Тема 8. Производственное освещение

1. Системы освещения. Основные светотехнические единицы. Общие требования к производственному освещению.

2. Характеристики и расчет естественного освещения.

3. Искусственное освещение. Методы расчета.

8.1 Системы освещения.

Правильно выполненная система освещения играет существенную роль в снижении производственного травматизма, уменьшения потенциальной опасности многих производственных факторов, создает нормальные условия работы, повышает общую работоспособность. По данным НИИ труда увеличение освещенности от 100 до 1000 Лк при напряженной зрительной работе, способствует повышению производительности труда на 10 – 20%, уменьшение брака на 20 % и снижению количества несчастных случаев на 30 %. Недостаточное освещение, помимо роста количества несчастных случаев, может привести к проф. заболеванию: прогрессирующая близорукость. В случае, если частично или полностью лишить человека естественного света, может возникнуть световое голодание.

Освещение характеризуется качественными и количественными показателями. Количественными являются: световой поток, сила света, освещенность, яркость, коэффициент отражения. Качественными показателями являются: фон, контраст объекта с фоном, ослепленность, степень дискомфорта, коэффициент пульсации освещенности.

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).[3] Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

Сила света типовых источников:

Источник	Мощность, Вт	Примерная сила света, кд	Цветовая температура, К	КПД, %	Наработка на отказ, ч
Свеча		1
Современная (2006 г) лампа накаливания	100	100			1000
Обычный светодиод	0.015	0.001			100 000
Сверхъяркий светодиод	2,4	12			100 000
Современная (2006 г) флюоресцентная(люминесцентная) лампа	20	100			15 000

Категория	тип	Световая отдача(Люмен/Ватт)	КПД%[1]
На основе горения	Свеча	0.3 [2]	0.04 %
	газовая горелка	2 [3]	0.3 %
Лампа накаливания	5Вт лампа накаливания (120 В)	5	0.7 %
	40Вт лампа накаливания (120 В)	12.6 [4]	1.9 %
	100Вт лампа накаливания (120 В)	16.8 [5]	2.5 %
	100Вт лампа накаливания (220 В)	13.8[6]	2.0 %
	100Вт галогенная лампа (220 В)	16.7[7]	2.4 %
	2.6Вт галогенная лампа (5.2 В)	19.2[8]	2.8 %
	Кварцевая галогенная лампа (12-24 В)	24	3.5 %
	Высокотемпературная лампа	35 [9]	5.1 %
Люминесцентная лампа	5-24Вт компактная флюоресцентная	45-60 [10]	6.6-8.8 %
	T12 линейная, с магнитным балластом	60 [11]	9 %
	T8 линейная, с электронным балластом	80-100 [11]	12-15 %
	T5 линейная	70-100 [12]	10-15 %
Светодиод	белый светодиод	10 — 90 [13][14][15]	1.5-13 %
	белый OLED	102 [16]	15 %
	Прототип светодиода	до 208 [17][18][19][20]	до 30 %
Дуговая лампа	Ксеноновые газоразрядные лампы	30-50[21][22]	4.4-7.3 %
	Дуговые ртутные металлогалогенные лампы	50-55 [21]	7.3-8.0 %
Газоразрядная лампа	Натриевая лампа высокого давления	150 [23]	22 %
	Натриевая лампа низкого давления	183 [23] — 200 [24]	27-29 %
	Лампа на галогенидах металлов	65-115 [25]	9.5-17 %
	1400Вт Серная лампа	100	15 %
Теоретически возможно		683.002	100 %

КПД , долговечность и яркость в зависимости от рабочего напряжения

Почти вся подаваемая в лампу накаливания энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке справа, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95 %.

Вида ламп накаливания

Аргоновые (азот-аргоновые)

Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых)

Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых, интересно что светодиоды в турборежиме примерно только в 2 раза эффективнее, так как с подачей на светодиод большей мощности, растет нагрев кристалла и падает КПД, поэтому очень мощные и компактные фонари как правило выпускают с газоразрядными лампами)

Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала популярность, люди спали по 10 часов в сутки

Люминесцентная

При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает низкотемпературный дуговой разряд[3]. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом — люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.

Светодиодные

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Маркони Лабс.

В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода».

Низкая предельная температура: мощные осветительные светодиоды требуют внешний радиатор для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (физические размеры светодиодов малы при высокой мощности рассеиваемого излучения) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Ватт требует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4 без вентилятора.[6] Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию, но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов.

Для питания одиночного светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно.

Высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы.

Дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100 лм/Вт.[7]

Спектр отличается от солнечного. Но благодаря особенностям человеческого восприятия и правильно подобранным люминофорам это незаметно.

Немецкие специалисты в процессе тестирования в конце 2009 года обнаружили, что реальный средний срок службы светодиодных ламп для напряжения 220-240 В оказался около 1000 часов против заявляемых производителями 50000 часов.[8]