Современные источники света для промышленного производства

В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяют следующие типы ламп: накаливания и газоразрядные.

Лампы накаливания просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения в сеть. Однако они имеют ряд недостатков: невысокую светоотдачу (от 7 до 15 лм/Вт), низкий КПД, равный 5-13% и небольшой срок службы 800-1000 ч. Лампы имеют непрерывный спектр, отличающийся от спектра естественного, дневного света преобладанием желтых и красных лучей. Из-за низкой эффективности ламп накаливания в ряде стран мира принято решение о запрещении в ближайшем будущем их использования с целью перехода к современным энергоэффективным источникам света.

Принцип действия. Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество — от миниатюрных ламп для карманного фонарика до полукиловаттных прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Тцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100).

Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным меркам, очень немного. Что же заставляет людей покупать (15 млрд в год!) столь неэффективные и недолговечные источники света? Кроме силы привычки и крайне низкой начальной цены (что, кстати, совершенно не означает, что применение ЛН экономически эффективно), причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН.

Газоразрядные лампы излучают свет в результате электрического разряда в парах металла. Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления. Люминесцентные лампы создают искусственный свет, приближающийся к естественному, обладают большим сроком службы (10000 ч) и высокой световой отдачей, достигающей для некоторых видов ламп 55-100 лм/Вт, т. е. они в 4-5 раза экономичнее ламы накаливания. Свечение люминесцентных ламп происходит по всей поверхности трубки, следовательно, яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. Несмотря на ряд преимуществ, применение люминесцентных ламп в освещении имеет и некоторые недостатки: относительная громоздкость, пульсации светового потока, стробоскопический эффект и чувствительность к температуре окружающей среды (оптимальная температура – 20-25°С). Понижение и повышение температуры вызывает уменьшение светового потока, а при температуре ниже 5°С лампа может не зажечься. Для освещения открытых пространств, высоких (более 6 м) производственных помещений используются дуговые ртутные люминесцентные лампы высокого давления (ДРЛ). Эти лампы в отличие от обычных люминесцентных ламп сосредотачивают в небольшом объеме значительную электрическую и световую мощность. Их выпускают мощностью от 80 до 1000 Вт, срок службы от 6000 до 15000 часов. К недостаткам этих ламп относятся длительное разгорание (5-15 мин.), относительно невысокая светоотдача (25-50 лм/Вт), снижение светового потока лампы к концу срока службы на 30-40%, значительная пульсация светового потока (от 63 до 74%). В промышленном освещении также используются натриевые лампы (ДНаТ), обладающие более высокой светоотдачей, но имеющие очень низкую цветопередачу и сильную зависимость световых и электрических параметров от перепадов напряжения. Преобладание желтой составляющей в спектре и практически отсутствие синих и зеленых составляющих не позволяет использовать их при выполнении точных работ, требующих естественного восприятия цветов и деталей объектов.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления — представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. 
Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи,которые, в свою очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать видимый свет. Два различных типа ЛЛ являются классическим примером компромисса в технике. Лампы с трехполосным люминофором более экономичны (световая отдача до 104 Лм/Вт), но обладают худшей цветопередачей (Ra=80), с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу (Ra=90-98) при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт). ЛЛ обеспечивают мягкий, равномерный свет, но распределением света в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. Для работы люминесцентных ламп необходима специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА). Наиболее современны и экономичны электронные ПРА (ЭПРА), разработка которых является одним из самых перспективных направлений развития современной светотехники.
Одно из главных преимуществ ЛЛ — долговечность (срок службы до 20 000 часов). Благодаря экономичности и долговечности ЛЛ стали самыми распространенными источниками света в офисах предприятий. В странах с мягким климатом ЛЛ широко применяются в наружном освещении городов. В холодных районах их распространению мешает падение светового потока при низких температурах. Если «закрутить» трубку ЛЛ в спираль, мы получим КЛЛ — компактную люминесцентную лампу. По своим параметрам КЛЛ приближаются к линейным ЛЛ (световая отдача до 75 Лм/Вт, Тцв=2700-6000 К, Ra=80 и более). Они, прежде всего предназначены для замены ламп накаливания в самых разнообразных применениях.

В настоящее время в ряде развитых стран для решения проблем в промышленном освещении используют безэлектродные индукционные люминесцентные лампы. Лампы данного типа обладают наиболее качественными показателями и на данный момент являются од- ними из перспективных источников света. Рассмотрим достоинства и преимущества индукционных ламп: длительный срок службы, который может составлять свыше 120000 часов; превосходная светоотдача – 80 лм/Вт и выше; высокий уровень светового потока, при длительном использовании – более 80% от первоначального после 60000 часов работы; высокая энергоэффективность (при одинаковой освещенности потребляют в 2 раза меньше электроэнергии, чем натриевые лампы (ДНаТ), в 3 раза – чем ртутные (ДРЛ), в 10 раз – чем лампы накаливания); мгновенное включение/выключение (существенное преимущество в сравнении с ртутными и натриевыми лампами, для которых требуется время на разогрев остывание (5-15 минут); высокий индекс цветопередачи – Ra > 80 (благоприятно сказывается на восприятии оттенков цветов, в отличие от натриевых ламп (Ra > 30), излучаемый свет которых имеет оранжевый оттенок и неестественную цветопередачу); широкий диапазон цветовых температур (2700-6500К) – от теплого белого до дневного света – позволяет выбрать оптимальную подсветку в зависимости от условий освещения; отсутствие мерцаний и стробоскопического эффекта за счет использования качественного электронного балласта, создающего ток с рабочей частотой –190-250 кГц, что обеспечивает комфортные условия для работы; низкая температура нагрева лампы – ниже 85°С; стабильность светового потока при различных температурах окружающей среды, надежное зажигание при низких температурах до минус 20°С, при положительных температурах лампы «зажигаются» и «перезажигаются» практически мгновенно; возможность регулирования светового потока в пределах 30-100% от номинального значения; высокий КПД электронного балласта – более 0,95; экологичность: содержание паров ртути на два порядка ниже, чем в обычной люминесцентной лампе, за счет использования амальгамы (сплава ртути с другими металлами). Платой за использование прогрессивных технологий является более высокая стоимость индукционных ламп. Эти лампы дороже и замена на них потребует определенных единовременных капиталовложений. Обоснование экономического эффекта лучше рассматривать на конкретной ситуации. Например, расчет эффективности замены ртутных ламп индукционными в цехе промышленного предприятия показывает почти 3-кратное снижение расходов за счет экономии электроэнергии, а также длительного срока службы. Учитывая технические характеристики индукционных ламп, снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание, можно смело утверждать, что в настоящее время индукционные лампы являются наиболее энергоэффективным источником света, который используется в промышленном освещении.

В промышленности используются также люминесцентные ртутно-кварцевые лампы (ДРЛ), состоящие из стеклянной колбы, покрытой изнутри люминофором, и ртутно-кварцевой трубки, размещенной в колбе. Под влиянием ультрафиолетового излучения, возникающего в ртутно-кварцевой трубке, светится люминофор, придавая свету определенный синеватый оттенок, искажая истинные цвета. Для устранения этого недостатка в состав люминофора вводятся специальные компоненты, которые частично исправляют цветность; эти лампы получили название ламп ДРЛ с исправленной цветностью. Именно такие лампы целесообразно применять для освещения рабочих помещений. Учитывая, что лампы ДРЛ обладают большой мощностью и дают интенсивный световой поток, их обычно используют, только для общего освещения высоких производственных помещений. 

   Учитывая, что и лампы накаливания и люминесцентные лампы не имеют в своем спектре ультрафиолетовых лучей, обладающих большой биологической активностью, в помещениях без естественного света или с недостаточным по биологическому действию естественным светом применяют установки искусственного ультрафиолетового облучения. Это осуществляется при помощи так называемых эритемных ламп, которые по форме аналогичны обычным люминесцентным лампам, но излучают преимущественно ультрафиолетовые лучи. Такие лампы применяются либо в системе общего освещения непосредственно в рабочих помещениях, либо в специальных помещениях, предназначенных для кратковременного, но более интенсивного облучении рабочих после смены, в фотариях. 
   Для рационального использования светового потока источники искусственного освещения заключаются в специальную арматуру. Источник света с осветительной арматурой называется светильником. Светильники делятся на три основных типа: прямого света, отраженного света и рассеянного света. 
   К светильникам прямого света относятся зеркальные и эмалированные глубоко излучатели, в которых металлической отражающей арматурой основной световой поток направляется в одну сторону (чаще вниз или слегка в сторону), они используются для общего освещения. Светильник прямого направленного света в виде металлического отражателя применяется как для общего, так и для местного освещения. К светильникам рассеянного света относится в основном осветительная арматура из молочного или матированного стекла или аналогичных пластмасс. Они применяются для общего освещения при высоте подвеса не более 4 - 5 м в помещениях со светлой окраской стен и потолков и без значительного выделения пыли и копоти. 

   Для освещения рабочего помещения отраженным светом источники света закрываются снизу отражателем, вследствие чего основной световой поток направляется на потолок или другую плоскость, окрашенную в белый цвет, от которого отражается и равномерно освещает помещение. Такой тип используется для общего освещения и, как правило, для особых зрительных работ (со значительной блесткостью); несмотря на гигиеническую целесообразность, он применяется редко, так как для создания необходимой освещенности требуются большие мощности, чем при прямом свете. Разнообразные светильники созданы для люминесцентного освещения. 
   В некоторых производствах, где имеет место выделение в воздух рабочих помещений паров или пылей легковоспламеняющихся или взрывоопасных веществ, применяются взрывобезопасные светильники. Они герметично закрывают источник света и тем самым предохраняют его от контакта с воспламеняющимися или взрывоопасными веществами. Для освещения вытяжных шкафов, боксов или других ограниченных пространств, где производятся работы с такими веществами, используется прожекторное освещение. Прожектора устанавливаются за пределами этих пространств (иногда даже за пределами цеха, снаружи), а световой поток от них через остекленное окно или другой остекленный проем направляется в рабочее пространство, освещая его. 

   Все светильники искусственного освещения по мере их загрязнения пылью, копотью, конденсатом различных испаряющихся веществ и т. п. значительно снижают световой поток и освещенность. Поэтому необходимо систематически протирать лампы и арматуру, а также своевременно заменять перегоревшие лампы (обязательно такими же по мощности и по качеству). Для этого в каждом цехе надо иметь приспособления или специальные устройства для свободного и безопасного доступа к светильникам, особенно общего освещения, размещенным в верхней зоне (телескопические вышки, выдвижные лестницы, устойчивые стремянки и т. п.). 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главный вопрос, который приходится решать осветителю, - грамотный и обоснованный выбор источника света. Разные лампы обеспечивают различные световые потоки, цветопередачу, яркость и интенсивность света, обладают разной экономичностью - все это должно учитываться.

По статистическим данным увеличение освещенности от 100 до 1000 Лк при напряженной зрительной работе способствует повышению производительности труда на 10-20%, уменьшению брака на 20% и снижению количества несчастных случаев на 30%.

СПИСИОК ИСПОЛЬЗУМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.       http://dvkuot.ru/index.php/otrabotnik/586-promsvet

2.       http://ooo-ctc.ru/archives/1

3.       http://www.tepsvet.ru/hightech/review.html

4.       http://www.domrabotnik.ru/typ1.php?poz=316

5.       http://eglass.com.ua/main/1400-than-lamps-differ-friend-from-friend.html

6.       http://www.favoritec.ru/files/catalog/osvet_pribori/dop/indyktsionnie_lampi_prom_osv.pdf

2