18) Преимущества и недостатки источников света.

Лампа накаливания – это традиционный источник света с многолетней историей.

Основными достоинствами ламп накаливания можно считать невысокую цену, удобство и простоту эксплуатации, практически полное отсутствие пульсации излучаемого ими светового потока. К недостаткам этого типа световых источников можно отнести: низкое значение световой отдачи, непродолжительный срок службы, определенная хрупкость, а также высокую чувствительность к колебаниям напряжения. Сегодня лампы накаливания считаются "уходящей натурой", повсеместно вытесняемой с рынка другими источниками света. Они  потому, что они морально устарели, а главное, имеют низкую эффективность и поэтому потребляют много электроэнергии.

Галогенная лампа

Галогенная лампа — это фактически та же лампа накаливания, просто в баллон, которой добавляют так называемый буферный газ — пары галогенов (фтора, брома или йода). Это повышает срок службы лампы, позволяя при этом одновременно повысить температуру спирали.

Безусловными достоинствами галогенных ламп являются: неизменно яркий свет, безупречная цветопередача и возможность варьирования разнообразных цветовых оттенков излучаемого света путем добавления в колбу лампы паров фтора, брома, хлора или йода. Это позволяет уменьшить скорость испарения вольфрама спирали, при этом срок ее службы возрастает по сравнению с обычной лампой накаливания в несколько раз, до 2000-5000 часов.

Путем использования специальных фильтров, наносимых на кварцевое стекло, удается существенно снизить долю ультрафиолетового излучения, что предохраняет освещаемые вещи от выцветания.

Галогенные лампы эффективнее обычных ламп накаливания почти в два раза, так как их показатель световой отдачи может быть доведен до значений в 25 Лм/Вт.

К недостаткам галогенных ламп можно отнести:

• неудобство использования — до стеклянной поверхности лампы нельзя дотрагиваться обнаженными руками, так как кожа может оставлять на стекле жирные пятна, которые создают риск оплавления или появления трещины в этом месте колбы. Лампу рекомендуют брать руками в тканевых перчатках, а в случае загрязнения поверхности колбы ее следует протереть специальными растворителем или спиртом;

• галогенные лампы весьма чувствительны к скачкам напряжения сети, поэтому их включают в электрическую сеть только через стабилизатор напряжения, а в случае низковольтных ламп — только через трансформатор;

• температура колбы галогенной лампы может достигать значений до 500 градусов Цельсия, поэтому при их установке крайне необходимо следовать нормам противопожарной безопасности, в том числе, обеспечить достаточное расстояние между поверхностями потолочного перекрытия и подвесными потолками.

Металлогалогенная лампа

Металлогалогенная лампа (МГЛ) — это один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. МГЛ отличает от других ГРЛ то, что для корректирования спектральной характеристики дугового разряда, происходящего в парах ртути, в горелку МГЛ вводят специальные излучающие добавки (ИД) — галогениды некоторых металлов.

Как источники света МГЛ используют для обычного, а также декоративного и архитектурного наружного освещения, освещения промышленных и общественных зданий, для освещения театральных и концертных сцен, студий, спортивных арен и дворцов спорта, торговых и выставочных площадей, офисных помещений и музейных залов, то есть всюду, где необходима увеличенная яркость, а спектральные характеристики света должны быть близки характеристикам обычного дневного света.

Преимущества

• высокая эффективность (КПД);

• длительный срок службы 10…15 тыс. часов;

• высокая стабильность световых и цветовых характеристик на протяжении всего срока службы;

• большой допустимый для работы температурный диапазон окружающего воздуха: от −40°C до +40°C;

• широкий диапазон допустимых мощностей МГЛ: от нескольких десятков ватт до десятков киловатт.

К недостаткам МГЛ следует отнести следующее:

• невозможно осуществлять плавную регулировку режима горения;

• протяженный во времени режим зажигания и повторного зажигания МГЛ.

Ртутная газоразрядная лампа

Дуговой ртутной люминесцентной лампой (ДРЛ) называют ртутные лампы высокого давления (РЛВД), в которых для улучшения цветопередачи излучаемым светом, на внутреннюю сторону колбы наносят специальный люминофор.

Лампы типа ДРЛ выпускаются мощностью 80, 125, 250, 400, 700, 1000 Вт.

ДРЛ широко используют в общем освещении улиц, промышленных цехов и территорий, любых малолюдных или безлюдных помещений  — там, где требования к качеству цветопередачи низкие, а к энергосбережению  — высокие. Этим требованиям вполне удовлетворяют ДРЛ — эти лампы имеют достаточно высокую эффективность.

За это достоинство им прощаются многочисленные недостатки, указать на которые мы считаем необходимым.

К одним из существенных недостатков ламп ДРЛ следует отнести интенсивное образование озона при их горении.

Включение ламп в сеть осуществляют при помощи специальных пускорегулирующих устройств: в обычных условиях с лампой ДРЛ последовательно включают дроссель, в случае температур ниже минус 25 градусов по Цельсию в схему необходимо включить автотрансформатор.

Сам процесс включения ламп ДРЛ сопровождается большим пусковым током. Полное зажигание может занять 7 и более минут, а для повторного ее включения потребуется остудить лампу, выдержав ее незажженной в течение 10-15 минут.

Прочие недостатки ламп ДРЛ

• низкий коэффициент цветопередачи —  45%

• низкая цветовая температура — 3800°К;

• продолжительное зажигание при включении (примерно 7-10 минут);

• повторное зажигание ДОЛ после ее отключения допустимо лишь после обязательной выдержки  для охлаждения в течение не менее 10-20 минут;

• лампа ДРЛ может не зажечься, а горящая — погаснуть, если напряжение в сети питания упадет на двадцать или даже менее процентов;

• зависимость от температуры окружающей среды (проблемы с запуском при температуре ниже -20°С, снижение срока службы)

• при горении лампы ДРЛ ее колба разогревается до температуры порядка 100°С.

• у ДРЛ очень высокий коэффициент пульсаций

• после 3-6 месяцев службы, что соответствует примерно 2000 часам работы лампы световая отдача ДРЛ снижается вдвое;

• в излучение ДРЛ преобладает сине-зеленая часть спектра, что ведет к неудовлетворительной цветопередаче, а, значит, исключает возможность применения лампы в случаях, когда объектами освещения являются лица людей, окрашенные и цветные поверхности, мелкие или движущиеся предметы;

• необходимость включения через специальный балластный дроссель;

• высокая концентрация паров ртути в лампе ДРЛ (от 0,2 до 0,9 мг) достаточна для отравления людей при случайном повреждении колбы в закрытом помещении объемом 1500 кубических метров (это, например, может быть склад с высотой потолка в 3 метра и площадью в 500 кв.м.)

Дуговые натриевые трубчатые  лампы (аббревиатура – ДнаТ) высокого давления сегодня считаются (и небезосновательно!) одними из наиболее экономичных светильников. Эти лампы, используются, как правило, для наружного освещения. Их  можно встретить практически повсюду — на улицах, транспортных магистралях, туннелях, вокзалах, аэропортах, промышленных территориях. Везде, где есть необходима контрастная видимость при любых погодных условиях, мы чаще всего встречаем именно лампы ДНаТ.  Диапазон мощности ламп — 70…400 Вт.

Кроме этого, светильники ДНаТ нашли применение в теплицах и питомниках растений.

Диапазон мощности ламп — 70…400 Вт.

Принципиально и конструктивно лампа ДНаТ довольно проста: внутри стеклянной колбы размещена специальная горелка — цилиндрическая  разрядная трубка из чистой окиси алюминия. В трубку, наполненную парами натрия и/или соединения натрия с ртутью, добавлен ксенон — газ для зажигания дуги электрического разряда. Характерный для ДНаТ золотисто-белый или оранжево-желтый оттенок свечения объясняется присутствие паров натрия высокого давления.

Очевидными достоинствами ламп ДНаТ являются, прежде всего, их экономичность, обеспеченная высокой светоотдачей — до 130 лм/Вт, а также большой по длительности срок службы от 12 до 25 тысяч часов.

В то же время ряд технических характеристик этих ламп заметно сужает область их применения. Так, например, доминирование желтого цвета — безусловного акцента спектра излучения ДНаТ (ему соответствует диапазон длин волн 550-640 нм) обеспечивает контрастную видимость при неблагоприятных условиях (как и противотуманные фары автомобилей), ведет при этом к существенному искажению цветопередачи. В качестве утешения можно отметить, что, например, цвет кожи человека свет ламп ДНаТ передает удовлетворительно.

Цветопередачу можно пытаться улучшить изменением состава газовой смеси в колбе лампы, введением люминофоров, а также вариацией давления в лампе. Однако все эти новации ведут к уменьшению главного достоинства ДНаТ — ее КПД.

Кроме того, лампы ДНаТ, как и большинство дуговых ламп, отличаются достаточно продолжительным временем зажигания — от 6 до 10 минут.

Следует отметить, что натриевые лампы хуже светят в холодную погоду. Утверждение об их экологическом преимуществе перед ртутными лампами также далеко не безусловно — в большинстве ДНаТ наполнителем является амальгам натрия, соединение натрия с ртутью.

Натриевые лампы высокого давления обладают высоким КПД (примерно 30%).

Дуговые натриевые зеркальные лампы (ДНаЗ) — это те же лампы ДНаТ, в которые для большей производительности добавили зеркальное покрытие. Используется эллипсоидная форма колбы, внутренняя поверхность которой частично покрыта зеркальной пленкой из алюминия.

Освещенность от светильника, оснащенного зеркальной лампой в среднем в 3 раза выше по сравнению со светильником на базе лампы с чистой колбой.

Распространены различные модификации ламп ДНаЗ. Небольшими партиями выпускают лампы в колбе, где горелка размещена аксиально (по геометрической оси отражателя). Большее распространение получили лампы с зеркализованной колбой специальной формы (в основном это лампы торговой марки «Reflux»). В незначительных объемах изготавливались лампы-фары с горелкой ДНаТ.

Достоинства и недостатки ДНаЗ за исключением эффективности совпадают с показателями ламп ДНаТ.

Люминесцентная лампа

Люминесцентная лампа — это газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразовывается видимый свет с помощью люминофора — смеси фосфора с другими элементами.

Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания  аналогичной мощности.

Срок службы люминесцентных ламп может в 10 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.

Традиционно сравнение люминесцентных ламп с лампами накаливания. Итак, преимущества люминесцентных ламп:

• большая светоотдача: люминесцентная лампа мощностью 20 Вт дает освещенность, соответствующую освещенности лампы накаливания в 100Вт;

• спектр излучения близок естественному;

• возможность разнообразия световых оттенков;

• рассеянный свет;

• более длительный срок службы (правда, при условии достаточно качественного электропитания, а также соблюдения ограничений  на число  циклов включения/выключения).

Недостатки  люминесцентных ламп:

• высокая степень химической опасности (лампа содержат от 10 мг до 1 грамма ртути);

• дискретность линейчатого спектра излучения, вредного для глаз;

• деградация люминофора неизбежно ведет к искажению спектра излучения и уменьшает светоотдачу, а значит и КПД;

• характерное мерцание ламп с частотой питающей сети (применение ЭПРА не снимает эту проблему, так как сохраняются пульсации выпрямленного тока на конденсаторе с частотой 100 Герц);

• наличие обязательного дополнительного оборудования для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (часто это достаточно громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером или же дорогой ЭПРА);

• выход из строя стартера приводит к эффекту «фальстарта» лампы (зрительно это выглядит как повторяющиеся вспышки света, предшествующие стабильному режиму), который заметно сокращает срок службы нитей накала;

• очень низкий коэффициент мощности ламп — такие лампы являются неудачной для электросети нагрузкой (нивелируется применением ЭПРА).

Светодиоды

Первое отличие светодиодов от других источников света – это низкое потребление электроэнергии, экономичность светодиодных светильников.  В основе светодиодной  технологии лежит совершенно иной принцип излучения, на несколько порядков экономичней, например, технологии люминесцентных ламп.

Другим важным преимуществом светодиодных светильников является качество света, излучаемого светодиодом. Светодиодные лампы производят свет близкий к естественному, дневному свету, обеспечивая, таким образом, комфортные условия  работы и отдыха для человека.  Светодиоды отличает высокая степень цветопередачи, близкая к естественной.

Светодиодные лампы экологически чисты, так как не содержат в себе никаких вредных веществ и не связаны с процессами, при которых могут выделяться какие-либо вредные вещества.

Сейчас светодиодные лампы вполне доступны по цене, хотя этот параметр не является главным аргументом в пользу выбора источников света именно этой технологии.

Стоит отметить, что у светодиода отсутствует такой, обязательный для всех остальных видов светильников,  элемент как тело накала.  Вследствие этого светодиодам присущ необычайно длительный срок службы.

При использовании светодиодов исключается возможность перегрузки муниципальных и городских сетей при наступлении сумерек, когда массово включается большое количество светильников. Ток, потребляемый светодиодной лампой, колеблется от 0,3 до 1,1 ампера, в зависимости от ее мощности. Ток, потребляемый газоразрядной лампой, составляет от 2,2 до 4,5 (в момент пуска) ампер. Экономия от применения светодиодов может достигаться не только за счет снижения потребления энергии, но и благодаря использованию токоподводящих кабелей меньшего сечения.

Светодиодные светильники практически мгновенно выходят на максимальную силу света. Это их свойство не зависит от температуры воздуха, они легко зажигаются и нормально работают даже при экстремальной температуре в — 60°С. Газоразрядные лампы (ДРЛ, ДНАТ), как известно, набирают номинальную силу света постепенно. Кроме того, они очень плохо запускаются при пониженном напряжении и низкой температуре воздуха.

Высокий КПД. Светодиодные прожекторы имеют высокий процент использования светового потока (близкий к 100%), в отличие от обычных уличных светильников, для которых этот параметр составляет 60-75%.

Преимущества светодиодов:

• низкое энергопотребление — не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания;

• долгий срок службы — до 100 000 часов;

• высокий ресурс прочности — ударная и вибрационная устойчивость;

• чистота и разнообразие цветов, направленность излучения;

• регулируемая интенсивность;

• низкое рабочее напряжение;

• экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются.