Сравнительные характеристики различных типов источников искусственного света
Краткие определения основных типов источников света
Лампы накаливания вакуумные (Накаливания)
Обыкновенные классические лампы накаливания с вольфрамовой нитью помещенной в герметичную стеклянную колбу с откачанным воздухом. Имеют наиболее широкую область использования. В настоящее время с развитием других источников света, газоразрядных и светодиодных, лампы накаливания вытесняются из привычных сфер применения. Ряд стран, в т. ч. Россия, имеют государственные программы замены ламп накаливания на светодиодные лампы.
Лампы накаливания галогенные (Галогенные)
Схожи с обыкновенными лампами накаливания, но отличаются наличием небольшого количества инертных газов в колбе, способствующих регенерации нити накаливания при работе лампы. Это позволяет накалить нить до более высоких температур и соответственно излучать спектр больше смещенный в видимую область по сравнению с обыкновенными лампами накаливания. Используются в высокоинтенсивных и ярких источниках света, фарах, прожекторах, освещении интерьеров жилых и других непроизводственных помещений. Также в связи с развитием газоразрядных и светодиодных источников света, использование галогенных ламп несколько сокращается.
Газоразрядные люминесцентные лампы низкого давления (Люминесцентные)
Представляют собой газонаполненные колбы низкого давления. Принцип работы основан на использовании тлеющего разряда в инертных газах, в отличие от дугового, как в ртутных лампах высокого давления. Спектр излучения в основном определяется свойствами люминофора. Имеют широкую область применения от быта до внешних территорий и специальных помещений.
Газоразрядные ртутные лампы среднего и высокого давления (Ртутные)
Лампы имеют внешнюю колбу с люминофором и внутреннюю колбу трубку, заполненную смесью инертных газов и содержащую небольшое количество ртути. Принцип действия этих ламп основан на интенсивном излучении с помощью дугового разряда в парах ртути. Спектр излучения корректируется примесью газов и люминофором. Используются для освещения больших территорий, площадей, улиц, цехов, теплиц.
Светодиодные лампы (Светодиодные)
Относятся к развивающемуся направлению источников света. Действие светодиодов основано на явлении излучения света полупроводниками при прохождении прямого тока через переход и рекомбинации дырок. Светодиоды представляют собой твердотельный элемент с полупроводниковым кристаллом на подложке, электрическими выводами и оптической оболочкой в виде прозрачного компаунда. Спектр излучения корректируется составом полупроводников, методом сложения основных цветов от нескольких кристаллов и люминофорами. Применяются для освещения в быту, промышленных и специальных помещениях, открытых территорий, фасадов, на транспорте.
Параметры источников света
Эффективная светоотдача Лм/Вт Начальная стоимость, эксплуатационные расходы Срок службы Безопасность Требования к электропитанию Регулируемость, динамика Возможности цветовоспроизведения Приемлемость спектра излучения Требовательность к основным условиям эксплуатации
1-3. Сравнительные характеристики в виде диаграмм
|
| ||||||||||||
|
| ||||||||||||
|
|
3. Расходы на один Люмен светового потока, Грн
Оценочный расчет
Наработка, час
Стоимость электроэнергии, Грн/Вт*час
Исходные данные
Начальная стоимость, Грн/Лм | Стоимость дополнительного оборудования, Грн/Лм | Ресурс, час | Эффективность излучения, Лм/Вт |
|
|
|
|
4. Безопасность
Безопасность источника света можно рассмотреть по следующим составляющим.
С точки зрения прочности конструкции, взаимодействия человека и окружающей среды с частями конструкции при возможном разрушении:
- безопасность физического взаимодействия,
- безопасность химического взаимодействия.
Относительно излучения:
- спектр излучения,
- пульсации светового потока,
- эффект точечной яркости.
Сопутствующие параметры, явления и эффекты:
- температура поверхности источника,
- электробезопасность,
- электрические помехи.
Безопасность физического взаимодействия
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Светодиодные | Твердотельная прочная конструкция, малое количество хрупкого материала, со временем разрушается медленно |
Галогенные | Стеклянная колба, опасность острых осколков. Малые размеры, относительно прочная колба и немного стекла | |
Накаливания | Стеклянная колба, опасность острых осколков. Большая колба и больше стекла. Меньшая прочность. | |
Люминесцентные | Стеклянная колба, опасность острых осколков. Большая колба и много стекла. Невысокая прочность | |
Ртутные | Стеклянная колба, опасность острых осколков. Большая колба и много стекла. Опасность разлета осколков. Невысокая прочность |
Безопасность химического взаимодействия
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Накаливания | Негорючая конструкция химически устойчива в естественных средах |
Галогенные | Негорючая конструкция химически устойчива в естественных средах | |
Светодиодные | Продукты распада полимеров при термическом воздействии, количество веществ относительно мало | |
Люминесцентные | Ядовитые пары ртути. Количество относительно мало | |
Ртутные | Ядовитые пары ртути. Количество ртути во много раз больше чем в люминесцентных лампах низкого давления |
Спектр излучения
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Накаливания, Галогенные | Наиболее благоприятный, монотонный и широкий в видимом диапазоне спектр излучения, особенно для галогенных ламп накаливания |
Светодиодные | Более сосредоточенный в некоторых полосах спектр излучения, расширение и приближение к естественному спектру достигается смешением цветов либо люминофором | |
Люминесцентные Ртутные | Спектр дневного света для люминесцентных ламп, недостаток теплых цветов. Ртутные натриевые дают теплые благоприятные оттенки, но есть некоторая ультрафиолетовая составляющая, поэтому не рекомендуется использовать вблизи человека и животных. | |
Люминесцентные | Люминесцентные малогабаритные лампы (т. н. энергосберегающие) имеют приближенные к дневным спектрам, но недостаточно широкие спектры, поэтому могут способствовать усталости глаз | |
Ртутные | Сосредоточенные в полосах спектры, проблема побочного ультрафиолетового излучения, образование озона. Поэтому не рекомендуются для использования вблизи людей и животных, в малых помещениях. |
Пульсации светового потока
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Светодиодные Накаливания Галогенные | Практически постоянный световой поток |
Ртутные | Малые пульсации, увеличиваются при снижении напряжения питания либо при износе лампы | |
Люминесцентные | Возможны пульсации при питании переменным напряжением и от флуктуаций газового разряда |
Эффект точечной яркости
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Люминесцентные | Наибольшая площадь поверхности излучения, средняя яркость свечения |
Ртутные | Значительная площадь излучения с активной поверхности колбы, большая, но не критическая для зрения яркость свечения ламп с люминофорами | |
Накаливания | Большая яркость нити накала | |
Галогенные | Большая яркость нити накала на уровне критической для зрения | |
Светодиодные | Очень большая яркость свечения, выше критической для зрения у мощных светодиодов 3-100Вт |
* Эффект критической точечной яркости может быть устранен рефлекторами для ламп накаливания, линзами для светодиодов либо рассеивающими и преломляющими стеклами для всех источников света
Температура поверхности источника
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Горячие Холодные ← → | Люминесцентные | Небольшая температура колбы, превышение 20-30 градусов |
Светодиодные | Температура небольшая, при соответствующем охлаждении до 75 градусов | |
Ртутные | Умеренная температура колбы, до 100 градусов | |
Накаливания | Температура колбы примерно 100-160 градусов, при неправильной установке опасность возгорания горючих материалов | |
Галогенные | Большая температура колбы, 150-250 градусов, опасность возгорания |
Электробезопасность
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Опасные Безопасные ← → | Светодиодные | Низкое рабочее напряжение светодиода 3-25 В |
Галогенные | Возможно использование низковольтных ламп 12-36 В | |
Накаливания | Напряжение 12-220 В, простое подключение, надежная изоляция | |
Люминесцентные | Опасны ЭДС самоиндукции либо резонансное превышение напряжения при запуске лампы | |
Ртутные | Наличие высокого напряжения |
Электрические помехи
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Значительные Незначительные ← → | Накаливания | Отсутствуют существенные помехи |
Галогенные | Возможны магнитные поля вблизи питающего трансформатора, практически незначительны | |
Ртутные | Небольшие электрические помехи при запуске и возможно слабое электромагнитное излучение при работе лампы | |
Люминесцентные | Импульсные помехи от электронных балластов, возможны искажения напряжения сети при использовании множества светильников без коррекции коэффициента мощности | |
Светодиодные | Импульсные помехи от сетевых блоков питания, возможны искажения напряжения сети при использовании множества светильников без коррекции коэффициента мощности |
5. Требования к электропитанию
По требованиям к питанию источники света можно распределить так
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Требовательные Нетребовательные ← → | Накаливания | Простое подключение к источнику питания либо к сети, постоянный и переменный ток |
Галогенные | То же, иногда требует трансформатора | |
Люминесцентные | Требует балластно-пусковой схемы | |
Ртутные | Требует балластно-пусковой схемы, высокое напряжение | |
Светодиодные | Требует электронного блока питания со стабилизацией мощности либо тока |
6. Регулируемость, динамика
Поддаются регулированию | Тип источника света | Комментарии |
|
Да | Светодиодные | Близкое к линейному регулирование светового потока от 0 до 100%, высокое быстродействие, постоянная инерционности не более 1 мс |
Накаливания | Линейное регулирование светового потока от 0 до 100%, при регулировании смещается спектральная характеристика, инерционность средняя 15-300мс | |
Галогенные | Возможно линейное регулирование светового потока от 0 до 100%, при регулировании смещается спектральная характеристика, инерционность средняя 15-300мс, однако при регулировании этих ламп снижается их ресурс | |
|
Нет | Люминесцентные | Регулирование возможно в небольших пределах, но резко снижается устойчивость свечения |
Ртутные | Регулирование не рекомендовано, нарушается режим работы, большая инерционность запуска 60-300 с |
7. Возможности цветовоспроизведения
Цветовоспроизведение источников света можно обеспечить изменением состава рабочих газов, использованием люминофоров, путем фильтрации либо смешением естественных цветов излучения. Первые два метода реализуются, как правило, на стадии производства элементарных источников света. Следующие два можно использовать при создании светильников. Метод фильтрации подходит для источников света с широкими спектральными составляющими. Это показано ниже в порядке предпочтения.
Светофильтр | Тип источника света | Комментарии |
Подходит Не подходит | Галогенные | Широкий монотонный спектр в видимом диапазоне |
Люминесцентные | Широкий спектр в видимом диапазоне | |
Накаливания | Широкий монотонный спектр, несколько смещенный в сторону красно-желтого оттенков, для сине-фиолетовых менее эффективно | |
Ртутные | Широкий спектр в видимом диапазоне, однако, может быть немонотонным | |
Светодиодные | Светодиоды, как правило, монохромные |
Для способа смешения цветов лучше всего подходят светодиоды. Цвета выпускаемых светодиодов охватывают всю гамму видимого диапазона спектра. Монохромность, или чистота цветов светодиодов позволяет обеспечить принцип формирования любого цвета в системе цветовых координат. Для получения большинства цветов достаточно использовать три светодиода с чистыми красным, зеленым и синим цветами. Наложение световых потоков этих светодиодов в разных пропорциях формирует цвета от красного до фиолетового.
8. Приемлемость спектра излучения
Это понятие определяет субъективную комфортность пребывания человека при нормальном уровне освещения данным источником света. Человек привык к солнечному освещению. Поэтому спектр рассеянного дневного света можно считать наиболее приемлемым. По отношению к нему следующие предпочтения.
Спектр | Тип источника света | Комментарии |
Приемлемый Терпимый | Галогенные | Широкий монотонный спектр в видимом диапазоне, близок к дневному спектру |
Накаливания | Широкий спектр в видимом диапазоне, недостаток холодного света, широкая диаграмма направленности, почти все направления | |
Люминесцентные | Широкий спектр, недостаток теплых оттенков | |
Светодиодные | Спектр осветительных белых и тепло-белых светодиодов, по-видимому, несколько уже, чем у галогенных ламп. Неширокая диаграмма направленности, не более160 градусов | |
Ртутные | Выборочные спектральные полосы, либо холодные, либо теплые |
* Следует отметить, что приемлемость светодиодных спектров можно приблизить к восприятию галогенных ламп путем комбинирования теплых и холодных осветительных светодиодов.
9. Требовательность к основным условиям эксплуатации
Данная категория включает в себя совокупные технические и организационные условия эксплуатации источников света. К ним относятся особенности конструкции светильников, механическая прочность элементарного источника и необходимые меры защиты, критичность к воздействиям окружающей среды, температурные воздействия, сложность системы электропитания.
Примерный порядок распределения по требовательности к условиям эксплуатации
Степень | Тип источника света | Комментарии |
Требовательные Нетребовательные ← → | Светодиодные | Основное преимущество состоит в механической прочности, некритичности к пыли и влаге, низковольтном питании, критичности к перегреву |
Накаливания | Проблема в хрупкости, критичность к влаге | |
Галогенные | Проблема в хрупкости, критичность к влаге | |
Люминесцентные | Проблема в хрупкости, критичность к влаге, высоковольтное питание | |
Ртутные | Проблема в хрупкости, критичность к влаге, высоковольтное питание, желательно отдаленность расположения |
Выводы
По приведенным сравнительным характеристикам можно говорить о перспективности светодиодных источников света, основными преимуществами которых являются высокая светоотдача, экономичность, прочность, надежность, устойчивость в окружающей среде. Недостатки светодиодов, а именно спектральные особенности, критичность к перегреву, неширокая диаграмма направленности могут быть существенно снижены либо преодолены конструктивными решениями светильников.
