Е-21 Джерела світла

                                                     Джерела світла
1.Штучні джерела світла
2.Порівняльний аналіз джерел світла
3.Типи ламп

1. До штучних джерел світла можна віднести всі освітлювальні прилади, які ми використовуємо в повсякденному житті, всі ліхтарі і лампи, що оточують нас на вулиці або в приміщенні, а також декоративне освітлення у вигляді світлодіодних гірлянд і світильників всіляких конструкцій.

    У загальній класифікації можна зустріти такі штучні джерела світла: лампа розжарювання, газорозрядна, люмінесцентна, галогенна, енергозберігаюча і світлодіод, він же LED. Кожна з конструкцій випромінює світло, однак принцип дії у них різний. У лампі розжарювання світло виробляється внаслідок нагрівання металевої пружини потоком електричного струму. Газорозрядні лампи працюють на парах ртуті або натрію, практично за таким же принципом працюють люмінесцентні лампи, проте в їх структурі крім парів ртуті присутній шар люмінофора, нанесений на внутрішню поверхню скляної трубки.

    Галогенні лампи по своїй структурі нагадують лампи розжарювання, тільки її балон наповнений парами брому або йоду, це подовжує термін служби і рівень яскравості. Енергозберігаючі лампи, які все частіше можна зустріти як в житлових приміщеннях, так і в офісах або торгових центрах, являють собою зменшену версію люмінесцентної лампи, більш практичну і стійку до пошкоджень. LED-лампи працюють від напівпровідників, що випромінюють світло під впливом електричного струму.

    Сучасні діоди прийнято вважати самим економічним і безпечним для людини і екології варіантом освітлення. У їх виробництві не використовуються небезпечні речовини на зразок парів ртуті, а також все частіше скло замінюють більш безпечними матеріалами. Крім того, діоди практично не нагріваються, а значить не можуть стати причиною пожежі, що особливо важливо в житлових і офісних приміщеннях.

2.Порівняльний аналіз джерел світла

Напевно Ви що-небудь знаєте про лампи різних типів, однак навряд чи вивчали це питання занадто глибоко. В даному огляді ми вирішили розкрити ряд технічних нюансів більш повно, щоб кожен споживач чітко розумів, що являють собою різні типи лампочок та які існують характеристики ефективності їх роботи.

 

Світлова віддача

Щоб розуміти, на що варто звертати основну увагу, проаналізуємо базову характеристику лампи – світлову віддачу. Дана величина вимірюється в Лм/Вт, тобто показує нам, скільки одиниць світлового потоку (люменів) ми можемо отримати від кожної спожитої виробом одиниці енергії (ватта).

Неважко побачити, що цей показник за своєю суттю відображає рівень енергетичної ефективності лампи. Якщо Вам здається, що галузь виробництва лампочок вже повністю усталилася та практично не розвивається – це не так. Навпаки, зараз виробники ламп всіх типів борються саме за те, щоб наблизити реальну світлову віддачу своїх виробів до теоретично досяжних меж. У чому полягають ці межі? Тут все просто: це та величина світлової віддачі, яка може бути досягнута при повному перетворенні електричної енергії у видиме світло необхідної яскравості.

Крім суто технологічних складнощів, є також певні обмеження, що вносяться механізмами сприйняття світла людиною. Рівень чутливості наших очей неоднаковий при різних довжинах хвиль, які випромінюються джерелом світла. Найкраще ми бачимо жовто-зелену частину оптичного спектру (близько 555 нм), але в інших його областях чутливість знижується. Таким чином, в технічну систему координат, сформовану поняттями «світловий потік» та «потужність», включається третій фактор, фізіологічний. Для його позначення застосовують термін «видиме світло», який досить чітко вказує на важливість однієї обставини: в кінцевому підсумку пріоритет має не те, скільки становить співвідношення Лм/Вт, а те, яким чином людське око сприймає результат випромінювання при даній світловий віддачі джерела.

Припустимо, ми використовуємо новітню лампочку, яка здатна видавати максимальний рівень перетворення електроенергії у світло. При цьому будемо також вважати, що необхідний нам відтінок якраз знаходиться в середині оптимального для нас жовто-зеленого діапазону. У цих умовах ми могли б отримати рекордну світлову ефективність – близько 680 Лм/Вт для значення світлової хвилі в 555 нм. Якщо ж ми візьмемо значення для червоного кольору, яке нами розрізняється набагато гірше, то отримаємо 180 Лм/Вт за довжини хвилі в 630 нм. Таким чином, очевидною є колосальна різниця між розривом в діапазоні кольору світіння та зміною величини видимого світла. Тому щоб домогтися білого світла, необхідно провести змішання випромінювань в різних спектрах у правильній пропорції. При цьому сам спектр може бути як суцільним, так і лінійчатим, а часом навіть смугастим.

Колір та світло

Незважаючи на певну мовленнєву спорідненість цих слів, з оптичної точки зору це поняття лише пов'язані, але не мають однозначної взаємної кореляції. Навіть банальний білий світ від люстри, розташованої в приміщенні, визначається колірністю й типом лампочки, що потребує її попереднього аналізу, інакше Ви ризикуєте отримати зовсім не той результат, на який розраховували.

Житлові кімнати прийнято освітлювати теплими тонами на рівні колірної температури 2700-3000К. Такі відтінки сприяють заспокоєнню, допомагають відпочити і розслабитися після трудового дня. Через колір нашої шкіри в такому освітленні ми виглядаємо найприродніше.

Офіс, робочий кабінет або письмовий стіл можна освітлити набагато більш холодним світлом. Він має колірну температуру на рівні 4000-4500К та відмінно підійде для охоплення великої території. Знову ж, зелень на підвіконні кабінету буде виглядати при ньому більш насичено, а це, як відомо, корисно для втомлених від комп'ютера очей. Раніше для офісів нерідко застосовували галогенові лампи з колірною температурою близько 3000К. Хоч даний тип з самого початку й має більш холодний тон світіння, за цих величин він може створювати на предметах «ефект старовини»: сторінки книг і листя рослин будуть виглядати пожовклими, а меблі – вицвілими.

Грамотний розподіл ламп з різним спектром може давати дуже цікаві результати. Наприклад, непогано себе зарекомендувало вуличне двокольорове освітлення, при якому проїжджа частина освітлюється добре розпізнаваним жовто-зеленим світлом, а тротуари – концентруючим увагу прохолодним білим.

 

Передача кольору

У внутрішніх приміщеннях теж можна вдаватися до прийомів комбінування, подібних до описаного раніше, але робити це слід з обережністю. Справа в тому, що у невеликому просторі буде дуже помітна «різношерстість» освітлення, а це не тільки неестетично, а й на підсвідомому рівні викликає у людини дискомфорт.

Незважаючи на важливість однорідності кольору освітлення, в інтер'єрах на перший план виходить саме передача кольору. Щоб люди, речі і предмети меблів виглядали звично і природно, у ламп повинен бути суцільний спектр випромінювання з високим індексом CRI. Орієнтиром при цьому є сонячне світло, чия колірна температура протягом дня змінюється від 1800К до 6000К, але передача кольору залишається незмінно високою.

Зазвичай лампи розжарювання і якісні галогенки не грішать спотвореннями, оскільки мають суцільний спектр, але розрядні лампи можуть досить погано передавати кольори предметів через наявність у їх спектрах смуг та ліній. Не завжди виробники пишуть індекс передачі кольору прямо на упаковці ламп, проте в фірмових каталогах можна знайти більш повну інформацію з цього приводу. Там даний показник наводиться в одиницях Ra або вказується як індекс CRI. Ціна поділки, нульова відмітка і максимум (100 одиниць) в обох шкал однакові, тому можна не боятися переплутати значення при виборі.

У класичному випадку за еталон взяті 8 зразків світла. Лампочки розжарювання наближаються до значення в 100 од., розрядні лампи (наприклад, натрієві) можуть мати діапазон індексу від 20 до 95 од. і т.д. Заради справедливості, хочемо зазначити, що індексом Ra ще потрібно навчитися користуватися. Люмінесцентні лампи та білі світлодіоди з рівнем Ra=80 позиціонуються як вироби з «гарною» передачею кольорів, проте допускається, щоб навіть в них один колір трохи «випадав з обойми». З'ясувати подібні нюанси можна тільки методом спроб та помилок, а тому у досвідчених дизайнерів і архітекторів вже є власна база перевірених освітлювальних приладів.

З кожним роком асортимент лампочок різних типів і форм тільки зростає. Переважну частину споживчого попиту як і раніше становлять лампи розжарювання, проте їх поступово витісняють з ринку галогенові, люмінесцентні, енергозберігаючі (КЛЛ) та світлодіодні лампочки. Останні два типи зараз розташовуються на гребені хвилі, проте з технічної точки зору КЛЛ помітно програють світлодіодним – як у плані економічності, так і з експлуатаційної точки зору. Виробники регулярно вдосконалюють свою продукцію, що дає нам можливість сподіватися на якісно новий виток в сфері освітлювальної техніки, який належить побачити людству в найближче десятиліття.

3.Типи ламп

Далі коротко розглянемо окремі типи ламп з урахуванням вже знайомих нам характеристик. Зараз на ринку можна знайти таку продукцію:

• лампи розжарювання;
• галогенові лампи;
• люмінесцентні лампи;
• енергозберігаючі лампи (КЛЛ);
• світлодіодні лампи;
• модулі на базі світлодіодів.

Лампи розжарювання

Цей різновид лапочек добре відомий усім нам з дитинства. У скляній колбі розташовується вольфрамова нитка, яка нагрівається при проходженні через неї електричного струму. У порівнянні з іншими типами, їхня світлова віддача виглядає сміховинно: близько 10-15 Лм/Вт. З точки зору якості перетворення енергії, вони також помітно програють іншим типам, оскільки більшою мірою витрачаються на отримання тепла, аніж на вироблення світла.

Вони випромінюють дуже теплі тони (колірна температура близько 2600-2700К) і мають найвищий рівень передачі кольору (Ra=100). Проте, ресурс роботи у даних виробів невеликий – близько 1000 годин, що також неймовірно мало для сучасних освітлювальних приладів. Незважаючи на те, що більшість людей знають про це, продажі лампочок розжарювання стабільні як і раніше. Причиною попиту є низька ціна продукції і її традиційність, що укорінена в нашій свідомості.

Галогенові лампи

Галогенки є більш сучасним типом ламп, заснованим на ефекті світіння спіралі в газовому середовищі. Для їх виготовлення використовуються спеціальні сорти кварцового скла, що забезпечує багаторазове віддзеркалення світлотеплового випромінювання всередину колби. Світлова віддача таких ламп тримається на рівні 30 Лм/Вт, а колірна температура коливається від 3000 К для переважної більшості типових моделей – та до 4200 К для лампочок денного світла.

Якщо галогенка виготовлена солідної фірмою, її Ra буде наближатися до 100. Кут розсіювання таких ламп без відбивачів невеликий, тому вони частіше застосовуються для фокусування світла на окремих об'єктах. Термін служби перевищує аналогічний показник попереднього типу в 2-4 рази, тобто становить близько 2000-4000 годин.

Люмінесцентні лампи

Люмінесцентні лампи являють собою довгий циліндр, наповнений парами ртуті, з розташованими усередині електродами. В електричному полі пари починають випромінювати УФ-промені, що провокує люмінофор, нанесений на стінки трубки, світитися в видимому діапазоні. Залежно від класу, такі лампи можуть забезпечувати або середню передачу кольору Ra=80 при світловій віддачі до 104 Лм/Вт, або ж Ra=90-98 при світловіддачі близько 88 Лм/Вт. Особливістю люмінесцентних ламп є необхідність використання пускорегулювальних пристроїв. Проте, їх сильною стороною є довговічність – в офісах такі лампи можуть успішно працювати понад 20 тис. годин.

Енергозберігаючі лампи

Відомі зараз як «енергозберігаючі», такі лампи мають другу, більш правильну назву, КЛЛ – компактні люмінесцентні лампи. За своєю будовою вони є доповненням до попереднього типу, тільки трубка тут закручується в спіраль. Їх світловіддача в середньому становить до 75 Лм/Вт при колірній температурі 2700-6000 К та індексі передачі кольору понад 80 од. В останні п'ять років вони отримали велике поширення як заміна традиційних лампочок у всіх сферах застосування останніх. Незважаючи на достатню простоту ламп цього типу та помірну вартість, їх потенціал переоцінений, і експерти стверджують, що ажіотаж навколо КЛЛ викликаний більшою мірою рекламою, аніж реальною ефективністю виробу.

Світлодіодні лампи

Існує два основних види світлодіодних ламп: SMD і LED filament. Тут ми не будемо заглиблюватися в технологію їх виробництва і порівнювати їх (для цього в нас є окрема стаття), але зазначимо, що в основі їх всіх лежить робота світлодіодів. З технічної точки зору, на нинішній момент даний тип ламп займає лідируючі позиції.

При потужності лампи в п'ять ват, її світлова віддача складає 25Лм/Вт, а рівень передачі кольору – понад 85 од. При цьому світлодіодні джерела мають поки вищу ціну, однак вона повністю компенсується терміном служби: від 50 до 100 тис. годин.

Можна говорити, що даний тип лампочок зробив своєрідну революцію, перевівши ефективне освітлення на твердотільні матеріали. З урахуванням їх високої економічності, найближчим часом ніякі конкуренти світлодіодам не страшні.

Модулі на базі світлодіодів

Світлодіоди потроху починають заповнювати всі сфери життя, а тому багато виробників намагаються адаптувати їх під різні господарські та громадські потреби. Першою на черзі стоїть заміна тих ламп, які потрібні для створення колірних ефектів. У порівнянні з лампою розжарювання, доповненої світлофільтром, кілька діодів виглядають набагато більш зручними і економічними.

Муніципалітети великих закордонних міст передбачають переведення на світлодіоди практично всіх сигнальних об'єктів інфраструктури: світлофорів, вуличних ліхтарів, наземної навігації, стоп-сигналів на комунальній техніці та ін. Такі вироби споживають набагато менше енергії і потребують заміни лише раз в 5-7 років, що робить їх незрівнянно більш вигідними для місцевих бюджетів.

 

Домашнє завдання : підручник В.В.Чорна, С.В.Чорний "Технологія електромонтажних робіт"

 с.159-160