Ремикс по-светотехнически

Традиции сильнее прогресса

Некоторые из давно существующих технических устройств получили поистине всенародное признание, а их применение приобрело силу традиции. Ярким примером может служить резьбовое присоединение источников света к арматуре, разработанное еще Т. Эдисоном в 1909 году. Другими словами, уже несколько поколений пользуются грушевидными электрическими лампочками, вкручивая их в патроны различных диаметров, но абсолютно одинаковых по принципу действия. И патроны эти практически весь век применялись в любых осветительных устройствах и установках, а потому с детства мы знали, что минимально квалифицированный умелец должен был не только «уметь забить гвоздь», но и «вкрутить лампочку». Это вошло в обиход, в литературу, процесс вкручивания лампы стал предметом анекдотов и историй, а сама лампочка в зависимости от политической эпохи приобретала имена великих политиков. Все эти вынужденные пристрастия буквально «вживили» в умы людей привычку сопоставлять источник света с лампой накаливания, ее неизменный внешний вид с методом установки в люстру, настольную лампу или уличный фонарь.

Однако с появлением более современных источников света нам пришлось освоить и новые варианты их подсоединения, и принять другие цветовые оттенки излучения. Но по сей день, когда нужно заменить люминесцентную лампу в офисном светильнике, все говорят: «Вкрутите нам новую лампочку». И действительно, с массовым появлением компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) их можно вкручивать в давным-давно известный патрон. В светотехнических кругах такую адаптацию нового к старому приняли по-своему, расценили как «выход из положения» и вежливо окрестили новинки ретрофитами. Однако сегодня то же самое можно проделать и с источником света на основе светодиодов. Данное решение оказалось настолько удачным, что потребителя буквально заставили «перешагнуть через ступеньку» и использовать самые современные полупроводниковые источники света, справедливо убедив, что КЛЛ токсичны и не следует чересчур доверять их параметрам и большому сроку службы. Тем более что и цены на те и другие лампы уже приблизительно сравнялись. В то же время был снят запрет на производство и продажу самых популярных ретрофитов — ламп накаливания мощностью 40, 60 и 75 Вт. Словом, обыватель получил широкий выбор различных типов ламп, но, руководствуясь традицией и экономией, предпочитал проверенную поколениями лампу накаливания. Ну а те, кто вынужден считать расходы не только на сами лампы и светильники, но и на электроэнергию (руководители предприятий, проектировщики), делали ставку на более эффективные источники, хотя тщательно проверяли их светотехнические характеристики, крайне настороженно и с большим недоверием относясь к обещаниям производителей. Расширение сегмента ретрофитов на основе светодиодов коснулось и ламп большой мощности, предназначенных для установки 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 традициям не только применения ламп, но сравнения их параметров, лаборатория «АРХИЛАЙТ» выполнила ряд измерений основных характеристик светодиодных ламп большой мощности Venturo от компании Uniel — одних из самых доступных в розничной сети. Выбор образцов был обусловлен наличием у производителя нескольких типов, различающихся мощностью и коррелированной цветовой температурой, но выполненных под один патрон (в данном случае Е27). Так в поле зрения исследователей оказались самые востребованные светодиодные лампы мощностью 50, 70 и 100 Вт серии Venturo LED-M88-ХХХW/XW/E27/FR с декларируемым световым потоком, эквивалентным газоразрядным с потреблением в 100–150 Вт, и предназначенные для стандартных корпусов. Внешний вид ламп представлен на рис. 1. Пожалуй, наиболее показательным результатом исследования можно считать полученные значения параметров самих ламп 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.

Рис. 1. Внешний вид образцов ламп от Uniel серии Venturo LED-M88-ХХХW/ХW/E27/FR

В таблице 1 приведены некоторые из полученных значений различных параметров ламп.

Следует отметить высокую световую эффективность всех ламп, составляющую не менее 100 лм/Вт с учетом некоторого округления у самой мощной. Причем это значение достигнуто практически независимо от коррелированной цветовой температуры, отличающейся у разных типов образцов в 1,5 раза. Однако для высокой световой эффективности светильника с подобным источником ему пригодится такое высокое значение, поскольку потери при формировании КСС неизбежны. Кстати, световая эффективность газоразрядных ламп в данном сегменте потребляемой мощности едва ли достигает таких значений, вот почему уже на этом этапе сравнения можно предположить, что при аналогичном применении в однотипном светильнике совокупная эффективность осветительного устройства на светодиодной лампе должна быть выше (при равной потребляемой мощности). Однако это не всегда бывает явным, поскольку оптические элементы светильника рассчитаны на небольшую горелку газоразрядной лампы, в отличие от размера излучающего тела светодиодной, а потому сравнением одной световой эффективности здесь может не обойтись: результирующие КСС могут существенно отличаться. В этом случае необходимая освещенность поверхности от такого светильника, несмотря на превосходящую световую эффективность, достигнута не будет.

Продолжая тему цветности излучения ламп, нужно отметить достаточно высокий индекс цветопередачи обоих вариантов коррелированной цветовой температуры, что явно улучшит такой субъективный показатель, как видность, при одинаковых значениях освещенности, 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, но явно не отрицательны, как в большинстве случаев результирующих спектров систем синий кристалл — люминофор. Как уже говорилось, это чрезвычайно важно при освещении автодорог для верного восприятия красных предупреждающих и запрещающих сигналов в системах и знаках, использующих отраженный свет в темное время суток (например, в габаритных катафотных и светоотражающих накладках, профилях дорожной разметки и знаках). В таблице 1 также есть информация о коэффициенте пульсаций освещенности (светового потока). В указанных выше применениях он не нормируется, но никто не исключает возможности использовать лампы там, где такое требование существует и регламентирует его значение до 10%. Измеренное значение коэффициента пульсаций освещенности (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.

Следует отметить и не столь высокую температуру корпуса ламп, измеренную, правда, в свободном состоянии конвекции (без защитных колпаков и отражателей светильника). Корректность измеренной температуры подтверждается графиками (рис. 2), на которых показано поведение значения светового потока со временем наработки. На графике видно, 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. Приведенные полученные режимы справедливы для ламп во всем диапазоне исследуемых потребляемых мощностей.

Рис. 2. Период стабилизации светового потока ламп:
а) Venturo LED-M88-70W/DW/E27/FR;
б) Venturo LED-M88-100W/DW/E27/FR

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 два варианта в двух сегментах: уличном и промышленном освещении. В обоих случаях использованы одни из самых недорогих и распространенных 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, а потому в данных примерах может рассматриваться как наихудший случай. Более действенные оптические элементы только подчеркнут эффект от применения испытуемых светодиодных ламп.

Применение в светильниках утилитарного освещения

Внешний вид уличных светильников показан на рис. 3. Полученные светотехнические характеристики в комплекте с лампой Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR (параметры которой имеются в табл. 1) представлены в таблице 2 и на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид и измеренные характеристики светильников утилитарного освещения с лампой Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR:
а) вид светильника светодиодного уличного ULU-V51B-70W/NW IP65 GREY (готовое решение в сборе);
б, в) его измеренные характеристики;
г) вид светильника для применения с лампами малой мощности;
д) его измеренные характеристики

Можно заметить, что потери светового потока составили 15–25%, что меньше по сравнению с газоразрядными лампами, излучающими практически в 4p ср, световая эффективность изменилась практически пропорционально: уменьшение потребляемой мощности связано с бóльшим нагревом ламп внутри корпуса светильника.

Однако здесь наиболее интересной будет оценка сформированного пространственного распределения силы света. Диаграммы углового распределения силы света также представлены на рис. 3, а для одного из светильников для наглядности приведено фотометрическое тело.

Полученные данные по пространственному распределению силы света были использованы для формирования образцов проектов освещения ряда стандартных освещаемых объектов (например, дорог различного класса и отдельных городских территорий).

В этих проектах применялись светильники, состоящие из светодиодной лампы и арматуры, стандартно использующейся при проектировании систем освещения на основе обычных бездроссельных ламп и ламп накаливания (рис. 3). Полученные результаты в виде значений освещенности и условий размещения светильников приведены в таблице 3. Такое решение 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 освещенности и яркости. Применение данного решения для освещения указанных объектов позволяет получить среднюю освещенность 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 со светодиодными лампами может быть снижена в 1,5–2 раза. Из таблицы 4 видно, что параметры освещенности 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:

• на площадке основного входа — 6 лк;
• запасного или технического входа — 4 лк.

Примечания. * Приведены примеры расчетов с учетом выполнения норм освещенности.

Примечания. * На пешеходной дорожке длиной более 4 м; у основного входа в здание — 4. Всем этим требованиям вполне удовлетворяют описанные осветительные устройства.

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 применением 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 светодиодные лампы позволят полностью отказаться от линейных люминесцентных ламп на высотах подвеса 3–6 м. На рис. 5 видно, что освещенность открытых площадей, создаваемая с помощью стандартной арматуры и светодиодных ламп, имеет высокую равномерность.

Примечание. * Приведены примеры расчетов с учетом выполнения норм освещенности.

По аналогии со светильниками уличного освещения были исследованы два типа стандартной арматуры с применением светодиодной лампы Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR. Внешний вид и полученные характеристики светильников показаны на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид и измеренные характеристики светильников внутреннего освещения с лампой Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR:
а) вид светильника светодиодного промышленного ULZ-V48B-70W/NW IP20 SILVER Venturo Bat;
б, в) его измеренные характеристики;
г) вид светильника для применения с лампами малой мощности;
д) его измеренные характеристики

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 распространенных и одних из самых простых в конструкции светильников технического или промышленного освещения. Несмотря на потенциальную неэффективность вариантов осветительных приборов с отражателем, предназначенных для традиционных ламп, результаты исследования применения светодиодных в этих корпусах показывают вполне приемлемый уровень производимой ими освещенности для различных утилитарных целей, где нет высоких требований к ее значениям. В то же время светодиодные лампы большой мощности достигли существенной световой эффективности и поистине стали серьезными конкурентами традиционным газоразрядным, «маломощный» сегмент которых имеет минимальную светоотдачу и соответственно самую высокую стоимость производимого света.

Рис. 5. Пример визуализации проекта внутреннего освещения с применением ламп серии Venturo LED-M88-70W/NW/E27/FR в стандартной арматуре

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 данное направление светодиодных источников света.