Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков Основы энергосбережения Глава 12. Светотехника

12.3. Некоторые характеристики осветительных приборов

Коэффициент усиления силы света

При оценке ОП, имеющих КСС с явно выраженным максимумом (светильников с зеркальными отражателями, большинства прожекторов), может представлять интерес такая характеристика, как коэффициент усиления Ку. Он показывает, во сколько раз увеличивается сила света лампы в данном направлении за счет концентрации светового потока оптическими элементами светильника.

Для светильников с круглосимметричной КСС коэффициент усиления определяется следующим соотношением:

Ку = Iα / Iлθ = Iα·4π/Фл,

где Iα – сила света ОП под углом α к оптической оси; Iлθ = Фл/4π – среднесферическая сила света круглосимметричной лампы (ЛН, ДРЛ и т.д.); Фл – световой поток лампы.

Для ОП с двумя плоскостями симметрии (например, светильников с линейными ЛЛ) коэффициент усиления выражается отношением Iα к силе света лампы (ламп) в этом же направлении α: Куα = Iα / Iлα.

Чаще всего применяют понятие максимального коэффициента усиления:

Ку max = Iо max 4π/Фл – для круглосимметричных светильников, у которых осевая сила света Iо имеет максимальное значение;

Ку max = Iо max / Iл max – длясветильниковсдвумя плоскостями симметрии.

Защитные углы

Применение открытых (незаэкранированных) источников света любого типа, как правило, недопустимо из-за возникновения слепящего действия, для исключения которого в светильниках внутреннего освещения используются два основных способа:

−применение рассеивателей (опаловых или призматических), снижающих видимую яркость ламп;

325

− экранировка слепящих частей источников света краями отражателей или решетками в определенных угловых зонах.

Угол, в пределах которого исключена прямая видимость ярких частей ламп (спирали ЛН, трубки ЛЛ, колбы лампы ДРЛ, горелки МГЛ и НЛВД), называется защитным углом светильника (γ).

Понятие защитного угла наглядно разъяснено на рис. 12.6 и 12.7. Для круглосимметричных светильников с отражателями, имеющими

открытое выходное отверстие, защитный угол заключен между горизонталью и линией, касательной к светящему телу лампы и краю отражателя; он

Рис. 12.6. К определению защитного угла круглосимметричных светильников:

а – с ЛН общего назначения; б – с зеркальной ЛН; в – с лампой типа ДРЛ или с натриевой лампой ВД со светорассеивающей внешней колбой;

г – с металлогалогенной или натриевой лампой ВД, горелки которых расположены в бесцветной прозрачной колбе

326

определяется из следующего соотношения (см. рис. 12.6): γ = arctg h/R.

У светильников с линейными источниками света (с трубчатыми ЛЛ и компактными 2-канальными ЛЛ типа ТС-L, РL-L, DULUX L и т.п.) защитные углы, в отличие от круглосимметричных светильников, различны в разных плоскостях. Так, например, в светильниках с ЛЛ и открытыми отражателями (рис. 12.7, а) защитный угол γ в поперечной плоскости больше защитного угла γ' в продольной плоскости.

Наиболее эффективным способом исключения слепящего действия светильников общего освещения с ЛЛ является применение экранирующих решеток, с помощью которых можно обеспечить практически любые необходимые защитные углы в обеих основных плоскостях (рис. 12.7, б).

Рис. 12.7 Защитные углы светильников с линейными ЛЛ и другими протяженными источниками света:

а – с отражателем и открытым выходным отверстием; б – с экранирующей решеткой. В поперечной плоскости: γ = arctg h/а; в продольной плоскости:

γ´= arctg h´/a´

Защитный угол, создаваемый экранирующей решеткой, в общем случае определяется выражением γ = arctg h/a, где h – высота планок ре-

327

шетки, а – сторона ячейки решетки.

Величины защитных углов для ОП общего и местного освещения нормируются в зависимости от типа светильника, высоты его размещения, системы освещения и назначения помещения и обычно лежат в пределах γ = 15 – 30°, в некоторых специальных случаях γ = 45°.

Для светильников с рассеивателями используется понятие условного защитного угла. Этот угол характеризует зону, в которой яркость лампы (ламп) должна быть уменьшена до допустимых значений с помощью рассеивателей из замутненной или призматической пластмассы или стекла.

Яркостные характеристики

Ограничение яркости L видимых поверхностей светильников – это важный показатель качества освещения, так как именно яркость является той световой величиной, на которую непосредственно реагирует глаз человека. Превышение предписанных нормами и стандартами величин L недопустимо в связи с вероятностью возникновения слепимости.

Чаще всего нормируется значение средней (габаритной) яркости, которая является отношением силы света светильника в направлении, характеризуемом углом α, к площади проекции видимой светлой поверхности светильника s на плоскость, перпендикулярную этому направлению (Lг = = Iα/sα). Когда светящая поверхность под определенными углами наблюдения имеет резкие перепады яркости, например у светильников с зеркальными решетками, то необходимо учитывать и максимальные значения яркости Lmax.

Слепящее действие осветительной установки (ОУ) не остается постоянным при изменении расположения светильников относительно линии зрения работающих. Кроме того, вероятность восприятия ярких зон светильников под различными углами также неодинакова. В связи с этим максимально допустимые значения Lг различны для разных направлений в пространстве.

Ограничение яркости светильников имеет особое значение при ос-

328

вещении помещений, где выполняются длительные и напряженные зрительные работы (административные и конструкторские бюро, школьные классы, аудитории), а также в ОУ детских и лечебных учреждений. Ограничение яркости чаще всего нормируется в угловой зоне от 60 до 90° (отсчет от вертикали). Предельно допустимые величины яркости светильников при этом (в зависимости от назначения помещения) обычно лежат в пределах: Lr = (2 – 4)·103 кд/м2, Lmax = (5 – 8)·103 кд/м2.

В ряде специальных случаев требуется более жесткое ограничение яркости ОП внутреннего освещения, например в помещениях с видеотерминалами (персональными компьютерами, телемониторами). Для исключения мешающих зеркальных отражений в дисплеях яркость потолочных или встраиваемых светильников хотя бы в: двух основных плоскостях не должна превышать 200 кд/м2. Это требование выполнимо в светильниках с ЛЛ только при применении в них зеркальных экранирующих решеток с параболическим профилем продольных и поперечных элементов. Указанная выше предельная величина яркости выходных отверстий светильников нормируется в угловой зоне α = 60 – 90 °. Ограничение яркости величиной 200 кд/м2 гарантирует отсутствие не только отраженной блескости в дисплеях, но и надежно исключает прямое слепящее действие светильников по направлению к линии зрения оператора видеотерминала.

Коэффициент полезного действия

Световой поток Фсв, выходящий из светильника, всегда меньше светового потока Фл установленной в нем лампы (ламп). Это вызвано неизбежным поглощением света элементами светильника: отражателями, экранирующими решетками, рассеивателями, защитными стеклами, фильтрами. Чем меньше эти потери, тем экономичнее ОП.

Отношение вышедшего из светильника светового потока к номинальному световому потоку установленной в нем лампы (ламп) определяет коэффициент его полезного действия η = Фсв/ΣФл · 100 %.

Для светильников общего освещения помещений необходимо знать,

329

какая доля Фл излучается в нижнюю () и верхнюю () полусферы пространства, поэтому общий КПД иногда разделяется на две составляющие:

η = η + η,

где η = Фсв/ΣФл , η= Фсв/ΣФл.

В каталогах зарубежных фирм указываются доли светового потока светильников, направляемые в нижнюю и верхнюю полусферы:

φ= Фсв/Фсв; φ= Фсв/Фсв.

Как известно, световой поток обычных ЛЛ зависит от окружающей лампу температуры tокр и снижается в той или иной степени, если tокр уменьшается или повышается относительно оптимальной (номинальной)

температуры окружающего воздуха (tн ≈ 25°С). У компактных ЛЛ световой поток зависит как от tокр, так и от положения горения. Поэтому светильники с линейными, кольцевыми, U-образными и компактными ЛЛ правильнее характеризовать эксплуатационным КПД:

ηэ = Фсв(t)/ΣФл (tн)·100 %,

где Фсв(t) – световой поток, вышедший из светильника при данных условиях эксплуатации (tокр для ЛЛ, для КЛЛ – tокр и положение горения); ΣФл (tн)

– световой поток ламп, измеряемый вне светильника при tн = 25 °С; эта величина Фл указывается в каталогах фирм-изготовителей.

Характерные величины эксплуатационных коэффициентов полезного действия ряда типовых конструкций светильников с ЛЛ для освещения помещений приведены ниже:

330

Внешние факторы, влияющие на надежность, работоспособность и срок службы осветительных приборов:

1) температура окружающего воздуха, 2) напряжение и частота тока питающей сети, 3) пыль и другие построение тела, химически агрессивные и взрывоопасные жидкости и газы, 4) влажность воздушной среды, 5) вибрационные и ударные нагрузки, 6) УФ-излучение источника света и естественный УФ, 7) механические воздействия на узлы уплотнения при обслуживании (пластическая деформация пластмасс, старение прокладок и т.д.).

Основными функциональными показателями, определяющими эксплуатационную надежность осветительного прибора как электротехнического изделия, являются следующие виды безопасности:

−электрическая (защита пользователя или обслуживающего персонала от поражения током, от проникновения в объем светильника или прожектора воды, пыли и любых посторонних тел);

−пожарная (ограничение нагрева осветительного прибора до температуры, не вызывающей возгорания материалов опорных поверхностей, а также пыли или волокон, осевших снаружи на корпус);

−взрывобезопасность (защита от воспламенения или взрыва окру-

331