Мощные компактные люминесцентные лампы – характеристики и особенности эксплуатации. Часть II


PDF версия

В первой части настоящего обзора, посвященного мощным компактным люминесцентным лампам (МКЛЛ), говорилось об их световом потоке, мощности, световой отдаче и цветовых характеристиках. В данной публикации речь пойдет о выполненном NLPIP (Национальная информационная программа об осветительных приборах США) тестировании температурных зависимостей характеристик МКЛЛ.

Краткосрочные тепловые эффекты

Работа люминесцентных ламп при температурах воздуха, больших или меньших оптимальной, приводит к снижению светового потока, уменьшению потребляемой мощности и световой отдачи, как показано на рисунке 92. (Необходимо отметить, что этот график не является, вообще говоря, типичным для МКЛЛ.) Некоторые производители МКЛЛ дают информацию о световом потоке в определенном диапазоне температур. Если эта информация недоступна, пользователи могут обобщить имеющиеся данные по световым потокам для других люминесцентных ламп в зависимости от минимальной температуры стенки лампы (или температуры окружающей среды) (см. рис. 9).

 

Рис. 9. Влияние температуры окружающей среды на эффективность, мощность и световой поток многих люминесцентных ламп

Как показано на рисунке 103, уменьшение светового потока может быть сведено к минимуму с помощью ртутной амальгамы. (Как и на рисунке 9, этот график не является типичным для МКЛЛ.)
Об использовании ртутной амальгамы производители мощных компактных ламп в своих информационных каталогах зачастую не сообщают. Тем не менее заинтересованные пользователи могут запросить эту информацию у производителя. Так, при подготовке исследования сотрудники NLPIP получили данные о различных представленных на рынке лампах именно таким образом.
Пять образцов мощных компактных люминесцентных ламп, проверяемых по программе NLPIP, были испытаны в светильниках, предназначенных для металлогалогенных ламп. В этих испытаниях определялись температурные условия работы ламп; при этом измерялись их мощности и световые потоки.
Из рисунка 11 видно, что температуры МКЛЛ были самыми низкими, когда образцы эксплуатировались на открытом воздухе. При тестировании любого образца МКЛЛ в открытом светильнике (либо с алюминиевым отражателем, либо с призматическим рефрактором) температура ламп, естественно, повышалась. Когда испытания проводились в полностью закрытых светильниках, температура ламп повышалась еще больше (подробнее об условиях тестирования см. часть 1, «Тепловые испытания МКЛЛ»). Для сравнения на рисунке 11 приведены также результаты измерений для металлогалогенной лампы (МГЛ) мощностью 175 Вт.

 

Рис. 10. Влияние температуры окружающей среды на световой поток амальгамных и безамальгамных люминесцентных ламп

Рис. 11. Температуры тестируемых образцов ламп (измерялись в середине ламп) в различных условиях

Измерения для металлогалогенной лампы на открытом воздухе не проводились. Некоторые данные для образцов D и E получить невозможно в связи с большими размерами ламп, поэтому они на рисунке 11 отсутствуют (по этой причине они не представлены и на рисунках 12—15).
Испытания мощных компактных ламп показали, что все тестируемые образцы сократили световой поток, когда светильник был полностью закрытым. Так, на рисунке 12 показано уменьшение светового потока различных образцов МКЛЛ из-за повышения температуры воздуха в полностью закрытых светильниках. Как видно из рисунка, алюминиевый корпус рефлектора оказывает большее относительное воздействие на световой поток, чем призматический рефрактор.
Поскольку результаты на рисунке 12 даны в относительных величинах, читатель не должен полагать, что при использовании светильника с алюминиевым корпусом освещенность несколько меньше, чем для светильника с акриловым корпусом.

 

Рис. 12. Уменьшение светового потока закрытых светильников при повышении температуры окружающего воздуха

Потребляемая мощность МКЛЛ также зависит от температурных условий. Как показано на рисунке 9, рабочая мощность меняется с изменением температуры окружающего воздуха. Поскольку при работе ламп в светильниках температура воздуха в них повышается, выходя за оптимальный предел, следует ожидать снижения мощности и, вообще говоря, эффективности.
На рисунке 13 показаны величины электрической мощности пяти испытанных образцов МКЛЛ (подробнее об условиях тестирования см. часть 1, раздел «Тепловые испытания МКЛЛ»).
В связи с заметным ростом температуры при работе ламп в закрытых светильниках мощность МКЛЛ снижалась при испытаниях  на 4,5—14,5% в зависимости от типа ламп (см. рис. 14). Хотя световой поток МКЛЛ уменьшается при повышенной температуре, потребляемая ими мощность также снижается, так что световая отдача уменьшается не всегда.

 

Рис. 13. Измеренные мощности МКЛЛ в различных рабочих условиях (измерения для металлогалогенной лампы на открытом воздухе не проводились)

Рис. 14. Уменьшение мощности МКЛЛ в закрытых светильниках как следствие повышения температуры окружающего воздуха

Так, оценки NLPIP показали, что световая отдача испытуемых образцов МКЛЛ изменялась во время испытаний в диапазоне –7,6—2,9%.

Долгосрочные тепловые эффекты

Повышение температуры окружающей среды может значительно повлиять на срок службы балласта. Электронные компоненты в нем, как правило, быстрее выходят из строя при повышенных температурах. Срок службы электролитических конденсаторов, например, резко снижается с повышением температуры4. Так, промышленные руководства утверждают, что при каждом повышении температуры на 10° срок службы конденсаторов уменьшается в два раза.
Повышение температуры встроенного балласта МКЛЛ обусловлено, главным образом, высокой мощностью лампы, ее ориентацией (лампа работает базой вверх или вниз) и тем, что корпус светильника существенно ограничивает конвективное охлаждение лампы. МКЛЛ обычно используют для замены МГЛ или ламп накаливания, а они чаще всего устанавливаются в светильниках цоколем вверх.
Тепло, выделяемое работающей лампой, увеличивает температуру балласта. Кроме того, некоторые типы светильников, подвергаемые модификации, совершенно закрытые — как выше, так и ниже цоколя. Из-за ориентации лампы базой вверх и закрытости светильника различные детали встроенного балласта МКЛЛ могут подвергаться воздействию достаточно высоких температур.
Следует отметить, что производители мощных КЛЛ со встроенным балластом признают риски работы ламп при высоких температурах окружающей среды. Например, продукция одной фирмы имеет этикетку с рекомендацией избегать работы лампы базой вверх. В продукции другой фирмы проблема с перегревом решается путем охлаждения с помощью небольшого вентилятора, интегрированного в балласт. Большинство же производителей рекомендует использовать эти мощные компактные лампы только в открытых светильниках, что допускает некоторое вентиляционное охлаждение балласта. При этом многие фирмы указывают также максимально допустимую температуру при использовании их продукции.
В исследованиях эксплуатационных характеристик МКЛЛ проводилось ограниченное тестирование типичных тепловых режимов в открытых и закрытых светильниках. В открытых светильниках температура колебалась в диапазоне 27—40°С, что ниже максимальной (предельной) температуры, допускаемой производителями мощных КЛЛ.
Однако при работе МКЛЛ в закрытых светильниках измеренная температура была близка, а в некоторых случаях и превышала предельную температуру, достигая 53—68°С. В целом, очевидно, чем выше мощность этих ламп, тем выше температура в светильнике (см. рис. 15).

 

Рис. 15. Температура лампы (в верхней ее части, вблизи балласта) в различных рабочих условиях

Таким образом, до модернизации светильников пользователям следует проверить соответствие теплового режима работы ламп условиям, рекомендованным их производителем.

Влияние ориентации на характеристики МКЛЛ

Световой поток ряда ламп изменяется не только с изменением температуры окружающей среды, но и с ориентацией лампы. Большинство производителей мощных компактных люминесцентных ламп не ограничивает в этом смысле использование своей продукции; тем не менее некоторые все же указывают на влияние ориентации лампы на световой поток.
На рисунке 165 показана температурная зависимость светового потока амальгамных МКЛЛ для трех ориентаций ламп. Для этих ламп рабочее вертикальное положение цоколем вверх дает наибольший (оптимальный) световой поток при более низких температурах по сравнению с горизонтальным положением лампы или вертикальным цоколем вниз.
Затененные полосы на рисунке показывают внутреннюю температуру исследованных NLPIP светильников с амальгамными лампами. Фактическая температура внутри других светильников, естественно, варьируется как в зависимости от мощности лампы, так и от температуры окружающего воздуха и типа светильника.
Влияние ориентации и температуры воздуха на световой поток для амальгамных ламп отличается от такого влияния для безамальгамных компактных люминесцентных ламп.
Рисунок 176 показывает, что при работе безамальгамных компактных ламп в вертикальном положении цоколем вверх они имеют максимальный световой поток примерно при той же температуре, что и амальгамные лампы, но при ориентации цоколем вниз максимальный световой поток достигается при более низких температурах. Величины измеренных NLPIP температур в светильниках с безамальгамными мощными компактными лампами указаны на этом рисунке затененными зонами. Независимо от ориентации лампы световой поток безамальгамной лампы может быть меньше оптимальной величины при работе в закрытых светильниках.

 

Рис. 16. Влияние рабочего положения и температуры воздуха на световой поток некоторых амальгамных МКЛЛ

Рис. 17. Влияние рабочего положения и температуры на световой поток безамальгамных КЛЛ (нетипично для МКЛЛ)

 

Пусковые характеристики МКЛЛ

С точки зрения пусковых характеристик, МКЛЛ практически аналогичны компактным люминесцентным лампам малой мощности. Все пять образцов МКЛЛ, проверенных NLPIP, зажигались менее чем за 1 с и достигали, по крайней мере, 80% полного светового потока менее чем за 3 мин. Это время меньше, чем у многих высокоинтенсивных разрядных источников света, таких, например, как металлогалогенные лампы, которым требуется 3—7 мин для достижения полной яркости.
Во многих МКЛЛ используется ртутная амальгама. В результате требуется несколько большее, чем для безамальгамных источников, время горения лампы, чтобы достичь полного светового потока. Относительно большое время разгорания таких ламп может, конечно, немного раздражать пользователей. Однако МКЛЛ, как правило, предназначены для освещения больших объектов, где эти лампы включаются всего один раз в день. Таким образом, даже относительно долгое разгорание может быть приемлемым.
Об использовании ртутной амальгамы в той или иной лампе, вообще говоря, не всегда сообщается в информационных каталогах, однако пользователь может запросить эту информацию у производителя. В частности, при подготовке своего исследования сотрудники NLPIP легко получили эту информацию о тестируемых МКЛЛ.
Одним из преимуществ МКЛЛ является то, что они могут быстро перезажигаться сразу после отключения питания, в отличие от высокоинтенсивных разрядных источников света, которым требуется несколько минут (чтобы остыть), прежде чем они могут быть включены вновь. Эта задержка может стать существенной проблемой в общественных местах, таких, например, как большие магазины розничной торговли. Покупатели вряд ли будут ждать несколько минут, чтобы получить возможность приобрести выбранный товар.

Что следует учитывать при модернизации светильников?

Прежде всего, если в светильниках производится замена высокоинтенсивных разрядных источников света на мощные компактные лампы, перед их установкой должен быть удален старый балласт. Некоторые мощные компактные люминесцентные лампы могут быть слишком велики, чтобы уместиться в таких светильниках. Например, при описываемых испытаниях монтаж двух из пяти образцов МКЛЛ осуществлялся с заметными трудностями в тестируемых светильниках. Таким образом, большие размеры некоторых типов МКЛЛ могут явиться определенным препятствием для модернизации некоторых светильников.
Кроме того, лампы больших размеров могут выступать из открытых светильников, создавая блики и, вообще говоря, иметь непривлекательный внешний вид.
Пользователям следует помнить, что оптические характеристики МКЛЛ и ламп высокой интенсивности заметно отличаются. Прежде всего, МКЛЛ — это большой диффузный источник света. Разумеется, отражатель, предназначенный для малых точечных ламп высокой интенсивности, пространственно не распределяет свет от МКЛЛ таким же образом. Из светильника с МКЛЛ свет может исходить под более высокими углами, что приводит к возникновению бликов. Таким образом, для МКЛЛ, с учетом их оптических характеристик, более подходящим является светильник, предназначенный для диффузного освещения.
Использование МКЛЛ при модернизации светильников может также привести к некоторому снижению уровня освещенности, несмотря на эквивалентный световой поток заменяемых ламп. Большой размер МКЛЛ уже сам по себе приводит к увеличению поглощения и рассеяния света в светильнике, снижая тем самым его оптическую эффективность.
В качестве примера для оценки этого эффекта была рассчитана оптическая эффективность светильника с МКЛЛ мощностью 200 Вт и с металлогалогенной лампой мощностью 175 Вт, рекомендованной производителем светильников. Расчет проводился для того же светильника с алюминиевым отражателем в открытом и закрытом вариантах (см. часть 1, «Тепловые испытания МКЛЛ»). Так, вычисления показали, что по сравнению с МГЛ, оптическая эффективность светильника с МКЛЛ была меньше на 10% для закрытого и на 7% — для открытого варианта.

Что следует учитывать при эксплуатации МКЛЛ?

Загрязнение МКЛЛ при эксплуатации может привести к определенным проблемам. Этот тип ламп, как правило, имеет большую площадь поверхности и многократные изгибы разрядных трубок, которые трудно поддаются чистке. Накопление же грязи на лампе может привести к заметным потерям светового потока.
Из-за большого размера и многочисленных изгибов стекла эти лампы могут быть также достаточно хрупкими для транспортировки и установки. Например, некоторые МКЛЛ можно брать руками только за базу, что затрудняет их установку в светильники. Однако все образцы, полученные NLPIP для данного тестирования, дошли неповрежденными, поскольку все они были тщательно упакованы в коробки и покрыты несколькими слоями упаковочного материала. Кроме того, большой размер МКЛЛ требует большего места для их хранения по сравнению с другими типами ламп.

Заключение

Итак, мощные компактные люминесцентные лампы обладают рядом преимуществ перед другими источниками света, но следует помнить и о некоторых недостатках.
Среди преимуществ отметим:
– высокий индекс цветопередачи;
– широкий диапазон цветовых температур7;
– МКЛЛ способны мгновенно перезажигаться;
– МКЛЛ являются вполне конкурентоспособными в отношении срока службы и светового потока по сравнению с лампами накаливания, металлогалогенными и натриевыми лампами высокого давления.
Недостатки и проблемы:
– МКЛЛ по оптическим свойствам больше подходят для диффузного, а не для направленного освещения;
– закрытые светильники могут привести к перегреву встроенного балласта в МКЛЛ;
– многие производители рекомендуют избегать частого переключения, поэтому в некоторых приложениях МКЛЛ не могут быть рекомендованы для совместного использования с размещенными на них датчиками освещения;
– МКЛЛ обладают большими размерами и могут не поместиться в некоторых светильниках;
– сложная форма и наличие трудных для очистки поверхностей могут привести к большему загрязнению МКЛЛ по сравнению с другими источниками света;
– из-за больших размеров некоторых типов МКЛЛ их замена может быть неудобной; многие лампы слишком хрупки.

 

______________

1 См. первую часть обзора в «Современной светотехнике», №4, с. 27, 2011. Здесь же отметим, что используется сквозная нумерация рисунков, начиная с первой части.
2 Bleeker N. and Veenstra W. 1990. “The Performance of Four-Foot Fluorescent Lamps as a Function of Ambient Temperature on 60 Hz and High Frequency Ballasts”. Illuminating Engineering Society of North America Annual Conference: Proceedings, Baltimore, MD, July 29-August 2, 1990. New York: Illuminating Engineering Society of North America.
3 Rea M.S. (Ed.). 2000. IESNA Handbook, ninth edition. 6-43. New York: Illuminating Engineering Society of North America.

4 Stevens JL, Shaffer JS, Vandenham JT. 2002. The Service Life of Large Aluminum Electrolytic Capacitors: Effects of Construction and Application. IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. 38, No. 5. 1441.
5 Взято из информационных каталогов GE Lighting и Philips Lighting Company.
6 IESNA. 1996. Technical Memorandum: Understanding and Controlling the Effects of Temperature on Fluorescent Lamp Systems. TM-6-96. New York: Illuminating Engineering Society of North America.
7 К сожалению, он не столь широк, как для компактных люминесцентных ламп низких мощностей.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *