Электрическое освещение

Хорошая освещенность производственных помещений и рабочих мест – одно из условий культуры производства, а также повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции. Кроме того, качественное освещение является важным условием уменьшения зрительного и общего утомления.

Качество освещения оценивается условиями видения и характеризуется:

1) Постоянством освещенности во времени; для этого светильники не должны раскачиваться, а колебания напряжения в сети находиться в пределах санитарных норм;

2) Достаточной и равномерно распределенной яркостью, при которой отношение минимальной освещенности к максимальной не должны превышать 2:3;

3) Отсутствие резких контрастов между яркостью рабочей поверхности и окружающего пространства;

4) Отсутствие слепящего действия, что достигается изъятием из поля зрения работника светящихся поверхностей, обладающих блескостью, а так же увеличением высоты подвеса светильников, использованием светильников с рассеянным светом и т. д.;

5) Исключение резких и глубоких теней на освещаемых поверхностях, что достигается надлежащим расположением светильников, а также путем увеличения отраженной составляющей света.

Прежде чем подробно познакомиться с источниками света и осветительными приборами, вначале познакомимся с основными светотехническими величинами.

Воспринимаемая человеческим глазом мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит носит название светового потока (Ф). За единицу светового потока принят люмен (лм). Люмен – это световой поток, излучаемый с поверхности абсолютно черного тела площадью F = 0,5305 мм² при температуре затвердевания платины T = 2046 К.

Для характеристики распределения светового потока источником излучения пользуются понятием пространственной плотности светового потока в различных направлениях окружающего источник пространства.

Пространственную плотность светового потока, определяемую отношением светового потока dФ к телесному углу dω с вершиной в точке расположения источника, в пределах которого равномерно распределен этот поток, принято называть силой света (I)

I = . (5.6)

Телесный угол ω измеряется отношением площади F, которую он вырезает на поверхности сферы, описанной из ее центра, к квадрату радиуса r этой сферы

ω = . (5.7)

За единицу телесного угла принят стерадиан (ср) – это угол, который, имея вершину в центре сферы, вырезает на ее поверхности участок, равный квадрату радиуса.

Единицей силы света служит кандела (кд). Кандела – это световой поток в 1 люмен распределенный равномерно внутри телесного угла в 1 стерадиан (лм/ср).

Для количественной оценки освещения какой-либо поверхности пользуются понятием освещенности (Е), т. е. отношением светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности.

Е = . (5.8)

Единицей освещенности служит люкс (лк). Люкс – это освещенность поверхности площадью 1 м², по которой равномерно распределен световой поток в 1 лм (лм/м²).

Освещенность является основой нормирования искусственного освещения. Хорошая освещенность рабочих мест и производственных помещений является одним из основных условий, обеспечивающих нормальные условия труда. Минимально допустимая освещенность принимается в соответствии с отраслевыми нормами для различных помещений предприятий общественного питания.

Для характеристики поверхностей, святящихся за счет отраженного от них светового потока, служит отношение светового потока, излу-чаемого элементом поверхности, к его площади. Эта величина называется светимостью. Единицей светимости служит люмен на квадратный метр (лм/м²) светящейся поверхности, что соответствует плоской поверхности площадью 1 м², равномерно изучающей (в одну сторону) световой поток в 1 лм.

Уровень ощущения света зависит от плотности светового потока (освещенности), падающего на сетчатку глава. Отношение силы света излучаемой элементом поверхности к площади этой поверхности, называют яркостью. Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м²).

Характеристикой, определяющей экономичность источника света (электрической лампы), является его световая отдача (γ), которая численно равна отношению излучаемого лампой светового потока к ее электрической мощности:

γ = , (5.9)

где Ф – световой поток, лм;

P – мощность лампы, Вт.

Источники света

Искусственными электрическими источниками света в предприятиях общественного питания являются лампы накаливания общего назначения и люминесцентные лампы.

Лампы накаливания общего назначения широко применяются в предприятиях общественного питания для освещения помещений и наружного освещения.

Устройство такой лампы представлено на рис. 5.9. Стеклянная колба укрепляется специальной мастикой в цоколе, предназначенном для включения лампы в электрическую сеть. Воздух из колбы откачивается через штангель. Внутри колбы расположена ножка лампы, представляющая собой стеклянный штабик, нижняя часть которого, имеющая утолщение в виде стеклянного цилиндра, крепится к колбе.

В верхней части штабика впаяны крючки, на которых укреплено тело накала лампы в виде спиральной нити изготовленной из вольфрамовой проволоки. В некоторых лампах тело накала выполнено в виде двойной спирали (биспирали). Электроды, идущие от цоколя к телу накала, предназначены для подведения к нему тока. Один электрод соединен с резьбовой частью, другой – с нижним контактом цоколя.

В целях уменьшения распыления вольфрама и повышения рабочей температуры тела накала лампы заполняются инертными газами или их смесями (аргон или крептон с азотом). Состав смеси подбирается из условия получения минимальных потерь теплоты. Размеры (диаметр) колбы определяется мощностью лампы и выбираются из расчета, чтобы при работе лампы не возникало размягчения стекла.

Промышленность выпускает лампы с прозрачными, матированными и молочными колбами, а также с зеркальным или диффузным отражающим слоем, заполняющим часть колбы у цоколя.

Лампы мощностью до 150 Вт обычно выпускаются вакуумными, исключение составляют биспиральные лампы мощностью 40, 60 и 100 Вт, выпускаемые также и с криптоновым наполнением. Температура тела накала у вакуумных ламп не превышает 2400 К, у газополных – 2900 К.

Лампы накаливания общего назначения выпускаются на напряжения 127 и 220 В мощностью от 15 до 1500 Вт. Средняя продолжительность горения ламп (срок службы) составляет 1000 ч. Доля энергии, превращаемой лампой накаливания в световую, не превышает 6%.

Светоотдача ламп зависит от номинального напряжения. Так лампы накаливания одинаковой мощности на напряжение 127 В имеют g на 15¸20% выше, чем на 220 В. Кроме того, светоотдача зависит от мощности лампы и чем она больше, тем больше светоотдача. Светоотдача находится в прямой зависимости от температуры тела накала лампы и составляет 5…18 лм/Вт.

Спектр испускаемого света лампами накаливания далек от солнечного света с преобладанием желтых и красных лучей и недостатком синих и фиолетовых.

Лампы вакуумные имеют в условном обозначении букву В, газополные – букву Г, лампы с крептоновой смесью – букву К. Лампы с биспиральной нитью имеют в обозначении букву Б.

Невозможность достижения заметного эффекта в повышении экономичности ламп накаливания и качества испускаемого ими света путем совершенствования источника теплового излучения привели к использованию для этой цели явления люминесценции.

Люминесцентные лампы бывают высокого и низкого давления. Для наружного освещения используются лампы высокого давления типа ДРЛ, для внутреннего освещения – лампы низкого давления.

Люминесцентная лампа низкого давления (рис. 5.10) представляет собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора (порошкообразного кристаллического светосостава из окислов редкоземельных металлов). В концах трубки расположены вольфрамовые биспиральные или триспиральные электроды, концы которых с помощью контактных проводов присоединены к штекерам цоколей лампы.

Колба лампы после откачки воздуха наполняется дозированным количеством ртути и инертным газом (аргоном), при давлении около 400 Па (3 мм рт. ст.), основным назначением которого является уменьшение распыления электродов в процессе работы лампы и облегчение ее зажигания.

В люминесцентной лампе преобразование электрической энергии в световое излучение имеет две фазы. Под действием приложенного, к предварительно разогретым электродам лампы, напряжения в парах ртути возникает электрический разряд, сопровождаемый излучением (электролюминесценция). Лучистая энергия излучения (в основном ультрафиолетовые лучи) воздействуют на люминофор и преобразуются в световое излучение (фотолюминесценция).

В люминесцентной лампе мощностью 40 Вт 63,5% потребляемой энергии превращается в ультрафиолетовое излучение, 34,5% расходуется на тепловые потери и около 2% энергии превращается в видимое световое излучение. Ультрафиолетовое излучение частично преобразуется люминофором в видимое излучение. С учетом этого вторичного преобразования энергии на долю видимого излучения приходится около 20% энергии, подведенной к лампе.

Выпускаемые промышленностью лампы отличаются по спектру испускаемого света. Они бывают с правильной цветопередачей (ЛДЦ), дневного (ЛД), тепло-белого (ЛТБ), холодно-белого (ЛХБ) и белого (ЛБ) света.

Принципиальная схема включения люминесцентной лампы в сеть изображена на рис. 5.11, а.

Люминесцентная лампа имеет падающую вольт-амперную характеристику. Включение лампы непосредственно в сеть привело бы к неограниченному росту тока и сгоранию электродов. Поэтому лампы включаются в цепь через балластное сопротивление – дроссель (Др). С целью облегчения зажигания люминесцентной лампы ее электроды предварительно разогреваются до температуры 800–1000 °С. Процессом зажигания управляет стартер (Ст), представляющий собой ионное реле, состоящее из неоновой лампы тлеющего разряда (рис. 5.11, 6). Один из электродов стартера представляет собой биметаллическую пластину.

При подключении схемы к сети между электродами стартера (Ст) возникает тлеющий разряд, нагревающий биметаллическую пластину. Пластина изгибается и цепь между электродами стартера замыкается. Ток увеличивается и разогревает электроды лампы.

При замыкании электродов стартера тлеющий разряд в нем прекращается, биметаллическая пластинка остывает и, выпрямляясь, разрывает цепь тока. Возникающий в этот момент импульс напряжения самоиндукции дросселя обеспечивает зажигание лампы. Потенциал зажигания тлеющего разряда в стартере выбирается между напряжением сети и напряжением на горящей лампе, которое составляет 50–60% от напряжения сети. Поэтому стартер при работающей лампе не срабатывает. Дроссель представляет собой катушку с сердечником, имеющую значительное индуктивное сопротивление.

При зажигании лампы дроссель обеспечивает возникновение импульса напряжения самоиндукции на электродах лампы в момент размыкания контакта стартера. При работе лампы он служит балластным сопротивлением и стабилизирует напряжение на лампе.

Для повышения коэффициента мощности, снижающегося за счет дросселя, а также устранения радиопомех, излучаемых лампой, в схему включаются конденсаторы. Конденсатор С1, подключенный параллельно стартеру, служит для устранения радиопомех, излучаемых лампой. Он размещается внутри корпуса стартера. Конденсатор С2 входит в комплект ПРА (пускорегулирующей аппаратуры) и служит для повышения коэффициента мощности.

Для люминесцентных ламп, работающих в сетях переменного тока, как и для других разрядных ламп, характерно колебание светового потока во времени с частотой тока сети, обусловленное безинерционностью изучения электрического разряда. Пульсация светового потока вызывает повышенное утомление зрения, а также искажениевосприятия движущихся предметов (стробоскопический эффект), особенно нежелательное в производственных условиях.

Для уменьшения колебаний светового потока люминесцентных ламп прибегают к включению их на разные фазы трехфазной электрической сети. Включение каждой лампы осуществляется через балластное сопротивление по одноламповой схеме (рис. 5.11, a). Возможно также применение специальных двухламповых антистробоскопических стартерных схем с искусственным сдвигом фаз (рис. 5.12).

Схема содержит два дросселя Др1 и Др2, дополнительный пусковой дроссель ДрЗ, стартеры Ст1 и Ст2, шунтированные соответствующими конденсаторами C1, С2, и включенный последовательно конденсатор С3, шунтированный сопротивлением R. Повышение коэффициента мощности и уменьшение пульсации суммарного светового потока ламп в схеме достигается вследствие протекания в цепи одной лампы – отстающего, а в цепи другой – опережающего тока за счет введения в цепь второй лампы конденсатора С3.

Соответствующим подбором элементов схемы можно обеспечить такой сдвиг фаз между токами первой и второй ламп, при котором максимум излучения первой лампы совпадает с минимумом излучения второй лампы, что резко уменьшит глубину колебаний светового потока.

Лампы типа ЛБ имеют максимальную светоотдачу (60–70 лм/Вт), но качество испускаемого ими света наиболее низкое. Особенно они плохо передают теплые световые тона, в частности цветовые оттенки лица человека. В помещениях, где находятся люди (обеденные и банкетные залы и т.д.), следует использовать лампы ЛТБ. В помещениях, где по характеру работ необходимо различать цветовые оттенки, следует применять лампы ЛХБ или ЛД. В особых случаях, когда предъявляются повышенные требования к качеству света, следует использовать лампы типа ЛДЦ (торговые залы магазинов, помещения, где осуществляется оформление блюд и изделий и т.д.). Лампы ЛДЦ имеют наименьшую светоотдачу (30–40 лм/Вт).

Люминесцентные лампы низкого давления имеют светоотдачу в 4…5 раз выше и в 5…8 раз более высокий срок службы, чем лампы накаливания. Соответственно, люминесцентные лампы создаю в 20…40 раз больше световой энергии, чем лампы накаливания той же мощности.

Ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ) обладают относительно высокой световой отдачей (50…60 лм/Вт) и большой продолжительностью горения (7…10 тыс. ч). Кроме того, они компактны и могут изготовляться на различные мощности.

Лампы ДРЛ представляют собой кварцевую разрядную трубку, установленную внутри стеклянной колбы в виде грушеобразного баллона аналогичного колбе лампы накаливания. В разрядную трубку вводятся дозированное количество ртути и аргон для облегчения зажигания и улучшения условий работы электродов установленных на концах разрядной трубки. Колба лампы наполняется инертным газом под давлением 30 ּ 10⁴…150 ּ 10⁴ Па. На внутреннюю поверхность колбы нанесен люминофор, преобразующий ультрафиолетовое излучение ртутного разряда в видимое. Подключение лампы к электрической сети осуществляется через цоколь аналогичный цоколю лампы накаливания.

Устойчивый режим работы лампы и номинальный световой, поток устанавливаются через 5…7 мин после включения лампы. Повторное зажигание погасшей лампы возможно лишь после ее остывания, т. е. через 10…15 мин.

Нашей промышленностью выпускаются шесть типоразмеров ламп ДРЛ мощностью 80, 125, 250, 400, 700 и 1000 Вт.

Анализируя характеристики ламп накаливания и люминесцентных ламп можно сделать следующие выводы.

1. Значительно большая световая отдача люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания позволяет создавать более высокие уровни освещенности на рабочих поверхностях при той же установленной мощности, что способствует повышению видимости.

2. Спектральный состав испускаемого света люминесцентными лампами позволяет обеспечивать более правильную цветопередачу, что в ряде случаев является решающим при выборе источника света.

3. Более высокая средняя продолжительность горения люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания облегчает эксплуатацию осветительной установки, в частности делает более редкой замену перегоревших ламп.

Однако люминесцентные лампы обладают рядом недостатков. Они неустойчиво работают при пониженных напряжениях и низких температурах, что не позволяет использовать их (без специальных приспособлений) вне зданий и в охлаждаемых камерах. Обладают стробоскопическим эффектом, для устранения которого требуется усложнение электрических осветительных сетей или применение специальных схем включения.

Кроме того, для люминесцентного освещения характерно повышение нижней границы зоны зрительного комфорта, в пределах которой освещение воспринимается как достаточное, что свидетельствует о нецелесообразности применения люминесцентных ламп при низких уровнях нормированной освещенности.

Что касается ламп ДРЛ, то, несмотря на высокую световую отдачу и большой срок службы, эти источники света не могут обеспечить удовлетворительной цветопередачи и поэтому могут быть рекомендованы для освещения лишь таких производственных помещений, работа в которых не требует правильной цветопередачи. В основном эти лампы используются для уличного освещения и освещения территории, прилегающей к предприятию (хозяйственные дворы, рекламные щиты и т. п.).

Учитывая вышеизложенное, а также исходя из того, что установки с люминесцентными лампами обычно дороже установок с лампами накаливания, рекомендовать применение люминесцентных ламп можно в следующих случаях:

в производственных помещениях, где работа связана с большим и длительным напряжением зрения, или в помещениях, где необходимо создать особо благоприятные условия для зрительного восприятия;

в производственных помещениях, где выполняются работы, связанные с распознаванием цветовых оттенков;

в производственных помещениях без естественного света, если они предназначены для длительного пребывания людей;

в помещениях, где целесообразность люминесцентного освещения обусловлена архитектурно-художественными соображениями.

Во всех остальных случаях следует применять лампы накаливания.

Осветительные приборы

Осветительные приборы принято делить на две группы: ближнего действия – светильники и дальнего действия – прожекторы. Наиболее широкое применение в предприятиях общественного питания получили светильники.

Светильник (рис.5.13), как и любой другой осветительный прибор, состоит из источника света и устройства, предназначенного для рационального перераспределения светового потока, защиты глаз от прямого светового излучения от источника, предохранения источника от механических повреждений и загрязнения, а также для крепления источника и подведения к нему электрического тока.

Основными светотехническими характеристиками светильников являются: светораспределение и коэффициент усиления, к. п. д. и защитный угол.

Светораспределение светильников общего освещения с достаточной точностью можно характеризовать кривыми распределения силы света.

Для симметричных светильников, к которым относится большинство светильников с лампами накаливания, характеристикой светораспределения является продольная кривая распределения силы света, полученная на плоскости, проходящей через его ось симметрии.

Светильники с люминесцентными лампами относятся к несимметричным обладающим двумя плоскостями симметрии – продольной и поперечной. Поэтому светораспределение светильников с люминесцентными лампами принято характеризовать двумя кривыми распределения силы света – в продольной и поперечной плоскостях.

К. п. д. светильника (η) представляет собой отношение светового потока светильника (Ф _св) к световому потоку лампы (Ф _л):

η = . (5.10)

Значение к. п. д. зависит в первую очередь от материала осветительной арматуры и конструкции светильника.

Защитный угол светильника определяет степень защиты глаза от воздействия ярких частей источника света. Под защитным углом светильника понимается угол, заключенный между горизонталью, проходящей через тело накала лампы, и линией, соединяющей крайнюю точку тела накала с нижним краем отражателя.

Все светильники в зависимости от отношения в процентах светового потока, излучаемого в нижнюю полусферу, к полному потоку светильника делятся на пять классов: прямого (более 80%), преимущественно прямого (60…80%), рассеянного (40…60%), преимущественно отраженного (20…40%) и отраженного (менее 20%) света.

Кроме того, светильники классифицируются по степени защиты от воздействия окружающей среды. Так, по степени защиты от пыли светильники подразделяются на незащищенные (открытые), пылезащищенные и пыленепроницаемые, а по степени защиты от влаги – на незащищенные, брызгозащищенные, струезащищенные, водонепроницаемые и герметичные. Для освещения взрывоопасных помещений выпускаются светильники во взрывонепроницаемом исполнении и повышенной надежности против взрыва.

По способу установки светильники могут подразделяться на подвесные, потолочные, настенные, настольные, напольные, встроенные, консольные, ручные.

Для освещения помещений предприятий наша промышленность выпускает широкий ассортимент светильников, характеристики которых представлены в справочнике для проектирования электрического освещения.

Выбор светильника должен определяться следующими основными условиями: характером окружающей среды; требованиями к светораспределению и ограничению слепящего действия; экономическими и эксплуатационными соображениями.

Условия среды освещаемого помещения определяют конструктивное исполнение светильника.

Светораспределение светильника является основной характеристикой, определяющей светотехническую эффективность применения светильника в заданных условиях.

К светильникам для обеденных и банкетных залов, вестибюлей дополнительно предъявляются требования архитектурно-художествен-ного освещения.

К. п. д. светильника в значительной мере определяет экономичность осветительной установки. При прочих равных условиях следует применять светильники, имеющие более высокий к. п. д., несмотря на их большую стоимость, так как повышение расхода на амортизацию с избытком компенсируется экономией на электрической энергии.

Для размещение светильников общего освещения в помещении существует два способа: равномерное и локализованное. При локализованном способе размещения светильники устанавливаются над рабочими местами или производственным оборудованием, а при равномерном – обычно по углам квадратов.

Светильники с люминесцентными лампами располагаются обычно рядами параллельно стенам с окнами или рабочим поверхностям. В зависимости от уровня нормированной освещенности светильники могут располагаться непрерывными рядами или рядами с разрывами.

При размещении светильников общего освещения необходимо регламентировать расстояние от крайнего ряда светильников до стены, которое зависит от наличия рабочих мест у стены помещения. При наличии рабочих мест расстояние от крайнего ряда светильников до стены должно составлять 0,3 от расстояния между светильниками. При отсутствии рабочих мест это расстояние может быть увеличено до 0,5.

Нормы и системы освещения

Электрическое освещение должно обеспечивать необходимую величину и равномерность освещенности рабочих поверхностей. Нормы искусственного освещения включены в "Строительные нормы и правила" (СН и П). Факторами, определяющими величину необходимой освещенности по СН и П, являются:

1) коэффициент отражения рабочей поверхности;

2) угловой размер рассматриваемых деталей;

3) контраст яркостный или цветовой между деталями и фоном.

Освещенность помещений предприятий общественного питания имеет особое значение, так как для них важным фактором являются гигиенические требования, а в хорошо освещенном помещении легко поддерживать чистоту. Выбор требуемой освещенности для различных помещений производится по отраслевым нормам.

Электрическое освещение помещений осуществляется различными способами. Различают три системы общего освещения: общее, местное и комбинированное.

Общее освещение применяется для освещения рабочих поверхностей, а также всего помещения. Эта система освещения создается светильниками, размещенными равномерно или локализовано.

Местное освещение предназначается для освещения отдельных рабочих мест. При таком освещении светильник устанавливается на рабочем месте, около поверхности, которую он должен освещать.

Комбинированное освещение представляет собой сочетание общего и местного освещения. Его следует применять в тех случаях, когда на рабочих поверхностях необходимо иметь освещенность свыше 50 лк или, если рабочие поверхности занимают небольшую часть площади помещения. Применение такого освещения уместно также при освещении вертикально или наклонно расположенных рабочих поверхностей, если производственный процесс требует сравнительно высокой освещенности.

Использовать только местное освещение запрещается. Строительные нормы и правила требуют, чтобы в системе комбинированного освещения освещенность, создаваемая светильниками общего освещения, составляла не менее 10% от нормированной величины и была бы не ниже 30 лк при лампах накаливания и не менее 100 лк при люминесцентных лампах.

Дата добавления: 2015-06-30