Основы теории света Значение света в жизни человека Основную часть информации человек получает через органы зрения, и носителем этой информации является излучение, называемое светом



Скачать 122.35 Kb.
Дата20.11.2016
Размер122.35 Kb.
Основы теории света

Значение света в жизни человека

Основную часть информации человек получает через органы зрения, и носителем этой информации является излучение, называемое светом. Благодаря действию светового излучения человек может не только воспринимать зрительные образы предметов, но и видеть окружающий его мир во всем разнообразии красок.

Современное общество немыслимо без повсеместного использования искусственного света. Осветительные установки создают необходимые условия освещения, которые обеспечивают зрительное восприятие (видение), дающее около 90% информации, получаемой человеком из окружающего мира. Без современных средств освещения невозможна работа ни одного предприятия, особенно важную роль свет играет для работников шахт, рудников, предприятий в безоконных зданиях, метрополитена, многих взрыво- и пожароопасных производств. Без искусственного света не может обойтись ни один современный город, невозможны строительство, а также работа транспорта в темное время суток.

Эффективное использование света с помощью достижений современной светотехники - важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма и сохранения здоровья людей.

Становление и развитие светотехники неразрывно связано с прогрессом в области физиологии зрения, оптики, учения об электричестве. Большое значение для формирования светотехники имели работы И.Ньютона, И.Ламберта, М.В.Ломоносова, Т.Юнга и многих других. Новая эра в истории развития светотехники открылась с переходом на использование электрических источников света. Работы А.Н.Лодыгина, Т.Эдисона, П.Н.Яблочкова, приведшие к созданию электрических ламп, послужили основой прогресса светотехники. Важными вехами на это пути явились разработка и внедрение люминесцентных ламп, открывших новые перспективы высококачественного освещения и эффективного использования электроэнергии.

Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.

Физические основы теории света

В середине XIX века английский физик Максвелл заложил основы электромагнитной теории света, в соответствии с которой видимый свет представляет собой разновидность электромагнитных колебаний с длиной волны от 380 до 760 нм (нм=10 м.).

Световые волны разной длины вызывают у человека различные цветовые ощущения. Зрачок человеческого глаза фокусирует лучи на чувствительных рецепторах сетчатки. Зрительные центры мозга синтезируют образ из множества изображений, полученных обоими глазами, рассматривающими объект в определенной последовательности. Воздействие на глаз видимого излучения вызывает ощущение разных цветов от фиолетового до красного, причем восприимчивость глаза к цветам видимого спектра различна. При одинаковой мощности светового излучения глаз наиболее чувствителен к желтовато-зеленому цвету. В сторону красного и фиолетового цветов чувствительность глаза понижается и доходит до нуля на границах видимой части спектра

Свет оказывает воздействие на различные тела благодаря тому, что он переносит энергию. Естественно, что действие света зависит от количества переносимой им энергии. Энергетическая система измерения света учитывает энергию излучения во всем диапазоне длин волн и выражает ее в единицах энергетической мощности - ваттах (Вт). Свет, падающий на предметы, дает достаточную информацию о форме и размерах наблюдаемых объектов. Необходимо выбрать такое освещение, чтобы получить исчерпывающую информацию о них.

Как вы убедитесь вскоре, задача эта достаточно сложная.

Освещенность объектов зависит от многих причин: широты местности, времени года и суток, метеорологических и других факторов. Все эти составляющие во многом взаимосвязаны друг с другом и влияют на характер распространения света, который подчиняется следующим закономерностям.



Преломление света. Каждый луч двигается равномерно и прямолинейно до тех пор, пока он находится в одной и той же среде и не встречает каких-либо препятствий. При переходе из одной прозрачной среды в другую скорость света меняется, и на границе смежных сред изменяется направление его лучей.

Поглощение света. Если лучи света встречают на своем пути какое-либо тело, то могут иметь место следующие явления: лучи поглощаются телом, отражаются от его поверхности и проходят через него.

Рассеивание света. При прохождении через прозрачное тело лучи света не остаются неизменными, а рассеиваются. Рассеивание света тем больше, чем менее прозрачна и однородна среда и чем больший путь проходит в ней свет.

Таким образом по характеру освещения свет подразделяется на направленный и рассеянный.



Системы искуственного освещения

Выбор системы освещения

Освещение рабочего места - важнейший фактор создания нормальных условий труда. Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает высокий уровень работоспособности, оказывает положительное психологическое воздействие на работающего, способствует повышению производительности труда. Например, для ВЦ о важности вопросов производственного освещения говорит и тот факт, что условия деятельности операторов в системе "человек -машина" связаны с явным преобладанием зрительной информации - до 90% общего объема. Освещение согласно СНиП 11-4-79 нормируется следующим образом:


Характеристика зрительной работы: Минимальный объект различения 0,3-0,5 мм
Контраст: Средний
Фон: Средний
Освещенность, Лк: 300

Таким образом, освещенность должна быть не менее 300 Лк.

По конструктивному выполнению искусственное освещение может быть общим или комбинированным. При общей освещенности все рабочие места получают рабочее освещение от общей установки. Комбинированное освещение наряду с общим включает местное освещение рабочего места. Исходя из требований отсутствия бликов и равномерности освещения, целесообразно выбрать общее искусственное освещение.

Выбор типа светильников

Для искусственного освещения помещений следует применять, главным образом, люминесцентные лампы, у которых высокая световая отдача, продолжительный срок службы, малая яркость светящейся поверхности, близкий к естественному спектральный состав. Наиболее приемлемы лампы ЛБ (белый свет) и ЛТБ (тепло-белый свет) мощностью 20, 40 или 80 Вт.

Система общего искусственного освещения должна быть выполнена потолочными или подвесными лампами, размещенными параллельно светопроемам и равномерно по потолку. Поскольку некоторые люди неблагоприятно воспринимают мерцание люминесцентных ламп, работающих от сети 50 Гц, ряд специалистов предлагают полностью убрать такие лампы или заменить на более высокочастотные. Чтобы избежать отражений, которые могут снизить четкость восприятия, не следует располагать рабочее место прямо под источником света.

Источники оптического излучения (ОИ)

По физической природе различают два вида ОИ: тепловое и люминесценцию.



Тепловым называют ОИ, возникающее при нагревании тел. Тепловыми излучателями являются все источники, свечение которых обусловлено нагреванием: электрические лампы непрерывного горения, простые угольные дуги, все пламенные ИС.

Люминесценцией называют спонтанное излучение, избыточное над тепловым излучением, если его длительность значительно превышает период колебаний электромагнитной волны соответствующего излучения.

При люминесценции возможно более эффективное преобразование подводимой энергии в оптическое излучение, чем при тепловом возбуждении, поскольку люминесценция в принципе не требует нагрева тел.



Люминесцентные лампы не вызывают никакого стробоскопического эффекта (Стробоскопический эффект - кажущееся изменение или прекращение движения предмета, освещаемого светом, периодически изменяющимся с определенной частотой). Это благоприятно воздействует на глаза человека и его нервную систему, не вызывая утомляемости, и тем самым сохраняя его здоровье.

Световые приборы (СП)

Световые приборы - исключительно широкая группа светотехнических изделий, имеющих огромное значение в жизни и работе людей.

Световые приборы - это электротехнические изделия, которые должны отвечать комплексу сложных требований, в числе которых не только специальные светотехнические требования, но и требования безопасности и надежности, монтажно-эксплуатационные требования, требования к уровню различного рода помех, требования эстетичности. Наряду с этими требованиями СП должны отвечать общим технико-экономическим требованиям.

Световые приборы являются не только функциональными изделиями, обеспечивающими возможность труда и отдыха, но и архитектурными элементами, создающими значительное эмоциональное воздействие на людей.



По основной светотехнической функции СП разделяют на:

  • приборы для освещения (осветительные приборы);

  • приборы для световой сигнализации.

По характеру светораспределения все СП принципиально подразделяются на:

  • светильники;

  • прожекторы;

  • проекторы.

По условиям эксплуатации на:

  • СП для помещений (производственных и жилых помещений, транспортных средств, общественных зданий, рудников и шахт);

  • СП для открытых пространств (улиц, дорог и площадей, тунелей и пешеходных переходов, архитектурных и декоративных сооружений, транспортных средств);

  • СП для экстремальных сред (под водой, в космосе).


Характеристики световых приборов

Электрическая безопасность

Электрическая безопасность определяется классом защиты от поражения электрическим током (или видом приборов по электрической изоляции), степенью защиты от соприкосновения с токоведущими частями, напряжением, сопротивлением и электрической прочностью электрической изоляции, путями утечки и воздушными зазорами.

Существует пять видов защиты СП от поражения электрическим током:


  • 0 - рабочая изоляция на всех частях);

  • I - то же;

  • II - двойная или усиленная изоляция;

  • III - рабочая изоляция для работы только в системе питания малым напряжением.

Виды электрической изоляции:

  • Рабочая изоляция обеспечивает основную защиту от поражения электрическим током;

  • Двойная изоляция -изоляция, включающая как рабочую, так и дополнительную изоляцию;

  • Усиленная изоляция - улучшенная рабочая изоляция с такими электрическими и механическими свойствами, при которых она обеспечивает ту же степень защиты от поражения электрическим током, что и двойная.

Автоматическое защитное отключение - вид взрывозащиты, при котором СП автоматически отключается от источника тока при разрушении светопропускающего элемента или колбы лампы, устраняя при этом опасность возникновения условий, при которых возможен взрыв взрывоопасной смеси, окружающей СП.

При эксплуатации взрывозащищенных приборов запрещается использовать лампы большей мощности, чем указано на светильнике. Недопустимо также заменять лампы одного типа на лампы другого.



Пожарная безопасность

Пожарная безопасность означает практическую невозможность загорания как самого прибора, так и окружающей его среды, что обеспечивается конструкцией СП, выбором комплектующих изделий и материалов с температурными характеристиками, соответствующими тепловому режиму СП. При этом характеристикой пожаробезопасности является соответствие температуры на основных элементах СП допустимым значениям как в рабочем, так и в аварийном режиме работы.

Для потолочных, встраиваемых и опорных СП существенными, с точки зрения пожарной опасности, являются параметры возгораемости материалов, из которых изготовлены опорные поверхности.

Механическая безопасность

Механическая безопасность характеризуется вибрационными или ударными нагрузками (многократными или одиночными), определяемыми соответственно диапазоном частот вибрации и максимальным ускорением или максимальным ускорением и длительностью удара.



Надежность

Под надежностью понимается свойства изделий выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Световые приборы являются восстанавливаемой (ремонтируемой) системой с невосстанавливаемыми элементами. Элементами системы СП являются узлы и детали конструкции, выполненные из определенных материалов, комплектующие изделия (лампы, пускорегулирующие аппараты, стартеры и др.), электрическая проводка и т.д.

Для СП основным показателем надежности является долговечность, которая характеризуется либо сроком службы, либо ресурсом.

Долговечность - свойство изделий сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние наступает тогда, когда происходит отказ.

Одной из важных групп требований к СП является обеспечение длительной и бесперебойной работы в условиях напряженного теплового режима, характерного для СП многих типов. Решение проблемы лежит на пути применения более нагревостойких материалов и покрытий, а также пускорегулирующих аппаратов, конденсаторов, проводов, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах.



Помехи (радиопомехи и акустические)

Радиопомехи подразделяются на распространяющиеся в виде электромагнитных излучений и по проводам питания.

Акустические помехи - шумовой фон - создаются СП в связи с наличием источника шума - обычных пускорегулирующих аппаратов (ПРА).

Электронные пускорегулирущие аппараты (АПП) не создают никакого акустического шума, избавляя тем самым человека от постоянного гудения ламп, неблагоприятно влияющего на здоровье, и значительно повышают комфортность световой среды.



Механизмы фотоэнергетического действия на человеческий организм еще не полностью изучены, но и того, что известно в настоящее время, достаточно для утверждения о недопустимости длительного пребывания человека в условиях освещения, существенно отличающихся от естественных. Выбор параметров искусственной световой среды, длительно действующей на человека, необходимо увязывать с составом и режимом естественного освещения.

Пример расчета экономической эффективности замены электромагнитных ПРА(дросселей) на АПП2Н18/220 в Горном музее (2001 год).

Цель замены:

  • Уменьшение подведенной мощности;

  • Уменьшение затрат по оплате электроэнергии;

  • Уменьшение эксплуатационных затрат;

  • Устранение акустического шума;

  • Устранение мигания лампы при включении.

Исходные данные для расчета:

  • Модернизации подлежит освещение в 68 шкафах.
    В них установлено светильников 1 х 40Вт - 228 шт., 1 х 20Вт - 22 шт.
    Количество ламп: ЛБ 40 - 228 шт., ЛБ 20 - 44 шт.
    Стоимость 1 лампы - 11,60 руб.
    Требуемое количество АПП2Н18/220 - 250 шт.
    Стоимость АПП2н18/220 - 270,48 руб.

  • Тариф за 1кВт/час электроэнергии 0,74 руб.

  • Годовое число часов эксплуатации при 12 часах работы - 4380 часов.

  • КПД электромагнитного ПРА - 50%,
    Коэффициент мощности электромагнитного ПРА-0,82 cos(для компенсир.)
    КПД АПП2Н18/220 - 90%.
    Коэффициент мощности АПП 2Н18/220 - 0,68cos

Расчет:




1.

Полная мощность, потребляемая одним светильником:




До замены:

После замены:




КПД эл/магн. ПРА - 60%

КПД АПП2Н18/220 – 95%




Коэфф.мощности эл/магн. ПРА -
0,70 cos 

Коэфф.мощн. АПП2Н18/220 –
0,98 cos 




ЛПО 2х40 2х40:0,6=133,30 Вт.

ЛПО 2х40 2х40:0,95=84,20 Вт.




ЛПО 4х20 4х20:0,6=133,30 Вт.

ЛПО 4х20 4х20:0,95=84,20 Вт.

2.

Полная мощность, потребляемая установленными светильниками:




До замены:

После замены:




ЛПО 2х40 192х133,30=25,60 кВт.

ЛПО 2х40 192х84,20=16,20 кВт.




ЛПО 4х20 195х133,30=26,00 кВт.

ЛПО 4х20 195х 84,20=16,40 кВт.

3.

Суммарная потребляемая мощность всеми установленными светильниками:




До замены:

После замены:




ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 25,60+26=
51,60 кВт


ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 16,2+16,4=
32,70 кВт


4.

Количество электроэнергии, потребляемое светильниками за 1 год
при 14 часовом рабочем дне:




До замены:

После замены:




ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 51,6 х 5110=
263 676 кВт/час

ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 32,7 х 5110=
167 097 кВт/час


5.

Стоимость электроэнергии за 1 год эксплуатации светильников
при тарифе 0,74 руб. за кВт




До замены:

После замены:




ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 263 676х0,74=
195 120,24 руб.

ЛПО 2х40 и ЛПО 4х20 167 097х0,74=
123 651,78 руб.


6.

Срок службы ламп:




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА– 6 000 часов
из ТУ на ЛБ-20 40

С АПП2Н18/220 - 6 000х1,5=
9 000 часов

7.

Количество ламп заменяемых в течение года:




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА: 5 110:6 000х(384+780)=
991 шт.

С АПП2Н18/220: 5 110:9 000х(384+780)=
661 шт.

8.

Стоимость заменяемых ламп при стоимости одной лампы
типа ЛБ – 20-40 – 11,60 руб.:




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА: 991х11,60=
11 495,60 руб.

С АПП2Н18/220: 661х11,60=
7 667,60 руб.


9.

Стоимость работ по замене ламп в течение года, с учетом оплаты труда электромонтажника 4000 руб. в месяц (налоги 39%, 21 рабочий день, 8 часов) и времени на замену одной лампы 0,25 часа (15 мин.):
(4000 х 1,39):21:8х0,25 = 8,28 руб.




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА: 991х8,28=
8 205,48 руб.

С АПП2Н18/220: 661х8,28=
5 473,08 руб.


10.

Стоимость утилизации сгоревших ламп




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА: 991х4,20=
4 162,20 руб.

С АПП2Н18/220: 661х4,20=
2 776,20 руб.

11.

Годовые эксплуатационные расходы (п.5+п.8+п.9+п.10):




До замены:

После замены:




С эл/магн. ПРА: 195120,24+11495,60+8205,48+4162,20 =
218 983,52 руб.

С АПП2Н18/220: 123651,78+7667,60+5473,08+2776,20 =
139 568,66 руб.


12.

Стоимость АПП2Н18/220, необходимых для модернизации:
250х270,48=67 620 руб.

13.

Срок окупаемости:




67 620:(218983,52-139568,66)= 0,85 года  10 мес.

Выводы:

При замене в существующих светильниках электромагнитных ПРА на электронные пускорегулирующие аппараты типа АПП 2Н20/220 получаем следующие результаты в расчете на год:



  • Уменьшение активной подведенной мощности: 51,6-32,7=18,9 кВт

  • Уменьшение затрат по оплате электроэнергии:
    195 120,24 - 123 651,78 = 71 468,46 руб.

  • Уменьшение реактивной мощности: 22,2 кВт

  • Уменьшение эксплуатационных затрат:
    (11495,60+8205,48+4162,20)-(7667,60+5473,08+2776,20)=7 946,40 руб.

  • Срок окупаемости:
    250х270,48=67 620 руб.
    67 620:(218983,52-139568,66)= 0,85 года - 10 мес.

Высвобождающаяся мощность может быть использована для электрообеспечения новых технологических линий и оборудования.

Уменьшение потребляемой мощности как активной, так и реактивной, разгрузит трансформаторную подстанцию, подводящие кабели, внутреннюю электропроводку, что приведет к увеличению их ресурса, улучшению пожаробезопасности.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница