Наличие света является важнейшим фактором, обеспечивающим человеку его существование: примерно 80% всей воспринимаемой человеком информации приходится на долю зрения. С точки зрения физики свет – это один из видов электромагнитного излучения. Основной характеристикой света является длина волны. Свет – это электромагнитное излучение с длинами волн от 380 до 760 нм (нанометров, или миллиардных долей метра). Излучения с длинами волн короче 380 и длиннее 760 нм глазом не воспринимаются. Коротковолновое излучение называется ультрафиолетовым, длинноволновое называется инфракрасным излучением. Излучения с разной длиной волны воспринимаются взглядом по-разному:

Границы цветов приблизительны и у разных людей могут несколько различаться. Белый цвет – это совокупность всех или нескольких цветов, взятых в определенной пропорции. Если луч белого света пропустить через стеклянную призму, то он разложится на цветные составляющие. Совокупность цветных составляющих сложного излучения называется спектром излучения. Чувствительность глаза к световому излучению с разной длиной волны неодинакова. Человеческое зрение наиболее чувствительно к световому излучению с длиной волны 555 нм.

Световой поток – это мощность светового излучения, измеренная в специальных единицах, называемых люменами (обозначение – лм, в иностранной литературе – lm). 1 лм – это 1/683 ватта светового монохроматического (т.е. строго одноцветного) излучения с длиной волны 555 нм.

Сила света – это отношение светового потока, заключенного в каком-либо телесном угле, к величине этого угла. Сила света измеряется в канделах (кд). 1 кд – эта сила света источника, излучающего световой поток 1 люмен в телесном угле 1 стерадиан.

Световой поток, излучаемый источником света, распространяется в пространстве более или менее равномерно во все стороны. Но, как правило, свет от какого- либо источника нужен для того, чтобы осветить конкретное пространство. С помощью осветительных приборов можно направить свет нужным образом и сосредоточить его в некоторой части пространства. Эта часть пространства характеризуется телесным углом. Телесный угол – это отношение площади, вырезаемой этим углом на сфере произвольного радиуса R к квадрату этого радиуса. Телесный угол измеряется в стерадианах.

Освещенность – это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах. Один люкс – это освещенность, при которой световой поток 1 лм падает на площадь в 1 кв. м. В качестве примера скажем, что прямая освещенность от Солнца в летний полдень на широте Москвы может составлять 100 000 лк, а освещенность от полной Луны на поверхности Земли на широте Москвы - не более 0,5 лк. Вводится для характеристики освещения конкретных мест.

Яркость предметов зависит как от освещенности, так и от способности предметов отражать падающий свет, пропускать его, либо поглощать. Способность предметов отражать падающий на них свет характеризуется коэффициентом отражения – это отношение величины светового потока, отраженного от какой-либо поверхности, к световому потоку, падающему на эту поверхность, доля света, которая проходит сквозь материал, характеризуется коэффициентом пропускания, а доля, которая поглощается – коэффициентом поглощения. Разные материалы по-разному отражают, пропускают или поглощают свет с разной длиной волны.

Обратите внимание, что наш глаз воспринимает лежащие рядом предметы разного цвета по-разному. Например, пачка белой бумаги явно светлее лежащего рядом черного ежедневника. То есть, наш глаз оценил светлоту предметов не только по освещенности, но и по другой величине – яркости. Яркость поверхности – это отношение силы света, излучаемой этой поверхностью в каком – либо направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную выбранному направлению. За единицу измерения яркости принята яркость плоской поверхности, излучающей силу света в 1 кд с одного квадратного метра в направлении, перпендикулярном светящей поверхности, т.е. 1 кд/кв. м.

Основными нормируемыми показателями являются освещенность на рабочем месте, общий индекс цветопередачи, коэффициент пульсаций освещенности. Для всех рабочих мест внутри помещений и для рабочих мест вне помещений, на которых выполняется конкретная работа (железнодорожные станции, аэропорты, карьеры и т.п.), основной нормируемой величиной является освещенность на рабочем месте. Величина нормируемой освещенности зависит, прежде всего, от характера выполняемой работы.

При освещении улиц и дорог нормируемой величиной служит яркость дорожного покрытия. Она устанавливается в зависимости от категории лиц, интенсивности движения, характера окружающей обстановки.

Общий индекс цветопередачи – отношение воспроизведения цветов предметов при освещении их данным источником света к воспроизведению цветов этих же предметов, освещаемых источником света, принятым за эталон. За «стандартный» источник был принят свет тепловых излучателей, ламп накаливания – их общий индекс цветопередачи принят равным 100. Принята следующая система оценки качества цветопередачи:

Ra > 90 – отличное качество;

90 > Ra > 80 – очень хорошее;

80 > Ra > 70 – хорошее;

70 > Ra > 60 – удовлетворительное;

60 > Ra > 40 – приемлемое;

Ra < 40 – плохая.

Например, в российских нормах освещения установлено, что для предприятий полиграфической, текстильной, лакокрасочной отраслей промышленности, а также для хирургических отделений больниц общий индекс цветопередачи должен быть не ниже 90.

В России нормируется также коэффициент пульсации освещенности. У газоразрядных источников света – люминесцентных, металлогалогенных, натриевых ламп – величина светового потока изменяется с удвоенной частотой тока сети. В России, США, странах СНГ, Европы и Азии частота переменного тока в электрических сетях равна 50 Гц. Следовательно, световой поток ламп изменяется («пульсирует») 100 или 120 раз в секунду – все газоразрядные лампы как бы мерцают с такой частотой. Глаз этих мерцаний не замечает, но они воспринимаются организмом и на подсознательном уровне могут вызывать неприятные явления – повышенную утомляемость, головную боль, возможно стрессы. Кроме этого, при освещении пульсирующим светом вращающихся или вибрирующих предметов возникает так называемый «стробоскопический эффект», когда при совпадении частоты вращения или вибрации с частотой пульсаций света предметы кажутся неподвижными, а при неполном совпадении – вращающимися с очень малыми скоростями. Это вызывает у людей ошибочные реакции и является одной из серьезных причин травматизма на производстве.

Глубина пульсаций измеряется коэффициентом пульсации освещенности. В российских нормах установлено, что глубина пульсации освещенности на рабочих местах не должна превышать 20%, а для некоторых видов производства – 15%.

В России главным документом, устанавливающим параметры освещения, являются Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95. Кроме этих норм, существуют Санитарные правила и нормы СаНПиН 2.21/2.1.1.1278-03, Московские городские строительные нормы МГСН 2.06-99 и множество отраслевых норм.

В Европе существуют общие Европейские нормы освещенности, несколько десятков специализированных норм, а также многие национальные нормы и правила. В Европейских нормах освещенности для ряда помещений введен еще один нормируемый параметр: для рабочих мест, оснащенных мониторами (т.е. практически для всех рабочих мест в офисах) устанавливаются требования к максимальной яркости тех поверхностей светильников, которые могут отражаться в экранах. Вот ряд Европейских норм освещенности:

Все электрические источники света можно разделить на три группы:

1. Источники света с телом накала.

1.1. Лампы накаливания

1.2. Галогенные лампы

2. Газоразрядные лампы

2.1. Газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные)

2.2. Газоразрядные лампы высокого давления (ртутные, натриевые, металлогалогенные)

3. Полупроводниковые источники света – светодиоды.

Источники света обычно сравнивают по ряду параметров, определяющих, насколько разные виды ламп применимы в том или ином случае.

Мощность лампы – электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения – ватт (Вт).

Световой поток. Например, обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт может иметь световой поток 1200 Лм, галогенная лампа 35 Вт – 1200 Лм, натриевая лампа мощностью 400 Вт – 48000 Лм. Т.е. разные типы ламп имеют разную световую отдачу, определяющую эффективность преобразования электрической энергии в свет, а значит, разную экономическую эффективность применения.

Световую отдачу измеряют в Лм/Вт (т.е. каждый ватт потребленной электроэнергии дает некоторое количество света). Чем больше отношение светового потока к мощности лампы, тем эффективнее преобразование потребляемой электроэнергии в свет. Это наиболее важный параметр лампы с точки зрения энергосбережения, и прогресс источников света – это в большой степени увеличение световой отдачи, ее приближение к теоретическим пределам.

Мощность, световой поток, световая отдача являются количественными характеристиками ламп. Кроме этого, существуют параметры, определяющие качество света - цветовая температура и цветопередача.

Цветовая температура определяет то, как мы видим цвета предметов. В зависимости от внешнего освещения один и тот же цвет будет восприниматься глазом несколько по-разному. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина. Условно источники света разделяют на три основные группы по цветовой температуре.

1. Тепло-белый < 3 300 К

2. Нейтрально-белый 3 300 – 5 000 К

3. Холодно-белый > 5 000 К.

В жилых интерьерах традиционно используются лампы теплого тона (Тцв = 2 700 - 3 000 К). В свете таких ламп наиболее естественно выглядят лица людей. В офисных интерьерах используются более «холодные» лампы. Лампы с Тцв = 4000 - 4200 К подходят, например, для ландшафтного освещения, подчеркивая изумрудную зелень растений, тогда как, скажем, стандартные галогенные лампы с Tцв = 3 000 К для этой цели слишком "желтят". Очень интересный эффект может дать вдумчивое использование ламп разных спектров. В световой архитектуре информация, содержащаяся в цветности света, используется для организации пространства: автомобильные магистрали традиционно выделяются желто-золотым светом натриевых ламп, пешеходные пространства – более холодным светом. Сходные приемы могут применяться и в интерьере.

Цветопередача. Пожалуй, еще более важный параметр, о котором, к сожалению, часто забывают. Это понятие мы уже затрагивали, когда рассматривали основные светотехнические параметры. Чем более сплошной и равномерный спектр имеет лампа, тем более различимы цвета предметов в ее свете. Главный для нас источник света – Солнце – имеет сплошной спектр излучения и наилучшую цветопередачу, при этом Тцв меняется от 6 000 К в полдень до 1 800 К в рассветные и закатные часы. К сожалению, далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем. Если искусственные источники теплового излучения – традиционные и галогенные лампы накаливания – благодаря сплошному спектру не имеют особых проблем с цветопередачей, разрядные лампы, имеющие в своем спектре полосы и линии, зачастую передают цвета предметов довольно своеобразно. В каталогах ламп производители, как правило, указывают общий индекс цветопередачи Ra, определяемый на основании оценки качества передачи цвета 8 эталонных цветных образцов. Ra тепловых ламп равен 100 (максимальное значение), для разрядных он колеблется от 20 (натриевые лампы) до 95 и даже 98. Правда, Ra не позволяет сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда даже может дезориентировать дизайнера. Так, люминесцентные лампы с трехполосным люминофором (Ra=80) и белые светодиоды (декларируется Ra до 100) имеют Ra, соответствующий "хорошей" цветопередаче. Зачастую они неудовлетворительно передают некоторые цвета.

Задачей дизайнера (архитектора), проектирующего тот или иной интерьер (экстерьер), является тщательный подбор ламп для обеспечения требуемого качества цвета и света. Источники света – один из самых массовых товаров, производимых человеком. Ежегодно производится и потребляется несколько миллиардов ламп, львиную долю которых пока составляют лампы накаливания. Стремительно растет потребление современных ламп – компактных люминесцентных, натриевых, металлогалогенных. Заманчивые перспективы в энергосбережении, да и в дизайне осветительных остановок обещают ультрасовременные светодиоды. Происходящие качественные изменения позволяют надеяться, что источники света в новом тысячелетии станут важным инструментом архитектора, проектировщика, просто творческого человека – главного действующего лица наступающей эпохи дизайна.

Срок службы – важнейший эксплуатационный параметр ламп. Различают полный (пока не перегорит) и полезный (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) срок службы.

Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока. Типичная для ЛН световая отдача – 10-15 Лм/Вт. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: основная часть питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В свет преобразуется всего 10-15% световой энергии. Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1 000 ч. Световая отдача и срок службы определяются температурой спирали. При повышении температуры спирали возрастает яркость, но вместе с тем и сокращается срок службы. Сокращение срока службы является следствием того, что испарение материала, из которого сделана нить, при высоких температурах происходит быстрее, вследствие чего колба темнеет, а нить накала становится все тоньше и тоньше, после чего лампа выходит из строя.

Основными типами ламп накаливания являются лампы общего назначения, лампы специального назначения, декоративные лампы и лампы с отражателем. Рефлекторные зеркальные лампы обеспечивают пучок света, идеальный для освещения конкретной области. Встроенный отражатель обеспечивает максимальную осевую силу света.

Современный вариант ламп накаливания. Технологические новшества - добавление галогенидов в колбу лампы, использование особых сортов кварцевого стекла, «возвращение» теплового излучения на спираль ламп с помощью специальных отражателей выделили ГЛН в особый тип источников света. Как и обычные лампы накаливания - это высокотемпературные излучатели. Чтобы выдержать высокие температуры и давление, колба галогенной лампы изготавливается из кварцевого стекла. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому ведущие производители ламп добавляют в кварц добавки, задерживающие УФ излучение.

Световая отдача современных ГЛН составляет около 30 Лм/Вт. Типичное значение цветовой температуры – 3000 К. Существуют также ГЛН «дневного света» - 4000-4200 К. ГЛН имеют отличную цветопередачу. «Точечная» форма лампы позволяет управлять шириной «луча» в широких пределах с помощью миниатюрных отражателей. В интерьерном дизайне ГЛН сейчас стали стандартом. Галогенные лампы позволяют создавать рассеянное, мягкое, бестеневое освещение, или же четко направленное, точечное.

Уровень яркости галогенных ламп можно регулировать. Галогенные лампы на напряжение 220В работают от сети напрямую без трансформаторов, модели низкого напряжения подключаются в сеть через трансформатор.

Преимуществом также является тот факт, что количество и качество света, даваемое лампой, постоянно в течение всего срока службы.

Для использования в интерьере особенно популярны низковольтные ГЛН MR-11 и MR-16 (мощностью от 10 до 75 Вт), снабженные отражателем, позволяющим фокусировать луч в угле 8-36 градусов.

В основном выпускаются сетевого напряжения (230 V) с цоколем R7s. Различаются по мощности: от 60 до 2000 Вт и по длине колбы от 78 мм до 334 мм. Применяются чаще всего в прожекторах. Большинство моделей предназначено для работы только в горизонтальном положении, отклонение не больше, чем на 10 градусов. Нарушение этого условия приводит к помутнению колбы и выходу лампы из строя раньше срока.

Капсульные галогенные лампы – самые компактные из галогенных ламп, изготавливаются по технике низкого давления и могут эксплуатироваться в открытых светильниках без защитного стекла. Бывают низковольтные (в основном на 6, 12, 24 V) и сетевого напряжения. Обычно в качестве цоколя в капсульных лампах используется сама колба с жестко фиксированными выводами из вольфрамовой проволоки. Однако, несмотря на физическое отсутствие цоколя, в каталогах и технической документации такое оформление выводов называют «цоколем типа G…, GY…», цифры после букв обозначают расстояние в миллиметрах между выводами контактов. Буква «G» обозначает штифтовой цоколь, следующие буквы особенности края лампы у контактов и расположение контактов.

Устройство галогенных ламп с отражателем отличается тем, что зеркальный отражатель вместе с цоколем приклеен к колбе лампы. Зеркальное покрытие выполняется путем напыления на стеклянный отражатель химически чистого алюминия (непрозрачное покрытие) или специального полупрозрачного покрытия. Лампы с полупрозрачным (интерференционным ли дихроичным) покрытием почти не нагревают освещаемую поверхность. Есть модификации с защитным стеклом и без стекла.

Размеры отражателей бывают нескольких типов:

1. MR 11, диаметр 35 мм

2. MR 13, диаметр 42 мм

3. MR 16, диаметр 51 мм

4. MR 18, диаметр 58 мм

5. отражатель диаметром 70 мм

6. отражатель диаметром 111 мм.

Колбы ламп PAR (Parabolic Aluminium Reflector) выполнены из прессованного стекла, обладающего повышенной механической прочностью и устойчивого к резкому перепаду температуры (лампы не разрушаются при попадании на них брызг холодной воды). Внутри колбы размещена кварцевая галогенная горелка, световой поток которой концентрируется зеркальным отражателем. Рифленое фронтальное стекло способствует равномерности структуры светового пятна и предохраняет горелку от запыления и прикосновения. Лампы выпускаются в двух модификациях – Spot – с узким световым пучком и flood – с широким световым пучком. Цоколь Е27 и Е14. Работают от сетевого напряжения. Есть модели со встроенным трансформатором. Срок службы ламп PAR с 2,5 раза больше, чем у обычных зеркальных ламп накаливания. Такие лампы целесообразно использовать для акцентного внутреннего и наружного освещения. Лампы выпускаются в типоразмерах, схожих с размерами зеркальных ламп накаливания, поэтому лампы PAR можно рекомендовать для использования во встраиваемых рефлекторных светильниках для ламп накаливания.

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. ЛЛ обеспечивают мягкий равномерный свет, но распределением света в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. В силу того, что ЛЛ создают рассеянный свет и благодаря высокой световой отдаче, они идеально подходят для освещения больших помещений, где не требуется в течение суток часто включать и выключать освещение. Для работы люминесцентных ламп необходима специальная пускорегулирующая аппаратура.

Одно из главных преимуществ ЛЛ – долговечность (срок службы до 20 000 часов). Благодаря экономичности и долговечности ЛЛ стали самыми распространенными источниками света в общественных помещениях. В странах с мягким климатом ЛЛ широко применяют в наружном освещении городов.

Вырабатывают свет по такому же принципу, что и обычные люминесцентные лампы. Нанесенный на внутренние стенки люминофор преобразуют ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Подбирая определенный вид люминофора, можно изменять цветность света лампы. Изогнув колбу обычной люминесцентной лампы и разделив ее на несколько меньших, разработчикам удалось создать КЛЛ, которая по своим размерам идентична стандартной лампе накаливания.

Все КЛЛ обеспечивают высокую экономичность. Расходы на электроэнергию по сравнению с лампами накаливания той же яркости сокращаются до 80%, а срок службы КЛЛ в 10-12 раз выше, чем у ламп накаливания.

КЛЛ, как и линейная люминесцентная лампа, требует использования пускорегулирующей аппаратуры. КЛЛ делятся на 2 группы: со встроенным (интегрированным) ПРА и внешним ПРА. КЛЛ с цоколями Е14 и Е27 имеют встроенный ПРА, поэтому могут легко использоваться вместо стандартных лам накаливания. КЛЛ с внешним ПРА требуют дополнительной комплектации.

Для зажигания люминесцентных ламп и газоразрядных ламп высокого давления необходима специальная аппаратура, обеспечивающая зажигание разряда и стабилизацию тока. Для зажигания лампы необходимо повышенное напряжение, превышающее примерно вдвое рабочее между электродами лампы. После зажигания лампы, в момент, когда процесс ионизации в ней резко возрастает, в цепь лампы должно автоматически включиться токоограничивающее сопротивление.

Пускорегулирующие аппараты - это светотехническое изделие, с помощью которого осуществляется питание лампы от электрической сети, обеспечиваются необходимые режимы зажигания, разгорания и работы газоразрядной лампы. Конструктивно ПРА оформляется в виде единого аппарата, либо в нескольких отдельных блоках.

Электромагнитные ПРА (ЭмПРА) состоят из

- дросселя (катушка, намотанная медным или алюминиевым проводом на сердечнике, собранном из лакированных пластин или ленты из специальных сортов электротехнической стали), который стабилизируют ток разряда;

- стартера (устройства для зажигания разряда);

- при включении натриевых и металлогалогенных ламп необходимо также использование импульсного зажигающего устройства (ИЗУ), которые представляют собой полупроводниковые генераторы высокочастотных импульсов высокого напряжения.

ЭПРА, в отличие от ЭмПРА работают в частотном диапазоне свыше 30 кГц, что приводит к значительному увеличению эффективности, которая базируется в основном на двух механизмах:

- уменьшении электродных потерь

- повышении световой отдачи, главным образом основанное на более эффективном преобразовании электрической энергии в ультрафиолетовой области спектра атомов ртути при 185 нм и 254 нм.

Применение современных ЭПРА позволяет (прежде всего, это касается люминесцентных ламп) значительно улучшить световой комфорт, экономичность и эксплуатационную безопасность. Существуют ЭПРА с возможностью светорегулирования. Они обеспечивают плавное без мигания регулирование светового потока люминесцентных ламп в диапазоне от 3% до 100% для компактных люминесцентных ламп и от 1% до 100% для линейных люминесцентных ламп.