Экономное светодиодное освещение

Расчёт освещения – был единственный расчёт, в котором я хоть что-то понимала из прошлых заданий, которые дали сейчас – та ещё история… Надеюсь, разберусь, что к чему и сделаю. А пока относительно освещения.

Это моя любимая тема ещё с техникума, так что в прошлую сессию я пожалела, что учусь на заочном. Но жить там долго я бы точно не смогла, эти три недели меня вымотали изрядно. Так что интересующие темы придётся разбирать самостоятельно. Было интересно посмотреть на диаграммы у различных ламп и светильников. Самая лучшая всё же у лампы накаливания – она меньше всего просаживает зрение, глаза меньше устают и т.д. и т.п., но её недостаток основной – много кушает электроэнергии, если правильно помню, 80% уходит на преобразование в тепловую.

Дело в том, что при пропускании электрического тока через тело накаливания (вольфрамовую нить), температура которого резко возрастает после включения, происходит тепловое излучение в соответствии с законом Планка (функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры: с повышением температуры максимум сдвигается в сторону меньших волн). Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Лишь малая доля излучения лежит в области видимого света, для получения которого необходима высокая температура (в современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления – вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C)), основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Да, теперь кошкам не погреться под настольными лампами, да и мне самой руки приходится греть только об стакан чая или же ноут (что-то он у меня стал греться Т_Т)…

Чтобы увеличить срок службы, можно включить лампу последовательно с диодом, благодаря чему ток в лампу идет только в течение половины периода (если верить википедии, то такое соединение уменьшает КПД примерно в 4-5 раз, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз) . Только тогда свет будет мигать, уменьшить пульсацию можно через диодный мост, а если вообще сделать выпрямитель, то шикарно будет, вот только это не уменьшит электропотребление…

Далее: люминесцентные лампы. У обычной (длинной трубчатой) люминесцентной лампы при работе между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает низкотемпературный дуговой разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению ультрафиолетового излучения, которое невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом – люминофором (в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка), которое поглощает ультрафиолетовое излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы.

Но многим (и мне) не нравится свет от таких ламп – искажённый, что часто мешает, к примеру, рисовать при таком освещении – днём смотришь на рисунок и ругаешься, что совсем не те цвета, особенно это сильно раздражало в школе.

Википедия, хоть и не авторитет, но даёт объяснение:

Отчасти это происходит из-за синих и зелёных линий в спектре излучения газового разряда в парах ртути, отчасти – из-за типа применяемого люминофора, отчасти от неправильно выбранной лампы, предназначенной для складов и нежилых помещений.

Во многих дешевых лампах применяется галофосфатный люминофор, который излучает в основном жёлтый и синий свет, в то время как красного и зелёного излучается меньше. Такая смесь цветов глазу кажется белым, но при отражении от предметов свет может содержать неполный спектр, что воспринимается как искажение цвета. Однако такие лампы, как правило, имеют очень высокую световую отдачу.

Если учесть, что в человеческом глазе три типа цветовых рецепторов, и восприятие сплошного спектра — лишь результат работы мозга, то стремиться воссоздавать сплошной солнечный спектр нет необходимости, достаточно воссоздать такое же воздействие на эти три рецептора. Этот принцип давно используется в цветном телевидении и цветной фотографии. Поэтому в более дорогих лампах используется «трёхполосный» и «пятиполосный» люминофор. Это позволяет добиться более равномерного распределения излучения по видимому спектру, что приводит к более натуральному воспроизведению света. Однако такие лампы, как правило, имеют меньшую световую отдачу.

Колбы специальных ламп изготавливаются из увиолевого стекла, пропускающего лучи в ультрафиолетовом диапазоне волн.

В домашних условиях оценить спектр лампы можно с помощью компакт-диска. Для этого нужно посмотреть на отражение света лампы от рабочей поверхности диска — в дифракционной картине будут видны спектральные линии люминофора. Если лампа расположена близко, между лампой и диском лучше поместить экран с маленьким отверстием

Там же есть спектр люминесцентной лампы.

Теперь о тех, которые впихивают нам от правительства – компактные люминесцентные лампы (эконом-лампы), которые сократили до КЛЛ. По сути те же лампы, только имеют другую форму. Теоретически у них большой срок службы, но лично я этого что-то не наблюдаю: одна из причин – частые включения и отключения лампы (многие хоть и выходят на пару минут из комнаты, всё равно выключают свет), другая – нестабильность  напряжения в сети. Энергоэфективность (КПД) у КЛЛ в 5–6 раз больше ЛН, но низкое качество потребления и в итоге КПД мощности всего лишь около 50%, зато искажение формы напряжения сети, а это дополинительные потери при передачи, не говоря уже о том, что происходит с остальной нашей техникой, рассчитанной на синусоидальное напряжение (теперь это всего лишь идеал…). В итоге для устранения этого недостатка нужны дополнительные устройства, что опять же увеличит их стоимость… Хотя, нам на парах сказали, что готовится законопроект, где обязательными требованиями к технике и оборудованию будет отсутствие (или минимальное ли) искажения формы напряжения сети.

А теперь: светодиоды. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую – донорскими. Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области LED (по-английски светодиод называется light emitting diode) должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-n-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

В LED, в отличие от предыдущих лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение (что теоретически можно сделать почти без потерь). Действительно, LED (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым в некоторых случаях. Светодиод излучает в узкой части спектра (о чём нам и говорили на парах, заостряя на этом внимание и называя это недостатком для глаза), его цвет чист, ультрафиолетовое и  инфракрасное излучения, как правило, отсутствуют. LED механически прочен и исключительно надёжен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов (почти в 100 превосходит лампы накаливания и 5–10 раз  – люминесцентные лампы), тем более это низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

Ещё я запомнила с пар, что недостаток светового спектра является достоинством, если правильно собрать светильник и его пусковую аппаратуру.

Хотя… светодиоды не те, что были раньше: яркость сильнее, и порой раздражает, когда подобные пихают где непоподя (в зарядке, на системном блоке компьютера и т.д. – ночью при включенных светло слишком), но вот если взять те же фонарики – весьма недурно: светят хорошо и батареек хватает надолго. В Ижевске вроде бы уже все светофоры на светодиодах (в нашем городе до такого ещё далеко и долго). Н-да, а в прошлом мы лишь игрались лазерными указками, как же далеко шагнула наука, что теперь предлагают светодиодное освещениеsmile

Если бы умела рассчитывать светодиодное освещение, я бы это и сделала. Если выбирать между светодиодным и люминесцентными, то светодиодное: экономлампы, на мой взгляд, уступают светодиодам. Да, пришлось бы изначально вложить средства, но скупой платит дважды. Тем более меня добивает это люминесцентное мерцание, которое я всё же вижу, даже если свет не играет. Да и ко всему прочему, погоня нашего государства за экономией электроэнергией после перевода всех на КЛЛ, наверняка, заставяит переходить всех и на светодиодное. Если я правильно понимаю, то использование почти вечных светодиодов выгоднее, чем вечная замена ртутных ламп и их утилизации.

Но есть две проблемки: первое – пришлось бы менять тему, т.к. для гаража слишком шикарно. Нет, можно рассмотреть вариант, если гараж – это мастерская, где человек проводит много времени. Если кто-то знает, как их рассчитывать, то буду благодарна. Есть сайт «светодиодное освещение», где указаны характеристики и довольно-таки большой выбор светильников, как для внутреннего освещения, как и внешнего.

Возвращаюсь к гаражу. Допустим, пусть гараж будет на своём участке (мечтать не вредно, а порой и полезно – мысли материальны), неподалёку от дома, скажем, что-то такое:

или

При таком раскладе можем задействовать (и для самого дома) несколько различных светильников: наружных (думаю, итак понятно, что для улицы) и внутри: торцевое (сбоку) и офисные (сверху). Не говоря уже о том, что можно просто сделать посветку~_^

А ещё радует вот это «Наша компания осуществляет проектирование систем LED-освещения максимально отвечающих потребностям заказчика, как по техническим, так и по визуальным характеристикам» – можно дать определённую задачу ^_^

Что-то я увлеклась, но зато повторила про лампы. Вообще-то не малую роль ещё играют светильники, ведь они рассеивают и защищают лампы. Да и лампы не все расписала, просто не видела смысла упоминать про галогенные, ДРЛ и лампы специального назначения (допустим ультрафиолетовые).

Немного об источниках:

1.       Википедия (кто бы сомневался):

1.1.  Лампа накаливания

1.2.  Люминесцентная лампа

1.3.  Компактная люминесцентная лампа

1.4.  Светодиод

1.5.  Светодиодная лампа

2.       Светодиодные лампы, фонари, светильники — продукция и подсветка по технологии 21 века

3.      светодиодное освещение

Запись опубликована в рубрике Денёчки, интересненькое. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *