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

большой срок службы (до 12000 часов, при использовании электронных пускорегулирующих устройств до 20000 часов); ртутно-вольфрамовые лампы не требуют пускорегулирующего аппарата; компактные размеры; обладают высокой надёжностью; позволяют снизить затраты на установку и техническое обслуживание.

Недостатки ртутных ламп: плохая цветопередача; долгое зажигание и перезажигание (до 5 минут).

Ртутные лампы (ртутно-вольфрамовые лампы – ДРВЭ и ДРВЭД) работают на использовании излучения электрического разряда в парах ртути, где 40 % излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра (прил. 1.3). Для увеличения светоотдачи ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, которым покрыта колба лампы. Применяют в физиотерапии в качестве мощного источника ультрафиолета (эритемное облучение), в декоративном освещении садов

ипарков, для облучения светящихся красок (в театре, цирке, живописи). Использование зеркальных (рефлекторных) ламп, позволяет применять их для внутреннего и уличного освещения. Комбинация ртутной лампы

илампы накаливания улучшает их цветопередачу. Существенный недостаток этих ламп, кроме низкого качества цветопередачи, – большая глубина пульсации светового потока.

Натриевые лампы (НЛВД, ДНаТ – «дуговая натриевая трубча-

тая лампа») являются одноцокольными лампами с разрядной трубкой из спеченного оксида алюминия, помещенной в вакуумированную внешнюю колбу из силикатного или твёрдого стекла (прил. 1.3). Разрядная трубка содержит смесь паров натрия и ртути с ксеноном, из-за чего имеет сплошной спектр излучения, с максимумом в жёлто-оранжевой области. Свет от них с золотисто-белым или оранжево-жёлтым оттенком. Все типы ламп имеют стандартный винтовой цоколь. Лампы включаются в сеть с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой. Несмотря на высокую стоимость, их применение даёт заметную экономиюкапитальныхиэксплуатационныхзатрат,поэтомуониприменяются для освещения пешеходных дорог и площадей, спортивных и транспортных сооружений, аэродромов, стройплощадок, открытых и закрытых складов, высоко-пролетных производственных помещений, некоторых монументов, памятников архитектуры и крупных общественных зданий с кратковременным пребыванием людей (вокзалы, аэропорты и т.д.), иногда в сочетании с другими источниками. Еще одна распространённая область применения лампы ДНаТ – освещение в теплицах, цветниках или питомниках для растений.

30

Достоинства натриевых ламп: высокий уровень светоотдачи (до150лм/Вт);длительныйсрокслужбы(до32000часов);незначительное снижение светового потока при длительном сроке службы; малочувствительность к температуре окружающего воздуха (от -60 до +40); энергетическаяэкономичность;высокийсветовойпоток;высокийКПД(примерно 30 %); перерабатываемость – полностью без свинца, 96 % материалов можно вновь использовать; совместимость – работают во всех осветительных установках, удовлетворяющих стандартам МЭК; надёжность – малое количество ранних отказов в первые 4000 часов горения.

Недостатки натриевых ламп: плохая цветопередача (Ra = 20),

которую можно улучшить, используя разнообразные газовые смеси

илюминесцирующие материалы, а также изменяя давление в лампе, что, однако, уменьшает КПД и световой поток лампы; долгое зажигание

иперезажигание (до 15 минут); значительные пульсации светового потока; использование в качестве наполнителя в большинстве ламп амальгама натрия – смесь натрия и ртути.

Мощность является важнейшей технической характеристикой лампы ДНаТ – выбор ламп определённой мощности должен обязательно соответствовать сфере её применения. Например, лампа ДНаТ 70, 150, 250, 400 Вт является очень эффективной в случае искусственного освещения теплиц, цветников, питомников для растений. Для выращивания растений оптимальным вариантом является лампа ДНаТ 150, или же 250 Вт. ВбольшинствеслучаевдляэтихцелейподойдёттакжелампаДНаТ400Вт (но такие лампы ни в коем случае нельзя помещать ближе, чем в 50 см от растений). Более мощные лампы опасно устанавливать в теплицах

ицветниках: они могут просто сжечь растения.

2.3.3. Газоразрядные лампы сверхвысокого давления

Ртутные лампы (ДРШ – дуговая ртутная шаровая, РЛСВД – трубчатая), имея небольшие размеры и высокую яркость ламп, используются

впрожекторах и проекционных приборах концентрированного света (прил. 1.3). Лампы излучают голубоватый свет. 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.

Дуговые ксеноновые лампы представляют собой разрядную колбу

ввиде трубки (ДКсТ) или шара (ДКсШ) из кварцевого стекла, заполнен-

31

ную ксеноном (прил. 1.3). Лампы включаются в сеть вместе с пускорегулирующей аппаратурой, обеспечивающей зажигание ламп, нормальный режим работы и устранение радиопомех. Электрический разряд характеризуется высокой яркостью и непрерывным спектром излучения, близким к солнечному и обеспечивающим высококачественную цветопередачу.

Лампы большой единичной мощности (от 5 до 100 кВт) с колбами, не пропускающими ультрафиолетовые лучи, широко применяются для освещения спортивных и выставочных залов. Лампы небольших размеров и мощностью 75-2000 Вт применяются в проекционных приборах с цветным изображением. Мощные лампы способны работать при низких температурах на территориях, где нужно создать небольшую освещённость (открытые карьеры, строительные площадки, сортировочные станции) или обеспечить хорошее цветовоспроизведение (полихромные архитектурные ансамбли, выставки, теплицы, имитаторы солнечного излучения, кинопроекция цветных или чёрно-белых фильмов). Их устанавливают на большой высоте, чтобы избежать ослепления. В темноте свет ксеноновых ламп кажется холодно-белым, зрительно «разбеливающим» цвет предметов. Срок их службы и световая отдача примерно в два раза ниже обычных люминесцентных ламп, недостатком таких ламп является очень большая пульсация светового потока, избыток в спектре ультрафиолетовых лучей (поэтому они запрещены для освещения помещений, где освещённость должна быть не ниже порядка 150 лк).

Металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ) – это ртутные лампы высокого давления, в разрядную горелку которых, кроме ртути и аргона, вводятся в строго дозированных количествах смеси галогенов (галлия, натрия, индия, олова, лития), редкоземельных (диспрозий, гольмий, тулий) и других элементов в виде легко испаряющихся солей. Подобрав определённую комбинацию наполнителей, можно получить любой спектр излучения. Добавки значительно улучшают световую отдачу и характеристики цветопередачи ламп. Металлогалогенные лампы дают белый свет с различной цветовой температурой. Любые предметы и растения под ними смотрятся абсолютно естественно.

Различаются основные группы ламп по применению: МГЛ общего назначения (типа ДРИ – дуговая ртутная с излучающими добавками);

трубчатые и шаровые МГЛ с улучшенным качеством цветопередачи

(ДРИ и ДРИШ – для цветных передач и киносъёмок, в театре, цирке, в проекции крупноформатных диапозитивов, поисковых прожекторах спасательных служб); МГЛ для специальных применений, в основном технологических.

32

По внешнему виду и размерам металлогалогенные лампы очень похожи на ртутную лампу – кварцевая горелка с двумя основными электродами и поджигающим электродом помещена в колбу из тугоплавкого стекла (прил. 1.3). Металлогалогенная лампа, как газоразрядная, для включения и работы требует соответствующую аппаратуру. Загорается она постепенно, достигая полноты свечения в течение 3-10 минут. Для повторного зажигания необходимо охлаж- дение.Лампывыпускаютсясбольшимдиапазономрабочихмощностей–от20 до 18000 Вт и имеют четыре конструктивных исполнения (табл. 3 прил. 1.5).

Двухцокольное исполнение МГЛ – лампы со штырьковыми или резьбовыми цоколями и горелкой, помещенной в прозрачную внешнюю кварцевую колбу трубчатой формы с защитой от выхода УФ-излучения. Имеются лампы с уменьшенным межэлектродным расстоянием, возросшая в последнее время популярность которых объясняется тем, что эта технология позволяет концентрировать большее количество светового потока вблизи оптического центра светового прибора, снижая потери световой энергии и тем самым увеличивая кпд системы.

Одноцокольное исполнение МГЛ без наружной колбы – лампы с минимальными размерами, с безупречным в оптическом отношении качеством света – для компактных светотехнических систем. Специальный цоколь лампы этого исполнения, несмотря на свои очень маленькие размеры, обеспечивает безупречное повторное зажигание из горячего состояния: преимущество для очень компактных светильников.

Одноцокольное исполнение МГЛ с наружной колбой – простые в обслуживании лампы, способные работать длительное время без сервисного обслуживания, но без возможности повторного зажигания из горячего состояния. Наружная колба гарантирует простое обслуживание лампы, оптимальное подавление помех при работе с электронным ПРА, улучшенную по сравнению с двухцокольными лампами регулировку светового потока. Ещё одним достоинством этих ламп является возможность

стабильной работы в любом положении.

МГЛ с отражателем – в ней горелка герметично запаяна в интерференционный отражатель. Основная область её применения – прожекторы дальнего действия с концентрированным световым пучком.

Металлогалогенные лампы применяются в осветительных при-

борах объектов коммерческой недвижимости, торговых залах, музеях, выставочных галереях, служебных помещениях гостиниц и ресторанов, спортивных арен (вследствие современной тенденции к цветной телевизионной передаче спортивных соревнований), в сценических и театральных пространствах (благодаря очень хорошей цветовой температуре

33

ивысокой светоотдаче). Особенно перспективны эти лампы для щелевых световодов (прил. 2.5) благодаря высокой единичной мощности и малым размерам светящегося тела. Эксплуатация всех металлогалогенных ламп разрешена только в специальных закрытых корпусах, что обусловлено их ультрафиолетовым излучением, способным вызвать ослепление светом

иизбыточным рабочим давлением. Для сокращения ультрафиолетового излучения до допустимого предельного значения необходимо использовать соответствующие фильтры.

Достоинства металлогалогенных ламп: высокая световая отдача

(60-110 лм/Вт); большой срок службы (до 5000 часов); схожий со спектром дневного света спектр оптического излучения с цветовой температурой от 3000 до 6500 °K; увеличенная яркость, благодаря чему эти лампы можно назвать почти идеальными источниками концентрированного пучка света; увеличенный индекс цветопередачи до 80-95, что практически соответствует максимально возможной «естественной» передаче цветов освещаемого объекта (100); компактные размеры; низкое тепловое излучение; большая интенсивность света; возможность у некоторых типов ламп повторного зажигания из горячего состояния в любой стадии охлаждения и регулирование светового потока лампы.

Недостатки металлогалогенных ламп: не подходят для плавной регулировки; долгое зажигание и перезажигание; необходимость всегда иметьподрукойдорогойиобъёмныйвысоковольтныйисточникпитания.

Возможности и особенности новых металлогалогенных ламп: цве-

товаятемпературадостигает7200°К,ивизуальноонивоспринимаются

как более яркие, но индекс цветопередачи уменьшается с Ra = 90-95 до Ra = 80-85; в специально подобранных спектрах излучения представлены все длины волн видимого диапазона – использование новых технологий по наполнению ламп специально подобранными химическими элементами; уменьшено расстояние между электродами до 4-5 мм, тогда как у обычных – 7-9 мм (короткодуговая лампа ближе к точечному источнику света, чем обыкновенная – это позволяет миниатюризировать приборы); возможностьгорячегоперезапуска;работабезпускорегулирующейаппаратуры; золотое напыление на цоколях для обеспечения более надежного подключения, уменьшив вероятность повреждения цоколя и лампы. Всё это заметно снижает эксплуатационные расходы: замена, обслуживание, кондиционирование помещения, плата за электроэнергию.

Предполагаемые основные области применения новинок: TV-студии, киноиндустрия, ток-шоу, театры, цифровое проецирование (новая область), ночные клубы, бары, дискотеки.

34

2.4. Светодиоды

Светодиоды – источники света, принцип работы которых основан на электролюминесценции кристалла полупроводника при протекании по нему электрического тока [9]. В своём применении они прошли путь от приборов индикации в светосигнальных системах управления дорожным движением, на железных дорогах, в аэродромных системах освещения до источников света для зданий и сооружений различного назначения [16]. По мнению большинства специалистов, будущее освещения – за лампами и светильниками на светодиодах, как высокоэффективных источников светадлявсехвидовосвещения(общего,промышленного,уличногоит.д.) в случаях, когда требуется обеспечить высокий световой поток при небольших размерах изделия. Современные светодиоды перекрывают весь диапазон цветовых температур белого цвета – от 2600 до 100000 °K. По оттенкам белого цвета светодиоды делятся на три группы: тёплый (2600…3700 °K), естественный (3700…5000 °K) и холодный

(5000…10000 °K) белый цвет.

Решения, использующие полупроводниковые светодиоды в качестве источников света, многократно превосходят осветительные приборы с традиционными источниками света, такими как лампы накаливания

илюминесцентные лампы, благодаря своим неоспоримым преимуще-

ствам: низкое рабочее напряжение, низкое энергопотребление (не более 10 % от потребления при использовании ламп накаливания); высокая све- тоотдача;продолжительныйсрокслужбы–до100000часов;стойкость к механическим воздействиям – ударная и вибрационная устойчивость; простота в монтаже и эксплуатации (не требуют специальной аппаратуры для включения); чистота и разнообразие цветов (белый, красный, синий, зеленый, желтый, RGB), направленность излучения; экологическая

ипожарная безопасность (не содержат вредных испаряющихся и токсичных веществ (ртуть, свинец и т.д.) и почти не нагреваются);высокий КПД; высокая надёжность; регулируемая интенсивность; нет вредных УФ и ИК излучений; малые размеры.

Мощные светодиоды выпускаются в экономичных корпусах для поверхностного монтажа, позволяющих использовать высокоэффективные технологии производства готовых изделий на печатных платах

истандартных технологических процессов пайки без применения клеев

идополнительных приспособлений (прил. 1.4). Серия мощных светодиодов быстро развивается и пополняется. Непрерывно ведутся работы

35

по повышению значений светового потока и световой отдачи, а также надёжности светодиодов. Новым семейством является многокристальный светодиод, который обеспечивает в четыре раза больший световой поток, чем светодиоды предыдущей серии, при одинаковых габаритных размерах [16]. Снижают себестоимость изделий за счёт уменьшения количества составляющих компонент. Сборка светодиода осуществляется в корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.

Cветодиодные лампы для внутреннего освещения жилых и общественных помещений стандартов GU10, GU5,3, E14, E27 (стандартные габаритные размеры, идентичные всем традиционным лампам) используются как альтернатива галогенным лампам, лампам накаливания и трубчатым люминесцентным лампам, в местах, где есть ограничения по нагрузке на сеть (прил. 1.4). Лампы имеют рабочее напряжение 12 В или 220 В, а их номинальная мощность, в зависимости от цвета и количества светодиодов, составляет 0,5-9,0 Вт.

Одна из новейших разработок – лампа со специальным покрытием, состоящим из призматических микрочастиц, излучает свет, аналогичный полуденному. Известно, что спектральный состав солнечного света изменяется в зависимости от времени суток: в полуденном свете преобладают синие составляющие, стимулирующие активность, в вечернем доминируют жёлто-красные, располагающие к отдыху. Другая современная разработка – лампа, которая является источником мягкого, вечернего света. Её покрытие состоит из круглых микрочастиц, которые увеличивают количество желтых составляющих света, не снижая при этом его силы.

Применяются светодиодные лампы для: общего рабочего и местного освещения; декоративного освещения; рекламного освещения; подсветки интерьера (встроенная подсветка стен, сцены, ступеней, подвесных потолков); создания контражурной подсветки; торцевой подсветки оргстекла и стекла; использования в объёмных световых конструкциях с кривизной различных радиусов и узкими стенками. К декоративному освещению предъявляется целый ряд требований: оно должно быть безопасным и создавать приятную атмосферу. Успешно используются в витринах, так как не нагреваются до высоких температур. Могут использоваться в системах специального назначения.

Светодиодные модули, линейки и ленты [16] представляют собой герметичные модули из ударопрочного полистирола с расположенными внутри с некоторым шагом светодиодами, используются в декоративной подсветке деталей интерьера и подвесных потолков (прил. 1.4). Изготавливаются в виде гибкой и прочной платы.

36

3. Светильники и их выбор

Источники света в комплекте со светотехнической арматурой, предназначенной для концентрации и перераспределения светового потока, измененияспектральногосоставасвета,защитыглазотчрезмернойяркости лампы, предохранения её от воздействия среды и механических повреждений, крепления и подключения к сети называют световым прибором.

Эффективность использования электроэнергии для освещения в значительной степени определяется номенклатурой и параметрами световых приборов, которые являются не только необходимыми функциональными, но и важными архитектурными и декоративными элементами интерьера и города.

Классификация световых приборов осуществляется по ряду признаков:

По основной светотехнической функции подразделяются на освети-

тельные и светосигнальные.

По характеру светораспределения – на светильники (приборы ближнего действия – до 15-30 м) и прожекторы (приборы дальнего действия).

По условиям эксплуатации – на приборы для помещений, открытых пространств и экстремальных сред (под водой, в космосе).

Поосновномуназначению–нагруппы,отличающиесясвоимдизайном, конструктивным исполнением, мощностью, светораспределением и т.д.

3.1.Классификация светильников

ВРоссии в настоящее время действуют две системы стандартов на бы- товыесветильники–ГОСТиздания1972годаиГОСТиздания1997…1999 годов. Первый стандарт морально устарел и не отвечает многим законам

имировым стандартам. Вторая же система основана на передовых достижениях науки и техники и, по существу, является аутентичным переводом стандартов, разработанных Международной Электротехнической Ко-

миссией (МЭК). Классификация светильников устанавливается согласно ГОСТ 17677-82 [2], позволяя узнать о светильнике исчерпывающую информацию, даёт возможность максимально точно описать интересующий продукт. Основными светотехническими характеристиками светильников являются: кривая силы света, защитный угол, коэффициент полезного

действия (КПД = Фсв/Фл), соотношение световых потоков в нижнюю и верхнюю полусферы [1, 9].

37

и неограниченным, узким и широким. Для симметричных светильников характеристикой служит кривая продольной силы света (рис. 2-4 прил. 2.1). Чем больше кривая силы света напоминает овал, вытянутый вдоль оси светового потока, тем уже считается кривая и тем лучше освещённость в центре светового пятна. Вид этой кривой – важнейшая характеристика источника света. От того, как распределяется в пространстве световой поток светильника общего освещения, очень сильно зависит способность человека точно различать мелкие детали предметов.

Световые приборы могут создавать: векторное освещение, при котором свет, достигающий рабочую поверхность или освещаемый объект, имеет чётко выраженную направленность светового потока; скалярное, диффузноеосвещение, при котором световые потоки равномерно освещают объект наблюдения – бестеневое освещение.

ГОСТом устанавливается 7 типовых кривых силы света (рис. 5

итабл. 1 прил. 2.1). Тип кривой силы света может указываться для любой из полусфер и любой из меридиональных плоскостей. Если полусфера

иплоскость не указаны, то подразумевается нижняя полусфера и круглосимметричное светораспределение.

Защитный угол светильника определяется углом, образуемым гори-

зонталью, проведённой через тело накала, с пограничной линией (рис. 6-7 прил. 2.2). Защитное устройство влияет на светотехнические характеристики светильников: ограничивает блёсткость, перераспределяет световой поток и защищает внутреннее пространство светильника от запыления, а в ряде случаев от увлажнения. Имеет вид экранирующих решёток – диффузоров из листового металла и пластмассы; светотехнического стекла: матированного, молочного, многослойного, накладного, узорчатого, призматического; рулонных гофрированных материалов и плёнки.

Основной составляющей светильника является оптическая часть, которая обеспечивает требуемое светораспределение, защиту глаз от чрезмерной яркости источника света, а также определяет его КПД. Соответственно своему назначению оптическая часть светильника выполняется в виде:

•отражателя-рефлектора, который перераспределяет световые потоки, падающие на внутренние поверхности светильника, в соответствии с требованиями освещения в помещении;

•рассеивателя или затенителя, уменьшающего яркость источника света или экранирующих глаз человека от чрезмерной яркости источника;

38

•преломлятеля, который перераспределяет световой поток при выходе его из светильника.

Классификация светильников:

1. В зависимости от назначения делятся на: светильники общего освещения, обеспечивающие освещение пространства интерьера;

светильники местного освещения, предназначенные для освещения рабочих поверхностей или локального освещения части помещения.

2.По характеру светораспределения разделяются на 5 классов в зависимости от соотношения светового потока, направляемого в нижнюю полусферу, к полному световому потоку: прямого света, преимуще-

ственно прямого света, рассеянного света, преимущественно рассеянного света, отражённого света (табл. 2 прил. 2.3).

3.По характеру размещения могут быть:

•мобильными (переносными), не связанными с конструкцией здания, которые в зависимости от места расположения и способов крепления к ограждениям подразделяются на: плафоны, которые крепятся непосредственно к потолку; бра, монтируемые на кронштейнах к стене; люстры, подвешиваемые обычно к потолку;тор-

шеры, устанавливаемые на полу; переносные настольные лампы;

•стационарными (встроенными), конструкции которых неотделимы от общего архитектурного решения интерьера: применяются в виде светящих карнизов, светящих потолков, шахт, панелей, точек, искусственных окон, фонарей и т.д.

В интерьере различают светильники потолочные, подвесные,

настенные, напольные, настольные.

4. По конструктивному исполнению, рассчитанному на определённые условия эксплуатации и окружающей среды (табл. 3 прил. 2.3) подразделяются на: открытые, когда лампа не изолируется от внешней среды;защищённые, когда лампа изолируется от внешней среды защитным стеклом; защищённые от влаги, когда детали защищены влагостойкими антикоррозионными покрытиями, обеспечивающими необходимую изоляцию токоведущих проводов, или сделаны из влагостойких материалов – пластмассы, фарфора и др.; пыленепроницаемые, в которых обеспечивается герметизациясопряжениястеклянногоколпакаскорпусомсветильника;взрывозащищённые – световоды, когда устраняется возникновение искр.

5. По функционально-композиционной роли в пространстве подразделяются на четыре группы:

•серийныесветильникидляобщегоосвещения, не претендующие на заметную композиционную роль;

39