Рассматриваются светильники с идентичными отражателями колпаковой параболической формы направленного света с компактными люминесцентными лампами (КЛЛ) в светильниках ФСП и металлогалогенными лампами высокого давления ДРИ в светильниках ГСП.
Светоотдача ламп
И КЛЛ и лампы ДРИ излучают свет в результате газового разряда, но разряд в КЛЛ происходит при низком давлении и при значительно меньших токах, чем в ДРИ. Кроме того, в КЛЛ излучение разряда лежит в диапазоне ближнего ультрафиолета, это излучение возбуждает люминофор, нанесенный на поверхность трубок лампы, и уже тот излучает свет видимого диапазона. В ДРИ излучение видимого света происходит напрямую в результате дугового разряда.
Результатом отличия принципа действия является значительно меньшая удельная габаритная мощность и светоотдача люминесцентных ламп. То есть, для получения светового потока эквивалентного одной лампе ДРИ требуется несколько ламп КЛЛ.
Световой поток рассматриваемых далее ламп составляет: КЛЛ марки OSRAM Т/Е57W 4300 лм, ДРИ250-5 - 19500 лм.
Долговечность
В процессе работы поток и КЛЛ и ДРИ постепенно уменьшается.
В лампе ДРИ это происходит за счет распыления металла электродов и осаждения его на стенках разрядной колбы, что уменьшает поток света. Разрушение электродов изменяет электрические режимы работы лампы, что тоже уменьшает световой поток и со временем затрудняет зажигание, приводя к отказу лампы.
В КЛЛ электродами являются нити накала. Они так же распыляются во время работы за счет бомбардировки ионами газа, приводя к затемнению концов лампы. Это особенно интенсивно происходит в момент пуска, если не предусмотрены специальные меры по ограничению пускового тока. Распыление нитей накала меняет их электрическое сопротивление, что в итоге приводит к перегоранию нити. Перегорание нитей накала - основная причина ограниченного срока службы КЛЛ. Как и в лампе ДРИ, постепенное разрушение электродов изменяет электрические режимы работы и вызывает уменьшение светового потока. Небольшой вклад в уменьшение потока вносит деградация люминофора.
Степень уменьшения светоотдачи за время работы у ламп ДРИ и КЛЛ примерно совпадает. Срок службы ламп также примерно одинаков.
Цепи питания и электрические характеристики потребления ламп
Лампы ДРИ в подавляющем числе случаев используются с электромагнитными ПРА и требуют наличия электронных устройств для поджига — импульсных зажигающих устройств (ИЗУ). Электромагнитные ПРА долговечны, надежны, могут эксплуатироваться в жестких температурных условиях. ИЗУ работают только в момент пуска лампы, по конструкции просты и при правильном монтаже и эксплуатации достаточно надежны.
Электромагнитные ПРА приводят к появлению соизмеримого с активным реактивного тока, который не влияет на излучение лампы, но требует применения проводов большего сечения. Это критично на больших удалениях ламп от источника питания, кроме того требуется повышенная установленная мощность источников электроэнергии. Для уменьшения реактивного тока в светильниках устанавливаются компенсирующие конденсаторы. Они эффективно подавляют реактивную составляющую, но не решают проблему полностью, так как режим работы лампы в процессе пуска и в течение всего срока эксплуатации меняется.
Идеальное потребление из сети выражается коэффициентом реактивной мощности (cosϕ) равным 1,0. Некомпенсированное электромагнитное ПРА приводит к уменьшению cosϕ до 0,4-0,6. Конденсаторная компенсация увеличивает cosϕ до 0,8-0,9, но средний показатель за время службы лампы обычно не превышает 0,8.
Дополнительные затраты энергии расходуются на нагрев электромагнитного ПРА. Эти потери составляют примерно 10% от мощности лампы.
Электромагнитные ПРА также могут применяться для питания КЛЛ. Проблемы в этом случае такие же, единственное отличие - для КЛЛ не требуется ИЗУ. Чтобы обеспечить долговечную работу КЛЛ необходимы ПРА электронного типа — ЭПРА.
У ЭПРА есть несомненные достоинства и недостатки. ЭПРА более критичны к температурному диапазону окружающей среды. Наличие большого количества элементов и соединений в ЭПРА увеличивает вероятность их отказа, кроме того лучшие ЭПРА имеют высокую стоимость. Но ЭПРА обеспечивают плавный, щадящий пуск ламп, намного увеличивающий их долговечность, уменьшают спад уровня светимости за время эксплуатации, без дополнительных элементов обеспечивают значение cosϕ на уровне 0,9-0,95 независимо от состояния лампы и практически полностью устраняют стробоскопический эффект. Мерцание лампы с частотой сети отсутствует, так как частота питания лампы составляет несколько десятков килогерц. Собственное потребление ЭПРА невелико, обычно 5-10% мощности ламп. По сравнению с электромагнитными ЭПРА имеют намного меньший вес. И, наконец, ЭПРА могут быть оснащены элементами автоматической или ручной регулировки яркости лампы.
Выпускаются ЭПРА и для питания ламп ДРИ, но их массовое применение ограничивает, в основном, высокая стоимость.
Основные критерии для выбора того или иного вида ПРА - это условия эксплуатации и стоимость. Выбор остается за потребителем.
Световые характеристики светильников
Установка дополнительных КЛЛ в светильнике не приводит к кратному увеличению светового потока.
Дело в том, что люминофор, нанесенный на трубки лампы, не пропускает свет от внешнего источника. Примерно 6% света, попавшего на поверхность покрытую люминофором, поглощается, остальные 94% рассеиваются. При близком расположении ламп друг к другу часть света гасится ввиду многократного отражения с потерями. Поэтому, в частности, светоотдача компактных люминесцентных ламп ниже, чем у люминесцентных ламп из одиночной трубки, а светоотдача компактных люминесцентных ламп спиральной формы ниже, чем у ламп с прямыми трубками.
При размещении дополнительных компактных люминесцентных ламп в отражателе колпакового типа световой КПД светильника уменьшается, а часть общего светового потока теряется.
Были произведены расчеты КПД светильников с диффузным параболическим отражателем с лампами OSRAM T/E 57W при размещении в отражателе одной, двух и четырех ламп, расположенных вертикально и симметрично относительно оси отражателя, а также КПД светильника с этим же отражателем и лампой ДРИ250.
Результаты расчетов сведены в таблице:
По освещенности четыре светильника с лампами ДРИ250 эквивалентны пяти четырехламповым светильникам с лампами Т/Е57W. По количеству установленных ламп соотношение один к пяти, то есть эксплуатационные затраты по замене ламп выше у четырехламповых светильников.
Стоимостные затраты
Соотношения затрат на светильники с элементами ПРА и электроэнергию, выраженные в тысячах белорусских рублей, приведены в таблице:
С учетом четырехкратно большего количества ламп в светильниках ФСП, разница в эксплуатационных затратах на обслуживание и замену ламп будет еще выше.
ВыводС учетом четырехкратно большего количества ламп в светильниках ФСП, разница в эксплуатационных затратах на обслуживание и замену ламп будет еще выше.
Экономическая затратность в случае установки светильников с четырьмя компактными люминесцентными лампами типа Т/Е57W, размещенными в отражателе колпакового типа, более чем на 24% выше по сравнению со светильниками, имеющими такой же отражатель и лампу ДРИ-250 при эквивалентных характеристиках освещенности помещения.
Н. Н. ГАВРИЛОВ
Зам. директора по техн. вопросам
ООО «Промышленная группа Кальченко и К»
scientec@kalchenko.com
