Когда есть вред при искусственном освещении: анализируем факты. Искусственные источники света и их эффективность. Требования, предъявляемые к использованию искусственных источников света

К основным типам электрических ламп и осветительных устройств относятся:

1. Лампы накаливания: в такой лампе электрический ток протекает через тонкую металлическую нить и нагревает ее, в результате чего нить испускает электромагнитное излучение. Стеклянная колба, заполненная инертным газом, предотвращает быстрое разрушение нити вследствие окисления кислородом воздуха. Преимуществом ламп накаливания является то, что лампы этого типа могут производиться для широкого диапазона напряжений – от нескольких вольт до нескольких сот вольт. В силу низкой эффективности («светового КПД», учитывающего только энергию излучения в видимом диапазоне) ламп накаливания эти устройства во многих применениях постепенно вытесняются люминесцентными лампами, газоразрядными лампами высокой интенсивности, светодиодами и другими источниками света.

2. Газоразрядные лампы: этот термин охватывает несколько видов ламп, в которых источником света является электрический разряд в газовой среде. Основу конструкции такой лампы составляют два электрода, разделенные газом. Как правило, в таких лампах используется какой-либо инертный газ (аргон, неон, криптон, ксенон) или смесь таких газов. Помимо инертных газов, газоразрядные лампы в большинстве случаев содержат и другие вещества, например, ртуть, натрий и/или галогениды металлов. Конкретные виды газоразрядных ламп часто называются по используемым в них веществах – неоновые, аргоновые, ксеноновые, криптоновые, натриевые, ртутные и металлогалогенные. К наиболее распространенным разновидностям газоразрядных ламп относятся:

Люминесцентные лампы;

Металлогалогенные лампы;

Натриевые лампы высокого давления;

Натриевые лампы низкого давления.

Газ, заполняющий газоразрядную лампу, должен быть ионизирован под действием электрического напряжения, чтобы приобрести необходимую электропроводность. Как правило, для запуска газоразрядной лампы («зажигания» разряда) требуется более высокое напряжение, чем для поддержания разряда. Для этого используется специальные «стартеры» или другие зажигающие устройства. Кроме того, для нормальной работы лампы необходима балластная нагрузка, обеспечивающая стабильность электрических характеристик лампы. Стартер в сочетании с балластом образуют пускорегулирующий аппарат (ПРА). Газоразрядные лампы характеризуются длительным сроком службы и высоким «световым КПД». Недостатки этого типа ламп включают относительную сложность их производства и необходимость дополнительных электронных устройств для их стабильной работы.

Серные лампы: серная лампа представляет собой высокоэффективное осветительное устройство полного спектра без электродов, в котором источником света служит плазма серы, нагреваемая микроволновым излучением. Время разогрева серной лампы значительно меньше, чем у большинства типов газоразрядных ламп, за исключением люминесцентных, даже при низких температурах окружающей среды. Световой поток серной лампы достигает 80% максимальной величины в течение 20 с после включения; лампа может быть перезапущена примерно через пять минут после отключения электроэнергии;

Светодиоды, в т.ч. органические: светодиод представляет собой полупроводниковый диод, излучающий некогерентный свет в узком спектральном диапазоне. Одним из преимуществ светодиодного освещения является его высокая эффективность (световой поток в видимом диапазоне на единицу потребленной электроэнергии). Светодиод, в котором эмиссионный (излучающий) слой состоит из органических соединений, называется органическим светодиодом (OLED). Органические светодиоды легче, чем традиционные, а преимуществом полимерных светодиодов является их гибкость. Коммерческое применение обоих указанных типов светодиодов уже начато, однако их использование в промышленности пока ограничено.

Наиболее эффективным электрическим источником света является натриевая лампа низкого давления. Она испускает практически монохромный (оранжевый) свет, сильно искажающий зрительное восприятие цветов. По этой причине данный тип ламп используется, главным образом, для наружного освещения. «Световое загрязнение», создаваемое натриевыми лампами низкого давления, может быть легко отфильтровано в отличие от света других источников с широким или непрерывным спектром.

Санитарные нормы, предъявляемые к освещенности учебных помещений. Приборы и методы определения (измерения) освещенности в школьных кабинетах и лабораториях. Коэффициент естественной освещенности и его определение.

Все учебные помещения должны иметь ЕО. Наилучшими видами ЕО в учебных являются боковое левостороннее. При глубине помещения более 6м необходимо устройство правостороннего подсвета. Направление основного светового потока справа, спереди и сзади недопустимо, т.к. уровень ЕО на рабочих поверхностях парт снижается в 3-4 раза.

Стекла окон следует ежедневно протирать влажным способом с внутренней стороны и мыть снаружи не менее 3-4 раз в год и со стороны помещений не менее1-2 раз в месяц. Нормирование ЕО осуществляется по СниП.

Для окраски парт рекомендуется зеленая гамма цветов, а также цвет натуральной древесины с Q (коэф. отражения) 0,45. Для классной доски - темно зеленый или коричневый цвет с Q=0,1 - 0,2. Стекла, потолки, полы, оборудование учебных помещений должны иметь матовую поверхность во избежание образования бликов. Поверхности интерьера учебных помещений следует окрашивать в теплые тона, потолок и верхние части стен окрашивают в белый цвет. Нельзя помещать растения на подоконники.

ИО обеспечивается люминесцентными лампами (ЛБ, ЛЕ) или лампами накаливания. На помещение площадью 50м2 должно быть установлено 12 действующих люминесцентных светильников. Классная доска освещается двумя установленными параллельно ей светильниками (на 0,3м выше верхнего края доски и на 0,6 в сторону класса перед доской). Общая электромощность на класс в этом случае составляет 1040Вт.

При освещении лампами накаливания помещения площадью 50м2 должно быть установлено 7-8 действующих световых точек общей мощностью 2400Вт.

Светильники в учебном помещении располагают двумя рядами параллельно линии окон при расстоянии от внутренней и наружной стен 1,5м, от классной доски 1,2м, от задней стены 1,6м; расстояние между светильниками в рядах 2,65м.

Светильники очищают не реже одного раза в месяц (запрещается привлекать учащихся к очистке осветительной арматуры).

Учебные помещения школ должны иметь естественное освещение. Без естественного освещения допускается проектировать: снарядные, умывальные, душевые, уборные при гимнастическом зале; душевые и уборные персонала; кладовые и складские помещения (кроме помещений для хранения легковоспламеняющихся жидкостей), радиоузлы; кинофотолаборатории; книгохранилища; бойлерные, насосные водопровода и канализации; камеры вентиляционные и кондиционирования воздуха; узлы управления и другие помещения для установки и управления инженерным и технологическим оборудованием зданий; помещения для хранения дезсредств. В учебных помещениях следует проектировать боковое левостороннее освещение. При двустороннем освещении, которое проектируется при глубине учебных помещений более 6 м, обязательно устройство правостороннего подсвета, высота которого должна быть не менее 2,2 м от потолка. При этом не следует допускать направление основного светового потока впереди и сзади от учащихся. В учебно-производственных мастерских, актовых и спортивных залах также может применяться двустороннее боковое естественное освещение и комбинированное (верхнее и боковое).

Следует использовать следующие цвета красок:

Для стен учебных помещений - светлые тона желтого, бежевого, розового, зеленого, голубого;

Для мебели (парты, столы, шкафы) - цвета натурального дерева или светло-зеленый;

Для классных досок - темно-зеленый, темно-коричневый;

Для дверей, оконных рам - белый.

Для максимального использования дневного света и равномерного освещения учебных помещений рекомендуется:

Сажать деревья не ближе 15 м, кустарник - не ближе 5 м от здания;

Не закрашивать оконные стекла;

Не расставлять на подоконниках цветы. Их следует размещать в переносных цветочницах высотой 65 - 70 см от пола или подвесных кашпо в простенках окон;

Очистку и мытье стекол проводить 2 раза в год (осенью и весной).

Минимальное значение КЕО нормируется для наиболее удаленных от окон точек помещения при одностороннем боковом освещении. Определяют освещенность в жилых помещениях на полу или высоте 0,8 м от пола. Одновременно измеряют освещенность рассеянным светом под открытым небом. КЕО рассчитывают по выше приведенной формуле и сопоставляют с нормативными значениями.

Среднее значение КЕО нормируется в помещениях с верхним комбинированным освещением. В помещении определяют освещенность в 5 точках на высоте 1,5 м над полом и одновременно определяют освещенность под открытым небом (с защитой от прямых солнечных лучей). Затем рассчитывают КЕО для каждой точки.

Среднее значение КЕО рассчитывают по формуле:

где: KEO1, КЕО2... КЕО5 - значение КЕО в различных точках; n - количество точек измерения.

Необходимость продолжения трудовой деятельности с наступле­нием темноты в некоторые периоды года привела к необходимости применения искусственных источников света. Практически этот вопрос был решен лишь с появлением электрических ламп накаливания, которые до сих пор остаются наиболее распространенными источниками све­та.

Лампы накаливания являются тепловыми излу­чателями. В них превращение электрической энергии в свет происходит через тепловую энер­гию в результате нагревания ни т и накала до темпэратуры свечения. Повышение температуры излучающего тела ведет к повышению светово­го коэффициента полезного действия ламп, ко­торый, однако, в современных лампах не превы­шает 3-3,5%.

Лампы накаливания имеют вольфрамовую нить спиральной или биспиральной формы Нить лам­пы помещена в вакуумную колбу или колбу, за­полненную инертным газом (смесь аргона с азо­том или криптоном) При заполнении колбы инер­тным газом замедляется испарение вещества ни­ти лампы, что дает возможность повысить температуру накала нити и продлить срок ее службы.

Температура накала нити в мощных лампах достигает 3000° К. Световая отдача современных ламп накаливания редко превышает 20 лм/вт. Лампы накаливания дают непрерывный спектр из­лучения, более богатый желтыми и красными лу­чами по сравнению со спектром естественного дневного света. Следует отметить, что световая отдача, характеризующая экономичность ламп накаливания, растет с увеличением их мощности: 40 вт/127 - 9,5 лм/вт, 100 вт/127-12,75 лм/вт.

В то же время световая отдача ламп одина­ковой мощности выше в случае более низ­кого напряжения: 100вт/127 в -12,75 лм/вт, 100 вт/220 в - 10 лм/вт.

Повышенная световая отдача ламп большой мощности и более низкого номинального напря­жения объясняется тем, что эти лампы имеют воль­фрамовую нить большего диаметра, допускаю­щую более высокую температуру нагрева по сравнению с нитью ламп малой мощности и ламп, рассчитанных на’ более высокое номинальное на­пряжение. Для освещения промышленных пред­приятий наиболее широкое применение получили лампы вакуумные (НВ), газонаполненные смесью аргона с азотом (НГ), газонаполненные биспираль- ные. Последние как более экономичные рекомен­дуется применять в первую очередь, особенно мощностью ДО 100 ВТ.

Биспиральные лампы, наполненные криптоном, отличаются меньшими размерами и несколько большей световой отдачей. Они имеют форму гриба. Криптоновые лампы, вероятно, получат довольно широкое распространение.

Зеркальные лампы имеют колбу своеобразной формы, внутренняя поверхность которой со сто­роны цоколя покрыта зеркальным слоем, осталь­ная часть колбы матирована. Целесообразно при­менять их в высоких помещениях, ширина кото­рых не превышает высоту подвеса ламп. Такие лампы могут применяться также для усиленного освещения отдельных участков помещения и для отраженного освещения в световых карнизах и люстрах. Вне здания эти лампы можно использо­вать как прожекторы ближнего действия. Срок службы ламп накаливания 800-1000 часов. Срав­нительно небольшая световая отдача наряду с преимущественным красным излучением в спек­тре и большой яркостью накаленных нитей по­служили причиной поиска более совершенных источников света. В настоящее время наиболее благоприятными с гигиенической точки зрения и более экономичными являются газоразрядные люминесцентные лампы.

При люминесценции различные виды энергии (электрическая, химическая и т,. п.) непосредствен­но превращаются в световое излучение, минуя стадию перехода в тепловое излучение.

Люминесцентные лампы представляют собой полые стеклянные трубки различной длины и ди­аметра в зависимости от мощности ламп, внутри которых имеются пары ртути. По концам трубки впаяны электроды из биспиральной вольфрамо­вой проволоки. ЛР И включении лампы ток должен вначале пройти оба электрода и разогреть их, так как для зажигания лампы необходимо, чтобы температура на электродах достигла 800-1000° С. С этой целью применяется стартер (миниатюр­ное газоразрядное реле), который автоматически замыкает цепь, а после того как электроды ра­зогреются до нужной температуры, размыкает ее.

При прохождении электрического тока пары ртути вызывают невидимое ультрафиолетовое из­лучение. Внутренняя поверхность трубки покрыта специальным веществом - люминофором, кото­рое преобразует невидимые ультрафиолетовые излучения в видимое свечение. При этом следу­ет отметить, что обычное стекло, из которого из­готовляются трубки люминесцентных ламп, прак­тически не пропускает ультрафиолетовые лучи и г следовательно, лучистый поток люминесцентных ламп не оказывает вредного действия на организм человека.

Интенсивность излучения люминесцентных ламп в области ультрафиолетовой части спектра не­значительна и ее влияние на организм работаю­щих практического значения не имеет. Подсчита­но, что для получения эритемы (покраснение ко­жи) от ультрафиолетовых лучей люминесцент­ных ламп потребуется от 100 до 2000 суток непрерывного облучения с расстояния одного метра.

В зависимости от вещества, покрывающего по­верхность трубок, можно создавать видимое из­лучение различного цвета. В СССР производится* массовый выпуск нескольких типов люминесцент­ных ламп. Лампы дневного света (ЛД и ЛДЦ) име­ют голубоватый цвет свечения. По характеру спектра (состав света) они приближаются к днев­ному свету,отличаясь от него преобладанием из­лучения сине-фиолетовой и желто-зеленой част спектра и меньшей интенсивностью в его красной части. Цветовая температура их равна 6500° К. Спектр других типов люминесцентных ламп суще­ственно отличается от спектра дневного света. Цвет свечения этих ламп имеет слегка желтова­тый оттенок. Лампы теплого белого света (ЛТБ) характеризуются излучением своеобразного ро­зовато-белого оттенка, применяются в декора- тизных целях. Лампы холодного белЬго света (ЛХБ) по спектру излучения занимают промежу­точное место между лампами ЛД и ЛБ.

Газоразрядные источники света имеют линей­чатый спектр. Однако люминесцентные лампы имеют большие преимущества как с гигиениче­ской, так и с технико-экономической точки зрения. Спектр ламп дневного света типа ЛД и ЛДЦ близ­ко подходит к спектру белого естественного све­та. Их свечение происходит со всей поверхности трубки, а следовательно, яркость их на единицу поверхности в сотни раз меньше, чем у ламп на­каливания, поэтому их слепящее действие во мно­го раз меньше. Их световая отдача в 2 т / 2 -3 раза больше по сравнению с лампами накаливания и составляет от 33 до 44 лм/вт, срок службы до 3000-5000 часов. Сейчас люминесцентные лампы широко применяются в различных отраслях про­мышленности как для общего, так и для локали­зованного освещения. Установлено, что люминес­центное освещение оказывает благоприятное об­щее действие на работающих, создает условия для более эффективной работы глаза, особенно при различении мелких деталей и различении цве­тов.

При люминесцентных источниках света меньше, чем при лампах накаливания, утомляется зрение и повышается производительность труда. Газораз­рядные люминесцентные лампы являются лам­пами низкого давления. При установленном ре­жиме давление паров ртути в лампе составляет

• 01 мм ртутного столба.

В последнее время широкое распространение получили ртутные газоразрядные лампы высоко­го давления - лампы ДРЛ. Они представляют со­бой кварцевую трубку с ртутью, рабочее давле­ние паров которой составляет 2-4 атмосферы. Трубка заключена в наружную стеклянную кол­бу, по форме близкую к лампе накаливания. Внутренняя поверхность наружной колбы покры­та тонким слоем люминофора, который дополня­ет спектр излучения в области красных лучей. По своей способности передавать цвета эти лам­пы значительно уступают не только люминесцент­ным лампам, но и лампам накаливания. Они мо­гут применяться только там, где различение цве­тов не имеет практического значения.

Лампы ДРЛ намного экономичнее ламп накали­вания, световая отдача их составляет 40-43 лм/вт. Основным достоинством этих ламп явля­ется сочетание высокой световой отдачи с боль­шим сроком службы. Сосредоточение в неболь­шом объеме значительной световой мощности позволяет при применении их в осветительных установках создавать высокие освещенности при относительно небольшом числе световых точек. Для включения ламп в сеть применяются пускоре­гулирующие аппараты (ПРА), состоящие из дрос­селя и зажигающего устройства.

Лампы ДРЛ целесообразно применять при ос­вещении помёщений высотой 6 м и более, если выполняемая в них работа не требует правильной

цветопередачи, а также при освещении улиц и открытых пространств, когда нужно обеспечить повышение освещенности. Эти лампы следует применять, например, в высоких цехах металлур­гической промышленности и т. п.

Существенным недостатком газоразрядных ламп является значительное колебание светового потока из-за малой инерции свечения люмино­фора. В результате этого при каждом изменении направления тока в электросети световой поток от одной лампы снижается до 55%. При этом ис­кажается восприятие движущихся или вращаю­щихся с соответствующей скоростью частей стан­ков. Это явление носит название стробоскопиче­ского эффекта и может явиться причиной трав­матизма. Кроме того, пульсация светового пото­ка оказывает неблагоприятное действие на цент­ральную нервную систему человека, способствует развитию утомления. Поэтому для уменьшения этого колебания светового потока лампы нужно подключать к разным фазам электросети или предусматривать в двухламповых светильниках пускорегулирующие устройства с опережающим зажиганием одной из ламп.

Современные работы в области источников света направлены на создание источников света со спектральным составом, приближающимся к естественному свету. Такими источниками в по­следнее время являются дуговые кварцевые лам­пы - ДКсТ. Колбы лампы сделаны из кварцевого стекла и наполнены ксеононом под большим дав­лением. Излучение этих ламп представляет собой сплошной спектр, состоящий из ультрафиолето­вых, видимых и инфракрасных лучей. Выделяются лишь отдельные линии в инфракрасной области. Ксеноновые лампы обладают высокой световой отдачей и обеспечивают правильную цветопере­дачу. Мощность выпускаемых ламп составляет от 1-2 до 20 000 и даже 300 000 квт. Ксеноновые лампы могут применяться для освещения произ­водственных помещений высотой более 10 м при освещенности не выше 100 лк, так как при боль­шей освещенности интенсивность ультрафиолето­вого излучения может превысить допустимую норму облученности в помещении.