Лекція 10. ПУЛЬСАЦІЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ

 

Світловий потік газорозрядних джерел світла при живленні струмом промислової частоти пульсує з частотою 100 Гц. Причиною цього є інерційність газового розряду.

Якісний критерій - пульсація яскравості робочої поверхні у часі, рис 10.1.

 

Рис.10.1

 

Для кількісної оцінки частоти пульсації газорозрядних джерел світла користуються поняттям коефіціента пульсації.

, (10.1)

де- максимальне і мінімальне значення освітленості в часі при постійному рівні Е_ср;

Е_ср – середнє значення освітленості за повний період часу τ=0,02 с.

. (10.2)

 

Для зменшення пульсації прийнято користуватися наступними методами:

1) включення суміжних ламп у різні фази електричної мережі;

2) живлення установок струмом підвищеної частоти;

3) застосування дволампових світильників з ємнісним та індуктивним баластом.

Зменшення коефіцієнта пульсації світлового потоку необхідно для підвищення якості освітлення, зниження зорового стомлення і підвищення продуктивності праці. Зменшення коефіцієнта пульсації з 50-55 до 5, що відповідає включенню люмінесцентних ламп на одну або три фази змінного струму з частотою 50Гц, приводить до істотного підвищення зорової працездатності й зменшення зорової втоми. З огляду на істотний вплив глибини пульсації освітленості робочих місць на зорове стомлення і продуктивність праці нормами штучного освітлення регламентуються максимально припустимі значення коефіцієнта пульсації світлового потоку на робочій поверхні.

 

Спектральний склад випромінювання

Спектр випромінювання джерела білого світла дуже різноманітний. Це розходження кольоровості чітко помітно на білих поверхнях, що мають .

Для забезпечення більш правильної передачі кольору освітлюваних предметів доцільно застосовувати лампи з поліпшеною передачею кольору.

Другим дефектом спектра випромінювання джерел «штучного світла» є недостатність або повна відсутність ультрафіолетового випромінювання на ділянці 0,28-0,38мкм (сприятлива дія на організм людини). За цим критерієм виникає ерітема, що з'являється у ледь помітному почервонінні шкіри при проходженні декількох годин (2-5год.) після опромінення. Відсутність у спектрі опромінення ближнього УФ-випромінювання (λ=0,28-0,38 мкм) дістало назву «сонячне голодування» або «ультрафіолетової недостатності».

При нормуванні й проектуванні ерітемних опромінювальних установок необхідно користуватися ерітемними величинами й одиницями.

Ерітемним потокомвипромінювання прийнято вважати потужність випромінювання, оцінювану за загальнобіологічною дією на організм людини, що супроводжується утворенням ерітеми:

, (10.3)

де - відносна ерітемна ефективність випромінювання.

Одиницею ерітемного потоку (ер) прийнято вважати потік випромінювання з довжиною хвилі λ=0,297мкм, потужністю 1 Вт.

Одиницею щільності ерітемного випромінювання є ер * м^-2.

Мінімальна кількість ерітемного опромінення, що викликає ерітему першого ступеня, названа біодозою (ерітемною дозою), чисельно рівною Н_э=300 ер*сек*м^-2.

Рядом дослідників установлено, що при тривалому опроміненні одержувана людиною добова кількість ерітемного опромінення має бути в межах від 0,125 до 0,75 біодози, отже від 10 до 60 мер*год*м^-2.

У діючих вказівках про профілактику сонячного голодування у людей рекомендована доза 40 мер*год*м^-2.

Ерітемні опромінювальні установки за часом дії поділяються на дві групи:

а)ерітемні установки тривалої дії;

б) фотарії (установки короткочасної дії).

 

1. Критерії ефективності освітлювальних установок:

а) для рівня освітленості – відносна видимість;

б) для оцінки якості освітлення – відносна зміна граничного контрасту. Відносна видимість v₀=0,7.

Розмір об'єкта спостереження і його контраст з фоном визначаються за еквівалентним значенням К_э й а_э. Малий при К_э<0.2; середній 0,2≤ К_э ≤ 0,5, великий К_э>0.5.

Робочі поверхні є фоном, на якому об'єкт зорово виявляється і впізнається, класифікуються за трьома групами: темні (ρ<0.2), середні (0.2≤ρ≤0.4) і світлі ((ρ>0.4).

Кутові розміри об'єктів спостереження, виражені в кутових хвилинах, групують за їх лінійними розмірами, приймаючи відстань від об'єкта до ока спостерігача 0,35-0,5м, що дозволяє лінійний розмір 0,1мм прибрати еквівалентним кутовому розмірові – кутовій хвилині.

2. Об'єкти розрізнення класифікують за розмірами на 6 розрядів. До розряду найвищої точності відносяться роботи, при яких еквівалентний розмір об'єктів розрізнення менший за 0,15мм, що відповідає кутовому розміру об'єкта спостереження α<1,5’, при відстані його від ока спостерігача l=0,33м, що є нормальним для некоммодованого елементарного ока.

3. Контраст об'єкта з фоном, зменшення якого ускладнює зорове завдання, отже, вимагає для забезпечення обраної відносної видимості v₀=0.7 збільшення яскравості фону.

При нормуванні освітленості треба додатково до α і Vо ввести в характеристику зорової роботи коефіцієнт відбиття робочої поверхні (фону).

Сумарна кількість ефективного освітлення:

, (10.4)

де а – критерій чутливості, що залежить від рівня яскравості робочої поверхні й частки робочого часу, контрольованого зором;

- сумарна яскравість робочої поверхні, обумовлена освітленістю, створюваною денним Е_дн і штучним Е_и світлом:

, (10.5)

де t₁ і t₂ – час початку і кінця розрахунку.

Загальний рівень норм штучного освітлення забезпечує відносну видимість у межах 0,7-0,8 при вірогідності виявлення об'єктів зорового завдання р=0,7. Подальше підвищення зорових функцій (видимість, швидкість розрізнення, зорова працездатність та ін.) приводить до різкого збільшення норм освітленості. Збільшення зорової працездатності за Вестоном з 0,9 до 0,95 вимагає підвищення норм у 3 рази, а з 0,95 до 0,98 – повторного потроєння. При сучасних значеннях світлової віддачі джерел світла і ККД світлових приладів у деяких випадках збільшення норм освітленості є нерентабельним.

Лекція 11. СВІТЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК.

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ РОЗРАХУНКУ

 

Завданням світлотехнічного розрахунку освітлювальної установки, параметри якої були знайдені у попередніх стадіях проектування, може бути визначення встановленої потужності джерел світла за заданим рівнем освітленості, або визначення за заданим розміщенням світильників і відомій потужності джерел світла освітленості на розрахунковій площині й розподілу яскравості в полі зору.

Вирішення як першої, так і другої задач, прямий і перевірочний розрахунок вимагають як розрахунку розподілу світлових потоків, що безпосередньо падають від світильників на розрахункову площину, стелю і стіни, так і розрахунку багаторазового відбиття цих потоків між поверхнями, що обмежують освітлюване приміщення.

Сумарна освітленість у заданій точці розрахункової площини

Ер = (Е_р)_пр + (Е_р)_отр, (11.1)

де (Е_р)_пр — пряма складової освітленості;

(Е_р)_отр — відбита складової освітленості.

Розподіл відбитої складової освітленості є практично рівномірним, розподіл прямої складової освітленості є істотно нерівномірним, залежить від світлорозподілу і від розміщення світильників в освітлюваному просторі.

Тому середнє значення сумарної освітленості не завжди може бути критерієм для визначення необхідної потужності джерел світла, а також служити кількісною характеристикою умов освітлення.

Винятком є випадок, коли обидві складової освітленості, пряма і відбита, розподілені практично рівномірно. У цьому наразі для розрахунку середньої освітленості прийнято користуватися поняттям коефіцієнта використання світлового потоку освітлювальної установки, під яким розуміється відношення світлового потоку, що встановився на розрахунковій площині, F_р до сумарного світлового потоку джерел світла:

u_о.у.= F_р/(nF_л), (11.2)

де F_л — світловий потік джерела світла, лм,

n- число джерел світла.

Величина u_о.у залежить від світлорозподілу і розміщення світильників у приміщенні, ККД. світильників, співвідношення розмірів приміщення і властивостей відбиваючих поверхонь, що обмежують приміщення. (застосування світильників з концентрованим світлорозподілом приводить до збільшення коефіцієнта використання освітлювальної установки u_о.у. ).

Вплив світлорозподілу і розміщення світильників на коефіцієнт використання освітлювальної установки у меншій мірі позначається в приміщеннях зі світлою обробкою. Але u_о.у зростатиме зі збільшенням частки світлового потоку, що безпосередньо падає на розрахункову площину.

Вплив ККД світильників на коефіцієнт використання освітлювальної установки визначається тим, що величина ККД залежить від втрат світлового потоку джерел світла в світильнику. Тому можна вважати, що між коефіцієнтом використання освітлювальної установки і ККД світильника існує пряма залежність, рис 11.1:

Рис. 11.1

а - сторона квадратного приміщення ;

h_р - висота підвісу світильника над розрахунковою площиною;

r_п - коефіцієнт відбиття стелі;

r_с - коефіцієнт відбиття стін ;

r_р - коефіцієнт відбиття розрахункової площини.

Середня освітленість розрахункової площини

, (11.3)

де F_Р – сумарний світловий потік, що падає на розрахункову площину,

S_р – розрахункова площина,

k — коефіцієнт запасу, що враховує зниження світлового потоку освітлювальної установки в процесі експлуатації.

Визначення світлового потоку, що забезпечує на розрахунковій площині задану середню освітленість

(11.4)

У тих випадках, коли умова рівномірності розподілу прямої складової освітленості не дотримується або коли необхідно проаналізувати фактичний розподіл освітленості на розрахунковій площині, виникає необхідність роздільного розрахунку освітленості, створюваної світловим потоком, що безпосередньо падає від світильників на розрахункову площину, і освітленості, створюваної світловим потоком, що падає на розрахункову площину в результаті багаторазового відбиття.

Для розрахунку прямої складової освітленості використовують у подібних випадках різні методи залежно від типу світильників та їхнього розміщення в освітлюваному просторі. Що стосується відбитої складової освітленості, то, вважаючи її розподіленю рівномірно на розрахунковій площині, можна застосувати метод коефіцієнта використання:

, (11.5)

, (11.6)

де - світловий потік, що впав на розрахункову площину в результаті багаторазового відбиття;

nF_л – сумарний потік джерел світла.

Вираз для сумарної освітленості елемента поверхні в будь-якій заданій точці розрахункової площини

(11.7)

де (Е_р)_пр — пряма складова освітленості;

F— світловий потік джерела світла;

n — число джерел світла;

(u_оу)_о — відбита складова коефіцієнта використання освітлювальної установки;

S_p — площа розрахункової площини;

К — коефіцієнт запасу.