Освещение

 

освещение

Искусственное освещение совершенствовалось в течение XVIII в. частично в связи с механизацией изготовления светильников и частично из-за того, что китобойный промысел дал новое горючее для освещения в дополнение к воску и салу.

В XIX в. произошло дальнейшее пополнение источников света за счет нефти, которая использовалась иногда для освещения еще в древности. Ряд археологов считает, что в лампах, найденных в гробнице короля Ура, относящейся к 3000-му г. до н. э., использовалось минеральное масло. Плиний упоминает о «сицилианском масле», которое имело минеральное происхождение и использовалось непосредственно в лампах. Однако природная нефть, как правило, не годится для непосредственного использования в светильниках.

Сообщения о наличии нефти отмечались в разных частях мира в различное время. На Марко Поло произвело особенное впечатление зрелище фонтанов нефти в Баку около Каспийского моря. Французские миссионеры в 1629 г. впервые обнаружили нефть в Северной Америке, а в 1829 г. группа людей, проводивших бурение в поисках солевых вод, получила фонтан нефти в штате Кентукки. В небольших количествах нефть использовалась в лечебных целях, однако основная масса нефти пропадала, не находя применения.

В 1847 г. И. У. Бинни, химик из Манчестера, перегонкой нефти, найденной в Амфретоне в Дербишире, получил керосин, пригодный для освещения. В 1В51 г. в США начали производить «осветительное масло» и после открытия в 1859 г. нефтяных запасов в Пенсильвании количество нефти стало более чем достаточным. Керосиновые лампы были улучшены введением фитилей с подкручивающим регулирующим устройством и добавлением стеклянного колпака, дающего хорошую тягу воздуха. Керосиновые лампы оставались обычным средством освещения в отдаленных районах, пока не вошли „ в обиход небольшие электрогенераторы.

Парафин, получаемый в больших количествах, как побочный продукт перегонки нефти, был пригоден для производства свечей, цена которых упала до нескольких центов за фунт. «Свеча» стала первой единицей силы света.

Со временем серьезную конкуренцию свечам и керосиновым лампам стало создавать газовое освещение. А. М. Спеддинг, управлявший угольными шахтами лорда Лонсдейла вблизи Уайтхейвена на границе Района Английских Озер, в 1765 г. провел по трубам газ в свою контору и использовал его для освещения. Количество газа было настолько велико, что он предложил использовать его для освещения улиц Уайтхейвена, но магистрат города отказался от этой идеи.

В 1805 г. Самюэль Клеп оборудовал, газовое освещение на текстильной фабрике Генри Лоджа, работавшей на хлопке, в Галифаксе в Йоркшире и в течение пяти лет устроил такое освещение еще на нескольких фабриках. В 1810 г. в Лондоне была образована компания Газ Лайт энд Коук, но первые примеры газового освещения были не лучше керосиновых ламп. Первые горелки представляли собой простые трубки с отверстиями. Затем были произведены усовершенствования — найдена оптимальная форма отверстий для формирования языка пламени. Такие светильники еще существуют, например в Большом зале Университета в Сиднее.

В 1855 г. немецкий химик Роберт Вильгельм Бансен изобрел бездымную горелку с пламенем, имевшим высокую температуру. В 1888 г. Ауэр фон Велсбах накрыл горелку Бансена тонкой сеткой, выполненной из смеси 99% окиси тория и 1% окиси серы, которая давала свет от накаливания сетки значительно более яркий, чем все другие источники света, за исключением электрической дуги. Эта горелка была первым типом искусственного источника света, сравнимым с используемым в наши дни. Сетка Велсбаха была вскоре после этого применена в керосиновых лампах, что значительно усилило их яркость.

Светильники с электрической дугой между угольными стержнями использовались с 1844 г. Они были, однако, слишком яркими и их нельзя было ослабить. Использование дуги стало ограничиваться освещением улиц, театров, фабрик и в «волшебном фонаре» — предшественнике кино и современного диапроектора. Электродуговые светильники оставались в пользовании до 30-х годов XX в. там, где требовался очень яркий сильный свет. Затем их стали заменять новыми электрическими лампами, основанными на электрическом разряде.

В электрических лампах накаливания, изобретенных Сваном и Эдисоном соответственно в 1878 и 1879 гг., были элементы накаливания из обугленных нитей, помещенных в стеклянную трубку, из которой был выкачан воздух. Лампы имели большой успех и, хотя потребность в электрическом освещении была не настолько велика, чтобы строить общественную электростанцию, в 1882 г. Эдисон строит две станции, одну в Лондоне и другую в Нью-Йорке. Затем началось строительство других станций и к 1900 г. только в одном Лондоне использовалось около 2,5 млн. электрических ламп.

До изобретения сетки Велсбаха было множество жалоб на головную боль из-за пользования газовым освещением. Эдисон привел это обстоятельство для доказательства преимуществ своего изобретения. Объявление, распространявшееся в 1882 г., гласило:

«Эта комната оборудована электрическим освещением Эдисона. Не старайтесь зажигать свет при помощи спички. Просто поверните выключатель на стене у двери. Использование электричества для освещения ни в какой степени не оказывает вредного воздействия на здоровье и не издает шума, мешающего сну».

К 1890 г. сетка Велсбаха стала общепринятым элементом при организации газового освещения, которое снова стало конкурировать с электрическим. В 1897 г. У. X. Нернст, один из помощников Велсбаха, сделал электрическую лампу с нитью накала из окиси тория и окиси серы, которые становились проводящими ток, когда нить из них накаливалась до бела другой нагревательной нитью внутри лампы. В 1905 г. Вернер фон Болтон, работавший у Сименса и Хальске в Берлине, изобрел танталовую нить накаливания, которая затем была заменена на вольфрамовую нить, предложенную Д. Кулиджем из компании Дженерал Электрик в Шенектеди, и которая используется до сих пор. Высокая температура плавления тантала и еще более высокая температура плавления вольфрама позволили повысить температуру накала нити, что давало более яркий свет. Однако при этих высоких температурах материал нити испарялся в вакууме и стекло чернело. В 1913 г. Ирвинг Лангмур также из компании Дженерал Электрик предложил заменить вакуум инертным газом, азотом или аргоном. Это решило одну проблему, но создало другую — потерю тепла из-за конвекции газа. Лангмур затем свернул нить в спираль вокруг центральной проволоки, которая затем растворялась в кислоте. При этом потери тепла из-за конвекции были уменьшены. В том же году он предложил «спиральную спираль», в которой нить была еще накручена на спираль, но соответствующая технология производства не была создана до 1934 г. После этого практически не было существенных нововведений в устройство электрической лампы накаливания.

С 40-х годов для освещения в зданиях стали все более испольоваться светящиеся люминесцентные трубки. Еще в начале XVIII в. было отмечено, что при пропуске электрического тока через разряженный газ в стеклянной трубке возникает свечение газа. Время от времени это явление демонстрировалось на встречах ученых обществ, особенно в Лондоне и Париже, Цвет свечения зависел от используемого газа: неон давал красное свечение, пары ртути — зеленый свет, натрий — ярко-желтый свет, углекислый газ — свет, напоминающий дневной. Первые практически используемые лампы с углекислым газом были выполнены в 1895 г. Даниелем Мак Ферланом Муром в США. В 1901 г. Петер Купер-Хьюитт, также в США организовал продажу ртутных ламп. В 1910 г. Жорж Клод во Франции создал производство неоновых ламп. В 30-х годах лампы с парами натрия и ртутные лампы впервые были применены для уличного освещения. Они заменили электрические дуговые лампы, использовавшиеся ранее там, где требовалась большая яркость света.

Некоторые виды светящихся трубок создавали довольно Интенсивную ультрафиолетовую радиацию, которая была невидимой, но могла превращаться в видимый свет при напылении на стекло трубки специального порошка, светящегося при облучении его ультрафиолетовыми лучами. Свет, излучаемый этими лампами, возникает главным образом благодаря воздействию на флюоресцентное покрытие ультрафиолетовым излучением ртути, но пары самой ртути играют здесь малую роль.

Флюоресцентные трубки, содержащие пары ртути, впервые были освоены производством в США в 1938 г. и использовались для освещения главным образом на нью-йоркских ярмарках в течение нескольких лет. После этого успеха лампы дневного света начали применяться в Америке для освещения помещений контор, промышленных зданий, отчасти в связи с тем, что потребляемая ими энергия при том же уровне освещения составляет всего четвертую часть энергии, требуемой при использовании ламп накаливания. Это более чем компенсировало высокие первоначальные затраты. Такие лампы были менее удобны для жилья, так как они загорались не сразу и при этом неприятно мигали. Флюоресцентные лампы используются и сейчас в сочетании с контрольными приборами, которые нагревают вольфрамовые нити накала, обеспечивая соответствующее напряжение для начала возникновения тока между ними и определяя количество тока, проходящего через лампу.

В течение 50-х годов флюоресцентные лампы в большой степени заменяли другие формы освещения в административных и промышленных зданиях по всему миру. Длина стандартной флюоресцентной трубки стала во многих зданиях модулем для проектирования потолков. Это часто означало, что они стали также модулем для плана всего здания.

Искусственное освещение быстро прогрессировало, в течение XX в., так как электрическая промышленность превратилась в многомиллионный бизнес, готовый выделить достаточно большую часть от своих прибылей на исследования. Дневной свет бесплатен и средства на исследования в области дневного света могли финансироваться только общественными организациями и производителями стекла.

В прошлом много внимания уделялось проблеме эффекта дневного света на восприятие архитектуры зданий. Великолепные контрасты света и тени во многих греческих храмах, по всей вероятности, не случайны. Цветное стекло было одним из важных элементов архитектуры готических храмов, в архитектуре барокко свет и тень часто использовались для создания сильных эффектов.

Хотя свойства дневного света изучались, очевидно, с достаточным вниманием, нет свидетельств того, что уделялось внимание его количественной оценке. Этот вопрос не рассматривался в качестве серьезной проблемы до XIX в., так как большинство зданий, за исключением дворцов и культовых сооружений, были небольшими. В течение XX в. создавались новые типы зданий, и в конторских, промышленных и торговых зданиях проблема количества света стала весьма серьезной до того, как искусственное освещение достигло достаточного уровня развития. Многие такие здания строились с внутренними дворами, позволяющими получить дополнительное количество дневного света, но часто такие дворы были небольшими и могли обеспечить только жесткий минимум необходимого освещения. Иногда в зданиях делались остекленные крыши, чтобы обеспечить доступ света сверху при одновременной защите от атмосферных осадков. К концу века часто стали использоваться световые дворы — открытые части здания под стеклянной крышей.

С развитием искусственного света световые дворы постепенно исчезали. Это было бесспорным достижением. Если помещения становились глубже и дневной свет был недостаточен для освещения их пространства в глубине, то для компенсации устанавливались источники искусственного света. По мере усовершенствования искусственного света и удешевления его стоимости он часто использовался для освещения всего помещения. Иногда занавеси или жалюзи оставались закрытыми весь день, чтобы избежать воздействия солнечного света, хотя этого можно было избежать путем применения соответствующих солнцезащитных средств не препятствующих освещению. Результатом этого было создание искусственного светового климата, требующего большого расхода электроэнергии. При этом происходит нагрев воздуха, который нужно было компенсировать дополнительной нагрузкой на системы кондиционирования воздуха. Решением этой проблемы было размещение источников искусственного света в глубине помещений, в удаленных от окон частях, с отдельными выключателями, которые используются в течение всего дня. Другая часть искусственного освещения для остальной части помещений включается только, когда уровень дневного света становится недостаточным. Кроме этого, может быть предусмотрено ночное освещение, распределенное равномерно по всему зданию.

Интенсивность дневного освещения практически не измерялась до XX в. В США изучение проблемы дневного света с 1916 г. стало основываться на количественных критериях. Данные, получаемые в результате этих работ, могли быть применены к изучению искусственного освещения, однако не было найдено всеобъемлющего решения, поскольку естественное освещение различается день ото дня, в течение дня и даже в течение нескольких секунд из-за движения облаков. В Англии изучение проблемы дневного света основывалось на уровне дневного света, который определялся как отношение освещенности в каком-то месте помещения к освещенности в то же время горизонтальной плоскости под открытым небом. Этот показатель, зависящий от геометрии самого здания и от элементов его окружения, затеняющих дневной свет, может быть подсчитан. После этого можно вычислить действительное количество дневного света в любой точке помещения, если уровень освещенности снаружи известен или может быть получен из стандартной таблицы.

Это различие подхода, по крайней мере, отчасти является результатом различия между английскими и американскими законами. Английские законы употребляли термин «древний свет», оставшийся со средневековья. Если какое-либо окно долгое время не закрывалось от света другими зданиями или сооружениями, владелец здания получает право не допускать строительства владельцами соседних участков земли чего-либо, что будет мешать освещению через указанное окно. В 1922 г. уровень освещенности, равный 0,2, был утвержден в качестве граничной величины между достаточной и недостаточной освещенностью внутри помещения, поэтому определение уровня дневного освещения является необходимой процедурой для решения многих проблем проектирования зданий в Англии. Американские суды давно отвергли доктрину «древнего света», аргументируя это положение тем, что раньше имелось достаточно свободного места для того, чтобы строящий здание первым не ставил его близко к границам участка.

Расчет конструкций, каким бы методом он не проводился, может быть облегчен применением таблиц и графиков. Для наиболее сложных задач с 30-х годов XX в. использовался метод изучения моделей, на которых можно изучать и проблемы освещения. Такие исследования могут проводиться под открытым небом или при искусственно созданных условиях, отражающих реальные условия. Наиболее употребительный тип «искусственного неба» представляет собой полусферу, освещенную в соответствии с принятыми стандартами. В 1942 г. Международная комиссия по освещению приняла предложение Пэрри Муна и Домина Эберле Спенсера, по которому для создания условий, соответствующих закрытому облаками небу освещенность на горизонте можно принять в 3 раза меньшей, чем в зените, а в остальных точках «неба» она интерполируется между этими двумя значениями по формуле косинуса. Это положение остается международным стандартом для сравнения данных. В 1968 г. Индийский институт стандартов принял другую формулу для расчета освещенности чистого тропического неба, которая использовалась и в других тропических и субтропических странах. Для чистого неба следует учитывать прямой солнечный свет в дополнение к свету, отраженному небом, и для модели необходимо иметь искусственное солнце в дополнение к освещенной полусфере.

Подобно проблемам теплового комфорта, существует и проблема светового комфорта, хотя дискомфорт в отношении освещения исправить легче. Недостаточность освещения было важной проблемой до XX в., да и сейчас встречаются трудности, являющиеся следствием плохого проекта. Проблема слепящего света остается и при удовлетворительно решенной освещенности. Она может быть результатом действия как солнечного света, так и искусственного, причем эффект ослепления. не столько зависит от абсолютной силы источника света, сколько от контраста в свете в пределах поля зрения.

Источник материала: grensi.com

Категория: Архитектура
 
 
Нравится  
 
 
 
 
 
 
Комментариев нет
 
 
Оставьте комментарий
Имя*:      
Ваш e-mail*:     (не отображается)
Адрес веб-сайта:      
 
 
Имя:  
Цитата:  
    Закрыть
 
 
 
 
* - обязательные поля
 
 
Сайт продается, присылайте
свои предложения на
cloudinfo@ya.ru