Электрические источники света

Электрические источники света, в быту называемые лампами, являются основным, фундаментальным элементом световой архитектуры и со­временного светодизайна. Они есть первичные источ­ники, т.е. тела, излучающие свет в результате преобразования электрической энергии. К вторичным источникам света относятся тела, не обладающие собственным свечением, но светя­щиеся благодаря отражению или пропусканию света первичного источника.

Светодизайнер будет беспомощен в общении с инженерами-светотехниками и электриками, менеджерами и заказчиками, не умея отличить, например, галогенную лампу от металлогалогенной, газосветную от лю­минесцентной, не представляя себе преимуществ и недостатков различных ламп и областей их ра­ционального применения.

Любой источник света не может использоваться без соответствующей арматуры, что в комплексе составляет осветительный прибор, выполняющий разнообразные функции.

С доисторических времен человек использует огонь — одно из великих своих открытий — как источник тепла и света. Античные источники рукот­ворного света — факелы, лучина, жировые и мас­ляные светильники — сохранились, по существу, до XVIII века; в средние века к ним прибавилась свеча, в XIX веке — керосиновый и газовый фона­ри, которые для некоторой части населения зем­ного шара сохранили свое значение и в наше вре­мя. Достаточно сказать, что в Берлине сегодня из 224000 светильников 44000 — газовые. Эти источники характеризуют длительный доэлектрический период эволюции средств освещения.

Малая мощность этих источников, низкий коэффициент использования при преобразовании тепловой энергии в световую, примитивное устройство и однообразие излучаемого ими спектра ограничивали их роль в архитектуре, в создании комфортной среды, в особенности, в го­роде. Однако стремление придать художествен­но выразительную форму светцам и плошкам, каганцам и лампадам, торшерам и фонарям, лам­пам и люстрам, освещающим храмы и дворцы, жилища и улицы, свидетельствует о внимании древних мастеров, заказчиков и потребителей к этим деталям быта. Потребность в улучшении ос­вещения интерьера приводила к увеличению числа сосудов для масла или подсвечников. Размеры светильников все возрастали, для их изготовле­ния начали применять ценные материалы и богато их орнаментировать. В средневековых соборах Киевской Руси и Западной Европы появлялись многоярусные светильники и люстры в виде грандиозных венцов: при зажженных плошках или свечах они создавали зрительное впечатление членения центрального нефа на несколько частей по вертикали.

В последующие века подобные люстры стали применять не только в культовых зданиях; им придавали формы, соответствующие архитектуре интерьера. Известны высокохудожественные люстры эпохи барокко, изысканные по форме люстры эпохи русского классицизма, в которых использовали венецианское лепное стекло, гра­неный хрусталь, цветное стекло, золоченые пла­стически выразительные детали. Концентрация огоньков свечей, многократно умноженных бликами, отражением и преломлением света в подвесках и арматуре люстр, в сочетании с зеркальной и цветовой отделкой стен и плафонов и с блистающими мозаичными полами создавала впечатление необычайной нарядности, празд­ничности интерьера, насыщенности его светом.

Большое внимание, которое уделяли архитекторы и мастера форме, материалу, декоративной отделке светильников, хорошо найденная масштабность, цветовая гамма и разнообразие осветительных приборов (подвески, бра, канделябры, жирандоли) свидетельствуют о высокой культуре проектирования интерьера, в значи­тельной мере утраченной ныне. Индивидуализированные светильники прошлых эпох были предметом развитого кустарного производства. В определенной степени все эти возможности использовались и в городском освещении.

В XIX веке на смену свечам пришли керосиновые и газокалильные лампы, имеющие более высокую световую отдачу. Творческие усилия специалистов были направлены на поиск формы новых светильников, отвечающих условиям массового заводского изготовления, на сочетание дешевизны с высоким художественным качеством изделий. На рынке появляются самые разнооб­разные приборы — подвесные, настольные, настенные. различающиеся между собой конструктивным устройством, размерами, формой, материалом. цветом, художественной отделкой, стоимостью. Керосиновые и газовые фонари с ка­лильной сеткой стали освещать улицы и площа­ди городов.

Революционный скачок в технике освещения произошел в конце XIX века с созданием первых электрических ламп. Электрический свет стал, без сомнения, началом новой эпохи. Приоритет в этой области принадлежит русским ученым. Начальной датой в истории развития электрических источников света следует считать 1802 год, когда В.В. Петров открыл явление электричес­кой дуги, неправильно названной впоследствии вольтовой. Дальнейшие принципиальные усо­вершенствования принадлежат А.И. Шпаковскому, В.Н. Чиколеву (электромагнитный регуля­тор длины дуга). А.Н. Лодыгину и П.Н. Яблочкову. В 1872 году Лодыгин впервые продемонстрировал в Петербурге созданную им лампу накали­вания, в которой свет излучал раскаленный угольный стержень, заключенный в стеклянную колбу, из которой кислород удалялся за счет сго­рания части угля при прохождении через него электрического тока. Благодаря этому оставшаяся часть стержня светила относительно долго. Работая над улучшением лампы, Лодыгин, а за ним Эдисон, Леигмюр и другие, внесли ряд изме­нений (вольфрамовая спираль, откачка воздуха из колбы, заполнение ее инертными газами и т.д.), что улучшило ее характеристики. Поиск способов повышения эффективности ламп нака­ливания продолжается и сегодня.

На первом этане разработки источников электрического света более широкую известность и распространение получила дуговая лам­па-свеча, созданная в 1876 году П.Н. Яблочко­вым. Свет в ней излучала электрическая дуга, горящая между двумя параллельными угольны­ми электродами, разделенными между собой ка­олином и заключёнными в шарообразную колбу из молочного стекла. Область применения дуго­вых ламп вскоре была ограничена из-за особен­ностей их функционирования — характерного шума дуги внутри колбы — областью наружного освещения и специальными задачами. Например, благодаря малым размерам светящего тела и высокой интенсивности концентрированного излучения они использовались в зенитных про­жекторах, создающих узкий и мощный пучок па­раллельных лучей света.

Недостатки ламп накаливания, главный из них — низкий световой КПД, поскольку лишь 7—13 % мощности излуче­ния вольфрамовой спирали приходится на свет, остальное идет в тепловое излучение. Поиск более эффективных источников привел к созданию принципиально иного типа ламп, получивших название разрядных (газо- и пароразрядных). В них использован эффект свечения газа (ксенона, аргона, неона, гелия) или паров металла (ртути, натрия и др.) при пропускании через них элект­рического разряда.

Свечение паров ртути было описано еще М.В. Ломоносовым, а первую ртутную лампу создал русский изобретатель И. Репьев в 1879 году. Над созданием и усовершенствованием раз­рядных ламп работали многие зарубежные уче­ные. В начале XX века в Европе и США начали применять газосветные трубки с азотом и углекислотой, затем с неоном, включая их в сеть вы­сокого напряжения. В 1930-е годы появляются ртутные лампы низкого и высокого давления и натриевые лампы низкого давления. В послевоенный период созданы ксеноновые, металлогалогенные и натриевые лампы высокого и сверхвысокого давления. В последние годы идет успешная ра­бота над совершенствованием полупроводнико­вых (светодиодных) источников света.

Пути развития источников света всегда определялись стремлением осуществить наиболее экономичное преобразование электрической энергии в световую, получив при этом сравнимое с естественным качество оптического излучения. Экономичность, или эффективность, электри­ческих ламп обычно характеризуют величиной их световой отдачи, лм/Вт, т.е. световым потоком (количеством люменов), излучаемым лампой при потреблении энергии мощностью 1 Вт, а также сроком ее службы. ламп при разработке осветительных установок различного назначения и при решении вопросов световой архитектуры интерьера и города.

Таблица 17 – Значения световой отдачи некоторых источников света

Основные характеристики источников света: электрические (напряжение, мощность), геометрические (размеры и форма колб), световые (световой поток, световая отда­ча, яркость), цветовые (спектральный состав, цветность излучения, цветопередача) и экономи­ческие (стоимость, срок службы).

В таблице 18, составленной по отечественным и зарубежным материалам, приведены основные показатели источников света, применяемых в ос­ветительных установках общего назначения в интерьерах и наружных пространствах.

По принципу преобразования электричес­кой энергии в световую все источники света разделяются на два класса: тепловые и разряд­ные.

Тепловые источники света. В тепловых ис­точниках свет излучает тело накала, разогреваю­щееся под воздействием проходящего через него электрического тока до температуры свыше 1000 К, когда в его излучении кроме тепловых (инфракрасных) лучей появляются видимые длинноволновые (красные) лучи спектра.

Таблица 18 – Основные характеристики источников электрического света, применяемых в осветительных установках

Аббревиатуры: ИС источник света: ЛН - лампы накаливания (нормальные, зеркальные, прожекторные): ГЛН - галоген­ные лампы накаливания: ЛЛ - люминесцентные лампы и КЛЛ компактные люминесцентные лампы: НЛНД натриевые лампы низкого давления: НЛВД натриевые лампы высокого давления: МГЛ – металлогалогенные лампы: ЛРЛ - дуговые ртутно-люминесцентные лампы.

Чем большая доля излучений приходится на видимую область спектра, тем выше коэффици­ент полезного действия (световой КПД) источника света, выражаемый отношением светового и лучистого потоков Ф: Ф(„ Если повышать темпе­ратуру излучателя, то вначале происходит рост светового КПД до максимума при Т - 6500 К (примерно температура Солнца), а затем его зна­чение падает, так как максимум излучения пере­мещается за пределы видимого спектра. Макси­мальное значение КПД - 14 % является пределом экономичности для тепловых источников света, а положение этого максимума определяется, по-ви­димому, приспособлением человеческого глаза в процессе эволюции к излучению основного при­родного источника света — Солнца.

Цветовая температура (Т_ц - ед. измерения К (кельвин))источников влияет на цвет объектов и на цветовую адаптацию наблю­дателя. поэтому комфортность освещения во многом зависит от правильного выбора Т_цК. Однако цветовая температура не дает исчерпываю­щего представления о качестве цветопередачи ламп, зависящем от спектров их излучения.

Разнообразие спектров источников искусст­венного света обусловило необходимость введе­ния и контроля специальной характеристики ка­чества их цветопередачи - общего индекса цве­топередачи R_a.

Лампы накаливания (ЛН) являются основ­ным типом класса тепловых источников света. Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Световая от­дача и экономичность ламп нака­ливания, весьма мала, и существенное ее увеличе­ние без принципиальных изменений конструкции практически невозможно, так как температура плавления вольфрама (3653 К) ставит в этом от­ношении естественный предел. В диапазоне вели­чин световой отдачи более высокие значения обес­печиваются за счет компактности и утолщения спирали, улучшения состава заполняющих колбу инертных газов, введения в них специальных доба­вок, напыления на внутреннюю поверхность кол­бы теплоотражающего покрытия. Недостаток – небольшой срок их службы, что вме­сте с низкой световой отдачей повышает эксплуатационные расходы.

Лампы накаливания имеют сплошной (непре­рывный) спектр излучения с максимумом в желто-оранжевой области видимого спектра, а на ко­ротковолновую часть приходится незначительная доля излучений. Поэтому при осве­щении ими восприятие цвета заметно меняется: «теплые» (красные, оранжевые, коричневые) цве­та воспринимаются относительно более яркими, чем днем; «холодные» (зеленые, синие, фиолето­вые) — ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого.

Путем применения светофильтров и цветных колб, частично поглощающих оранжево-красное излучение, можно повысить цветовую температуру ламп накаливания с 2500—2700 до 3500—4000 К, но световой поток при этом снизит­ся на 30-35 %.

Преимущества перед разрядными лампами: они значительно дешевле и экологически чище, просты в обслуживании, включаются в сеть без дополнительных уст­ройств, малочувствительны к температуре окру­жающей среды, хорошо работают в динамическом режиме, имеют относительно небольшие размеры и тело накала, отличаются разнообразием моди­фикаций, малыми первоначальными затратами при оборудовании осветительных установок, вы­соким уровнем механизации производства. Доля светового потока стандартных ламп накаливания в общем количестве осветительных установок не­уклонно сокращается, хотя большая часть быто­вых светильников все еще оборудована этими ис­точниками света. В городской среде, пожалуй, только иллюминационное освещение осуществля­ется на основе малогабаритных ламп накалива­ния.

Вместе с лампами общего назначения выпус­кается большое количество типов специальных ламп, рассчитанных на стандартное (220—230 В) или пониженное (6, 12, 24 В) напряжение: зер­кальные, цветные, прожекторные, иллюминаци­онные, местного освещения, сигнальные, транс­портные, для оптических систем, подводные и др., но и они неуклонно заменяются более эффектив­ными галогенными, разрядными, светодиодными источниками.

Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, частично покрытые изнут­ри слоем серебра или алюминия, которому может быть придан тот или иной цветовой оттенок. По существу, они являются лампами-светильниками. В зависимости от формы зеркала лампы имеют концентрированное, среднее или широкое распре­деление светового потока. Существуют также по­добные им по устройству лампы с диффузно-отражающим слоем, прессованные зеркальные лам­пы PAR и лампы-фары.

Колба нормальных ламп или выходное отвер­стие зеркальных ламп могут выполняться из ма­тированного, молочного, рифленого или цветно­го стекла; последняя модификация широко при­меняется в светомузыкальных и информационно- рекламных установках.

Прожекторные лампы отличаются от ламп общего назначения повышенной мощностью, а также тем, что нить накала располагается в одной плоскости, образуя применительно к размерам зеркала прожектора светящуюся точку. Благода­ря этому можно получить узкий пучок света, что необходимо для освещения небольших объектов со значительного расстояния.

Галогенные лампы накаливания (ГЛН) (иногда их называют лампами с йодным циклом), созданные в 1959 году, являются новой ступенью в развитии тепловых источников света. Галоген­ная лампа представляет собой трубку или колбу из кварцевого стекла с вольфрамовой спиралью. Колба заполняется аргоном, ксеноном или крип­тоном с добавлением определенного количества паров йода (или других галогенов, т.е. химичес­ких элементов главной подгруппы VII группы пе­риодической системы Менделеева). Благодаря на­личию галогена в газе-наполнителе колба гало­генных ламп всегда остается прозрачной. Галоген препятствует осаждению испаряющегося с нити накаливания вольфрама на внутренних стенках колбы, что происходит в обычных Л Н, где с тече­нием времени стекло от этого темнеет, а световой поток снижается. В так называемом вольфрамо-галогенном цикле галоген соединяется с вольфра­мом, после чего это газообразное соединение воз­вращается к спирали, на которой происходит осаждение вольфрама. Колба остается прозрач­ной, а высвободившийся галоген возвращается обратно в цикл. Это способствует удлинению сро­ка службы нити накала и повышению ее темпера­туры, а следовательно, и яркости, т.е. «побеле- нию» света и повышению световой отдачи по сравнению с обычными лампами накаливания. Преимущества по показателям экономичности: галогенная лампа го­рит ярче и служит в два раза дольше аналогичной по мощности лампы накаливания.

Применение ГЛН. Для специальных целей (музейное освещение) колбы галогенных ламп, выпускаемых на стан­дартное (220 В) или низкое (6, 12 или 24 В с по­мощью трансформатора) напряжение, изготавли­вают из кварцевого стекла с добавками, поглоща­ющими нежелательное ультрафиолетовое излуче­ние. Благодаря такому стеклу в колбе лампы удер­живается интенсивное и вредное ультрафиолето­вое излучение типа С и В, а более слабое и поэто­му более безопасное излучение типа А ограничи­вается наполовину. Преимущества таких ламп: значительно меньшее ультрафиолетовое излуче­ние и соответствующее снижение эффекта выцве­тания освещаемых объектов, обусловленного УФ- лучами.

Первые серии галогенных ламп накаливания создавались в расчете на большие мощности — до 20 кВт — для использования в установках на­ружного освещения или освещения высоких и больших по площади цехов производственных со­оружений. Ныне такая необходимость отпала в связи с производством более эффективных раз­рядных ламп. Однако галогенные лампы сегодня еще рациональны в достаточно широком диапазо­не мощностей и применяются в малогабаритных и относительно дешевых осветительных прибо­рах в установках архитектурного освещения фа­садов, витрин, музейных экспозиций, выставок, реклам, рабочих мест и интерьеров, а их специальные типы — в проекционной и осветительной технике, автомобилях и т.д.

Разрядные источники света. Разрядные лампы (РЛ) основаны на использо­вании свойств газов (в газоразрядных лампах) или паров металлов (в пароразрядных лампах) светиться в электрическом поле. Каждому газу и металлу свойствен свой цвет свечения, причем, как правило, в режиме низкого давления это све­чение имеет линейчатый спектр, а в режиме высокого и сверхвысокого давлений спектр при­ближается к сплошному.

Виды разрядных ламп. Разрядные лампы имеют разное рабочее дав­ление газа (или паров металла) в колбе, называе­мой разрядной трубкой (или горелкой), и делятся по этому признаку на лампы низкого (0,1—10 Па), высокого (3* 101—10е Па) и сверхвысокого (более 106 Па) давления.

Ртутные лампы. По ряду обстоятельств наиболее распростра­ненным химическим элементом, с помощью кото­рого создаются разрядные лампы, стала ртуть, поскольку спектральные ли­нии ртути лежат в коротковолновой части види­мого спектра и за его пределами — в области уль­трафиолета.

Лампы изготавливались из специ­ального стекла, пропускающего УФ-лучи. Для получения приемлемого по цвету светового из­лучения нужно трансформировать УФ-излучение ртутного разряда в видимое, более длинно­волновое, например, с помощью люминофора, наносимого на внутреннюю поверхность колбы из обычного стекла, или другими способами, что и было осуществлено в люминесцентных и дру­гих ртутных лампах.

Недостатки РЛ.Широкое применение ртути в разрядных лам­пах при массовом выпуске создает серьезные проблемы утилизации вышедших из строя ламп. Поэтому в экологическом отношении они суще­ственно проигрывают лампам накаливания. Се­годня многие светотехнические фирмы выпуска­ют лампы с сокращенным количеством ртути (за счет уменьшения диаметра трубки с 40 до 16мм и ее объема) или не на ртутной основе, экологически безопасных и потому более перспективных.

К числу недостатков, присущих этому классу источников света, следует отнести более слож­ное, чем у ламп накаливания, включение их в сеть — через пускорсгулирующие аппараты (ПРА) (потерн напряжения в ПРА до 20—30 %), относительно высокую (вместе с ПРА) сто­имость. неспособность мгновенно включаться, перезажигаться и работать в динамическом ре­жиме (за исключением некоторых типов), не все­гда приемлемые спектральные характеристики. ПРА предназначены для создания высокого напряжения в момент - зажигания лампы и для обес­печения ее устойчивого свечения.

Преимущества РЛ. Разрядные лампы в последние десятилетия активно вытесняют тепловые источники света, особенно в установках наружного освещения и освещения интерьеров производственных и об­щественных зданий, поскольку они имеют в 5 - 15 раз более высокую эффективность (световую отдачу и срок службы), широкий диапазон мощ­ностей с возможностью достижения очень высо­ких единичных мощностей (до 100 кВт), а также разнообразные спектры излучения.

Лампы низкого давления: лю­минесцентные лампы (стандартные и компакт­ные), натриевые лампы низкого давления и ин­дукционные лампы.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) по характеру электрического разряда делятся на лампы дуго­вого разряда с горячими катодами и лампы тле­ющего разряда с холодными катодами.

Устройство ЛЛ. Люминесцентная лампа дугового разряда представляет собой стеклянную колбу в виде трубки с впаянными на ее концах электродами, стенки которой изнутри покрыты люминофором. В колбу вводится дозированная капелька ртути, а для облегчения зажигания лампы ее объем за­полняется аргоном. Форма трубки у ламп общего назначения прямая, у ламп специального назна­чения — изогнутая, фигурная, иногда ей придают форму небольших светящих панелей.

Принцип работы ЛЛ. При пропускании электрического тока через лампу возникает дуговой разряд и происходит ис­парение ртути и свечение ее паров. Это излучение имеет линейчатый спектре максимумом в невиди­мой УФ-областн на л инии с длиной волны 254 нм. Ультрафиолетовое излучение ртутного разряда возбуждает свечение люминофора (эффект фото­люминесценции). Каждому люминофору свойстве­нен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий некоторый макси­мум. в основном и определяющий цветовой тон излучения лампы. Комбинируя состав люминофо­ров, можно, в принципе, получить любой по цвет­ности свет.

Цветопередача ЛЛ, в целом более благоприятна по сравнению с лампами накаливания и некоторыми разрядными лампами, так как энергия излучения люминофоров равномерно распределяется по всему диапазону видимого спектра, а не сосредоточена в нескольких спектральных линиях или полосах, как у большинства разрядных ламп.

Основные типы по цветопередаче ЛЛ. Для стандартных ламп общего назначения создатся цветности излучений, имитиру­ющие те или иные фазы и состояния естественного освещения. Основными типами отечественных стандартных ламп общего назначения являются: ЛД (дневного света: Т 6500 К, Ra-73), ЛХБ (хо­лодно-белого света: Т 4500 К, Ra = 65), ЛБ (белого света: Т 3500 К, Ra - 57), ЛТБ (тепло-белого све­та: Т 2700 К. Ra - 53).

Спектральные характеристики этих ламп не вполне совпадают со спектральными характерис­тиками дневного света или абсолютно черного тела соответствующей температуры, вследствие чего восприятие некоторых цветов при освещении лампами указанных типов отличается от цветопе­редачи при дневном освещении. Сказываются не­достаток излучения в красной области спектра и наличие голубых и зеленых линий ртутного разря­да и избыточное излучение в желтой области спектра, приводящее к тому, что стандарт­ные люминесцентные лампы общего назначения обеспечивают лишь удовлетворительную или среднюю, но не высококачественную цветопереда­чу (Ra < 70).

ЛЛ повышенной цветопередачи. Для удовлетворения повышенных требований к восприятию цвета (в полиграфии, музеях, домах моды, при контроле изделий по цвету, в пешеходно-общественных зонах и т.п.) выпускаются лю­минесцентные лампы ЛДЦ (Гц 6000 К) с улучшен­ной цветопередачей (Ra 92), отражаемой в мар­кировке отечественных ламп введением одной или двух букв «Ц», а за рубежом - слов «делюкс» (Ra до 85), «суперделюкс» и «экстраделюкс» (Ra = 85 и более).

Недостатки разрядных ламп ЛЛ повышенной цветопередачи. Как правило, улучшение качества излучения по спектру в разрядных лам­пах приводит к снижению их световой отдачи. Тем не менее, в связи с постоянным повышением требований к качеству создаваемой жизненной среды в целом и световой среды в частности, все крупные зарубежные фирмы производители ве­дут работы по улучшению основных характери­стик люминесцентных ламп.

Трехполосные люминесцентные лампы (в их спектре три узкие полосы в красной, зеленой и синей областях, от­вечающие максимумам цветовой чувствительнос­ти колбочек глаза и дающие при аддитивном сме­шении белый свет), имеющие больший световой поток и достаточно высокое значение Ra.

Для решения особых зрительных задач выпус­кают серии отечественных ламп с особой марки­ровкой: лампы ЛЕ (естественно-белого света) и ЛЕЦ (Т_ц 3900 К, R_a = 85), свет которых благоприятен для цветопередачи лица человека; они применяются для освещения интерьеров об­щественных зданий и выявления дефектов при оценке белых и цветных тканей; лампы ЛХЕ и ЛХЕЦ (Т_ц 5200 К, R_a = 93) используются для больниц; лампы ЛДЦУФ (Т_ц 6500 К и R_a = 90), в световом потоке которых содержится повышен­ная доля УФ- и коротковолновых видимых излу­чений, применяются в текстильной и швейной промышленности, а лампы ЛТБЦ (Т_ц 2700 К, R_a = 88) — в жилых помещениях. Зарубежные фирмы выпускают еще более широкий по характеристи­кам ассортимент люминесцентных ламп.

В ряде случаев используются люминесцент­ные лампы специального назначения: малогаба­ритные или компактные (КЛЛ) мощностью 3—40 Вт для местного освещения и для замены ламп на­каливания в бытовых осветительных приборах, получающие все более широкое распространение; фигурные (W- и U-образные, кольцевые) — для освещения жилых, общественных и транспортных помещений; рефлекторные — для производственных помещений, витрин и устройства световых карнизов; высокоинтенсивные (150—220 Вт) — для промышленного и сельскохозяйственного ос­вещения: амальгамные — для работы при повы­шенных температурах окружающей среды; цвет­ные (красные Л К, зеленые ЛЗ, желтые ЛЖ, голу­бые ЛГ, розовые ЛР) — для декоративного осве­щения и световой рекламы. Цветной свет получа­ют и с помощью светофильтров — «чехлов» из прозрачной цветной пленки, одеваемых на лампу белого света.

Специальные люминесцентные лампы служат источниками ультрафиолетового излучения: ЛФ — в теплицах; эритемные — в фонарях и как дополнительный источник ультрафиолета в уста­новках общего освещения помещений в районах Крайнего Севера; лампы «черного света» — для облучения люминесцирующих покрытий и в раз­личных технологиях. В эритемных лампах, при облучении которыми на коже человека появляет­ся загар (эритема), подобный солнечному, приме­няется специальный люминофор и увиолевое стекло, пропускающее УФ-лучи в диапазоне длин волн от 280 до 440 им. Бактерицидные лампы не являются по существу люминесцентными лампа­ми, так как не имеют люминофора. По устройству они не отличаются от эритемных, но их стекло пропускает коротковолновое УФ-излучение (254 им), способное убивать бактерии. Поэтому они применяются для стерилизации воздуха, воды, продуктов питания в больницах, холодильниках, складах, в кухонном оборудовании.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) соединили в себе преимущества ламп накаливания (небольшие га­бариты, стандартный цоколь) и обычных трубча­тых люминесцентных ламп (хорошая цветопере­дача, высокие световая отдача и срок службы, раз­личные оттенки света), что - обеспечивает им все более широкий спрос во многих странах, в том числе в жилом секторе, для которого они в первую очередь и создавались для замены ламп накали­вания в бытовых осветительных приборах.

К группе газоразрядных ламп низкого (ГЛН) давле­ния относятся и люминесцентные лампы тлеюще­го разряда с холодными катодами, трубки кото­рых заполнены инертными газами - неоном, ар­гоном, гелием. Лампы включаются в сеть после­довательно через трансформатор, имеющий на­пряжение в несколько тысяч вольт, что представ­ляет повышенную опасность при их эксплуата­ции. Поэтому, имея относительно невысокие све­товые характеристики, они применяются, в основ­ном, в наружной световой рекламе и называются газосветными или неоновыми (последнее назва­ние популярно, но не совсем точно). В них ис­пользуется непосредственное свечение газа в электрическом разряде: неон излучает насыщен­ный оранжево-красный свет, аргон голубовато- белый. Другие цвета излучения получаются за счет применения цветного стекла и смесей инерт­ных газов друг с другом и с ртутью. В последнем случае на стенки трубки наносится люминофор, и лампа работает как люминесцентная.

Технические характеристики. Газосветная трубка диаметром 10—18 мм мо­жет иметь значительную длину и принимать лю­бую криволинейную форму, яркость таких отече­ственных ламп находится в пределах 500—3500 кд/м², срок служ­бы составляет 6—8 тыс. ч. Зарубежные фирмы (Япония, США, Чехия, Словакия) выпускают га­зосветные лампы с десятками цветовых оттенков и более высокими характеристиками. Достоин­ством является их нечувстви­тельность к температуре окружающей среды и способность работать в динамическом режиме.

С момента создания первых люминесцентных ламп в 1930-х годах (С.И. Вавилов), не прекращается их со­вершенствование. Зару­бежными фирмами достигнуты максимально вы­сокое качество цветопередачи ЛЛ (Ra - 99), а также значения световой отдачи (104 лм/Вт) и срока службы (до 60 тыс. ч). Ожидается создание ЛЛ со световой отдачей до 130 лм/Вт.

Достоинства ЛЛ: малая яркость и низкая темпе­ратура поверхности колбы, способствует ши­рокому распространению светящих поверхностей (потолки, панели, полосы, искусственные окна) в интерьере, а также рождению новых стилистичес­ких приемов его светопространственной органи­зации. Имеют относи­тельно низкую себестоимость, связанную с высо­кой степенью механизации их производства, про­стотой конструкции, доступностью сырья и мате­риалов.

Недостатки стандартных ЛЛ: малая единичная мощ­ность при относительно больших габаритах, с чем связаны трудности перераспределения и концент­рации их светового потока, что необходимо при освещении высоких помещений и открытых пространств; ненадежная работа при низких температурах окружающей среды, т.е. малопригодны для наружного освеще­ния; существенное снижение светового потока при низких температурах и к концу срока службы; пульсация светового потока, приводящая в опреде­ленных случаях к появлению стробоскопического эффекта при наблюдении движущихся объектов (плавное движение объекта воспринимается как прерывистое и может быть причиной повышения травматизма).

Преодолеваются недостатки современными технологическими средствами: применением ЭПРА или диммеров, по­зволяющих изменять их яркость и световой поток, выпуском безэлектродных ламп и т.п.

Индук­ционные лампы производятся с начала 1990-х годов фирмой PHILIPS. Механизм формирования светового потока с помощью лампы QL (мощность 55 и 85 Вт) основан на электрическом разряде в газовой среде и электромагнитной индук­ции. Система лампы QL состоит из разрядной ртутной лампы низкого давления с люминофором, а также генератора высокой частоты (вместо ПРА у обычных люминесцентных ламп) и силового разъема, которые преобразуют электроэнергию в разряд. У лампы QL нет ни электродов, ни спирали (т.е. наиболее чувствительных элемен­тов), срок ее службы практически неограничен. Устойчивость системы зависит от генератора и реле.

Преимущества ламп QL (ИЛ): облада­ют всеми известными достоинствами ЛЛ и даже лучше их — мгновенное зажига­ние и перезажигание без мерцания, постоянный световой поток в широкой области температур воздуха, Т_ц 2700-4000 К, Ra - 80 и выше, срок ее службы - 60 тыс. ч. Эти лам­пы целесообразно использовать там, где усложне­на их замена. В 1993 году ими были снабжены, на­пример, ретро-фонари в пешеходной зоне на Елисейских полях в Париже.

Перспективы QL. В стадии экспериментов находятся аналогич­ные по принципу действия индукционные серные лампы, спектр которых очень близок к солнечному.

Группа ртутных ламп высокого и сверхвысо­кого давления является самой рас­пространенной и многочисленной среди разряд­ных источников света. Наиболее широкое приме­нение на первых порах (в 50—70-е годы XX века) получили дуговые ртутно-люминесцентные лам­пы (ДРЛ) высокого давления с исправленной цветностью.

Механизм формирования светового потока ДРЛ: электрический разряд происходит в горелке, заполненной аргоном под давлением с каплей рту­ти (в трубке из кварцевого стекла, пропускающего УФ-лучи), помещенной во внешнюю колбу («ру­башку») эллипсоидной формы из тугоплавкого стекла, покрытую изнутри люминофором. УФ-излучение ртутного разряда, составляющее до 40 % светового потока горелки, преобразуется люмино­фором в недостающее излучение в красной части спектра, в результате чего улучшаются спектраль­ные характеристики лампы, и их цветопередача становится вполне удовлетворительной.

Применение ДРЛ:(Т_ц 4000-4500 К) применяют для наружного освещения и освещения производ­ственных помещений с потолками выше 3—5 м, не требующих высокого качества цветопередачи.

При отсутствии люминофора ртутные лампы высокого давления излучают свет, сильно иска­жающий цвет предметов, особенно человеческой кожи, что объясняется недостатком оранжево-красных лучей в спектре излучения ртути. Такие лампы применяются для декоративного освеще­ния зелени. Существуют ртутные лампы высоко­го давления в простейшем исполнении — в виде трубки из кварцевого стекла без внешней колбы марки ДРТ (дуговая ртутная трубчатая). Их при­меняют в физиотерапии в качестве мощного ис­точника ультрафиолета, а также в декоративном освещении садов и парков, для облучения светя­щихся красок (в театре, цирке, живописи).

Цветопередача ламп ДРЛ по мере их совер­шенствования улучшается. Выпускаются лампы ДРЛ «комфорт», «делюкс» и «суперделюкс», име­ющие тепло-белый свет (Т_ц 3350 К и R_a= 52—55), которые пригодны для освещения интерьеров об­щественных зданий и пешеходных зон в городе.

Преимущества ДРЛ. Наружная колба защищает горелку от воздей­ствия внешней среды, поэтому лампы ДРЛ могут работать в широком диапазоне температур окру­жающего воздуха.

Недостатки ДРЛ. Процесс разгорания лампы за­нимает несколько минут, а повторное ее включе­ние возможно только после остывания кварцевой горелки, что требует 10—15 мин. Относительно большие размеры светящей колбы затрудняют концентрацию светового потока при применении ее в прожекто­рах. Эта задача решается путем использования зеркальных (рефлекторных) ламп ДРЛ, применя­емых для внутреннего и уличного освещения без специальной оптической арматуры.

Комбинированные лампыпредставляют собой ртутно-кварцевую горелку и вольфрамовую спираль заключенные, как и в лампе ДРЛ, в общую колбу (PHILIPS и др.). Спираль служит балластным сопротивлением для ртутной лампы и дополнительным источником излучения в крас­ной части спектра, что вместе с люминофором улучшает цветопередачу. Световая отдача ртутно-вольфрамовых ламп до 26—28 лм/Вт, срок службы 3-5 тыс. ч., Т_ц 3500 К, R_a = 40-79. Лампа (мощностью 100—500 Вт) включается непосредственно в сеть и зажигается сразу, поэто­му может заменить лампы накали­вания в жилых и общественных зданиях, а также в городских пространствах. Если внешняя колба выполняется из увиолевого стекла, то лампа слу­жит одновременно источником света и эритемного УФ-излучения, т.е. ее свет по своему действию близок к солнечному.

Ртутные лампы сверхвысокого давления в виде шарообразной или трубчатой колбы из кварцевого стекла. Не­большие размеры и высокая яркость ламп ДРШ (дуговые ртутные шаровые) делают их удобными для использования в прожекторах и проекцион­ных приборах концентрированного света. Лампы излучают голубоватый свет, спектр излучения — линейчатый с непрерывным фоном. При их экс­плуатации требуется соблюдать меры предосто­рожности для защиты людей от интенсивного УФ-излучения ( с длиной волны более 280 нм) и от возможного разрыва колбы при перегреве.

Металогалогенные лампы (МГЛ), созданы 1960-х годах. Устройство МГЛ аналогично лампам ДРЛ, но имеет возможность варьи­рования спектрального распределения излучения от практически однородного до непрерывного при высоком КПД и высокой удельной мощности. У нас выпускаются под маркой ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками).

Механизм формирования светового потока МГЛ. В разрядную горелку МГЛ (в современных лампах — керамическую) кроме ртути и аргона, как в ртутных лампах высокого давления, вводят­ся в строго дозированных количествах смеси галогенндов (йодидов) галлия, натрия, индия, оло­ва, лития, цезия, редкоземельных (диспрозий, гольмий, тулий) и других элементов в виде легко испаряющихся солей. После получения электри­ческого разряда, когда в горелке достигается ра­бочая температура, галогениды металлов частич­но переходят в парообразное состояние, и атомы металлов начинают излучать характерные для них спектры. Подобрав определенную комбина­цию наполнителей, можно получить практически любой спектр излучения и цветность света от бе­лого до хроматического удовлетворяющую са­мым высоким требованиям к цветовосприятию.

Модификации МГЛ. Внешняя колба стандартных одноцокольных МГЛ имеет эллипсоидную или цилиндрическую форму и изготавливается из прозрачного или по­крытого светорассеивающим слоем (люминофо­ром) стекла. Существуют компактные лампы в одноцокольном и двухцокольном (софитном) ис­полнении разной мощности и цветности излуче­ния. Цветные МГЛ выпускаются сегодня рядом фирм в четырех вариантах: фиолетово-синего (=465 нм), зеленого (λ = 535 нм), оранжевого (λ = 595 нм) и сиреневого (magenta, λ =500 нм) света. В ближайшем будущим эта палитра может расшириться. Благодаря миниатюрным размерам компактных МГЛ белого и цветного света, не­большой (20, 35, 70 Вт) и средней (150, 250 Вт) мощности снабженные ими светильники и прибо­ры прожекторного типа имеют небольшие разме­ры, современный дизайн и совершенное техничес­кое исполнение.

Назначение МГЛ. Металлогалогенные лампы белого света не­обходимы для хорошей цветопередачи при высокой освещенности (1000—2000 лк), на­пример, для цветных кино- и телесъемок на ста­дионах и в спортивных залах (при переходе от ес­тественного к искусственному освещению не из­меняются цветовые оттенки изображения), в мес­тах скопления народа (площади, выставочные и торговые залы) или по требованиям технологии (красильные и ткацкие цеха, типографии). Широкое применение в городской среде: большая часть ус­тановок архитектурного освещения зданий и со­оружений, декоративного освещения ландшафта, освещение общественно-пешеходных зон в зарубежных городах, обеспечи­вающее более комфортные и эстетически полно­ценные зрительные условия.

Недостатки МГЛ: относительно вы­сокая стоимость, чем у ртутных и натриевых ламп, но они считаются одними из самых перспек­тивных источников света, призванных заменить лампы ДРЛ и другие, поэтому активно ведутся ра­боты по их совершенствованию.

В нашей стране массовый выпуск ламп ДРИ (МГЛ) был освоен перед Олимпийскими играми 1980 года для освещения крупных спортсооружений — Большой спортивной арены в Лужниках и стадиона «Динамо», крытого стадиона спортком­плекса «Олимпийский» в Москве и др.

Натриевые лампы низкого давления (НЛНД)созданы фирмой PHILIPS в 1932 году, обладают самой высокой световой отдачей среди известных разрядных ламп и незначитель­ным снижением светового потока при длительном сроке службы.

Механизм формирования светового потока НЛНД. Устройство и принцип действия близок ртутным лампам — электрический разряд в парах натрия вызывает излучение характерного желтого цвета. Лампы малочувствительны к температуре окру­жающего воздуха, имеют значительные пульса­ции светового потока и 5 - 15-минутный период разгорания. Повторное зажигание возможно лишь после остывания горелки. Существуют на­триевые лампы низкого и высокого давления.

Устройство НЛНД: имеют линейную или U-образную разрядную трубку из специального, устойчивого к воздей­ствию агрессивных паров натрия стекла, поме­щенную во внешнюю вакуумную теплоизолирую­щую колбу-рубашку цилиндрической формы. Для облегчения получения электрического разряда в горелку вместе с парами натрия вводят смесь нео­на и аргона.

Недостатки НЛНД. Натриевые лампы низкого давления имеют неудовлетворительную цветопередачу, т.к. из­лучают монохроматический желто-оранжевый свет.

Преимущества и применение НЛНД. Из­лучают монохроматический желто-оранжевый свет с длиной волны 589 нм, световая отдача ламп очень высока — около 200 лм/Вт, т.е. КПД лампы достигает 50—60 %, т.к. глаз наиболее чувствителен к излучениям в этой обла­сти. Свет этих ламп повышает видимость и различимость объектов при низких уровнях освещенности, а также в тумане, поэтому они применяются в случаях, где цветопередача не имеет значения: в установках освещения загород­ных магистралей, транспортных перекрестков и туннелей, складов, товарных станций, промыш­ленных сооружений, а также для декоративного освещения объектов, позолоченных или окрашен­ных в желто-оранжевые цвета (в Ленинграде в 1960—70-е годы прошлого века использовались в установках архитектурного освещения решеток Летнего сада с позолоченными элементами, фаса­дов Адмиралтейства, в «мемориальных» фонарях на Марсовом поле).

Натриевые лампы высокого давления (НЛВД), созданные в 1960-е годы, содержат смесь паров натрия и ртути с ксеноном, заключенную в колбе-горелке из химически и термически стойкого светопрозрачного керамического материала.

Устройство НЛВД: наружная колба лампы имеет цилиндричес­кую или эллиптическую форму (реже - линей­ную) из прозрачного или светорассеивающего стекла. Спектр излучения ламп — сплошной, с максимумом в желто-оранжевой области (560— 610 нм). Свет стандартных НЛВД имеет золотис­тый оттенок, цветопередача удовлетворительная (Тц 1900-2100 К, Ra - 21-23). Цветность излуче­ния улучшается при повышении давления паров натрия, при этом снижается световая отдача ламп сверхвысокого давления. Ряд фирм выпускают та­кие натриевые лампы «белого» света с Тц 2500 — 3000 К и Ra – 80, которые зрительно неотличимы от света ламп накаливания и производят благо­приятное впечатление.

Преимущества стандартных НЛВД: в наружном освещении – экономия капитальных и эксплу­атационных затрат. Например, в Нью- Йорке уже в 1983 году 90 % светильников в уста­новках наружного освещения были оборудованы НЛВД.

Применение НЛВД. По своему колориту их свет очень подходит для пешеходных зон, особен­но в среде исторической застройки. Эти лампы эффективно использованы, например, в уличном освещении старого центра Лиона. В архитектурном освещении Москвы НЛВД применяются, в большинстве случаев, для акцентирующего освещения деталей при преиму­щественном освещении фасадов металлогалогенными лампами. Если фасад здания целиком «вы­золочен» светом этих ламп, он становится харак­терным ориентиром в ночной панораме (гостини­ца «Украина» в Москве, Эйфелева башня и Дом инвалидов в Париже и др.).

Ксеноновые лам­пы входят в группу газоразрядных источников света сверхвысокого давления. Они представляют собой разрядную колбу в виде трубки или шара из кварцевого стекла, за­полненную ксеноном. Электрический разряд в этом газе характеризуется высокой яркостью и не­прерывным спектром излучения, близким к сол­нечному (Тц 100-6300 К) и обеспечивающим вы­сококачественную цветопередачу (Ra = 95—98).

Применение КЛ. Шаровые ксеноновые лампы небольших размеров и мощности (75-2000 Вт) применяют­ся, в основном, в проекционных приборах с цвет­ным изображением и в современных прожекторах для создания световых эффектов в различных шоу и представлениях.

Мощные лампы КЛ (от 5 до 100 кВт), способные работать при низких температурах, используют­ся в тех случаях, когда на обширной территории нужно создать небольшую освещенность (откры­тые карьеры, строительные площадки, сортиро­вочные станции) или обеспечить хорошее цвето­воспроизведение (полихромные архитектурные ансамбли, выставки). Их устанавливают обычно на большой высоте, чтобы избежать ослепления. В темноте свет ксеноновых ламп кажется холод­но-белым, даже голубоватым, зрительно «разбе­ливающим» цвет предметов.

Недостатки КЛ: имеют относительно не­высокие световые характеристики, требуют слож­ной системы зажигания, а для некоторых типов и охлаждения, поэтому на практике они почти вы­теснены более эффективными МГЛ или НЛВД.

Светодиод - LED (Light Emiting Diode) — это миниатюрный полупроводниковый прибор, пре­образующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Он состоит из полупровод­никового кристалла на подложке, корпуса с кон­тактными выводами и оптической системы.

Принцип работы светодиодов открыт в 1920-х (О.В.Лосев, Нижегородская радиотехническая лаборатория) и опубликован в 1930-х годах (Г.С. Жданов, МГУ). Долгое время из-за техноло­гических сложностей изготовления, низких свето­технических показателей и высокой стоимости светодиоды не находили использования в освети­тельных приборах. В 60—70-х годах XX века были созданы желто-зеленые, желтые и красные светодиоды, которые по долговечности, светоотда­че, надежности, безопасности уже превосходили миниатюрные лампы накаливания, поэтому их применяли в световых индикаторах, табло, при­борных панелях автомобилей и самолетов, рек­ламных экранах, системах визуальной информа­ции. В 1990-х годах японские ученые создали и предложили рынку сверхяркие светодиоды всех основных цветов, в том числе ранее отсутствовав­шие и более дорогие голубые, зеленые и белые. Световая отдача их увеличилась до 15—40 лм/Вт, что сопоставимо с показателями галогенных ламп при значительно большем (до 100 тысяч часов) сроке службы. В ближайшие годы ожидается повы­шение этого базового показателя до 50 лм/Вт.

Преимущества светодиодов: малое энергопотребление, миниатюрные размеры, экологичность и длительный срок службы, механическая прочность, электробезо­пасность и надежность при эксплуатации практи­чески в любой среде, неограниченный диапазон цветовых оттенков, получаемых, в частности, сме­шением RGB (red, green, blue) цветов, излучаемых в статическом иди динамическом режимах, чисто­та и стабильность цвета, а вместе с ними просто­та диммирования, возможность компьютерного управления и безынерционного включения—вык­лючения.

Недостаток светодиодов их цена, сегодня стоимость одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но в ближайшие 2— 3 года этот показатель снизится в 10 раз.

LED модули на основе светодиодов вы­пускаются в двух основных формах — линейки и панели.

Применение LED модулей (светодиодных линеек): заменя­ют газовые лампы, стекловолоконные светодиоды или световой шнур типа «дюралайт» на мини­атюрных лампах накаливания в «световой гра­фике» рекламно-информационных и иллюминационно-праздничных систем, а также линейные осветительные приборы на люминесцентных лампах или лампах накаливания в ксеноне (на­пример, светильники фирмы «Agabekov» и др.) для архитектурного освещения фасадов и инте­рьеров. Светодиодные панели предназначены для создания приборов прожекторного типа, для осве­щения больших по площади поверхностей. Высо­котехнологичные изделия, входящие в комплекс осветительных установок на основе светодиодов с возможностью компьютерного регулирования ин­тенсивности и цветности света получили название интеллектуальных систем освещения.

Электро­люминесцентные панели (ЭЛП) - плоский конденсатор с прозрачными токопроводящими обкладками и слоем люмино­фора между ними, который включается в сеть без дополнительного балласта. Панели могут иметь различную форму и размеры и выполняться на твердой (стекло, керамика) или гибкой (пленка, фольга) основе. В последнем случае они могут на­клеиваться на криволинейные поверхности, что дает необычный декоративный эффект. Под воз­действием электрического поля люмннесцирующий слой светится. Цветность и яркость свечения зависят от состава люминофора, напряжения и частоты колебаний тока.

Отечественная промышленность выпускала ЭЛП зеленого, голубого, желтого и красного цветов. Их световая отдача достигала 12 лм/Вт (тео­ретически — 100 лм/Вт), срок службы — 15 тыс. ч, яркость свечения при стандартном напряжении 220 В и частоте 50 Гц составляла 1 — 15 кд/м2 при частоте 1000 Гц — 17—250 кд/м². Максимальной яркостью обладали зеленые панели, минималь­ной — красные. Стоимость была достаточно высо­ка, поэтому они применялись лишь в некоторых установках световой сигнализации, информации и рекламы. В экспериментальном порядке в CUIA еще в 1950-е годы была создана жилая «комната будущего», в которой потолок и верхняя часть стен были облицованы ЭЛП. Образовалась боль­шая светящая поверхность невысокой яркости, создающая равномерное, мягкое освещение и обес­печивающая высокий световой комфорт как в пасмурный день под открытым небом.

Сегодня ряд зарубежных фирм представляет на рынках ЭЛП в виде гибких шнуров разного ди­аметра и лент различной ширины и цветности из­лучения, которые находят применение главным образом в световом дизайне информационных, рекламных и декоративно-оформительских уста­новок.