Светотехнические параметры и понятия. часть 1

Параметры светового излучения

Свет как физическое явление характеризуется многими параметрами. Основные используемые в физике таковы:

• Сила света;
• Светимость;
• Яркость;
• Освещенность;
• Световая температура.

Светимость — это световой поток на единицу светящейся поверхности. Чем больше светимость, тем более светлой кажется излучающая поверхность. Единица светимости — люмен на квадратный метр.

Термин освещенность применяется по отношению к освещаемой поверхности. Это отношение светового потока к площади поверхности, то есть насколько хорошо она освещена.

Световая температура показывает воспринимаемый цвет источника излучения. Она измеряется в единицах температуры — Кельвинах — и соответствует температуре излучающего, нагретого до этих градусов тела. Субъективно она воспринимается теплой или холодной. Чем более высокой является цветовая температура, тем более холодным будет цвет. Теплый — это желтый и красноватый, холодный — голубой и фиолетовый.

Источники освещения: естественные и искусственные

Взяв паспортные данные на классическую лампу накаливания и светодиод, можно выяснить световую отдачу каждого изделия. Для этого указанный в люменах поток делят на потребляемую мощность (Вт).

Сравнение разных источников света

В чем измеряется освещенность

Эти данные наглядно демонстрируют преимущества новых технологических решений.

Следует подчеркнуть! Современные светодиодные лампы в несколько раз экономичнее, по сравнению с газоразрядными аналогами. В отличие от последних, они не содержат вредные вещества. Потенциальных потребителей привлекают их долговечность и устойчивость к механическим воздействиям.

Солнечный и лунный свет – естественные источники. Физиологические особенности человека сформировались с учетом соответствующего спектрального распределения.

Какими приборами измерять яркость света

При инспекции охраны труда и соблюдения техники безопасности применяются яркомеры. В их число входят экспонометры и специальные датчики.

Конструкция устройств отличается наличием ограничителя угла обзора (обычно тубус, решетка или линза). Если область светоприема у них прямоугольной формы, то угла охвата сразу два – один расположен по горизонтали, другой – по вертикали.

Углы охватов приборов

Дополнительно! У профессиональных аппаратов в базовой комплектации установлены прицельные визиры.

Чувствительность прибора находится в прямой зависимости от квадрата угла его охвата. Максимальное расстояние от яркомера до точки измерения также зависит от его технических характеристик.

Расстояние от яркомера до объекта измерения

Обратите внимание! При превышении предельно допустимого расстояния в поле измерения прибора попадают посторонние предметы, расположенные по соседству с источником света. Яркость объекта можно измерить двумя способами – прямым и косвенным

В первом случае прибором напрямую измеряются максимальный и минимальный параметры, во втором – оцениваются контрасты светлот и освещения

Яркость объекта можно измерить двумя способами – прямым и косвенным. В первом случае прибором напрямую измеряются максимальный и минимальный параметры, во втором – оцениваются контрасты светлот и освещения.

Связь с другими показателями [ править ]

Сила света не следует путать с другой фотометрической единицей, световым потоком , который представляет собой полную воспринимаемую мощность, излучаемую во всех направлениях. Сила света — это воспринимаемая мощность на единицу телесного угла . Если лампа имеет колбу в 1 люмен и оптика лампы настроена так, чтобы равномерно фокусировать свет в пучок в 1 стерадиан , то сила света этого луча будет равна 1 канделе. Если бы оптику изменили, чтобы сконцентрировать луч на 1/2 стерадиана, то источник имел бы силу света 2 канделы. В результате луч становится уже и ярче, но его световой поток остается неизменным.

Сила света также отличается от силы излучения , соответствующей объективной физической величине, используемой в измерительной науке радиометрии .

Нормы яркости света

Показатель свыше 160 000 кандел на м2 вызывает неприятные ощущения в глазах и слезоточивость. Поэтому производители ламп увеличивают площадь источников света (нить накаливания лампочки) за счет крупных матовых плафонов. Такой свет приятней и безопасней для органов зрения человека, не оказывает негативного воздействия на концентрацию внимания.

Нормы яркости по ГОСТ Р 52870-2007

Измеряя этот показатель, учитывают:

• При адаптации к свету данная величина должна быть ≥ 10 кд/м2, к тени – не более 0,01 кд/м2.
• На экранах этот параметр для монохромного изображения в норме должен составлять свыше 3 000 кд/м2, цветного – 10 000 кд/м2 (при этом, для каждого цвета более 1 500 кд/м2).
• При определении этого светового показателя в разных точках экрана разница между максимальным и минимальным числами определяется отношением первого значения ко второму, и величина должна быть в пределах от 0 до 0,7.
• Ночные показатели яркости должны быть в 2–100 раз меньше дневных.

Обратите внимание! Яркость мониторов при наличии внешнего освещения не нормируется. Монитор при внешнем освещении

Монитор при внешнем освещении

Яркость света – это очень важный параметр, влияющий на зрение и работоспособность человека, и им не стоит пренебрегать. Таким образом, для безвредной работы с монитором внутри помещения, можно установить на устройство регулятор яркости, который будет менять ее показатели в 10–100 раз, в зависимости от времени суток и наличия естественного освещения.

Вам это будет интересно Как рассчитать индуктивность катушки

Системы и виды освещения на рабочем месте

Освещённость на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы; равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и отсутствие резких теней; величина освещения постоянна во времени (отсутствие пульсации светового потока); оптимальная направленность светового потока и оптимальный спектральный состав; все элементы осветительных установок должны быть долговечны, взрыво-, пожаро-, электробезопасны.

При освещении рабочего места используют:

• естественное освещение;
• искусственное;
• совмещенное.

Естественное освещение- это освещение, создаваемый светом неба(прямым и отраженным), искусственное- человек осуществляет с помощью электрических лампам, и совмещенное, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. B спектре естественного (солнечного) света в отличие от искусственного гораздо больше необходимых для человека ультрафиолетовых лучей. Для естественного освещения характерна высокая диффузность (рассеянность) света, весьма благоприятная для зрительных условий работы.

Естественное освещение подразделяют на:

• боковое (осуществляемое через световые проемы в наружных окнах)
• верхнее (осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях, а также через световые проемы в местах перепада высот смежных пролётов зданий)
• комбинированное (к верхнему освещению добавляется боковое)

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух систем — общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах.

Общее освещение подразделяют на общее равномерное освещение (при равномерном распределении светового потока без учета расположения оборудования) и общее локализованное освещение (при распределении светового потока с учетом расположения рабочих мест). Применение одного местного освещения внутри зданий не допускается.8

Что собой представляет

Световой поток является мощностью солнечного излучения или его электромагнитной энергии, проходящей через объект за конкретный период времени. Энергия солнечного света это волны электромагнитного вида, которые человек видит только в конкретном диапазоне длины. По-другому, светоотдача светодиодов лм вт — это общий объем выделяемой солнцем энергии, который не зависит от того, установлена вокруг светильника оптическая система или нет. То есть, лампа накаливания равна 420 люмен, вне зависимости от того, из какого материала был сделан абажур, украшающий источник.

Величина

Единица измерения мощности энергии это люмены. Один люмен равен одной канделе или одному стерадиану. Значение энергии в каждой разновидности источника разное.

Обратите внимание! В одном люмене 1/683 ватт при волновой длине в 555 ньютон на метр. Определение из учебного пособия

Определение из учебного пособия

Большие люминесцентные лампочки

К большим относятся люминесцентные трубки длиной 47см и 120см  от потолочных и настенных светильников. Обозначаются T5 и T8, цоколь у них G13, G23. Наиболее популярны на 18 вт и 36 вт

При замене на светодиодные трубки  учитывайте, что у них может быть матовый рассеиватель. Изготовитель запросто может указать светопоток без этого рассеивателя, на котором теряется 10-20%. Влияет и количество слоёв люминофора на стенках, от него зависит цветовая температура.

Таблица для простых

Кроме недорогих бюджетных моделей производятся и дорогие улучшенные. Цена отличается значительно,  но это окупается повышенной светоотдачей, которая больше на 50%. Светоотдача улучшенных моделей на 58вт получается, как у светодиодов, 90 лм/вт. Недостатком является высокое реактивное потребление энергии, которое зависит от показателя «коэффициент мощности».

Таблица для улучшенных

Срок службы обычных 15-20 тыс. часов, но есть модели  со сроком работы в 75.000 – 90.000 часов, например из серии Osram LUMILUX XXT T8.

Для потолочных  светильников Армстронг обычно указывают потребление энергии и световой поток, например 36W и 2800лм. Производитель умалчивает, что 2800лм это светопоток ламп без самого светильника. Ведь в нём одна сторона трубки светит в корпус, другая в помещение. Чтобы свет на стенке не терялся, ставят отражатель. Но он расположен близко к трубке, поэтому корпус трубки затеняет часть отраженного света от 15 до 20%. Поэтому реальное количество люмен для светильника Армстронг ниже, вместо 2800лм будет только 2200лм.

У светодиодных трубок T5 T8 такой проблемы нет, отражатель не требуется. Светодиоды установлены с одной стороны и светят только в сторону помещения.

Освещенность и требования стандартов

Там, где в дневное время недостаточно солнечного света, а также в вечерние и ночные часы, пользуются искусственными источниками. На предприятиях каждое рабочее место проходит аттестацию на соответствие допустимым санитарным нормам. В эти нормы укладывают и уровень освещённости. Неправильное освещение или его недостаток влияет на здоровье работников.

Основным нормативным документом, регламентирующим стандарты этого параметра, выступает СНИП 23-05-95 – это нормы, принятые к исполнению в 1995 году. Откорректированный его вариант в виде СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 г. действует и поныне.

В перечне отражены границы степени освещённости для помещений:

• производственных и складских;
• рабочих площадок вне зданий;
• жилых и общественных помещений;
• уличного освещения населённых пунктов;
• архитектурных подсветок;
• витринной и рекламной иллюминации;
• специального освещения.

Важно! Вреден как недостаток, так и избыток света. Яркие пятна люминесцентных реклам и витринных окон, выполненных с превышением требований, загрязняют световой фон улиц

Освещённость

Габаритная яркость: пример расчета

Светильник «Армстронг» (600х600 мм или 300х1200 мм) с призматическим рассеивателем имеет кривую силу света (КСС), изображенную на рисунке 1. И при световом потоке 3150 лм в зоне 60…90° имеет максимальную силу света 201 кд в направлении 60°, что при площади светящейся поверхности 0,56х0,56 м = 0,31 м2 соответствует 201 кд/(0,31 м2 х cos(60°)) = 1282 кд/м2. В осевом направлении этот светильник имеет силу света 1593 кд, что соответствует 1593/(0,31 м2). Таким образом габаритная яркость =  5139 кд/м2.

Светильник «Армстронг» с опаловым рассеивателем имеет КСС, изображенную на рисунке 2, и при том же световом потоке имеет максимальную силу света 481 кд в направлении 60°, что соответствует уже 481 кд/(0,31м2x cos(60°)) = 3067 кд/м2. В осевом направлении этот же светильник имеет силу света 1080 кд, что соответствует 1080 кд/(0,31м2) и габаритная яркость = 3483 кд/м2.

Промежуточные выводы, которые можно сделать про типичные светильники «Армстронг»:
– габаритная яркость типичного светильника «Армстронг» как с призматическим, так и с опаловым рассеивателями с запасом вписывается в нормативы ГОСТ 54350-2011, если светильник используется как потолочный;
– простая пропорция показывает, что для светильника «Армстронг» 600х600 мм или 300х1200 мм с призматическим рассеивателем, используемым в качестве потолочного, максимально допустимый световой поток составляет около 4 лм на 1см2 светящейся поверхности или 12000 лм на весь светильник, что практически недостижимо. Матовый рассеиватель при использовании светильника на потолке уменьшает предельный световой поток до 5100 лм или 1,6 лм на 1 см2 светящейся поверхности. Такая разница возникает из-за того, что матовый рассеиватель дает больше света в направлениях, близких к горизонтали, а призматический светит преимущественно вниз;
– строго по ГОСТ 54350-2011 светильник «Армстронг» 300х1200 с призматическим рассеивателем как протяженный настенный применять можно, т.к. габаритная яркость для этого случая не нормируется, но на самом деле яркость рассеивателя будет дискомфортной. Особенно при большем, чем 3000 лм, световом потоке и при высокой неоднородности свечения, столь обычной для призматических рассеивателей. С матовым рассеивателем подобный светильник может использоваться как настенный протяженный;
– для настенного светильника 300х1200 с призматическим рассеивателем предельную величину светового потока можно оценить в 3060 лм, или как 1 лм на 1см2 площади рассеивателя. С матовым рассеивателем настенный протяженный светильник может иметь уже больший световой поток — 4500 лм или 1,44 лм на 1см2 площади рассеивателя.

Типовое значение светового потока для источников света

При приобретении осветительных устройств стоит обращать внимание на СП, который будет излучаться. На самих приборах и на упаковке не всегда проставлены значения этой величины

Всё зависит от фирмы изготовителя и достоверности информации. Лампочки накаливания продаются в картонном поясе и с численным обозначением напряжения и мощности на колбе. Сколько люмен выдаёт лампа, не написано. Однако присутствует связь между Р (Вт) и Ф (Лм).

Стандартные значения Ф для осветительных элементов

Распространённые источники света

К сведению. Получившие популярность светодиодные лампы, как показывает таблица, устанавливать выгодно. При низком, по сравнению с другими источниками, энергопотреблении они отдают света больше.

Комфортная интенсивность освещения

Комфорт освещения требует соблюдения целого ряда требований. При этом данный параметр невозможно унифицировать, так как у людей разные предпочтения, а выполнение различных видов работ требует разных условий. Наиболее комфортным для любого человека является свет солнца, именно на этот спектр и ориентируются при планировании искусственного освещения.

Ближе всего к естественному излучению свет обычных ламп накаливания, который образуется за счет раскаленной спирали. Но из-за высокого энергопотребления, сильного нагрева при работе, короткого срока службы из используют все меньше.

Важным показателем является световая температура, есть три разновидности:

Теплый свет имеет желтый оттенок и подходит для создания обстановки, располагающей к расслаблению и отдыху. Чаще всего его используют в жилых помещениях.

Нейтральный свет отличает большая яркость, еще его называют белым

Подходит для рабочих мест, а также для зон, где важно обеспечить хорошую видимость, например, рабочая зона на кухне.

Холодное освещение отличает преобладание синих лучей в спектре. Оно подходит для мест, где выполняются точные работы

Дома использовать его не стоит, так как при длительном нахождении в помещении с холодным светом глаза начинают уставать.

Чтобы не измерять показатели освещенности, при выборе светильников и лампочек проще всего руководствоваться установленными нормами. В жилых помещениях стоит придерживаться таких показателей:

1. Коридоры и прихожие – 50 Лк.
2. Санузлы, душевые, ванные комнаты – 50 люксов.
3. Кухни – 150 Лк.
4. Детские комнаты и игровые зоны – 200 люксов.
5. Жилые помещения (гостиные, спальни и т.д.) – 150 Лк.

При выборе светильников надо обращать внимание на особенности распространения светового потока. Самым комфортным является рассеянный или отраженный свет

Чтобы выделить функциональные зоны или обеспечить качественное освещение рабочего места, лучше использовать дополнительные светильники.

Настольные светильники позволяют выделить рабочее пространство.

Изменить интенсивность света можно за счет замены ламп или установки новых светильников. Не стоит экономить на качестве освещения, так как это влияет не только на восприятие помещений, но и на комфорт пребывания в них.

Резюме

Как уже было рассчитано для потолочного светильника с матовым рассеивателем, предельный световой поток может составлять 1,6 лм на 1см2 площади рассеивателя, а для настенного протяженного — 1,44 лм на 1 кв. см. площади рассеивателя. А поскольку в светотехнике при разнице менее чем 10% значения считаются совпадающими, то для простоты оба похожих критерия можно свести к одному.

Итак, примем, что габаритная яркость светильника с матовым рассеивателем вписывается в российские нормативы по габаритной яркости при световом потоке, не превышающем 1,5 лм на 1см. кв. площади рассеивателя. Следовательно, для светильника Л1 предельный световой поток составит 1400 лм на погонный метр, а для более узкого светильника Л2 это значение составит 600 лм на погонный метр. И такие неяркие светильники можно размещать в помещении как угодно, в т.ч. на стенах на любом уровне.

При использовании достаточно длинных настенных светильников рассчитанные значения складываются в световые потоки необходимой величины, одновременно решая задачу равномерности освещения и создания горизонтально направленного света, создавая световую среду в помещении с малой габаритной яркостью как в комнате с большими окнами.

Защитный угол светильника: линейный светильник «Тесла»

« А зори здесь светлые. Лихославльский завод светотехники Скрытые возможности по снижению себестоимости светодиодного светильника »

Что такое световой поток

На самом деле для расчета освещенности проектантами ранее использовалась другая величина – кандела (свеча), также имеющая прямое соответствие потребляемым ваттам лампой накаливания. В технической литературе начала второй половины прошлого века можно встретить выражения «тысячесвечовая лампа» и т.п. Яркость в канделах означает мощность света в ваттах, излучаемых в определенном направлении. В качестве визуальной ассоциации – такую яркость обеспечивает обычная горящая парафиновая или стеариновая свечка. Отсюда и название. Такой подход обеспечивает визуальное представление яркости, как количество горящих свечей.

Яркость свечения в одну канделу

Для понятия светового потока существует определение – мощность энергии излучения, которая оценивается по световому ощущению. Или количество фотонов, испускаемых в единицу времени. Математически это выглядит так: если точечный источник силой в 1 канделу излучает поток в телесный угол, равный одному стерадиану, то он создает световой поток в 1 люмен (лм).

Графическое изображение стерадиана

Требует пояснение понятие стерадиана. Чтобы представить телесный угол в 1 ср, надо взять конус с вершиной в центре сферы радиуса R, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную R2 . Угол раскрыва такого конуса составляет около 65 градусов.

Если точечный источник света в 1 канделу, излучающий одинаково во все стороны, поместить в сферу, радиусом 1 м, то на ее внутренней поверхности создастся освещенность, равная 1 люксу (лк). Эта величина используется для задания норм освещенности. Так, для различных помещений, согласно СНиП, должны выполняться условия:

• классные комнаты общеобразовательных школ – 500 лк;
• аудитории ВУЗов – 400 лк;
• спортзалы – 200 лк.

Нормы освещенности установлены и для других помещений.

Если световой поток в 1 лм падает на 1 кв.м. поверхности, то он создает освещенность в 1 лк. Отсюда связь между люменом и люксом: 1 лк = 1 лм/кв.м. Например, чтобы обеспечить достаточную освещенность в аудитории, площадью 100 кв.м., нужен световой поток в 40000 люмен. Также надо учесть, что освещенность убывает пропорционально квадрату расстояния от источника света, поэтому высота подвеса светильника имеет значение.

Ограничения на расчеты освещенности

При первичных расчётах учитываются следующие значения:

• световой поток источников в светильнике;
• нормируемая освещённость;
• коэффициент запаса, зависящий от загрязнённости объекта и типа ламп;
• поправочный коэффициент – отношение средней освещённости к освещённости нормируемой;
• количество ламп;
• коэффициент использования светового потока;
• S помещения.

Теоретические расчёты содержат погрешность до 30%, значит, необходимы дополнительные измерения люксметром. При этом необходимо учитывать время суток и длительность пребывания человека в расчётном месте. Учитывается и конструктивное исполнение осветительного устройства: плафоны, крышки, стёкла. Защитные покрытия вносят искажения в характеристики ламп.

Чем измеряют степень освещенности

Как мы уже выяснили, единица измерения освещенности — Люкс. Несложно догадаться, как называется прибор, которым измеряют уровень света. «Люкс» плюс «метр» (с древнегреческого переводится как «мера», «измеритель») равно люксметр. Принцип работы этого портативного устройства схож с работой фотометра.

Попадающий на элемент световой поток выпускает электроны в теле полупроводника, из-за чего электроток начинает проводиться фотоэлементом. Величина электрического тока прямо пропорциональна степени освещения фотоэлемента, который и отображается на шкале или на электронном дисплее, если это современная модель люксметра. Аналоговые аппараты снабжены специальной шкалой с градусами. По движению стрелки определяются окончательные результаты замеров.

Цифровые устройства.

На смену аналоговым люксметрам пришли цифровые — маленькие компьютеры. Параметры можно увидеть на небольшом жидкокристаллическом экране. Часть, с помощью которой измеряют свет, часто содержится во внешнем корпусе и соединяется с основным устройством гибким проводом. Из-за такой конструкции можно измерять освещение в любых местах, даже труднодоступных. Согласно ГОСТ, погрешность аппарата не должна превышать 10 процентов.

Важные моменты.

При расчете сравнительной световой интенсивности можете сделать замер интенсивности освещения аналоговым или цифровым устройством. Современные измерители отображают параметры в люксах, а устаревшие аналоговые — те, которые со стрелочкой, — в фут-канделах. 1 фут-кандела равняется 10.76 люкс.

Заключение

В заключение хочется отметить следующее. Прибор становится измерительным средством тогда, когда он метрологически обеспечен. Порой на метрологию затрачиваются усилия, соизмеримые с усилиями, затраченными на разработку самого прибора. ООО «НТП «ТКА» оснащено современным, в том числе уникальным оборудованием, которое обеспечивает проведение калибровочных и поверочных (силами «Тест-Санкт-Петербург») работ при выпуске приборов серии «ТКА». По каждому типу приборов имеется утвержденное метрологическое обеспечение измерений и эталоны соответствующего уровня, госповерка которых ежегодно проводится в уполномоченных организациях Госстандарта РФ. Специалистами центра проводятся консультации по вопросам возможности применения приборов для решения конкретных задач и даются рекомендации по наилучшему выбору среди них. По заданию министерств, ведомств и отдельных заказчиков выполняются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, связанные как с разработкой новых типов приборов, так и с исследованиями воздействия физических факторов на материальные объекты и изучением происходящих в связи с этим изменений.