Экономичные источники света и их использование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экономичные источники света и их использование

Гр. 30605112 Павловская Ольга Евгеньевна

Свет, как естественный, так и искусственный, играет важную роль в жизни человека, влияя через зрительное восприятие на его эмоциональное состояние и работоспособность. Поэтому источники искусственного освещения призваны способствовать созданию приемлемой световой среды для людей, находящихся в помещении: отдыхающих или занимающихся каким-либо видом деятельности.

Для того, чтобы правильно спланировать систему освещения всего дома или его отдельных помещений, важно хотя бы приблизительно представлять себе, из чего складывается так называемый световой климат.

Одна из главных задач искусственного освещения - достижение соответствия уровня освещенности той или иной функциональной зоны, рабочей поверхности или помещения определенному нормируемому уровню. Уровень освещенности должен быть тем выше, чем сложнее вид выполняемой работы. Так, для работы за компьютером необходим уровень освещенности примерно 300 - 400 лк, для чтения - 200 - 300 лк, а, например, для шитья черной ткани черными нитками - до 3000 лк.

Насыщенность помещения светом можно считать достаточной, если не возникает желания добавить или убавить света. Для обычных ламп накаливания мощность источников света должна составлять не менее 20-25 Вт/кв.м, для галогенных и люминесцентных ламп - 10-15 Вт/кв.м. Однако равномерность освещения может вызвать психологический дискомфорт, быстрое утомление, поэтому во всех жилых и рабочих помещениях желательно предусмотреть несколько разных источников света. Для изменения освещенности помещения и его насыщенности светом используются светорегуляторы различных конструкций, срабатывающие, например, от поворота ручки или простого касания.

Важным компонентом светового климата является яркость - величина, характеризующая уровень ощущения света. Распределение яркостей в помещении должно быть как можно более естественным и наименее раздражающим для глаз. Большое количество полированных поверхностей, интенсивных источников света и ярких, насыщенных цветов способствует созданию ощущения зрительного и психологического дискомфорта.

Каждый источник света обладает определенной цветностью, то есть в видимой части спектра его излучения преобладают те или иные тона. Традиционные лампы накаливания излучают свет теплой, красно-желтой части спектра; люминесцентные лампы часто характеризуются светом холодной, сине-зеленой части спектра. Современные галогенные лампы накаливания, как и обычные лампочки, относятся к источникам с теплой тональностью, но спектр их излучения ближе к спектру белого света.

Галогенные лампочки завоевали такую популярность, в частности, потому, что их свет очень напоминает естественный. При свете галогенных ламп все цвета, в том числе и цвет лица человека, цвет предметов мебели и интерьера, передаются максимально достоверно.

Для создания в вашем доме комфортной световой среды важно, чтобы предметы отбрасывали тень. При наличии большого количества источников света и, как следствие, многочисленных пересечениях световых потоков, нарушается тенеобразование, что способствует зрительной утомляемости.

Для формирования комфортной световой среды необходимо правильно выбрать и разместить разные типы светильников. Среди многообразия предлагаемых в салонах и магазинах осветительных приборов следует различать светильники: общего освещения, местного освещения, комбинированного освещения, экспозиционно-акцентирующего освещения, декоративные светильники и ночники.

Конструктивное решение разных типов осветительных приборов обеспечивает размещение источников света в определенной точке пространства, усиливает световой поток за счет специальных отражателей, исключает слепящую яркость источников света при помощи различных рассеивателей, обеспечивает в ряде случаев возможность изменения направления светового потока благодаря подвижным элементам.

Тип оптической части светильников формирует тот или иной вид освещения: прямой, отраженный или смешанный. Обычно прямой свет создает значительный контраст яркостей, при отраженном свете нерационально используется мощность источника света, поэтому чаще всего выпускаются светильники комбинированные, то есть преимущественно прямого или преимущественно отраженного освещения. Это достигается сложной, специально прорабатываемой формой оптической части с применением матовых полупрозрачных абажуров, рассеивателей, отражателей. Материалом для них служат пластмассы, стекло, ткани и металл.

Светильники общего освещения, как правило, устанавливаются стационарно в центре потолка помещения. В больших «вытянутых» помещениях иногда устанавливают два или несколько потолочных светильников. Разнообразные типы рассеивателей обеспечивают равномерное освещение всего пространства. Для этой цели применяются традиционные многорожковые и компактные люстры с несколькими световыми элементами на одной штанге, хрустальные люстры и т.п.

Во многих современных домах и квартирах в качестве источников общего освещения используются встроенные галогенные светильники, которые монтируются непосредственно в подвесные потолки или «прячутся» за их выступающими панелями.

Светильники местного освещения очень многообразны. Они могут быть напольными, настенными, настольными или подвесными. Эти типы осветительных приборов дают направленный световой поток, рассчитанный на высокую освещенность небольшой части пространства: рабочей поверхности или функциональной зоны. Рабочие светильники местного освещения, как правило, предполагают подвижную конструкцию оптической части.

Широко распространены светильники комбинированного освещения. Они совмещают функции местного и общего освещения за счет большой мощности и специально проработанной конструкции оптической части. Целям комбинированного освещения отвечают, например, светильники с объемными абажурами, изготовленными из полупрозрачных светотехнических материалов: торшеры, бра и пр.

Осветительные приборы экспозиционного освещения, служащие для подсвета отдельных элементов интерьера (штор, картин, коллекций различных предметов), выполняются в виде компактных приборов, дающих узкий световой поток.

Декоративные светильники производятся с применением цветного стекла и пластмасс, керамики, различных видов рассеивателей. Они могут создавать интересные светотеневые эффекты, но их нельзя использовать в качестве источников общего и рабочего света.

В разных помещениях и функциональных зонах дома или квартиры используются разнообразные виды светильников. Однако практически везде желательно предусмотреть оба основных вида освещения - общее и местное. Самые модные (и дорогие) светильники имеют «обтекаемые» эргономичные очертания или космический техногенный вид. Одновременно к современным лампам предъявляются повышенные требования: они должны быть экономичны и экологичны.

Рассмотрим некоторые виды источников света.

Лампы накаливания

Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания (ЛН) их было создано огромное множество - от миниатюрных ламп для карманного фонарика до киловаттных прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Tцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100). Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по современным меркам, очень немного. Что же заставляет людей покупать (15 млрд в год!) столь неэффективные и недолговечные источники света? Кроме силы привычки и крайне низкой начальной цены (что, кстати, совершенно не означает, что применение ЛН экономически эффективно, причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН.

помещение освещение лампа полупроводниковый

Галогенные лампы накаливания

Хорошо знакомые дизайнерам интерьеров "галогенки" - это современный вариант ламп накаливания. Добавление галогенидов в колбу лампы, использование особых сортов кварцевого стекла, "останавливающего" ультрафиолет, "возвращение" теплового излучения на спираль лампы с помощью специальных отражателей - эти технологические новшества позволили сделать серьезный шаг вперед, выделив ГЛН в особый класс источников света. Световая отдача современных ГЛН составляет около 30 Лм/Вт. Типичное значение цветовой температуры - Тцв=3000 К. Существуют также ГЛН "дневного света" с Тцв=4000-4200 К и даже 6000 К. Цветопередача у них отличная (Ra=100). "Точечная" форма лампы позволяет управлять шириной "луча" в широких пределах с помощью миниатюрных отражателей. Получающийся при этом искристый, "бриллиантовый" свет определил приоритет ГЛН в интерьерном дизайне, где они стали фактическим стандартом. Еще одно их преимущество в том, что количество и качество света, даваемого лампой, постоянно в течение всего срока службы.

Особенно популярны низковольтные ГЛН MR-11 и МR-16 (мощностью от 10 до 75 Вт), снабженные отражателем, позволяющим фокусировать луч в угле 8-380. Привычные в интерьере, благодаря возможности применения миниатюрных световых приборов они вытесняют традиционные лампы-прожекторы PAR в ландшафтных установках наружного освещения (освещение растительности, подводное освещение и т. д.).

Галогенная лампа отличается от обычной лампы накаливания тем, что в колбу лампы добавляется буферный газ (пары брома или йода, которые и называются галогенами). Использование этих газов как раз и продлевает срок службы лампы, который составляет до 4000 часов. Температура вольфрамовой спирали при прохождении через нее тока в галогенной лампе гораздо выше, чем в стандартных лампах накаливания, поэтому галогенные светильники более яркие при одинаковой потребляемой мощности. Пары галогенов вступают в химические реакции с испаряющимися атомами вольфрама, вследствие чего атомы не испаряются и не конденсируются на поверхности стеклянной колбы, повышая срок жизни спирали. Если светильники оснащаются специальными регуляторами плавного включения (диммерами или реостатами), то галогенная лампа может прослужить ещё дольше, до 12000 часов. Малые габаритные размеры галогенных ламп также повышают возможность их применения. Свет от ламп данного типа имеет теплые тона, что приятно для глаза.

Галогенные лампы находят широкое применение не только в светильниках, но и в автомобильных фарах, в прожекторах, в аппаратуре для видео и фотосъемки, а также в индустрии развлечений и кино. Все это возможно благодаря высокой долговечности галогенных ламп и повышенной светоотдаче. Выбирая галогенный светильник, не забывайте про особенность галогенных ламп - они чувствительны к любым, особенно жировым загрязнениям. Температура колбы из кварцевого стекла в месте загрязнения сильно повышается, поэтому лампа может перегореть. Устанавливая галогенные лампы обязательно одевайте чистые перчатки, либо пользуйтесь салфетками.

Недостатки ГЛН очевидны: недостаточная световая отдача и относительно короткий срок службы (в среднем 2000-4000 часов). Там, где эстетический компонент важнее экономического, с ними приходится мириться. В остальных случаях выручают типы ламп, описанные ниже.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы (ЛЛ) - разрядные лампы низкого давления - представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи, которые, в свою очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать видимый свет. Два различных типа ЛЛ являются классическим примером компромисса в технике. Лампы с трехполосным люминофором более экономичны (световая отдача до 104 Лм/Вт), но обладают худшей цветопередачей (Ra=80), с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу (Ra=90-98) при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт).

ЛЛ обеспечивают мягкий, равномерный свет, но распределением света в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. Для работы люминесцентных ламп необходима специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА). Наиболее современны и экономичны электронные ПРА (ЭПРА), разработка которых является одним из самых перспективных направлений развития современной светотехники.

Сегодня только использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) в светильниках с ЛЛ позволяет:

- исключить пульсации светового потока (менее 2%);

- создать благоприятные режимы зажигания и повысить светоотдачу на 30%;

- повысить срок службы люминесцентных ламп в два раза;

- уменьшить расходы электроэнергии до 30%;

- снизить расходы на обслуживание до 200%;

- исключить неприятный акустический шум:

- исключить затраты на замену проводки питания освещения.

Школы и училища - крупные потребители электроэнергии, расходующие ее в основном на освещение (до 70%), поэтому для них установка ЭПРА улучшит не только качество освещения, но при этом окупится очень быстро и принесет прибыль за счет экономии энергии и снижения нагрузки на проводку, которую не надо менять вследствие износа.

Одно из главных преимуществ ЛЛ - долговечность (срок службы до 20 000 часов). Благодаря экономичности и долговечности ЛЛ стали самыми распространенными источниками света в офисах предприятий. В странах с мягким климатом ЛЛ широко применяются в наружном освещении городов. В холодных районах их распространению мешает падение светового потока при низких температурах. Если "закрутить" трубку ЛЛ в спираль, мы получим КЛЛ - компактную люминесцентную лампу. По своим параметрам КЛЛ приближаются к линейным ЛЛ (световая отдача до 75 Лм/Вт, Тцв=2700-6000 К, Ra=80 и более). Они прежде всего предназначены для замены ламп накаливания в самых разнообразных применениях.

Разрядные лампы высокого давления

Принцип действия разрядных ламп высокого давления - свечение наполнителя в разрядной трубке под действием дуговых электрических разрядов. Дуговые разрядные лампы намного старше ламп накаливания - электрической дуге уже исполнилось 200 лет. Два основных разряда высокого давления, применяемых в лампах, - ртутный и натриевый. Оба дают достаточно узкополосное излучение: ртутный - в голубой области спектра, натрий - в желтой, поэтому цветопередача ртутных (Ra=40-60) и особенно натриевых ламп (Ra=20-40) оставляет желать лучшего.

Добавление внутрь разрядной трубки ртутной лампы галогенидов различных металлов позволило создать новый класс источников света - металлогалогенные лампы (МГЛ), отличающиеся очень широким спектром излучения и прекрасными параметрами: высокая световая отдача (до 100 Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98, диапазон Tцв от 3000 К до 6000 К, средний срок службы около 15 000 часов. Один из немногих недостатков МГЛ - невысокая стабильность параметров в течение срока службы - успешно преодолевается с изобретением ламп с керамической горелкой. МГЛ успешно и разнообразно применяются в архитектурном, ландшафтном, техническом и спортивном освещении. Еще более широко применяются натриевые лампы. На сегодняшний день это один самых экономичных источников света (до 150 Лм/Вт). Огромное количество натриевых ламп используется для освещения автомобильных дорог. В Москве натриевые лампы часто "из экономии" используются для освещения пешеходных пространств, что не всегда уместно из-за проблем с цветопередачей.

Светодиоды

Полупроводниковые светоизлучающие приборы - светодиоды - называют источниками света будущего. Если говорить о современном состоянии "твердотельной светотехники", можно констатировать, что она выходит из периода младенчества. Достигнутые характеристики светодиодов (для белых светодиодов световая отдача до 25 Лм/Вт при мощности прибора до 5 Вт, Ra=80-85, срок службы 100 000 часов) уже обеспечили лидерство в светосигнальной аппаратуре, автомобильной и авиационной технике.

Идея прямой замены ламп накаливания на светодиодные "аналоги" уже давно не воспринимается как фантастическая. "Прямые заменители" на базе светодиодов созданы как для низковольтных "галогенок" MR-11 и MR-16, так и для ламп с другими стандартными цоколями. Процесс "замены" быстрее всего протекает в "мобильных" приложениях (фонари для разного рода работ, карманные фонарики, велосипедные фары и т. д.).

Еще более перспективны светодиодные модули - исключительный по гибкости "конструктор" для дизайнера, включающий разнообразные простейшие геометрические формы - линии, кольца, звезды, прямоугольники.. Подобно разноцветным пластиковым модулям LEGO светодиодные модули легко объединяются друг с другом и не менее легко присоединяются к любой поверхности.

Интереснейшие возможности открывают светодиодные осветители для оптоволоконных систем. Их экспансии явно мешает громоздкость, шумность и ненадежность используемых проекторов. Светодиодные осветители не имеют ни одного из перечисленных недостатков, зато имеют "нетипично" высокий для оптоволоконных систем КПД, а такой недостаток, как невысокий уровень светового потока, похоже, уже начинает терять актуальность.

Преимущества светодиодов

Сверхдолгий срок службы: отсутствие нити накала и газоразрядной среды обусловливает фантастический срок службы светодиодов - до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы. Это в 100 раз больше, чем у лампы накаливания, и в 5-10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.

Низкое энергопотребление: светодиоды являются энергосберегающими источниками света, и их использование позволяет существенно экономить электроэнергию по сравнению с лампами, дюралайтом, неоном.

Работа при низких температурах: благодаря полупроводниковой природе светодиодов их яркость обратно пропорциональна температуре окружающей среды, что делает их применение особенно актуальным в наших климатических условиях. Диапазон температуры эксплуатации светодиодов от -50...+60 град С.

Высокая светоотдача: яркость светодиодов сравнимая с неоном. Если сравнивать: обычная лампа накаливания дает до 10 люмен на 1 Вт потребленной энергии, светодиоды - 50 люмен и выше. Сверхяркие светодиоды обеспечивают сильный световой поток для изделий такого класса, поэтому модули могут применяться не только в декоративных целях, но и для освещения.

Чистота цвета: возможность получения любого цвета и оттенка излучения светодиодов: например, чистый синий, чистый белый, оранжевый, сине-зеленый и десятки других чистых цветов и оттенков - чего нельзя получить, используя лампы накаливания.

Высокий уровень безопасности: обеспечивается малым тепловыделением светодиодов и низким питающим напряжением, что дает возможность их использования под водой (для подсветки фонтанов, бассейнов, аквариумов).

Компактные установочные размеры: наиболее удобны для воплощения в жизнь любых задумок дизайнеров.

Направленность излучения: выпускается широкий ассортимент модификации светодиодов по направленности света с углами рассеяния светового потока от 10 до 140 градусов. Поэтому конструкция светодиодов и светильников не требует специальных отражателей или рассеивателей.

Простой электромонтаж: и легкое крепление к любой поверхности существенно облегчают монтаж и ремонт, и соответственно расходы связанные с ними.

Стойкость к механическим воздействиям: отсутствие стеклянных деталей, нитей накаливание делает светодиоды устойчивыми к механическим воздействиям, ударам и вибрации.

Безынерционность: возможность управления через контроллеры, диммеры, в том числе с плавным изменением яркости и цвета свечения. Управляя интенсивностью и режимом свечения можно достичь фантастического эффекта «живого света».

Экологическая и пожарная безопасность: не содержат вредных веществ, побочного ультрафиолетового или инфракрасного излучения и почти не нагреваются.

Главный недостаток светодиодов -- высокая цена.

Безусловно, светодиоды -- самый дорогой источник света. Пока цена одного люмена, излученного светодиодом, в сто раз выше, чем у галогенной лампы. Производители продолжают работать над удешевлением светодиодов и утверждают, что в ближайшие 2-3 года удастся снизить цену одного люмена примерно в десять раз, одновременно увеличив мощность светодиодов.

Впрочем, так или иначе, речь идет о единовременных затратах. По оценкам специалистов, светодиодное освещение экономически себя оправдывает благодаря низкому энергопотреблению и низким эксплуатационным расходам.

Световые приборы на основе СД

Светодиодная экспансия в светотехнику началась со светосигнальных приборов, изначально основанных на применении цветного света. Здесь преимущества светодиодов особенно очевидны. Например, лампа на основе светодиодов AlInGaP красного цвета излучения потребляет в 100 раз (!) меньше электроэнергии и служит в 100 раз (!) дольше, чем обеспечивающая аналогичный эффект лампа накаливания с красным светофильтром.

Светофоры, автомобильные стопсигналы, сигналы поворота, габаритные и заградительные огни, дорожные знаки, навигационные знаки водных путей - в этих областях светодиоды стремительно захватывают лидерство (объем продаж только в США превысил полмиллиарда долларов и удваивается быстрее, чем раз в два года). Это и не удивительно: лампы накаливания в обычных светофорах требуют ежегодной замены, а светодиодные приборы служат 5-10 лет, потребляя при этом в 5-10 раз меньше электроэнергии (по тем же американским данным, новые светофоры "экономят" как минимум 400 млн кВт-ч в год).

В последнее время вошли в моду и завоевали популярность лампы накаливания оригинального дизайна или цвета, использующиеся в качестве светильников. Вы можете приобрести лампочку в форме шарика или свечки, лампочку с рифленой или цветной колбой, с ледяным или снежным узором.

На международной выставке света Euroluce-2000, проходившей в Милане в рамках мебельного салона, были продемонстрированы суперсовременные беспроводные светильники. В основание торшера встраивается батарейка, которая очень медленно и экономично расходуется, так что такой осветительный прибор вообще не надо включать в сеть. В этом светильнике впервые применен LED (Light Electronic Device), который раньше использовался только в сигнализациях.

Широкий ассортимент источников искусственного света и светотехнических систем, разработанных и выпускаемых в настоящее время различными фирмами, помогает нам быть независимыми от естественного освещения. Экономичный и здоровый свет повышает нашу безопасность и комфорт, сохраняет здоровье людей, способствует развитию науки и техники, увеличению производительности труда, а также уменьшает расходы ценных природных ресурсов страны для производства освещения.

В настоящее время энергоэффективной считается такая система освещения, которая создает высококачественное освещение и сохраняет свои характеристики на протяжении длительного времени при низких расходах на потребление электроэнергии, эксплуатацию, капитальных затрат на приобретение и монтаж. Экономия электроэнергии на освещение не должна при этом достигаться за счет снижения норм на освещение, отключения части световых приборов или отказа от использования искусственного освещения при недостаточном уровне естественного света, поскольку потери на ухудшения условий освещения значительно превосходят стоимость сэкономленной электроэнергии.

Если рассматривать различного вида освещение с точки зрения экономии затрат на его производство, то можно выделить несколько основных направлений решения этой проблемы, что позволит создавать экономичное и комфортное освещение. К таким направлениям можно отнести:

- использование энергоэкономичных источников света;

- использование эффективных устройств питания источников света;

- использование устройств управления источниками света.

В качестве энергоэкономичных источников освещения для производственных, медицинских, административных и учебных зданий, а также подвижного транспорта, должны в основном использоваться люминесцентные лампы (ЛЛ) и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), как наиболее экономичные и комфортные источники света. При этом речь не должна, идти об использовании в качестве источников освещения ламп накаливания (ЛИ), так как применение их желательно только в исключительных случаях при особых архитектурно-художественных требованиях или при наличии технико-экономического обоснования.

Размещено на Allbest.ru