Искусственное освещение не зависит от времени дня погоды

Искусственное освещение не зависит от времени дня, погоды, сезона обеспечивает возможность нормальной жизнедеятельности при недостатке естественного освещения Критерий оценки искусственного освещения – освещенность E, лк

Электрический период в истории развития средств освещения 1872 лампа накаливания Лодыгина (угольный стержень) 1876 дуговая лампа Яблочкова (дуга между двумя угольными электродами) 1879 Ртутная лампа Репьева (свечение паров ртути)

Путь развития источников света определяется необходимостью решения двух задач • Осуществить наиболее экономичное преобразование электрической энергии в световую • Получить сравнимое с естественным качество оптического излучения

Экономичность и эффективность Световая отдача – световой поток (лм), излучаемый лампой при потреблении энергии мощностью 1 Вт Керосиновая лампа 0, 25 лм/Вт Лампы накаливания 8 – 19, 5 лм/Вт Газоразрядные лампы 30 – 200 лм/Вт Светодиоды 80 лм/Вт Срок службы: лампы накаливания тыс. часов газоразрядные лампы десятки тыс. часов светодиоды 50 тыс. часов

Качество излучения Цветовая температура – температура, при которой цветность излучения черного тела совпадает с цветностью излучения данного источника Цветовая температура характеризует цветность излучения источника, однако не дает исчерпывающего представления о качестве цветопередачи ламп Качество цветопередачи характеризуется индексом цветопередачи Ra чем выше индекс, тем достоверней цветопередача

Цветовая температура

КПД источника света выражается отношением светового и лучистого потоков При повышении температуры излучателя КПД возрастает до максимального значения 14% при 6500 К (температура Солнца), затем уменьшается.

По принципу преобразования электрической энергии в световую источники света делятся на • Тепловые Свет излучает тело накала, разогревающееся под действием электрического тока до температуры более 1000 К Сплошной спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой области • Газоразрядные Основаны на свойстве газов или паров металла светиться в электрическом поле Каждому газу или металлу свойственен свой цвет свечения. В режиме низкого давления спектр линейчатый, в режиме высокого давления приближается к сплошному

• Светодиоды В светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда (электроны и дырки) рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой). Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн

Лампы накаливания Свет излучает вольфрамовая спираль, разогретая до 3000 К (температура плавления вольфрама 3653 К) Световая отдача 8 – 19, 5 лм/Вт КПД 2 – 5 % Срок службы 1000 часов Световой поток от 100 до 20 000 лм Сплошной спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой области Цветовая температура 2500 – 2700 К Мощность 15 – 1500 Вт Напряжение 127 В, 220 В, для местного освещения 12 В, 24 В, 36 В

Лампа накаливания общего назначения 230 В, 60 Вт, 720 лм, цоколь Е 27, габаритная высота 110 мм

Галогенные лампы накаливания Трубка из кварцевого стекла, заполненная аргоном, ксеноном или криптоном с добавлением паров йода (или других галогенов), с вольфрамовой спиралью, укрепленной по ее оси Пары йода способствуют удлинению срока службы нити накала и повышению ее температуры В результате увеличиваются световая отдача (20 – 30 лм/Вт) срок службы (2000 – 3000 часов) световой поток Наблюдается «побеление» излучаемого света Цветовая температура 3000 – 3400 К

Галогенные лампы накаливания MR (на 12 В) предназначены для установки на транспортных средствах, для стационарного освещения при подключении через трансформатор

Галогенные лампы накаливания с цоколем Е 27 и двойной колбой (на 220 В или 110 В)

Осветительная галогенная лампа мощность 150 Вт, длина 118 мм (на 230 В)

IRC-галогенные лампы На колбы таких ламп наносится специальное «инфракрасное покрытие» , которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. Уменьшаются потери тепла, увеличивается эффективность лампы. Потребление энергии снижается на 45 %, время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой) световая отдача 26 лм/Вт срок службы до 5000 часов световой поток 1700 лм при мощности 65 Вт

Достоинства ламп накаливания • • Дешевые и экологически чистые Включаются в сеть без дополнительных устройств Малочувствительны к температуре воздуха Небольшие размеры, много модификаций Недостатки ламп накаливания • Малая световая отдача • Малый срок службы • Восприятие цвета отличается от дневного

Газоразрядные лампы имеют разное рабочее давление газа (паров металла) • Лампы низкого давления (0, 1 -104 Па) люминесцентные лампы, натриевые лампы низкого давления • Лампы высокого давления (104 – 106 Па) дуговые ртутные люминофорные (ртутно-люминесцентные) лампы ДРЛ, металлогалогенные лампы ДРИ, натриевые лампы высокого давления • Лампы сверхвысокого давления (более 106 Па) ксеноновые лампы

Люминесцентные лампы (лампы низкого давления) Стеклянная трубка с впаянными на ее концах электродами. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором. Трубка заполнена аргоном и парами ртути. Световая отдача 40 – 104 лм/Вт Срок службы 10 -15 тыс. часов (до 60 тыс. часов) Световой поток до 5400 лм Свечение паров ртути имеет линейчатый спектр с максимумом в УФ области (длина волны 254 мкм) УФ излучение возбуждает свечение люминофора (фотолюминесценция) Каждому люминофору свойственен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий максимум, определяющий тон излучения лампы Мощность 15 – 80 Вт

Люминофоры - вещества, обладающие способностью светиться без их нагревания Люминофорами служат кристаллические порошки: вольфраматы кальция и магния (соли вольфрамовой кислоты), силикат цинка Zn. Si. O 3 (соль кремневой кислоты), барат кадмия Cd. B 4 O 7 (соль борной кислоты) Фотолюминесценция (разновидность люминесценции) – свечение, создаваемое облучением вещества, например, невидимым УФ излучением

основные производители - OSRAM, PHILIPS и GENERAL ELECTRIC

Основные типы люминесцентных ламп Лампы дневного света ЛД (дневной свет) Лампы с улучшенной цветопередачей ЛДЦ — де-люкс, ЛДЦЦ — супер-де-люкс Мощность 15, 20, 30, 40, 65, 80 Вт Длина 451 – 1514 мм Диаметр 27, 40 мм Световой поток 700 – 4300 лм Срок службы 12000 – 15000 часов Цветовая температура 6500 К (ЛД) 6000 К (ЛДЦ) Индекс цветопередачи 50, 60, 73 Ra (ЛД) 70, 80, 92 Ra (ЛДЦ) Цвет белый с лёгким голубоватым оттенком Цветопередача неудовлетворительная (ЛД) приемлемая (ЛДЦ) хорошая (ЛДЦЦ)

Основные типы люминесцентных ламп Лампы естественного света ЛЕ (естественный свет) Лампы с улучшенной цветопередачей ЛЕЦ — де-люкс, ЛЕЦЦ — супер-де-люкс Мощность 20, 30, 40, 65 Вт Длина 604 – 1514 мм Диаметр 27, 40 мм Световой поток 865 – 3400 лм Срок службы 12000 – 15000 часов Цветовая температура 4000 К (ЛЕ) 3900 К (ЛЕЦ) Индекс цветопередачи 60 Ra (ЛЕ) 70, 85 Ra (ЛЕЦ) Цвет белый без оттенка Цветопередача неудовлетворительная (ЛЕ) приемлемая (ЛЕЦ) хорошая (ЛЕЦЦ)

Основные типы люминесцентных ламп Лампы белого света ЛБ (белый свет) Мощность 15, 20, 30, 40, 65, 80 Вт Длина 451 – 1514 мм Диаметр 27, 40 мм Световой поток 820 – 5400 лм Цветовая температура 3500 К Индекс цветопередачи 57, 60 Ra Цвет белый с лиловатым оттенком Цветопередача неудовлетворительная

Основные типы люминесцентных ламп Лампы холодно-белого света ЛХБ (холодный свет) Лампы с улучшенной цветопередачей ЛХЕЦ Мощность 15, 20, 30, 40, 65, 80 Вт Длина 451 – 1514 мм Диаметр 27, 40 мм Световой поток 800 – 5040 лм Цветовая температура 4500 К (ЛХБ) 5200 К (ЛХЕЦ) Индекс цветопередачи 60, 65 Ra (ЛХБ) 93 Ra (ЛХЕЦ) Цвет белый с заметным голубым оттенком Цветопередача неудовлетворительная (ЛХБ) хорошая (ЛХЕЦ)

Основные типы люминесцентных ламп Лампы тёпло-белого света ЛТБ (теплый свет) Лампы с улучшенной цветопередачей ЛТБЦ Мощность 15, 20, 30, 40, 65, 80 Вт Длина 451 – 1514 мм Диаметр 27, 40 мм Световой поток 820 – 5200 лм Цветовая температура 2700 К (ЛТБ) 2700 К (ЛТБЦ) Индекс цветопередачи 50, 53, 60 Ra (ЛТБ) 70, 88 Ra (ЛТБЦ) Цвет белый с «тёплым» розовым оттенком Цветопередача относительно приемлемая для тёплых тонов, неудовлетворительная для холодных (ЛТБ); приемлемая для тёплых тонов, менее удовлетворительная для холодных (ЛТБЦ)

Малогабаритные люминесцентные лампы Срок службы 5000 часов Световой поток 400 - 2900 лм Цветность тепло-белая Мощность 4 – 18 Вт

Дуговая ртутная люминофорная лампа ДРЛ (лампа высокого давления) Электрический разряд происходит в ртутной горелке – трубке из кварцевого стекла, пропускающего УФ излучение. Ртутная горелка помещена во внешнюю колбу из тугоплавкого стекла, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором. Световая отдача 30 – 75 лм/Вт Срок службы 10 -15 тыс. часов Световой поток 3400 - 120000 лм Мощность 80, 125, 250, 400, 700, 1000, 2000 Вт Возможна работа в широком диапазоне температур (наружное освещение) Низкое качество цветопередачи Пульсация светового потока Лампа разгорается в течение нескольких минут Повторное включение возможно только после остывания горелки (10 мин) Лампы с улучшенной цветопередачей ДРЛ де-люкс Тепло-белый свет Цветовая температура 3300 – 4500 К, индекс цветопередачи 40 – 52 Ra

Дуговая ртутная люминофорная лампа ДРЛ Устройство лампы ДРЛ: 1. Колба; 2. Цоколь; 3. Горелка; 4. Основной электрод; 5. Поджигающий электрод; 6. Токоограничительный резистор

Металлогалогенные лампы МГЛ или дуговые ртутные лампы с излучающими добавками ДРИ (лампы высокого давления) Устройство аналогично ДРЛ В разрядную горелку кроме аргона и паров ртути вводятся смеси галогенидов (йодидов) натрия, индия, олова, лития и др. в виде легко испаряющихся солей. Атомы металлов излучают характерные для них спектры. Внешняя колба изготавливается из прозрачного стекла или со светорассеивающим слоем Световая отдача 40 – 104 лм/Вт Срок службы 1, 5 – 10 тыс. часов Световой поток 18700 - 350000 лм Мощность 250, 400, 700, 1000, 2000, 3500 Вт Цветовая температура 5500 К, 4200 К Индекс цветопередачи 55 – 60 Ra до 90 Ra Удовлетворительная цветопередача при высокой освещенности

МГЛ мощностью 250 Вт

Металлогалогенные лампы

Натриевые лампы низкого давления НЛНД Электрический разряд происходит в горелке – трубке из специального стекла, устойчивого к воздействию агрессивных паров натрия. В горелку вместе с парами натрия вводят смесь неона и аргона. Горелка помещена во внешнюю вакуумную теплоизолирующую колбу. Световая отдача 200 лм/Вт КПД 50 – 60 % Срок службы 2 тыс. часов Световой поток 6800 - 9800 лм Мощность 85, 140 Вт Излучается монохроматический свет с длиной волны 589 нм Желтый свет повышает видимость при низкой освещенности, в тумане Цветопередача неудовлетворительная

НЛНД мощностью 35 Ватт

Натриевые лампы высокого давления НЛВД Электрический разряд происходит в горелке – трубке из химически и термически стойкого светопрозрачного материала. В горелку вводят смесь паров натрия и ртути с ксеноном. Горелка помещена во внешнюю колбу из прозрачного или светорассеивающего стекла. Световая отдача 150 лм/Вт Срок службы 10 – 15 тыс. часов Световой поток 25000 - 47000 лм Мощность 250, 400 Вт Цветовая температура 2100 К Индекс цветопередачи 23 Ra Спектр излучения сплошной с максимумом в желто-оранжевой области (560 – 610 нм) Свет золотисто-белого оттенка Цветопередача удовлетворительная

НЛВД мощностью 150 и 100 Вт

Ксеноновые лампы сверхвысокого давления Разрядная колба в виде трубки или шара из кварцевого стекла заполнена ксеноном Электрический разряд в ксеноне характеризуется высокой яркостью и сплошным спектром излучения, близким к солнечному. Световая отдача 200 лм/Вт Срок службы 500 – 1250 часов Световой поток 3000 - 2230000 лм Мощность 200, 300, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 20000, 50000 Вт Цветовая температура 6100 – 6300 К Индекс цветопередачи 95 – 98 Ra В темноте свет холодно-белый

15 -киловаттная ксеноновая лампа

3 к. Вт лампа в пластиковом защитном транспортировочном чехле

Достоинства газоразрядных ламп • Высокая световая отдача, высокий срок службы • Возможность получения разнообразных спектров излучения • Малая яркость и низкая температура поверхности колбы Недостатки газоразрядных ламп • Более сложное включение в сеть (пускорегулирующие устройства) • Плохо работают в динамическом режиме • Ненадежная работа при низких температурах воздуха • Пульсация светового потока, снижение светового потока к концу срока службы • Экологическая проблема утилизации отслуживших свой срок ламп

Светодиод или светоизлучающий диод (СД), LED (Light-emitting diode) • Светодиоды В светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда (электроны и дырки) рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой). Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн

Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк 1962 – красный 1972 – желтый До 90 -х годов – красный, желтый, зеленый Для получения белого света необходимо: синий, зеленый, красный

Светодиоды диаметром 5 мм

Люминофорные технологии получения белого света предполагают использование одного светодиода коротковолнового излучения, например, синего или ультрафиолетового, в комбинации с желтым люминофорным покрытием. Фотоны синего или ультрафиолетового излучения, генерируемые светодиодом, либо проходят через слой люминофора без изменения, либо преобразуются в нем в фотоны желтого света. Комбинация фотонов синего и желтого цвета создает белый свет

В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий – индий – галлий (Alln. Ga. P), в синих, зеленых и голубых – индий – нитрид галлия (In. Ga. N). Светодиоды, изготовленные из Alln. Ga. P и In. Ga. N, в совокупности перекрывают почти всю область спектра видимого излучения Основные материалы для производства монохромных светодиодов Alln. Ga. P и In. Ga. N покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности, кроме желто-зеленой и желтой областей спектра с длиной волны 550– 585 нанометров (нм). Цвета, соответствующие этому диапазону длин волн, могут быть получены с помощью совместного использования зеленых и красных светодиодов.

Достоинства светодиодов • • Высокий КПД Механическая прочность, вибростойкость Длительный срок службы Малая инерционность Безопасность, не требуется высоких напряжений Отсутствие ядовитых составляющих и уф излучения Нечувствительность к низкой температуре воздуха (высокие температуры не допустимы) • Чистый цвет, что особенно ценят дизайнеры • Большое количество различных цветов свечения и направленность излучения Недостатки светодиодов • Единственным недостатком можно считать достаточно дорогую стоимость.

Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк. В 1907 году Генри Джозеф Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, Si. C), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде. В 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока» , Олег Лосев обнаружил на стыке двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода.

Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. (В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных компанией Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются. )

Метод RGB дает возможность создавать белый свет точного оттенка, имеющий способность подчеркивать освещаемые цвета. Однако для создания белого цвета RGB требуется сравнительно сложное оборудование, так как в одном источнике необходимо использовать сразу три светодиода. При этом получаемый свет неестественно передает пастельные тона, что является основным следствием низкого индекса цветопередачи белого света, полученного методом RGB. Белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу, чем белые RGB-светодиоды, в большинстве случаев сравнимую с люминесцентными источниками света. От белых RGB-источников света они также отличаются высокой энергоэффективностью. Именно высокая энергоэффективность и хорошая цветопередача делают люминофорные технологии предпочтительным способом получения белого света.

В процессе производства белых светодиодов на светодиодный кристалл наносится слой люминофора. Оттенок или цветовая температура белого света, излучаемого светодиодом, определяется длиной волны света, испускаемого синим светодиодом и составом люминофора. Цветовая температура излучения светодиода зависит от толщины слоя люминофора. Производители стараются минимизировать цветовые вариации с помощью строгого контроля толщины и состава слоя люминофора. Компания Philips Lumileds использует защищенный патентом процесс изготовления светодиодов Philips LUXEON, излучающих холодный и нейтральный белый свет с высоким постоянством цвета.

В первых светодиодах использовались такие материалы, как фосфид галлия (Ga. P), тройное соединение AIGa. As и тройное соединение Ga. As. P. Они создавали излучение от красного до желто-зеленого цвета. В настоящее время Ga. P, AIGa. As и Ga. As. P используются только для изготовления индикаторных светодиодов, так как большие токи, необходимые для получения излучения, и большое тепло, выделяющееся при работе светодиодов, изготовленных из этих материалов, значительно сокращают срок их службы. Для производства осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий – индий – галлий (Alln. Ga. P), в синих, зеленых и голубых – индий – нитрид галлия (In. Ga. N). Светодиоды, изготовленные из Alln. Ga. P и In. Ga. N, в совокупности перекрывают почти всю область спектра видимого излучения с промежутком в области зелено- желтого и желтого цветов. Корпоративные цвета с применением желтого (например, Shell или Mc. Donald’s) трудно получить с помощью одноцветных светодиодов. Одним из способов получения «сложных» цветов является совместное использование в одном осветительном приборе светодиодов разных типов.

Обозначение светодиода в электрических схемах

Светодиодный фонарь для сценического освещения

Достоинства светодиодов • • Высокий КПД Механическая прочность, вибростойкость Длительный срок службы Малая инерционность Безопасность, не требуется высоких напряжений Отсутствие ядовитых составляющих и уф излучения Нечувствительность к низкой температуре воздуха (высокие температуры не допустимы) • Чистый цвет, что особенно ценят дизайнеры • Большое количество различных цветов свечения и направленность излучения Недостатки светодиодов • Единственным недостатком можно считать достаточно дорогую стоимость.

Метод коэффициента использования Коэффициент использования u = раб. пов / ламп раб. пов – световой поток, падающий на рабочую поверхность раб. пов = Eср S, Eср – средняя освещенность, S – площадь помещения (рабочей поверхности) ламп – световой поток, излучаемый лампами ламп = 1 N, 1 – одной лампой, N – количество ламп Неравномерность освещения z = Eср / Emin (1, 1 – 1, 15) Расчетное значение минимальной освещенности Emin = Eн kз Eср = Emin z = Eн kз z раб. пов = Eн kз z S ламп = раб. пов / u = Eн kз z S / u – требуемое значение 1 N = Eн kз z S / u