физика / СНиП - естеств. и искусств.освещение / Потиенко - Проектир.искусств.освещения. 2013

тельное восприятие. Существующие стандарты разделяют её на прямую

иотражённую. Прямая блёсткость возникает вследствие повышенной яркости открытых ламп или светильников. Её степень зависит от яркости

иотносительного размера светящих частей в поле зрения наблюдателя, положения блёского источника в пространстве, направления линии зрения наблюдателя, уровня окружающей освещённости и коэффициентов отражения поверхностей помещения. Оценка прямой блёсткости производится в пределах угла 45°, отсчитываемого от горизонтальной линии зрения наблюдателя. Отражённая блёсткость вызывается направлен-

но-рассеянным, зеркальным или смешанным отражением, действующим по закону «угол падения света равен углу отражения», и заметно снижает контраст объекта с фоном. Для характеристики этого процесса МКО был введёнкоэффициентпередачиконтрастаCRF(contrastrenderingfactor)[9]. Онопределёнкакотношениеконтрастатест-объектавреальныхусловияхос- вещения к контрасту в «стандартных» условиях освещения – при освещении равнояркой полусферой. Его величина может быть как больше, так и меньше единицы. Расчёт коэффициента передачи контраста проводится на основе программных средств. При планировании освещения необходимо учитывать наличиезеркальныхповерхностей,чтобыизбежатьотраженийвдольглавной линии зрения людей. При технической невозможности отведения отражённого блика от глаз работающего, яркость выходного отверстия светильника, определяющая яркость блика на рабочей поверхности с зеркальным или на- правленно-рассеянным отражением, должна ограничиваться.

При наличии в поле зрения блёстких источников света, оказывающих слепящее действие, снижаются функции зрения, зрительная работоспособность, производительность труда. Показатель ослеплённости являетсябезразмернойвеличинойирегламентируетсянормамивзависимостиот точности зрительной работы: чем точнее работа, тем меньший показатель ослеплённости допускается и изменяется в диапазоне от 10 до 40 [11]. В американских стандартах в течение долгого времени использовался показатель – вероятность зрительного комфорта VCP (visual comfort probability), в английских нормах – индекс блёсткости GI (glare index), а в новых европейских и международных стандартах для регламентации прямого слепящего действия используется обобщенный показатель дискомфорта UGR (unified glare raiting) [9]. Он учитывает все светильники, создающие слепящую блёсткость на рабочем месте.

Для оценки прямого слепящего действия используются таблицы UGR, предоставляемые производителями светильников. Параметр образования бликов определяется в результате проведения испытаний, при которых

10

определяется бликование поверхности при различных углах отражения. Его значение может быть в диапазоне от 0 до 100: чем ближе оно к нулю, тем меньше бликов образовывает поверхность.

Существует много способов устранения воздействия блеска и вуалирующих бликов. Наиболее эффективным способом является размещение персонала и/или реального источника света таким образом, чтобы его отражения не попадали в глаза работающему. Дополнительный способ направлен на снижение яркости используемых материалов. Блики, отвлекающие или расстраивающие внимание и находящиеся вблизи поля зрения при выполнении задания, могут быть устранены, если исключить применение направленно-отражающих покрытий для рабочих столов

идругих подобных плоскостей. Вуалирующие блики приводят к снижению контрастов задания. Карандашные линии, например, различаются с трудом, если на них падает свет, так как отблески меняют их окраску от чёрного до бледно-серого. Печатные тексты испытывают такое же воздействие. В этом случае лучшим способом защиты является правильное взаимное размещение, при котором вуалирующие блики не попадают в глаза. Если это невозможно, то нежелательный эффект можно устранить, увеличив освещённость объекта посредством местного освещения, направленного таким образом, чтобы оно само не способствовало появлению вуалирующих бликов.

Другие способы состоят в выборе светильников с большой площадью поверхностиинизкойяркостьюилисветильниковспониженнойяркостью в направлении возможного отражения. Увеличивая яркость всего потолка при использовании матовых отделочных покрытий с высоким коэффициентом отражения для потолка, стен и пола и желательно добавляя к этому светильники, направляющие свет вверх, добиваются снижения блеска

ивуалирующих бликов.

Впомещениях общественных зданий третьей группы, а также в ряде помещений второй группы (торговые залы магазинов, выставочные залы), условия освещения оцениваются по светлоте окружающего пространства, вызывающего ощущение насыщенности помещения светом.

Для характеристики насыщенности помещения светом используется одна из интегральных характеристик светового поля – цилиндрическая освещённость Ец [11]. На основе результатов экспериментальных исследований, в которых сравнивалась субъективная оценка качества освещения по проценту наблюдателей, признавших освещённость достаточной по насыщенности помещения светом, была установлена связь между ощущением насыщенности и Eц, определён диапазон нормируемых величин

11

освещённости. Нормирование пространственных характеристик освещения принято и в некоторых зарубежных нормах. Так, в Кодексе Великобритании используется средняя сферическая освещённость, в Германии также Ец [9]. Однако, как показали подробные исследования восприятия яркости в интерьере, из всех пространственных характеристик наиболее адекватна субъективной оценке нормируемая в отечественных нормах Ец.

Важной характеристикой качества освещения является пульсация светового потока источника света. Световой поток разрядных источников света при питании током промышленной частоты пульсирует с частотой 100 Гц. Пульсация светового потока зрительно не воспринимается, так как частота пульсации превышает критическую частоту слияния мельканий, но неблагоприятно влияет на биоэлектрическую активность мозга, вызывая повышенную утомляемость. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением её глубины, появляется напряжение на глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль. Освещение пульсирующим светом особенно опасно при наличии в поле зрения движущихся и вращающихся объектов возникновением стробоскопического эффекта. Исследования показывают, что опасность возникновения стробоскопического эффекта существует даже при Кп = 10 %. В качестве количественной характеристики пульсации освещённости в отечественных нормах принят коэффициент пульсации. Он равен отношению половины максимальной разности освещённости за период к средней освещённости за период, выраженному в процентах. Поэтому нормы освещения в развитых странах требуют включения разрядных ламп в различные фазы сети или питания их током высокой частоты, например, свыше 30 кГц. Российские нормы регламентируют значение Кп, которое характеризует глубину пульсации светового потока. Значения Кп в диапазоне от 5 % до 20 % регламентируются в зависимости от точности зрительной работы [11]. В нормах EN 12464-1 сказано, что пульсации освещённости на рабочих местах с длительным пребыванием людей не допускаются [9]. Невидимые глазом пульсации светового потока уменьшаются при использовании в светильниках схем включения «с расщеплённой фазой». В таких схемах одна из ламп в светильнике включается с индуктивным балластом, другая – с индуктивно-ёмкостным. Такое решение принципиально невозможно в одноламповых светильниках. Полное устранение пульсаций светового потока, а заодно и множество других положительных явлений, достигается при включении ламп с высокочастотными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Преобразуя ток питания ламп из 50 Гц в высокочастотный, ЭПРА снижают коэффициент пульсации до величины менее 1 %.

12

2. Источники света

Источники света как средства искусственного освещения являются элементами архитектуры и выполняют разнообразные функции. Свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и создаёт среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.

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).

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

Основным типом тепловых источников света являются лампы накаливания (ЛН). Кроме того, выпускается большое число типов специальных ламп на стандартное напряжение: зеркальные (ЗЛ), галогенные (ГЛН), цветные, прожекторные, а также на пониженное напряжение: мест-

ного освещения, сигнальные, транспортные, для оптических систем, подводные и др.

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 и сверхвысокого давления (более 106 Па).

В свою очередь в первую группу входят: люминесцентные лам-

пы (ЛЛ) и натриевые лампы (НЛНД, ДНаО); во вторую группу – дуговые ртутно-люминесцентные лампы (ДРЛ), ртутные лампы (РЛВД, ДРВЭ и ДРВЭД) и натриевые лампы (НЛВД, ДНаТ); в третью группу – ртутные лампы (РЛСВД, ДРШ), ксеноновые лампы (ДКсТ и ДКсШ) и металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ).

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 её службы. Основной тенденцией сегодня является производство энергоэкономичных ламп.

13

2.1.Цветовая температура

ицветность ламп

Спектральный состав излучения источника света и цветовая отделка интерьера влияют на условия работы органа зрения при работе как с цветными, так и с ахроматическими объектами. Светоцветовая среда оказывает на состояние человека психофизиологическое действие, проявляющееся в изменении работоспособности, функций зрения, артериального давления и т.д. Спектр излучения может оказывать как стимулирующее, так и угнетающее воздействие на человека.

При работе с цветными объектами оптимальными являются источники света со спектром, близким к спектру естественного света. Зрительные задачи при работе с цветными объектами мoгyт быть различны: контроль цвета, сопоставление цветов, различение цветов. Различны должны быть и требования к цветовым характеристикам источника света.

Для описания спектра излучения источника света предназначена цве-

товая температура или температура цвета [11, 9]. Цветовая темпера-

тура любого источника электромагнитных волн, в том числе световых,

определяется путём сопоставления спектральных характеристик источника и абсолютно чёрного тела. Для тепловых источников света,

таких, как лампы накаливания, в том числе и галогенные, эта температура примерно соответствует реальной температуре спирали накаливания. А для люминесцентных ламп – это абстрактная величина, характеризую-

щая цвет свечения. К примеру, цветовой температуре 5500 °K соответствует неяркий естественный дневной свет в полдень. Лампы накаливания обычно имеют цветовую температуру 2700 °К.

Примерные значения, характерные для современных ламп, таковы:

•2500-2700 °К – «теплый белый» свет (warm white), на самом деле светло-жёлтый,какулампнакаливанияи3000-3100°К–уГЛНиЛЛ;

•3300-3500 °К – почти нейтрально-белый свет (white);

•4000-4200 °К – «холодный белый» свет (cool white), имеет слабый голубой оттенок;

•6000-6500°К–«дневной»свет(daylight)сбольшойдолейголубого

в спектре [9].

«Белый свет» – это равномерное смешение излучения во всем видимом диапазоне, добиться которого практически невозможно. Вот почему, большинство производимых люминесцентных ламп относят к лампам «тёплого» белого (2700 °К) или «холодного» белого (4000-4200 °К) свечения, смотря, что преобладает.

14

Разныелампы,дажееслиониимеютодинаковуюцветностьсвета,могут даватьсовершенноразноевосприятияцветатого,чтоониосвещают.Характеристика цветопередачи лампы описывает, насколько натурально выглядятокружающиенаспредметывсветеэтойлампы.Существуетшестьуровней цветопередачи. Лампы уровней 1А и 1В обеспечивают самую лучшую цветопередачу. Выражением цветопередачи является общийиндекс цветопередачи Ra. Для определения величины Ra из окружающей среды выбирают 8 тестовых цветов, которые освещаются тестируемой лампой, а затем стандартной лампой, имеющей такую же цветовую температуру (от температуры «черного тела» до дневной). Чем меньше разница в цветопередаче между тестовыми цветами, тем лучше цветопередача исследуемой лампы. Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света. Этот показатель по принятой системе оценки может иметь значение от 0 до 100 (100 означает самую лучшую цветопередачу – как у солнца). Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта. Считается, что лампы с Ra от 90 до 100 (код 930 – первая цифра обозначает индекс цветопередачи) обеспечивают отличную цветопередачу, от 80 до 90 (827, 840) – очень хорошую, от 70 до 80 – хорошую, от 60 до 70 – удовлетворительную, менее 60 – плохую. Лампы дневного света в отличие от «тёплых» ламп одинаковой мощности, как правило, имеют меньший световой поток, но лучшую цветопередачу (Rа > на 15-20 %). Оценка цветопередачи по Ra осуществляется в основном для источников света, а не для светоцветовой среды помещения. Источник рассматривается изолировано от цветовой отделки интерьера и условий освещения.

Индексы цветопередачи ламп:

•галогенные лампы и лампы накаливания – 100;

•стандартных люминесцентных – до 75;

•люминесцентных ламп с 3-хполосным люминофором – до 85;

•люминесцентных ламп с 5-типолосным люминофором – свыше 90;

•металлогалогенных – 70-90.

Цветовая температура света имеет ярко выраженный климатический оттенок. В южных странах более предпочтительно воспринимается свет с высокой цветовой температурой, холодный, свыше 4000-6500 °К. После 8000 °К свет уходит в ультрафиолетовую область спектра и становится невидимым. В странах с более холодным климатом лучше воспринимается свет с тёплой цветовой температурой – 4000-2500°К. Стандартами предусматривается, что источники света с индексом цветопередачи Ra менее 80 не должны применяться внутри помещений с постоянным пребыванием людей.

15

При выборе цветовых параметров источников света, кроме того, используется понятие цветоразличения – это чувствительность глаза квосприятиюцветовыхразличий.Измеренияцветоввинтерьерепоказали, что требуемая способность цветоразличения глаза должна находиться в следующих диапазонах: при контроле цвета – 1-2 порога, при сопоставлении цветов – 1-3 порога, при различении цветов – 3-5 порогов, при отсутствии требований к цветоразличению – 5-10 порогов. Для правильного выбора источника света при освещении различных зрительных задач необходимо установить способность цветоразличения глаза при разных источниках света.

От спектрального состава источника света зависит цвет освещае-

мой поверхности. Наибольшее изменение цвета отделочных материалов наблюдается при освещении лампами ЛН, ДНаТ и ДНаО, наименьшее – при ДРЛ и ДРИ. Наибольшим изменениям подвержены насыщенные цвета при прочих равных условиях. Ахроматические цвета сохраняют цвет, если в поле зрения нет источника света другого спектрального состава. Ряд источников света значительно искажает цветовой тон, снижает насыщенность цвета и уменьшает светлоту материалов.

В связи с этим не рекомендуется освещать:

•тёмно-синие материалы лампой ДРЛ;

•тёмно-синие, светло-зелёные – ЛН;

•голубые, синие и зелёные – ДНаТ.

С целью рационального использования светового потока и небольших цветовых сдвигов рекомендуется освещать:

•серо-бежевые и темно-зелёные материалы – ЛН;

•темно-зелёные – ДРИ и ДРЛ;

•серо-бежевые – ДНаТ.

Чтобы цвет материала при искусственном освещении несущественно отличался от цвета при дневном освещении, рекомендуется:

•светло-голубые, тёмно-голубые и тёмно-зелёные материалы освещать лампами ЛН, ДРЛ, ДРИ;

•тёмно-синие – ДРИ;

•серо-бежевые – ДРЛ, ДРИ, ДНаТ;

•светло-зелёные – ДРЛ, ДРИ.

В зависимости от зрительной задачи рекомендуются различные цветности света. Например, лампы «тёпло-белого» цвета используются в интерьерах для создания атмосферы уюта и тепла, физического комфорта (жилые помещения, театры, концертные залы, фойе, детские сады, рестораны, бакалея, коридоры, ванные, туалеты, книжные магазины, цветы,

16

продукты питания, хлебобулочные изделия, сыры, фрукты, овощи, мясо, кожа, текстиль, одежда вообще). Лампы нейтрально-белого света лучше применятьтам,гдетребуетсясовместитьестественныйсветсестественным цветом (бюджетные, официальные учреждения, офисы, кабинеты, классы, склады, отделы отгрузки, спортивные и универсальные залы, супермаркеты и т.п.). Лампы «дневного» света обеспечивают более естественное восприятие красок и точно передают цветовые контрасты (офисы, вестибюли, дизайн-бюро, изостудии, лаборатории, универмаги, супермаркеты, выставочные залы, лечебные кабинеты, фото, часы, ювелирные изделия контроль цвета, холодильные прилавки и шкафы, канцтовары и т.д.).

Для большинства офисной мебели свет должен быть максимально холодным, так как обстановка, использующая хром, стекло и мрамор или чёрныйибелыйцвета,отличновыглядитвхолодном,освежающемсветецвета температуры 4000 °К. Мебель, сделанная из дерева и ткани в тёплых или пастельных тонах, требует тёплого света в цветах температуры 2700-3000°К.

Ультрафиолетовое излучение с заданными свойствами является сегодня передовой технологией. Оно стерилизует воду и поверхности, упрочняет краски, адгезивы и пластмассы, экспонирует печатные платы и идентифицирует поддельные документы, испорченные продукты питания и микротрещины в деталях. И, кроме того, УФ излучение может эффективно использоваться в целях рекламы и для создания специальных световых эффектов в театрах, клубах и барах.

2.2.Тепловые источники света

Втепловых 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 появляются видимые длинноволновые лучи спектра. Лампы накаливания представляют собой проводник, обладающий

высоким сопротивлением, находящийся в вакууме в стеклянной колбе. Классификация ЛН чаще всего производится по двум признакам:

по назначению и по конструкции (технологии изготовления) [6, 9].

ПоназначениюЛНразделяютналампыобщегоназначения–предна-

значены для освещения помещений и открытых пространств, рассчитаны на напряжения 127 и 220 В, лампы местного освещения – для освещения рабочих мест и лампы специального назначения – транспортные лампы, для сигнализации и индикации, для оптических систем и приборов,

17

метрологические лампы, для технологических целей, для специальных светотехнических систем и установок.

В основе классификации по конструкции лежит принцип группиров-

ки ламп, которые можно изготавливать на однотипном технологическом оборудовании. Это, прежде всего, определяется размером и формой колб, от которых зависят размер и конструкция ножек, тела накала, вводов, тип цоколя, а значит, и характер соответствующего технологического оборудования. Выделяют девять классов ламп: крупногабаритные (шар-конус),

среднегабаритные (шар-конус и грибообразные), малогабаритные (шар-

конус или шарообразная), миниатюрные (шарообразная или цилиндрическая, ножка бусинковая),сверхминиатюрные(безножечная конструкция), цилиндрические (цилиндрическая, преимущественно одноцокольные, тело накала развёрнуто вдоль оси лампы), лампы-фары (специальные формы, сваренные из штампованных стеклянных деталей, выполняющих роль отражателя и рассеивателя), лампы-светильники (специальные формы, выдувные, часть колбы выполняет функцию отражателя, купол – рассеивателя), галогенные (кварцевые трубчатые колбы).

Лампы накаливания могут классифицироваться и по другим признакам, например, по напряжению: на стандартное напряжение: зеркаль-

ные, галогенные, цветные, прожекторные, на понижение напряжения:

местного освещения, сигнальные, транспортные, для оптических систем, подводные и др.; по мощности; по характеру среды, окружа-

ющей тело накала (вакуумные – В , газополные – Г , т.е. биспиральные аргоновые – Б , биспиральные криптоновые – БК, ксеноновые с разным содержанием азота, галогенные ГЛН – с добавкой к наполняющему газу определённой доли галогенов).

Приведённая классификация носит относительный характер, так как чёткие грани между отдельными классами ЛН провести невозможно.

Лампы накаливания общего назначения (ЛН) – тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием жёлтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета [4, 6, 9]. Поэтому при освещении ими восприятие цвета заметно отличается от дневного: красные и оранжевые цвета воспринимаются более яркими, чем днём; зелёные, синие, фиолетовые – жухнут; бледно-жёлтый цвет выглядит как белый. Лампы имеют широкий диапазон номинальных значений.Ряднапряженийпростираетсяотединицдо380В,рядмощностей– от долей ватта до 10-20 кВт, световой поток – от долей люмена до сотен тысяч люменов, сила света – от долей канделы до десятков тысяч кандел, диаметр колбы от 1-2 до 200 мм и более. Форма колб в основном

18

шарообразная, и лишь некоторые типа ламп выпускаются грибовидными (прил. 1.1). Кроме прозрачных, лампы мощностью до 150 Вт изготавливаются в матированных, молочных, опалиновых и цветных колбах. Лампы выпускаются вакуумные, с аргоновым и криптоновым наполнением. К этой же группе относятся неодимовые и сейсмостойкие лампы накаливания, которые обладают некоторыми особенностями. При изготовлении колб неодимовых ламп используется стекло с добавками окиси неодима, которое поглощает часть излучения в жёлтой области спектра, что позволяет улучшить качество света. Свет таких ламп придаёт яркий вид предметам, подчеркивая различные оттенки цветов. Конструкция тела накала сейсмостойких ламп выдерживают сейсмоудар при пиковом ударном ускорении 200 мс2 (20 g) и длительностью действия 30-50 мс.

Лампы накаливания рекомендуется применять преимуществен-

но в бытовом и декоративном освещении, а также там, где к освещению не предъявляют особых требований, а потребление и срок службы ламп не являются определяющими факторами: для освещения вспомогательных помещений гражданских зданий (фойе, вестибюли и т.п.); в парадных помещениях общественных зданий, если этого требует архитектурное решение интерьера (в кабинетах руководителей, залах заседаний и совещаний, выставочных залах, конференц-залах и т.п.); в неотапливаемых помещениях; для аварийного и местного освещения.

Достоинства ламп накаливания: имеют небольшую стоимость,

экологичны, 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.

Недостатки ламп накаливания: коэффициент полезного действия составляеттолько6-8%,онивбольшейстепенинагревают,чемосвещают (дают 95 % тепла и лишь 5 % – света), имеют низкую световую отдачу (7-17 лм/Вт), короткий срок службы (около 1000 ч.) и излучение преимущественно жёлто-красной части спектра. По мнению большинства экспертов, лампы накаливания устарели и являются «вчерашним днем».

Зеркальные лампы являются одной из разновидностей ламп накаливания.Верхняячастьколбытакойлампыпокрытаотражающимсветслоем. Это зеркальное покрытие защищает конструкцию лампы от перегрева, и в то же время позволяет самой лампе светить ярче. При этом другая часть колбы остается матовой, а свет от неё равномерный, рассеянный.

19