К вопросу о классификации и некоторой систематизации параметров светодиодных осветительных приборов

Все известные параметры светодиодных осветительных приборов (ОП), используемые для их характеристики, и вновь предложенные следует подразделять на две группы — основные и дополнительные. Некоторые малоинформативные из них можно было бы отнести к третьей, вспомогательной группе, но поскольку такие случаи единичны, они были включены нами во вторую группу.

К основным параметрам на первом этапе анализа мы отнесли те, которые приводятся на упаковках светодиодных ламп (СДЛ) и в технических паспортах светодиодных светильников (СДС). В качестве дополнительных параметров мы положили считать те, которые пока мало используются разработчиками при характеристике реализуемых изделий.

Приведем подробный перечень параметров светодиодных ОП, составленный на основе обобщения и анализа данных, почерпнутых из специальной литературы, а также базирующийся на результатах собственных исследований [2, 3, 4–9].

Основная группа параметров:

• потребляемая мощность;
• световой поток;
• угол рассеивания;
• коррелированная цветовая температура;
• индекс цветопередачи;
• напряжение питания;
• диапазон рабочего напряжения;
• коэффициент пульсации освещенности;
• диапазон рабочих температур;
• срок службы;
• гарантийный срок;
• массо-габаритные характеристики и др.

Дополнительные параметры:

• спад освещенности;
• световая отдача;
• коэффициент мощности;
• нелинейные искажения;
• энерго-экономическая эффективность;
• нестабильность освещенности при отклонении напряжения питания от номинального;
• максимально допустимая температура корпуса;
• осевая освещенность и осевая эквивалентная мощность;
• тип кривой силы света;
• удельные масса, площадь светодиодного модуля и цена;
• частота тока и сила входного тока;
• мощность применяемого светодиода;
• КПД светильника;
• температура в контрольной точке светодиодного модуля, время температурной стабилизации режима работы;
• тип цоколя;
• способ крепления ОП;
• защита от окружающей среды и защита по безопасности;
• цена одного люмена;
• количество светодиодов в модуле;
• скорость «разгорания».

Видно, что если к числу основных параметров ОП отнесено порядка десяти, то в число дополнительных входит вдвое больше. Это свидетельствует о том, что основные параметры не могут достоверно охарактеризовать свойства ОП и, соответственно, их качество.

Анализ параметров показывает, что некоторые их них, наиболее информативные, должны быть перенесены в основную группу, а другие, наоборот, из основной группы следует перенести в дополнительную. Например, сведения о световом потоке целесообразно перенести во вторую группу, ибо абсолютная его величина несет меньшую информацию, чем светоотдача, которая позволяет потребителю сразу получить важную информацию о качестве изделия по уровню его энергоэффективности. Выработав критериальные значения основных и дополнительных параметров, можно легко оценить качество приобретаемых ОП.

Складывается впечатление, что многие производители, поставщики и дилеры намеренно не приводят сведения о светоотдаче как СДЛ, так и СДС, поскольку она позволяет потребителю оперативно и с достаточным приближением самостоятельно оценить одну из важных характеристик ОП. Еще большую информацию несет коэффициент технико-экономической эффективности, интегрально учитывающий светоотдачу и удельную цену ОП, значения которого находятся в пределах 25–250 и подразделены на пять классов [8, 9].

При проведении светотехнических расчетов значение светового потока легко определяется вычислением на основе приводимых в паспортах сведений о свето­отдаче и мощности ОП. Повышенное значение светового потока может, без привязки к его мощности, привести к ошибочной оценке эффективности ОП. Следует отметить, что большинство потребителей, приобретая лампы накаливания, ориентируются лишь на их мощность и не имеют никакого представления о величине светового потока.

Параметр «эквивалент мощности лампы накаливания» нередко не соответствует часто приводимым на упаковках значениям. Он дает лишь приближенное представление о световом потоке и не может использоваться для количественной характеристики ОП. Его применение в последние годы надо рассматривать, в основном, как маркетинговый прием производителя, направленный на облегчение реализации продукции. Поэтому данный параметр следует приводить в конце основного перечня. Часть дополнительных параметров также может представлять интерес для потребителя. Вместе с тем существенная часть дополнительных параметров необходима все-таки преимущественно экспертам.

В прилагаемых к ОП инструкциях по их эксплуатации не всегда присутствуют значения параметров, приводимых на упаковке. Между тем в них целесообразно приводить не только основные, но и ряд дополнительных, наиболее информативных параметров, что позволит покупателю получать более полную информацию об ОП и его качестве.

Некоторые из предложенных параметров ОП, отнесенных к дополнительным, следует рассматривать как новые [2, 4, 5], поскольку они пока еще не нашли отражения в научных публикациях.

В таблице 1 для наглядности приведен перечень параметров СДЛ в той последовательности и в том количестве, который приводят разработчики и дилеры на упаковках товара. Некоторые параметры СДЛ представлены на разных плоскостях упаковки, в результате чего на практике приходится с трудом изыскивать сведения о том или ином параметре.

Примечание: P — потребляемая мощность, U — напряжение питания, F — частота тока, Ф — световой поток,
Т_цв — коррелированная цветовая температура, R_a — индекс цветопередачи, Р_экв — эквивалентная мощность лампы накаливания, t_срок — срок службы, t_гар — гарантийный срок, θ — угол рассеивания, Цок — тип цоколя, N_цик — число циклов включения.

В рамках одной таблицы сложно представить все параметры, приводимые на упаковках. По этой причине некоторые малоинформативные и типовые характеристики, такие как напряжение питания, диапазон рабочего напряжения, диапазон рабочей температуры и габаритные размеры, в ней не представлены. Бóльшую информацию несет величина изменения освещенности при отклонении напряжения питания, например, на ±10–20%, чем приводимый диапазон рабочих напряжений [5], по той причине, что отклонения промышленного напряжения питания допускаются в очень небольших пределах (±10%). Поэтому такой параметр, как диапазон рабочего напряжения, отнесен в дополнительную группу.

Из данных таблицы 1 следует, что пока отсутствует унифицированное представление перечня параметров ОП. По существу, каждый производитель приводит разное количество параметров и, как правило, в разной последовательности. Это затрудняет осмысление и сравнительную оценку их качества. Для получения более полной информации об ОП следовало бы сопровождать их не только «Инструкцией по эксплуатации», но и «Техническим паспортом», в котором были бы указаны как основные, так и дополнительные параметры.

Кроме того, целесообразно для более полного информирования покупателя некоторые дополнительные параметры ОП отнести к основным и приводить их на упаковках. Это, прежде всего, касается световой отдачи, спада световой освещенности и осевой освещенности, измеренной на фиксированном расстоянии, например на удалении 2 м.

В то же время отдельные, редко приводимые на упаковках основные параметры вполне могут быть отнесены к дополнительным. Так, данные о значении коэффициента пульсации, освещенности и количестве допустимых циклов включения приводят на упаковках ОП лишь единичные поставщики. Отсутствие систематизированного представления параметров вызвано тем, что поставщики, по-видимому, сами заказывают заводам вид упаковки на свое усмотрение, при этом нередко ошибочно выражая размерность, например светового потока, в виде Лм или ЛМ [7].

Пользователя должно больше интересовать, насколько ОП обеспечивает стабильную освещенность при отклонении температуры окружающей среды на некоторую величину, чем работоспособность ОП в достаточно большом ее интервале, а также не столько величина светового потока, сколько величина освещенности рабочего места, обеспечиваемая ОП. То же следует отнести к оценке степени стабильности освещенности при отклонении напряжения электросети от номинального значения на определенную величину.

Ранее предложенный и достаточно апробированный параметр [8, 9], такой как коэффициент технико-экономической эффективности, по простоте вычисления и информативности вполне может быть отнесен к основным.

Срок службы несет недостаточно достоверную информацию [10]. Так, для типовых СДЛ одни фирмы приводят срок службы всего 15000 ч (Philips 9 Вт, HNFE 10 Вт), а другие — 40 000–50 000 ч
(EKF 9 Вт, Gauss 5 Вт). Здесь уже следует говорить о намеренном завышении срока службы. Так, выступая в 2013 г. на Международном симпозиуме «Энергоресурсосбережение и энергосбережение», в присутствии представителя фирмы Philips по России мы отметили, что в эти годы даже данная фирма вынуждена в паспорте изделий осознанно приводить для светильников завышенный срок службы, равный 100 000 ч,
поскольку в ином случае ее изделия по этому параметру существенно уступали бы продукции даже малоизвестных фирм.

В последние годы для характеристики СДЛ все чаще применяется такой параметр, как эквивалент мощности лампы накаливания (Р_экв). Между тем, выбирая СДЛ по потребляемой мощности, покупатель прежде всего руководствуется не ее световым потоком и эквивалентной мощностью, а той освещенностью, которую она обеспечивает. Следует отметить, что при равных световых потоках СДЛ и лампы накаливания (ЛН) осевая освещенность, обеспечиваемая СДЛ, в несколько раз выше в силу меньшего угла ее излучения. Поэтому Р_экв, по существу, не раскрывая важного свойства СДЛ, в определенной степени дезинформирует потребителя.

Более объективную информацию можно получить при сопоставлении освещенностей обоих типов отмеченных ламп. Исходя из этого, при сопоставлении СДЛ с ЛН целесообразно в паспорте СДЛ приводить так называемую осевую эквивалентную мощность (Вт). Ее определение можно осуществить по номограмме ЛН «осевая освещенность–потребляемая мощность» путем сравнения с осевой освещенностью СДЛ. Так, по нашим данным, у 7-Вт филаментной лампы осевая эквивалентная мощность не более 5 Вт, в то время как Р_экв, приводимая на упаковке, равна 75 Вт.

На основе изложенного выше обоснования приведем рекомендуемую унифицированную примерную последовательность представления параметров ОП на их упаковках:

1. Потребляемая мощность, [Вт].
2. Тип цоколя.
3. Светоотдача, [лм/Вт].
4. Осевая освещенность, [лк].
5. Угол излучения, [град.].
6. Коррелированная цветовая температура, [К].
7. Индекс цветопередачи.
8. Коэффициент нестабильности светового потока.
9. Энерго-экономическая эффективность.
10. Осевая эквивалентная мощность.
11. Срок службы, [ч].
12. Гарантийный срок, [мес., год].

Данный перечень может быть предложен разработчикам СДЛ и СДС для практического его применения. Осевую освещенность имеет смысл приводить на типовом удалении от ОП, равном 2 м, так как в этом случае ее значение может быть легко пересчитано к требуемому расстоянию.

Наблюдение показывает, что осуществлять сравнительную оценку СДЛ по ряду характеристик без привязки к их мощности представляется некорректным [5, 6]. Это относится, прежде всего, к таким параметрам, как спад освещенности, удельная масса, коэффициент технико-экономической эффективности и максимальная температура корпуса. Такой же подход предъявляется к коэффициенту мощности в ГОСТ Р 55705-2013. Поэтому имеется определенная необходимость в установлении соответствующих пределов мощности ОП и их классификации. Предлагается СДЛ и СДС подразделять на четыре класса: маломощные, средней мощности, мощные и сверхмощные (табл. 2).

Приведенные значения мощностей для каждого класса являются приближенными и могут дорабатываться в процессе их применения. Следует отметить, что пока на рынке очень мало мощных СДЛ. Измерения ламп Geniled16, ASD20, Gertz17 показали, что практически у всех ламп заявленная мощность оказалась существенно выше измеренной — на 23, 38 и 47% соответственно. Значения мощности СДЛ, относящихся к 3 классу, следует отнести лишь к заявляемым, поскольку они заметно уступают измеренным.

Следует исключить из оборота термин «коэффициент полезного действия светильника», применяемый в литературе и в ГОСТ Р 54814-2011. Под ним понимается отношение светового потока источника света, применяемого в светильнике, к световому потоку светильника. Данный параметр характеризует лишь эффективность оптической системы, и для устранения разночтения в публикациях его следует именовать «КПД оптической системы». Его скорее следует отнести к технологическим параметрам, поскольку он необходим только разработчикам ОП и лишь на этапе их проектирования. При определении КПД светильника необходимо учитывать и потери, имеющие место в драйвере. В [11, 12] показано, что этот параметр, по существу, сводится в итоге к светоотдаче.

Отсутствие унификации применяемых терминов нередко затрудняет анализ литературы, поскольку является источником разночтения даже для специалиста с достаточной подготовкой [13]. Так, даже в пределах одной публикации известного специалиста фирмы Cree применены три разных наименования для обозначения «угла излучения», что при первом прочтении вызвало вопросы. Связавшись с автором этой публикации, удалось выяснить, что он некорректно применил три наименования для одного и того же параметра. Определенным источником разночтения данного термина являются ГОСТ Р 54814-2011 и ГОСТ Р 55392-12. В первом нормативном документе обсуждаемый параметр именуется «углом излучения», а во втором — «углом рассеивания». Нам представляется, что первый термин более адекватно отражает физическое свойство ОП. От применения в ряде ОП рассеивателя зачастую угол излучения не изменяется.

Отметим, что в литературе для десятка наиболее типовых параметров, в том числе и для угла излучения, используется до 10 разных наименований для каждого из них [13]. Это свидетельствует о достаточно малом внимании, уделяемом в научной литературе разработке методологических вопросов светотехники.

В заключение можно надеяться, что результаты проведенной классификации и систематизации параметров светодиодных осветительных приборов не останутся вне внимания разработчиков и после широкой их апробации найдут свое применение.