильной сеткой стали осве­щать улицы и площади городов.

Революционный скачок в технике освещения произошел в конце XIX в. с созданием первых элек­трических ламп. Приоритет в этой области принад­лежит русским ученым. Начальной датой в исто­рии развития электрических источников света сле­дует считать 1802 г., когда В.В.Петров открыл яв­ление электрической дуги, неправильно названной впоследствии вольтовой. Дальнейшие принципи­альные усовершенствования принадлежат А.И.Шпаковскому, В.Н.Чиколеву (электромаг­нитный регулятор длины дуги), А.Н.Лодыгину и П.Н.Яблочкову. В 1872 г. Лодыгин впервые проде­монстрировал в Петербурге созданную им лампу накаливания, а в 1874 г. на Конногвардейской ул. (ныне Суворовский пр.) загорелись первые улич­ные фонари с этими лампами. Поразивший оче­видцев своей яркостью свет излучал раскаленный угольный стержень, заключенный в стеклянную колбу, из которой кислород удалялся за счет сгора­ния части угля при прохождении через него элект­рического тока. Благодаря этому оставшаяся часть стержня светила относительно долго. Лампа демон­стрировалась в 1881 г. на Всемирной выставке в Париже. Работая над улучшением лампы, Лоды­гин, а за ним Эдисон, Ленгмюр и другие внесли ряд изменений (вольфрамовая спираль, откачка возду­ха из колбы, заполнение ее инертными газами и т.д.), что улучшило ее характеристики. Поиск спо­собов повышения эффективности ламп накалива­ния продолжается и сегодня.

На первом этапе разработки источников элек­трического света более широкую известность и рас­пространение получила дуговая лампа-свеча, со-

зданная в 1876 г. П.Н.Яблочковым. Свет в ней из­лучала электрическая дуга, горящая между двумя параллельными угольными электродами, разде­ленными между собой каолином и заключенными в шарообразную колбу из молочного стекла. Сегод­ня область применения дуговых ламп ограничена специальными задачами, например, благодаря ма­лым размерам светящего тела и относительно вы­сокой интенсивности концентрированного излуче­ния они используются в зенитных прожекторах, создающих узкий и мощный пучок параллельных лучей света. Ниже приведены значения световой отдачи некоторых источников света, лм/Вт:

Лампы накаливания имеют ряд серьезных не­достатков, главный из них — низкий световой КПД (2—3%). Поиск более эффективных источников привел к созданию принципиально иного типа ламп, получивших название газоразрядных. В них использован эффект свечения газа (ксенона, арго­на, неона, гелия) или паров металла (ртути, натрия и др.) при пропускании через них электрического разряда.

Свечение паров ртути было описано еще МБ Ломоносовым. Первую ртутную лампу создал русский изобретатель И.Репьев в 1879 г. В конце XIX в. начали применять газосветные трубки с азо­том и углекислотой, включая их в сеть высокого на­пряжения. В 30-е годы нашего века появляются ртутные лампы низкого и высокого давления и на­триевые лампы низкого давления. В послевоенный период созданы ксеноновые, металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления.

Пути развития источников света всегда определялись стремлением осу­ществить наиболее экономичное пре­образование электрической энергии в световую, получив при этом сравнимое с естественным качество оптического излучения. Экономичность или эффек­тивность электрических ламп обычно характеризуют величиной их световой отдачи, лм/Вт, т.е. количеством лю­менов, излучаемых лампой при по­треблении энергии мощностью 1 Вт, а также сроком ее службы.

Сегодня промышленный ассорти­мент выпускаемых источников света весьма разнообразен по диапазону

мощностей и размеров колб, а также светотехнических, цветовых и эконо­мических характеристик. Это ставит перед проектировщиками вопрос о ра­циональном выборе типа ламп при разработке осветительных установок различного назначения и при решении вопросов световой архитектуры ин­терьера и города.

К основным характеристикам ис­точников света относятся электриче­ские (напряжение, мощность), геомет­рические (размеры и форма колб), све­товые (световой поток, световая отда­ча, яркость), цветовые (спектральный состав, цветность излучения, цветопе­редача) , экономические (стоимость, срок службы).

В табл. 4.30, составленной по оте­чественным и зарубежным материа­лам, приведены основные показатели источников света (ИС), применяемых в осветительных установках общего назначения в интерьере и наружных пространствах.

По принципу преобразования электрической энергии в световую все источники света разделяются на два класса: тепловые и газоразрядные.

Тепловые источники света. В теп­ловых источниках свет излучает тело накала, разогревающееся под воздей­ствием проходящего через него элек­трического тока до температуры свыше 1000 К, когда в его излучении кроме тепловых (инфракрасных) лучей появ-

ляются видимые длинноволновые лучи спектра.

Закономерности теплового излуче­ния обычно изучают на идеальной мо­дели, называемой "абсолютно черным телом"; это тело, поглощающее все па­дающие на него излучения. Замкнутая полость любого непрозрачного тела яв­ляется черным телом, так как ее стен­ки поглощают все собственные излу­чения. Изменяя температуру внутрен­них стенок полости и наблюдая при этом ее излучение через маленькое от­верстие, экспериментально установили законы теплового излучения этого те­ла.

Согласно этим законам при одной и той же температуре черное тело из­лучает больше любого другого (реаль­ного) тела; оно имеет сплошной не­прерывный спектр излучения; цвет­ность излучения резко изменяется с изменением температуры тела, при этом происходит перемещение макси­мума излучения по спектру и чрезвы­чайно энергичное изменение величины этого максимума. В пределах темпе­ратур от 3750 до 7800 К максимум излучения находится в области види­мых излучений. При выходе темпера­туры за эти пределы максимум излу­чений соответственно перемещается в инфракрасную или ультрафиолетовую области спектра.

Чем большая доля излучений при­ходится на видимую область спектра, тем выше коэффициент полезного дей­ствия (световой КПД) источника све­та, выражаемый отношением светового и лучистого потоков Ф I Ф _е. Если повышать температуру излучателя, то вначале происходит рост светового КПД до максимума при Т =* 6500 К (примерно температура Солнца), а за­тем его значение падает, так как мак­симум излучения перемещается за пределы видимого спектра. Макси­мальное значение КПД 14% является пределом экономичности для тепловых источников света, а положение этого максимума определяется, по-видимо­му, приспособлением человеческого глаза в процессе эволюции к излуче­нию основного природного источника света — Солнца.

Температура черного тела, изме­ряемая по шкале Кельвина, определя­ет цветность его излучения. Цветность свечения реального тела, в том числе тепловых источников света, может быть охарактеризована так называе­мой цветовой температурой Т_цв, т.е. температурой, при которой цвет­ность излучения черного тела сов­падает с цветностью излучения дан­ного тела.

Цветовая температура влияет на цвет объектов и на цветовую адапта­цию наблюдателя, поэтому комфорт­ность освещения во многом зависит от правильного выбора Г_цв. Однако цве­товая температура не дает исчерпыва­ющего представления о качестве цве­топередачи ламп, зависящем от спек­тров их излучения.

Разнообразие спектров источников искусственного света обусловило необ­ходимость введения и контроля спе­циальной характеристики качества их цветопередачи — общего индекса цве­топередачи R_a (см. гл. 6).

Лампы накаливания являются ос­новным типом класса тепловых источ­ников света (рис. 4.49). Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Свето­вая отдача, а следовательно и эконо­мичность ламп накаливания весьма малы, и существенное увеличение их без принципиальных изменений кон­струкции практически невозможно, так как температура плавления воль­фрама (3653 К) ставит в этом отно­шении естественный предел. В диапа­зоне величин световой отдачи (см. табл. 4.30) более высокие значения обеспечиваются за счет компактности и утолщения спирали, улучшения со­става заполняющих колбу инертных газов, введения в них специальных до-

бавок, напыления на внутреннюю по­верхность колбы теплоотражающего покрытия. Недостатком ламп является и небольшой срок их службы, что вме­сте с низкой световой отдачей повы­шает эксплуатационные расходы.

Лампы накаливания имеют сплош­ной (непрерывный) спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой об­ласти видимого спектра, а на корот-

коволновую часть приходится незна­чительная доля излучений. Поэтому при освещении ими восприятие цвета заметно отличается от дневного: "теп­лые" (красные, оранжевые, коричне­вые) цвета воспринимаются более яр­кими, чем днем; "холодные" (зеленые, синие, фиолетовые) — ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого.

207 Часть II. Архитектурная светология

Путем применения светофильтров и цветных колб, частично поглощаю­щих оранжево-красное излучение, в принципе можно повысить цветовую температуру ламп накаливания с 2500—2700 до 3500—4000 К, но све­товой поток при этом снизится на 30— 35%.

Лампы накаливания имеют ряд преимуществ перед газоразрядными: они значительно дешевле и экологи­чески чище, просты в обслуживании, включаются в сеть без дополнитель­ных устройств, малочувствительны к температуре окружающей среды, хо­рошо работают в динамическом режи­ме, имеют относительно небольшие размеры и тело накала, отличаются разнообразием модификаций, малыми первоначальными затратами при обо­рудовании осветительных установок, высоким уровнем механизации произ­водства. Хотя доля светового потока ламп накаливания составляет сегодня у нас лишь 30% (70% — газоразряд­ные лампы), область их применения все еще широка и во многих случаях они не имеют равноценной замены. Бытовые светильники, люстры и встроенные светильники для обще­ственных интерьеров, системы местно­го освещения в помещениях, сцениче­ское освещение, освещение витрин и фасадов, световые табло и реклама, иллюминационное и подводное осве­щение — все это примеры использо­вания ламп накаливания.

Основным типом ламп накалива­ния являются лампы общего назначе­ния (нормальные), выпускаемые в на­шей стране в пределах шкалы мощ­ностей от 15 до 1500 Вт на напряже­ние 127 и 220 В (табл. 4.31).

Выпускается большое число типов специальных ламп на стандартное на­пряжение: зеркальные, цветные, про­жекторные, галогенные, а также на пониженное напряжение: местного ос­вещения, сигнальные, транспортные,

для оптических систем, подводные и

Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, час­тично покрытые изнутри слоем сереб­ра или алюминия. По существу, они являются лампами-светильниками. В зависимости от формы зеркала лампы имеют концентрированное, среднее или широкое распределение светового потока. Существуют также подобные им по устройству лампы с диффузно-отражающим слоем, прессованные зер­кальные лампы и лампы-фары.

Колба нормальных ламп или вы­ходное отверстие зеркальных ламп мо­гут выполняться из матированного, молочного, рифленого или цветного стекла; последняя модификация широ­ко применяется в светомузыкальных и информационно-рекламных установ­ках.

Прожекторные лампы отличаются от ламп общего назначения повышен­ной мощностью, а также тем, что нить накала располагается в одной плоско­сти, образуя применительно к разме­рам зеркала прожектора светящуюся точку. Благодаря этому можно полу­чить узкий пучок света, что необхо­димо для освещения небольших объ­ектов со значительного расстояния.

Галогенные лампы накаливания (иногда их называют лампами с йод­ным циклом), созданные в 1959 г., яв­ляются новой ступенью в развитии этого класса источников света. Гало­генная лампа накаливания представ­ляет собой трубку из кварцевого стек­ла с вольфрамовой спиралью, укреп­ленной по ее оси на поддерживающих крючках. Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном с добавлени­ем определенного количества паров йода (или других галогенов, т.е. хи­мических элементов главной подгруп­пы VII группы периодической системы Менделеева). Смысл этой добавки за­ключается в том, что пары йода спо­собствуют удлинению срока службы нити накала и повышению ее темпе­ратуры, а следовательно, и яркости, т.е. "побелению" света и повышению световой отдачи по сравнению с обыч­ными лампами накаливания. Галоген­ные лампы рациональны в большом диапазоне мощностей и применяются, например, в установках архитектурно­го освещения, а их специальные ти­пы — в проекционной и осветитель­ной технике, в автомобилях и т.д.

Стремясь сохранить присущие лампам накаливания преимущества, зарубежные фирмы создали образцы новой лампы с телом накала 6а основе полупроводников. Световая отдача та­кой лампы достигает 50—60 лм/Вт, т.е. сравнима с характеристиками га­зоразрядных ламп, что делает ее весь­ма перспективной и конкурентоспособ­ной.

Лампы накаливания, в том числе галогенные, для местного освещения выпускаются у нас мощностью 15— 500 Вт на напряжения 36, 24 и 12 В.

Малогабаритные светильники с вы­сокоэффективными галогенными лам­пами накаливания низкого напряже­ния (ГЛН НН) находят все более ши­рокое применение в освещении вит­рин, музейных экспозиций, выставок, рекламы, рабочих мест и интерьеров общественных зданий за рубежом и в России.

Газоразрядные источники света. Класс газоразрядных источников света более многолик, чем тепловых. Раз­рядные лампы основаны на использо­вании свойств газов или паров метал­лов светиться в электрическом поле. Каждому газу и металлу свойствен свой цвет свечения, причем, как пра­вило, в режиме низкого давления это свечение имеет линейчатый спектр, а в режиме высокого давления спектр приближается к сплошному.

По ряду обстоятельств наиболее распростра­ненным химическим элементом, с помощью кото­рого создаются разрядные лампы, стала ртуть. Од­нако первые лампы, в колбе которых использова­лись пары ртути при низком давлении, применя­лись не для освещения, ав фотохимии, физиотера­пии и т.д., поскольку спектральные линии ртути лежат в коротковолновой части видимого спектра и за его пределами — в области ультрафиолета. Лам­пы изготовлялись из специального стекла, пропу­скающего УФ-лучи. Для получения приемлемого по цвету светового излучения нужно трансформи­ровать УФ-излучение ртутного разряда в видимое, более длинноволновое, например с помощью лю­минофора, наносимого на внутреннюю поверх­ность колбы из обычного стекла, иди другими спо­собами, что и было осуществлено в люминесцент­ных и других ртутных лампах.

Широкое применение ртути в га­зоразрядных лампах при массовом их выпуске создает серьезные проблемы утилизации вышедших из строя ламп. Поэтому в экологическом отношении они существенно проигрывают лампам накаливания. В ряде светотехнических фирм созданы образцы подобных ламп не на ртутной основе, экологически безопасных и потому более перспек­тивных.

Газоразрядные лампы в последние десятилетия активно вытесняют теп­ловые источники света, особенно в ус­тановках наружного освещения и ос­вещения интерьеров производственных и общественных зданий, поскольку они имеют в 5—15 раз более высокую эффективность (световую отдачу и срок службы), широкий диапазон мощ­ностей и высокие единичные мощности (до 100 кВт), а также разнообразные спектры излучения. К числу недостат­ков, присущих этому классу источни­ков света, следует отнести более слож­ное, чем у ламп накаливания, вклю­чение их в сеть — через пускорегу-лирующие аппараты (ПРА), потери напряжения в ПРА до 20—30%, от­носительно высокую (вместе с ПРА) стоимость, неспособность работать в динамическом режиме (за исключени­ем некоторых типов), не всегда при­емлемые спектральные характеристи­ки. ПРА предназначены для создания высокого напряжения в момент зажи­гания лампы и для обеспечения ее ус­тойчивого горения.

Газоразрядные лампы имеют разное рабочее давление газа (паров металла) в колбе, называемой разрядной трубкой или горелкой, и делятся по это­му признаку на лампы низкого (0,1—10⁴ Па), вы­сокого (З'Ю⁴—10* Па) и сверхвысокого (более 10* Па) давления.

К лампам низкого давления отно­сятся люминесцентные лампы и натри­евые лампы низкого давления.

Люминесцентные лампы по ха­рактеру электрического разряда делят­ся на лампы дугового разряда с горя­чими катодами и лампы тлеющего раз­ряда с холодными катодами.

Люминесцентная лампа дугового разряда представляет собой стеклян­ную колбу в виде трубки с впаянными на ее концах электродами. Стенки ее изнутри покрыты люминофором. В колбу вводится дозированная капелька ртути, а для облегчения зажигания лампы объем ее заполняется аргоном. Форма трубки у ламп общего назна­чения прямая, у ламп специального назначения — изогнутая, фигурная, иногда она подобна форме ламп нака­ливания или небольших светящих па­нелей.

Для включения люминесцентной лампы в сеть существуют разные схемы пускорегулирующих устройств, из них наиболее распространена стар-терная схема. Стартер (пускатель) служит для ав­томатического подогрева электродов лампы, необ­ходимого для ее включения. Дроссель (балластное сопротивление) необходим для стабилизации силы тока в процессе горения лампы. Конденсаторы нужны для снижения уровня радиопомех, создава­емых лампой и пускателем.

При пропускании электрического тока через лампу возникает дуговой разряд и происходят ис­парение ртути и свечение ее паров. Это излучение имеет линейчатый спектр с максимумом в невиди­мой УФ-области на линии с длиной волны 254 мкм. Ультрафиолетовое излучение ртутного разряда возбуждает свечение люминофора (эф­фект фотолюминесценции). Каждому люминофо­ру свойствен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий некото­рый максимум, в основном и определяющий цвето­вой тон излучения лампы. Комбинируя состав лю­минофоров, можно в принципе получить любой по цветности свет.

Цветопередача, обеспечиваемая люминесцентными лампами, в целом более благоприятна по сравнению с не-

которыми газоразрядными лампами, так как энергия излучения люмино­форов равномерно распределяется по всему диапазону видимого спектра, а не сосредоточена в нескольких спект­ральных линиях или полосах, как у большинства разрядных ламп.

Для стандартных ламп стремятся создать цветности излучений, имити­рующие те или иные фазы, состояния естественного освещения. Основными типами отечественных стандартных ламп общего назначения являются ЛД (дневные), ЛХБ (холодно-белые), ЛБ (белые), ЛТБ (тепло-белые).

Спектральные характеристики этих ламп (табл. 4.32) не вполне сов­падают со спектральными характери­стиками дневного света или абсолютно черного тела соответствующей темпе­ратуры, вследствие чего восприятие некоторых цветов при освещении лам­пами указанных типов существенно отличается от цветопередачи при днев­ном освещении. Сказываются недоста­ток излучения в красной области спек­тра и наличие голубых и зеленых ли­ний ртутного разряда, равно как и из­быточное излучение в желтой области спектра, приводящее к тому, что стан­дартные люминесцентные лампы обес­печивают лишь удовлетворительную, но не высококачественную цветопере­дачу (R_a - 62—70).

Для удовлетворения повышенных требований к восприятию цвета (в по­лиграфии, музеях, домах моды, при контроле изделий по цвету и т.п.) вы­пускаются люминесцентные лампы ЛДЦ с улучшенной цветопередачей (R_a ~ 90), отражаемой в маркировке отечественных ламп введением буквы "Ц", а за рубежом — слов "делюкс" (R_a до 85), "суперделюкс", "экстраде-люкс" (Ra > 85). Как правило, улуч­шение качества излучения по спектру в газоразрядных лампах приводит к снижению их световой отдачи.

Перспективны трехполосные лю­минесцентные лампы (в их спектре три узких полосы в красной, зеленой и синей областях, отвечающих макси­мумам цветовой чувствительности колбочек глаза и дающих при адди­тивном смешении белый свет), имею­щие больший световой поток и высо­кое значение R_a.

Для решения особых зрительных задач выпускают серии ламп с особой маркировкой: например лампы ЛЕ (ес­тественного света) и ЛЕЦ, свет кото­рых благоприятен для цветопередачи лица человека; они применяются для освещения интерьеров общественных зданий и выявления дефектов при оценке белых и цветных тканей; лам­пы ЛХЕ и ЛХЕЦ используются для больниц; лампы ЛДЦУФ (Г_цв -= 6500 К и R_a = 90), в световом по-

токе которых содержится повышенная доля УФ- и коротковолновых видимых излучений, применяются в текстиль­ной и швейной промышленности, а лам­пы ЛТБЦ — в жилых помещениях.

В ряде случаев используются лю­минесцентные лампы специального на­значения: малогабаритные или ком­пактные КЛЛ (мощностью 4—18 Вт) для местного освещения и для замены ламп накаливания в осветительных приборах (табл. 4.33, рис. 4.50), по­лучающие все более широкое распро­странение; фигурные (W- и U-образ-ные, кольцевые) — для освещения жилых, общественных и транспортных помещений; рефлекторные — для про­изводственных помещений, витрин и устройства световых карнизов; высо­коинтенсивные (150—220 Вт) — для промышленного и сельскохозяйствен­ного освещения; амальгамные — для работы при повышенных температурах окружающей среды; цветные (красные ЛК, зеленые ЛЗ, желтые ЛЖ, голубые

ЛГ, розовые ЛР) — для декоративного освещения и световой рекламы, глав­ным образом в витринах и внутри по­мещений. В этом ряду компактные лю­минесцентные лампы наиболее эффек­тивны. Они соединили в себе преиму­щества ламп накаливания (небольшие габариты, стандартный цоколь) и лю­минесцентных ламп (хорошая цвето­передача, высокие световая отдача и срок службы).

Специальные люминесцентные лампы слу­жат источниками ультрафиолетового излучения: ЛФ — в теплицах; эритемные — в фотариях и как дополнительный источник ультрафиолета в уста­новках общего освещения помещений в районах Крайнего Севера; лампы "черного света" — для об­лучения люминесцирующих покрытий и в различ­ных технологиях. В эритемных лампах, при облу­чении которыми на коже человека появляется за­гар (эритема), подобный солнечному, применяется специальный люминофор и увиолевое стекло, про­пускающее УФ-лучи в диапазоне длин волн от 280 до 440 мкм. Бактерицидные лампы не являются по существу люминесцентными лампами, так как не имеют люминофора. По устройству они не отлича­ются от эритемных, но их стекло пропускает корот­коволновое УФ-излучение (254 мкм), способное

убивать бактерии. Поэтому они применяются для стерилизации воздуха, воды, продуктов питания в больницах, холодильниках, складах, в кухонном оборудовании.

К группе газоразрядных ламп низкого давле­ния относятся и люминесцентные лампы тлеющего разряда с холодными катодами. Лампы включают­ся в сеть последовательно через трансформатор, имеющий напряжение в несколько тысяч вольт, что представляет повышенную опасность при их эксплуатации. Поэтому для осветительных целей они у нас не используются, а применяются лишь в наружной световой рекламе и называются газо­светными. В них используется непосредственное свечение газа в электрическом разряде: неон излу­чает насыщенный оранжево-красный свет, ар­гон — голубовато-белый. Другие цвета излучения получаются за счет применения цветного стекла и смесей газов друге другом и со ртутью. В последнем случае на стенки трубки наносится люминофор и лампа работает как люминесцентная.

Трубка диаметром 10—18 мм может иметь значительную длину и принимать любую криволи- нейную форму. Яркость газосветных ламп отечест- венного производства в зависимости от цвета излу- чения находится в пределах 3 3500 кд/м², срок

службы ламп составляет б—8 тыс.ч. Зарубежные фирмы (Япония, США, Чехия и Словакия) выпу­скают газосветные лампы с десятками цветовых от­тенков и более высокими характеристиками.

С момента создания первых лю­минесцентных ламп в 30-х г., в раз­работке которых ведущая роль при­надлежала С.И.Вавилову, не прекра­щается их совершенствование. Основ­ной тенденцией сегодня является производство энергоэкономичных ламп с электронными высокочастотными ПРА. Зарубежными фирмами достиг­нуты максимально высокие качество цветопередачи люминесцентных ламп (Ra ^ш 99), а также значения световой отдачи (104 лм/Вт) и срока службы (до 60 тыс.ч). В перспективе ожида­ется создание ламп со световой отда­чей до 130 лм/Вт.

Кроме указанных выше досто­инств, присущих всему классу газо­разрядных ламп, люминесцентные лампы обладают малой яркостью и низкой температурой поверхности кол­бы, что способствует широкому рас­пространению светящих поверхностей (потолки, панели, полосы, искусствен­ные окна) в интерьере, а также рож­дению новых стилистических приемов его светопространственной организа­ции. Люминесцентные лампы имеют относительно низкую себестоимость, связанную с высокой степенью меха-

низации, пгххгготой конструкции, до­ступностью сырья и материалов.

Вместе с тем у них есть и суще­ственные недостатки — малая единич­ная мощность при больших габаритах, с чем связаны трудности перераспре­деления и концентрации их светового потока в пространстве при освещении высоких помещений, ненадежная ра­бота при низких температурах окру­жающей среды, что делает их мало­пригодными для наружного освещения, существенное снижение светового по­тока к концу срока службы ламп, пульсация светового потока, приводя­щая в определенных случаях к появ­лению стробоскопического эффекта при наблюдении движущихся объектов (плавное движение объекта восприни­мается как прерывистое и может быть причиной повышения травматизма).

Группа ртутных ламп высокого и сверхвысокого давления является са­мой распространенной и многочислен­ной среди газоразрядных источников света. Наиболее широкое применение в настоящее время получили дуговые ртутно-люминесцентные лампы (ДРЛ) высокого давления с исправлен­ной цветностью (рис. IX, табл. 4.34). Электрический разряд происходит в ртутной горелке (трубка из кварцевого стекла, пропускающего УФ-лучи), по­мещенной во внешнюю колбу эллип-

соидной формы из тугоплавкого стек­ла, покрытую изнутри люминофором. УФ-излучение ртутного разряда, со­ставляющее до 40% светового потока горелки, преобразуется люминофором в недостающее излучение в красной части спектра, в результате чего улуч­шаются спектральные характеристики лампы и цветопередача становится вполне удовлетворительной.

Лампы ДРЛ применяют для на­ружного освещения и освещения про­изводственных помещений с потолка­ми выше 3—5 м, не требующих вы­сокого качества цветопередачи.

При отсутствии люминофора эти лампы излу­чают свет, сильно искажающий цвет предметов, особенно человеческой кожи, что объясняется не­достатком оранжево-красных лучей в спектре из­лучения ртути. Такие лампы применяются для де­коративного освещения зелени. Существуют ртут­ные лампы высокого давления в простейшем ис­полнении — в виде трубки из кварцевого стекла без внешней колбы — марки ДРТ (дуговая ртутная трубчатая). Их применяют в физиотерапии в каче­стве мощного источника ультрафиолета, а также в декоративном освещении садов и парков, для облу­чения светящихся красок (в театре, цирке, живо­писи) .

Цветопередача ламп ДРЛ по мере их совершенствования улучшается. Выпускаются лампы ДРЛ "делюкс", имеющие тепло-белый свет, Тцв = 3500 К и R_a = 52, которые пригодны для освещения интерьеров обществен­ных зданий.

Наружная колба защищает горел­ку от воздействия внешней среды, по­этому лампы ДРЛ могут работать в широком диапазоне температур окру­жающего воздуха. Существенный не­достаток этих ламп, кроме низкого ка­чества цветопередачи, — большая глубина пульсаций светового потока, что сопровождается соответствующими стробоскопическими явлениями. Для исключения этого недостатка разрабо­таны трехфазные лампы ДРЛТ. Про­цесс разгорания лампы занимает не­сколько минут, а повторное ее вклю­чение возможно только после остыва-

ния кварцевой горелки, что требует 10—15 мин.

Относительно большие размеры светящей колбы лампы ДРЛ затруд­няют концентрацию светового потока при применении ее в прожекторах. Эта задача решается путем использо­вания зеркальных (рефлекторных) ламп ДРЛ, применяемых для внутрен­него и уличного освещения без спе­циальной оптической арматуры.

В определенных случаях целесообразно при­менение ламп смешанного света, представляющих собой комбинацию ртутной лампы высокого давле­ния и лампы накаливания. Ртутно-кварцевая го­релка и вольфрамовая спираль заключены, как и в лампе ДРЛ, в общую колбу. Спираль служит бал­ластным сопротивлением для ртутной лампы и до­полнительным источником излучения в красной части спектра, что вместе с люминофором улучша­ет цветопередачу. Световая отдача ртутно-вольф-рамовых ламп 26—28 лм/Вт, срок службы 3— 5 тыс.ч, Тцв" 3500 КиЛ_а- 52. Лампа (диапазон мощностей 100—500 Вт) включается непосредст­венно в сеть и зажигается сразу, поэтому она с ус­пехом может заменить лампы накаливания в жи­лых и общественных зданиях, а также в городских пространствах. Если внешняя колба выполняется из увиолевого стекла, то лампа служит одновре­менно источником света и эритемного УФ-излуче-ния, т.е. ее свет по своему действию близок к сол­нечному. В нашей стране в настоящее время она не выпускается.

Заслуживают упоминания и ртутные лампы сверхвысокого давления (табл. 4.35) в виде шаро­образной или трубчатой колбы из кварцевого стек­ла. Небольшие размеры и высокая яркость ламп ДРШ (дуговые ртутные шаровые) делают их удоб­ными для использования в прожекторах и проек­ционных приборах концентрированного света. Лампы излучают голубоватый свет, спектр излуче­ния — линейчатый с непрерывным фоном. При их

эксплуатации требуется соблюдать меры предосто­рожности для защиты людей от интенсивного УФ-излучения (с длиной волны более 280 мкм) и от возможного разрыва колбы при перегреве.

Поиск более совершенных способов преобразования электрической энергии в световую привел к созданию метал­логалогенных ламп (МГЛ), которые открыли новую страницу в развитии газоразрядных источников света. По своему устройству эти лампы анало­гичны лампам ДРЛ, но имеют перед ними ряд преимуществ. У нас они вы­пускаются под маркой ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками, табл. 4.36). Перспективы их исполь­зования определяются исключительно широкими возможностями варьирова­ния спектрального распределения из­лучения от практически однородного до непрерывного при высоком КПД и высокой удельной мощности.

В разрядную горелку МГЛ кроме ртути и аргона, как и в ртутных лам­пах высокого давления, вводятся в строго дозированных количествах сме­си галогенидов (йодидов) галлия, на-

221 Часть П. Архитектурная светология

трия, индия, олова, лития, редкозе­мельных (диспрозий, гольмий, тулий) и других элементов в виде легко ис­паряющихся солей. После получения электрического разряда, когда в горел­ке достигается рабочая температура, галогениды металлов частично перехо­дят в парообразное состояние, и атомы металлов излучают характерные для них спектры. Подобрав определенную комбинацию наполителей, можно по­лучить практически любой спектр из­лучения, в том числе удовлетворяю­щий самым высоким требованиям к цветовосприятию.

Внешняя колба стандартных МГЛ имеет эллипсоидную или цилиндриче­скую форму и изготовляется из про­зрачного или покрытого светорассеи-вающим слоем стекла (рис. X). Для цветного телевидения выпускаются МГЛ с колбой шаровой формы.

Металлогалогенные лампы призна­ны сегодня наилучшими для случаев, когда необходимо обеспечить хорошую цветопередачу при высокой освещен­ности (1000—2000 лк), например, для цветных кино- и телесъемок на ста­дионах и в спортивных залах (при пе­реходе от естественного к искусствен­ному освещению не изменяются цве­товые оттенки изображения), в местах скопления народа (площади, выставоч­ные и торговые залы) или по требо­ваниям технологии (красильные и ткацкие цеха, типографии).

Пока еще МГЛ имеют высокую стоимость и ряд особенностей, затруд­няющих их изготовление и эксплуа­тацию, в частности, существуют тех­нологические трудности с выпуском ламп пониженной мощности (35— 150 Вт). Но они считаются одними из самых перспективных источников све­та, призванных заменить лампы ДРЛ и другие, поэтому активно ведутся ра­боты по их совершенствованию.

В нашей стране массовый выпуск ламп ДРИ был освоен перед Олим­пийскими играми 1980 г. для освеще-

ния крупных спортсооружении — Большой спортивной арены в Лужни­ках и стадиона "Динамо", крытого ста­диона спорткомплекса "Олимпийский" в Москве и др.

В некоторых случаях с МГЛ ус­пешно конкурируют натриевые лампы, которые в настоящее время более эф­фективны по световым характеристи­кам, но имеют низкое качество цве­топередачи (табл. 4.37).

По своему устройству и принципу действия натриевые лампы во многом близки к ртутным лампам — элект­рический разряд в парах натрия вы­зывает излучение характерного жел­того цвета. Лампы малочувствительны к температуре окружающего воздуха, имеют значительные пульсации свето­вого потока и 5—15-минутный период разгорания. Повторное зажигание воз­можно лишь после остывания горелки. Существуют натриевые лампы низкого и высокого давления.

Натриевые лампы низкого давле­ния (НЛ НД) имеют линейную или U-образную разрядную трубку из спе­циального устойчивого к воздействию агрессивных паров натрия стекла, по­мещенную во внешнюю вакуумную теплоизолирующую колбу-рубашку цилиндрической формы (рис. XI). Для облегчения получения электрического