Достоинства и недостатки различных видов ламп

Лампы накаливания

Достоинства:

1. Их можно непосредственно включать в сеть с напряжением, равным рабочему напряжению лампы;

2. Они просты в изготовление, дёшевы, компактны;

3. Практически не зависят от условий окружающей среды;

4. Имеют незначительный период разгорания;

5. Световой поток к концу срока службы снижается незначительно.

6. В лампах накаливания уменьшение силы света обеспечивается простым уменьшением напряжения.

Однако эти лампы имеют ряд существенных недостатков:

1. Низкая экономичность (КПД 3-5%);

2. Низкая светоотдача (7-20 лм/Вт);

3. Однородный спектральный состав света (преобладание жёлтой и красной частей спектра при недостатке синей и фиолетовой по сравнению с естественным светом);

4. Нерациональное распределение светового потока для большинства ламп, что требует применения осветительной арматуры (светильников);

5. Малый срок службы (от 1000 до 3000 ч.).

Разновидностью ламп накаливания являются кварцевые галогенные лампы (КГ). Их принцип действия такой же как, и у обычных ламп накаливания, но в колбе находится галогенный газ (бром или йод), контролирующий испарение вольфрама. Колба галогенной лампы изготавливается, как правило, из кварцевого стекла, так как требуется поддержание минимальной температуры стенки колбы лампы на уровне 250°С. Это необходимо, чтобы галоид вольфрама оставался в газоразрядном состоянии и не осаждался на стенках лампы. У большинства галогенных ламп срок службы выше, чем у аналогичных ламп накаливания и составляет около 3000 часов, светоотдача – 30лм/Вт, спектр более белого цвета.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу во многих странах введён или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения замены их на энергосберегающие (компактные люминесцентные, светодиодные, индукционные и др.) лампы.

23 ноября 2009 года Д. А. Медведев подписал принятый ранее Государственной думой и утверждённый Советом федерации закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно документу, с 1 января 2011 года на территории страны не допускается продажа электрических ламп накаливания мощностью 100 Вт и более, а также запрещается размещение заказов на поставку ламп накаливания любой мощности для государственных и муниципальных нужд; с 1 января 2013 года может быть введён запрет на электролампы мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 года — мощностью 25 Вт и более.

Данное решение является спорным. В поддержку его приводятся очевидные доводы сбережения электроэнергии и подталкивания развития современных технологий. Против — соображение, что экономия на замене ламп накаливания полностью сводится на нет повсеместно распространённым устаревшим и энергонеэффективным промышленным оборудованием, линиями электропередачи, допускающими большие потери энергии, а также относительно высокой стоимостью компактных люминесцентных и светодиодных ламп. Кроме того, в России отсутствует налаженная система сбора и утилизации отработавших люминесцентных ламп, что не было учтено при принятии закона и в результате чего ртутьсодержащие люминесцентные лампы бесконтрольно выбрасываются.

В условиях низких температур многие «энергосберегающие» лампы оказываются неспособными запуститься. Люминесцентные энергосберегающие лампы неприменимы в прожекторах направленного света, так как светящееся тело в них в десятки раз крупнее нити накаливания, что не даёт возможности узкой фокусировки луча. В связи с вступившим в силу запретом на продажу ламп мощностью более 100 Вт некоторые производители начали выпускать лампы мощностью 93-95 Вт, а некоторые переименовали свои лампы мощностью от 100Вт в «теплоизлучатели различного назначения» и продают так.

Газоразрядные лампы

В газоразрядных лампах (ГЛ) излучение оптического диапазона возникает в результате газового разряда в атмосфере инертных газов, паров металлов и их смесей.

По сравнению с лампами накаливания газоразрядные лампы имеют ряд преимуществ:

1. Более высокая светоотдача (70-170 лм/Вт) и более высокий КПД (до 7%);

2. Больший срок службы – 10000-12000 часов;

3. Относительно низкая яркость самого источника света, что не вызывает ослепления;

4. Спектр излучения может регулироваться за счёт использования различных люминофоров и может быть приближен к спектру естественного света.

Наряду с очевидными преимуществами газоразрядные источники света имеют некоторые недостатки:

1. Они не могут непосредственно подключаться к электрической цепи, необходимо применение специальной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА);

2. Для зажигания газоразрядной лампы требуется некоторое время (от 5с. до 3-10 мин.);

3. Световой поток лампы к концу службы значительно снижается;

4. Для некоторых видов газоразрядных ламп (люминесцентных) существуют ограничения по температуре окружающей среды (при температурах, близких к 0°С, они зажигаются ненадёжно);

5. В газоразрядных лампах содержится ртуть, поэтому после окончания срока службы необходима их специальная утилизация;

6. Наличие пульсации. Это может неблагоприятно отразиться на зрении и привести к возникновению стробоскопического эффекта (вращающиеся предметы могут казаться неподвижными или вращающимися в обратную сторону).

Газоразрядные лампы бывают двух основных типов: лампы низкого давления (люминесцентные) и лампы высокого давления.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) имеют светоотдачу 75лн/Вт и срок службы около 12 000 часов.

В дуговых ртутных лампах высокого давления (ДРЛ) используется газовый разряд в парах ртути при давлениях много превышающих атмосферное. С повышением давления паров ртути меняется характер спектра, излучаемого газовым разрядом. Применение ламп ДРЛ для освещения оказалось возможным в результате получения температурно-стойких люминофоров, при помощи которых удалось исправить излучения ртутного разряда.

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.

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, %; η₀ – световая характеристика окон; K_ЗД – коэффициент, учитывающий затенение окон соседними зданиями; τ₀ – 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.