Глава 4. Архитектурное освещение 131

Таблица 4.30. Основные характеристики источников искусственного света, применяемых в осветительных установках

Характерис­тики источни­ков света

Тепловые ИС

Газоразрядные источники света

Высокого давления

Низкого давления

Лн р ГЛН

ДРЛ

? МГЛ ?нлвд

НЛНД |^ЛЛ

Электр ичес — 15-1500 60-20000 50-2000 35-4000 35-1000 18-200 4-150 кие — диапазон мощностей, Вт Световые и экономичес­кие:

Световая отдача, лм/Вт срок

70-200 (400)

2000- 18000

66-150 (180)

10000- 24000

22-30 (50)

30-63 (75)

60-112

40-104 (130)

10000- 60000

9-19 (50-60) *

500-2000 (15000)

2000-3000 10000 (10000) 15000

300- 20000

2500-2700 3000-3400 3300-4500 2200-7000 1900-3000

Монохро — 2600— матическое 6700 излучение, X = 589 нм До 99

**

40—52

55-93

20-85

100**

100

Службы, ч Цветовые: цветовая температу­ра, К общий индекс цве топередачи

Условные обозначения: ЛН — лампы накаливания (нормальные, зеркальные, прожек­торные) ; ГЛН — галогенные лампы накаливания; ДРЛ — дуговые ртутно-люминесцентные лампы; МГЛ — металлогалогенные лампы; НЛВД — натриевые лампы высокого давления; НЛНД — натрие­вые лампы низкого давления; ЛЛ — люминесцентные лампы (в том числе компактные ЛЛ).

Примечания: 1.В скобках указаны некоторые прогнозируемые характеристики на ближай­шую перспективу. 2. Цветовая температура стандартных ИС: А — 2856 К (свет ЛН) ; В — 4870 К (свет Солнца) ; С — 6770 К (свет облачного неба), см. гл. 6.

*Тело накала на основе полупроводников. ** Для тепловых ИС это условная величина.

Мощностей и размеров колб, а также светотехнических, цветовых и эконо­мических характеристик. Это ставит перед проектировщиками вопрос о ра­циональном выборе типа ламп при разработке осветительных установок различного назначения и при решении вопросов световой архитектуры ин­терьера и города.

К основным характеристикам ис­точников света относятся электриче­ские (напряжение, мощность), геомет­рические (размеры и форма колб), све­товые (световой поток, световая отда­ча, яркость), цветовые (спектральный состав, цветность излучения, цветопе­редача), экономические (стоимость, срок службы).

В табл. 4.30, составленной по оте­чественным и зарубежным материа­лам, приведены основные показатели источников света (ИС), применяемых в осветительных установках общего назначения в интерьере и наружных п ростра нства х.

По принципу преобразования электрической энергии в световую все источники света разделяются на два класса: тепловые и газоразрядные.

Тепловые источники света. В теп­ловых источниках свет излучает тело накала, разогревающееся под воздей­ствием проходящего через него элек­трического тока до температуры свыше 1000 К, когда в его излучении кроме тепловых (инфракрасных) лучей появ­ляются видимые длинноволновые лучи спектра.

Закономерности теплового излуче­ния обычно изучают на идеальной мо­дели, называемой "абсолютно черным телом"; это тело, поглощающее все па­дающие на него излучения. Замкнутая полость любого непрозрачного тела яв­ляется черным телом, так как ее стен­ки поглощают все собственные излу­чения. Изменяя температуру внутрен­них стенок полости и наблюдая при этом ее излучение через маленькое от­верстие, экспериментально установили законы теплового излучения этого те­ла.

Согласно этим законам при одной и той же температуре черное тело из­лучает больше любого другого (реаль­ного) тела; оно имеет сплошной не­прерывный спектр излучения; цвет­ность излучения резко изменяется с изменением температуры тела, при этом происходит перемещение макси­мума излучения по спектру и чрезвы­чайно энергичное изменение величины этого максимума. В пределах темпе­ратур от 3750 до 7800 К максимум излучения находится в области види­мых излучений. При выходе темпера­туры за эти пределы максимум излу­чений соответственно перемещается в инфракрасную или ультрафиолетовую области спектра.

132 Часть II. Архитектурная с ее тало г ия

Чем большая доля излучений при­ходится на видимую область спектра, тем выше коэффициент полезного дей­ствия (световой КПД) источника све­та, выражаемый отношением светового и лучистого потоков Ф / Ф е — Если повышать температуру излучателя, то вначале происходит рост светового КПД до максимума при Т = 6500 К (примерно температура Солнца), а за­тем его значение падает, так как мак­симум излучения перемещается за пределы видимого спектра. Макси­мальное значение КПД 14% является пределом экономичности для тепловых источников света, а положение этого

Максимума определяется, по-видимо­му, приспособлением человеческого глаза в процессе эволюции к излуче­нию основного природного источника света — Солнца.

Температура черного тела, изме­ряемая по шкале Кельвина, определя­ет цветность его излучения. Цветность свечения реального тела, в том числе тепловых источников света, может быть охарактеризована так называе­мой цветовой температурой Гцв, т. е. температурой, при которой цвет­ность излучения черного тела сов­падает с цветностью излучения дан­ного тела.

Цветовая температура влияет на цвет объектов и на цветовую адапта­цию наблюдателя, поэтому комфорт­ность освещения во многом зависит от правильного выбора ГцВ. Однако цве­товая температура не дает исчерпыва­ющего представления о качестве цве­топередачи ламп, зависящем от спек­тров их излучения.

Разнообразие спектров источников искусственного света обусловило необ­ходимость введения и контроля спе­циальной характеристики качества их цветопередачи — общего индекса цве­топередачи Яа (см. гл. 6).

Лампы накаливания являются ос­новным типом класса тепловых источ­ников света (рис. 4.49). Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Свето­вая отдача, а следовательно и эконо­мичность ламп накаливания весьма малы, и существенное увеличение их без принципиальных изменений кон­струкции практически невозможно, так как температура плавления воль­фрама (3653 К) ставит в этом отно­шении естественный предел. В диапа­зоне величин световой отдачи (см. табл. 4.30) более высокие значения обеспечиваются за счет компактности и утолщения спирали, улучшения со­става заполняющих колбу инертных газов, введения в них специальных до —

Глава 4. Архитектурное освещение ?33


Рис 4.49, Лампы накалива­ния

6)

Й

Й

А

8)

400 им 500

600

700

А — вариации формы и факту­ры колбы и мощности ламп; б — трубчатые галогенные лампы накаливания мощно­стью 500,1000,1500 и 2000 Вт; в — спектр излучения ламп накаливания

Бавок, напыления на внутреннюю по­верхность колбы теплоотражающего покрытия. Недостатком ламп является и небольшой срок их службы, что вме­сте с низкой световой отдачей повы­шает эксплуатационные расходы.

Лампы накаливания имеют сплош­ной (непрерывный) спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой об­ласти видимого спектра, а на корот­коволновую часть приходится незна­чительная доля излучений. Поэтому при освещении ими восприятие цвета заметно отличается от дневного: "теп­лые" (красные, оранжевые, коричне­вые) цвета воспринимаются более яр­кими, чем днем; "холодные11 (зеленые, синие, фиолетовые) — ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого.

Путем применения светофильтров и цветных колб, частично поглощаю­щих оранжево-красное излучение, в принципе можно повысить цветовую температуру ламп накаливания с

2500—2700 до 3500—4000 К, но све­товой поток при этом снизится на 30—

35%.

Лампы накаливания имеют ряд преимуществ перед газоразрядными: они значительно дешевле и экологи­чески чище, просты в обслуживании, включаются в сеть без дополнитель­ных устройств, малочувствительны к температуре окружающей среды, хо­рошо работают в динамическом режи­ме, имеют относительно небольшие размеры и тело накала, отличаются разнообразием модификаций, малыми первоначальными затратами при обо­рудовании осветительных установок, высоким уровнем механизации произ­водства. Хотя доля светового потока ламп накаливания составляет сегодня у нас лишь 30% (70% — газоразряд­ные лампы), область их применения все еще широка и во многих случаях они не имеют равноценной замены. Бытовые светильники, люстры и встроенные светильники для обще­ственных интерьеров, системы местно­го освещения в помещениях, сцениче­ское освещение, освещение витрин и фасадов, световые табло и реклама, иллюминационное и подводное осве­щение — все это примеры использо­вания ламп накаливания.

Основным типом ламп накалива­ния являются лампы общего назначе­ния (нормальные), выпускаемые в на­шей стране в пределах шкалы мощ­ностей от 15 до 1500 Вт на напряже­ние 127 и 220 В (табл. 4.31).

134 Часть II. Архитектурная светология

Выпускается большое число типов специальных ламп на стандартное на­пряжение: зеркальные, цветные, про­жекторные, галогенные, а также на пониженное напряжение: местного ос­вещения, сигнальные, транспортные,

Таблица 4.31. Параметры отечественных ламп накаливания на напряжение 220 В

Лампы на­

Тип лампы

Све­

Осе­

Срок

Каливания

Товой

Вая

Служ­

По­

Сила

Бы, ч

Ток,

Света,

Лм

Кд

Общего наз­

Начения :

В — ва­

В 220-15

105

1000

Куумные В220-25

220

1000

Б — би —

Б220-150

2100

1000

Спираль —

Ные

«

БК —

БК220-40

460

1000

Биспи —

БК220-60

790

1000

Раль —

БК220-75

1020

1000

Ные

БК220-100

1450

1000

Крипто­

Новые

Г-га­

Г220-200

2920

1000

Зопол­

Г2 20-300

4610

—_

1000

Ные

Г220-500

8300

1000

Г2 20-750

13100

—-

1000

Г220-1000

18600

_

1000

Г220-1500

29000

1000

Прожектор­

— ПЖ220-500

10500

160

Ные

ПЖ220-1000

21000

150

Зеркальные,

Св етор ас —

Предел ения

>

Зк —

ЗК220-40

—-

530

1000

Концент­

ЗК220-60

890

1000

Риро­

3K220-100

1780

1000

Ванного

3K220-150

1540

1500

3K220-200

2090

1500

3K220-300

3190

1500

ЗК220-500

5550

1500

ЗК220-750

16500

1500

ЗК220-1000

22600

1500

ЗС —

ЗС220-40

180

1100

Сред —

ЗС220-60

300

1100

Него

3C220-100

—-

590

1100

ЗШ —

ЭШ220-300

1100

1250

Широко­

ЗШ220-500

1980

1250

Го

ЗШ220-750

_

3190

1250

ЗШ220-1000

4950

1250

Галогенные КГ220-1000

22000

— j.

2000

КГ220-1500

33000

——

2000

КГ220-2000

44000

2000

КГ220-5000

110000 —

Зоос

КГ220-10000 220000 —

3000

КГ220-20000 440000 —

3000

Зеркальные КГ3220-75

500

1000

Галогенные

КГ3220-100

660

2000

КГ3220-150

1000

2000

Примечания: 1. Здесь и далее в табл. 4.32—4.35 световая отдача ламп определяется как частное от деления светового потока на мощность, лм/Вт. 2. Последняя цифра марки­ровки типа лампы обозначает ее мощность, Вт.

Для оптических систем, подводные и

Др.

Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, час­тично покрытые изнутри слоем сереб­ра или алюминия. По существу, они являются лампами-светильниками. В зависимости от формы зеркала лампы имеют концентрированное, среднее или широкое распределение светового потока. Существуют также подобные им по устройству лампы с диффузно- отражающим слоем, прессованные зер­кальные лампы и лампы-фары.

Колба нормальных ламп или вы­ходное отверстие зеркальных ламп мо­гут выполняться из матированного, молочного, рифленого или цветного стекла; последняя модификация широ­ко применяется в светомузыкальных и информационно-рекламных установ­ках.

Прожекторные лампы отличаются от ламп общего назначения повышен­ной мощностью, а также тем, что нить накала располагается в одной плоско­сти, образуя применительно к разме­рам зеркала прожектора светящуюся точку. Благодаря этому можно полу­чить узкий пучок света, что необхо­димо для освещения небольших объ­ектов со значительного расстояния.

Галогенные лампы накаливания (иногда их называют лампами с йод­ным циклом), созданные в 1959 г., яв­ляются новой ступенью в развитии этого класса источников света. Гало­генная лампа накаливания представ­ляет собой трубку из кварцевого стек­ла с вольфрамовой спиралью, укреп­ленной по ее оси на поддерживающих крючках. Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном с добавлени­ем определенного количества паров йода (или других галогенов, т. е. хи­мических элементов главной подгруп­пы VII группы периодической системы Менделеева). Смысл этой добавки за­ключается в том, что пары йода спо­собствуют удлинению срока службы

Нити накала и повышению ее темпе­ратуры , а следовательно, и яркости, т. е. "побелению" света и повышению световой отдачи по сравнению с обыч­ными лампами накаливания. Галоген­ные лампы рациональны в большом диапазоне мощностей и применяются, например, в установках архитектурно­го освещения, а их специальные ти­пы — в проекционной и осветитель­ной технике, в автомобилях и т. д.

Стремясь сохранить присущие лампам накаливания преимущества, зарубежные фирмы создали образцы новой лампы с телом накала на основе полупроводников. Световая отдача та­кой лампы достигает 50—60 лм/Вт, т. е. сравнима с характеристиками га­зоразрядных ламп, что делает ее весь­ма перспективной и конкурентоспособ­ной.

Лампы накаливания, в том числе галогенные, для местного освещения выпускаются у нас мощностью 15— 500 Вт на напряжения 36, 24 и 12 В.

Малогабаритные светильники с вы­сокоэффективными галогенными лам­пами накаливания низкого напряже­ния (ГЛН НН) находят все более ши­рокое применение в освещении вит­рин, музейных экспозиций, выставок, рекламы, рабочих мест и интерьеров общественных зданий за рубежом и в России.

Газоразрядные источники света.

Класс газоразрядных источников света более многолик, чем тепловых. Раз­рядные лампы основаны на использо­вании свойств газов или паров метал­лов светиться в электрическом поле. Каждому газу и металлу свойствен свой цвет свечения, причем, как пра­вило, в режиме низкого давления это свечение имеет линейчатый спектр, а в режиме высокого давления спектр приближается к сплошному.

Глава 4. Архитектурное освещение 135

По ряду обстоятельств наиболее распростра­ненным химическим элементом, с помощью кото­рого создаются разрядные лампы, стала ртуть. Од­нако первые лампы, в колбе которых использова­лись пары ртути при низком давл’ении, применя —

136 Часть II. Архитектурная светология


Лись не для освещения, а в фотохимии, физиотера­пии и т. д., поскольку спектральные линии ртути лежат в коротковолновой части видимого спектра и за его пределами — в области ультрафиолета. Лам­пы изготовлялись из специального стекла, пропу­скающего УФ-лучи. Для получения приемлемого по цвету светового излучения нужно трансформи­ровать УФ-излучение ртутного разряда в видимое, более длинноволновое, например с помощью лю­минофора, наносимого на внутреннюю поверх­ность колбы из обычного стекла, иди другими спо­собами, что и было осуществлено в люминесцент­ных и других ртутных лампах.

Широкое применение ртути в га­зоразрядных лампах при массовом их выпуске создает серьезные проблемы утилизации вышедших из строя ламп. Поэтому в экологическом отношении они существенно проигрывают лампам накаливания. В ряде светотехнических фирм созданы образцы подобных ламп не на ртутной основе, экологически безопасных и потому более перспек­тивных.

Газоразрядные лампы в последние десятилетия активно вытесняют теп­ловые источники света, особенно в ус­тановках наружного освещения и ос­вещения интерьеров производственных и общественных зданий, поскольку они имеют в 5—15 раз более высокую эффективность (световую отдачу и срок службы), широкий диапазон мощ­ностей и высокие единичные мощности (до 100 кВт), а также разнообразные спектры излучения. К числу недостат­ков, присущих этому классу источни­ков света, следует отнести более слож­ное, чем у ламп накаливания, вклю­чение их в сеть — через пускорегу — лирующие аппараты (ПРА), потери напряжения в ПРА до 20—30%, от­носительно высокую (вместе с ПРА) стоимость, неспособность работать в динамическом режиме (за исключени­ем некоторых типов), не всегда при­емлемые спектральные характеристи­ки. ПРА предназначены для создания высокого напряжения в момент зажи­гания лампы и для обеспечения ее ус­тойчивого горения.

Газоразрядные лампы имеют разное рабочее давление газа (паров металла) в колбе, называемой разрядной трубкой или горелкой, и делятся по это­му признаку на лампы низкого (0,1 —104 Па), вы­сокого (3’104—Ю6 Па) и сверхвысокого (более 106Па) давления.

К лампам низкого давления отно­сятся люминесцентные лампы и натри­евые лампы низкого давления.

Люминесцентные лампы по ха­рактеру электрического разряда делят­ся на лампы дугового разряда с горя­чими катодами и лампы тлеющего раз­ряда с холодными катодами.

Люминесцентная лампа дугового разряда представляет собой стеклян­ную колбу в виде трубки с впаянными на ее концах электродами. Стенки ее изнутри покрыты люминофором. В колбу вводится дозированная капелька ртути, а для облегчения зажигания лампы объем ее заполняется аргоном. Форма трубки у ламп общего назна­чения прямая, у ламп специального назначения — изогнутая, фигурная, иногда она подобна форме ламп нака­ливания или небольших светящих па­нелей.

Для включения люминесцентной лампы в сеть существуют разные схемы пускорегулирующих устройств, из них наиболее распространена стар — терная схема. Стартер (пускатель) служит для ав­томатического подогрева электродов лампы, необ­ходимого для ее включения. Дроссель (балластное сопротивление) необходим для стабилизации силы тока в процессе горения лампы. Конденсаторы нужны для снижения уровня радиопомех, создава­емых лампой и пускателем.

При пропускании электрического тока через лампу возникает дуговой разряд и происходят ис­парение ртути и свечение ее паров. Это излучение имеет линейчатый спектр с максимумом в невиди­мой УФ-области на линии с длиной волны 254 мкм. Ультрафиолетовое излучение ртутного разряда возбуждает свечение люминофора (эф­фект фотолюминесценции). Каждому люминофо­ру свойствен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий некото­рый максимум, в основном и определяющий цвето­вой тон излучения лампы. Комбинируя состав лю­минофоров, можно в принципе получить любой по цветности свет.

Цветопередача, обеспечиваемая люминесцентными лампами, в целом более благоприятна по сравнению с не —

Глава 4, Архитектурное освещение 137


2700

Цветовая температура Тцд, К

Общий индекс цветопередачи Яа 53

820 1100 2020 3100 4650 5200

820

800

700

600

1200

1020

1000

850

865

2180

1940

1800

1500

1400

3200

3000

2500

2200

2190

1930

1700

4800

4400

4000

3160

3400

5400

5040

4300

3800

57

65

73

92

85

93

88

3500

4500

6500

6000

3900

5200

2700

ЛТБ ЛБ

Г

Световой поток, лм

?ЛХБ~|~ЛД ["ЛДЦ^ЛЕЦ ^ЛХЕЦ^ЛТБЦ

Таблица 4.32. Параметры отечественных люминесцентных ламп

Мощ­

Срок

Размеры, мм

Ность,

Службы,

Г

————————————

Вт

Ч

Длина

Диаметр

15

15000

451

27

20

12000

604

40

30

15000

908

27

40

12000

1213

40

65

13000

1514

40

80

12000

1514

40

Которыми газоразрядными лампами, так как энергия излучения люмино­форов равномерно распределяется по всему диапазону видимого спектра, а не сосредоточена в нескольких спект­ральных линиях или полосах, как у большинства разрядных ламп.

Для стандартных ламп стремятся создать цветности излучений, имити­рующие те или иные фазы, состояния естественного освещения. Основными типами отечественных стандартных ламп общего назначения являются ЛД (дневные), ЛХБ (холодно-белые), Л Б (белые), ЛТБ (тепло-белые).

Спектральные характеристики этих ламп (табл. 4.32) не вполне сов­падают со спектральными характери­стиками дневного света или абсолютно черного тела соответствующей темпе­ратуры, вследствие чего восприятие некоторых цветов при освещении лам­пами указанных типов существенно отличается от цветопередачи при днев­ном освещении. Сказываются недоста­ток излучения в красной области спек­тра и наличие голубых и зеленых ли­ний ртутного разряда, равно как и из­быточное излучение в желтой области спектра, приводящее к тому, что стан­дартные люминесцентные лампы обес­печивают лишь удовлетворительную, но не высококачественную цветопере­дачу (Яа = 62—70).

Для удовлетворения повышенных требований к восприятию цвета (в по­лиграфии, музеях, домах моды, при контроле изделий по цвету и т. п.) вы­пускаются люминесцентные лампы ЛДЦ с улучшенной цветопередачей (Яа = 90), отражаемой в маркировке отечественных ламп введением буквы "Ц", а за рубежом — слов "делюкс" (Яа до 85), "суперделюкс", "экстраде — люкс" (Яа^- 85). Как правило, улуч­шение качества излучения по спектру в газоразрядных лампах приводит к снижению их световой отдачи.

Перспективны трехполосные лю­минесцентные лампы (в их спектре три узких полосы в красной, зеленой и синей областях, отвечающих макси­мумам цветовой чувствительности колбочек глаза и дающих при адди­тивном смешении белый свет), имею­щие больший световой поток и высо­кое значение

Для решения особых зрительных задач выпускают серии ламп с особой маркировкой: например лампы ЛЕ (ес­тественного света) и ЛЕЦ, свет кото­рых благоприятен для цветопередачи лица человека; они применяются для освещения интерьеров общественных зданий и выявления дефектов при оценке белых и цветных тканей; лам­пы ЛХЕ и ЛХЕЦ используются для больниц; лампы ЛДЦУФ (ТцВ = = 6500 К и Яа = 90), в световом по­токе которых содержится повышенная доля УФ — и коротковолновых видимых излучений, применяются в текстиль­ной и швейной промышленности, а лам­пы ЛТБЦ — в жилых помещениях.



.