+380 032 2701020

Iнформацiя

Енергозбереження як вдосконалення

Сьогодні становище з освітленням в промисловості України може оцінюватись як критичне. Системи освітлювальних приладів понад 60% виробничих площ промислових споруд, 75% приміщень адміністративних закладів, у тому числі більше 75% шкіл та інших навчальних приміщень, а також близько дев'яноста відсотків зовнішнього освітлення взагалі не відповідають нормативним вимогам. Основними причинами такого становища є дефіцитність економічних джерел світла та освітлювальних приладів, експлуатація фізично застарілих приладів. Крім того, ряд вітчизняних приладів по своєму технічному рівню поступаються виробам передових зарубіжних фірм. Становище з освітленням ускладнюється подорожчанням електроенергії. В умовах неперервного підвищення цін на енергоресурси, всезростаючих вимог до якості освітлення особливої актуальності набуває проблема зниження витрат на освітлення за рахунок раціонального використання електроенергії, а також підвищення екологічної чистоти освітлювальних установок.

Сьогодні для потреб освітлення в народногосподарському комплексі України використовується понад 260 млн. штук приладів, які споживають близько 15% електроенергії від загального обсягу виробництва (рис. 1). Споживання електроенергії на освітлення в різних галузях народного господарства наведено на (рис. 2). Однак ці цифри жодним чином не свідчать про ефективність освітлення.

Рис. 1 Споживання електроенергії на освітлення в Україні
Рис. 2 Споживання електроенергії на освітлення в різних галузях економіки

Енергетичні і світлові системи велечин

Світловий потік

Енергія випромінювання визначається кількістю квантів, які випромінюються джерелом у простір. Енергію випромінювання (променеву енергію) вимірюють в Джоулях. Кількість енергії, яка випромінюється за одиницю часу називають потоком випромінювання або променевим потоком. Вимірюється променевий потік у ватах, позначається як, Фе .

Фе = dQe/dt

Потік випромінювання характеризується розподілом у часі, спектру і просторі. У більшості випадків, коли говорять про розподіл потоку випромінювання по часу, не враховують квантового характеру виникнення випромінювання, а розуміють під цим функцію, яка дає зміни у часі миттєвих значень потоку випромінювання Ф(t). Це допустимо, оскільки число фотонів, яке випромінює джерело за одиницю часу дуже велике.

По спектральному розподілу потоку випромінювання джерела розбивають на три класи: з лінійним, смуговим, суцільним спектрами. Потік випромінювання джерела з лінійним спектром складається з монохромних потоків окремих ліній:

Фе = Фλ1 + Фλ1 + ⋯ + Фλn

У джерела з смуговим спектром випромінювання проходить у межах достатньо широких ділянок спектра – смуг, відокремлених одна від одної  темними проміжками. Для характеристики  спектрального розподілу потоку випромінювання з суцільними і смуговими спектрами користуються величиною, яка називається спектральною густиною потоку випромінювання: 

Спектральна густина світлового потоку – це характеристика розподілення променевого потоку по спектру і рівна відношенню елементарного потоку ∆Ф℮λ, що відповідає безкінечно малій ділянці до ширини цієї ділянки:

φλ=dФλ/dλ

Спектральна щільність світлового потоку вимірюється в ватах на нанометр. У світлотехніці де основним приймачем випромінювання являється око людини, для оцінки ефективності дії променевого потоку вводять поняття світлового потоку. Світловий потік – це променевий потік, який оцінюється його дією на око, відносна спектральна чутливість якого визначається середньою кривою спектральної ефективності затвердженою МКО.

У світлотехніці використовується і таке визначення: світловий потік це потужність світлової енергії. Одиниці світлового потоку – люмен (Лм). 1Лм відповідає світловому потоку, який випромінюється в одиничному тілесному куті точковим ізотропним джерелом з силою світла одна кандела.

Таблиця показує що немає якогось стійкого відношення між електричною енергією яка розсіюється в лампі і випромінюється світловим потоком. Це відношення називається світловою віддачею, яка вимірюється в люменах/ват.

Типові світлові величини джерел світла
Електрична
енергія(Вт)
Світлиовий
потік(Лм)
Світлова
віддача(Лм/Вт)
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Настрієва лампа високого тиску 100 10000 100
Сила світла

Розподіл випромінювання реального джерела в оточуючому просторі нерівномірне. Тому світловий потік не буде вичерпною характеристикою джерела,  якщо одночасно не визначається розподіл випромінювання по різних напрямках оточуючого середовища. Для характеристики розподілу світлового потоку користуються поняттям просторової щільності світлового потоку в різних напрямках оточуючого простору. Просторову щільність світлового потоку яка визначається відношенням світлового потоку до тілесного кута з вершиною у точці розташування джерела в межах якого рівномірно розташований цей потік називають силою світла.

I=dФ/dλ
Де:
Ф – світловий потік.
ω – тілесний кут.

Одиницею сили світла являється кандела (Кд)
Це сила світла, яка випромінюється в перпендикулярному напрямку елементом поверхні чорного тіла, прощею 1:600000 м2, при температурі затвердівання платини.

Освітлення

Освітленість – це кількість світла або світлового потоку, який падає на одиницю площі поверхні. Вона позначається буквою Е і вимірюється в люксах (Лк).
Один люкс рівний одному люмену на метр квадратний (Лм/м2).
Освітленість можна визначити як щільність світлового потоку на освітленій поверхні:

Е=Ф/А

Освітленість не залежить від напрямку розповсюдження світлового потоку на поверхню.
Наведемо кілька загальноприйнятих показів освітленості:

Літо, день, безхмарне небо 10000 Люксів
Вуличне освітлення 5 – 30 Люксів
Повний місяць в ясну ніч 0,25 Люкса
Cвітимість

Для характеристики поверхонь, які світяться за рахунок світлового потоку, про ходячого через них або відбитого від них служить відношення випромінюваного елементом поверхні світлового потоку до площі цього елементу, ця величина називається світимістю:

M= dФ/dS
де:
Ф-потік випромінювання;
S-площа освітлення.

Для областей скінченних розмірів:

M= Ф/S

Світимість це щільність світлового потоку яка випромінюється освітлюваною поверхнею.

Одиницею світимості служить люмен на метр квадратний освіченої поверхні, що відповідає поверхні один метр квадратний, котра рівномірно випромінює світловий потік 1лм.

У випадку загального випромінювання вводять поняття енергетичної світимості випромінюваного тіла (Ме)
Одиниця енергетичної світимості – Вт/м2.
Світимість у цьому випадку можна визначити через спектральну щільність енергетичної світимості випромінюючого тіла:

Для порівняння приводимо енергетичну світимість до світимості деяких поверхонь:
Поверхня сонця: Me=6*107 Вт/м2
Нитка лампи накалювання: Me=2*105  Вт/м2
Поверхня сонця у зеніті: Me=3,1*105  лм/м2
Колба люмінесцентної лампи: Me=22*103  лм/м2

Закон обернених квадратів

Освітленість в задній точці на поверхні, перпендикулярно до напрямку розповсюдження світла, визначається як відношення сили світла до квадрату відстані від цієї точки до джерела світла. Якщо цю відстань ми приймемо за d, то це відношення можна записати у вигляді:

Ep=I/d2

Для прикладу: якщо джерело світла випромінює світло силою 1200кд в напрямку, перпендикулярно до поверхні, на відстані 3м від неї, то освітленість (Ер) в точці, де світло досягає поверхні, буде 1200/32=130кд Коли поверхня на відстані 6м від джерела світла, освітленість буде 1200/62=33лк . Це відношення називається «закон обернених квадратів».
Освітленість в визначеній точці на поверхні, не перпендикулярній напрямку розповсюдження світла, рівна силі світла в напрямку точки вимірювань, розділеної на квадрат відстані між джерелами світла і точкою на площині помноженій на косинус кута γ,
де γ – кут, утворений напрямком падіння світла і перепендикуляром до цієї площини. Тобто:

Ep=I cos(γ/d2)

Це і являється законом косинуса. 

Яскравість 

Яскравість це сила світла яка випромінюється одиницею площі поверхні у визначеному напрямку. Одиниця вимірювання яскравості – кандела на метр квадратний        (Кд/м2)

Поверхня сама по собі може випромінювати світло, як поверхня лампи, або відбивати світло яке потрапляє з іншого джерела наприклад поверхня дороги. Поверхні із різними властивостями відбивання при однаковій освітленості можуть мати різну ступінь яскравості.

Яскравість яка випромінюється поверхнею dAпід кутом Ф  до проекції цієї поверхні рівна відношенню сили світла, випромінюваного у даному напрямку до проекції випромінюючої поверхні. 

Як сила світла, так і проекція випромінюючої поверхні не залежить від відстані. Як наслідок, яскравість також не залежить від відстані:

Кілька практичних прикладів:

Яскравість
Поверхня сонця 2000000000 кд/м2
Люмінісцентні лампи 5000 до 15000 кд/м2
Поверхня повного місяця 2500 кд/м2
Штучне освітлення доріг 30 люкс 2 кд/м2