Контрольные вопросы

12. Светотехника

Экономия электроэнергии в осветительных установках имеет важное значение, так как в России на нужды освещения расходуется до 13 % вырабатываемой электроэнергии. Это и понятно, так как качественное освещение определяет комфортные условия жизнедеятельности, а без искусственного электрического освещения решить эту проблему невозможно. Больше всего электроэнергии расходуется в общественных, административных зданиях, учебных заведениях – до 60 % от общего объема электропотребления. Кроме того, для ряда предприятий машиностроительной специализации организация рационального освещения остается весьма актуальной.

Следовательно, освоение энергоэффективных систем освещения, обеспечение рационального их использования является одним из определяющих направлений в энергосбережении.

12.1. Основные понятия и определения

Осветительным прибором (ОП) называется электротехническое устройство, содержащее источник света (лампу того или иного типа) и светотехническую арматуру и предназначенное для внутреннего или наружного освещения.

Основное назначение арматуры ОП:

−перераспределение и концентрация светового потока лампы (ламп) в необходимых направлениях в пространстве (с помощью отражателей, рассеивателей, преломителей и экранирующих решеток);

−защита глаз от слепящего действия ламп;

−защита лампы от воздействия факторов окружающей среды (пыли, влаги, механических повреждений);

311

− крепление ламп в ОП и подключение их к источнику питания.

По характеру перераспределения света и назначению ОП делятся на два основные класса: светильники и прожекторы.

Светильник – это ОП, перераспределяющий свет установленных в нем ламп внутри относительно больших телесных углов и предназначенный для освещения достаточно близко расположенных объектов или поверхностей, находящихся на расстояниях, обычно меньших, чем 20кратный максимальный размер светильника.

В светильниках могут быть установлены одна или несколько ламп. Арматура светильников с газоразрядными источниками света включает в себя кроме светоперераспределяющих элементов еще и аппаратуру и устройства для зажигания и стабилизации режима работы ламп.

Прожектор – ОП, перераспределяющий и концентрирующий световой поток лампы внутри малых телесных углов и предназначенный для освещения удаленных объектов или поверхностей, находящихся на расстояниях, которые в десятки, сотни, а иногда и в тысячи раз превышают размеры светового (выходного) отверстия отражателя. Специальные прожекторы служат для световой сигнализации на больших дистанциях.

12.2. Классификация светильников

Классификация светильников по основному назначению

Светильники внутреннего освещения:

•для производственных помещений (цеха промышленных зданий, мастерские и т.д.);

•помещений общественных зданий (административные бюро, банки, магазины, зрительные залы, музеи, театры, крытые спортивные сооружения и т.д.);

•жилых помещений (дома, гостиницы, отели);

312

•средств наземного, подземного, воздушного и водного транспорта;

•закрытых подземных выработок полезных ископаемых (рудники, шахты).

Светильники наружного освещения:

•для автострад, улиц, площадей;

•садов, парков и других городских пешеходных зон;

•автотранспортных туннелей, надземных и подземных пешеходных переходов;

•архитектурного освещения зданий и сооружений, памятников и монументов;

•транспортных средств и технологического оборудования.

Светильники для эксплуатации в экстремальных средах:

•под водой;

•в космосе.

Классификация светильников по основной светотехнической функции:

•общего освещения – ОП, предназначенные для общего («заполняющего») освещения помещения (или открытых пространств);

•местного освещения – ОП, рассчитанные в основном на направленное освещение рабочих поверхностей и, как правило, максимально приближенные к освещаемому объекту или поверхности;

•комбинированного освещения – совмещают функции ОП общего и местного освещения, осуществляя их одновременно или раздельно;

•экспозиционного освещения – ОП, предназначенные для акцентирующего освещения товаров в торговых витринах и залах магазинов, экспонатов в музеях, галереях, на выставках и т.д.;

•декоративные – ОП, являющиеся в основном декоративными элементами интерьера (или экстерьера), и их осветительная функция с этой точки зрения вторична;

313

•ориентационные – ОП, создающие при отключении общего освещения минимальный уровень освещенности, необходимый для визуальной ориентации (например, ночной режим освещения в больничных палатах, освещение путей аварийной эвакуации из помещений); эти ОП обеспечивают также условия, достаточные для идентификации расположения и формы опасных для здоровья человека объектов или препят-

ствий.

Прежде чем перейти к классификации ОП по виду монтажа на месте установки, отметим различие между стационарными и переносными светильниками.

Стационарный светильник – это ОП, жестко закрепленный на месте установки, для демонтажа которого требуется применение какого-либо инструмента.

Переносной светильник – нестационарный ОП с автономным источником питания (батареей, аккумулятором) или подсоединяемый к питающей сети кабелем, который отключается (или не отключается) при перемещении прибора.

По способу установки на месте эксплуатации светильники разделяются на следующие основные группы (рис. 12.1):

•встраиваемые (а);

•потолочные (б);

•подвесные (в);

•настенные (г);

•напольные (д);

•настольные (е);

•венчающие (ж);

•консольные (з);

•ручные.

Встраиваемый ОП стационарно устанавливается в отверстии подвесного потолка, в нише основного перекрытия или стены, внутри техно-

314

логического оборудования или в объеме предметов корпусной мебели.

Рис. 12.1. Классификация осветительных приборов по способу монтажа

315

Потолочный ОП – светильник, стационарно закрепленный непосредственно к опорной поверхности потолка или с помощью узла крепления с hс < 100 мм.

Подвесной светильник (внутреннего освещения) – это ОП, монтируемый на потолке с помощью элементов крепления с hс > 100 мм (металлическая трубка, металлический или полимерный трос или шнур, цепь, кабель и т.д. Многоламповые подвесные светильники для жилого интерьера и парадных помещений общественных зданий называются люстрами. Уличные светильники, закрепляемые на тросах между двумя противостоящими опорами или стенами зданий, также относятся к группе подвесных ОП.

Настенные светильники предназначены для закрепления на вертикальной опорной поверхности (стене, перегородке, колонне).

Настольные светильники устанавливаются на столе, тумбе или другом подобном предмете интерьера, а напольные – на полу помещения.

Венчающий светильник – это наружный ОП, осеметрично закрепленный на вертикальной опоре (светильники для освещения пешеходных зон и садово-парковые ОП).

Консольный светильник – ОП, световой центр которого смещен относительно оси опоры (светильники для освещения автострад, улиц, площадей, закрепляемые к опоре на кронштейне той или иной длины и формы).

Светотехническую классификацию ОП необходимо предварить достаточно подробным разъяснением главных понятий и определений, без которых практически невозможно дальнейшее рассмотрение материала.

Основными функциональными показателями светильников являются: светораспределение, яркостные характеристики, защитные углы, коэффициент полезного действия (КПД), световой поток.

Светораспределение – наиважнейшая функциональная светотехническая характеристика ОП, показывающая, как распределен его световой поток (Ф) в освещаемом пространстве.

316

Наиболее полно в качественном и количественном выражении распределение светового потока лампы или светильника в пространстве определяется формой фотометрического тела и графически описывается кривыми силы света.

Фотометрическое тело – это замкнутая поверхность, представляющая собой геометрическое место точек – концов радиусов-векторов, выходящих из светового центра лампы (или светильника); длина этих векторов пропорциональна силе света Iα в данном направлении (под тем или иным углом к оптической оси ОП). Фотометрическим телом можно охарактеризовать светораспределение как светильника в целом, так и, при необходимости, «голой» лампы, вне арматуры (рис. 12.2).

Рис. 12.2. К определению понятий «фотометрическое тело»

и«кривая силы света» для источников света и осветительных приборов с круглосимметричным светораспределением

317

На практике более удобно пользоваться кривыми силы света (КСС) - линиями, получаемыми сечением фотометрического тела плоскостями определенного типа:

−меридиональные (продольные) плоскости проходят через оптиче-

скую ось ОП (или лампы);

−экваториальные (поперечные) плоскости перпендикулярны опти-

ческой оси ОП.

Светораспределение светильников общего освещения чаще всего описывается КСС в продольных меридиональных плоскостях. ОП, у которых КСС одинаковы для всех меридиональных плоскостей, называются круглосимметричными.

Для характеристики любого круглосимметричного ОП достаточно одной продольной КСС, так как его фотометрическое тело образуется вращением этой кривой вокруг оптической оси светильника (см. рис. 12.2).

Светораспределением ОП с двумя плоскостями симметрии - светильников с линейными источниками света, например, трубчатыми люминесцентными лампами или двухцокольными галогенными лампами накаливания, обычно описывается КСС в двух основных меридиональных плоскостях, перпендикулярных световому отверстию: одна из них является поперечной, другая - продольной (рис. 12.3, а).

Естественно, что фотометрическое тело подобных светильников имеет значительно более сложную форму, чем у круглосимметричных ОП, и может быть отображено только с помощью компьютерной графики.

На рис. 12.3, б в качестве примера изображены КСС типового однолампового люминесцентного светильника прямого света, используемого для общего освещения помещений общественных зданий. Зеркальная решетка формирует в поперечной плоскости два максимума, симметрично расположенных под углом 30 ° к оптической оси.

Важно отметить, что КСС даны в относительных единицах для светильника с условной лампой, имеющей Фл = 1000 лм. Это практикуется

318

Рис. 12.3. Меридиональные фотометрические плоскости, в которых измеряются кривые силы света (КСС) светильников с ЛЛ и других ОП с линейными источниками света (а);

пример КСС встраиваемого светильника с одной ЛЛ и зеркальной экранирующей решеткой (б):

______ в поперечной плоскости,

_ _ _ _ в продольной плоскости

319

обычно во всех каталогах ОП и позволяет легко пересчитать относительные единицы силы света в фактические величины, если известно номинальное значение Фл лампы, устанавливаемой в светильнике с такой КСС.

Например, если используется люминесцентная лампа мощностью 36 Вт с Фл = 2850 лм, то коэффициент пересчета сил света будет равен m = = 2850 : 1000 = 2,85; в случае применения лампы 58 Вт с Фл = 4600 лм соответственно коэффициент m = 4,6.

Из КСС на рис. 12.3, б видно, что осевая сила света составляет I0 ≈

255 кд/103 лм, а максимальная – I30 ≈ 350 кд/103 лм. С учетом изложенных выше пояснений фактические величины этих сил света для светильника

1 x 36 Вт составят: I0 = 255 · 2,85 = 727 кд; I30 = 350 · 2,85 = 997 кд.

Аналогично для конкретного типа светильника могут быть определены реальные значения сил света под любыми другими углами α.

Поясним еще ряд важных понятий (рис. 12.4).

Нижняя полусфера пространства (обозначается символом ) – это часть пространства, лежащая ниже горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр ОП.

Верхняя полусфера пространства () лежит выше горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр ОП.

На рис. 12.4 в качестве примера приведена светооптическая схема современного высокоэффективного подвесного двухлампового светильника с ЛЛ мощностью 36 Вт и его КСС в верхней и нижней полусферах в основной поперечной ( _____ ) и продольной ( _ _ _ ) плоскостях. В нижнюю полусферу световой поток ЛЛ (Фл) перераспределяется зеркальной экранирующей решеткой, в верхнюю полусферу (на потолок) – плоским призматическим рассеивателем.

В нижнюю полусферу светильник излучает 70 % от всего светового потока (Фсв); КСС в нижней полусфере двухлучевая (полуширокая), что обеспечивает равномерность горизонтальной освещенности на рабочей поверхности, достаточную вертикальную освещенность (так как Imax1 ориен-

320

Рис. 12.4. К определению понятий «верхняя и нижняя полусферы пространства», «угол излучения», «осевая, максимальная сила света»

321

тированы под углом 35° к оптической оси), а также необходимое ограничение слепящего действия.

На потолок светильник излучает 30 % от его суммарного светового потока, форма КСС в верхней полусфере исключает резкие перепады яркости на поверхности потолка.

Наряду с рациональной и эффективной формой КСС данный светильник отличается еще и большим КПД (80 %), что достигнуто выходом светового потока ламп в обе полусферы и высоким качеством оптических элементов (зеркальной решетки и призматической панели).

В зависимости от того, как соотносятся световые потоки, излучаемые в верхнюю и нижнюю полусферы светильники подразделяются на несколько классов (табл. 12.1).

Таблица 12.1 Классификация светильников по световым потокам

322

Осветительные приборы классов П и Н – это встраиваемые, потолочные (пристраиваемые к потолку без свеса) и некоторые типы подвесных светильников. К классам светораспределения Р, В, О относятся как подвесные, так и ряд типов напольных светильников.

По форме КСС в любой из меридиональных плоскостей в нижней и (или) верхней полусферах светильники подразделяются в соответствии с табл. 12.2 и рис. 12.5.

Таблица 12.2 Классификация светильников по кривым силы света

323

Рис. 12.5. Типовые формы кривых силы света светильников

(ГОСТ 17677-82):

а– К - концентрированная; Г - глубокая; Д - косинусная;

б– Ш - широкая; Л - полуширокая; в – М - равномерная; С - синусная

324