Сравнительные характеристики светового потока ламп накаливания и светодиодных лент |
18.04.11 11:28 |
|
Световой поток для светодиодных лент
|
Свет – важнейший фактор жизнедеятельности человека. С ним постоянно соприкасаются буквально все, от мала до велика. Благодаря свету люди получают 90 процентов информации об окружающем мире. Поэтому такое большое значение имеют осветительные приборы.
До распада СССР на цели освещения в нашей стране расходовалось до 13 процентов всей вырабатываемой электроэнергии. Это составляло около 220 миллиардов кВт-ч, которые использовались почти 1,5 миллиарда световых точек.
Их общая установленная мощность составляла 150 миллионов кВт, в том числе в промышленности и шахтах – 90 миллионов кВт (54 процента); общественных зданиях и коммерческих учреждениях – 25 миллионов кВт (12 процентов); наружных и уличных установках – 3 миллиона кВт (1 процент); жилых зданиях – 15 миллионов кВт (24 процента); сельском хозяйстве и облучательных установках – 19 миллионов кВт (9 процентов).
В стране работали 20 электроламповых заводов, 35 специализированных заводов по выпуску световых приборов, 6 заводов пускорегулирующей аппаратуры.
Кроме того, 230‑250 неспециализированных предприятий выпускали бытовые и электроустановочные изделия. Так, в 1991 году в СССР производство светотехнических изделий составило: люминесцентных ламп – 155 миллионов штук, ламп накаливания – 2500‑2800 миллионов штук, разрядных ламп высокого давления – 13 миллионов штук. Светильников было изготовлено всего 85 миллионов штук, из которых светильников с люминесцентными лампами – 20 миллионов штук, с разрядными лампами высокого давления – 6,5 миллиона штук. Производство бытовых светильников составляло 25 миллионов штук, уличных – 1 миллион штук, а для промышленных и общественных зданий – 66 миллионов штук.
При этом следует отметить, что средний технический уровень массовых изделий был низок и их экспорт практически отсутствовал; с другой стороны, цены на светотехнические изделия были многократно ниже зарубежных и вполне доступными для населения и предприятий.
Новые времена
Распад СССР отрицательно сказался на светотехнической промышленности. Свыше 60 процентов производственных мощностей оказалось за пределами России. Нарушились производственные связи. Возросла стоимость светотехнической продукции. Результат – падение спроса на отечественные товары, рост импорта. Например, объем выпуска бытовых светильников падает с 1424 тысяч штук на момент распада СССР до 290,7 тысячи штук в 1997 году. Правда, в 1998 году он возрастает до 445,5 тысячи штук. Объем производства ламп также снижается, составляя в 1998 году 568,1 тысячи штук. Резко возрастает импорт осветительного оборудования: с 11,2 миллиона долларов США в 1994 году до 85 миллионов в 1997 году. В 1998 году наблюдается его падение до 57,8 миллиона долларов. Аналогичная картина и с источниками света – затраты на их импорт в 1998 году составили 42 миллиона долларов.
На российском светотехническом рынке начинают действовать многие зарубежные фирмы из Италии, Германии, Австрии, Чехии и др. Известные фирмы Thorn, Kalmar, Philips и т. п. активно участвуют в светотехнической жизни страны.
После 17 августа 1998 года, в связи с подорожанием доллара, импорт сократился. Ряд фирм ушли с российского рынка и отечественное производство начало расти. Общий прирост продукции в 1998 году по сравнению с предыдущими годами составил 10‑13 процентов. Производство люминесцентных ламп возросло на 15 процентов, а компактных люминесцентных ламп – на 45 процентов.
Тенденции потребления Учитывая возрастающий с годами расход электроэнергии в России на осветительные установки, возникли вопросы определения количественного прогноза на перспективу ее расхода и возможных путей энергосбережения. Все это нашло отражение в публикациях ведущих светотехников России: Ю. Б. Айзенберга, Г. Р. Шахпарунянца и др. Следует отметить, что подобна тематика сформулирована и в документе «Видение-2020» департамента энергетики и строительства США. Подобный прогноз выполнила и известная фирма Osram (Германия).
Известно, что в 2000 году потребление электроэнергии в России составило 832,1 миллиарда кВт-ч, а освещения – 108 миллиардов кВт-ч.
При сохранении нормальных величин освещенности расход электроэнергии определяется параметрами светотехнических изделий и структурой парка средств освещения, то есть соотношением числа световых точек с определенными источниками света и их мощностью.
В настоящее время характеристики парка средств освещения выглядят так: в сфере услуг доля светового потока от люминесцентных ламп составляет 96,2 процента, от ламп накаливания – 3,3 процента; в промышленности от люминесцентных ламп – 36,5 процента, от ламп ДРЛ – 56,3 процента; в жилом секторе – от ламп накаливания 97 процентов, от люминесцентных – 2,8 процента, а от перспективных компактных люминесцентных ламп всего лишь 0,03 процента.
При существующей ситуации, то есть без проведения энергосберегающих мероприятий в области увеличения светотехнических параметров источников света, расходы электроэнергии на освещение, с учетом тенденции роста ее потребления с каждым годом, составили бы по сравнению с базовым, 2000 годом: в 2010 году – 131,5 миллиарда кВт-ч, а в 2020 году – 157,8 миллиарда кВт-ч.
В случае проведения мероприятий энергосбережения эти показатели, соответственно, составят 97,3 миллиарда кВт-ч и 86 миллиардов кВт-ч.
Таким образом, предполагаемая экономия электроэнергии составит: в 2010 году – 34,2 миллиарда кВт-ч, в 2020 году – 71,8 миллиарда кВт-ч.
Значение величины этого экономического эффекта велико и многогранно: экономия топлива, существенное снижение загрязнения атмосферы, экономический эффект. Все это достигается при возможности использования электрической энергии для освещения в нормируемых значениях, а не за счет уменьшения ее потребления и тем самым создания неблагоприятного светового климата для людей.
За счет чего же предполагается достичь этих результатов в 2020 году по сравнению с 2000-м?
Пути сбережения
Во‑первых, это увеличение световой отдачи источников света: для ламп накаливания в 1,6 раза (с 12,5 лм/Вт до 20 лм/Вт), для галогенных – в 2,7 раза (с 18 лм/Вт до 50 лм/Вт), люминесцентных – в 1,6 раза (с 65 лм/Вт до 105 лм/Вт), компактных люминесцентных – в 1,2 раза (с 70 лм/Вт до 85 лм/Вт), МГЛ – в 1,2 раза (с 100 лм/Вт до 120 лм/Вт), ртутных – в 1,09 раза (с 55 лм/Вт до 60 лм / Вт), натриевых ламп высокого давления – в 1,2 раза (от 120 лм/Вт до 140 лм/Вт).
Во‑вторых, это увеличение срока службы ламп. Для галогенных ламп – в три раза, люминесцентных – в 1,6 раза, компактных – в 2,7 раза, МГЛ – в 2,4 раза, ртутных – в 1,6 раза, натриевых – в 2 раза.
В‑третьих, изменение структуры парка систем освещения, предполагающее уменьшение светильников с лампами накаливания в 1,35 раза, ртутных – в 1,1 раза. Одновременно существенно возрастет доля люминесцентных светильников – в 1,5 раза, галогенных – в 10 раз, МГЛ, натриевых – в 23 раза. Существенным будет увеличение числа компактных люминесцентных ламп, которые сейчас выпускаются в небольшом объеме.
Наконец, четвертой мерой может стать широкое применение в светотехнике светоизлучающих диодов (СД), прогрессивное изготовление которых позволяет достичь световой отдачи в 240 лм/Вт. К сведению: первые коммерческие СД, появившиеся в 1968 году, имели световую отдачу лишь только 0,2 лм/Вт.
Кроме того, LED имеют срок службы до 50 тысяч часов, обладают высокой надежностью, имеют незначительные эксплуатационные затраты.
В заключение следует подчеркнуть, что реальными показателями внедрения энергосберегающих технологий является процент светового потока, генерируемого различными осветительными приборами в общем потоке осветительных установок.
Например, для сферы услуг в 2020 году прогнозируется: люминесцентное освещение в размере 85 процентов, натриевое – 8 процентов, МГЛ – 4,6 процента, галогенное, 1,4 процента, с лампами накаливания – 1 процент.
Естественно, что воплощение этих программ в жизнь и дальнейшее развитие в данном направлении потребуют определенных финансовых затрат, но в перспективе они окупятся сторицей.
Люминесцентные лампы и светодиоды: за и против |
Рынок светотехники сейчас стремительно развивается. Светодиоды за счет своей уникальности вытесняют не только лампы накаливания, но и молодые, совсем недавно достигшие своего пика развития и максимальной эффективности люминесцентные. Тому есть много причин: высокая энергоэффективность, компактность, запредельно-долгий ресурс выработки, измеряемый в десятках тысяч часов, почти полное отсутствие выделяемого тепла и ультрафиолетового излучения, возможность подбора любого спектра, высокая цветопередача, отсутствие пускорегулирующей аппаратуры, стабильная работа при перепадах напряжения в сети, отсутствие вредных для глаз мерцаний, огромный потенциал роста еще молодой технологии и многое-многое другое. Достоинства люминесцентных ламп: - Высокая светоотдача (световой КПД): при равной мощности световой поток КЛЛ в 4–5 раз выше, чем у лампы накаливания; - более длительный срок службы в непрерывном цикле эксплуатации по сравнению с лампами накаливания (без частого включения/выключения); - Нагрев корпуса и колбы значительно ниже, чем у лампы накаливания. Несмотря на то, что использование компактных люминесцентных ламп действительно вносит свою лепту в сбережение электроэнергии, опыт массового применения в быту выявил целый ряд проблем, главная из которых — короткий срок эксплуатации в реальных условиях бытового применения; - Относительно невысокая цена. недостатки люминесцентных ламп: - снижает световой поток при повышенных температурах; - сложность схемы включения (а как известно, чем сложнее аппарат, тем чаще он ломается); - содержат ртуть, Компактные люминесцентные лампы содержат 3-6 мг ртути (в линейных люминесцентных лампах её гораздо больше, 20–50 мг), ядовитого вещество 1-го класса опасности ("чрезвычайно опасные"). Зачастую на проблему утилизации люминесцентных ламп в России индивидуальные потребители не обращают внимания, а производители стремятся отстраниться от проблемы. Есть опасность отравления ртутью из разбитой колбы, и что более важно, опасность загрязнения интерьера – ртуть легко адсорбируется самыми различными материалами. Например, если лампа падает на ковер и разбивается, то очистить его от ртути практически невозможно (точнее, можно, но ценой порчи ковра; проще сразу выбросить). ПДК паров ртути всего 0,3 мкг/м3, так что одна разбитая лампа способна заразить несколько тысяч кубометров воздуха; - Необходимость утилизации изделий, отслуживших свой срок; - вредные для зрения пульсации светового потока (вызывают утомление глаз, ухудшение зрения); - акустические помехи и повышенная шумность работы; - люминесцентные лампы не приспособлены к работе при температуре воздуха ниже 15-20 °С; - значительное снижение светового потока к концу срока службы; - ограниченная единичная мощность (до 150 Вт); - при снижении напряжения сети более чем на 10% от номинального значения лампа не зажигается; - дополнительные потери энергии в пускорегулирующеи аппаратуре, достигающие 25...35% мощности ламп; - наличие радиопомех; - свечение неисправной лампы сопровождается специфическим гулом (вибрирует трансформаторная сталь дросселя); - вредные электромагнитные излучения; - ультрафиолетовое излучение (Как известно, в люминесцентных лампах первичное ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет посредством люминофора, часть УФ-излучения пробивается наружу, при деградации люминофора с течением времени этот процент значительно увеличивается, выглядит это как уменьшение яркости свечения, так как ультрафиолетовое излечение невидимо для глаз человека); - наличие стробоскопического эффекта (вызывается частыми (100 раз в секунду) неуловимыми для глаз миганиями люминесцентной лампы в такт с колебаниями переменного тока в осветительной сети, что может привести к искажению действительной картины движения освещаемых предметов); - Использование широко распространённых выключателей с подсветкой приводит к периодическому, раз в несколько секунд, кратковременному зажиганию ламп в выключенном состоянии, что приводит к скорому выходу из строя лампы. Об этом недостатке, за редким исключением, производители обычно не сообщают в инструкциях по эксплуатации; - Максимальное значение светового потока достигается не сразу, а спустя несколько минут после включения; - Чувствительность к частым включениям и выключениям. Не рекомендуется включать лампу, прежде чем после выключения не пройдет несколько минут; - Спектр такой лампы линейчатый (например для лампы OSRAM состоит из 5 полос в видимой области). Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз; - Компактные люминесцентные лампы несовместимы с диммерами (регуляторами яркости), датчиками движения, фотоэлементами, таймерами и пр. При диммировании компактной люминесцентной лампы падает мощность, подаваемая на колбу, и идет разряд при недостаточно прогретых электродах. Естественно, это резко снижает ресурс лампы, а глубокой регулировки всё равно не добиться. Существуют специальные комплекты «диммер+лампа», где управляющий сигнал передается по отдельному проводу, но их стоимость выходит за рамки разумного. В последнее время появились компактные люминесцентные лампы, совместимые с обычными диммерами, однако и это не слишком практичное решение: при увеличенной на 40% цене экономичность лампы невысока. На малой яркости энергопотребление почти не снижается, а срок службы ощутимо падает; - светотехнически компактные люминесцентные лампы заметно отличаются от ламп накаливания. Габариты их сравнительно велики, а распределение света может быть самым разным, зависящим от формы колбы. Так, U-образные прямые трубки в основном светят по сторонам, у «витушки» больше света направлено по оси лампы, «лотос» дает равномерно направленный свет. Нередко светильник, где лампа накаливания заменена на компактную люминесцентную лампу, создает зрительный дискомфорт: слепящие трубки выглядывают из плафона, а освещенность рабочей поверхности явно недостаточна; - не дают направленного света, чтобы весь свет направить в нужную сторону, используют отражатели и плафоны, в которых теряется большая часть светового потока; - Кроме того, компактные люминесцентные лампы не любят тесных, закрытых и особенно герметичных светильников. Воздухообмен там недостаточен и ЭПРА сильно греется, особенно если лампа расположена цоколем вверх, да ещё в теплом месте (под потолком кухни, в ванной и т. п.). Нередко от жары размягчается клей, крепящий трубки к корпусу, и колба отвисает – выглядит это ужасно. На перегрев часто не обращают внимания, привыкнув к неприхотливым лампам накаливания, а потом жалуются, что «сберегайки» недолговечны. Таким образом КЛЛ считаются тупиковой ветвью развития источников света. Сегодня бо́льшая часть НИОКР проводится в области развития светодиодных источников света. Преимущества светодиодов: - низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания и не более 50% от потребления люминесцентных ламп; - долгий срок службы - до 100 000 часов; - высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость; - чистота и разнообразие цветов; - направленность излучения – нет потери светового потока (у других источников света излучение идет во все стороны, большие потери в рефлекторе, светодиод не освещает пространство сзади себя); - регулируемая интенсивность; - низкое рабочее напряжение; - низкие пусковые токи, отсутствие перенапряжения электросети в момент включения освещения; - низкие эксплуатационные расходы. Ведь поменять лампу на 8-12 метровой высоте - это дорогое удовольствие ( "вышка” плюс зарплата людям). И если менять придётся в 5-10 раз чаще чем светодиодные лампы – каждый задумается; - экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются; - отсутствие пускорегулирующей аппаратуры, что дополнительно снижает энергопотребление; - нет необходимости в специальной утилизации; - нету пульсаций светового потока, поэтому светодиодное освещение не утомляет глаза - не вызывает стробоскопический эффект; - отсутствие акустических помех; - работают при низких температурах, там где люминесцентная лампа не загорится, светодиодные будут работать без проблем; - незначительное снижения светового потока; - нет ограниченной единичной мощности (можно собрать светодиодный модуль любой мощности); - отсутствие радиопомех; - при снижении напряжения сети светодиодные лампы стабильно работают; - отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучений; - совместимы с диммерами (регуляторами яркости), выключателями с подсветкой, датчиками движения, фотоэлементами, таймерами и пр. - Максимальное значение светового потока достигается сразу после включения; - отсутствие чувствительности к частым включениям и выключениям; - Высокий уровень цветопередачи; Недостатки светодиодов: - относительно высокая цена (хотя стоит сказать что в любом случае светодиодное освещение окупается благодаря намного более длинному сроку службы, экономию электроэнергии и отсутствию затрат на содержание и замену); - для мощных светодиодов необходимы радиаторы для рассеивания тепла. МНЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА Врачи к энергосберегающим лампам относятся не слишком оптимистично. «По воздействию на зрение их можно сравнить с лампами дневного света, которые, как известно, не очень благоприятны для глаз, - говорит Марина Минаева, врач высшей категории, офтальмолог ГНИЦ профилактической медицины. - Энергосберегающие лампы, разгораясь, светят неравномерно, световые колебания, казалось бы, незаметные, создают не только зрительный, но и психологический дискомфорт. Быстрее развиваются раздражительность, бессонница, у детей - плаксивость. Вне зависимости от того, какая лампа (энергосберегающая или обычная), считается, что дающие желтоватый цвет больше подходят для дома, помещений, где расслабляются (рестораны, кафе); белый и белый с лёгким голубоватым оттенком - для офисов, магазинов. Лампа не должна выраженно давать цвет голубого спектра, он неблагоприятно влияет на сетчатку». |
Классификация люминесцентных ламп, характеристики обычных люминесцентных ламп, зависимость параметров ламп от напряжения сети, зависимость характеристик от окружающей температуры и условий охлаждения, изменение характеристик люминесцентных ламп в процессе горения, энергоэкономичные люминесцентные лампы, зарубежные люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, безэлектродные люминесцентные лампы.
Классификация люминесцентных ламп
Люминесцентные лампы (ЛЛ) делятся на осветительные общего назначения и специальные. К ЛЛ общего назначения относят лампы мощностью от 15 до 80 Вт с цветовыми и спектральными характеристиками, имитирующими естественный свет различных оттенков. Для классификации ЛЛ специального назначения используют различные параметры. По мощности их разделяют на маломощные (до 15 Вт) и мощные (свыше 80 Вт); по типу разряда на дуговые, тлеющего разряда и тлеющего свечения; по излучению на лампы естественного света, цветные лампы, лампы со специальными спектрами излучения, лампы ультрафиолетового излучения; по форме колбы на трубчатые и фигурные; по светораспределению с ненаправленным светоизлучением и с направленным (рефлекторные, щелевые, панельные и др.).
Маркировка обычно состоит из 2-3 букв. Первая буква Л означает люминесцентная. Следующие буквы означают цвет излучения: Д - дневной; ХБ - холодно-белый; Б - белый; ТБ - теплобелый; Е - естественно-белый; К, Ж, 3, Г, С - соответственно красный, желтый, зеленый, голубой, синий; УФ - ультрафиолетовый. У ламп с улучшенным качеством цветопередачи после букв, обозначающих цвет, стоит буква Ц, а при цветопередаче особо высокого качества - буквы ЦЦ. В конце ставят буквы, характеризующие конструктивные особенности: Р - рефлекторная, У - U-образная, К - кольцевая, А - амальгамная, Б - быстрого пуска. Цифры обозначают мощность в ваттах. Маркировка ламп тлеющего разрада начинается с букв ТЛ.
Характеристики обычных лл
В табл.1 приведены характеристики наиболее распространенных ЛЛ дневного света. Обозначения: Р - мощность; U -напряжение на лампе; I - ток лампы; R -световой поток; S - световая отдача.
Зависимость параметров ламп от напряжения сети
При изменении напряжении сети в пределах + 10% изменение параметров лампы можно определить из соотношения dX/X = Nx dUc/Uc, где X - соответствующий параметр лампы; dX - его изменение; Nx - коэффициент для соответствующего параметра. Для схемы с дросселем коэффициенты имеют следующие значения: для силы света Ni = 2,2; для мощности Np = 2,0; для светового потока Nф = 1,5. В схеме с емкостно-индуктивным балластом величины Nx несколько меньше.
При падении напряжения сети ниже допустимого ухудшаются условия перезажигания. Повышение напряжения выше допустимого вызывает перекал катодов и перегрев пускорегулирующих устройств. И в том, и в другом случае происходит значительное сокращение срока службы ламп.
Таблица 1 |
||||||
Тип |
Р,Вт |
U, в |
I.A |
R, лм |
S, лм/Вт |
Размеры, мм (рис.1) L1 L2 D |
лдц |
15 |
58 |
0,3 |
450 |
30 |
437,4 452,4 25 |
ЛД ЛХБ |
15 |
58 |
0,3 |
525 |
35 |
437,4 452,4 25 |
15 |
58 |
0,3 |
600 |
40 |
437,4 452,4 25 |
|
ЛБ |
15 |
58 |
0,3 |
630 |
42 |
437,4 452,4 25 |
ЛТБ |
15 |
58 |
0,3 |
600 |
40 |
437,4 452,4 25 |
лдц |
20 |
60 |
0,35 |
620 |
31 |
589,8 604,8 38 |
ЛД |
20 |
60 |
0,35 |
760 |
39 |
589,8 604,8 38 |
ЛХБ |
20 |
60 |
0,35 |
900 |
45 |
589,8 604,8 38 |
ЛБ |
20 |
60 |
0,35 |
980 |
49 |
589,8 604,8 38 |
ЛТБ |
20 |
60 |
0,35 |
900 |
45 |
589,8 604,8 38 |
лдц |
30 |
108 |
0,34 |
1110 |
37 |
894,6 909,6 25 |
ЛД |
30 |
108 |
0,34 |
1380 |
46 |
894,6 909,6 25 |
ЛХБ |
30 |
108 |
0,34 |
1500 |
50 |
894,6 909,6 25 |
ЛБ |
30 |
108 |
0,34 |
1740 |
58 |
894,6 909,6 25 |
ЛТБ |
30 |
108 |
0,34 |
1500 |
50 |
894,6 909,6 25 |
лдц |
40 |
108 |
0,41 |
1520 |
38 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛД |
40 |
108 |
0,41 |
1960 |
49 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛХБ |
40 |
108 |
0,41 |
2200 |
55 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛБ |
40 |
108 |
0,41 |
2480 |
62 |
1199,4 1214,4 38 |
ЛТБ |
40 |
108 |
0,41 |
2200 |
55 |
1199,4 1214,4 38 |
лдц |
80 |
108 |
0,82 |
2720 |
34 |
1500 1515 38 |
ЛД |
80 |
108 |
0,82 |
3440 |
43 |
1500 1515 38 |
ЛХБ |
80 |
108 |
0,82 |
3840 |
48 |
1500 1515 38 |
ЛБ |
80 |
108 |
0,82 |
4320 |
54 |
1500 1515 38 |
ЛТБ |
80 |
108 |
0,82 |
3840 |
48 |
1500 1515 38 |
