Производственное освещение .

ИСТОЧНИК: БЖД: Учебник для вузов/Под общ.ред.С.В.Белова, 7-е изд. – М.:Высш. шк.,2007.-616 стр. Лекция 8 Производственное освещение . ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ  Характеристика фактора Видимая область оптического спектра ЭМИ (750- 400 нм или 0,75 - 0,4 мкм) обеспечивает ЗРИТЕЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ, дающее около 90% информации об окружающей среде. ( 10 -9  м = 1 нанометр /нм/; 10 -6  м = 1 микрон /мкм/) В видимой части спектра излучения различной длины волн вызывают различные световые и ЦВЕТОВЫЕ ощущения: от  фиолетового  (400 нм) до красного  (750 нм). НАИБОЛЬШАЯ чувствительность зрения к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет). ОСВЕЩЕНИЕ - это ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ, влияющий на безо- пасность и эффективность ЗРИТЕЛЬНЫХ РАБОТ. Освещение характеризуется КОЛИЧЕСТВЕННЫМИ и КАЧЕСТВЕННЫМИ показателями: КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ показатели: световой поток, сила света, освещенность, яркость. КАЧЕСТВЕННЫЕ показатели: фон, контраст объекта с фоном, видимость, коэффициент пульсации, показатель ослепленности, спектральный состав света. Количественные показатели.  СВЕТОВОЙ ПОТОК  F - часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет,характеризующая мощность светового излучения; измеряется в ЛЮМЕНАХ (лм).  СИЛА СВЕТА I  -  пространственная  плотность светового потока, характеризу- ющая неравномерность излучения светового потока в пространство и равная отношению светового потока d F, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла d Ω к величине этого угла, измеряемая в КАНДЕЛАХ (кд): I = d F, / d Ω. ОСВЕЩЕННОСТЬ Е - поверхностная  плотность светового потока, равная отношению светового потока d F, равномерно падающего на элемент освещаемой поверхности dS, к площади этого элемента поверхности (м 52 0), измеряемая в ЛЮКСАХ (лк): Е = d F / dS ЯРКОСТЬ L  элемента поверхности dS под углом ά к нормали этого элемента - отношение светового потока d 2 Ф к произведению телесного угла d Ω , в котором он распространяется, площади dS косинуса угла  ά илиотношение силы света d I , излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению, измеряемая в кд .м 2  L  = d 2 Ф /( d Ω dS cos  ά) = dI / (dS cos  ά). КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ  ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток, равен отношению ОТРАЖЕННОГО от поверхности светового потока F отр  к ПАДАЮЩЕМУ на нее световому потоку   F пад .  ρ = F отр   / F пад  Качественные показатели.  ФОН -  это поверхность, на которой происходит различение объекта, характеризуется КОЭФФИЦИЕНТОМ ОТРАЖЕНИЯ  ρ, величина которого в зависимости от цвета и фактуры поверхности лежит в пределах 0,02 - 0,95. при  ρ > 0,4 фон считается СВЕТЛЫМ, ρ = 0,2 - 0,4 - СРЕДНИМ,   ρ < 0,2 - ТЕМНЫМ.  КОНТРАСТ ОБЪЕКТА С ФОНОМ k -  0степень различения объекта и фона - характеризуется соотношением ЯРКОСТЕЙ рассматриваемого объекта  L О (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски иди других элементов) и фона  L ФОН , определяется по формуле:  k = ( L О -  L ФОН ) /   L ФОН , Контраст при  k > 0,5 - БОЛЬШОЙ (объект резко выделяется на фоне), k = 0,2 - 0,5 -СРЕДНИЙ(объект и фон заметно отличаются по яркости) k < 0,2 - МАЛЫЙ (объект слабо заметен на фоне). КОЭФФИЦИЕНТ ПУЛЬСАЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ К Е  - критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени СВЕТОВОГО ПОТОКА, выражается в % и равен  К Е  = 100 (Е max - Е min ) / 2Е ср , Где Е max , Е min , Е ср  - максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний. ПОКАЗАТЕЛЬ ОСЛЕПЛЕННОСТИ  Р о - критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой, равен Р о = 1000 (V 1 / V 2  - 1), Где V 1 и V 2  -  видимость  объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения (Экранирование осуществляется с помощью щитков, козырьков и т.п.).  ВИДИМОСТЬ  V характеризует способность глаза воспринимать объект, зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции; определяется числом  пороговых  КОНТРАСТОВ К пор  в контрасте объекта с фоном К: V = К / К  пор , где К пор   - пороговый контраст, т.е. наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым НА ФОНЕ. Системы освещения (на производстве и в быту) -ЕСТЕСТВЕННОЕ, создаваемое прямым и отраженным светом неба; -ИСКУССТВЕННОЕ, создаваемое электрическими источниками света (лампами); -СОВМЕЩЕННОЕ, при котором в светлое время суток недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. ЕСТЕСТВЕННОЕ освещение меняется в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы. Подразделяют на: -  боковое  (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; -  верхнее , осуществляемое через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях, а также через световые проемы в местах перепадов высот смежных пролетов зданий;  - комбинированное , сочетающее верхнее и боковое освещение. ИСКУССТВЕННОЕ освещение * по конструктивному исполнению  может быть 2 систем:  ОБЩЕЕ и КОМБИНИРОВАННОЕ. -  ОБЩЕЕ  освещение применяют в помещениях, где по всей площади выпол няются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают: - общее РАВНОМЕРНОЕ,  когда световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения оборудования и рабочих мест; - общее ЛОКАЛИЗОВАННОЕ  с распределением светового потока с учетом расположения рабочих мест. -  КОМБИНИРОВАННОЕ  освещение применяют при выполнении точных  зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы). Комбинированное освещение представляет собой СОВОКУПНОСТЬ  общего и местного  освещения. На производстве НЕ ДОПУСКАЕТСЯ применение ОДНОГО  МЕСТНОГО  освещения внутри производственного помещения, т.к. в этом случае возникают резкие тени, зрение быстро утомляется и создается ОПАСНОСТЬ производственного ТРАВМАТИЗМА. * по функциональному назначению  искусственное освещение подразделяют на:  РАБОЧЕЕ, АВАРИЙНОЕ И СПЕЦИАЛЬНОЕ.  - РАБОЧЕЕ  - обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях и предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта.  - АВАРИЙНОЕ  - устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авариях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, длительное нарушение технологического процесса, нарушение работы таких объектов, как электростанции, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения и другие производственные помещения, в которых недопустимо прекращение работ. Минимальная освещенность рабочих поверхностей при АВАРИЙНОМ освещении должна составлять 5% нормируемой освещенности РАБОЧЕГО освещения, но не менее 2 лк.  - СПЕЦИАЛЬНОЕ  освещение может быть  охранным, дежурным, эвакуационным, эритемным, бактерицидным и др. Эвакуационное  освещение организуют в местах опасных для прохода людей, на лестничных клетках, вдоль основных проходов производственных помещений, где работают более 50 человек. Это освещение должно обеспечивать на полу основных проходов и на ступеньках освещенность не менее 0,5 лк, на открытых территориях - не менее - 0,2 лк. Сигнальное  освещение применяют для фиксации границ опасных зон. Указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации. Эритемное освещение – специальное освещение организма лампами, люминофор внутри которых испускает электромагнитные волны в УФ области спектра. Э.и. вызывает временное . покраснение кожи (эритему) и последующий загар. Применяются для компенсации недостатка в УФ излучении (шахтеры, работники без солнечного освещения и т.п.). Бактерицидное освещение – для обеззараживания среды или медицинских приспособлений. . Влияние освещения, как производственного фактора на человека Производственное освещение служит для поддержания на рабочем месте ОСВЕЩЕННОСТИ, соответствующей характеру ЗРИТЕЛЬНЫХ РАБОТ, выполняемых работником. Увеличение  освещенности рабочей поверхности УЛУЧШАЕТ видимость объектов за счет повышения их яркости, УВЕЛИЧИВАЕТ скорость различения деталей, что сказывается на росте производительности труда. На главном коныейере сборки автомобилей повышение освещенности - с 30 до 75 лк повысило производительность на 8%; - до 100 лк - на 28%; - дальнейшее повышение освещенности не дает роста производительности. Необходимо обеспечить РАВНОМЕРНОЕ распределение яркости на рабочей поверхности, т.к. перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз переадаптироваться, что ведет к утомлению зрения. Равномерному распределению яркостей в поле зрения работающего способствует СВЕТЛАЯ окраска потолка, стен и оборудования. В поле зрения должны отсутствовать РЕЗКИЕ ТЕНИ, наличие которых ИСКАЖАЕТ формы и размеры объектов различения и тем самым повышает УТОМЛЯЕМОСТЬ, снижает производительность. Тени смягчают применением светильников со светорассеивающими молочными стеклами, а при естественном освещении жалюзи, козырьки и др, солнцезащитные устройства. Должна отсутствовать прямая и отраженная БЛЕСКОСТЬ, представляющая повышенную яркость светящихся поверхностей, что вызывает ОСЛЕПЛЕННОСТЬ, т.е. ухудшение видимости объектов.  Блескость ограничивают -уменьшением яркости источника света, -правильным выбором защитного угла светильника, -увеличением высоты подвеса светильников, -правильным направлением светового потока на рабочую поверхность, -изменением угла наклона рабочей поверхности. -где возможно, заменой блестящих поверхностей матовыми. Колебание освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения сети, ПУЛЬСАЦИЕЙ освещенности, обуславливают ПЕРЕАДАПТАЦИЮ глаза, приводя к значительному УТОМЛЕНИЮ. Постоянство освещенности во времени достигают: - стабилизацией плавающего напряжения, - жестким креплением светильников, - специальными схемами включения газоразрядных ламп (трехфазное включение). Для обеспечения правильной ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ важно выбирать необходимый спектральный состав светового потока. Оптимальную цветопередачу обеспечивает ЕСТЕСТВЕННОЕ освещение. Спектр ламп  накаливания  сильно отличается от спектрального состава солнечного света, создавая преобладание желтых и красных лучей. Нормирование освещения (естественного и искусственного) по: Строительным нормам и правилам СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" (СП 52.13330.2011 СВОД ПРАВИЛ ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*, Дата введения 20.05.2011) Исходным показателем для установления нормативов освещенности служит качественная ХАРАКТЕРИСТИКА ЗРИТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ (от наивысшей точности до  грубой, очень малой точности, а также любое наблюдение за ходом производственного процесса.  Количественной характеристикой зрительной работы является НАИМЕНЬШИЙ или ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ  3РАЗМЕР  РАЗЛИЧЕНИЯ - это наименьший размер рассматри-ваемого предмета, отдельной его части или дефекта, который необходимо различать в процессе работы (например, при работе с приборами - толщина линии градуировки шкалы, при чертежных работах - толщина самой тонкой линии на чертеже).  Наименьший различаемый размер  варьируется от  менее 0,15 мм  для работ наивысшей точности  до  более 5 мм  для работ  грубых очень малой точности.  Характеристика зрительной работы и наименьший размер различаемого объекта определяют РАЗРЯД ЗРИТЕЛЬНЫХ РАБОТ, которых в нормах установлено ВОСЕМЬ ,обозначаемых  РИМСКИМИ цифрами. Для ИСКУССТВЕННОГО освещения нормативы устанавливаются в зависимости от ПОДРАЗРЯДА зрительных работ, связанного с  контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Для разных разрядов зрительных работ (от I до V) устанавливается 4 подразряда, обозначаемых буквами  а, б, в и г. Для разрядов и подразрядов зрительных работ нормируется для ИСКУССТВЕННОГО освещения: - освещенность , в лк, *при системе общего освещения, *при системе комбинированного освещения - вся (суммарная) освещенность и, в том числе, освещенность от общего освещения; - показатель ослепленности  (безразмерный) ; - коэффициент пульсации ,%. Нормативы по ОСВЕЩЕННОСТИ установлены для газоразрядных ламп из-за их большой светоотдачи, а для ламп накаливания нормативы освещенности следует снижать на ОДНУ СТУПЕНЬ по шкале освещенности. Шкала освещенности имеет вид: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 15; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000;3500; 4000; 4500; 5000. При комбинированном освещении ДОЛЯ ОБЩЕГО освещения должна быть не менее 10% нормируемой освещенности. Для работ наивысшей точности (разряд I) общая освещенность должна быть не ниже 1250 лк, а комбинированная 5000 лк. В учебных кабинетах: на рабочих столах освещенность должна быть не менее 300 лк, на классной доске - не менее 500 лк. Допустимый коэффициент пульсации в зависимости от системы освещения и характера выполняемых работ не должен превышать 10 - 20%. Для ЕСТЕСТВЕННОГО освещения в качестве нормируемой принята относительная величина - КОЭФФИЦИЕНТ ЕСТЕСТВЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ  КЕО,  не зависящий от времени суток, года, метеорологических условий. КЕО - это отношение освещенности в ДАННЫЙ МОМЕНТ в данной точке внутри помещения Е вн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е вн, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах: КЕО = 100 Е вн / Е н . % Нормирование КЕО осуществляется раздельно для бокового и верхнего  освещения. При  боковом  освещении нормируют минимальное значение КЕО в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна. При верхнем и комбинированном  освещении нормируют усредненное КЕО в пределах рабочей зоны. КЕО оценивает размеры оконных проемов, вид остекления и переплетов, их загрязнение, т.е, способность системы естественного освещения ПРОПУСКАТЬ СВЕТ. Нормированное значение КЕО е N с учетом характера зрительной работы (разряда зрительных работ), системы освещения естественное или совмещенное), района расположения зданий на территории страны определяют по формуле: е N = е н . m  N, где N - номер группы административных районов по ресурсам светового климата, устанавливаемый в зависимости от их географического положения, по СНиП 23-05-95 (для Московской области N =1) е н - значение КЕО по СНиП 23-05-95 в зависимости от разряда зрительных работ для III светового пояса с номером группы N =1 (е н = 0,1 ... 6,0); m  N - коэффициент светового климата СНиП 23-05-95 в зависимости от расположения световых проемов в стенах и фонарях, их ориентации по сторонам горизонта и номера группы N (m  N = 0,7 - 1,2) Нормируется также  неравномерность  естественного освещения, которое характеризуется отношением наибольшего и наименьшего КЕО в пределах характерного разреза помещения. Значение неравномерности должно быть не более 2:1 для работ I и II разрядов и 3:1 для работ III и IV разрядов. Для учебных помещений КЕО должно быть не менее 1,5 %.  Контроль освещенности Измерение освещенности производится ЛЮКСМЕТРОМ.  Люксметр является переносным прибором, состоящим из светочувствительного ФОТОЭЛЕМЕНТА со светопоглотительной насадкой и измерителя тока (гальванометра), возникающего в фотоэлементе. Фотоэлемент - пластина, на поверхности которой нанесен светочувствительный селеновый слой, трансформирующий световую энергию в электрическую. Величина возникающего электрического тока и соответствующее ей отклонение стрелки гальванометра (показывающего прибора) пропорциональна интенсивности светового потока. Надеваемая на фотоэлемент насадка-поглотитель из молочного стекла, ослабляет падающий на светочувствительный слой световой поток: в зависимости от маркировки в 10, 100 и 1000 раз. Прибор градуирован в ЛЮКСАХ для ламп  накаливания. При измерении освещенности  люминисцентных  ламп следует вводить поправочный коэффициент: *для ламп дневного света - 0,9 (или 0,99); *для ламп белого света - 1,1(ДРЛ), 1,17 (ЛБ); *для натриевых ламп - 1,23 (ДНаТ); *для естественного освещения - приблизительно 0,8. Измерения проводят при горизонтальном расположении фотоэлемента в плоскости рабочей поверхности. Источники света и светильники При сравнения источников света друг с другом и при их выборе пользуются следующими характеристиками: 1)  электрическими  - номинальное напряжение в вольтах, электрическая мощность лампы в ваттах; 2)  светотехническими - световой поток, излучаемый лампой Ф, в люменах, для некоторых ламп - максимальная сила света, в канделах; 3)  эксплуатационными  - световая отдача лампы  ψ в лм/Вт, равная отношению светового потока лампы Ф к ее электрической мощности Р:  ψ = Ф / Р; (в лабораторной работе определяется - УДЕЛЬНАЯ ОСВЕЩЕННОСТЬ лампы, лк/Вт); - срок службы; 4)  конструктивными  - форма колбы лампы, форма тела накала - прямолинейная, спиральная, биспиральная, триспиральная; наличие и состав ГАЗА, заполняющего колбу, давление газа. В качестве источников света на промышленных предприятиях применяют:  ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ. Имеется еще один НОВЫЙ тип ламп - СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ  являются источниками света ТЕПЛОВОГО  ИЗЛУЧЕ НИЯ, видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. ПРЕИМУЩЕСТВА: - удобны в эксплуатации; - не требуют дополнительных устройств для включения в сеть; - низкая инерционность при включении; - просты в изготовлении; - создают малую пульсацию. НЕДОСТАТКИ : - низкая световая отдача (7-20 лм/Вт); - сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс.час); - спектр сильно отличается от солнечного света, преобладают желтые и красные лучи, что искажает цветопередачу; ИСПОЛЬЗУЮТ вакуумные (НВ), газонаполненные биспиральные (НБ), биспиральные криптоновые (НБК), зеркальные с диффузно-отражающим слоем, местного освещения и др. В последнее время распространены ГАЛОГЕНОВЫЕ лампы накаливания с иодным циклом. Наличие в колбе паров иода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. СВЕТОВУЮ ОТДАЧУ лампы (до 40 лм/Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с иодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс.часов. Спектр излучения галогеновой лампы более БЛИЗОК к естественному. Галогенные лампы (КГ) представляют собой трубку кварцевого стекла с нитью накала, размещенной по ее оси на поддерживающих крючках.  ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ  создают излучение оптического диапазона спектра в результате электрического РАЗРЯДА в атмосфере инертных газов и паров металла, а также за счет явлений люминисценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.  ПРЕИМУЩЕСТВА: - большая световая отдача 40-110 лм/Вт; - имеют большой срок службы до 8-12 тыс.час; - можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминофоры.  НЕДОСТАТКИ : - пульсация светового потока, ведущего к появлению стробоскопического эффекта, искажающего зрительное восприятие (при кратности или совпадении частоты пульсации источника света и обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения, что делает невозможным выполнение производственных операций и ведет к увеличению опасности травматизма); - длительный период разгорания (до 10-15 мин); - необходимость применения специальных пусковых приспособлений, облегчающих зажигание ламп; - могут создавать радиопомехи; - зависимость работоспособности от температуры окружающей среды. ЛЮМИНСЦЕНТНЫЕ газоразрядные лампы имеют форму цилиндрической трубки: внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора, преобразующего ультрафиолетовое излучение, возникающее при электрическом разряде в парах ртути, в видимый свет. В зависимости от спектрального состава видимого света различают - лампы дневного света (ЛД), - дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), - холодного белого цвета (ЛХБ), - теплого белого (ЛТБ); - белого цвета (ЛБ). Лампы ДУГОВЫЕ РТУТНЫЕ ЛЮМИНИСЦЕНТНЫЕ (ДРЛ) представляют собой ртутные  лампы высокого давления с исправной цветностью, состоят из кварцевой колбы, пропускающей ультрафиолетовые лучи, которая заполнена парами ртути при давлении 0,2 - 0,4 МПа, с двумя электродами и внешней стеклянной колбы, покрытой люминофором. Лампы  галогенные ДРИ (дуговые ртутные с йодидами)  по конструкции аналогичны лампам ДРЛ, ее колбу заполняют галогениды галлия, натрия, индия, лития и других редкоземельных элементов, ее спектр имеет практически сплошной характер, приближающийся к дневному свету. Ксеноновые лампы ДКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые) обладают стабилизированным разрядом и не нуждаются поэтому в балластном сопротивлении. Учитывая большую единичную мощность 5-50 кВт, чрезмерную долю ультрафиолетового излучения в спектре и высокое давление в колбе, эти лампы применяют только для освещения ТЕРРИТОРИЙ предприятий. Натриевые лампы ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые)  обладают наивысшей эффективностью и удовлетворительной цветопередачей, применяют для освещения цехов с большой высотой, где требования к цветопередаче невысоки (кузнечно-прессовые, сварочные и т.д.). СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, являются полупроводниковыми приборами, которые преобразуют электрический ток непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода между двумя контактами полупроводника с разной проводимостью. Р-n-переход («составляющая» полупроводниковой техники) и представляет собой ни что иное, как соединение двух кусков полупроводника различной проводимости ( один из них имеет избыток электронов n -типов, другой избыток дырок p -типа ). Если к данному переходу подсоединить источник питания, положительным полюсом к p -части, то через него будет проходить ток. Нас же интересует вопрос, что будет, если через p-n переход идет ток ( момент рекомби- нации ). Рекомбинация может быть излучательной. В тот момент, когда происходит столкновение электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света – фотона. Однако, не все p-n переходы выделяют ( излучают ) свет. Отчего это так: 1. Ширина запрещенной зоны в активной области светодиодов должна приближаться к энергии квантов света видимого диапазона. 2. Вероятность излучения во время рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть достаточно высокой. Для этого кристалл должен содержать наименьшее количество дефектов, в результате чего рекомбинация будет идти без излучения. Так или иначе, данные условия противоречат друг другу. Чтобы «иметь в своем распоряжении» оба условия, в кристалле одного p-n перехода не хватит. Необходимо изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Другое название этих структур – гетероструктуры. • - Квантовый выход- число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую элеткронно-дырочную пару. Есть внутренний и внешний квантовый выходы. Внутренний – в самом p-n переходе. Внешний – для прибора в целом. Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов может достигать 100 процентов. Для красных светодиодов – 55 процентов. Синие светодиоды – 35 процентов. Внешний квантовый выход –важнейшая характеристика эффективности светодиода в целом. • Светодиод представлен двумя выводами – анодом и катодом. Катод крепится к алюминиевому параболическому рефлектору ( отражателю ). Внешне он представляет собой чашеобразное углубление. На дне располагают светоизлучающий кристалл. • Активный элемент представлен полупроводниковым монокристаллом ( в 5 мм светодиодах он выполнен в виде кубика-чипа ) . Размеры последнего небольшие – 0,3*0,3*0,25 мм. Он содержит p-n переход или гетеропереход и омический контакты. Кристалл соединяется с анодом перемычкой, произведенной из золотой проволоки. Полимерный корпус – фокусирующая линза. Она с рефлектором и определяют угол излучения ( диаграмма направленности ) светодиода. Положительные характеристики: • наименьшее, по сравнению с любыми другими типами бытовых ламп, потребление электроэнергии — в 8-10 раз меньшее, чем у ламп с нитью накаливания; • высокая световая отдача, порядка 120 люменов на каждый затраченный ватт энергии. Для сравнения светоотдача «ламп Ильича» составляет от 10 до 24 лм на каждый ватт, у люминесцентных ламп — от 60 до 100 лм на ватт; • наивысший, по сравнению с любыми другими лампами освещения, срок службы порядка 50 000 часов, при условии качественного построения самой светодиодной лампы и применении в ее изготовлении высококачественных материалов; • получение различных характеристик спектра без использования светофильтров, т.е. по аналогии с лампами накаливания; • прочность и безопасность для пользователей. Светодиодная лампа при случайном падении не разобьется и не будет повреждена, т.е. осколков стекла, характерных для подобной ситуации с любой другой осветительной лампой, не будет. Ее элементы не содержат сколько-нибудь опасных компонентов химического происхождения, присутствующих, к примеру, в люминесцентных лампах; • не зависит от количества включений и отключений, в случае других ламп количество включений-отключений серьезно влияет на продолжительность службы; • безопасна в работе — не требуется ток высокого напряжения, наибольшая температура светодиода и ограждающей арматуры не превысит 60 °С. Отрицательные характеристики: • - высокая цена. Стоимость светодиодных ламп на сегодня превышает стоимость люминесцентных ламп аналогичной мощности в 8-10 раз. Снижение розничной цены без потери качества — главная задача производителей светодиодных ламп; • - потребность в отводящем тепло радиаторе. Размеры светодиодов слишком малы и не достаточны для самостоятельного отвода тепла, выделяемого им при работе — чем мощнее светодиодная лампа, тем большего размера и площади радиатор ей необходим. Соответственно, внушительный размер алюминиевого радиатора влияет на себестоимость лампы, к тому же мощную светодиодную лампу будет трудно или невозможно установить в обычные светильники — она в них не поместится; • - в отсутствии конденсатора, выравнивающего световой поток светодиодов, наблюдается заметная пульсация света; • - при построении лампы на дешевых светодиодах ее светоотдача понижается до максимальных 100 лм/Вт и становится равной люминесцентным лампам, т.е. утрачивается важное преимущество светодиодной лампы; • - световой спектр, генерируемый светодиодами, монохромен и существенно отличается от естественного солнечного освещения. Для смягчения монохромного светового излучения требуется люминофоры специального состава; • - генерируемый световой поток узко направлен и требует установки нескольких разнонаправленных ламп или рассеивателя света, однако применение последнего существенно снижает интенсивность освещения. • Важная роль в создании качественного и эффективного освещения помещения принадлежит СВЕТИЛЬНИКАМ, представляющего собой совокупность источника света и осветительной арматуры, предназначенной для - перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, - предохранения глаз рабочего от слепящего действия ярких элементов источника света, - защиты источника от механических повреждений, воздействия окружаю щей среды, - эстетического оформления помещений. Характеристикой распределения светового потока светильником служит график силы света в полярной системе координат. Степень предохранения глаз работников от слепящего действия источника света определяют  защитным углом  светильника, который представляет собой угол между горизонталью и линией, соединяющей нить накала (поверхность лампы) с противоположным краем отражателя. Важная характеристика светильника - его коэффициент полезного действия, равный отношению фактического светового потока светильника к световому потоку помещенной в него лампы. По распределению светового потока в пространстве различают светильники  прямого, преимущественного прямого, рассеянного, преимущественно отраженного и отраженного света. В зависимости от конструктивного исполнения различают светильники  открытые, защищенные, закрытые, пыленепроницаемые, влагозащищенные, взрывобезопасные. Светлая окраска потолка, стен, мебели, оборудования способствует увеличению освещенности рабочих мест, за счет лучшего ОТРАЖЕНИЯ, и создания более РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЯРКОСТЕЙ в поле зрения, В этом случае увеличивается коэффициент использования осветительной установки или ее КПД, который зависит от - типа источника света и светильника, - геометрии помещения, - коэффициента отражения потолка и стен. Источники света, светильники и остекление должны регулярно ОЧИЩАТЬСЯ ОТ ПЫЛИ.  Средства индивидуальной защиты органов зрения СИЗ органов зрения выполняют ДВЕ функции: - защиту глаз от механических повреждений, брызг, пыли; - защиту глаз от СЛЕПЯЩЕЙ ЯРКОСТИ видимого излучения. Для выполнения защиты от слепящей яркости применяют защитные очки и щитки со специальными светофильтрами, подбираемыми в зависимости от характера и интенсивности излучения. ИСТОЧНИК: Смирнов С.Г., Баланцев С.К. Расчет искусственного освещения/Ме­тодическое пособие пр разделу "Охрана труда в дипломном проек­те"- М.: МВТУ, 1976.- 23 с.  Расчет искусственного освещения Задача расчета - определение потребной мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении за- данной освещенности. Порядок расчета: 1. Выбор типа светильника. Для производственных помещений применяют ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ, для местного освещения - лампы НАКАЛИВАНИЯ. 2. Определить систему освещения. Наиболее эффективна система КОМБИНИРОВАННОГО освещения, но в гигиеническом отношении более совершенна система ОБЩЕГО освещения (создает равномерное распределение световой энергии). 3. Выбор типа светильников по характеристикам светораспределения, ограничения прямой блескости, по экономическим показателям, условиям среды, с учетом взрыво- и пожаробезопасности. 4.Распределить светильники и определить их количество. Равномерное распределение освещенности достигается, когда отношение λ расстояния между центрами светильников L к высоте их подвеса над рабочей поверхностью h  для разных светильников составляет λ = L / h  = 1,4 - 2,0. 5.Определить норму освещенности на рабочем месте. По наименьшему размеру объекта устанавливают РАЗРЯД зрительных работ, по характеристике фона и контрасту объекта с фоном - ПОДРАЗРЯД. Для найденных разряда и подразряда находят наименьшее значение освещенности.  Расчет общего равномерного освещения I. Основной метод СВЕТОВОГО ПОТОКА (коэффициента использования). Световой поток одной или группы ламп F рассчитывают по формуле: F   = 100 Е н  S z k / (N  η ), где Е н  - нормированная минимальная освещенность, лк; S - площадь освещаемого помещения, м 2 ; z = Е ср /E min  - коэффициент минимальной освещенности, равный для ламп накаливания и ДРЛ - 1,15, для люминисцентных 1,1; k - коэффициент запаса (принимаемый по СНиП 23-05-95 в зависимости от типа производства k= 1,4-1,8); N - число светильников в помещении;  η - коэффициент использования светового потока. Значение коэффициента  η зависит от КПД, кривой распределения силы света светильника, коэффициента отражения потолка ρп  и стен ρс , высоты подвеса светильников и показателя помещения i: i = АВ/ h (А+В), где А и В два характерных размера помещения, h - высота светильников над рабочей поверхностью. Значение коэффициента  η определяется по специальным таблицам. По значению F по таблицам, составленным на основании световых и электрических параметров ламп НАКАЛИВАНИЯ по ГОСТ 2339-79 и ЛЮМИНЕС- ЦЕНТНЫХ ламп по ГОСТ 6825-91, подбирают ближайшую стандартную лампу и определяют электрическую мощность всей осветительной системы. II. ТОЧЕЧНЫЙ метод применяют для расчета локализованного, местного и комбинированного освещения, освещения наклонных и вертикальных плоскостей и для проверки расчета равномерного общего освещения. Для практических целей расчет освещенности Е от одного светильни- ка проводят по формуле: Е = I А  cos 3  ά  / (k h), где I А  - сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности, кд (приводится в светотехнических справочниках);  ά - угол между нормалью рабочей поверхности и направлением светового потока от источника; k - коэффициент запаса 4  0(в зависимости от периодичности чистки светильников k= 1,3-1,5); h  = r cos ά - высота светильников над рабочей поверхностью. r - расстояние от светильника до расчетной точки, м. Должно быть Е ≥ Е н  , где Е н  - нормируемая минимальная освещенность. III. Метод УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ - наиболее простой и наименее точный, применяют для ориентировочных расчетов. УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ - отношение мощности осветительнолй установки к площади освещаемого помещения. Определяют мощность каждой лампы Р л  (Вт) для создания нормируей освещенности: Р л = p S/n, где p - удельная мощность, Вт/м 2 (приводится в соответствующих таблицах); S - площадь помещения, м 2 ; n - число ламп в осветительной установке.