УДК 628.987

Определение экономической эффективности ламп, применяемых для освещения в помещениях

Definition of economic efficiency of lamps used for lighting in buildings

А. Л. Лодыгин,
Н. В. Генохович
Научный руководитель –
К. П. Палев

A. L. Lodygin,
N. V. Genohovich
Superviser – K. P. Palev

«Коми республиканский агропромышленный техникум»,
г. Сыктывкар

«Komi Republic Agroindustrial technical school», Syktyvkar

Данная работа посвящена современным источникам света. Для обеспечения зрительного комфорта необходимо правильно выбрать и разместить светильники и лампы.

В данной работе освещены достоинства и недостатки ламп и определена экономичность люминесцентных ламп.

Purpose: To eliminate shortcomings of lighting, To prevent losses of a overrun expense of the electric power.

In the electric circuit of management by street lighting in the technical school territory according to the scheme is applied.

At application of new methods of such scheme street lighting will be more effective.

Ключевые слова: эффективность, лампы.

Keywords: effective, lighting.

Введение

Данная работа посвящена современным источникам света: ламп накаливания, галогенных, люминесцентных, светодиодных ламп. Комфортность современных помещений неотделима от качественного освещения. Оказывается, чтобы достичь зрительного комфорта, надо выдержать на определённом уровне много светотехнических параметров:

  • минимальное слепящее действие;
  • зрительное распределение яркости света по основным поверхностям;
  • правильную цветопередачу и тенеобразование;
  • оптимальную освещенность.

А обеспечить все это помогут правильно выбранные и размещенные светильники и лампы.

Поэтому в данной работе освещены достоинства и недостатки ламп и определена экономичность люминесцентных ламп.

Теоретический анализ

1. Лампы накаливания

Лампа накаливания – источник света, преобразующий энергию проходящего по спирали лампы электрического тока в тепловую и световую. По физической природе различают два вида излучения: тепловое и люминесцентное.

Тепловым называют световое излучение, возникающее при нагревании тел. На использовании теплового излучения основано свечение электрических ламп накаливания.

Достоинства ламп накаливания:

  • при включении они зажигаются практически мгновенно;
  • имеют незначительные размеры;
  • стоимость их невысока.
  • Основные недостатки ламп накаливания:
  • лампы обладают слепящей яркостью, отрицательно отражающейся на зрении человека, поэтому требуют применения соответствующей арматуры, ограничивающей ослепление;
  • обладают незначительным сроком службы (порядка 1000 ч);
  • срок службы ламп существенно снижается при повышении напряжения питающей электросети.

Световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.

Таким образом, основной недостаток ламп накаливания – низкая светоотдача. Ведь лишь незначительная часть потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, остальная часть энергии переходит в тепло, излучаемое лампой.

2. Зеркальные и декоративные лампы

Лампы в зеркальных колбах, или зеркальные лампы, имеют колбу специальной формы, на которую нанесен со стороны цоколя зеркальный слой. Остальная часть колбы матирована. Зеркальные лампы предназначены для освещения высоких помещений и открытых пространств, декоративного освещения. Неодимовые лампы используются там, где необходимо высокое качество цветопередачи.

Обозначение зеркальных ламп: ЗК – концентрированного светораспределения; ЗС – среднего светораспределения; ЗШ – широкого светораспределения; ЗКН – зеркальные из неодимого стекла концентрированного светораспределения; ЗШН – зеркальные из неодимого стекла широкого светораспределения.

Выпускаются также специальные лампы накаливания с зеркальным отражателем: термоизлучатели; кварцевые галогенные (КГ-220-1200); ИКЗК-220-500.

Обозначения зеркальных ламп специального назначения: БЛ – белые; Ж – желтые; 3 – зеленые; К – красные; О – опаловые.

3. Разновидности ламп накаливания по заполнению баллона

Лампы накаливания изготовляются на напряжение от единиц до сотен вольт и на мощность от долей ватта до киловатт. Лампы накаливания, из колбы которых удален воздух, называются вакуумными. Лампы, колбы которые заполнены инертными газами, называются газонаполненными.

Преимущества газонаполненных ламп ощутимы: газонаполненные лампы выгодно отличаются от вакуумных ламп. Объясняется это тем, что в среде инертного газа нить лампы не разрушается даже при более высокой температуре, чем в вакуумной лампе накаливания. Значит, они служат дольше. Газонаполненные лампы при прочих равных условиях имеют большую светоотдачу, чем вакуумные лампы, потому что газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению нити накала. Это позволяет повысить рабочую температуру нити. Таким образом, при одной и той же мощности они: меньше по размеру; обладают большей светоотдачей; в несколько раз дольше служат.

Недостатки газонаполненных ламп является дополнительная потеря нити накала вследствие конвекции газа, заполняющего внутреннюю полость колбы. В целях снижения тепловых потерь газонаполненные лампы заполняют малотеплопроводными газами. Другим способом снижения тепловых потерь является уменьшение размеров и изменение конструкции нити накала. Так, например, нити накала выполняют в виде плотной винтообразной спирали (моноспирали) или двойной спирали (биспирали).

4. Галогенные лампы светового напряжения

Галогенный свет – от широкого рассеянного, мягкого, не дающего тени, до резко ограниченного узкого пучка – дает возможность изыскивать бесчисленное количество вариантов освещения

Галогенные лампы, в отличие от традиционных ламп накаливания, дают свет с более высокой цветовой температурой (около 3000 К) при одинаковой способности к цветопередаче. Эти лампы более долговечны, дают больше света при одинаковой мощности и сохраняют постоянную величину светового потока в течение всего срока эксплуатации.

Яркость галогенных ламп можно регулировать, что позволяет адаптировать интенсивность света к индивидуальным требованиям потребителя. Галогенные лампы, рассчитанные на высокие напряжения, можно эксплуатировать без трансформатора при напряжении в сети 220…240 В.

Галогенные лампы накаливания общего назначения общего назначения предоставляют возможность по-новому передать всю цветовую гамму и блеск окружающего интерьера. Их свет не теряет свою яркость на протяжении всего срока службы ламп.

По показателям экономичности они превосходят стандартные лампы накаливания в два раза: галогенная лампа горит ярче и служит в два раза дольше аналогичной по мощности обычной лампы накаливания. Галогенные лампы светового напряжения – это превосходная альтернатива классическим лампам накаливания.

Галогенные лампы направленного света – это более мощная и экономичная альтернатива обычным зеркальным лампам.

Алюминиевый отражатель направляет вперед вместе с видимым светом и тепло. Это позволяет эффективно решать температурную проблему, возникающую при установке ламп в потолочные светильники и в светильники с закрытыми головными частями.

Для чувствительных к теплу объектов – модели с интерференционным отражателем, в которых 2/3 теплового излучения отводится назад.

Современные галогенные лампы имеют ряд существенных преимуществ:

  • неизменно яркий свет в течении всего срока службы;
  • красивый, сочный свет, обеспечивающий великолепную цветопередачу и возможность создания привлекательных световых эффектов;
  • больше света при такой же мощности благодаря более высокой светоотдаче, а следовательно, и повышенная экономичность;
  • увеличенный вдвое срок службы по сравнению с лампами накаливания;
  • уменьшенный размер.

5. Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы – это газоразрядные лампы низкого давления, в которых возникающее в результате газового разряда невидимое для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение преобразуется люминофорным покрытием в видимый свет (принцип работы люминесцентной лампы).

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную герметически закрытую трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из трубки удален воздух и в нее введены небольшое количество газа (аргона) и дозированная капля ртути. Внутри трубки на ее концах, в стеклянных ножках, укреплены биспиральные электроды из вольфрама, соединенные с двухштырьковыми цоколями, служащими для присоединения и лампы к электрической сети посредством специальных патронов. При подаче напряжения к лампе между электродами возникает электрический разряд в парах ртути, в результате электролюминесценции паров лампа излучает свет.

Основным преимуществом люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются:

  • более высокий коэффициент полезного действия (15. ..20%), высокая световая отдача и в несколько раз больший срок службы. Таким образом, при затрате той же мощности достигается значительно большая освещенность по сравнению с лампами накаливания;
  • правильный выбор ламп по цветности может создать освещение, близкое к естественному;
  • благоприятные спектры излучения, обеспечивающие высокое качество цветопередачи;
  • люминесцентные лампы значительно менее чувствительны к повышениям напряжения, поэтому их экономично применять на лестничных клетках и в помещениях, освещаемых ночью, когда в сети напряжения повышено. Лампы накаливания (очень чувствительные к повышениям напряжения) быстро перегорают;
  • малая себестоимость;
  • низкая яркость поверхности и ее низкая температура (до 500С).

Основными недостатками люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания являются:

  • сложность схемы включения;
  • ограниченная единичная мощность (до 150 Вт);
  • зависимость от температуры окружающей среды (при снижении температуры ламп могут гаснуть или не зажигаться);
  • значительное снижение светового потока к концу срока службы;
  • вредные для зрения пульсации светового потока;
  • акустические помехи и повышенная шумность работы;
  • при снижении напряжения сети более, чем на 10% от номинального значения, лампа не зажигается;
  • дополнительные потери энергии в пускорегулирующей аппаратуре, достигающие 25…35% мощности ламп;
  • наличие радиопомех;
  • лампы содержат вредные для здоровья вещества, поэтому вышедшие из строя газоразрядные лампы требуют тщательной утилизации.

6. Светодиоды

Светодиод – (сокращенно СИД – светоизлучающий диод, в английском варианте LED – light emitting diods) – это полупроводниковый прибор с электронно- дырочным p-n переходом или контактом металл – полупроводник, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое (видимое, УФ, ИК) излучение.

Самая распространенная конструкция светодиодов – традиционный 5-миллимитровый корпус. Конечно, это не единственный вариант «упаковки» кристалла.

Светодиод имеет два вывода – анод и катод. На катоде расположен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Он внешне выглядит, как чашеобразное углубление, на дно которого помещен светоизлучающий кристалл. Активный элемент – полупроводниковый монокристалл – в большинстве современных 5-мм светодиодах используются в виде кубика (чипа) размерами 0,3*0,3*0,25 мм, содержащего р-n или гетеропереход и омические контакты.

Кристалл соединен с анодом при помощи перемычек из золотой проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус являющийся одновременно фокусирующей линзой вместе с рефлектором определяют угол излучения (диаграмму направленности) светодиода.

Практическая часть

Была проведена исследовательская работа с помощью стендового оборудования по определению освещенности и экономической эффективности ламп различных типов. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики ламп


п/п

Тип ламп

Цена, руб.

Срок службы, час.

Страна, производитель

Мощность лампы, Вт

Освещенность, лк

Освещенность на единицу мощности, лк/Вт

1

ЛД

29

13000

Фирма «Свет»

Россия

20

330

16.5

2

ЛБ

29

13000

Фирма

«Лисма» Россия

20

340

17.0

3

ЛБ

Россия

20

350

17.5

4

OSPAM

26

13000

Россия

18

330

18.3

5

PHILIPS

46

15000

Польша

18

340

18.8

6

Лампа накаливания

10

1000

Россия

150

610

4.06

7

Энергосберегающая

104

6000

«Фотон» Россия

26

560

21.53

8

Энергосберегающая

94

6000

«Рекорд» Россия

26

550

21.11

9

Светодиодная

230

30000

Россия

1,6

260

162.5


Рисунок 1. Проведение исследования освещенности ламп

Выводы

  1. Российские люминесцентные лампы низкого давления мощностью 18 и 20 Вт дешевле, чем польские лампы, хотя показатели освещенности почти одинаковые.
  2. Китайские, польские, турецкие фирмы используют дешевый люминофор, поэтому светоотдача таких ламп после 1000 ч. работы падает на 50%, имеют низкую надежность и долговечность электронного балласта, который создает ко всему еще и помехи телевизионному и радиоприему (в результате отсутствия помехоподавляющего высокочастотного фильтра). [1]
  3. Лучше на практике применять российские лампы, этим самым будут созданы рабочие места.

Библиографический список

  1. Бессонов В. В. Справочник дачного электрика. Наука и техника 2010. 371 с.
  2. Корякин – Черняк С. Л. Справочник домашнего электрика. Наука и техника. Издание 5-е. 2007. 398 с.
  3. Корякин – Черняк С. Л. Краткий справочник домашнего электрика. Наука и техника. Издание 3-е, переработанное и дополнительное. 2008. 267 с.

 

Статья поступила в редакцию: 29.04.2012

VN:F [1.9.17_1161]
Rating: 0.0/10 (0 votes cast)
VN:F [1.9.17_1161]
Rating: 0 (from 0 votes)
VN:F [1.9.17_1161]
Стиль изложения
Информативность
Сложность вопроса
Научная новизна
Коммерциализуемость
Rating: 4.2/5 (1 vote cast)