Преимущества и недостатки ламп накаливания и газоразрядных ламп

Введение

Освещение рабочего места — важный фактор создания нормальных условий труда. Неудовлетворительное освещение может исказить информацию, получаемую человеком посредством зрения, кроме того оно утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом, отрицательно сказывается на состоянии центральной нервной системы. Неправильное освещение может являться причиной производственного травматизма. Освещение влияет на производительность труда и качество выпускаемой продукции. Так при выполнении операции точной сборки увеличение освещенности с 50 до 1000 лк позволяет получить повышение производительности труда до 25% и даже при выполнении работ малой точности, не требующих большого зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2−3%.

Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Из общего объема информации человек получает через зрительный канал около 80% информации. Качество поступающей информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное количественно или качественно оно не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерациональное освещение может, кроме того, являться причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени ухудшают видимость настолько, что вызывает полную потерю ориентировки работающих. При неудовлетворительном освещении, кроме того, снижается производительность труда и увеличивается брак продукции.

Человек проводит в помещениях и на работе большую часть своего времени, поэтому тема выбора освещения и его качества является очень важной. Далее я рассмотрю, какие лампы (лампы накаливания или газоразрядные лампы) более полезны и удобны для человека во время работы и во время отдыха.

1. Лампы накаливания лампа накаливание газоразрядный освещение Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

Рисунок 1.1 Лампа накаливания общего назначения Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель — звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы — как правило, в ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее время отказались от их применения.

Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):

· Вакуумные (самые простые);

· Аргоновые (азот-аргоновые);

· Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых);

· Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);

· Галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл);

Рисунок 1.2 Галогенная лампа накаливания

· Галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы);

· Ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых);

· Ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей);

· Накаливания с покрытием преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.

Рисунок 1.3 Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из угольного волокна

1.1 Преимущества ламп накаливания К основным преимуществам ламп накаливания относят:

· налаженность в массовом производстве;

· низкая цена;

· небольшие размеры;

· отсутствие пускорегулирующей аппаратуры;

· нечувствительность к ионизирующей радиации;

· мгновенное зажигание и перезажигание;

· невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения;

· отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации;

· возможность работы на любом роде тока;

· нечувствительность к полярности напряжения;

· возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

· отсутствие мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях);

· отсутствие гудения при работе на переменном токе;

· непрерывный спектр излучения;

· устойчивость к электромагнитному импульсу;

· не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату.

Преимущества лампы накаливания зависят от того, насколько правильно выбрана лампа и в каких условиях она эксплуатируется. Важным преимуществом данного типа ламп является то, что они представлены в очень широком ассортименте — современный рынок предлагает лампы накаливания различной мощности, напряжения, типа, которые могут быть приспособленными к определенным условиям применения. Лампа включается непосредственно в сеть и не требует использования никаких дополнительных аппаратов.

Лампы накаливания могут работать даже при серьезных отклонениях напряжения сети от номинального, но при этом они резко меняют свои характеристики, сокращается срок их службы. Лампы практически полностью независимы от условий окружающей среды, температуры, повышения уровня влажности и т. д., поэтому могут использоваться в любых помещениях и даже в самых сложных условиях.

К «положительным» их качествам также относят то, что лампы накаливания излучают теплый свет и их спектр близок к спектру солнечного света, приятен и привычен.

1.2 Недостатки ламп накаливания К основным недостаткам ламп накаливания относят:

· низкая световая отдача;

· относительно малый срок службы;

· хрупкость, чувствительность к удару и вибрации;

· при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона;

· резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

· лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт — 100 °C, 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут;

· нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников;

· световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостаток: значительно уменьшается КПД, а также появляется значительное мерцание света.

Следует выделить то, что к концу срока службы незначительно снижается световой поток (до 15%). Также к минусам относят преобладание в спектре излучения желто-красной части спектра.

Лампы накаливания создают мерцание с высокой частотой, неразличимое глазом, но тем не менее воздействующее на органы зрения и нервную систему человека, вследствие чего появляющийся стробоскопический эффект отмечается как негативное воздействие на человека. Кроме того, свет ламп накаливания достаточно ярок и при резком взгляде может слепить глаза, поэтому рекомендуется покупать модели с матовым покрытием.

2. Газоразрядные лампы Газоразрядная лампа — источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в газах. В последнее время принято называть газоразрядные лампы разрядными лампами.

По источнику света, выходящего наружу и используемого человеком, газоразрядные лампы делятся на:

· люминесцентные лампы (ЛЛ), в которых в основном наружу выходит свет от покрывающего лампу слоя люминофора, возбуждаемого излучением газового разряда;

· газосветные лампы, в которых наружу выходит сам свет от газового разряда;

· электродосветные лампы, в которых используется свечение электродов, возбуждённых газовым разрядом.

По величине давления разрядные лампы делятся на:

· газоразрядные лампы высокого давления — ГРЛВД (лампа ДРЛ);

· газоразрядные лампы низкого давления — ГРЛНД (люминесцентная лампа).

Разрядные лампы обладают высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую. Эффективность измеряется отношением люмен/Ватт.

В разрядных лампах могут использоваться разные газы: пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон и другие), а также их смеси. Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают натриевые лампы (ДНаТ), они работают в парах натрия и имеют эффективность 150 лм/Вт. Подавляющее большинство разрядных ламп — это ртутные лампы, они работают в парах ртути. Среди ртутных ламп можно упомянуть дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). Кроме этого, широко распространены металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ) — в них используется смесь паров ртути, инертных газов и галогенидов металлов. Меньше распространены безртутные разрядные лампы, содержащие инертные газы: ксеноновые лампы (ДКсТ), неоновые лампы и другие.

Срок службы газоразрядной лампы в среднем составляет от 3000 часов до 20 000. Такие лампы при использовании должны находиться в закрытых светильниках с защитным стеклом. Они применяются в магазинах и витринах, в офисах и общественных местах, в декоративном наружном освещении, в профессиональном световом оборудовании (кино, театр), в фонарях для подводного использования, а также используются в автомобильных фарах.

В наше время люминесцентные лампы низкого давления всё сильнее и сильнее выживают из общего обихода лампы накаливания. Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором (люминофоры — твердые или жидкие вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений). Из трубки откачан воздух, и она заполнена аргоном при давлении 400 Па с добавлением капельки ртути (60 — 120 мг), которая при нагревании превращается в ртутные пары.

Рисунок 2.1 Люминесцентная лампа Дуговая ртутная люминесцентная лампа (лампа типа ДРЛ) (рис. 2.2) состоит из кварцевой трубки (горелки), расположенной в стеклянной колбе, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора, способного преобразовывать ультрафиолетовое излучение, сопровождающее дуговой разряд в трубке, в видимый свет, пригодный для освещения. В трубку, выполненную из кварцевого стекла, впаяны два основных вольфрамовых электрода, покрытых активированным слоем и подсоединенных к центральной части цоколя лампы, и два дополнительных электрода (зажигающих). В трубке имеется капелька ртути (25−165 мг). После откачки воздуха для поддержания стабильности свойств люминофора колба заполняется чистым инертным газом (аргоном).

Рисунок 2.2 Лампа ДРЛ

2.1 Преимущества газоразрядных ламп К основным преимуществам газоразрядных ламп над лампами накаливания относят:

· значительно большая светоотдача (люминесцентная лампа 20 Вт даёт освещенность как лампа накаливания на 100 Вт) и более высокий КПД;

· приближенный к естественному спектр излучения лампы;

· разнообразие оттенков света;

· рассеянный свет;

· длительный срок службы (2?000 — 20?000 часов в отличие от 1?000 у ламп накаливания), при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений (поэтому их не рекомендуется применять в местах общего пользования с авт. включателями с датчиками движения).

Ртутные лампы отличаются высоким световым КПД (в 2−3 раза большим, чем у ламп накаливания общего назначения), большим сроком службы и компактностью, благодаря чему они хорошо подходят для регулирования светового потока.

2.2 Недостатки газоразрядных ламп К основным недостаткам газоразрядных ламп относят:

· высокая стоимость;

· большие размеры;

· деградация люминофора со временем приводит к изменению спектра, уменьшению светоотдачи и как следствие понижению КПД ЛЛ;

· химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);

· высокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения;

· наличие токсичных компонентов и как следствие необходимость в инфраструктуре по сбору и утилизации;

· невозможность работы на любом роде тока;

· невозможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

· наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты;

· наличие дополнительного приспособления для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером или же дорогой ЭПРА);

· неравномерный, линейчатый спектр, неприятный для глаз и вызывающий искажения цвета освещённых предметов.

Главной проблемой люминесцентных ламп, которую даже производители не скрывают, является наличие ртути, которая обеспечивает свечение в этой лампе. Если разбить лампу дома, то, чтобы не получить отравления парами ртути, надо предпринять меры по демеркуризации помещения: необходимо провести механическую очистку от соединений ртути и устроить проветривание помещения на несколько часов. Также неправильная утилизация люминесцентных ламп может нанести масштабный урон окружающей среде и здоровью населения: массовое скопление лампочек на городских свалках приведет к попаданию ртути в почву и воду.

Ещё одна опасность, которую таит в себе люминесцентная лампа — это пульсация. Это невидимые невооруженным глазом мерцания света, которые возникают из-за колебаний в подаваемом напряжении. Коварность пульсации заключается в том, что, попадая на сетчатку глаза, она корректируется и воспринимается человеком как ровный свет. Однако отрицательное влияние световых колебаний на организм человека установлено в многочисленных исследованиях российских и международных экспертов и ученых. Пульсация крайне отрицательно влияет на мозг и, как следствие, вызывает повышенную утомляемость и плохое самочувствие.

Заключение

Преимущества и недостатки любой лампы зависят от того, насколько правильно выбрана лампа и в каких условиях она эксплуатируется. И для лампы накаливания и для газоразрядной лампы есть свои уникальные и, наоборот, общие «плюсы» и «минусы». Так, например, оба типа ламп обладают стробоскопическим эффектом, который вреден для человеческого глаза, но если лампа накаливания проста в своём исполнении и выигрывает в дешевизне, то газоразрядная более приятна глазу из-за своего спектра, приближенного к дневному. Газоразрядные лампы наиболее целесообразно применять для общего освещения, прежде всего помещений большой площади, позволяющие улучшить условия освещения и при этом снизить потребление энергии на 50−83% и увеличить срок службы ламп. Газоразрядные лампы широко применяются также и в местном освещении рабочих мест, в световой рекламе, подсветке фасадов. Люминесцентные лампы нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т. д. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны E27 и E14 вместо ламп накаливания, люминесцентные лампы завоёвывают популярность и в быту. Газоразрядные лампы нашли широкое применение в освещении общественных зданий: школ, больниц, офисов и т. д. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны E27 и E14 вместо ламп накаливания, газоразрядные лампы завоёвывают популярность и в быту.

Каждая лампа по-своему хороша, есть какие-то свои преимущества и недостатки, но, самое главное, при выборе лампы нельзя забывать, что каждый человек индивидуален, и что для одного тускло, то у другого могут слезиться глаза от яркости. Главное — индивидуальный подход.

1. ГОСТ Р 6.30−2003 «Требования к оформлению документов»

2. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С. В. Белов, В. А. Девисилов, А. В. Ильницкая, и др.; Под общей редакцией С. В. Белова.— 8-е издание, стереотипное — М.: Высшая школа, 2009. — 616 с.: ил. (учебник есть по ссылке)

3. http://www.kakprosto.ru

4. Человеческий фактор в обеспечении безопасности и охраны труда: Учебное пособие / П. П. Кукин, Н. Л. Пономарев, В. М. Попов, Н. И. Сердюк.— М.: Высшая школа, 2008.— 317 с.: ил.

5. http://www.kogda-remont.ru

6. http://gendocs.ru

7. Афанасьева Е. И., Скобелев В. М. «Источники света и пускорегулирующая аппаратура»: Учеб. для техникумов. -2-еизд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-272 с.:

8. http://ru.wikipedia.org

9. http://shkolazhizni.ru