Книга: Профессиональные советы домашнему электрику
Назад: Глава 9 ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИМИ
Дальше: 9.2. Стандартные линейные люминесцентные лампы
9.1. Устройство, принцип действия, классификация, параметры
Принцип построения полноразмерных люминесцентных ламп
Люминесцентная лампа (ртутная лампа низкого давления; далее по тексту — ЛЛ) является газоразрядным источником света (рис. 9.1 и 9.2).
Рис. 9.1. Полноразмерные люминесцентные лампы
Рис. 9.2. Строение полноразмерной люминесцентной лампы
Конструктивно она представляет собой стеклянную трубку с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем люминофора. В торцы трубки введены вольфрамовые спиральные электроды. Для повышения эмиссионной способности на электроды наносится оксидная суспензия, изготовляемая из карбонатов или перекисей щелочноземельных металлов.
Внутри лампы находятся разреженные пары ртути и инертный газ (аргон). Давление ртутных паров в ЛЛ зависит от температуры стенок лампы и составляет при нормальной рабочей температуре 40 °C примерно 0,13-1,3 Н/м2 (10-2-10-3 мм рт. ст.).
Такое низкое давление обеспечивает интенсивное излучение разряда в ультрафиолетовой области спектра (преимущественно С длиной волны 184,9 и 253,7 нм). Под действием электрического напряжения (поля), приложенного к электродам, в лампе возникает газовый разряд.
При этом проходящий через пары ртути ток вызывает ультрафиолетовое излучение. На внутреннюю поверхность лампы нанесен слой особого вещества (люминофор). Наиболее распространенным люминофором является галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. Изменяя соотношение активаторов, можно получить люминофоры разных марок и изготавливать лампы разной цветности.
Ультрафиолетовое излучение, воздействуя на люминофор, заставляет его светиться, т. е. люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Стекло, из которого выполнена ЛЛ, препятствует выходу ультрафиолетового излучения из лампы, тем самым предохраняя наши глаза от вредного для них излучения.
Примечание.
Исключением являются бактерицидные и ультрафиолетовые лампы; при их изготовлении применяется у виолевое или кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолет.
Широкое распространение на сегодня получают ЛЛ с амальгамами In, Cd и других элементов. Более низкое давление паров ртути над амальгамой дает возможность расширить температурный диапазон оптимальных световых отдач до 60 °C вместо 18–25 °C для чистой ртути.
При повышении температуры окружающей среды сверх допустимой нормы (25 °C для чистой ртути и 60 °C для амальгам) возрастают температура стенок и давление паров ртути, а световой поток снижается.
Еще более заметное уменьшение светового потока наблюдается при понижении температуры, а, значит, и давления паров ртути. При этом резко ухудшается и зажигание ламп, что делает невозможным их использование при температурах ниже -10 °C без утепляющих приспособлений.
В связи с этим представляют интерес безртутные ЛЛ с разрядом низкого давления в инертных газах. В этом случае люминофор возбуждается излучением с длиной волны от 58,4 до 147 нм. Поскольку давление газа в безртутных ЛЛ практически не зависит от окружающей температуры, неизменными остаются и их световые характеристики.
Проблема работы ЛЛ при низких температурах решена:
♦ использованием ЛЛ ламп Т5 (с диаметром трубки 16 мм);
♦ применением компактных люминесцентных ламп;
♦ питанием ЛЛ от высокочастотных электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА).
Совет.
Световая отдача ЛЛ повышается при увеличении размеров (длины) за счет снижения доли анодно-катодных потерь в общем световом потоке. Поэтому рациональнее использовать одну лампу на 36 Вт, чем две по 18 Вт.
Срок службы ЛЛ ограничен дезактивацией и распылением (истощением) катодов. Отрицательно сказываются на сроке службы также колебания напряжения питающей сети и частые включения и выключения ламп. При использовании ЭПРА эти факторы сведены к минимуму.
Достоинства люминесцентных ламп
Широкое использование ЛЛ связано с тем, что они имеют ряд значительных преимуществ перед классическими лампами накаливания:
♦ во-первых, это высокая эффективность, КПД составляет 20–25 % (у ламп накаливания около 7 %), а светоотдача (т. е. количество излучаемых люменов на единицу потребляемой мощности) лежит в пределах 70-105 лм/Вт (у ламп накаливания 7-12 лм/Вт).
♦ во-вторых, длительный срок службы — до 20000 ч (у ламп накаливания — 1000 ч и сильно зависит от напряжения питания).
Известно, что оптическое излучение (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) оказывает на человека (его эндокринную, вегетативную, нервную системы и весь организм в целом) значительное физиологическое и психологическое воздействие, в основном благотворное.
Дневной свет — самый полезный. Он влияет на многие жизненные процессы, обмен веществ в организме, физическое развитие и здоровье. Но активная деятельность человека продолжается и тогда, когда солнце скрывается за горизонтом. На смену дневному свету приходит искусственное освещение.
Долгие годы для искусственного освещения жилья использовались (и используются) только лампы накаливания — тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета.
Кроме того, лампы накаливания, как уже упоминалось, неэффективны, их коэффициент полезного действия 6–8 %, а срок службы очень мал — не более 1000 ч. Высокий технический уровень освещения с этими лампами невозможен. Вот почему вполне закономерным оказалось появление ЛЛ — разрядного источника света, имеющего в 5-10 раз большую световую отдачу, чем лампы накаливания, и в 8-15 раз больший срок службы.
Преодолев различные технические трудности, ученые и инженеры создали специальные ЛЛ для жилья — компактные, практически полностью копирующие привычный внешний вид и размеры ламп накаливания и сочетающие при этом ее достоинства (компактность, комфортную цветопередачу, простоту обслуживания) с экономичностью полноразмерных ЛЛ.
Рис. 9.3. Сравнение теплого поля лампы накаливания и компактной люминесцентной лампы (справа).
Как видно из термографического рисунка, лампа накаливания (слева) 92–94 % электроэнергии преобразует в тепло и лишь 6–8 % — в свет, тогда как компактная люминесцентная лампа (справа), давая такой же световой поток, расходует на 80 % меньше электроэнергии.
В силу своих физических особенностей ЛЛ имеют еще одно очень важное преимущество перед лампами накаливания: возможность создавать свет различного спектрального состава — теплый, естественный, белый, дневной, что может существенно обогатить цветовую палитру домашней обстановки.
Не случайно существуют специальные рекомендации по выбору типа ЛЛ (цветности света) для различных областей применения (они будут приведены ниже).
Наличие контролируемого ультрафиолета в специальных осветительно-облучательных ЛЛ позволяет решить проблему профилактики «светового голодания» для городских жителей, проводящих до 80 % времени в закрытых помещениях.
Выпускаемые фирмой OSRAM ЛЛ типа BIOLUX, спектр излучения которых приближен к солнечному и насыщен строго дозированным ближним ультрафиолетом, успешно используются одновременно и для освещения, и для облучения жилых, административных, школьных помещений, особенно при недостаточности естественного света.
А специальные загарные ЛЛ типа CLEO (фирмы PHILIPS) предназначены для принятия «солнечных» ванн в помещении и для других косметических целей.
Внимание.
При использовании этих ламп следует помнить, что для обеспечения безопасности необходимо строго соблюдать инструкции изготовителя облучательного оборудования.
Таким образом, ЛЛ, обеспечивающие достаточно много света в квартире, сохраняют тем самым зрение, снижают утомляемость, повышают работоспособность и поднимают настроение; кроме того, спектральный состав их излучения легко варьируется по цвету. Все это делает такие лампы исключительно привлекательными для потребителя.
Недостатки полноразмерных люминесцентных ламп
Имеют ЛЛ и некоторые недостатки. Как правило, все разрядные лампы дЛя нормальной работы требуют включения в сеть совместно с балластом.
Определение.
Балласт, он же пускорегулирующий аппарат (ПРА), — электротехническое устройство, обеспечивающее режимы зажигания (но не всегда само зажигание) и нормальную работу ЛЛ.
Сильна зависимость устойчивой работы и зажигания лампы от температуры окружающей среды (допустимый диапазон 5-55 °C, оптимальной считается 20 °C). Хотя этот диапазон постоянно расширяется с появлением ламп нового поколения и использованием электронных балластов (ЭПРА).
Об ультрафиолете. Природа газового разряда такова, что любые ЛЛ имеют в спектре небольшую долю ближнего ультрафиолета. Известно, что при передозировке даже естественного солнечного света могут возникнуть неприятные явления. В частности, избыточное ультрафиолетовое облучение может привести, к заболеваниям кожи, повреждению глаз.
Но было доказано, что работа в течение года (240 рабочих дней по 8 часов в день) при искусственном освещении ЛЛ холодно-белого света с очень высоким уровнем освещенности в 1000 лк (это в 5 раз превышает оптимальный уровень освещенности в жилье) соответствует пребыванию на открытом воздухе в г. Давос (Швейцария) в течение 12 дней летом по одному часу в день в полдень.
Следует заметить, что реальные условия в жилых помещениях бывают в десятки раз более щадящими, чем в приведенном примере. Следовательно, о вреде обычного люминесцентного освещения говорить не приходится.
Важен вопрос ограничения пульсации светового потока. Дело в том, что устаревшие линейные трубчатые ЛЛ, подключенные к сети с помощью электромагнитного пускорегулирующего аппарата (чаще всего применяемого в светильниках), создают свет не постоянный во времени, а «микропульсирующий». При имеющейся в сети частоте переменного тока 50 Гц пульсация светового потока лампы происходит 100 раз в секунду. И хотя эта частота выше критической для глаза и, следовательно, мелькание яркости освещаемых объектов глазом не улавливается, пульсация освещения при длительном воздействии может отрицательно влиять на человека, вызывая повышенную утомляемость, снижение работоспособности.
В светильниках с электронным высокочастотным ПРА указанная особенность работы ЛЛ полностью устранена. Поэтому для традиционного освещения жилья люстрами, настенными, напольными, настольными светильниками целесообразно применять упомянутые выше компактные люминесцентные лампы.
О ртути. В лампу для ее работы вводится капля ртути — 30–40 мг (в компактных люминесцентных лампах — 2–3 мг, а в некоторых типах амальгамных компактных люминесцентных ламп ртути в чистом виде практически нет — она находится в связанном состоянии).
Пример.
В термометре, имеющемся в каждой семье, содержится 2 г (т. е. в 100 раз больше, чем в ЛЛ) ртути.
Разумеется, если лампа разобьется, поступить следует так же, как мы поступаем, когда разбиваем термометр, — тщательно собрать и удалить ртуть, однако содержание в лампе столь ничтожного количества ртути не представляется поводом для серьезного беспокойства.
Вывод.
ЛЛ в доме — это не только более экономичный, чем лампа накаливания, источник света. Грамотное освещение люминесцентными лампами имеет множество достоинств: экономичность, обилие и красочность света, равномерность распределения светового потока, особенно в случаях высвечивания протяженных объектов линейными лампами, меньшая яркость ламп и значительно меньшее выделение тепла.
Классификация ЛЛ ведущих производителей
На сегодняшний день наиболее качественную продукцию и широкий ассортимент на нашем рынке представляют не отечественные производители, а мировые светотехнические бренды:
♦ германская фирма OSRAM [http://www.osram.com];
♦ голландская PHILIPS [http://www.lighting.philips.com];
♦ американская GE Lighting (General Electric) [http://www.gelighting.com].
Они предлагают широчайший выбор высококачественных ЛЛ на любой вкус и цвет. Свои люминесцентные лампы производители разделяют на две большие категории:
♦ категория 1 — люминесцентные лампы ЛЛ (FL — Fluorescent Lamps);
♦ категория 2 — компактные люминесцентные лампы КЛЛ (CFL–Compact Fluorescent Lamps).
Люминесцентные лампы по характеристикам делятся на группы:
♦ по спектральному составу излучения: стандартные; с улучшенной цветопередачей; специальные;
♦ по электрической мощности: маломощные — до 18 Вт; средней мощности — 18–58 Вт; мощные — свыше 58 Вт;
♦ по диаметру трубки: Т2 — 7 мм; Т5 — 16 мм; Т8 — 26 мм; Т12 — 38 мм;
♦ по форме и длине трубки: прямые (линейные); U-образные; кольцевые;
♦ по светораспределению: с ненаправленным светоизлучением; с направленным светоизлучением (рефлекторные, щелевые, панельные и др.).
Основными параметрами люминесцентных ламп, которые указывают фирмы-производители в своих технических каталогах и которые необходимы потребителю для правильного выбора той или иной лампы, являются:
♦ мощность лампы (Вт);
♦ световой поток (лм);
♦ светоотдача (лм/Вт);
♦ цветовая температура или ССТ — Correlated Color Temperature (К);
♦ индекс цветопередачи, Да или CRI–Color Rendering Index;
♦ габаритные размеры и исполнение.
Назад: Глава 9 ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИМИ
Дальше: 9.2. Стандартные линейные люминесцентные лампы
