1   2   3
Ім'я файлу: АРХ.ФИЗИКА.docx
Розширення: docx
Розмір: 1874кб.
Дата: 15.12.2022
скачати
Пов'язані файли:
ДИПЛОМНА РОБОТА.doc

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

Современная техника предоставляет возможность применения в осветительных установках разнообразных источников света, сортамент которых продолжает расширяться. При выборе светильников приходится учитывать их срок службы, световую отдачу, цветопередачу, а также целый ряд других характеристик.

Рассмотрение устройства источников света и происходящих в них физических процессов не входит в задачу данной книги, и мы ограничимся описанием их особенностей с точки зрения использования в осветительных установках.

Лампы накаливания.

Основная серия, т. е. лампы общего назначения, выпускается в диапазоне мощности 15—1500 Вт на напряжения 127 и 220 В (некоторая часть ламп выпускается также для напряжений 127—135 и 220—235 В, используется в сетях, где возможно повышенное напряжение и имеет пониженные характеристики).

В маркировке ламп буква В обозначает вакуумные лампы, Г — газонаполненные лампы, К — лампы с криптоновым наполнением, Б — биспиральные лампы.

Лампы мощностью до 150 Вт могут изготовляться в матированных, молочных или опалиновых колбах; лампы до 200 Вт имеют резьбовой цоколь Е-27; лампы 500 Вт и более — цоколь Е-40; лампы 300 Вт могут иметь любой из этих цоколей.

К основной серии примыкают зеркальные лампы-светильники, имеющие концентрированное, глубокое или широкое светораспределение. Широко распространены лампы местного освещения на напряжения 12—24—36 В мощностью до 100 Вт, в том числе лампы-светильники с диффузным или зеркальным покрытием на колбе. Помимо этого, выпускаются лампы самых различных назначений: для прожекторов, автомобилей, судов, иллюминационных установок и др.

Эти лампы отличаются номинальными значениями мощности и напряжения, габаритами, формой колбы, типом цоколя и т. д., и, руководствуясь каталогом, можно выбрать подходящую лампу для любого конкретного случая. Световая отдача ламп основной серии лежит в пределах 7— 19 лм/Вт, при теоретическом пределе для источников белого света — около 240 лм/Вт и для светового излучения вообще — 683 лм/Вт.

Световая отдача ламп данного типа повышается с увеличением их единичной мощности и снижается с увеличением номинального напряжения. Номинальный срок службы ламп 1000 ч. По цветности излучение ламп значительно желтее естественного дневного света и при них не обеспечивается правильной цветопередачи.

Элементарная простота схемы включения делает лампы накаливания наиболее надежными источниками света. Лампы практически некритичны к изменениям условий внешней среды, включая температуру, но очень чувствительны к отклонениям подводимого напряжения (рис. 2-4).

Рис. 2-4. Зависимость характеристик источников света от уровня напряжения / — световой поток; 2 — световой поток; 3 — мощность (лампы ДРЛ); 4 — мощность; 5 —• световой поток и мощность (люминесцентные лампы); в — срок службы (газоразрядные лампы); 7 — срок службы (лампы накаливания).

Отклонению напряжения от номинального на 1% соответствует изменение светового потока на ±3,7%, мощности на ±1,5%, световой отдачи на ±2,2%, срока службы на +14%. Разновидностью обычных ламп накаливания являются кварцевые галогенные лампы, происходящий галоидный цикл в которых обеспечивает возврат на нить накала испарившегося с нее вольфрама В осветительных установках в основном применяются трубчатые лампы типа КГ (кварцевые галогенные), мощностью 1—1,5—2—5 кВт (ожидается увеличение единичной мощности до 20 кВт). Лампы имеют форму трубки из кварцевого стекла с цоколями или вводными проводниками по концам. Лампы исключительно компактны, лампа мощностью 2 кВт имеет диаметр 10,5 мм и длину 335 мм. Световая отдача ламп 22 лм/Вт, срок службы 2500—3000 ч.

Свет ламп КГ значительно белее, чем свет обычных ламп накаливания, и в отношении цветопередачи признается пригодным даже для освещения экспонатов в музеях. Лампы включаются в сеть непосредственно.

Зависимость их характеристик от напряжения примерно такая же, как у обычных ламп накаливания. Нормальное положение при работе — горизонтальное с отклонением на ±4°. Для специальных целей выпускаются разнообразные типы галогенных ламп накаливания, в том числе малогабаритные, со световой отдачей до 30 лм/Вт, но с укороченным сроком службы.

Люминесцентные лампы.

Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления, получившие широчайшее применение в осветительных установках, резко отличаются от ламп накаливания по всем своим характеристикам. Для зажигания и горения ламп необходимо включение последовательно с ними пускорегулирующих аппаратов (ПРА).

Схемы и конструкции ПРА чрезвычайно разнообразны и здесь не могут быть рассмотрены подробно. В принципе различаются стартерные аппараты (УБ) и бесстартерные (АБ), причем в первых начальный подогрев электродов обеспечивается кратковременным замыканием контактов стартера, включенного параллельно лампе, во вторых — подачей на электроды напряжения от специальных витков дроссельной катушки. При работе люминесцентных ламп с некомпенсированным ПРА коэффициент мощности комплекта лампа — ПРА в зависимости от мощности ламп находится в пределах 0,5—0,35, при двухламповых компенсированных ПРА — не ниже 0,92, при одноламповых компенсированных — не ниже 0,85. Сортамент люминесцентных ламп включает прямые лампы мощностью 4, 6, 8, 15, 20, 30, 40, 65, 80 и 150 Вт, а также U-образные лампы 8—80 Вт, W-образные лампы 30 Вт и кольцевые лампы 20—40 Вт.

Лампы ДРЛ.

Четырехэлектродные дуговые ртутные лампы высокого давления с люминофорным покрытием на колбе выпускаются в пределах мощностей 80—2000 Вт и имеют световую отдачу 40—60 лм/Вт. Лампы в комплекте с ПРА предназначены для включения на напряжение 220 В, кроме ламп 2000 Вт, включаемых на линейное напряжение системы 380/220 В. Лампы мощностью 80—125 Вт имеют цоколь Е-27, остальные — цоколь Е-40.

Процесс разгорания ламп после включения длится 5—7 мин. Лампы имеют форму трубок диаметром 22—42 мм и длиной 640— 2610 мм. Лампы включаются в сеть так же, как лампы ДРИ, через однофазные индуктивные ПРА. Коэффициент мощности комплекта лампа—ПРА в среднем 0,5. Пульсации светового потока очень велики.

Переходя непосредственно к выбору источников света, надо сказать, что в ряде случаев имеют место обстоятельства, предопределяющие отказ от того или иного источника или, напротив, обязательность его применения.

2-5. РАСПОЛОЖЕНИЕ СВЕТИЛЬНИКОВ ОБЩИЕ ПРАВИЛА

Выбор расположения светильников общего освещения является одним из основных вопросов, решаемых при устройстве осветительных установок, влияющим на экономичность последних, качество освещения и удобство эксплуатации.

Расстояние L рекомендуется принимать около 1/2L при наличии у стен проходов и около 1/3 L в остальных случаях. При безусловной необходимости обеспечить у стен такую же освещенность, как по всей площади, расстояние L может быть уменьшено почти до нуля путем установки светильников на кронштейнах, укрепленных на стенах.

На рис. 2-5, б показан «классический» случай равномерного размещения светильников с лампами накаливания или лампами ДРЛ по вершинам квадратных полей. По условиям размещения светильников в конкретных помещениях часто приходится принимать поля прямоугольной формы, причем в этом случае желательно, чтобы отношение LA : LB не превышало 1,5.



Рис. 2-5. Схемы размещения светильников: а — в разрезе; 6 - ж — в плане / — угловое поле; 2 —одно из центральных полей; 3 - оси форм; 4 . оси мостиков обслуживания; 5 - стена с окнами.

В помещениях с ферменным перекрытием в большинстве случаев светильники могут устанавливаться только на фермах. В этом случае допустимы и увеличенные значения LA : LB , так как по сетевым и эксплуатационным соображениям следует по возможности сокращать число продольных рядов светильников.

Особенно это важно при наличии специальных мостиков для обслуживания светильников, вдоль которых светильники размещаются, как правило, учащенно .

Предварительно рассмотрим задачу определения наивыгоднейшей высоты подвеса одиночного светильника, освещающего точку Л горизонтальной поверхности, удаленную на расстояние d от проекции светильника на указанную поверхность (рис. 2-6). Примем, что светораспределение светильника подчиняется закону



Не требует доказательства, что при h = 0 освещенность Е также равна нулю и что при h =∞ освещенность стремится к нулю, а значит, существует определенная высота, при которой освещенность достигает 'максимума. Представим выражение освещенности в следующем виде:



Находя производную освещенности по высоте и приравнивая ее нулю, находим значение наивыгоднейшей высоты



При m= 0 имеем равномерное светораспределение и h = d : √2, при m = 1 — косинусное светораспределение и h = d: Если светильники расположены по вершинам квадратных полей и рассматривается точка, лежащая в центре поля, то L = dV% откуда получаем соотношения: h — L : 2 — для равномерного светораспределения и h = L : √2 — для косинусного. Для конкретных светильников может быть определено значение т, наиболее близко соответствующее форме кривой силы света, и по формуле (2-2) — значение h. Возможен и другой путь. Напишем выражение освещенности в виде



причем во второй дроби введен произвольный, постоянный в данных условиях, множитель d2, не изменяющий условий максимума, а знак равенства заменен знаком, которым будем пользоваться для обозначения пропорциональности. Через е обозначено произведение Ia cos3 а, имеющее, как далее увидим, большое значение в технике светотехнических расчетов.

Построив теперь кривую функции ᵋ tg2 а = f (tg а), по положению ее максимума легко найдем наивыгоднейшее значение отношения tg a = d\h. Этот способ универсален в том отношении, что если использовать для силы света выражение (2-1), то он может быть применен и для обобщенных расчетов.

Рассмотренная задача имеет практическое значение, но при этом не позволяет еще сказать, какое расположение будет оптимальным, если варьируется L при неизменном h, как это имеет место в большинстве случаев. При данном световом потоке светильника светотехническая экономичность Эс может быть принята пропорциональной полезному потоку, равному произведению наименьшей освещенности, т. е. освещенности центральной точки поля, на площадь поля:



Тождественность данного выражения и условия (2-3) показывает, что условия оптимума одинаковы независимо от того, какая величина, L или h, является переменной и подлежит выбору. Опуская промежуточные расчеты, можно считать, что



Для случая освещения светящими линиями, в частности для люминесцентных светильников, расположенных по схеме рис. 2-5, е, вывод производится несколько иначе: формула для освещенности имеет иной вид, учитывается кривая силы света только в поперечной плоскости и экономичность Эс принимается пропорциональной не L,2 , a L. Первое и последнее из указанных обстоятельств как бы взаимно компенсируется, и выражение (2-4) оказывается справедливым и для этого случая.

В условиях нормирования наименьшей освещенности повышенная неравномерность экономически противопоказана, так как на создание всей освещенности сверх наименьшей формально неэффективно затрачивается световой поток. Для восстановления освещенности на прежнем уровне придется во столько же раз увеличить световой поток лампы в каждом сиешлышке, причем общий поток ламп в установке значительно возрастет.

При освещении лампами накаливания увеличение значения L сопровождается переходом к лампам все большей мощности и, следовательно, ростом световой отдачи ламп. Это сдвигает максимум экономичности в сторону больших значений L и приводит к несовпадению условий светотехнической и энергетической экономичности. Приближенно можно принять, что зависимость светового потока ламп накаливания от их мощности Р подчиняется выражению



в котором для ламп 220 В значение n = 1,14. Опуская промежуточные рассуждения, можем прийти к выводу, впрочем достаточно очевидному, что условия электрической экономичности определяются максимумом функции



Для конкретных светильников точка максимума может находиться построением функции



решение же задачи в общем виде дает результат



Для равномерного светораспределения значение λэ оказывается равным 2,5, для косинусного 1,6, что в обоих случаях существенно превышает Кс . Наибольшее значение имеет определение такого расположения светильников, при котором минимальны годовые расходы на эксплуатацию установки.



Дополнительно рассмотрим практически важный случай освещения вертикальной поверхности светильником, подвешенным на высоте h над уровнем, на котором нормирована освещенность. Требуется выбрать оптимальное значение размера а (рис. 2-7). В этом случае



и дифференцирование этого выражения по а приводит к результату:



В подобных случаях нередко светильники наклоняются так, чтобы осевая сила света была направлена в освещаемую точку А. Это эквивалентно установке светильников, для которых m = 0, и из выражения (2-6) получаем:



Если поверхность освещается целым рядом светильников, параллельным этой поверхности, при расстоянии между светильниками L, то несколько более сложный вывод приводит к результату:



Поучительно, что рассмотренная задача, как и некоторые другие задачи в светотехнике, может быть решена «методом поворота». Повернув рисунок на 90° по часовой стрелке сделаем вертикальную поверхность горизонтальной, причем а будет играть роль h, а h — роль а. Из ранее рассмотренного определения наивыгоднейшей высоты ясно, что при установке одного светильника и т = 0 значение а= h : √2.

Все приведенные выше выводы из теории наивыюднейшего расположения светильников используются в практике с некоторыми оговорками, и найденные значения L в основном служат лишь для ориентировки при выборе размещения светильников.

Для этого есть несколько причин. Все кривые зависимости Э = f (λ) вблизи максимума весьма пологи, и отклонение величины Я от оптимального значения в пределах примерно ±30% обычно допустимо. Определяющим фактором при практическом выборе значения L часто оказывается ограниченность сортамента ламп.

В высоких помещениях может оказаться оптимальным очень небольшое значение L, но если при этом для создания заданной освещенности необходимы, например, лампы накаливания мощностью по 5 кВт, то волей-неволей придется уменьшать L. Пусть, например, длина помещения 12 м и теоретически определено, что L = 5 м. Установив на таком расстоянии два светильника, мы приходим к непомерно большим значениям /; переходя же к трем светильникам, видим, что они удачно размещаются, если принять L = 4,5 м и I = 1,5 м. В некоторых случаях при решении подобных задач может помочь «правило третей». Пусть вдоль стороны помещения длиной А надо разместить светильники при желательном расстоянии L и при L= 1\3 L.




Исходным значением L при выборе расположения светильников, как правило, должно приниматься соответствующее значение %э при лампах накаливания и 1 с— в остальных случаях. Значение Я0 практически для внутреннего освещения определяется лишь в редких случаях и обязательно сопровождается проверкой качества освещения и возможности его осуществления стандартными лампами.

3-1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА

Обычной задачей расчета освещенности является определение числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения заданного значения освещенности. Значительно реже выполняются поверочные расчеты, т. е. определение ожидаемой освещенности при заданных параметрах установки.

Повышенная точность расчетов нужна преимущественно при сопоставлении и выборе различных вариантов выполнения освещения. В этих случаях с учетом равной для всех вариантов вероятности отклонения результатов от расчетных данных можно считать предпочтительным тот вариант, в котором данные осветительные условия достигаются хотя бы при незначительно лучших показателях.

При этом отклонения ожидаемой освещенности от заданной должны также не превышать вышеуказанных пределов. Все применяемые приемы расчета основаны на двух формулах, связывающих освещенность с характеристиками светильников и ламп:



принципиальная разница между которыми состоит в том, что первая из них, будучи написана в недифференциальном виде, определяет среднюю освещенность поверхности, а вторая — освещенность конкретной точки на поверхности.

Метод, основанный на первой формуле, носит название метода коэффициента использования. В своих обычных формах он позволяет обеспечить среднюю освещенность горизонтальной поверхности с учетом всех падающих на нее потоков, как прямых, так и отраженных.

  1   2   3

скачати

© Усі права захищені
написати до нас