Лампа - преобразователь энергии. Хотя он может выполнять второстепенные функции, его основной целью является преобразование электрической энергии в видимое электромагнитное излучение. Есть много способов создать свет. Стандартным методом создания общего освещения является преобразование электрической энергии в свет.

Типы света

накаливание

При нагревании твердых тел и жидкостей они испускают видимое излучение при температуре выше 1,000 К; это известно как накал.

Такой нагрев лежит в основе генерации света в лампах накаливания: электрический ток проходит по тонкой вольфрамовой проволоке, температура которой повышается примерно до 2,500—3,200 К в зависимости от типа лампы и области ее применения.

У этого метода есть ограничение, которое описывается законом Планка для работы излучателя черного тела, согласно которому спектральное распределение излучаемой энергии увеличивается с температурой. При температуре около 3,600 К и выше наблюдается заметное усиление эмиссии видимого излучения, а длина волны максимальной мощности смещается в видимый диапазон. Эта температура близка к температуре плавления вольфрама, который используется для нити накала, поэтому практический температурный предел составляет около 2,700 К, выше которого испарение нити становится чрезмерным. Одним из результатов этих спектральных сдвигов является то, что большая часть испускаемого излучения выделяется не в виде света, а в виде тепла в инфракрасной области. Таким образом, лампы накаливания могут быть эффективными нагревательными устройствами и используются в лампах, предназначенных для сушки печати, приготовления пищи и содержания животных.

Электрический разряд

Электрический разряд - это метод, используемый в современных источниках света для торговли и промышленности из-за более эффективного производства света. Некоторые типы ламп сочетают электрический разряд с фотолюминесценцией.

Электрический ток, проходящий через газ, возбуждает атомы и молекулы, излучая излучение спектра, характерного для присутствующих элементов. Обычно используются два металла, натрий и ртуть, потому что их характеристики дают полезное излучение в видимом спектре. Ни один из металлов не излучает непрерывный спектр, а газоразрядные лампы имеют селективный спектр. Их цветопередача никогда не будет идентична непрерывным спектрам. Газоразрядные лампы часто классифицируют как лампы высокого или низкого давления, хотя эти термины являются относительными, а натриевая лампа высокого давления работает при температуре ниже одной атмосферы.

Типы люминесценции

Фотолюминесценция возникает, когда излучение поглощается твердым телом, а затем переизлучается с другой длиной волны. Когда переизлучаемое излучение находится в пределах видимого спектра, этот процесс называется флуоресценция or фосфоресценция.

Электролюминесценция возникает, когда свет генерируется электрическим током, проходящим через определенные твердые тела, такие как люминофоры. Он используется для самосветящихся вывесок и приборных панелей, но не зарекомендовал себя как практичный источник света для освещения зданий или экстерьеров.

Эволюция электрических ламп

Хотя технический прогресс позволил производить различные лампы, основными факторами, повлиявшими на их развитие, были внешние рыночные силы. Например, производство ламп накаливания, использовавшихся в начале этого века, стало возможным только после появления хороших вакуумных насосов и волочения вольфрамовой проволоки. Однако именно крупномасштабное производство и распределение электроэнергии для удовлетворения спроса на электрическое освещение определило рост рынка. Электрическое освещение давало много преимуществ по сравнению с освещением, вырабатываемым газом или маслом, например, постоянный свет, требующий нечастого обслуживания, а также повышенная безопасность за счет отсутствия открытого пламени и местных побочных продуктов сгорания.

В период восстановления после Второй мировой войны упор делался на производительность. Люминесцентная трубчатая лампа стала доминирующим источником света, потому что она сделала возможным бестеневое и сравнительно нетепловое освещение заводов и офисов, позволяя максимально использовать пространство. Требования к светоотдаче и мощности для типичной люминесцентной трубчатой ​​лампы диаметром 1,500 мм приведены в таблице 1.

Таблица 1. Улучшенные требования к светоотдаче и мощности некоторых типичных люминесцентных ламп диаметром 1,500 мм

К 1970-м годам цены на нефть выросли, и затраты на энергию стали значительной частью эксплуатационных расходов. Люминесцентные лампы, дающие такое же количество света при меньшем потреблении электроэнергии, были востребованы рынком. Конструкция лампы была усовершенствована несколькими способами. С приближением века растет осознание глобальных экологических проблем. Более эффективное использование сокращающегося сырья, переработка или безопасная утилизация продуктов, а также постоянная озабоченность по поводу потребления энергии (особенно энергии, вырабатываемой из ископаемого топлива) влияют на современные конструкции ламп.

Критерий производительности

Критерии производительности зависят от приложения. В целом особой иерархии важности этих критериев не существует.

Световой поток: Световой поток лампы определяет ее соответствие размеру установки и требуемому количеству освещения.

Внешний вид и цветопередача: Отдельные шкалы и числовые значения применяются к внешнему виду цвета и цветопередаче. Важно помнить, что цифры служат только ориентиром, а некоторые из них являются приблизительными. Когда это возможно, оценку пригодности следует проводить с реальными лампами и с цветами или материалами, применимыми к ситуации.

Срок службы лампы: Большинство ламп потребуют замены несколько раз в течение срока службы осветительной установки, и проектировщики должны свести к минимуму неудобства для жильцов, связанные со случайными отказами и техническим обслуживанием. Лампы используются в самых разных сферах. Ожидаемый средний срок службы часто представляет собой компромисс между стоимостью и производительностью. Например, срок службы лампы для слайд-проектора составляет несколько сотен часов, потому что максимальный световой поток важен для качества изображения. Напротив, некоторые лампы дорожного освещения можно менять каждые два года, что составляет около 8,000 часов горения.

Кроме того, на срок службы лампы влияют условия эксплуатации, поэтому не существует простой цифры, применимой во всех условиях. Кроме того, эффективный срок службы лампы может определяться различными режимами отказа. Физическому отказу, такому как разрыв нити накала или лампы, может предшествовать снижение светоотдачи или изменение цвета. На срок службы лампы влияют внешние условия окружающей среды, такие как температура, вибрация, частота включения, колебания напряжения питания, ориентация и т. д.

Следует отметить, что средний срок службы, указанный для типа лампы, представляет собой время до 50 % отказов от партии испытательных ламп. Это определение срока службы вряд ли применимо ко многим коммерческим или промышленным установкам; таким образом, практический срок службы лампы обычно меньше опубликованных значений, которые следует использовать только для сравнения.

Эффективность: Как правило, эффективность лампы данного типа повышается по мере увеличения номинальной мощности, потому что большинство ламп имеют фиксированные потери. Однако разные типы ламп имеют заметные различия в эффективности. Должны использоваться лампы с наивысшей эффективностью при условии соблюдения критериев размера, цвета и срока службы. Экономия энергии не должна происходить за счет визуального комфорта или производительности жильцов. Некоторые типичные эффективности приведены в таблице 2.

Таблица 2. Типичная эффективность лампы

Типы основных ламп

За прошедшие годы было разработано несколько номенклатурных систем по национальным и международным стандартам и реестрам.

В 1993 году Международная электротехническая комиссия (МЭК) опубликовала новую Международную систему кодирования ламп (ILCOS), призванную заменить существующие национальные и региональные системы кодирования. Список некоторых кратких кодов ILCOS для различных ламп приведен в таблице 3.

Таблица 3. Система краткого кодирования Международной системы кодирования ламп (ILCOS) для некоторых типов ламп

Лампы накаливания

В этих лампах используется вольфрамовая нить накала в инертном газе или вакууме со стеклянной оболочкой. Инертный газ подавляет испарение вольфрама и уменьшает почернение оболочки. Существует большое разнообразие форм ламп, которые имеют в основном декоративный вид. Конструкция типичной лампы General Lighting Service (GLS) показана на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция лампы GLS

Лампы накаливания также доступны в широком диапазоне цветов и отделки. Коды ILCOS и некоторые типичные формы включают показанные в таблице 4.

Таблица 4. Распространенные цвета и формы ламп накаливания с их кодами ILCOS.

Лампы накаливания по-прежнему популярны для домашнего освещения из-за их низкой стоимости и компактных размеров. Однако для коммерческого и промышленного освещения низкая эффективность приводит к очень высоким эксплуатационным расходам, поэтому газоразрядные лампы являются нормальным выбором. Лампа мощностью 100 Вт имеет типичную эффективность 14 люмен/ватт по сравнению с 96 люмен/ватт для люминесцентной лампы мощностью 36 Вт.

Лампы накаливания легко диммировать, уменьшая напряжение питания, и они до сих пор используются там, где диммирование является желаемой функцией управления.

Вольфрамовая нить накаливания представляет собой компактный источник света, легко фокусируемый отражателями или линзами. Лампы накаливания полезны для освещения витрин, где необходимо управление направлением.

Вольфрамовые галогенные лампы

Они похожи на лампы накаливания и излучают свет таким же образом от вольфрамовой нити. Однако колба содержит газообразный галоген (бром или йод), который эффективно контролирует испарение вольфрама. См. рисунок 2.

Рисунок 2. Галогеновый цикл

Основой галогенного цикла является минимальная температура стенки колбы 250 ° C, чтобы гарантировать, что галогенид вольфрама остается в газообразном состоянии и не конденсируется на стенке колбы. Эта температура означает, что лампы сделаны из кварца, а не из стекла. С кварцем можно уменьшить размер колбы.

Срок службы большинства вольфрамово-галогенных ламп больше, чем у ламп накаливания, а нить накала имеет более высокую температуру, что дает больше света и более белый цвет.

Вольфрамово-галогенные лампы стали популярными там, где главным требованием являются небольшой размер и высокая производительность. Типичными примерами являются сценическое освещение, в том числе кино- и телевизионное, где обычными требованиями являются управление направлением и диммирование.

Низковольтные вольфрамовые галогенные лампы

Первоначально они были разработаны для слайд- и кинопроекторов. При 12 В нить накала той же мощности, что и при 230 В, становится меньше и толще. Это может быть более эффективно сфокусировано, а большая масса нити накала обеспечивает более высокую рабочую температуру, увеличивая светоотдачу. Толстая нить более прочная. Эти преимущества были реализованы как полезные для рынка коммерческих витрин, и хотя необходимо иметь понижающий трансформатор, эти лампы теперь доминируют в освещении витрин. См. рисунок 3.

Рис. 3. Низковольтная дихроичная рефлекторная лампа

Хотя пользователям кинопроекторов нужно как можно больше света, слишком много тепла повреждает прозрачную среду. Был разработан специальный тип рефлектора, который отражает только видимое излучение, позволяя инфракрасному излучению (теплу) проходить через заднюю часть лампы. Эта функция теперь является частью многих низковольтных рефлекторных ламп для освещения дисплеев, а также проекторного оборудования.

Чувствительность к напряжению: все лампы накаливания чувствительны к изменению напряжения, что влияет на светоотдачу и срок службы. Стремление «гармонизировать» напряжение питания по всей Европе на уровне 230 В достигается за счет расширения допусков, с которыми могут работать генерирующие органы. Изменение составляет ±10%, что соответствует диапазону напряжения от 207 до 253 В. Лампы накаливания и вольфрамово-галогенные лампы не могут нормально работать в этом диапазоне, поэтому необходимо согласовать фактическое напряжение питания с номиналами ламп. См. рисунок 4.

Рисунок 4. Лампы накаливания GLS и напряжение питания

На газоразрядные лампы также будут влиять такие широкие колебания напряжения, поэтому важное значение приобретает правильная спецификация механизма управления.

Трубчатые люминесцентные лампы

Это ртутные лампы низкого давления, доступные в версиях с «горячим катодом» и «холодным катодом». Первый — это обычная люминесцентная лампа для офисов и заводов; «Горячий катод» относится к запуску лампы путем предварительного нагрева электродов для создания достаточной ионизации газа и паров ртути для установления разряда.

Лампы с холодным катодом в основном используются для вывесок и рекламы. См. рисунок 5.

Рисунок 5. Принцип работы люминесцентной лампы

Для люминесцентных ламп требуется внешний механизм управления для запуска и управления током лампы. Помимо небольшого количества паров ртути, имеется исходный газ (аргон или криптон).

Низкое давление ртути генерирует разряд бледно-голубого света. Основная часть излучения приходится на УФ-диапазон с длиной волны 254 нм, характерной для ртути частотой излучения. Внутри стенки трубки находится тонкое люминофорное покрытие, которое поглощает УФ-излучение и излучает энергию в виде видимого света. Качество цвета света определяется люминофорным покрытием. Доступен ряд люминофоров с различным внешним видом и цветопередачей.

В течение 1950-х годов доступные люминофоры предлагали выбор разумной эффективности (60 люмен / ватт) с недостатком красного и синего света или улучшенную цветопередачу от «роскошных» люминофоров с более низкой эффективностью (40 люмен / ватт).

К 1970-м годам были разработаны новые узкополосные люминофоры. Они по отдельности излучали красный, синий и зеленый свет, но вместе давали белый свет. Регулировка пропорций дала ряд различных цветовых проявлений с одинаковой превосходной цветопередачей. Эти трилюминофоры более эффективны, чем более ранние типы, и представляют собой лучшее экономичное решение для освещения, даже несмотря на то, что лампы стоят дороже. Повышенная эффективность снижает затраты на эксплуатацию и установку.

Принцип трех люминофоров был расширен за счет ламп с несколькими люминофорами, где необходима критическая цветопередача, например, для художественных галерей и промышленного подбора цветов.

Современные узкополосные люминофоры более долговечны, лучше сохраняют световой поток и увеличивают срок службы лампы.

Компактные люминесцентные лампы

Люминесцентная лампа не является практичной заменой лампы накаливания из-за своей линейной формы. Маленькие трубки с узким отверстием могут иметь примерно такой же размер, как лампа накаливания, но это создает гораздо более высокую электрическую нагрузку на материал люминофора. Использование трилюминофоров необходимо для достижения приемлемого срока службы лампы. См. рисунок 6.

Рисунок 6. Компактная люминесцентная лампа с четырьмя ножками

Все компактные люминесцентные лампы используют три люминофора, поэтому, когда они используются вместе с линейными люминесцентными лампами, последние также должны быть три люминофора, чтобы обеспечить постоянство цвета.

Некоторые компактные лампы включают в себя механизм управления, который можно использовать для модернизации ламп накаливания. Ассортимент расширяется и позволяет легко модернизировать существующие установки для более энергоэффективного освещения. Эти встроенные блоки не подходят для затемнения там, где это было частью исходных элементов управления.

Высокочастотный электронный пускорегулирующий аппарат: Если нормальную частоту питания 50 или 60 Гц увеличить до 30 кГц, эффективность люминесцентных ламп увеличится на 10%. Электронные схемы могут управлять отдельными лампами на таких частотах. Электронная схема спроектирована так, чтобы обеспечить такой же световой поток, как и механизм управления с проволочной обмоткой, за счет пониженной мощности лампы. Это обеспечивает совместимость пакета люменов с тем преимуществом, что уменьшенная нагрузка на лампу значительно увеличивает срок службы лампы. Электронный пускорегулирующий аппарат может работать в диапазоне питающих напряжений.

Общего стандарта для электронных пускорегулирующих аппаратов не существует, и характеристики ламп могут отличаться от информации, опубликованной производителями ламп.

Использование высокочастотного электронного ПРА устраняет обычную проблему мерцания, к которой могут быть чувствительны некоторые пассажиры.

Индукционные лампы

Недавно на рынке появились лампы, работающие по принципу индукции. Это ртутные лампы низкого давления с трифосфорным покрытием и по светоизлучателям аналогичны люминесцентным лампам. Энергия передается на лампу с помощью высокочастотного излучения с частотой примерно 2.5 МГц от антенны, расположенной в центре лампы. Физической связи между колбой лампы и катушкой нет. Без электродов и других проводных соединений конструкция разрядного сосуда проще и долговечнее. Срок службы лампы в основном определяется надежностью электронных компонентов и сохранением светового потока люминофорного покрытия.

Ртутные лампы высокого давления

Разряды высокого давления более компактны и имеют более высокие электрические нагрузки; поэтому им требуются кварцевые дуговые трубки, чтобы выдерживать давление и температуру. Дуговая трубка заключена во внешнюю стеклянную оболочку с азотной или аргонно-азотной атмосферой для уменьшения окисления и искрения. Лампа эффективно фильтрует УФ-излучение дуговой трубки. См. рисунок 7.

Рисунок 7. Конструкция ртутной лампы

При высоком давлении ртутный разряд имеет в основном синее и зеленое излучение. Для улучшения цвета люминофорное покрытие внешней колбы добавляет красный свет. Есть роскошные версии с повышенным содержанием красного, которые дают более высокую светоотдачу и улучшенную цветопередачу.

Всем газоразрядным лампам высокого давления требуется время для достижения полной мощности. Первоначальный разряд осуществляется через токопроводящий газовый наполнитель, а металл испаряется по мере повышения температуры лампы.

При стабильном давлении лампа не включится сразу без специального механизма управления. Существует задержка, пока лампа достаточно остынет и давление уменьшится, так что нормальное напряжение питания или цепь зажигания достаточны для восстановления дуги.

Газоразрядные лампы имеют характеристику отрицательного сопротивления, поэтому для управления током необходим внешний механизм управления. Из-за этих компонентов ПРА возникают потери, поэтому пользователь должен учитывать общую мощность при рассмотрении эксплуатационных расходов и электромонтажных работ. Исключение составляют ртутные лампы высокого давления, и один тип содержит вольфрамовую нить накала, которая действует как устройство ограничения тока и добавляет теплые тона к сине-зеленому разряду. Это дает возможность прямой замены ламп накаливания.

Хотя ртутные лампы имеют длительный срок службы, составляющий около 20,000 55 часов, к концу этого периода световой поток упадет примерно до XNUMX% от первоначального, и, следовательно, экономический срок службы может быть короче.

Металлогалогенные лампы

Цвет и световой поток ртутных газоразрядных ламп можно улучшить, добавляя в ртутную дугу различные металлы. Для каждой лампы доза мала, и для точного нанесения удобнее обращаться с металлами в виде порошка в виде галогенидов. Это ломается, когда лампа нагревается и высвобождает металл.

В металлогалогенной лампе может использоваться несколько различных металлов, каждый из которых дает определенный характерный цвет. К ним относятся:

• диспрозий — широкий сине-зеленый
• индий — темно-синий
• литий — узко-красный
• скандий — широкий сине-зеленый
• натрий — узко-желтый
• таллий — темно-зеленый
• олово — широкий оранжево-красный

Стандартной смеси металлов не существует, поэтому металлогалогенные лампы разных производителей могут быть несовместимы по внешнему виду или рабочим характеристикам. Для ламп с более низкой номинальной мощностью, от 35 до 150 Вт, физическая и электрическая совместимость более близка к общему стандарту.

Для металлогалогенных ламп требуется механизм управления, но отсутствие совместимости означает, что необходимо подобрать каждую комбинацию лампы и механизма для обеспечения правильных условий запуска и работы.

Натриевые лампы низкого давления

Дуговая трубка по размеру аналогична люминесцентной, но изготовлена ​​из специального многослойного стекла с внутренним покрытием, устойчивым к натрию. Дуговая трубка имеет узкую U-образную форму и заключена во внешнюю вакуумную оболочку для обеспечения термической стабильности. Во время запуска лампы имеют сильное красное свечение от неоновой газовой начинки.

Характерное излучение паров натрия низкого давления имеет монохроматический желтый цвет. Это близко к пиковой чувствительности человеческого глаза, а натриевые лампы низкого давления являются наиболее эффективными лампами с мощностью почти 200 люмен/ватт. Однако применение ограничено теми местами, где различение цветов не имеет визуального значения, например, на магистральных дорогах и подземных переходах, а также на жилых улицах.

Во многих случаях эти лампы заменяются натриевыми лампами высокого давления. Их меньший размер обеспечивает лучший оптический контроль, особенно для освещения проезжей части, где растет озабоченность по поводу чрезмерного свечения неба.

Натриевые лампы высокого давления

Эти лампы аналогичны ртутным лампам высокого давления, но обладают большей эффективностью (более 100 люмен/ватт) и превосходным сохранением светового потока. Реакционная природа натрия требует, чтобы дуговая трубка была изготовлена ​​из полупрозрачного поликристаллического оксида алюминия, поскольку стекло или кварц не подходят. Внешняя стеклянная колба содержит вакуум для предотвращения искрения и окисления. От разряда натрия нет УФ-излучения, поэтому люминофорные покрытия не представляют ценности. Некоторые лампы имеют матовое покрытие или покрытие для рассеивания источника света. См. рисунок 8.

Рисунок 8. Конструкция натриевой лампы высокого давления

По мере увеличения давления натрия излучение становится широкой полосой вокруг желтого пика, а внешний вид становится золотисто-белым. Однако с увеличением давления эффективность снижается. В настоящее время доступны три отдельных типа натриевых ламп высокого давления, как показано в таблице 5.

Таблица 5. Типы натриевых ламп высокого давления

Как правило, стандартные лампы используются для наружного освещения, роскошные лампы — для промышленных интерьеров, а лампы White SON — для коммерческих/демонстрационных приложений.

Затемнение газоразрядных ламп

Лампы высокого давления не могут быть удовлетворительно затемнены, так как изменение мощности лампы изменяет давление и, следовательно, основные характеристики лампы.

Люминесцентные лампы можно регулировать с помощью высокочастотных источников, обычно генерируемых электронным пускорегулирующим аппаратом. Внешний вид цвета остается очень постоянным. Кроме того, светоотдача приблизительно пропорциональна мощности лампы, что приводит к экономии электроэнергии при уменьшении светоотдачи. Интегрируя световой поток лампы с преобладающим уровнем естественного дневного света, можно обеспечить почти постоянный уровень освещенности в интерьере.

Назад

Люди обладают необычайной способностью приспосабливаться к окружающей их среде и непосредственному окружению. Из всех видов энергии, которые люди могут использовать, свет является наиболее важным. Свет является ключевым элементом нашей способности видеть, и необходимо оценивать форму, цвет и перспективу объектов, которые окружают нас в нашей повседневной жизни. Большую часть информации, которую мы получаем через органы чувств, мы получаем через зрение — около 80%. Очень часто, и поскольку мы так привыкли к тому, что это доступно, мы принимаем это как должное. Однако мы не должны упускать из виду, что аспекты человеческого благополучия, такие как наше душевное состояние или уровень нашей усталости, зависят от освещения и цвета вещей, которые нас окружают. С точки зрения безопасности труда чрезвычайно важны зрительная способность и визуальный комфорт. Это связано с тем, что многие несчастные случаи происходят, среди прочего, из-за недостатков освещения или ошибок, допущенных работником из-за того, что ему или ей трудно идентифицировать объекты или риски, связанные с оборудованием, транспортными средствами, опасными контейнерами и т. д.

Расстройства зрения, связанные с недостатками в системе освещения, распространены на рабочих местах. Из-за способности зрения адаптироваться к ситуациям с недостаточным освещением эти аспекты иногда не рассматриваются так серьезно, как следовало бы.

Правильный проект системы освещения должен обеспечивать оптимальные условия для зрительного комфорта. Для достижения этой цели необходимо установить раннее сотрудничество между архитекторами, дизайнерами по свету и лицами, ответственными за гигиену на рабочем месте. Это сотрудничество должно предшествовать началу проекта, чтобы избежать ошибок, которые будет трудно исправить после завершения проекта. Среди наиболее важных аспектов, которые следует иметь в виду, — тип лампы, которая будет использоваться, и система освещения, которая будет установлена, распределение яркости, эффективность освещения и спектральный состав света.

Тот факт, что свет и цвет влияют на производительность и психофизиологическое самочувствие рабочего, должен стимулировать инициативу светотехников, физиологов и эргономистов по изучению и определению наиболее благоприятных условий света и цвета на каждом рабочем месте. Комбинация освещения, контраст яркостей, цвет света, цветопередача или подбор цветов — элементы, определяющие цветовой климат и зрительный комфорт.

Факторы, определяющие визуальный комфорт

Предпосылки, которым должна соответствовать система освещения, чтобы обеспечить условия, необходимые для зрительного комфорта, следующие:

• равномерное освещение
• оптимальная яркость
• без бликов
• адекватные контрастные условия
• правильные цвета
• отсутствие стробоскопического эффекта или прерывистого света.

Свет на рабочем месте важно рассматривать не только по количественным, но и по качественным критериям. Первым шагом является изучение рабочего места, требуемой точности выполняемых задач, объема работы, мобильности рабочего и так далее. Свет должен включать компоненты как рассеянного, так и прямого излучения. В результате комбинации будут создаваться тени большей или меньшей интенсивности, что позволит рабочему воспринимать форму и положение предметов на рабочем месте. Должны быть устранены раздражающие отражения, затрудняющие восприятие деталей, а также излишние блики или глубокие тени.

Периодическое техническое обслуживание осветительной установки очень важно. Цель состоит в том, чтобы предотвратить старение ламп и скопление пыли на светильниках, что приведет к постоянной потере света. По этой причине важно выбирать лампы и системы, которые просты в обслуживании. Лампа накаливания сохраняет свою эффективность до тех пор, пока не выйдет из строя, но это не относится к люминесцентным лампам, мощность которых может снизиться до 75% после тысячи часов использования.

Уровни освещения

Каждое действие требует определенного уровня освещения в помещении, где происходит действие. В общем, чем выше сложность зрительного восприятия, тем выше должен быть и средний уровень освещенности. Рекомендации по минимальным уровням освещенности, связанные с различными задачами, существуют в различных публикациях. В частности, те, что перечислены на рисунке 1, были взяты из европейских норм CENTC 169 и основаны больше на опыте, чем на научных знаниях.

Рисунок 1. Уровни освещенности в зависимости от выполняемых задач

Уровень освещенности измеряется люксометром, который преобразует световую энергию в электрический сигнал, который затем усиливается и обеспечивает легкое считывание по откалиброванной шкале люкс. При выборе определенного уровня освещенности для конкретного рабочего места необходимо изучить следующие моменты:

• характер работы
• отражательная способность объекта и ближайшего окружения
• различия с естественным освещением и необходимостью дневного освещения
• возраст работника.

Единицы и величины освещенности

В области освещения обычно используются несколько величин. Основные из них:

Световой поток: Световая энергия, излучаемая в единицу времени источником света. Единица: люмен (лм).

Интенсивность света: Световой поток, излучаемый в заданном направлении светом, который неравномерно распределен. Единица: кандела (кд).

Уровень освещенности: Уровень освещенности поверхности площадью один квадратный метр при попадании на нее светового потока в один люмен. Единица: люкс = лм/м².

Яркость или фотометрическая яркость: определяется для поверхности в определенном направлении и представляет собой отношение между силой света и поверхностью, которую видит наблюдатель, находящийся в том же направлении (видимая поверхность). Единица: кд/м².

Контраст: Разница в яркости между объектом и его окружением или между различными частями объекта.

коэффициент отражения: Доля света, отражаемая поверхностью. Это безразмерная величина. Его значение находится в диапазоне от 0 до 1.

Факторы, влияющие на видимость объектов

Степень безопасности, с которой выполняется задание, во многом зависит от качества освещения и зрительных способностей. Видимость объекта можно изменить разными способами. Одним из наиболее важных является контраст яркостей, обусловленный факторами отражения, тенями или цветами самого объекта, а также коэффициентами отражения цвета. На самом деле глаз воспринимает разницу в яркости между объектом и его окружением или между разными частями одного и того же объекта. В таблице 1 перечислены контрасты между цветами в порядке убывания.

Яркость объекта, его окружения и рабочей зоны влияет на легкость, с которой объект виден. Поэтому крайне важно, чтобы область, в которой выполняется зрительная задача, и ее окружение были тщательно проанализированы.

Таблица 1. Цветовые контрасты

Другим фактором является размер объекта, который необходимо наблюдать, который может быть адекватным или неадекватным в зависимости от расстояния и угла зрения наблюдателя. Эти последние два фактора определяют расположение рабочего места, классифицируя различные зоны в зависимости от их видимости. В рабочей зоне можно установить пять зон (см. рис. 2).

Рис. 2. Распределение визуальных зон на рабочем месте

Другим фактором являются временные рамки, в течение которых происходит видение. Время экспозиции будет больше или меньше в зависимости от того, статичны ли объект и наблюдатель, или один или оба из них движутся. Адаптивная способность глаза автоматически приспосабливаться к различному освещению объектов также может оказывать значительное влияние на видимость.

Распределение света; яркий свет

Ключевыми факторами условий, влияющих на зрение, являются распределение света и контраст яркостей. Что касается распределения света, то предпочтительнее иметь хорошее общее освещение, а не местное освещение, чтобы избежать бликов. По этой причине электрические аксессуары должны быть размещены как можно более равномерно, чтобы избежать различий в силе света. Постоянное перемещение по зонам с неравномерным освещением вызывает утомление глаз, что со временем может привести к снижению зрительной отдачи.

Блики возникают, когда в поле зрения присутствует яркий источник света; результатом является снижение способности различать объекты. Рабочие, которые постоянно и последовательно страдают от яркого света, могут страдать от перенапряжения глаз, а также от функциональных расстройств, даже если во многих случаях они не осознают этого.

Блики могут быть прямыми, когда их источником являются яркие источники света, находящиеся непосредственно на линии обзора, или отраженными, когда свет отражается от поверхностей с высоким коэффициентом отражения. Факторы, влияющие на блики:

1. Яркость источника света: Максимально допустимая яркость при прямом наблюдении составляет 7,500 кд/м.². На рис. 3 показаны некоторые приблизительные значения яркости для нескольких источников света.
2. Расположение источника света: Этот вид бликов возникает, когда источник света находится в пределах угла 45 градусов от линии взгляда наблюдателя, и будет сведен к минимуму в той степени, в которой источник света находится за пределами этого угла. Способы и методы предотвращения прямых и отраженных бликов можно увидеть на следующих рисунках (см. рисунок 4).

Рисунок 3. Приблизительные значения яркости

Рисунок 4. Факторы, влияющие на блики

Как правило, блики больше, когда источники света установлены на более низких высотах или когда они установлены в больших помещениях, потому что источники света в больших помещениях или источники света, расположенные слишком низко, могут легко попадать в угол обзора, создающий блики.

3. Распределение яркости между различными объектами и поверхностями: чем больше разница в яркости между объектами в поле зрения, тем больше будет создаваемых бликов и тем больше будет ухудшение способности видеть из-за эффектов. на адаптационные процессы зрения. Максимальные рекомендуемые отклонения яркости:

• зрительная задача — рабочая поверхность: 3:1
• зрительная задача — окружение: 10:1

4. Срок экспозиции: Даже источники света с низкой яркостью могут вызывать блики, если экспозиция слишком велика.

Избежать бликов относительно просто, и этого можно добиться разными способами. Один из способов, например, заключается в размещении решеток под источниками освещения, или использовании огибающих рассеивателей или параболических отражателей, способных правильно направлять свет, или в установке источников света таким образом, чтобы они не мешали углу освещения. зрение. При оформлении рабочего места правильное распределение яркости так же важно, как и сама освещенность, но важно также учитывать, что слишком равномерное распределение яркости затрудняет трехмерное и пространственное восприятие предметов.

Системы освещения

В последнее время возрос интерес к естественному освещению. Это связано не столько с качеством освещения, которое оно дает, сколько с благополучием, которое оно обеспечивает. Но так как уровень освещенности от естественных источников неравномерен, требуется система искусственного освещения.

Наиболее распространены следующие системы освещения:

Общее равномерное освещение

В этой системе источники света распределены равномерно, независимо от расположения рабочих мест. Средний уровень освещенности должен быть равен уровню освещенности, необходимому для выполнения задачи. Эти системы используются в основном на рабочих местах, где рабочие места не закреплены.

Он должен соответствовать трем основным характеристикам: Во-первых, он должен быть оснащен антибликовыми устройствами (решетками, рассеивателями, отражателями и т. д.). Во-вторых, он должен распределять часть света на потолок и верхнюю часть стен. И в-третьих, источники света должны быть установлены как можно выше, чтобы свести к минимуму блики и добиться максимально однородного освещения. (См. рис. 5)

Рисунок 5. Системы освещения

Эта система пытается усилить общую схему освещения, размещая лампы близко к рабочим поверхностям. Эти типы ламп часто создают блики, и отражатели должны быть расположены таким образом, чтобы они закрывали источник света от прямого взгляда рабочего. Использование локализованного освещения рекомендуется для тех приложений, где требования к зрению очень важны, например, уровни освещенности 1,000 люкс или выше. Как правило, зрительная способность ухудшается с возрастом рабочего, что вызывает необходимость увеличения уровня общего освещения или дублирования его местным освещением. Это явление можно ясно оценить на рисунке 6.

Рисунок 6. Потеря остроты зрения с возрастом

Общее локализованное освещение

Этот тип освещения состоит из потолочных источников, распределенных с учетом двух факторов: характеристик освещения оборудования и потребностей в освещении каждого рабочего места. Этот тип освещения показан для тех пространств или рабочих зон, которые требуют высокого уровня освещения, и требует знания будущего местоположения каждого рабочего места до этапа проектирования.

Цвет: основные понятия

Выбор подходящего цвета для рабочего места в значительной степени способствует эффективности, безопасности и общему самочувствию сотрудников. Точно так же отделка поверхностей и оборудования, находящегося в рабочей среде, способствует созданию приятных визуальных условий и приятной рабочей среды.

Обычный свет состоит из электромагнитных излучений разных длин волн, соответствующих каждому из диапазонов видимого спектра. Смешивая красный, желтый и синий свет, мы можем получить большинство видимых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета предмета зависит от цвета света, которым он освещен, и от того, как сам предмет отражает свет.

Лампы можно разделить на три категории в зависимости от вида излучаемого ими света:

• цвет с теплым внешним видом: белый с красноватым оттенком, рекомендуемый для жилых помещений
• цвет с промежуточным внешним видом: белый свет, рекомендуемый для рабочих площадок
• цвет с холодным внешним видом: белый, голубоватый свет рекомендуется для задач, требующих высокого уровня освещенности или для жаркого климата.

Цвета также можно классифицировать как теплые или холодные в зависимости от их тональности (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Тональность «теплых» и «холодных» цветов

Контраст и температура разных цветов

На цветовые контрасты влияет цвет выбранного света, и по этой причине качество освещения будет зависеть от цвета света, выбранного для применения. Выбор цвета используемого света должен производиться исходя из задачи, которая будет выполняться под ним. Если цвет близок к белому, цветопередача и рассеивание света будут лучше. Чем больше света приближается к красной части спектра, тем хуже будет воспроизведение цвета, но окружающая среда будет теплее и привлекательнее.

Цветовой вид освещения зависит не только от цвета света, но и от уровня силы света. Цветовая температура связана с различными формами освещения. Ощущение удовлетворенности освещенностью данной среды зависит от этой цветовой температуры. Таким образом, например, лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет цветовую температуру 2,800 К, люминесцентная лампа имеет цветовую температуру 4,000 К, а пасмурное небо имеет цветовую температуру 10,000 XNUMX К.

Круитхоф на основе эмпирических наблюдений определил диаграмму самочувствия для различных уровней освещенности и цветовых температур в данной среде (см. рис. 8). Таким образом, он продемонстрировал, что можно чувствовать себя комфортно в определенных средах с низким уровнем освещенности, если цветовая температура также низка — если уровень освещенности составляет, например, одну свечу с цветовой температурой 1,750 К.

Рис. 8. Диаграмма комфорта в зависимости от освещенности и цветовой температуры

Цвета электрических ламп можно разделить на три группы в зависимости от их цветовой температуры:

• дневной белый — около 6,000 К
• нейтральный белый — около 4,000 К
• теплый белый — около 3,000 К

Сочетание и подбор цветов

Выбор цветов очень актуален, когда мы рассматриваем его вместе с теми функциями, где важна идентификация объектов, которыми необходимо манипулировать. Актуален он и при разграничении путей общения и в тех задачах, которые требуют резкого контраста.

Выбор тональности не такой важный вопрос, как выбор надлежащих отражающих свойств поверхности. Есть несколько рекомендаций, которые относятся к этому аспекту рабочих поверхностей:

Потолки: поверхность потолка должна быть как можно более белой (с коэффициентом отражения 75%), потому что свет будет отражаться от нее рассеянным образом, рассеивая темноту и уменьшая блики от других поверхностей. Это также будет означать экономию на искусственном освещении.

Стены и полы: поверхности стен на уровне глаз могут создавать блики. Бледные цвета с коэффициентом отражения от 50 до 75%, как правило, подходят для стен. Хотя глянцевые краски держатся дольше, чем матовые, они лучше отражают свет. Поэтому стены должны быть матовыми или полуглянцевыми.

Полы должны быть окрашены в более темные тона, чем стены и потолок, чтобы избежать бликов. Коэффициент отражения полов должен составлять от 20 до 25%.

Подобрать оборудование: Рабочие поверхности, оборудование и столы должны иметь коэффициент отражения от 20 до 40%. Оборудование должно иметь стойкую отделку чистого цвета — светло-коричневого или серого, а материал не должен блестеть.

Правильное использование цветов в рабочей среде улучшает самочувствие, повышает производительность и может оказать положительное влияние на качество. Это также может способствовать лучшей организации и предотвращению несчастных случаев.

Существует распространенное мнение, что побелить стены и потолки и обеспечить адекватный уровень освещения — это все, что можно сделать для визуального комфорта сотрудников. Но эти факторы комфорта можно улучшить, комбинируя белый цвет с другими цветами, чтобы избежать усталости и скуки, характерных для монохромной среды. Цвета также влияют на уровень стимуляции человека; теплые цвета, как правило, активизируют и расслабляют, в то время как холодные цвета используются, чтобы побудить человека высвободить или высвободить свою энергию.

Цвет света, его распределение и цвета, используемые в данном пространстве, являются, среди прочего, ключевыми факторами, влияющими на ощущения, которые испытывает человек. Учитывая множество существующих цветов и факторов комфорта, невозможно установить точные ориентиры, особенно учитывая, что все эти факторы должны сочетаться в соответствии с характеристиками и требованиями конкретного рабочего места. Однако можно перечислить ряд основных и общих практических правил, которые могут помочь создать пригодную для жизни среду:

• Яркие цвета вызывают комфортные, стимулирующие и безмятежные чувства, в то время как темные цвета, как правило, действуют угнетающе.
• Источники света теплых тонов помогают хорошо воспроизводить теплые цвета. Предметы теплых тонов приятнее для глаз при теплом свете, чем при холодном.
• Чистые и тусклые цвета (например, пастельные тона) очень подходят в качестве фоновых цветов, а объекты должны иметь насыщенные и насыщенные цвета.
• Теплые цвета возбуждают нервную систему и дают ощущение повышения температуры.
• Для предметов предпочтительнее холодные цвета. Они обладают успокаивающим эффектом и могут быть использованы для создания эффекта искривления. Холодные цвета помогают создать ощущение, что температура падает.
• Ощущение цвета предмета зависит от цвета фона и от воздействия источника света на его поверхность.
• Физически холодную или жаркую среду можно смягчить, используя теплое или холодное освещение соответственно.
• Интенсивность цвета будет обратно пропорциональна той части нормального поля зрения, которую он занимает.
• На пространственный вид комнаты может влиять цвет. Комната будет казаться с более низким потолком, если ее стены выкрашены в светлый цвет, а пол и потолок в более темный цвет, и будет казаться, что она имеет более высокий потолок, если стены темнее, а потолок светлый.

Распознавание предметов по цвету

Выбор цветов может влиять на эффективность систем освещения, влияя на долю отраженного света. Но цвет также играет ключевую роль, когда дело доходит до идентификации объектов. Мы можем использовать яркие и привлекательные цвета или цветовые контрасты, чтобы выделить ситуации или объекты, требующие особого внимания. В таблице 2 перечислены некоторые факторы отражения для различных цветов и материалов.

Таблица 2. Коэффициенты отражения различных цветов и материалов при освещении белым светом

В любом случае идентификацию по цвету следует применять только тогда, когда это действительно необходимо, так как идентификация по цвету будет работать корректно только в том случае, если объектов, выделенных цветом, не слишком много. Ниже приведены некоторые рекомендации по идентификации различных элементов по цвету:

• Противопожарное оборудование и техника безопасности: рекомендуется идентифицировать это оборудование, разместив узнаваемое изображение на ближайшей стене, чтобы его можно было быстро найти.
• Спецтехника: Окрашивание стопорных или аварийных устройств яркими цветами на всех машинах имеет решающее значение. Также желательно пометить цветом области, которые нуждаются в смазке или периодическом обслуживании, что может добавить легкости и функциональности этим процедурам.
• Трубки и трубы: Если они имеют важное значение или содержат опасные вещества, лучше всего полностью их покрасить. В некоторых случаях может быть достаточно раскрасить только линию вдоль их длины.
• Ступеньки: Для облегчения спуска одна полоса на каждый шаг предпочтительнее нескольких.
• Риски: Цвет следует использовать для обозначения риска только в том случае, если риск невозможно устранить. Идентификация будет намного эффективнее, если ее проводить по заранее заданному цветовому коду.

Назад