«Тёплые ламповые» светодиоды

Опубликовано: 10 марта 2015 г. в 17:00, 317 просмотровКомментировать

На бытовом уровне спектр светодиодных ламп и светильников считается более «холодным», чем свет ламп накаливания. Помимо некоторых предрассудков, данное мнение имеет под собой объективную основу. Всего каких-то 10 лет тому назад светодиоды белого свечения выпускались только в варианте с «холодным оттенком», да и сейчас недорогие светодиодные лампы не отличаются «теплотой». Тем не менее, благодаря развитию технологий, стали широко применяться светодиоды, дающие приятный глазу теплый оттенок белого. А недавно обозначилась новая тенденция — использовать для освещения светодиоды, имеющие даже более «теплый» оттенок, чем среднестатистическая лампа накаливания.

Оттенки белого свечения принято указывать в виде цветовой температуры, то есть температуры абсолютно черного тела, которое дает излучение с таким же спектром. В лампах накаливания и галогенных лампах свет испускает нить накала, которую можно представить в качестве абсолютно черного тела. Соответственно, к этим типам ламп понятие цветовой температуры применимо без каких-либо оговорок.

Цветовая температура ламп накаливания для широкого применения зависит от мощности и лежит в пределах 2400-3000 К. Международная комиссия по освещению (МКО) приняла в качестве эталонной лампы накаливания источник света с цветовой температурой 2856 К. В практической светотехнике за цветовую температуру лампы накаливания, как правило, берут значение 2700 К, приблизительно соответствующее лампе накаливания мощностью 60 Вт, так как именно такое значение мощности было наиболее распространено до введения ограничений на неэффективные источники света. В частности, такую цветовую температуру имеют компактные люминесцентные лампы с теплым белым свечением. Впрочем, в данном случае словосочетание «цветовая температура» является лишь сокращенным вариантом термина «коррелированная цветовая температура» (КЦТ).

Спектр излучения газоразрядных и твердотельных источников света (к которым относятся и светодиоды) в общем случае значительно отличается от спектра излучения абсолютно черного тела. Поэтому применительно к ним говорят о КЦТ, которая определяется как температура абсолютно черного тела, спектр которого по определенным критериям наиболее близок к спектру излучения источника света.

Для определения КЦТ, как правило, используется диаграмма цветности МКО-1931. В ней каждый цвет определяется двумя координатами: х (цветность) и у (насыщенность). Подробное описание данной системы выходит за рамки настоящей статьи, о нем можно прочесть в [Л]. На диаграмме строится кривая излучения абсолютно черного тела при разных температурах. Оттенки свечения ламп накаливания находятся точно на ней, точки, соответствующие газоразрядным и твердотельным источникам света, в общем случае имеют отклонения отданной кривой.

Область, в пределах которой сдвиг относительно заданной точки на диаграмме цветности дает оттенок, неотличимый для человеческого глаза от исходного, ограничена так называемым эллипсом Мак-Адама. В том случае, если различие составляет п различимых человеческим глазом цветовых оттенков в любом направлении на диаграмме, то говорят об n-шаговом эллипсе Мак-Адама.

Определение КЦТ светодиодов белого свечения во всем мире в настоящее время осуществляется по методике, описанной в американском стандарте ANSI С78.377А, принятом в 2008 году. Были определены 8 стандартных значений КЦТ. Их расположили на кривой излучения абсолютно черного тела и вокруг каждого начертили 7-шаговый эллипс Мак-Адама. Далее, для упрощения практического использования, эллипсы были заменены четырехугольниками. КЦТ белого светодиода полагается равной КЦТ, соответствующей четырехугольнику, куда попал его оттенок свечения.

Аналогичный подход был реализован и в российском стандарте ГОСТ Р 54350-2011. Производители светодиодов могут указывать значение КЦТ и не входящее в стандартный ряд значений, тогда значение КЦТ определяется по иным методикам, которые производитель выбирает самостоятельно.

Разработчики стандарта ANSI С78.377А в качестве основы использовали уже исторически сложившийся ряд КЦТ для компактных люминесцентных ламп. Поэтому минимальное стандартное значение КЦТ принято равным 2700 К.

Вкусное освещение

Чем ниже КЦТ светодиода, тем ниже его светоотдача. Поэтому нижняя граница КЦТ, массово используемых светодиодов, определяется главным образом экономической эффективностью — применение светодиодов вместо традиционных источников света должно себя окупать. Увеличение светоотдачи повышает пороговое значение КЦТ, при котором использование светодиодов становится выгодным. Вот почему раньше выпускались главным образом светодиоды «холодного» оттенка с высокой КЦТ.

Светодиоды с низкой КЦТ, вплоть до 2200 К, выпускаются серийно с 2010 года. Но из-за низкой эффективности они применялись главным образом в «нишевых» решениях. Например, в светодиодных лентах или лампах-ретрофитах с регулируемым оттенком белого. В них используются светодиоды с низкой (около 2200 К) и высокой (около 6500 К) КЦТ, излучение от которых смешивается. Диммируя группы светодиодов с той или иной КЦТ, можно получать белое свечение заданного оттенка. Однако, в данном случае энергоэффективность отходила на второй план и светоотдача вполне могла быть сопоставимой со светоотдачей галогенных ламп.

Задача разработки высокоэффективных светодиодов с цветовой температурой 2400 К изначально исходила от торговли и общественного питания. Хлеб, мясо, сыр и некоторые другие продукты питания более привлекательно и аппетитно выглядят при освещении с низкой цветовой температурой. Для этого используются специальные люминесцентные лампы, либо же обычные люминесцентные лампы, на которые устанавливаются светофильтры. Вместо них было предложено использовать светодиоды с низким КЦТ.

В кафе и ресторанах освещение с низким КЦТ дает посетителям ощущение расслабленности, что привлекает новых клиентов. Поэтому специально для предприятий общественного питания выпускаются лампы накаливания с недокаленной нитью. Другой вариант — снижение температуры нити накала путем постоянного диммиирования лампы. Пониженная температура нити накала обуславливает низкое значение цветовой температуры, но обратной стороной является плохая энергоэффективность — светоотдача падает до 2 раз по сравнению с обычной лампой накаливания, что приводит к огромным счетам за электроэнергию. И здесь использование светодиодного освещения с КЦТ 2400 К способно дать значительную выгоду.

Светодиоды с КЦТ 2400 К, имеющие столь высокую светоотдачу, что их выгодно использовать не только для декоративной подсветки, но также для локального и даже общего освещения, массово производятся с 2013 года. Выпуском таких светодиодов занимаются Cree, Osram, Edison и некоторые другие компании. Светодиодные лампы-ретрофиты с КЦТ 2400 К производятся под такими известными брендами, как GE, Megaman, Verbatim и рядом других. Параметры некоторых светодиодных ламп 2400 К приведены в таблице. В России продажи светодиодных ретрофитов с КЦТ 2400 К, пригодных для общего освещения, начались в 2014 году.

Кроме ламп-ретрофитов выпускаются и светодиодные светильники с КЦТ 2400 К. В основном это линейные модульные системы. (См. таблицу.)

Параметры некоторых светодиодных ламп с КЦТ 2400 К

Тип лампы

Цоколь

Напряжение питания, В

Потребляемая мощность, Вт

Световой поток, лм

Светоотдача всей лампы лм/Вт

Индекс цветопередачи Ra

GE LED Candle LED4DCAMCF/824BK E26* 120 4,5 250 56 75
GreenCreative BR30 E26* 120 10 640 64 83
TCP LED11A19D24K E26* 120 10 800 80 н/д
Megaman LC0803.5dCT-2400K El 4 220-240 3,5 210 60 80
Megaman LG4105.5CS-2400K E27 220-240 5,5 380 69 80
Led2day R7s (118 мм) 230-240 10 850 85 н/д
Ecola Globe LED Premium G45 золотой шар El 4 220 7 н/д н/д н/д

* Для рынка США.

Несъедобные применения

Если на упаковке светодиодной лампы указана КЦТ 2700 К, вроде бы, можно быть уверенным, что спектр будет таким же, как у лампы накаливания. Так и получается, если речь идет о дорогостоящих светодиодных лампах с розничной ценой более 0,03 долл, за 1 лм (для сравнения стоимости светодиодных ламп принято использовать соотношение между ценой и световым потоком, здесь и далее стоимостные характеристики даются на декабрь 2014 г.) Но когда используются лампы с розничной ценой порядка 0,01-0,02 долл, за 1 лм, то даже при наличии маркировки 2700 К у них наблюдается более «холодный» оттенок свечения, чем у ламп накаливания.

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ И СВЕТИЛЬНИКИ С НИЗКОЙ КЦТ МОГУТ НАЙТИ ШИРОКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МУЗЕЯХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В СТАРИННЫХ ЗДАНИЯХ. СПЕКТР ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ СКЦТ2400 К БЛИЖЕ К ИЗЛУЧЕНИЮ СВЕЧИ (ОКОЛО 2000 К), ЧЕМ У ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ С КЦТ 2700. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОСЕТИТЕЛИ МОГУТ ПОНЯТЬ, КАК ВЫГЛЯДЕЛИ ИНТЕРЬЕРЫ, КОГДА ИХ ОСВЕЩАЛИ СВЕЧАМИ.

Причина заключается в особенностях производства светодиодов. Как и у других полупроводниковых приборов, у светодиодов характеристики носят вероятностный характер. В итоге при производстве светодиодов одного типа получается значительный разброс цветовых оттенков. По этому признаку светодиоды делят на категории — так называемые бины.

Чем ближе цветовой оттенок светодиода к кривой излучения абсолютно черного тела, тем это бин реже встречается и, соответственно, стоит дороже.

В дорогих светодиодных лампах используются светодиоды, находящиеся относительно кривой излучения абсолютно черного тела в пределах 2-3 шаговых эллипсов МакАдама, либо специальным образом подбираются несколько бинов, которые в сумме дают излучение, лежащее в указанных пределах. При этом проблем соответствия оттенка светодиодной лампы оттенку лампы накаливания не возникает. Для недорогих ламп используются более распространенные бины в пределах до 7-шаговых эллипсов МакАдама. Наиболее распространенным отклонением от координат излучения абсолютно черного тела является сдвиг спектра в сторону большего доминирования синей составляющей. Это и приводит к ощущению более холодного оттенка светодиодной лампы по сравнению с лампой накаливания.

Стандарт ANSI С78.377А не определяет способ вычисления КЦТ 2400 К, но его методику вполне можно экстраполировать на КЦТ за пределами диапазона стандартных значений. Если использовать недорогие светодиоды 2400 К с бинами, взятыми также в пределах 7-шагового эллипса МакАдама, то оттенок с указанным сдвигом на цветовой диаграмме будет восприниматься зрением как идентичный оттенку свечения лампы накаливания. Поэтому, помимо светодиодных ламп, предназначенных для торгового освещения и обладающие направленными свойствами, начат выпуск недорогих ламп с КЦТ 2400 К для интерьерного освещения, дающих излучение во все стороны.

Кроме этого, следует учитывать, что существуют и лампы накаливания с цветовой температурой 2400 К. Именно такая цветовая температура характерна для люстр, в которых установлено большое количество маломощных ламп накаливания. Для них более аутентичным вариантом будет замена ламп накаливания на светодиодные 2400 К, а не 2700 К.

В качестве примера крупного проекта с использованием светодиодных ламп 2400 К можно привести замену в 2014 году 57 000 ламп накаливания на светодиодные в апартаментах The Venetian/The Palazzo, Лас-Вегас. Уникальные интерьеры этого комплекса не допускают освещения лампами с более холодным оттенком, чем использовались изначально. Лампы накаливания мощностью от 20 до 40 Вт были заменены на светодиодные лампы мощностью 4,5 Вт производства GE с КЦТ 2400 К. При этом общая освещенность значительно увеличилась. Экономический эффект от замены ламп оценивается величиной 700 000 долл, в год.

Маркировка

На момент написания статьи единого способа маркировки светодиодных ламп и светильников с КЦТ 2400 К не существовало. На упаковке значение 2400 К пишут далеко не всегда по маркетинговым соображениям, так как потребитель уже приучен к мысли, что аналог лампы накаливания — это непременно светодиодная лампа с КЦТ 2700 К. Используются в основном обозначения Deep Warm White (глубоко теплый белый) или Gold (золото). Также иногда встречаются обозначения Extra Warm White (экстра-теплый белый) и Ultra Warm White (ультра-теплый белый). В технических характеристиках, которые находятся внутри упаковки или же есть у продавца, КЦТ, естественно, указывается.

Соответствие нормам, действующим в России

«Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» делает обязательным применение ряда пунктов свода правил СП 52.13330.2011, в том числе и регламентирующих цветовую температуру освещения помещений. Согласно своду правил СП 52.13330.2011, допускается применение для общего и местного освещения помещений источников света с цветовой температурой 2400-6800 К. Светодиодные лампы и светильники с КЦ 2400 К этому требованию соответствуют.

Согласно ГОСТ Р 54350-2011, неразборный осветительный прибор со светодиодами отличается тем, что светодиодный модуль не может быть изъят без применения специальных инструментов или без нарушения его герметизации. Для таких осветительных приборов ГОСТ устанавливает стандартный ряд значений КЦТ: 2700; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000;5700; 6500 К. Значения 2400 К в этом ряду нет. Но если в светильник устанавливается светодиодная лампа, то он не считается неразборным, поэтому значение КЦТ может и не входить в стандартный ряд. Тем не менее, параметры светодиодных ламп регламентируются ГОСТ Р 54815- 2011. Этот стандарт также не допускает КЦТ 2400 К.

Но оба указанных стандарта на момент написания статьи не были обязательными для исполнения — сертификация по ним осуществляется на добровольной основе. То есть продажа и использование светодиодных ламп и светильников 2400 К не являются противозаконными действиями, но сертифицировать их по ГОСТ в полном объеме невозможно, так что потребителю приходится при выборе данных продуктов ориентироваться только на репутацию бренда.

В то же время, следует учесть, что когда разрабатывались и принимались действующие стандарты, о массовом применении светодиодов с КЦТ 2400 К и речи не шло. Но широкое распространение таких светодиодов и изделий на их основе может привести к внесению изменений в стандарты.

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Справочная книга по светотехнике под ред. Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Знак., 2006 г.

Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок» №1 (61), январь-февраль 2015 г.

Информация о компании

Элек.ру, ООО
Компания «Элек.ру» — команда профессионалов, обеспечивающих эффективную работу и развитие крупнейших рекламно-информационных проектов электротехнической отрасли: Интернет-портала Elec.ru и журнала «Электротехнический рынок».

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.