В промышленности может быть использовано освещение 3-х видов:
- Естественное - создаётся прямым или отражённым светом солнца. При естественном освещении интенсивность светового потока и спектр излучаемого света оказывают благоприятное воздействие на глаза и психофизиологическое состояние человека. Однако для организации производственных процессов такого освещения недостаточно, к тому же естественные потоки света ненадёжны: они напрямую зависят от времени суток и погоды. В отдельных случаях проникновению солнечных лучей препятствуют особенности конструкции здания, планировка помещений и системные недостатки светопрозрачных конструкций, что также усложняет условия работы;
- Искусственное – создаётся с помощью осветительных приборов и специального оборудования. В свою очередь оно делится на общее (рабочее), аварийное и охранное (дежурное) освещение, каждое из которых выполняет свои чётко определённые функции;
- Комбинированное – обеспечивается сочетанием естественного и искусственного освещения.
Светильники для промышленного освещения бывают:
- открытые. Они выделяют около 95% световой энергии;
- с отражателями, оборудованные матовыми фильтрами;
- источники света полуотражённой конструкции. Светильники из этой группы сочетают в себе характеристики первых двух видов.
Промышленное освещение занимает отдельный сегмент рынка светотехники. И в этом нет ничего удивительного. Ведь к техническим характеристикам осветительного оборудования для промышленности предъявляются особые требования и каждый из специалистов, задействованных в производственных процессах, заинтересован в том, чтобы система освещения была по-настоящему качественной. Например, для работников главными условиями пребывания на территории предприятий являются полная безопасность и комфортные условия работы, при которых ничто не угрожает их здоровью и жизни.
Для владельцев бизнеса и руководства компаний важны производительность труда, гарантия безопасности работников и высокие показатели экономической эффективности, которые в значительной степени зависят от энергоэффективности систем освещения производственных помещений. Энергетиков и электриков, в первую очередь, беспокоит надёжность оборудования, соблюдение техники безопасности, оптимизация расходов на монтаж, эксплуатацию и техническое обслуживание промышленных установок и электрических приборов.
С учётом этого можно выделить основные требования, которые предъявляются к системам промышленного освещения и источникам света:
- Осветительное оборудование должно соответствовать нормам освещённости для каждого помещения на территории объекта, отраслевым стандартам в области охраны труда и санитарным нормам;
- Работа системы освещения должна способствовать повышению производительности труда и обеспечивать безопасность персонала;
- Промышленные светильники должны быть максимально надёжными, энергоэффективными, простыми в монтаже и техническом обслуживании;
- Эксплуатационные характеристики осветительных приборов должны обеспечивать устойчивость осветительного оборудования к вибрациям, перепадам температур и механическому воздействию;
- Источники света должны быть экологичными и иметь высокий КПД.
Далее рассмотрим основные типы промышленных светильников, которые используются при монтаже систем освещения.
- Лампы накаливания - искусственный источник света, в котором световой поток излучает накалившийся тугоплавкий проводник. Это может быть угольная нить, но чаще используется спираль, изготовленная на основе вольфрама.
Напомню, что с 1 января 2011 года в России была запрещена продажа ламп накаливания мощностью выше 100 Вт. В сентябре 2017 года в СМИ появилась информация о том, что в Минэнерго разрабатывается предложение о запрете ламп накаливания мощностью выше 50 Вт.
Ясность в ситуацию внёс заместитель министра энергетики РФ Антон Инюцин, который в ходе одной из пресс-конференций сказал, что ввод запрета возможен только в случае выполнения ряда условий. «В нашем представлении содержатся ключевые условия, которые государство должно обеспечить. Только после этого ограничения могут быть внесены в Правительство для рассмотрения и дальнейшего введения», - сказал Антон Инюцин.
Этот процесс может растянуться на несколько лет, поскольку речь идёт о необходимости создания качественных и доступных альтернативных решений, которые смогут стать достойной заменой лампам накаливания, о развитии российской промышленности в этой сфере, введении сертификации и гарантийного срока эксплуатации ламп.
«Если государство что-то запрещает, то должна быть предложена качественная и доступная альтернатива, которая стоит реальных денег и окупается», - прокомментировал ситуацию Антон Инюцин.
Достоинства ламп накаливания:
- Доступная цена;
- Простота эксплуатации;
- Мгновенное загорание при включении в сеть;
- Абсолютный индекс цветопередачи, Rа=100%;
- Практически полное отсутствие пульсации излучаемого светового потока;
- Не создают излучения, которое вносит помехи в работу приёмо-передающих устройств.
Недостатки ламп накаливания:
- Хрупкость;
- В процессе работы около 95% электроэнергии преобразуется в тепло. Поэтому энергоэффективность таких осветительных приборов крайне низкая;
- Небольшой ресурс эксплуатации (около 1 000 часов);
- Высокая чувствительность к колебаниям напряжения в сети, что оказывает существенное влияние на срок их службы;
- Низкое значение световой отдачи. Эффективность составляет примерно 12,5-13,5 Лм/Вт;
- Ограничение использования внутри помещений с повышенной влажностью и запылённостью;
- Запрет на использование на территории стран Евросоюза.
- Галогенные работают по тому же принципу, что и традиционные лампы накаливания и имеют схожую конструкцию. Однако здесь в газовый наполнитель добавлена галогенная присадка, которая предотвращает потемнение колбы под действием испарения атомов вольфрама со спирали. Таким образом, не допускается снижение светового потока.
Достоинства галогенных ламп:
- Неизменно яркий свет;
- Безупречная светопередача;
- Возможность варьирования различных цветовых оттенков света методом добавления внутрь колбы паров таких химических элементов как фтор, йод, хлор или бром. Это позволяет уменьшить скорость испарения атомов вольфрама со спирали, что увеличивает срок службы галогенной лампы в 2-5 раз (по сравнению с обычной лампой накаливания);
- Защита освещаемых предметов от выцветания. Это обеспечивается нанесением специальных фильтров на кварцевое стекло, что существенно снижает долю ультрафиолетового излучения;
- Более высокая эффективность по сравнению с лампами накаливания. Показатель световой отдачи галогенных ламп может быть доведён до 25 Лм/Вт.
Недостатки галогенных ламп:
- Непрактичность, которая проявляется в том, что к стеклянной колбе нельзя дотрагиваться голой рукой. Кожа человека может оставить на стекле пятна жира, которые создают предпосылки для оплавления или появления трещин в местах прикосновения. Лампу рекомендуют брать руками в тканевых перчатках. В случае загрязнения стеклянной поверхности, её следует протереть специальным растворителем или обезжирить с помощью спирта;
- Высокая чувствительность к перепадам напряжения. Поэтому нередко галогенные лампы подключают к сети через стабилизатор напряжения или трансформатор (если необходимо оборудовать систему освещения низковольтными источниками света);
- В процессе эксплуатации температура колбы может достигать отметки в +500°С. Поэтому при установке таких ламп необходимо строго соблюдать нормы пожарной безопасности и обеспечивать достаточное расстояние между осветительным прибором и потолочными перекрытиями или подвесными потолками.
- Металлогалогенные лампы (МГЛ) являются разновидностью разрядных ламп высокого давления. От других источников света этой категории их отличает то, что для корректировки спектральной характеристики дугового разряда, происходящего в парах ртути, в горелку лампы вводится специальные излучающие добавки (ИД). Как правило, это галогениды некоторых металлов. Их используют в системах освещения тех промышленных помещений, где необходима увеличенная яркость, а спектральные характеристики должны быть близки к аналогичным показателям естественного освещения.
Преимущества мателлогалогенных ламп:
- Широкий диапазон цветовых температур – от 2 500°К (жёлтый свет) до 20 000°К (синий цвет);
- Высокий индекс цветопередачи, Rа=80-95%;
- Длительный период эксплуатации, который составляет 10 000 - 15 000 часов;
- Стабильность цветовых и световых характеристик в течение всего срока службы;
- Эффективность источника света составляет около 88-96 Лм/Вт. Например, лампа мощностью 250 Вт создаёт такую же освещённость, как и прожектор в 1 кВт;
- Широкий диапазон допустимых мощностей - от десятков ватт до нескольких десятков киловатт.
Недостатки металлогалогенных ламп:
- Длительное первое и все повторные зажигания;
- Невозможно обеспечить плавную регулировку режима горения.
- Дуговые ртутные лампы (ДРЛ) - это источники света высокого давления, внутри которых установлена ртутно-кварцевая трубка-горелка, наполненная аргоном с добавлением капли ртути. В ноябре 2017 года была утверждена актуализированная редакция требований, которые предъявляются к осветительным приборам. В этом документе речь в основном идёт о ртутных лампах, которые будут постепенно выводиться из оборота, а к 2020 году и вовсе окажутся под запретом. Более детально я расскажу об этом чуть ниже. В Минэнерго заявляют, что запрет на использование неэффективных и неэкологичных ламп не спровоцирует появление дефицита ламп-заменителей и не потребует значительных инвестиций в замену осветительных приборов.
Достоинства ДРЛ:
- На данный момент они устанавливаются в системах освещения производственных помещений, где к качеству светопередачи предъявляются низкие требования, а к энергосбережению – высокие;
- Срок службы составляет около 10 000 часов.
Недостатки ДРЛ:
- Процесс включения сопровождается большим пусковым током;
- Полное зажигание занимает около 7-10 минут. Если возникает необходимость повторного включения лампы, прежде необходимо дать ей остыть. Для этого может потребоваться от 10 до 20 минут;
- Во время работы колба источника света нагревается до +100° С;
- В процессе эксплуатации осветительного прибора с лампой ДРЛ интенсивно образуется озон;
- Высокий коэффициент пульсации;
- Низкий индекс цветопередачи, Rа=45%;
- В излучении источника света этого типа преобладает сине-зелёная часть спектра, что, собственно, и снижает качество цветопередачи. Поэтому лампы ДРЛ не могут быть установлены в производственных помещениях, где объектов освещения являются лица людей, цветные или окрашенные поверхности, мелкие или движущиеся предметы;
- После 2 000 часов работы (3-6 месяцев использования) световая отдача снижается в 2 раза;
- Высокая концентрация паров ртути внутри колбы. По оценкам экспертов она может составлять порядка 0,2-0,9 мг. Это представляет серьёзную опасность для здоровья людей в случае нарушения целостности стеклянной оболочки в помещении объёмом 1500 м³. Например, это может быть склад площадью 500 м² с высотой потолков 3 м.
- Дуговые натриевые трубчатые лампы (ДНаТ). Принцип их работы основан на воздействии газового разряда на пары натрия внутри оболочки лампы. При включении в сеть осветительный прибор с таким источником света обеспечивает теплое оранжевое свечение. По продолжительности горения ДНаТ и ДРЛ примерно одинаковы. Но по световому потоку натриевые лампы значительно превосходят ртутные. Как правило, они применяются для освещения промышленных территорий, где важно обеспечить контрастную видимость при любых погодных условиях.
Достоинства ламп ДНаТ:
- Высокая экономичность, которая обеспечивается высоким уровнем световой отдачи – 130-150 Лм/Вт;
- Длительный срок службы. Как правило, он составляет от 12 000 до 25 000 часов;
- Широкий диапазон мощности – от 70 до 400 Вт;
- Преобладание жёлтого цвета в спектре излучения обеспечивает хорошую видимость в условиях тумана и других атмосферных осадков;
- Натриевые лампы высокого давления обладают высоким коэффициентом полезного действия – около 30.
Недостатки ламп ДНаТ:
- Низкий индекс цветопередачи, Ra=20-28%;
- Относительно высокая стоимость;
- Доминирование жёлтого цвета можно также отнести и к недостаткам, поскольку это свойство натриевых ламп становится причиной искажения цветопередачи. Некоторые производители пытаются улучшить этот показатель. Для этого они в состав газовой смеси добавляют люминофоры или варьируют давление внутри лампы. Однако каждая из таких инноваций нивелирует главное преимущество ДНаТ – снижает КПД;
- Время зажигания составляет 6-10 минут;
- Присутствует эффект мерцания, который негативно отражается на состоянии глаз;
- В холодную погоду качество светового потока натриевых ламп заметно снижается;
- Нельзя безоговорочно признать эту категорию ламп экологически безопасной, поскольку в большинстве моделей наполнителем служит амальгам натрия – химическое соединение натрия с ртутью. Это требует осторожности в процессе эксплуатации и предъявляет особые требования при утилизации.
- Дуговые натриевые зеркальные лампы (ДНаЗ). По сути, это те же лампы ДНаТ, у которых внутренняя часть колбы частично покрыта алюминиевой плёнкой, создающей зеркальный эффект. Уровень освещённости территории промышленного объекта осветительными приборами, которые оснащены лампами ДНаЗ выше, чем светильником на базе ДНаТ. Согласно технической документации эффективность ламп с зеркальной колбой составляет около 200 Лм/Вт. Остальные достоинства и недостатки этого вида промышленного освещения полностью совпадают с показателями ламп ДНаТ.
- Люминесцентные лампы (лампы дневного света) функционируют на основе дугового разряда паров ртути, при котором излучается ультрафиолет, преобразующийся в видимый свет при помощи люминофора. Они обеспечивают такую же светоотдачу, как и традиционные лампы накаливания, потребляя при этом в 4-5 раз меньше электроэнергии. При непрерывной работе ресурс их службы превышает 20 000 часов, что в 10 раз больше, чем у обычных ламп накаливания (при условии качественного электропитания и соблюдения ограничений по количеству включений/выключений).
Достоинства люминесцентных ламп:
- Высокая световая отдача – от 40 до 100 Лм/Вт. Люминесцентная лампа мощностью в 20 Вт обеспечивает такую же освещённость территории, как и лампа накаливания 100 Вт;
- Длительный срок службы (около 5-ти лет). При условии ограничения количества включений до 2 000;
- Высокий индекс цветопередачи, Ra до 85%;
- Спектр излучения близок к естественному;
- Низкая температура поверхности колбы (до +50°С);
- Доступная цена;
- Большой диапазон световых оттенков.
Недостатки люминесцентных ламп:
- Внутри стеклянной колбы по разным данным находится от 2,3-10 мг до 1 г ртути, что представляет серьёзную опасность для здоровья человека в случае, если лампа будет повреждена. Нуждается в специальной утилизации;
- Наличие линейного спектра, вредного для глаз;
- Со временем разрушение люминофора провоцирует изменение спектра и уменьшает светоотдачу, тем самым снижая КПД;
- Мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети;
- Необходимость в дополнительном приспособлении для включения лампы – пускорегулирующего устройства. Это может быть дорогостоящий электронный пускорегулирующий аппарат или громоздкий шумный дроссель, оснащённый ненадёжным стартером. Поломка стартера проявляется эффектом «фальстарта» лампы. Визуально это выглядит как постоянно повторяющиеся вспышки света, предшествующие включению в стабильный рабочий режим. Это существенно сокращает срок службы нитей накала;
- Низкий коэффициент мощности.
- LED-лампы и светильники – это экологически чистые осветительные приборы, в которых источником света являются светоизлучающие диоды. В отличие от лампы накаливания в светодиоде переменный ток преобразуется в постоянный с минимальными потерями на нагревание, что делает их более экономичными и безопасными для окружающей среды.
Достоинства светодиодов:
- Низкое энергопотребление (около 10% от потребления энергии лампами накаливания);
- Самый длительный срок службы. В технической документации указывается 80 000-100 000 часов;
- Низкие эксплуатационные затраты;
- Высокий ресурс прочности. Устойчивость к вибрации и механическому воздействию;
- Моментальное включение;
- КПД приближен к 100;
- Возможность реализации различных световых сценариев, в том числе управление освещённостью любой сложности;
- Низкое рабочее напряжение;
- Не создают перегрузок в сети;
- Возможность работы в диапазоне температур от -50°С до +70°С;
- Экологичность. В составе светодиодов нет ртути;
- Пожаробезопасность. Поверхность LED-ламп почти не нагревается, поэтому вероятность воспламенения окружающих предметов сводится к нулю. Это позволяет использовать светодиодное освещение в пожаро- и взрывоопасных производственных помещениях;
- Некоторые модели могут применяться в агрессивных средах.
Недостатки светодиодов:
- Относительно высокая стоимость.
По способу монтажа диодные промышленные светильники бывают:
- подвесные колокола, по внешнему виду напоминающие воронку. Они устанавливаются на промышленных площадях с высокими потолками и обеспечивают хорошую освещённость;
- накладные. Обеспечивают равномерный световой поток;
- встраиваемые;
- опорные;
- настольные;
- напольные.
