"В темноте особенно удобно обделывать все тёмные дела", а нам же для светлых дел в тёмное время суток необходима хорошая видимость предметов. С приходом в нашу жизнь "лампочки Ильича" свечки, лучины, керосинки и прочие неэкологичные и непрактичные источники света совсем плохие стали. И представить себе современный дом, освещаемый свечками, как то нелепо и трудновато. Посмотрим, чем же может порадовать нас теперешняя промышленность и какие источники для освещения нашего жилища может предложить.
Для внутреннего и наружного освещения в основном используется три типа ламп:
- накаливания;
- люминесцентные;
- светодиодные.
Рассмотрим достоинства и недостатки каждого из этих них.
Лампы накаливания
Что это такое – наверное, знают все. Это про неё загадка: "Висит груша – нельзя скушать!", она же "лампочка Ильича". Хотя её изобрел то ли Эдисон, то ли Лодыгин. Что можно о ней сказать, в сравнении с некоторыми новыми источниками света? Электроэнергии “ест” много, светит мало, служит тоже мало (около 1000 часов).
Достоинством являются разве что дешевизна, непрерывный спектр, широкое распространение и надёжность как у автомата Калашникова: она одинаково хорошо светит при постоянном или переменном токе, при низкой или высокой температуре, может работать при заниженном напряжении. Кстати, со снижением напряжения значительно увеличивается срок службы
.
Этим можно воспользоватся для дежурного освещения нетребовательных мест – например, лестничных площадок. Можно включить последовательно две одинаковые лампочки, а можно включить через соответствующий полупроводниковый диод. В этом случае они могут прослужить до миллиона часов.
Люминесцентные источники света
Они представляют собой белую трубку (прямую или изогнутую) с электродами по краям. Люминсцентные, в отличие от ламп накаливания, – гораздо эффективнее. При одинаковой освещённости потребляют в пять раз меньше электричества, т.е. люминесцентная двадцативаттная, будет светить приблизительно как стоваттная лампа накаливания.
Излучение люминесцентных источников освещения гораздо ближе к естественному, кроме того, можно выбрать необходимый цветовой оттенок лампы по температуре свечения. Благодаря тому, что светится вся поверхность трубки, такие источники излучают рассеянный свет и не слепят глаза. Более длительный срок службы люминесцентных ламп освещения (2000 – 20000 часов) сильно зависит от качества балласта (читай производителя) и количества включений.
Также они выпускаются в компактном варианте с трубкой в виде спирали или змеевика и снабжаются цоколями E27 (большой цоколь) или E14 (маленький цоколь). Это позволяет использовать их в качестве источников освещения в большинстве бытовых светильников, просто заменив лампу накаливания на соответствующую компактную люминесцентную.
К недостаткам люминсцентных источников освещения можно отнести:
- мерцание, но с применением качественного электронного балласта этот недостаток снижается;
- несплошной спектр излучения;
- более высокая стоимость;
- необходимость утилизации, т.к. содержат ртуть.
Светодиодные лампы освещения
Источники света на основе сверхярких светодиодов просто кладезь преимуществ, за исключением одного основного существенного недостатка – высокой цены, которую производители настойчиво пытаются снизить. И снизят же, спустя какое то время! А хороши светодиодные лампы для домашнего освещения следующим:
- экономичность выше люминесцентных;
- долговечность (достигает 100 000 часов);
- безопасность использования;
- механическая прочность;
- отсутствие паров ртути;
- малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение;
- различные цветовые оттенки;
- сплошной спектр;
- не моргают (отсутствие стробоскопического эффекта).
Светодиодные матрицы и светильники на их основе являются наиболее перспективнымыми источниками искусственного света с точки зрения энергоэффективности и практического применения как для домашнего так и уличного освещения. Скорее всего, в будущем будут применяться именно светодиодные источники света.
| Пример источника света относящийся к первому классу. Лампа накаливания общего применения в прозрачной колбе |
| Пример источника света относящийся ко второму классу. Дуговая натриевая лампа в прозрачной колбе |
 |
| Пример источника света относящийся к третьему классу. Лампа смешанного типа в колбе покрытой люминофором |
 |
| Пример источника света относящийся к четвертому классу. Светодиодная лампа выполненная в форме лампы накаливания общего применения |
Классификация источников света
Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни использовалось искусственное освещение. Начало развития отрасли производства источников света было положено в 19 веке. Поводом для этого послужило изобретение дуговых ламп и ламп накаливания.
Тело, излучающее свет в результате преобразования энергии называется источником света. Почти все производимые в настоящее время типы источников света являются электрическими. Это значит, что для создания светового излучения в качестве первичной затрачиваемой энергии используют электрический ток. Источниками света считают приборы с излучением света не только в видимой части спектра (длинны волн 380 - 780 нм), но и ультрафиолетовой (10 - 380 нм) и инфракрасной (780 - 10 6 нм) областях спектра.
Различают следующие виды источников света: тепловые, люминесцентные и светодиодные.
Тепловые источники излучения являются самыми распространенными. Излучение в них появляется вследствие нагревания тела накала до темпер, при которых появляется не только тепловое излучение в инфракрасном спектре, но и наблюдается видимое излучение.
Люминесцентные источники излучения способны излучать свет не зависимо от того в каком состоянии находится их излучающее тело. Свечение в них возникает через преобразование различных видов энергии непосредственно в оптическое излучение.
На основании изложенных различий источники света делят на четыре класса.
Тепловые
Сюда относят всевозможные , включая галогенные, а также электрические инфракрасные нагреватели и угольные дуги.
Люминесцентные
К ним относят следующие виды электрических ламп: дуговые , различные лампы тлеющего разряда, низкого давления, лампы дугового, импульсного и высокочастотного разряда, в том числе и те, в которые добавлены пары металлов или на колбу которых нанесено люминофорное покрытие.
Смешанного излучения
Такие виды ламп освещения одновременно используются тепловое и люминесцентное излучение. Примером могут служить дуги высокой интенсивности.
Светодиодные
К светодиодным источникам света относят все типы ламп и световых приборов с использованием светоизлучающих диодов.Кроме того, существуют другие признаки по которым производится классификация ламп (по области применения, конструктивно-технологическим признакам и тому подобные).
Основные параметры источников света
Световые, электрические и эксплуатационные свойства электрических источников света характеризуют рядом параметров. Сравнение параметров нескольких источников света, для их использования в той или иной области применения, позволяет остановиться на наиболее подходящем из них. Сопоставляя параметры отдельных экземпляров одного и того же источника света, обращая внимание на место и время изготовления, можно судить о качестве и технологическом уровне их производства.
Перечислим основные электрические характеристики ламп и в целом всех источников света:
Номинальное напряжение - напряжение, при котором лампа работает в наиболее экономичном режиме и на которое она рассчитывалась для ее нормальной эксплуатации. Для лампы накаливания номинальное напряжение равно напряжению питающей электрической сети. Обозначается такое напряжение U л.н и измеряется в вольтах. Газоразрядные лампы такого параметра не имеют, так как напряжение разрядного промежутка определяется характеристиками примененного для ее стабилизации пускорегулирующего аппарата (ПРА).
Номинальная мощность P л.н - расчетная величина характеризующая мощность потребляемую лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп, в цепь которых включают пускорегулирующие аппараты, номинальная мощность считается основным параметром. Основываясь на ее значении, путем экспериментов, определяются остальные электрические параметры ламп. Нужно учесть, что для определения мощности потребляемой из сети нужно сложить мощности лампы и пускорегулирующего аппарата.
Номинальный ток лампы I л.н - ток потребляемый лампой при номинальном напряжении и номинальной мощности.
Род тока - переменный или постоянный. Данный параметр нормируется только для газоразрядных ламп. Он влияет на другие параметры (кроме указанных ранее), которые изменяются с изменением рода тока, причем это относится к лампам, работающим только на постоянном или только на переменном токе.
Основными световыми параметрами источников света являются:
Световой поток , излучаемый лампой. Для измерения светового потока лампы накаливания ее включают на номинальное напряжение. У газоразрядных ламп измерение производят когда она работает на номинальной мощности. Световой поток обозначается буквой Ф (латинская фи). Единицей измерения светового потока является люмен (лм).
Сила света. Для некоторых видов вместо светового потока используются параметры средняя сферическая сила света или яркость тела накала. Для таких ламп они являются основными светотехническими параметрами. Используемые обозначения для силы света I v , I v Θ , для яркости - L , их единицы измерения - соответственно кандела (кд) и кандела на квадратный метр (кд/м 2).
Световая отдача лампы , это отношение светового потока лампы к ее мощности
Единица световой отдачи - единица измерения параметра люмен на ватт (Лм/Вт). С помощью этого параметра можно оценить эффективность применения источников света в осветительных установках. Однако в качестве характеристики облучательных ламп используют другой параметр - величину отдачи потока излучения.
Стабильность светового потока - процентное отношение величины снижения светового потока в конце срока службы лампы к первоначальному световому потоку.
К эксплуатационным параметрам источников света относят параметры, характеризующие эффективность источника в определенных эксплуатационных условиях:
Полный срок службы τ полн - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до полного отказа (перегорание лампы накаливания, отказ в зажигании для большинства газоразрядных ламп).
Полезный срок службы τ п - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до снижения светового потока до уровня, при котором дальнейшая его эксплуатация становится экономически невыгодной.
Средний срок службы τ - основной эксплуатационный параметр лампы. Он представляет собой среднеарифметическое полных сроков службы групп ламп (не менее десяти) при условии, что среднее значение светового потока ламп группы к моменту достижения среднего срока службы осталось в пределах полезного срока службы, то есть при заданной стабильности светового потока. Это параметр особенно важен для ламп накаливания, так как увеличение их световой отдачи при прочих равных условиях приводит к сокращению срока службы. Так как экспериментальное определение срока службы приводит к выходу из строя испытуемых ламп, этот параметр определяется на определенном числе ламп с заданной степенью вероятности, рассчитываемой по законам математической статистики.
Динамическая долговечность - параметр, характеризующий срок службы ламп накаливания в условиях вибрации и тряски. Лампы с требуемой динамической долговечностью должны выдерживать определенное число циклов испытаний в установленном диапазоне частот.
Для уточнения работоспособности ламп кроме понятия среднего срока службы используют понятие гарантийного срока службы, определяющего минимальное время горения всех ламп в партии. Этому понятию иногда придают коммерческий смысл, считая гарантийный срок службы временем, в течение которого должна гореть любая лампа.
Сравнительно ограниченная продолжительность горения источников света, особенно ламп накаливания, устанавливает требование к их взаимозаменяемости, что может быть осуществлено только при повторяемости параметров отдельных ламп.
Для обеспечения экономичности осветительной установки важны как начальный световой поток лампы, так и зависимость его спада от времени эксплуатации. С увеличением длительности эксплуатации осветительной установки снижается роль капитальных затрат в стоимости световой энергии. Отсюда следует, что осветительные установки с малым числом часов горения в год целесообразно выполнять, используя более дешевые лампы накаливания и, наоборот, в промышленных осветительных установках, где продолжительность горения составляет 3000 часов и более, рационально использовать более дорогие, чем лампы накаливания, газоразрядные источники света с высокой световой отдачей. Стоимость единицы световой энергии определяется также тарифом на электроэнергию. При низких тарифах оправдано применение в осветительных установках ламп с относительно низкой световой отдачей и повышенным сроком службы.
Люминесцентными называют источники, свечение которых основано на явлении люминесценции.Люминесценцией
называют спонтанное излучение, избыточное над тепловым, если его длительность значительно превышает период колебания электромагнитной волны соответствующего излучения. Люминесценция наблюдается в газообразных, жидких и твёрдых телах.
К люминесцентным и источникам смешанного излучения можно отнести все газоразрядные
лампы. Классификация газоразрядных ламп возможна по физическим, конструктивным признакам, эксплуатационным свойствам и областям применения. По физическим признакам, которые определяют важнейшие свойства газоразрядных ламп: такие как спектр и цветность излучения, яркость, градиент потенциала, энергетический КПД. Для них определяющими факторами являются состав газовой среды (рабочее вещество), парциальное давление компонентов газовой смеси и ток. Вместе с видом разряда, используемой областью свечения и размерами газового промежутка, они определяют мощность и напряжение, габариты и конструкцию газоразрядной лампы и её узлов, их тепловой режим, выбор материалов и связанные с этим особенности эксплуатации и области применения.
По виду разряда газоразрядные лампы делятся на дуговой, тлеющий и импульсный.По составу газов или паров, в которых происходит разряд, делятся на лампы с разрядом:1) в газах;2) в парах металлов;3) в парах металлов и их соединений.
По рабочему давлению газоразрядные лампы делятся на:
1) лампы низкого давления примерно от 0, 1 до 104
Па (до 0,1 атм).2) лампы высокого давления от 3*104 до 106 Па. (от 0,3 атм до 10 атм).3) лампы сверхвысокого давления более 106
Па. (более 10 атм).
По области свечения лампы:
1) со столбом;2)тлеющего свечения.
В зависимости от того, что является основным источником излучения,
газоразрядные лампы делятся на:
1) газо- или паросветные, в которых излучение вызвано возбуждением атомов, молекул или рекомбинацией ионов.2) фотолюминесцентные (называемые для краткости просто люминесцентные), в которых излучение создают люминофоры, возбуждаемые излучением разряда.3) электродосветные, в которых излучение создаётся электродами, раскалёнными в газе до высокой температуры. У большинства ламп 2 и 3 типа к основному виду излучения примешивается излучение разряда, таким образом, они являются по существу, источниками смешанного излучения.По форме колбы газоразрядные лампы со столбом подразделяются на:1) трубчатые или линейные, у которых расстояние между электродами в 2 и более раз превышает внутренний диаметр трубки;2) капиллярные трубках с внутренним диаметром менее 4мм.;3) шаровые с расстоянием между электродами меньшим или равным внутреннему диаметру колбы (колбы этих ламп часто имеют форму шара или близкую к ней, откуда они и получили своё название, их также называют газоразрядные лампы с короткой или средней дугой.
Люминесцентные лампы, представленные в компактном и обычном варианте исполнения, считаются энергосберегающими источниками света.
Эти источники света обладают великолепными светотехническими показателями; не без оснований принято считать, что их мощность соответствует пятикратно увеличенной мощности лампы накаливания.
Не углубляясь в технические детали можно сказать, что работа ламп этого типа строится на преобразовании ультрафиолета в видимый свет посредством использования покрытия из люминофора.
Для люминесцентных источников света свойственно обладание несколькими достоинствами.
1. Отличная светоотдача и высокий КПД.
2. Многообразие световых оттенков.
3. Равномерное рассеивание света.
4. Длительный период эксплуатации.
5. с электронным ПРА обладают способностью регулирования яркости освещения.
К недостаткам можно отнести следующие свойства.
1. Наличие значительного количества ртути.
2. Спектр света способен вызвать неприятное зрительное восприятие, заключаемое в световом искажении предметов.
3. В процессе работы, по истечении времени происходит деградация люминофора, соответственно потеря светоотдачи и снижение КПД.
4. Для пуска осветительных устройств с люминесцентными лампами необходим балласт - дроссель, который отличается довольно высоким уровнем шума в работе. Использование-же электронных ПРА для запуска в работу стоит значительно дороже электромагнитных аналогов.
Применяя для пуска дорогостоящие электронные ПРА, производитель избавил осветительное устройство от раздражающего зрение мерцания ламп и увеличил значение коэффициента мощности ламп.
Маркировка люминесцентных ламп
Рабочие параметры люминесцентных ламп зависят от световых показателей, ниже приведена их маркировка относительно световых свойств:
ЛБ – белое свечение напряжением 220 В с величиной светового потока 2020 Лм для ламп ЛБ30;
ЛД – дневное освещение. При напряжении 220 В, ЛД30 обладают световым потоком 1650 Лм;
ЛЕ – освещение, приближенное по своим свойствам к естественному свету;
ЛХБ – белое холодное излучение;
ЛТБ – лампы, излучающие теплое белое освещение.
Для определенных помещений в квартире рекомендуется использовать определенные лампы, обеспечивающие комфортное восприятие освещения. Так например, для жилых помещений целесообразно использовать лампы с высокой цветопередачей ЦЦ, или повышенной цветопередачей – Ц.
Существуют источники света с цветным световым спектром, например – ультрафиолетовый – ЛУФ, или рефлекторные источники света с синим цветовым оттенком – ЛСР.
Оптимальная светоотдача достигается в случае использования продолговатых прямых ламп Т5, приемлемый показатель светоотдачи достигается за счет использования ламп диаметром равным 16 мм.
Люминесцентные лампы с высокой эффективностью ЛБЦТ маркируемые как: 13В; 21В; 28В; 35В обладают световой отдачей от 100 до 104 лм/Вт, цветовой температурой 3500 К и общим индексом цветопередачи – 80. Сохранение стабильности световой интенсивности высокоэффективных ламп в течение 10000 часов в размере 95%.
Благодаря применению в светильниках новой оптической системы и использования в качестве рассеивателя параболической решетки с зеркальным отражателем, где применяется анодированный алюминий, светильник убирает эффект ослепления.
Период эксплуатации подобных источников света составляет до 24000 часов. В сравнении с инновационными светодиодными источниками света, новые люминесцентные лампы значительно выигрывают по стоимости и очень незначительно уступают по светотехническим характеристикам.
В общественных зданиях, школах, детских садиках, офисах, люминесцентный источник освещения является оптимальным видом. Люминесцентные лампы освещения (далее Л.Л.) относятся к ГРЛНД (к газоразрядным лампам низкого давления). По светотехническим характеристикам они превосходит обыкновенные, как по световому потоку (в 2 – 3 раза), так и по продолжительности горения (в 8 – 10 раз).
Светотехнические характеристики люминесцентной лампы
Принцип работы люминесцентного источника освещения
Внутри трубчатой стеклянной колбы расположено два электрода. В объем самой колбы вводят инертные газы и разряженные пары ртути. Во время подключения к электрической сети между спиральными электродами образуется электрический разряд. Проходящий между электродами ток, так же проходит через газовую смесь и пары ртути, тем самым создает УФ (ультрафиолетовое излучение). Оно не видно человеческому глазу. По этой причине на внутреннюю часть стеклянной поверхности наносят люминофор. Он поглощает УФ и преобразует его в видимое человеческому глазу световое излучение при помощи эффекта люминесценции.
Включение ЛЛ
Как ДРЛ и ДНаТ, люминесцентные лампы освещения не могут быть подключены к сети напрямую, а только через пускорегулирующую аппаратуру (ПРА). Всего два вида ПРА, ЭмПРА и ЭПРА, электромагнитная и электронная ПРА соответственно.
Принцип включения люминесцентной лампы с ЭмПРА
В данной схеме включения используют стартер, который подключен параллельно люминесцентной лампе освещения. Внутри его стоит два электрода, один из которых неподвижный, а второй из биметаллической пластины, она изгибается в зависимости от проходящего через нее тока. Когда светильник не включен в электрическую сеть, электроды разомкнуты. При подключении к сети подается напряжение, как на лампу, так и на стартер. Этого напряжения не хватает для того, что бы возник разряд между электродами Л.Л , но его достаточно для возникновения тлеющего разряда в стартере. Когда разряд проходит через биметаллический электрод, то он изгибается, и контакты замыкаются. Электрический ток течет через электроды лампы и соответственно подогревает их. В то же время электроды стартера остывают, так как номинальный ток, который проходит через их не создает тепло. В итоге размыкаются, и возникает скачек напряжения, которого хватает для образования электрического разряда в люминесцентной лампе освещения.
Принцип работы ЭПРА
В данном случае в схеме отсутствует стартер. ЭПРА подогревает электроды лампы переменным напряжением повышенной частоты.
Основные преимущества и недостатки люминесцентных ламп освещения
- Мощность светового потока значительно больше, чем у ламп накаливания (Л.Н.)
- Цветовая гамма светового излучения имеет широкую линейку
- Время горения часов в год (в среднем 7 000 – 10 000) на порядок больше чем у Л.Н.
К недостаткам стоит отнести:
- В случае разгерметизации трубки Л.Л. (разбилась), они являются экологически опасными, так как внутри их пары ртути
- Износ со временем люминофора, что приводит к изменению цветовой гаммы
- Мерцание Л.Л. с частотой 100 Гц. По этой причине возникает стробоскопический эффект. При нем возникает ложное впечатление, что двигающиеся части могут показаться одним предметом.
- Громоздкость светильника, так как для работы необходимо ПРА
Маркировка люминесцентной лампы
Лампы, которые комплектуют отечественные светильники, маркируются следующим образом. На первом месте стоит буква «Л», что естественно обозначает люминесцентная. На втором и третьем месте вид света, к примеру, ЛБ (белого оттенка света) и так далее ЛД, ЛХБ, ЛТБ (дневного, холодно белого, тепло белого). Если в конце маркировки стоит буква «Ц » или несколько «ЦЦ », это означает. Что на внутренней стороне Л.Л. нанесен люминофор «де-люкс» и «супер де-люкс» соответственно.
Благодаря тому, что у Л.Л. широкие спектральные характеристики, они применяются в различных производственных процессах и специальных помещениях. Это зависит от температуры освещения.
- Для офисов, административных помещений, школ, магазинов применяют люминесцентный источник освещения схожий с дневным светом (температура 6 300 – 6 600 К ).
- При температуре 5 500 – 6 600 К спектральный диапазон света наиболее подходит для формирования фотобиологических процессов и это делает данный источник света оптимальным естественности фона. И по этой же причине они применяются для подсветки в аквариумах, что бы придать естественный фон кораллов и их обитателей.
- При окрашивании трубки или применении разных цветов люминофора вид света делают зеленым, желтым и так далее.
Кроме этого, люминесцентные лампы используют в текстильной, пищевой промышленности, ими пользуются криминалисты и на почте.
Необходимо отметить, так как в трубке находятся пары ртути, то к эксплуатации и хранению предъявляются определенные требования.
