УРАЛЬСКАЯ АРХИТЕКТУРНО-ХУДОЖЕСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                     Реферат

                                           по предмету «Физика»

                                                       на тему:

                     Энергосберегающие источники света в здании. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                      Выполнила:  студентка Зуёнок А.С.,

                                                                                                                372 гр.

                                                                     Проверил: профессор Смирнов Л.Н. 
 
 

                                      Екатеринбург, 2011 г. 

                                                Содержание 
 
 
 
 
 

Введение

     В настоящее время, вслед за самыми развитыми странами мира, в нашей стране вышел закон, запрещающий использование таких привычных нам ламп накаливания. Толчком для принятия этого решения, конечно же, послужил экономический мировой кризис. Однако повод назревал уже долгие годы: об эффективном использовании энергоресурсов и экономии выработанной электроэнергии человечество начало задумываться еще более полувека назад.

     Первые  энергосберегающие лампы широко начали использовать американцы в 50-х годах прошлого столетия. За ними начало подтягиваться и все остальное прогрессивное человечество. Что же из себя представляют энергосберегающие лампы?

     Энергосберегающими  лампами принято называть люминесцентные лампы, которые входят в обширную категорию газоразрядных источников света. Газоразрядные лампы в отличие от ламп накаливания излучают свет благодаря электрическому разряду, проходящему через газ, заполняющий пространство лампы: ультрафиолетовое свечение газового разряда преобразуется в видимый нам свет. В данном случае в качестве газообразного наполнения баллона лампы служат пары ртути и инертный газ аргон. Сам же световой поток люминесцентной лампы определяется люминофорным покрытием, нанесенным на внутренние стенки баллона.

     Изначально  люминесцентные лампы начали широко применять для освещения офисов, торговых залов и других общественных помещений. Чуть позже энергосберегающие  лампы начали производить и в  компактных вариантах, которые больше подходят для использования в домашних условиях.

     Главным преимуществом люминесцентных ламп считается, конечно же, их высокая  световая отдача, превышающая тот  же показатель ламп накаливания в несколько раз. Энергосберегающая составляющая как раз и заключается в том, что максимум электроэнергии, запитанной на люминесцентную лампу, превращается в свет, тогда как в лампах накаливания до 90% электроэнергии уходит просто на разогрев вольфрамовой проволоки.

     Другим  несомненным преимуществом люминесцентных ламп является их срок службы, который определяется промежутком времени от 6 до 15 тысяч часов непрерывного горения. Эта цифра превышает срок службы обычных ламп накаливания приблизительно в 20 раз.

     И третьим достоинством люминесцентных ламп можно назвать возможность выбора цвета свечения. Он может быть трех видов: дневным, естественным и теплым. Первые два цвета свечения подходят для освещения помещений общественных зданий. Последний цвет свечения оптимально подходит для освещения жилых домов.

     Что же касается эффективных источников освещения для условий улицы, то здесь приходят на выручку газоразрядные лампы высокой интенсивности, то есть прожекторы. На данный момент самым востребованным видом прожекторов является прожектор металлогалогенный, который своими характеристиками также выгодно отличается от ламп накаливания. Его долговечность превышает подобную лампу накаливания в 10 раз, а световая отдача – в 6 раз.

1. Энергосберегающие лампы и энергосбережение

     Энергосберегающими  лампами называют компактно люминесцентные лампы.

     Обычные люминесцентные лампы имеют довольно большую длину. Это заставило  искать пути ее уменьшения. Проблема уменьшения габаритов люминесцентных ламп решилась, когда начали использовать люминофоры, допускающие большие электрические нагрузки, что позволило значительно уменьшить диаметр колб люминесцентных ламп. Изогнув колбу обычной люминесцентной лампы и разделив её на меньшие по размеру колбы, удалось создать компактную люминесцентную или энергосберегающую лампу.

     Компактные  люминесцентные лампы как энергосберегающий аналог ламп накаливания можно использовать везде, где используются лампы накаливания. Благодаря специальной технологии и дизайну энергосберегающие лампы могут быть сравнимы в размерах с лампами накаливания и могут вкручиваться в стандартные патроны E14, E27 или E40. Энергосберегающие компактные люминесцентные лампы имеют встроенный ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат, так же часто называют электронным балластом), благодаря чему они не требуют никакого дополнительного оборудования.

     Энергосберегающие лампы - яркий, экономный и выгодный источник света, выполняемый в различных формах, но всегда дающий высококачественный свет.

     Энергосберегающие лампы действительно экономят электроэнергию, экономия составляет до 80% процентов в зависимости от модели. Срок службы энергосберегающих ламп в среднем в десять раз дольше, чем ламп накаливания. Ещё одним важным преимуществом энергосберегающих ламп является их слабая нагреваемость. Огромный выбор форм, размеров и мощностей энергосберегающих ламп позволяет использовать их в различных светильниках, способных украсить интерьер любого дома, магазина или офиса.

     Использование энергосберегающих компактных люминесцентных ламп особенно оправдано для крупных организаций, которые с их помощью могут экономить солидные суммы на электроэнергии (помимо прямой экономии при нехватке электроэнергии замена, например, десяти-пятнадцати ламп накаливания мощностью 100Вт на 20-25Вт энергосберегающие лампы позволит установить еще одно полностью компьютеризированное рабочее место).

     Современные технологии энергосбережения в области  светотехники дают возможность переходить от рабочего освещения в более экономичный режим. Системы управления светом позволяют включать и отключать освещение целиком или группы светильников по заданной временной программе. А также отключать функциональное освещение в ночные или нерабочие часы, снижать мощность светильников в зависимости от общего уровня освещенности, погодных и температурных условий.

     Одно  из направлений в области энергосбережения – использование специальных регуляторов-стабилизаторов. Помимо регулирования это устройство позволяет выровнять напряжение питания, создать оптимальный режим для работы ламп и продлить их долговечность. Регулирование происходит извне: по команде из диспетчерской, по радиотелефонной связи или по сигналу датчика освещенности. Можно запрограммировать устройство по астрономическому графику или по специальному режиму.

     Второй  вариант регулировки освещенности – установка в блок ПРА каждого  светильника редуцированных дросселей. Установить необходимый режим освещения также можно в соответствии с астрономическим графиком или подачей сигнала из диспетчерской по дополнительному кабелю.

     Еще один вариант снижения энергопотребления  – это использование для локального освещения энергосберегающих источников света, которые при номинале 15 Вт обеспечивают световую мощность 75 Вт.

2. Принцип действия и применение

     Энергосберегающая лампа – это своего рода трубка, имеющая форму спирали или систему дуговых трубок, которые наполнены парами ртути и инертным газом (ксеноном, аргоном).

     Цветовая  температура света имеет ярко выраженный климатический оттенок. В южных странах более предпочтительно  воспринимается свет с высокой цветовой температурой (t), холодный, свыше 4000 –6500 градусов Кельвина (К). После 8000 К свет уходит в ультрафиолетовую область спектра и становится невидимым. В странах с более холодным климатом лучше воспринимается свет с теплой цветовой температурой – 4000-2500 К. Белый свет порядка 4000К принято считать за нулевую отметку температуры.

     Для сравнения, 4000К – это нейтрально-белый свет. (например, это стандартные офисные светильники в подвесном потолке типа «Армстронг»). Цветовая температура дневного света примерно равна 6500 К. Лампа накаливания 2700 К. Свеча – 2200-2500 К. Цветовая температура газоразрядной или люминесцентной лампы может варьироваться в широком диапазоне от 2000 до 9000 К¹. Рассмотрим некоторые типы торговых залов и принципы построения освещения в них.

     На  рисунке 2.1 представлена диаграмма  распределения светового потока энергосберегающей лампы.

     Рисунок 3.1 – Диаграмма  распределения светового потока

     Энергосберегающие лампы внешне отличаются от обычных, они имеют увеличенную форму цоколя. А все потому, что внутри цоколя имеется стартер. Энергосберегающие лампы могут быть не только спиральной или дугообразной формы, но также выпускаются в форме шара, цилиндра и груши. Если на энергосберегающей лампе написано 5W, это значит, что светить она будет как обычная лампочка накаливания в 25W. За счет энергосберегающей лампы весть возможность потреблять электроэнергию в три раза меньше, чем обычно.

     Компактные  энергосберегающие лампы работают так же, как и обычные люминесцентные лампы с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Трубка имеет на концах два электрода, которые нагреваются до 900-1000 градусов и испускают множество электронов, ускоряемых приложенным напряжением, которые сталкиваются с атомами аргона и ртути. Возникающая низкотемпературная плазма в парах ртути преобразуется в ультрафиолетовое излучение. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, преобразующим ультрафиолетовое излучение в видимый свет. К электродам подводится переменное напряжение, поэтому их функция постоянно меняется: они становятся то анодом, то катодом. Генератор подводимого к электродам напряжения работает на частоте в десятки килогерц, поэтому энергосберегающие лампы, по сравнению с обычными люминесцентными лампами, не мерцают.

     Срок  службы лампы накаливания в среднем  составляет 1000 часов, в то время как у энергосберегающей лампы этот показатель равен 9000.

     Лампа накаливания стоит примерно 0,5$, а энергосберегающая - 5$. Их мощности равны 100Вт и 20Вт соответственно.

     Стоимость электроэнергии (по Москве) составляет в среднем 0,08$ за 1 кВт в час.

     Для 9000 часов работы требуется 9 ламп накаливания стоимостью 0,5$ каждая. Получается 4,5$. За это время 9 ламп мощностью по 100 Вт (0,1 кВт) израсходуют 900 кВт по 0,08$, а это ещё 72$. Итого: 4,5$ + 72$ = 76,5$.

     Энергосберегающая лампа мощностью 20 Вт (0,02 кВт) стоит в среднем 5$ и израсходует всё за те же 9000 часов работы 180 кВт общей стоимостью 14,4$. Итого: 5$ + 14,4$ = 19,4$.

     Финансовые  затраты в итоге получаются почти в 4 раза меньше².

     Лампы энергосберегающие предназначены для комфортного и, что важно, экономичного освещения в различных помещениях: офисах, салонах, магазинах, жилых помещениях. Существующие в настоящее время энергосберегающие лампы обеспечивают наилучшие параметры энергосбережения и хорошие характеристики цветопередачи.

     В последние годы энергосберегающие лампы прочно вошли в нашу жизнь. Мы видим энергосберегающие лампы в офисах крупных компаний, банков и государственных учреждений. Также энергосберегающие лампы широко используются и в бытовом освещении.

     Высокую популярность энергосберегающие лампы получили благодаря своей высокой экономичности, большому сроку службы и низкому потреблению электроэнергии. Так, во многих странах мира трудно увидеть привычные лампы накаливания. Даже в Индии, где люди живут на улицах или в доме из шифера энергосберегающие лампы являются не только обычным явлением, но и основой освещения.

     В последнее время появились лампы энергосберегающие различных форм и мощностей. Можно встретить энергосберегающие лампы повышенной мощности на 65, 105, 125 Вт с цоколем Е40, для уличного освещения. Так же большую популярность имеют лампы серии мини, с минимальными размерами, которые позволяют энергосберегающим лампам быть незаметными в люстрах либо других видах внутреннего освещения.

     Появились специальные энергосберегающие  светильники типа Downlights. Данные потолочные энергосберегающие светильники с успехом заменяют в большинстве новых зданий устаревшие растровые светильники. Энергосберегающие лампы имеют большое будущее, и, в первую очередь, потому, что они, как ни что иное, помогают сэкономить деньги. 

3. Энергосберегающие лампы в интерьерах и экстерьерах

     Так каким же следует быть освещению, чтобы обеспечить максимальный зрительный комфорт?

     Прежде  всего, подчеркнуто функциональным. Конечно, светильники должны органично вписываться в окружающую обстановку, соответствуя стилю интерьера в целом. Однако главное в концепции отводится таким понятиям, как уровень освещенности, цветопередача, цветовая температура, распределение яркости, ограничение слепящего действия. Все они имеют точное цифровое «воплощение».

1. Освещение наружных зон

     Качественное  уличное светодиодное освещение  автодорог повышает производительность зрительного аппарата и существенно  влияет на снижение числа аварий. Установлено, что общее количество ДТП может быть уменьшено на 30%, а число происшествий на дорогах государственного значения и в зонах особой опасности (например, на перекрестках) — на 45%.

     Искусственное освещение играет ключевую роль в  вопросе безопасности движения в тоннелях. В течение дня вероятность ДТП высока за счет разницы в уровнях яркости дневного света и сравнительно темного пространства тоннеля. Такая переадаптация зрения требует большого зрительного напряжения.  

     Для освещения автотрасс рекомендуется  использовать лампы с хорошими цветопередающими свойствами для подчеркивания цветовых контрастов и увеличения воспринимаемости информации. Многие исследования показали, что белый свет имеет преимущества перед желтым освещением:

     - белый свет улучшает ночное  видение на 40-100% относительно освещения другого спектра;

     - белый свет улучшает цветовое восприятие (цветопередачу), что в свою очередь увеличивает контраст изображения и восприятия глубины пространства.

     Лампы с неудовлетворительной цветопередачей (например, натриевые низкого давления ДНаТ) имеют узкий желтый спектр и пригодны лишь для пешеходных переходов, территорий морских портов и охранного освещения.

     Основное  назначение наружного освещения  в городских парках и садах заключается в обеспечении безопасности людей. Садово-парковые светильники, расположенные вдоль дорожек, подсказывают направление движения и подчеркивают препятствия и опасные места. Не менее важным аспектом безопасности является предотвращение преступлений. Наряду с практическими функциями, парковые светильники играют и декоративную роль, в том числе в светлое время суток. Заливающее освещение прилегающих к дорожкам территорий носит исключительно декоративный характер, подчеркивая привлекательность природы. Уровень освещенности на дорожках зависит от освещения близлежащих зон. Средняя горизонтальная освещенность должна превышать 1 лк. В местах, где имеются неровности или ступеньки, минимальный уровень составляет 5 лк. Рекомендуется также избегать контрастных темных пятен, вызывающих переадаптацию зрения и затрудняющих ориентацию³.

     Простая закономерность размещения парковых светильников (садово-парковых фонарей) выглядит так: чем меньше высота опоры, тем чаще должны устанавливаться садово-парковые светильники (фонари). Кроме этого, расстояние между садово-парковыми фонарями зависит от формы дорожки и имеющихся препятствий для зрения. Освещение деревьев, клумб, фонтанов и прочих природных объектов не регулируется никакими нормами. При этом наличие неосвещенных зон является даже преимуществом, так как на их фоне лучше воспринимаются подчеркнутые светом объекты. Не следует также допускать ослепления прожекторами заливающего света прохожих либо светового загрязнения примыкающих к парку жилых районов.

2. Освещение внутренних зон

     Принципиальным  вопросом помимо общего уровня освещенности гипермаркетов является выбор цветовой температуры. Наиболее распространенное решение – нейтрально-белый свет 4000К.

     Важно помнить, что для того, чтобы избежать искажения цвета (особенно ярких цветов теплой части спектра – красного, желтого, оранжевого), рекомендуется применять светильники с коэффициентом цветопередачи (Ra) минимум 80 (Ra>=80). К примеру, стандартная люминесцентная лампа в офисном светильнике имеет коэффициент цветопередачи 60. В магазинах формата «Сделай сам», при выборе отверток цвет не так важен. Но в отделах обоев, штор, красок, элементов декора такое освещение не может применяться. Необходимо применять лампы с коэффициентом цветопередачи выше 80 (Ra> 80).

     Минимальный уровень освещенности в отделах одежды и обуви – 1000 лк. Очень важны световые акценты, откуда берется свет и как распределяется по освещаемому объекту, что и как подсветить, с какой стороны. Отличным решением для акцентного освещения являются светодиодные светильники . В этих светильниках отсутствует УФ-излучение, которое приводит к выгоранию освещаемых объектов (например, одежды). Однако универсальных советов для отделов одежды и обуви конечно нет, т.к. это все-таки работа дизайнера по свету. В магазинах одежды и обуви, прежде всего, важна концепция самого магазина, которая влияет на дизайн и атмосферу торгового зала, стимулирует покупки.

     Кроме вышеупомянутых правил освещения одежды для взрослых, которые распространяются и на детскую одежду в полном объеме, можно добавить, что в детских магазинах уровень освещенности должен быть минимум 800 лк, лампы теплых цветов (3000К) с высоким коэффициентом цветопередачи (более 80%). Один из важных моментов – это радостная атмосфера магазина, которая достигается высоким уровнем освещенности.

     Освещение ювелирных отделов – одна из самых сложных задач даже для специалистов. Освещать камни очень сложно! Если обобщить правила, при помощи которых можно освещать драгоценные металлы, то это будет выглядеть примерно так:

     - для освещения платины нужен  мягкий свет;

     - серебра – холодные тона освещения;

     - золото – теплое, переливающееся  освещение;

     - алмазы – яркий, искристы свет  со множеством источников света.

     При освещении ювелирных изделий  часто применяются светодиодные системы.

     При акцентном освещении галогенными  лампами плоских и других закрытых витрин важно применять лампы с дихроическим отражателем, отводящим часть тепла от освещаемого объекта. Иначе под воздействием тепла бумага, ткани, пластмассы, дерево трескаются, деформируются, плавятся и просто портятся. Так же в такой лампе обязателен УФ-фильтр, чтобы товары не выцветали. Идеальный вариант — светодиодные системы освещения, которые не имеют УФ-излучения и практически не нагревают освещаемое пространство.

     Устройство  освещения складов и логистических центров должно обеспечивать нормы освещенности, бесперебойность действия освещения, удобство обслуживания и управления.

     К освещению офисов во всем мире принято относиться с особым педантизмом. Ведь в отличие от жилых помещений или развлекательных заведений они предполагают не только массовое пребывание людей, но и их напряженную многочасовую работу. Подсчитано, что в течение дня сотрудник офиса 10000 раз переводит взгляд с документа на клавиатуру или на экран компьютера. Согласно статистике, неграмотный «подход» к свету может снизить производительность труда на 30%.

     Разумеется, с учетом столь сложных требований создать грамотный осветительный  проект под силу лишь опытным специалистам. Существует несколько стандартов, определяющих правила освещения офиса. Это  немецкий DIN, британский CIBCE, американский IES NA и, наконец, российский СНиП. Что касается последнего, то он во многом устарел, оставаясь на уровне развития светотехники 60-70-х годов. Согласно европейским стандартам EN12464-1, требования к системам офисного освещения выглядят следующим образом:

     Каким бы ни был интерьер, его освещение  должно создавать мягко очерченные тени. В противном случае нарушается трехмерное восприятие людей и предметов, глаза быстро утомляются.

     Искусственное освещение офиса следует максимально  приближать к естественному. Один из приемов — располагать светильники рядами на потолке параллельно окнам (так, чтобы направление искусственного и естественного света совпадало). В офисах, где стоят спаренные письменные столы, кроме идущих из окон лучей, требуются дополнительные устройства (даже в дневное время). Они избавят от крайне нежелательных теней.

     Итак, вопрос освещения не имеет однозначных  решений. И дело здесь не только в  том, что свет как таковой имеет многоплановые характеристики, получившие в современной науке точные цифровые выражения. Офисное помещение — сложная структура, и ее составляющие предназначены для разных видов деятельности, а значит, и оформлены должны быть по-разному.

     Если  глубина помещения 4-6 м, то 60-70% рабочего времени можно активно использовать дневной свет (разумеется, если оконные проемы достаточно широкие). Для исключения отраженных бликов светильники располагают в два ряда: первый — непосредственно вдоль окна, второй — параллельно первому, на расстоянии двух третей глубины комнаты, получая в результате общую равномерную «засветку».

     Свои  особенности у крупных офисных комнат, рассчитанных на 10-15 человек, где каждый работник выполняет свою задачу, общаясь с коллегами при необходимости. В этом случае линия зрения должна располагаться параллельно окну, а лучи — поступать слева. В качестве потолочного освещения будут уместны два-три ряда растровых светильников, проложенных параллельно окну.

     Для создания индивидуальной «настройки» применяют местное освещение. Нормы общего при этом снижаются на 25% по отечественным или на 50% по зарубежным стандарта⁴м.

     При оборудовании индивидуальных кабинетов первостепенны несколько иные требования. Среди них: высокий уровень цветопередачи и грамотное направление освещения (наличие моделирующего эффекта). Функциональность отчасти уступает эстетике, поэтому целесообразны универсальные установки, обеспечивающие разные условия для работы, переговоров и отдыха. Уместны и оригинальные светильники рассеянного света (с обычными или компактными люминесцентными лампами) для общего освещения, галогенные мини-прожекторы (споты) для создания световых акцентов и настенные или встроенные в потолок светильники (с галогенными или металлогалогенными лампами), как бы «омывающие» стены.

     Нужную  обстановку создают, варьируя сочетания светильников. Например, для подчеркнуто официальной включают только прохладное люминесцентное освещение, для неформальной выбирают слегка приглушенный теплый подсвет стен и местное освещение, а для торжественной иллюминации включают все источники.

     При проектировании конференц-залов приоритеты отдают удачно подобранному цвету излучения и гармоничной световой среде. Здесь будет к месту система локализованного общего освещения, в которой все светильники сосредоточены над центральным столом и президиумом. В случае если на заседаниях демонстрируются слайды, следует предусмотреть систему плавной регулировки. Если в конференц-зале нет окон, для улучшения психологического комфорта можно спроектировать ложные, представляющие собой настенные прямоугольные светильники с рассеивателями из молочного стекла.

     Следует иметь в виду, что энергосберегающие  лампы требуют некоторого времени для достижения максимального свечения, и поэтому энергосберегающие лампы рекомендуют держать постоянно включёнными, например, в местах, где требуется постоянный источник света – коридорах, кухнях, а также в магазинах, офисных и производственных помещениях и т.п. Мягкий, рассеянный, нерезкий свет, комфортный для глаз – вот характеристики освещения, создаваемого энергосберегающими лампами. 

Заключение

     То, что энергосберегающие лампы  - это освещение будущего - очевидный факт. Ведь только недостаточная информированность и сила привычки являются причинами того, что энергосберегающие лампы еще не стали обыденностью, хотя в светильники потолочные и светильники встраиваемые они проникли уже давно. Но это – вопрос времени. Скоро энергосберегающие лампы существенно потеснят в интерьерах лампы накаливания. Действительно, кто же откажется от лучшего? Энергосберегающие лампы созданы, чтобы беречь энергию, время и деньги; а еще энергосберегающие лампы идеально воплощают любую дизайнерскую мысль.