Нас интересует целый ряд параметров ламп , определяющих, насколько они применимы в том или ином проекте (как говорят светотехники , в осветительной установке). Во-первых, это характеристики, определяющие количество света , которое дает та или иная лампа . Прежде всего, это световой поток в люменах, значение которого всегда приводится в каталогах. Например, установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт может иметь световой поток в 1200 Лм, 35-ваттная "галогенка" – 600 Лм, а натриевая лампа мощностью 400 Вт в светильнике , освещающем проезжую часть, – 48 000 Лм. Легко заметить, что разные типы ламп имеют разную световую отдачу, определяющую эффективность преобразования электрической энергии в свет и, следовательно, разную экономическую эффективность применения.
Несколько слов о световой отдаче
Световую отдачу лампы измеряют в Лм/Вт ( светотехники говорят "люменов с ватта", имея в виду, что каждый ватт потребленной электроэнергии "преобразуется" в некоторое количество люменов светового потока). Это наиболее важный параметр лампы с точки зрения энергосбережения, и прогресс источников света – это в большой степени увеличение световой отдачи, ее приближение к теоретическим пределам. Эти пределы, то есть максимальные значения световой отдачи при "идеальном" преобразовании электроэнергии в свет , можно оценить для разных типов ламп . Для этого нужно вспомнить соотношение между воспринимаемым человеческим глазом светом (система световых величин, в том числе и световой поток, измеряемый в люменах) и мощностью излучения (измеряется, как и положено мощности, в ваттах). Это соотношение, или, попросту, чувствительность среднестатистического человеческого глаза, зависит от длины волны излучения и имеет максимум в желто-зеленой части спектра (555 нм). График такой зависимости – хорошо знакомая каждому светотехнику "кривая видности" (рис. 1) – определяет, сколько люменов "видимого света " несет в себе каждый ватт лучистой энергии монохроматического ("одноцветного") излучения той или иной длины волны. При идеальном (без потерь) преобразовании электроэнергии в свет кривая видности как раз и покажет максимальную световую отдачу источника света заданного цвета излучения. Так, для 555 нм мы получим "абсолютный рекорд" световой эффективности – 683 Лм/Вт, а, скажем, для 630 Нм (красный цвет) – всего 180 Лм/Вт. Лампы , дающие белый свет , представляющий собой смесь разных излучений, могут иметь разный спектр: линейчатый, полосатый, сплошной. В зависимости от спектра максимально возможная световая отдача может быть разной. На рис. 2 представлены типичные и максимальные теоретически возможные значения световой отдачи для разных типов ламп .
Качество цвета и света
С количественными, энергетическими, характеристиками ламп очень тесно связаны параметры, определяющие качество света , – цветовая температура и цветопередача.
"Цветность" белого света обязательно должна учитываться дизайнером при выборе ламп для той или иной установки. В жилых интерьерах традиционно используются лампы теплого тона (Tцв=2700–3000 К), способствующие отдыху и расслаблению. В свете таких ламп наиболее естественно выглядят лица людей. В офисных интерьерах уместнее более "холодные" лампы . Лампы с Tцв=4000–4200 К прекрасно подходят для ландшафтного освещения , подчеркивая изумрудную зелень растений, тогда как, скажем, стандартные галогенные лампы с Tцв=3000 К для этой цели слишком "желтят". Очень интересный эффект может дать вдумчивое использование ламп разных спектров. В световой архитектуре информация, содержащаяся в цветности света , используется для организации пространства: автомобильные магистрали традиционно выделяются желто-золотым светом натриевых ламп , пешеходные пространства – более холодным светом . Сходные приемы могут применяться и в интерьере. Цветопередача, пожалуй, еще более важный параметр, о котором, к сожалению, часто забывают. Чем более сплошной и равномерный спектр имеет лампа , тем более различимы цвета предметов в ее свете . Главный для нас источник света – Солнце – имеет сплошной спектр излучения и наилучшую цветопередачу, при этом Тцв меняется от 6000 К в полдень до 1800 К в рассветные и закатные часы. К сожалению, далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем. Если искусственные источники теплового излучения – традиционные и галогенные лампы накаливания – благодаря сплошному спектру не имеют особых проблем с цветопередачей, разрядные лампы , имеющие в своем спектре полосы и линии, зачастую передают цвета предметов довольно своеобразно. В каталогах ламп производители, как правило, указывают общий индекс цветопередачи Ra, определяемый на основании оценки качества передачи цвета 8 эталонных цветных образцов. Ra тепловых ламп равен 100 (максимальное значение), для разрядных он колеблется от 20 (натриевые лампы ) до 95 и даже 98. Правда, Ra не позволяет сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда даже может дезориентировать дизайнера. Так, люминесцентные лампы с трехполосным люминофором (Ra=80) и белые светодиоды (декларируется Ra до 85) имеют Ra, соответствующий "хорошей" цветопередаче. Зачастую они неудовлетворительно передают некоторые цвета. Задачей дизайнера (архитектора), проектирующего тот или иной интерьер (экстерьер), является тщательный подбор ламп для обеспечения требуемого качества цвета и света .
Перераспределяя потоки
Итак, мы определились с требуемыми энергетическими и спектральными характеристиками лампы , обеспечив нужное количество и качество света . Оказывается, это далеко не все. Нашей целью является создание зрительного образа, световой сцены, попросту говоря, "картинки", и для того, чтобы эта "картинка" отражала наши художественные идеи, нужно организовать правильное распределение света в пространстве. Конечно, львиную долю работы здесь выполняют не лампы , а осветительные приборы, ответственные за перераспределение светового потока, а также выбор приема освещения . Однако сам источник света тоже играет далеко не последнюю роль. Прежде всего важен размер тела свечения (нити накала, горелки и т. д.). Точечный источник дает резкий, акцентирующий свет , подчеркивает фактуру поверхностей, создает "драматические" контрасты. Чем меньше тело свечения, тем легче использовать вторичную оптику – отражатели и линзы, чтобы добиться точного перераспределения светового потока в пространстве, например, сфокусировав свет в узкий луч. В свою очередь, лампы с большой поверхностью свечения (например, люминесцентные), создают прямо противоположный световой эффект. "Мягкий" свет – это смягчение контрастов, нечеткие тени, часто приятная и уютная картинка, которая, однако, может быть невыразительной. Соответственно, такой свет трудно сфокусировать, поэтому люминесцентные лампы , как правило, не используются для прожекторов.
Эксплуатация – это серьезно Лампы перегорают. Кроме того, световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Срок службы – важнейший эксплуатационный параметр ламп – отражает оба этих неприятных факта: различают полный (пока не перегорит) и полезный (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) срок службы. Проектируя световое решение, нельзя забывать о дальнейшей эксплуатации осветительной установки, в частности, о замене ламп . Частая замена ламп в труднодоступных местах может превратить эксплуатацию в кошмар; еще худший вариант – длительная работа установки с перегоревшими лампами , разрушающими световой образ, что очень актуально для установок наружного архитектурного освещения .
Современные источники света сильно отличаются по сроку службы. Абсолютным лидером здесь являются светодиоды : лампу накаливания пришлось поменять более 100 раз, а светодиоды горят и горят… (рис. 3). Сколько нужно ламп , чтобы осветить мир?
Источники света – один из самых массовых товаров, производимых человеком (рис. 4). Ежегодно производится и потребляется несколько миллиардов ламп , львиную долю которых пока составляют лампы накаливания. Стремительно растет потребление современных ламп – компактных люминесцентных, натриевых, металлогалогенных. Заманчивые перспективы в энергосбережении, да и в дизайне осветительных остановок обещают ультрасовременные светодиоды . Происходящие качественные изменения позволяют надеяться, что источники света в новом тысячелетии станут важным инструментом архитектора, проектировщика, просто творческого человека – главного действующего лица наступающей эпохи дизайна.
Лампы накаливания
Принцип действия. Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество – от миниатюрных ламп для карманного фонарика до полукиловаттных 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 (см. спектры на стр. 96). 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, – см. статью Ю. Б. Айзенберга "Компактные люминесцентные лампы : покупать или нет" в №1 "Иллюминатора" за 2002 г.), причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН.
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 лампыпрожекторы PAR в ландшафтных установках наружного освещения ( освещение растительности, подводное освещение и т. д.).
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 направленийразвития современной светотехники .
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 – в прошлом году электрической дуге 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. Светодиодные источники света стоят на пороге вторжения на рынок общего освещения , и это вторжение нам предстоит пережить в ближайшие годы
Каталоги ламп (ТТХ):
Главная
Мир ламп