Бытовые светильники и источники света

Искусственный свет,конечно, полностью не может заменить свет природный, но без него было бы невозможно развитие цивилизации. Источником искусственного света является электрическая энергия, которую, по после­дним данным энергетиков, используют около 20% от всей выработанной в России электроэнергии на искусственное освещение.

С другой стороны, мало преобразовать электрическую энергию в световую. Необходимо обеспечить производство качественных бытовых и промышленных светильников, способствующих выполнению человеком разнообразных функциональных процессов и обеспечение комфорта в его жизнедеятельности.

Кроме того, чрезвычайно важно обеспечить полную безопасность пользователей бытовых светильников, в большинстве своем малознакомых с пра­вилами обращения с электроприборами, выделяющими достаточно большое количество тепла, и защитить человека от возможных поражений электрическим током и от возгораний при их эксплуатации.

Приборы для освещения, или бытовые светильники, состоят из источника света (лампы) и осветительной арматуры. В качестве источников света в бытовых светильниках используют лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные и галогенные лампы.

Лампы накаливания являются тепловым источником света. Известно, что лампы накаливания были изобретены более 100 лет назад. При замыкании, вольфрамовая нить нагревается и начинает излучать свет. При этом восемьдесят процентов ее энергии расходуется на тепло и лишь двадцать процентов на освещение. К сожалению, вольфрамовая спираль больше излучает тепловых фотонов (свет длиной волны более 700-800 нм) и меньше дает света в видимом диапазоне (300-700 нм). Таким образом, КПД работы ламп накаливания всего 20 процентов.

Электрические лампы накаливания сде­лались наиболее распространенным источником света благодаря простоте и удобству в эксплуатации, непрерывности излучаемого света по спектру, небольшим размерам и т. п.

Конструкция ламп накаливания зависит от назначения и особых требований, которые предъявляются к отдельным видам ламп. Ос­ветительные лампы общего назначения состоят из тела накала, стеклянного баллона, металлического цоколя, стеклянной ножки, которая служит опорой крепления электродов и тела накала. Ос­новной частью лампы является тело накала, которое собственно и служит источником света. Все остальные детали предназначены для обеспечения необходимых условий нормальной работы тела накала.

Тело накала изготовляют из вольфрама с небольшими присад­ками оксидов тория, алюминия, кремния в смеси с калием и натри­ем. Присадки улучшают свойства нити (устойчивость к механичес­ким сотрясениям, непровисание, формоустойчивость нити и т. п.). Тело накала может быть в виде зигзагообразной нити, спирали и биспирали (спираль небольшого диаметра свивают в спираль большего диаметра).

По условиям работы тела накала лампы бывают вакуумными и газополными. Температура накала вольфрама в вакуумных лампах общего назначения не превышает 2400 К, в газополных - 2900 К. Основное преимущество газополных ламп по сравнению с вакуум­ными состоит в том, что в присутствии инертного газа, при равном сроке службы, можно значительно повысить температуру накала и, следовательно, увеличить световой поток и световую отдачу.

Форма и размер баллона определяются температурой допус­тимого нагрева при эксплуатации ламп, зависящей от мощности лампы, среды, в которой работает тело накала, положения ламп при работе, условий охлаждения. Баллоны могут иметь форму цилиндра, шара, капли, пламени свечи и др.

К электрическим параметрам ламп относят номинальное на­пряжение (В), мощность ламп (Вт) при номинальном напряжении. Для ламп некоторых типов, например миниатюрных, вместо мощ­ности нормируют силу тока (А).

Люминесцентными называют лампы, свечение которых ини­циируется специальными веществами - люминофорами - под действием ультрафиолетового излучения, возникающего вслед­ствие газового разряда в аргоне и парах ртути. Эти лампы могут быть различной формы (цилиндрические, кольцевые, U-образные и др.), мощности и иметь различный спектральный состав излучаемого света: ЛД - дневного света, ЛБ - белого, ЛТБ - теплого белого, ЛХБ - холодного белого.

К основным преимуществам люминесцентных ламп относят экономичность, повышенную светоодачу, высокий срок службы (более 10 000 часов). Недостатки: неустойчивое зажигание при пониженной (отрицательной) температуре, невозможность рабо­ты при пониженном напряжении электросети, повышенный уровень электромагнитного излучения и гудение (инфразвук) при работе. Кроме того, подключение лампы требует наличия стартера, дросселя, конденсатора и других устройств.

Разновидностью люминесцентных ламп являются энергосберегающие лампы, которые называют также компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).

Принцип работы у них такой же, как и у люминесцентных ламп: трубка в форме спирали или система дуговых трубок, наполненная парами ртути и инертным газом (аргоном, ксеноном), а ее внутренние стенки покрыты люминофором. Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов. Ультрафиолетовое излучение, образующееся при столкновении электронов с атомами ртути, проходя сквозь люминофор, создает видимое нашему глазу свечение.

Внешний вид и форма трубок у такой лампы не обязательно спиральная или дугообразная. Компактные люминесцентные лампы могут быть представлены в традиционных формах груши, свечи, шара или цилиндра. Единственное, что выдаёт их – это увеличенный в размерах цоколь. Цоколь увеличен не просто так, в него инженеры умудрились встроить стартер, тот самый стартер, который используется в лампах дневного света, только уменьшенный в размерах.

Мощность и световой поток - это потребляемая мощность, зачастую указан и эквивалент по мощности обычной лампочки, выдающей равное с энергосберегающей количества света. Например, если на энергосберегающей лампе написано 5W, то светить она будет как обычная 25W лампочка накаливания. Энергосберегающие лампы с плавным стартом предпочтительнее, так как такой вид включения дарит несколько тысяч часов работы. Первых пару минут лампа будет разогреваться, гореть не на полную мощность. Негативно на сроке жизни ламп сказываются частые включения и выключения. Специалисты из General Electric рекомендуют выключать лампочку не менее, чем после 5-10 минут работы.

Светодиодные лампы или LEDэто твердотельные источники света. Принцип их работы основан на том, что при прохождении электрического тока через р-n зону полупроводника, он начинает светиться. Светодиодные источники света все активнее вытесняют сегодня все те традиционные технологии, которыми мы привыкли пользоваться. Они пришли на смену лампам накаливания и люминесцентным лампам.

Люминесцентные лампы имеют ряд существенных недостатков, так как в стеклянных колбах и трубках содержатся ядовитые пары ртути, которые требуют соблюдения специальных условий по хранению и утилизации отработавших ламп. Для этого требуется специальное оборудование и обученный персонал. Еще один существенный недостаток, постоянное мерцание ламп при работе, что сильно сказывается на так называемой усталости глаз.

Светодиодные лампы — экологически чистые лампы, которые не содержат в себе ядовитых паров ртути, либо других газов, с продолжительным сроком службы — непрерывное свечение гарантируется на протяжении более чем 5 лет.

Светодиодная лампа состоит из цоколя, встроенного блока питания постоянного тока, специально спроектированной мощной платы из полупроводников. Цоколи спроектированы уже под современные стандарты и ГОСТы, блок питания обеспечивает непрерывное световое излучение. Яркое свечение получается, когда электрический ток пропускается через полупроводник. Именно в этом и заключается принцип работы светодиода.

Основными преимуществами светодиодных ламп являются:

- низкое потребление электрической энергии и высокий коэффициент полезного действия;

- длительный срок службы - 50000 часов непрерывной работы или 5 лет непрерывного свечения;

- оптимальное соотношение цены и качества;

- быстрая окупаемость в течение полугода с момента начала эксплуатации;

- высокая прочность и устойчивость к любым внешним воздействиям;

- экологическая безопасность, отсутствие вредных компонентов и излучений, отсутствие специальных требований по утилизации;

- диапазон рабочих температур от минус 50° до 50°С;

- безинерционность включения/выключения, моментальный переход в рабочее состояние;

- отсутствие мерцания и слепящего эффекта влияющего на усталость глаз;

- современный вид и дизайн.

Светодиодные лампы начинают сразу излучать свет, при их включении. Яркость лампы можно регулировать при помощи дополнительно установленного диммера, сразу же после включения. Нормальное напряжение, необходимое для работы одного светодиода - 3-4 вольта, в светильник их устанавливают несколько, поэтому, когда по соображениям электробезопасности и пожарной безопасности невозможно подать высокое напряжение, светодиодные светильники являются хорошим выходом из сложившейся ситуации. Еще одно важное качество светодиодных ламп, это их высокая прочность от механических повреждений. В отличие от люминесцентных ламп, колбы которых, как правило изготовлены из стекла, светодиодные лампы изготовлены из алюминия и пластика — достаточно прочных материалов. Это значительно расширяет диапазон их применения, особенно в промышленности, уличном и дворовом освещении. Так как они обладают очень высоким иммунитетом против уличного вандализма.

Галогенные лампы. Из всех современных источников галогенные лампы обладают наиболее качественной цветопередачей. Кроме того, галогенные лампы отличаются большой яркостью и направленным излучением. Их, конечно, только условно можно назвать энергосберегающими, тем не менее, по сравнению с лампами накаливания они имеют в несколько раз большую световую отдачу и удвоенный срок службы.

Существует очень много различных галогенных ламп. Все условно делят на две больших группы:

- лампы низкого напряжения (низковольтные) – до 24 В;

- лампы сетевого напряжение – 220 В.

Кроме этого, галогенные лампы различаются по конструкции и назначению.

Линейные галогенные лампы. Это самый старый тип галогенных ламп, которые были созданы еще в 60-х годах прошлого века. Лампы представляют собой кварцевую трубку с выводами с обеих сторон. Нить накала поддерживается в лампе с помощью специальных кронштейнов из проволоки.

Лампы при своих небольших размерах имеют очень приличную мощность – 1 – 20 кВт. В помещениях такие лампы не используются из-за очень высокой яркости и большой потребляемой мощности. Основная их область применения – прожекторное освещение. Существуют современные линейные галогенные лампы заливающего света, которые используют не только в наружном, но и во внутреннем освещении. Эти лампы отличаются повышенной ударопрочностью.

Галогенные лампы с внешней колбой. Это галогенные лампы сетевого напряжения. Они предназначены для прямой замены ламп накаливания. Лампы с внешней стеклянной колбой выпускаются со стандартными цоколями Е14 и Е27 (цоколь Эдисона). Для таких ламп не требуются специальные светильники.

Внутри стеклянной колбы находится миниатюрная или линейная галогенная лампа на напряжения 220 В. Внешняя колба таких ламп защищает внутреннюю кварцевую колбу галогенной лампы от загрязнений и случайных прикосновений. По форме и размерам она похожа на колбу обычных ламп накаливания.

Галогенные лампы с отражателем (галогенные лампы направленного света). Такие лампы выпускаются в стандартных типоразмерах – MR8, MR11 и MR16. Самый популярный типоразмер галогенных ламп – MR16 (диаметр колбы 50 мм). Галогенные лампы с отражателями характеризуются различными углами излучения. Лампа состоит из миниатюрной колбы со специальным отражателем (рефлектором). Отражатели перераспределяют световой поток лампы в пространстве. Сама галогенная лампа расположена по центру отражателя. Существует много разновидностей отражателей. Наиболее распространены галогенные лампы с алюминиевыми отражателями.

Так как галогенные лампы являются современной разновидностью ламп накаливания, то при работе они выделяют большое количество тепла. Лампы с алюминиевыми отражателями направляют тепло вперед. Для случаев, когда это недопустимо, существуютгалогенные лампы с интерференционными отражателями (специальное полупрозрачное покрытие), у которых тепло отводится назад.

Капсульные (пальчиковые) галогенные лампы. Такие лампы имеют очень миниатюрные размеры и представляют собой небольшую капсулу с выводами. Они выпускаются с поперечными и продольными телами накала. Такие лампы могут использоваться в открытых светильниках без защитных стекол. В основном они применяются для встроенных в мебель и в потолок светильников, для декоративной подсветки. Существуют модели светильников общего освещения с капсульными галогенными лампами.

Российские стандарты предусматривают следующие типы светильников:

А— светильники стационарные общего назначения.

Б — светильники встраиваемые.

В — светильники для освещения улиц и дорог.

Г — светильники переносные общего назначения.

Д — прожекторы заливающего света.

Е — светильники с встроенными трансформаторами для ламп накаливания.

Ж — светильники переносные для использования в саду.

3 — светильники ручные сетевые.

И — светильники для фото- и киносъемки (непрофессиональные).

К — светильники переносные детские игровые.

Л — светильники для освещения сцен теле- и киностудий (внутри и снаружи).

М — светильники для плавательных бассейнов и аналогичного применения.

Н — светильники вентилируемые (требования безопасности).

О — гирлянды световые.

П — в настоящее время не используется.

Р — светильники для аварийного освещения.

С — осветительные системы сверхнизкого напряжения для ламп накаливания.

Т — светильники с ограничением температуры поверхности.

У — светильники для использования в клинических зонах больниц.

В зависимости от типа источника светаразличают:

- светильники с лампами накаливания;

- светильники с галогенными лампами накаливания;

- светильники с люминесцентными лампами;

- светильники с газоразрядными лампами, и ряд других.

По соотношению светового потока,направленного вверх, к световому по­току или направленному вниз, выделяют:

- светильники прямого света(весь или почти весь световой поток направлен вниз);

- светильники рассеянного света(световой поток, направленный вверх равен световому потоку, направленному вниз (как, например, у хрустальной люстры);

- светильники отраженного света(весь или почти весь световой поток направлен вверх).

В зависимости от способа установки, все осветительные устройства подразделяются на классы:

- подвесных светильников;

- консольных светильников;

- потолочных светильников;

- настенных светильников;

- напольных светильников;

- встраиваемых.

По эксплуатационным и климатическим условиямсветильники разрабатывают с учетом климатические условий, в которых будет эксплуатироваться осветительное устройство (светильники для районов с тропическим, умеренным и т.д. климатом), и предполагаемое место размещения светильника:

- предназначенные для размещения на открытом воздухе;

- место размещения – закрытые и не отапливаемые помещения;

- приборы, которые будут располагаться под навесами или иными частично открытыми сооружениями;

- для размещения в отапливаемых закрытых помещениях;

- в помещениях с повышенным уровнем влажности.

Промышленностью выпускается множество светильников, и это разнообразие не случайно. Объясняется это тем, что светильники должны гармонично сочетаться с размерами, формой, высотой, окраской и назначением помещений, мебелью. Кроме того, лампы, установочные устройства, декоративные материалы совершенствуются, что открывает широкие возможности перед создателями светильников.

На маркировке светильников и на ценниках указывают следующие обозначения, как это представлено на рисунке 10.

Рисунок 10 – Маркировка светильников

Устройства для хранения продуктов питания

В данную подгруппу входят бытовые холодильники и морозильники.

Бытовые холодильники предназначены для хранения свежих и замороженных продуктов питания и приготовления в небольших количествах пищевого льда. Холодильники, служащие для замораживания продуктов и их длительного хранения, называют морозильниками. Бытовые компрессионные холодильники распространены наиболее широко. Они состоят из шкафа с холодильной камерой и холодильной машины с защитно-пусковой аппаратурой.

Принцип действия всех бытовых холодильников состоит в том, что из камеры с продуктами (холодильной камеры) искусственно отводится тепло в окружающую среду.

В зависимости от способа охлаждения холодильники и морозильники делят на три подгруппы:

- компрессионные холодильники и морозильники;

- абсорбционно-диффузионные;

- термоэлектрические.

Холодильники, у которых превышение температуры паров хладагента над температурой окружающей среды достигается посредством сжатия их компрессором, называются компрессионными. В моделях компрессионных холодильников охлаждение идет либо сверху, либо от задней стенки холодильной камеры. При этом холод опускается вниз, а более теплый воздух поднимается вверх. Таким образом в камере образуются холодные зоны с разной температурой. Наиболее холодная зона – +2°С...+4°С – расположена около задней стенки и на нижней стеклянной полке. На верхней полке холодильника температура выше – до +6°С...+8°С. Теплее всего в поддоне для овощей и на полочках дверцы.

В холодильниках абсорбционно-диффузионного действия нагрев паров хладагента выше температуры окружающего воздуха осуществляется электрическим током. При этом хладагент самотеком движется по трубкам. Циркуляция рабочих веществ в аппарате происходит за счет диффузии и абсорбции. Производительность абсорбционных холодильников невысока, поскольку хладагент очень медленно течет по контуру. Поэтому они не могут обеспечить низких температур, необходимых для замораживания продуктов. Абсорбционные холодильники при работе не создают шума, что является их существенным преимуществом по сравнению с компрессионными. Основной недостаток абсорбционных холодильников – высокое потребление электроэнергии.

Термоэлектрические холодильники не имеют хладагента, их работа основана на эффекте Пельтье, заключающегося в том, что при пропускании постоянного электрического тока через термоэлемент из двух последовательно соединенных (спаянных) материалов с разной термоэлектродвижущей силой на одном его контакте выделяется тепло, а на втором – поглощается. Термоэлектрические холодильники не содержат вращающихся частей и хладагентов, но при меньшей емкости эксплуатационные расходы очень высоки за счет большого количества потребляемой энергии.

Холодильники и морозильники классифицируют по следующим признакам:

- по способу установки («Ш» - напольные в виде шкафа; «С» - напольные в виде стола; «Н» - встраиваемые; «Б» - блочно-встраиваемые; «бар»; «ларь»; «side-by-side» - сайд-бай-сайд (бок о бок) -двух-, трех- и многокамерные холодильники больших размеров с распашными дверями, с камерами рядом; «А» - автомобильные);

- по числу охлаждаемых камер (одно-, двух, трех- и четырехкамерные.В двух- и многокамерных моделях каждая камера имеет дверцу, что позволяет создать в каждой камере различный температурно-влажностной режим для оптимального хранения разных про­дуктов);

- по температуре в низкотемпературном отделении холодильника (интервал в 6⁰ С отмечается в маркировке одной снежинкой: от минус 6 до минус 24 и менее);

- по климатическому исполнению, т.е. способности работать при максимальных температурах окружающей среды (SN и N – не выше 32⁰ С; ST – не выше 38⁰ С; T – не выше 43⁰ С);

- в зависимости от выполняемых функций делят на группы сложности от 0 до 5 (указывается перед номером модели; нулевая группа присваивается наиболее сложным моделям, а пятая – наименее сложным);

- по уровню энергопотребления делят на классы A; B; C; D; E; F; G («А», «В», «С» - экономичные изделия, низкое потребление; «D» - промежуточный класс энергопотребления; «E», «F», «G» - расход электроэнергии высокий и очень высокий);

- по полезному (внутреннему) объему, который используется для хранения продуктов и складывается из полезных объемов холодильной камеры и полезного объема морозильного отделения;

- по удобству эксплуатации и уходу (оснащаются системами - «NO FROST» и «FROST FREE» - системы без инея, позволяющие устранить образование льда в низкотемпературных камерах; «FUZZY LOGIK» и «ECO» - автоматический выбор режимов хранения продуктов; «FROSTMATIC» и «СOOLMATIC» - интенсивное замораживание; «EXPRESS COOL» - система многопоточной подачи воздуха для охлаждения продуктов; «TURBO» - подача воздуха на охлаждаемые продукты; «MEMORY» - устройство, показывающее максимальные температуры в камерах после последнего включения; цифровые индикаторы температур и др.).

Камеры, входящие в состав холодильников делят на типы:

- камеры для хранения охлажденных продуктов;

- камеры для хранения овощей и фруктов (имеют повышенную влажность);

- низкотемпературные камеры (НТК) – для хранения замороженных пищевых продуктов;

- морозильные камеры (МК);

- универсальная камера – камера общего назначения.

Бытовые морозильники – холодильные аппараты, предназначенные для быстрого замораживания (не выше –24°С) и длительного хранения замороженных продуктов при температуре не выше –18°С.

Принцип действия морозильника аналогичен работе компрессионного холодильника, но в отличие от холодильника в морозильнике трубчатый испаритель ступенчато располагается по всему объему камеры с четырьмя выдвижными корзинами для продуктов. Морозильную камеру изготовляют из алюминия или пластика АВС, изоляцию из пенополиуретана. Для предотвращения примерзания двери по всему ее внутреннему периметру проложен (залит в пенополиуретан) обогреватель – трубка, которая является продолжением конденсатора.

По конструкции морозильники могут быть в виде горизонтальных (ларь) и вертикальных шкафов. Морозильник в виде ларя (сундука) потребляет меньше электроэнергии, так как меньше отепляется воздухом при открывании крышки, удобен для загрузки и выемки продуктов, но занимает большую площадь.

По технико-эксплуатационным показателям холодильники должны соответствовать требованиям нормативных документов. Материалы, покрытие внутренних поверхностей и элементов холодильников, соприкасающихся в пищевыми продуктами, теплоизоляционные прокладки должны быть безопасными и разрешены для применения органами Роспотребнадзора. Покрытия холодильников и морозильников должны быть устойчивыми к истиранию, воздействию пищевых продуктов и кислот, а также моющих средств.

Холодильный агрегат должен быть герметичным, а его части должны выдерживать необходимое давление. Уплотнитель двери по всему контуру должен плотно прилегать к корпусу шкафа при закрытой двери. Полки холодильника должны лежать плотно, не качаясь, выдерживать удельную нагрузку не менее 1764 Па (18 гс/см²).

Исходя из установленного национальными стандартами 15-летнего срока службы холодильников дверь и ее элементы должны выдерживать не менее 100 000 открываний и закрываний.

Уровень шума, создаваемого компрессионными холодильниками, не должен превышать 45 дБА на расстоянии 1 м от корпуса холодильника.