Ремикс по - светотехнически.
Содержание материала
С.Г. Никифоров, А.Л. Архипов. Статья опубликована в журнале «Полупроводниковая Светотехника» № 5, 2014, стр. 8-15.
Статья посвящена светодиодным лампам большой мощности, применяемым в бытовых, уличных, промышленных светильниках взамен газоразрядных или ламп накаливания. Исследование по использованию источников прямой замены показано на примере линейки мощных светодиодных ламп Venturo компании «Uniel». Приведены характеристики самих ламп и осветительных устройств при их применении, полученные в лаборатории «АРХИЛАЙТ». Материал может быть полезен проектировщикам энергоэффективного освещения, снабженцам и ответственным за закупки и применение светотехнического оборудования.
Традиции сильнее прогресса
Некоторые из прежних технических устройств получили поистине всенародное признание, а их применение приобрело силу традиции. Ярким примером этому может служить резьбовое присоединение источников света к арматуре, разработанное ещё Т. Эдисоном в 1909г. Другими словами, уже несколько поколений землян, чтобы осветить себе жизнь после захода Солнца, по направлению хода стрелки часов вкручивают грушевидные электрические лампочки в патроны различных диаметров, но абсолютно одинаковых по принципу действия. И патроны эти практически весь век применялись в любых осветительных устройствах и установках, поэтому с детства мы знали, что минимально квалифицированный умелец должен был не только «уметь забить гвоздь», но и «вкрутить лампочку». И это могли делать действительно практически абсолютно все. Это вошло в обиход, в литературу, процесс вкручивания лампы стал предметом анекдотов и историй, а сама неизменная лампочка в зависимости от политической эпохи приобретала имена Великих политиков. Все эти вынужденные пристрастия человечества буквально «вживили» в умы людей привычку сопоставлять источник света с лампой накаливания и неизменным образом её внешнего вида и метода установки в люстру, настольную лампу, уличный фонарь, «голый» патрон, и любую другую осветительную арматуру. Однако с приходом других, более современных источников света, всем тем, для кого были осуществлены усовершенствования, пришлось освоить и новые варианты их подсоединения, и принять другие цветовые оттенки их излучения. Но по сей день при потребности замены люминесцентной лампы в офисном светильнике, всё равно говорили: «вкрутите нам новую лампочку». И были правы, потому как теперь, с массовым появлением компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), действительно люминесцентную лампу можно вкрутить в известный 100 лет патрон. В светотехнических кругах такое явление адаптации нового к прежнему по-своему приняли, расценили как «выход из положения» и вежливо окрестили новоделы ретрофитами. Однако мысль не остановилась на этом, и вкрутить туда же теперь стало возможным и светодиод. Вернее, источник света на основе светодиодов. Последнее оказалось настолько удачным, что потребителя буквально заставили «перешагнуть через ступеньку» и приступить к использованию самых современных - полупроводниковых источников света, справедливо убедив в токсичности и неоправданном доверии к параметрам и большому сроку службы КЛЛ. Тем боле, что и цена на эти лампы уже приблизительно приравнялась. В то же время, был снят запрет на производство и продажу самых популярных ретрофитов – ламп накаливания мощностью 40, 60 и 75Вт. Таким образом, обыватель оказался перед большим выбором различных типов ламп, но, руководствуясь традицией и экономией, останавливался на проверенной поколениями лампе накаливания. А те, кто вынужден считать средства не только за сами лампы и светильники, но и за электроэнергию (руководители предприятий, проектировщики), делали ставки на более эффективные источники. Но относились к тому, насколько они подходят к существующей арматуре с точки зрения светотехнических характеристик, крайне настороженно и с большим недоверием к обещаниям производителей. Расширение сегмента ретрофитов на основе светодиодов коснулось и ламп большой мощности, которые претендуют на установку в уличные или промышленные светильники взамен ламп ДНат, ДРЛ и МГл. Их параметрам, оправданности и корректности применения в указанном сегменте и посвящена настоящая статья.
Характеристики и полученные данные
Отдавая дань не только традициям применения ламп, но и проведения исследований для сравнения их параметров, лабораторией «АРХИЛАЙТ» был выполнен ряд измерений основных характеристик одних и самых доступных в розничной сети светодиодных ламп большой мощности Venturo от компании «Uniel». Выбор образцов был обусловлен наличием у производителя нескольких типов, отличающихся потребляемой мощностью, коррелированной цветовой температурой и одновременно могущих устанавливаться в один тип патрона (в настоящем случае – Е27). Таким образом, в поле зрения исследования попали самые востребованные для обозначенных ранее применений светодиодные лампы, потребляющие 50, 70 и 100Вт типа Venturo LED-M88-ХХХW/DW/E27/FR с декларируемым световым потоком, эквивалентным газоразрядным в 100 – 150 Вт и могущим устанавливаться в стандартные корпуса. Внешний вид ламп представлен на рисунке 1. Одними из самых показательных результатов исследования можно считать как полученные значения параметров самих ламп, так и характеристики в составе с отражателем (корпусом светильника). Из представленных сравнений можно проследить трансформацию фотометрического тела источника оптическими элементами светильника и решить обратную задачу по оптимизации формы пространственного распределения силы света лампы для формирования необходимой КСС осветительного устройства. В таблице 1 приведены несколько десятков полученных значений различных параметров ламп.
 |
 |
Рисунок 1. Внешний вид образцов ламп от «Uniel» типа Venturo LED-M88-ХХХW/DW/E27/FR.
Таблица 1.
Следует отметить высокую световую эффективность всех ламп, которая составляет не менее 100 лм/Вт с учётом некоторого округления у самой мощной. Причём, это значение достигнуто практически независимо от коррелированной цветовой температуры, отличающейся у разных типов образцовв 1,5 раза. Однако есл иметь в вду, что это – лишь источник света, то чтобы иметь высокую световую эффективность светильника с этим источником, ему «пригодится» такое высокое значение, потому как потери при формировании КСС неизбежны. В то же время, стоит отметить, что световая эффективность газорарядных ламп в этом сегменте потреблемой мощости едва ли может достичь таких значений, поэтому уже на этом этапе сравнения, можно предположить, что в случае аналогичного применения в однотипном светильнике, совокупная эффективность осветительного устройства на светодиодной лампе должна быть выше (при условии равенства потребляемой мощности). Однако это может оказаться не столь явным, поскольку оптические элементы светильника рассчитаны на небольшой размер светящего тела (горелки) газоразрядной лампы, в отличие от размера излучающего тела светодиодной, и поэтому сравнением одной световой эффективности здесь может не обойтись: результирующие КСС могут существенно отличаться. В этом случае необходимая освещённость повехности от такого светильника, есмотря на превосходящу световую эффективность, достигнта не бует.
Следует отметить высокую световую эффективность всех ламп, которая составляет не менее 100 лм/Вт с учётом некоторого округления у самой мощной. Причём, это значение достигнуто практически независимо от коррелированной цветовой температуры, отличающейся у разных типов образцов в 1,5 раза. Однако если иметь в виду, что это – лишь источник света, то чтобы иметь высокую световую эффективность светильника с этим источником, ему «пригодится» такое высокое значение, потому как потери при формировании КСС неизбежны. В то же время, стоит отметить, что световая эффективность газоразрядных ламп в этом сегменте потребляемой мощности едва ли может достичь таких значений, поэтому уже на этом этапе сравнения, можно предположить, что в случае аналогичного применения в однотипном светильнике, совокупная эффективность осветительного устройства на светодиодной лампе должна быть выше (при условии равенства потребляемой мощности). Однако это может оказаться не столь явным, поскольку оптические элементы светильника рассчитаны на небольшой размер светящего тела (горелки) газоразрядной лампы, в отличие от размера излучающего тела светодиодной, и поэтому сравнением одной световой эффективности здесь может не обойтись: результирующие КСС могут существенно отличаться. В этом случае необходимая освещённость поверхности от такого светильника, превосходящую световую эффективность, достигнута не будет.
Продолжая тему цветности излучения ламп, стоит отметить достаточно высокий индекс цветопередачи на обеих вариантах коррелированной цветовой температуры, что также явно улучшит такой субъективный показатель, как видность при условии идентичности значений освещённости, создаваемой этими лампами и, например, ДНат. В дополнение к этому, на предпоследней строке таблицы 1 имеется информация о значениях индекса цветопередачи по стандартному образцу №9, характеризующему интенсивность в красной области спектра. Можно заметить, что его значения у всех ламп хоть и невысоки, зато явно не отрицательны, как в большинстве случаев результирующих спектров систем синий кристалл – люминофор. Как говорилось выше, это имеет крайне важное значение при освещении автодорог для возможности верного восприятия красных предупреждающих и запрещающих сигналов в системах и знаках, использующих отражённый свет в тёмное время суток (например, габаритных катафотных и светоотражающих накладках, профилях дорожной разметки и знаках). В таблице 1 также имеется информация о коэффициенте пульсаций освещённости (светового потока).
Можно заметить, что в указанных выше применениях он не нормируется, но никто не исключает возможности использовать лампы там, где такое требование существует. Значение измеренного коэффициента пульсаций освещённости (светового потока) составляет 8,5 и 9,5 % для ламп Venturo LED-M88-70W/DW/E27/FR и Venturo LED-M88-100W/DW/E27/FR соответственно.
Важно отметить также и не столь высокую температуру корпуса ламп, измеренную, правда, в свободном состоянии конвекции (без защитных колпаков и отражателей светильника). Корректность измеренной температуры подтверждается графиками рисунка 2, на которых показано поведение значения светового потока со временем наработки. Можно заметить, что снижение потока происходит на величину порядка 8%, что не может быть следствием значительного перегрева, а стабилизация его значения наступает уже через 10 мин. после включения. Необходимо добавить также, что приведённые полученные режимы справедливы для ламп во всём диапазоне исследуемых потребляемых мощностей.
Применение ламп в составе светильников различного назначения
В качестве примеров применения ламп в существующих конструкциях светильников, рассчитанных на источники света до 10 000 лм, были выбраны по 2 варианта в двух сегментах: уличном и промышленном освещении. В обоих случаях были использованы
одни из самых недорогих и распространённых типов арматуры на основе алюминиевых отражателей, укомплектованных патронами Е27. Таким образом, формирование диаграмм пространственного распределения силы света до необходимого типа осуществляется только этими (не самыми эффективными с точки зрения КПД) отражателями и поэтому в этих примерах может рассматриваться как наихудший случай. Более действенные оптические элементы только подчеркнут эффект от применения испытуемых светодиодных ламп.
Рисунок 2. Период стабилизации светового потока ламп Venturo LED-M88-70W/DW/E27/FR – а) и Venturo LED-M88-100W/DW/E27/FR – б).
Применение в светильниках утилитарного освещения
Внешний вид уличных светильников показан на рисунке 3. Полученные светотехнические характеристики в комплекте с лампой Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR (параметры которой имеются в Таблице 1) представлены в Таблице 2 и на рисунке 3. Можно заметить, что потери светового потока составили 15-25%, что допустимо оценивается как меньшее по сравнению с газоразрядными лампами, излучающими практически в 4п ср, световая эффективность изменилась практически пропорционально: уменьшение потребляемой мощности связано с большим нагревом ламп внутри корпуса светильника.
Таблица 2. Основные параметры светильников утилитарного освещения в комплекте с лампами типа Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR
Однако здесь наиболее интересной будет оценка сформированного пространственного распределения силы света. Диаграммы углового распределения силы света также представлены на рисунке 3, а для одного из светильников для наглядности приведено фотометрическое тело.
Рисунок 3. Внешний вид и измеренные характеристики лампы Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR в составе различных светильников утилитарного освещения. а-в для типа, показанного на фото а), и г-д для типа, показанного на фото г).
Полученные данные по пространственному распределению силы света были использованы для формирования образцов проектов освещения ряда стандартных освещаемых территорий). объектов (например, дорог различного класса и отдельных городских В этих проектах использовались светильники, состоящие из светодиодной лампы и арматуры, стандартно использующейся при проектировании систем освещения на основе обычных бездроссельных ламп и ламп накаливания (рисунок 3). Полученные результаты в виде значений освещённости и условий размещения светильников приведены в таблице 3. Можно заметить, что использование такого решения для внешнего (уличного) освещения позволяет обеспечить нормы, применяемые для стандартных задач. Существует большое количество объектов с низкими нормами освещенности, которые долгие годы освещались теми же светильниками, разработанными для обеспечения более высоких требований по освещённости и яркости. Применение для освещения указанных объектов данного решения позволяет получить среднюю освещённость 4-8 лк и обеспечить нормы по яркости для множества объектов внешнего освещения с низкими требованиями, обозначенными в таблице 4 [1] без переделки систем размещения опор и высот подвеса. При этом потребляемая мощность таких осветительных установок с применением светодиодных ламп может быть снижена в 1,5-2 раза. Из таблицы 4 видно, что параметры освещённости соответствуют классам объектов П4, П5, П6 для дорог класса В3 и отдельных городских территорий. Также существуют требования, что над каждым входом в здание или рядом с ним должны быть установлены светильники, обеспечивающие уровни средней горизонтальной освещенности не менее лк:
на площадке основного входа - 6;
запасного или технического входа - 4;
Применяемость ламп различной потребляемой мощности в составе светильников утилитарного освещения в различных геометрических комбинациях установки на опоры. Приведены примеры расчётов с учётом выполнения норм освещённости.
на пешеходной дорожке длиной более 4 м у основного входа в здание - 4.
Все эти требования вполне реализуемы описываемыми осветительными устройствами.
Применение в светильниках внутреннего освещения
Обычно для внутреннего освещения используются светильники с широкой диаграммой пространственного распределения силы света, что позволяет увеличить полезную освещаемую площадь и снизить высоту подвеса до 5-6 м. Стандартные решения для освещения таких объектов - линейные люминесцентные лампы и соответственно светильники мощностью 2-36 Вт и суммарным потреблением около 100 Вт. Из Таблицы 5 видно, что используя обычную арматуру и светодиодные лампы мощностью 50-100 Вт можно создать необходимый уровень освещенности, требуемый для объекта. Отличие двух проектов – с использованием линейных люминесцентных ламп и светодиодных ламп со светильником со стандартной арматурой выражается в явной возможности снизить стоимость проекта и обеспечить необходимые нормы освещенности и цветопередачи. При использовании светодиодной лампы можно подобрать арматуру, которая создаст диаграмму пространственного распределения силы света, необходимую для конкретного проекта. Данное решение выгодно подходит для реконструкции объектов с бездроссельными лампами и лампами накаливания, для объектов с низкими и средними высотами подвеса. Фактически, использование светодиодных ламп позволит полностью отказаться от линейных люминесцентных ламп не высотах подвеса от 3 до 6 м. На рисунке 5 видно, что освещенность открытых площадей, создаваемая с помощью стандартной арматуры и светодиодных ламп, имеет высокую равномерность.
По аналогии со светильниками уличного освещения, были исследованы 2 типа стандартной арматуры с применением светодиодной лампы Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR.
Внешний вид и полученные характеристики светильников показаны на рисунке 4.
Рисунок 5. Пример визуализации проекта внутреннего освещения с применением ламп Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR в стандартной арматуре.
Таблица 5. Применяемость ламп различной потребляемой мощности в составе светильников внутреннего освещения в различных геометрических комбинациях установки (подвеса). Приведены примеры расчётов с учётом выполнения норм освещённости
Послесловие
Основным результатом представленного в статье исследования является показанная на примере мощных светодиодных ламп Venturo компании «Uniel» возможность их применения в качестве источников света для множества существующих типов достаточно распространённых и одних из самых простых в конструкции светильников т.н. «технического» или «промышленного» освещения. Несмотря на потенциальную неэффективность вариантов осветительных приборов с отражателем, предназначенных для традиционных ламп, результаты исследования применения светодиодных в этих корпусах указали на вполне приемлемый уровень производимой ими освещённости для различных утилитарных целей, где нет высоких требований к её значениям. В то же время, светодиодные лампы большой мощности достигли существенной световой эффективности и поистине стали серьёзными конкурентами традиционным газоразрядным, «маломощный» сегмент которых имеет минимальную светоотдачу и поэтому самую высокую стоимость производимого света. Нелишним было бы напомнить и то, что использование в указанных корпусах светильников ламп на основе светодиодов не требует установки дорогостоящего ПРА, что «нивелирует» прежний и новый вариант осветительного прибора по его себестоимости. Все эти факты свидетельствуют о значительных перспективах развития рынка подобных ламп – «ретрофитов» и о потенциальной оправданности капиталовложений разработчиков в это направление светодиодных источников света.
Измерительное оборудование собственного производства
УСТАНОВКА РАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ «БИОФОТ» для измерения параметров энергетической экспозиции по ГОСТ IEC 62471 (ГОСТ Р МЭК 62471)
Подробнее ...
По вопросам приобретения оборудования и измерения параметров обращаться в лабораторию «АРХИЛАЙТ». тел. (495) 773 11 57, www.arhilight.ru
Создание и разработка сайта
