Размеры и эффективность

Для того чтобы получить максимальный эффект от электрического разряда, во внутреннем пространстве колбы должна поддерживаться определенная температура. В этом случае ультрафиолетовое излучение ртутных паров будет наибольшим. Данный параметр напрямую связан с диаметром колбы. Дело в том, что плотность тока во всех лампах должна быть примерно одинаковой. Этот показатель определяется путем деления величины тока на площадь сечения стеклянного цилиндра.

В связи с этим, лампы с колбами одинакового диаметра, но с различной мощностью, способны работать при одном и том же номинальном токе. Между падением напряжения и длиной цилиндра существует прямая пропорциональная зависимость, определяющая класс энергоэффективности. То есть, чем длинее лампа, тем выше ее мощность, что наглядно отражено на рисунке. При диаметре Т5 и 13 т длина составит 52 см, 21 ватт – 85 см, 28 ватт – 115 см. Диаметр Т8 и мощность 15 ватт соответствуют длине 44 см.

Большие размеры люминесцентных ламп изначально делали их не совсем удобными в использовании, поскольку им требовались и светильники с аналогичными габаритами. Производители всегда хотели уменьшить это соотношение, используя различные способы. Однако нельзя было просто снизить длину колбы и увеличить ток разряда, чтобы достичь установленной мощности. Это привело бы к возрастанию температуры внутри колбы и увеличению давления ртутных паров. При таких параметрах световая отдача ламп заметно снижается.

Инженерная мысль пошла другим путем, и размеры изделий были снижены путем изменения их конфигурации. Длинные цилиндры сгибались пополам или соединялись в кольцо, что позволило получить источники света U-образной и кольцевой формы с уменьшенными габаритами без потерь мощности. Одновременно удалось повысить коэффициент мощности и снизить коэффициент пульсации.

Окончательно проблема разрешилась лишь с появлением люминофоров, устойчивых к высоким электрическим нагрузкам. В результате, диаметр колб значительно снизился и достиг 12 мм. Общая длина ламп еще больше сократилась за счет многократных изгибов тонких стеклянных цилиндров. Появились компактные изделия, с таким же внутренним устройством и принципом работы, как у обычных ламп линейного типа.

Виды

Как таковой разновидности светодиодных ламп не существует, чего нельзя сказать про галогенные лампы. Обычно их могут различать по типу цоколя, рабочему питанию и цвету свечения.

О цоколях мы уже говорили выше, рассматривая технические характеристики.

Обращаем Ваше внимание на то, что выучить все типы цоколей довольно сложно электрику-новичку, тем более, что делать это совсем необязательно. Если нужно будет купить новую светодиодную лампочку лучше всего взять в магазин старую и показать продавцу

Что касается рабочего питания, то лампы могут работать от 4, 12 и 220 В. Первая группа используется в декоративной подсветке объектов, последние две могут применяться в качестве общего освещения.

Цветовое свечение светодиодных ламп может быть различным: теплый свет, холодный, дневной и т.д (отличие показано на фото ниже).

Разновидности

На сегодняшний день существует широкий ассортимент лампочек, которые разделяются по следующим признакам:

• форма колбы (шарообразная, цилиндрическая, трубчатая, шароконическая и т.д.);
• покрытие колбы (прозрачное, зеркальное, матовое);
• назначение (общее, местное, кварцевогалогенные);
• наполнитель колбы (вакуум, аргон, ксенон, криптон, галоген и т.д.).

Рассмотрим фото и характеристики наиболее популярных видов ламп накаливания.

Прозрачные наиболее распространенный вариант. Такие изделия самые дешевые и наименее эффективные, т.к. световой поток рассеивается неравномерно. Недостаток прозрачных колб в том, что свет «бьет» по глазам. Зеркальные колбы более эффективные, т.к. покрытие создает направленный световой поток. Такие изделия пользуются популярностью при освещении витрин и торговых залов. Матовые делают освещение более мягким и рассеянным, благодаря чему создаются благоприятные условия для работы и отдыха при включенном свете. Изделия местного освещения работают при напряжении 12-24-38 Вольт, что необходимо для создания безопасных условий труда. Такие источники света могут применяться для освещения смотровой ямы при монтаже электропроводки в гараже.

Эксплуатационные параметры

К основным геометрическим параметрам ламп накаливания относят те размеры, которые влияют на возможность их применения в тех или иных светильниках или установках. Основными из этих параметров для всех без исключения ламп накаливания являются их габаритные размеры (рисунок 1): наибольший диаметр колбы d_к, измеряемый в плоскости, перпендикулярной оси лампы, полная длина лампы l, измеряемая, как правило, в направлении оси лампы, и тип цоколя. Важным геометрическим размером лампы накаливания является высота светового центра h, относительно которого дается кривая силы света лампы. Эта точка совпадает с центром тяжести тела накала, полученным геометрическим построением. Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эту деталь называют фиксирующим элементом цоколя.

Рисунок 1. Основные размеры лампы накаливания

Для ламп с фокусирующим цоколем дополнительными геометрическим параметрами являются размеры и допуски, определяющие положение светового центра относительно цоколя и его фокусирующих элементов.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, в которых большое значение имеет габаритная яркость тела накала, дополнительно задают размеры тела накала, в том числе длину светящейся нити, диаметр моноспирали (или биспирали), площадь, заполненную светящейся частью тела накала, и тому подобные.

Важными эксплуатационными параметрами ламп накаливания, так же как и других источников света, являются их средний срок службы τ, полный срок службы τ_полн, определяемый временем горения лампы до ее отказа, и полезный срок τ_п, определяемый временем горения до уменьшения светового потока в заданном пределе. Практическое равенство τ_полн = τ_п = τ означает оптимальное конструирование отдельных частей лампы, исключающее лишний запас по надежности отдельных частей и деталей, в основном тела накала, и стабильную  технологию производства. Проверка совпадения значений τ_п и τ_полн достигается тем, что при испытании ламп на средний срок службы производят измерение конечного светового потока ламп, оставшихся целыми к моменту достижения срока, равного нормированной средней продолжительности горения.

К эксплуатационным параметрам ламп относится и минимальный допустимый световой поток, ниже которого эксплуатация ламп накаливания становится неэкономичной. Для современных ламп накаливания конечный световой поток составляет 85 – 90% начального.

В качестве примера нормирования параметров ламп накаливания в таблице 1 приведены регламентированные ГОСТ 2239-79 параметры ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением.

Таблица 1

Параметры некоторых осветительных ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением по ГОСТ 2239-79.

Для ламп накаливания, применяемых для освещения транспортных средств, нормируемым эксплуатационным параметром является также динамический срок службы.

К эксплуатационным параметрам любых ламп накаливания относят характеристику климатических условий, в пределах которых обеспечиваются все перечисленные параметры. Климатические условия эксплуатации характеризуются: интервалом температур внешней среды, в пределах которого должна сохраняться работоспособность лампы; интервалом влажности, точнее, верхним пределом влажности среды; интервалом изменения давления окружающей среды.

Для изделий нормального исполнения, предназначенных для эксплуатации на всей территории страны, обычно принимают следующие значения перечисленных выше параметров: интервал температур от – 60 до + 50 °С; относительная влажность не выше 98% при 20 °С и давление не ниже 0,75 × 105 Па (верхний предел не оговаривается с учетом того, что давление выше максимально возможного атмосферного быть не может).

Виды ламп дневного света

Все стандартные люминесцентные лампы разделяются на два основных типа – высокого и низкого давления, определивших различия и особенности конструкции каждого из них. Описание каждой из них приложено в инструкции по эксплуатации.

Первый вариант представлен лампами ДРЛ, получившими широкое распространение в уличных светильниках. Они отличаются высокой мощностью и низкой цветопередачей, поэтому и применяются на больших площадях, где не требуется высокое качество света. Существуют изделия с повышенной светоотдачей и различной цветовой гаммой. Они используются в качестве мощных точечных источников света и декоративной подсветки, выделяющей архитектурные элементы зданий.

Более всего оказалась востребована люминесцентная лампа низкого давления, которая используется повсеместно – в быту и на производстве. Преимущественно, это изделия цилиндрической формы, успешно заменяющие традиционные лампы накаливания. В настоящее время рынок электроники все больше заполняется компактными люминесцентными лампами. Независимо от конструкции, все они работают вместе со пускорегулирующей аппаратурой электромагнитного или электронного типа, снижающей коэффициент пульсации. Последний вариант представляет собой миниатюрную электронную схему, способную разместиться в цоколе лампы.

Светодиодные лампы

Достоинства:

1. Световая отдача светодиодных систем уличного освещения с резонансным источником питания достигает 110 люменов на ватт, что сравнимо с отдачей натриевых газоразрядных ламп — 160 люмен на ватт.

2. Средний срок службы светодиодных систем освещения может быть доведён до 50 тысяч часов, что в 50-200 раз больше по сравнению с массовыми лампами накаливания и в 4-16 раз больше, чем у большинства люминесцентных ламп.

3. Возможность получать различные спектральные характеристики без применения светофильтров (как в случае ламп накаливания).

4. Безопасность использования.

5. Малые размеры.

6. Высокая прочность.

7. Отсутствие ртутных паров (в отличие от газоразрядных люминесцентных ламп и других приборов), что исключает отравление ртутью при переработке и при эксплуатации.

8. Малое ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

9. Незначительное тепловыделение (для маломощных устройств).

10. Устойчивость к вандализму.

Недостатки:

1. Основной недостаток — высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50-100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания.

2. Напряжение питания светодиода значительно меньше напряжения питания обычных ламп накаливания. Поэтому светодиоды соединяют последовательно или используют преобразователи напряжения.

3. Для питания одиночного светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно.

4. Высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы.

5. Спектр отличается от солнечного. Вместе с тем, этот недостаток по сравнению с люминесцентными лампами менее значителен, так как благодаря особенностям человеческого восприятия и при правильно подобранных люминофорах это незаметно.

Светильники со светодиодными лампами.

Все типы светильников можно разделить на три группы:

1. Светодиодные светильники для улиц, парков, дорог, для архитектурного освещения. Выполняются в защищенном от влаги и пыли корпусе, кроме того, корпус обычно выполняет роль теплоотвода и изготавливается из хорошо проводящих тепло материалов.

2. Светильники для производственных целей, ЖКХ и офисов. К изделиям предъявляются повышенные требования к качеству освещения, в том числе к стабильности и цветопередаче, условиям эксплуатации.

3. Светильники для бытовых нужд обычно выпускаются невысокой мощности, но должны удовлетворять многочисленным требованиям к качеству освещения, электробезопасности, пожароопасности и, в немалой степени, — к внешнему виду. Зачастую бытовые светильники имеют сменные лампы.

Кроме указанных применений, светодиодные светильники хорошо подходят для освещения музеев и раритетов, поскольку спектр лампы не содержит ультрафиолетовой составляющей.

ЛАМПЫ ДЛЯ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЯ

По типу источника света система искусственного электрического освещения делится на следующие виды:

Лампа накаливания (ЛОН).

Одна из первых и наиболее массово выпускаемых лампочек. Свет образуется в результате прохождение электричества через вольфрамовую проволоку с ее последующим накаливанием. В свет превращается не более 5% электроэнергии остальные тратятся на выработку тепла. Излучает жёлтый свет, срок службы редко превышает 1000 часов. Популярна из-за своей доступной стоимости;

Металлогалогенная лампа (МГЛ).

Является газоразрядной лампой высокого давления. Свет вырабатывают ионы в газовых галогенидах некоторых металлов. Для работы необходимо импульсно зажигающее устройство (ИЗУ) и дроссель (балласт). Срок службы около 15 тыс. часов. Эффективность претворения электроэнергии в свет выше на 20-25% чем у ламп накаливания.

Из недостатков следует отметить высокую стоимость и длительное время разгорания (30 сек. — 3 мин). Кроме того их невозможно включить повторно пока лампа не остынет.

Ртутные галогенные лампы (ДРЛ).

Свет вырабатывается электрическим разрядом в парах ртути. Технически полностью аналогичны металл галогеновым лампам. Срок службы до 10 тыс. часов, светоотдача до 55 лм/Вт. Имеется чувствительность к низким температурам и длительное время разгорание, которое может достигать 10 мин.

Одной из разновидностей ДРЛ являются ртутно вольфрамовые лампы (ДРВ) в их колбе кроме паров ртути имеется и вольфрамовая нить. Такие лампы могут использоваться без балласта и ИЗУ, но имеют гораздо меньший срок службы — до 4000 часов, а также низкая эффективность светоотдачи до 30 лм/Вт.

Натриевые лампы (ДНАТ).

Также относятся к классу газоразрядных ламп, свечение образуется в парах натрия. Излучают желто-оранжевый свет, из-за этого, несмотря на высокую эффективность, светоотдачи (150 лм/Вт), имеют ограниченную сферу применения. Экономичны, срок службы достигает 30 тыс. часов.

Для полного запуска необходимо до 7 мин. Часто используются в отраслях, где необходимо круглосуточное освещение, к примеру, в теплицах.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) (энергосберегающие лампы дневного света).

Как правило имеют спиралеобразный излучающий элемент на пластиковой основе, где расположен дроссель и ИЗУ, который заканчивается стандартными цоколями Е14/27/40.

Светодиодные лампы (LED).

Являются наиболее экономичными из всех существующих ныне. Срок службы составляет около 30 тыс. часов, а энергопотребление по сравнению с классическими лампами накаливания ниже в 10 раз. Они не содержат ртуть и выпускаются практически во всех цветовых вариациях. Единственным недостатком является довольно высокая цена устройств.

Спектр излучения

Спектр излучения — так называется цвет свечения лампы. В зависимости от типа ламп он может быть теплым, естественным или холодным. Цвет определяется цветовой температурой, которая измеряется по шкале Кельвина. Чем выше показатель, тем холоднее излучение. Так, теплый белый цвет обладает температурой 2700 К (близок к излучению лампы накаливания), дневной цвет — 4200 К, холодный белый — 6000 — 6400 К (в зависимости от типа ламп). У энергосберегающих ламп свечение может быть холодным белым, нейтральным (естественным дневным), теплым белым. Цвет излучения указывается на упаковке. Галогенные лампы излучают преимущественно теплый или естественный дневной свет. Несмотря на то что светодиодные лампы могут быть разных цветов, белые лампы также разделяют на те, которые излучают теплый, нейтральный и холодный белый свет.

Галогенные лампы

Галогенные лампы

Еще несколько десятилетий назад этот вид лампочек был популярен, хоть и уступал лампочкам Ильича. Но в последнее время люди стали отказываться от галогенных ламп в пользу современных вариантов. Раньше их использовали, чтобы создать встроенное освещение, но теперь есть варианты получше. Галогенные лампы встречаются крайне редко и, в основном, на люстрах или настенных бра.

Преимущества галогенных ламп:

• Если сравнивать с лампами накаливания, то галогенные имеют более долгий срок службы, потому что их световой поток строится иначе. Он носит стабильный характер.
• Также галогенные лампочки куда меньше в размере, но имеют куда большую термостойкость, да и прочность тоже. К
• Еще один плюс – лампочки этого вида очень мощные, но при этом их расход энергии не такой большой, как у тех же ламп накаливания.

Недостатки галогенных ламп:

• Их не так просто подключить, потребуется трансформатор. Конечно, в бра, которые крепятся на стену он встроен автоматически. Но если вы хотите создать подобие точечного освещения, то трансформатор придется точно приобретать и устанавливать его своим руками.
• Так как качество у встроенных трансформаторов, мягко говоря, хромает, то весь этот процесс может вылиться в проблему с серьезной развязкой. Как минимум, если трансформатор сломается и его придется менять, то сделать это будет сложно, так как он спрятан за потолком или стенкой.

Расчёт освещения

Расчёт естественного освещения

Расчёт естественного освещения при боковом освещении сводится к определению суммарной площади окон. (4.10)

где S_П – площадь пола, м2; e_Н – нормированное значение КЕО, %; η – световая характеристика окон; K_ЗД – коэффициент, учитывающий затенение окон соседними зданиями; τ – общий коэффициент светопропускания оконного проёма с учётом затенения; r₁ – коэффициент учитывающий отражение света от внутренних поверхностей помещения.

При боковом освещении общий коэффициент светопропускания определяется по формуле (4.11):

где τ₁ – коэффициент светопропускания материала; τ₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплётах светового проёма; τ₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях; τ₄ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах.

Для определения коэффициента r₁ необходимо рассчитать средневзвешенный коэффициент отражения стен, потолка и пола по формуле (4.12):

где ρ_СТ, ρ_ПТ, ρ_П – коэффициенты отражения стен, потолка и пола соответственно, S_СТ, S_ПТ, S_П – площади стен, потолка и пола соответственно, м2.

Коэффициент K_ЗД выбирается из таблиц в зависимости от отношения расстояния (L_ЗД) между соседними зданиями к высоте (H_ЗД) расположения карниза противостоящего здания над подоконником рассматриваемого окна:

При проектировании естественного освещения кроме требуемой площади окон также следует учитывать, что согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» в жилых зданиях коэффициент остекленности фасада должен быть не более 18 % , а в общественных — не более 25 %.

Расчёт искусственного освещения

Задачей расчёта искусственного освещения является определение требуемой мощности электрической осветительной установки для создания в помещении заданной освещённости.

При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные вопросы:

1) выбрать тип источника света – рекомендуются газоразрядные лампы, за исключением мест, где температура воздуха может быть менее +5°С и напряжение в сети падать ниже 90% номинального, а также местного освещения (в этих случаях применяются лампы накаливания);

2) определить систему освещения (общая локализованная или равномерная, комбинированная);

3) распределить светильники и определить их количество (светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно);

4) выбрать тип светильников с учётом характеристик светораспределения, условий среды;

5) определить норму освещённости на рабочем месте.

Для расчёта общего искусственного освещения используются в основном 3 метода: метод светового потока, точечный метод и метод удельной мощности.

Точечный метод расчёта позволяет определить световой поток ламп, необходимый для создания заданной освещённости в любой точке произвольно расположенной плоскости при любом расположении светильников, если отражённый от стен и потолка световой поток не имеет большого значения.

Этот метод используют при расчёте:

1) общего локализованного освещения, которое наиболее целесообразно в цехах с крупногабаритным оборудованием – сборочных, прессовых, прокатных и т.д.;

2) местного освещения;

3) освещённости негоризонтальных поверхностей;

4) наружного освещения.

Сущность метода состоит в том, что требуемый световой поток осветительной установки определяют исходя из условий, что в любой точке освещаемой поверхности освещённость должна быть не меньше нормативной.

Каждый источник света можно считать как точечный.

Рис. 4.5. Падение света от точечного источника: a — угол между направлением силы света и нормали к поверхности

Освещённость в точке определяется по формуле:

где I_α – сила света в направлении от источника на данную точку рабочей поверхности, кд; r – расстояние от светильника до расчётной точки, м; α – угол падения световых лучей, т.е. угол между лучом и перпендикуляром к освещаемой поверхности.

Для практического использования в формулу подставляют коэффициент запаса k и значение r:

, (4.14)

откуда

. (4.15)

Данные о распределении силы света приводятся в светотехнических справочниках. При необходимости расчёта освещённости в точке, создаваемой несколькими светильниками, подсчитывают освещённость от каждого из них, а затем полученные значения складывают.

Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным, поэтому его применяют только при ориентировочных расчётах. Этот метод позволяет определить мощность каждой лампы Р_Л, Вт, для создания в помещении нормируемой освещённости:

, (4.16)

где ρ – удельная мощность, Вт/м2 (принимается из справочника для помещений данной отрасли); S – площадь помещения, м2; n – число ламп в осветительной установке.

Особенности галогенных ламп

Данный тип осветительных приборов очень похож на лампы накаливания и почти ничем не отличается от них. Иногда встречаются конструктивные особенности, но принцип работы у них один и тот же. Основным отличием является наличие в баллоне газового состава.

Помимо инертного газа в вакуумную колбу добавляется фтор, хлор, бром или йод. Это дает возможность повысить температуру нити накаливания и одновременно уменьшить испарение вольфрама. В результате, происходит существенное повышение температуры нагрева стекла, поэтому для его изготовления используется кварцевый материал. На кварцевое стекло наносится специальное покрытие, препятствующее ультрафиолетовому излучению. Галогенным лампочкам противопоказаны загрязнения колбы, в противном случае они очень быстро перегорают. Нельзя касаться баллона незащищенной рукой.

К основным преимуществам галогенных ламп можно отнести стабильный свет и повышенную яркость, а также улучшенную цветопередачу. Комбинация химических элементов позволяет добиться различных оттенков излучаемого света. Эти лампочки обладают компактными размерами и увеличенным сроком эксплуатации.

Типы и конструкции галогенных ламп:

• Линейные, со спиральной нитью накаливания. Кварцевая трубка прозрачная. Они отличаются двухцокольной конструкцией, повышенной прочностью держателей нити и применяются для освещения поверхностей. Наибольшим спросом пользуются лампы, мощностью до 500 Вт.
• Капсульные светильники, отличающиеся наиболее компактными размерами. Они не нуждаются в защитном стекле и внешних отражателях, уже напыленных на заднюю стенку. Используются в качестве освещения рекламы и торговой подсветки.
• Лампочки с низким напряжением и алюминиевым отражателем. Применяются для общего освещения и декора подвесных потолков.
• Лампы, в конструкцию которых входит параболический стеклянный отражатель, покрытый слоем алюминия. Лицевая сторона поверхности стекла слегка рифленая, за счет чего создается немного искрящий свет. При наружном использовании требуется защита от влаги.

Обычные галогеновые лампы работают непосредственно от электрической сети. Они оборудованы стандартными резьбовыми цоколями. В этих лампочках со временем не теряется яркость, а в целом получается яркий, насыщенный, ровный свет, по спектру приближающийся к солнечному. Некоторые виды ламп могут работать совместно с регуляторами освещенности.

Существенным недостатком галогенных ламп является реальная возможность их досрочного перегорания под действием перепадов напряжения. Кроме того, колба лампы в процессе работы достигает очень высокой температуры, что может привести к ее взрыву. Эксплуатация галогеновых лампочек не требует каких-либо специальных знаний и навыков. Вполне достаточно поддерживать в чистоте колбу и осветительный прибор будет работать очень долго.