Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Воскресенье, 8 декабря
 
 


Это интересно!

Ранее

Беспроводные сети для управления светодиодными системами уличного освещения

В статье рассматривается способ установления удаленного контроля над светодиодными системами освещения с помощью беспроводной сети, которая позволяет контролировать энергопотребление и управлять различными функциями, включая регулировку яркости.

Технология наноструктурирования увеличивает эффективность светодиодов

Сотрудники шведской фирмы «Obducat», Ки Донг Ли, Роберт Сьеден и Тарбьорн Эриксон, считают, что для повышения эффективности светоотдачи светодиодного чипа можно использовать различные технологии наноструктурирования.

ENDURA – безэлектродный люминесцентный источник света большой интенсивности

В статье описывается мощная высокоэффективная безэлектродная лампа ENDURA (или ICETRON в США), разработанная фирмой OSRAM SYLVANIA. Лампа работает на частоте 250 кГц и обеспечивает световой поток 12000 лм при мощности системы 150 Вт. Использование низкой частоты позволяет значительно уменьшить уровень электромагнитных шумов и упростить электронный балласт. За основу при этом взята статья разработчиков этой лампы [1]. Заметим, что на момент ее публикации ENDURA являлась наиболее мощной и эффективной лампой на рынке1.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

16 марта

Высокоэффективные люминесцентные лампы T8 - новый стандарт экономичного освещения в США1



Введение

В освещении в течение многих лет доминировали люминесцентные T122 лампы, работающие с индуктивным дросселем. Как известно, по предложению министерства энергетики США с 1-го января 2011 г. в этой стране такие дроссели, поддерживающие работу этих ламп, больше производиться не будут. Поскольку и их продажа будет также незаконна, производство ламп Т12 будет сокращаться. На смену им приходят лампы Т8.

Люминесцентные лампы T8 мощностью 32 Вт появились в США в 1981 г. В течение многих лет усилия производителей были направлены на улучшение ключевых характеристик ламп T8 — светового потока, светоотдачи, срока службы, уменьшения спада светового потока. На сегодня новым стандартом для экономичного освещения являются высокоэффективные лампы Т8 мощностью 32 Вт с электронными балластами, и они являются наиболее часто используемыми при замене ламп Т12. Заметим, что эти лампы иногда называют суперлампами T8, лампами высокой интенсивности Т8 и т.д.

Различные данные, предоставляемые производителями ламп, в США проверяются в рамках деятельности NLPIP (Национальная информационная программа об осветительных приборах). Информация о характеристиках ламп бралась из каталогов, спецификаций и с веб-сайтов производителей. В данном обзоре представлено сопоставление заявляемых производителями данных и измеренных параметров ламп, полученных в рамках программы тестирования NLPIP. В первой части обзора будут сопоставлены такие заявляемые производителями и измеренные характеристики как световой поток и светоотдача, мощность и срок службы ламп Т8, полученных в рамках программы тестирования. Обзор, несомненно, будет интересен и полезен российскому потребителю.

Световой поток ламп Т8

Световой поток, генерируемый 32-Вт люминесцентными лампами Т8, значительно варьируется от одной модели лампы к другой. Рисунок 1 показывает величины номинального начального светового потока, которые в настоящее время заявлены для 121-й модели ламп девяти производителей для различных цветовых температур. Размер каждой точки графика соответствует количеству доступных моделей ламп. При этом произведена сортировка ламп по величине цветовой температуры. Например, для цветовой температуры 4100 К имеется девять моделей ламп с начальным потоком 2850 лм, девять моделей ламп с начальным потоком 2950 лм и т.д. Сортировка ламп произведена также по величине индекса цветопередачи.

Значения индекса цветопередачи (Rа в российском обозначении) моделей ламп T8, показанных на рисунке 1, разделены на три диапазона: 70—79, 80—89 и более 90. Эти три категории в зарубежной светотехнической промышленности обозначаются как RE70, RE80 и RE90, соответственно3. Категория, в которую попадает индекс цветопередачи каждой модели ламп, указывается на данном рисунке цветом точки или ее части. Например, для цветовой температуры 3500 К отмечены пять моделей RE70 с начальным световым потоком в 2800 лм и восемь моделей с начальным потоком 2850 лм.

Рис. 1. Номинальный начальный световой поток ламп T8 со световой отдачей более 80 лм/Вт

Как видно из рисунка 1, RE70 модели, как правило, имеют более низкий световой поток, чем RE80 модели. Очевидно также, RE80 модели более широко распространены, чем RE70 или RE90 модели. Их начальный световой поток изменяется в весьма большом диапазоне. Как показывают данные, приведенные на рисунке 1, модели ламп RE80 имеют начальный световой поток в диапазоне 2800—3200 лм. Заметим, что при этом надо учитывать и погрешности измерений — по оценкам NLPIP, они могут составлять 1—2%, что составляет в нашем случае примерно 50 лм.

Согласно программе тестирования NLPIP, были проведены измерения начального светового потока 12-ти моделей ламп T8, пользующихся наибольшим спросом, с цветовой температурой 3500—4100 К. Для испытаний было взято по три образца каждой модели ламп. Измерения проводились по методике, утвержденной Американским национальным институтом стандартов (ANSI C82.3-2002). Все испытуемые лампы имели индекс цветопередачи 80–89 (RE80), а некоторые испытуемые лампы — RE80 HLO, LL — отличались дополнительными усовершенствованиями: они имели высокий световой поток (индекс High Light Output, HLO) и/или большой срок службы (индекс Long Life, LL).

Рисунок 2 показывает заявленные и измеренные величины светового потока с учетом суммарной погрешности измерений для каждого типа ламп. Суммарная погрешность включает неизбежный разброс параметров образцов одного типа ламп и погрешность измерений NLPIP.

Рис. 2. Номинальный и измеренный NLPIP начальный световой поток ламп T8

В целом, лампы RE80 при испытаниях показывают несколько меньший световой поток, чем их заявленные значения. В то же время для большинства ламп RE80 HLO, LL измеренные и номинальные значения светового потока весьма близки. Кроме того, начальный световой поток ламп RE80 HLO, LL в среднем на 8% выше, чем ламп RE80. Величины измеренных световых потоков ламп RE80 в среднем на 2,7% ниже их номинальных значений. Измеренные величины потока для пяти из шести ламп RE80 HLO, LL близки к их номинальным значениям. Остальные модели RE80 HLO, LL имеют поток, в среднем, на 2,5% ниже номинального значения.

Таким образом, даже ограниченное тестирование NLPIP обнаруживает различия между заявляемой (номинальной) и измеренной величиной светового потока. Даже если номинальные и измеренные значения светового потока примерно одинаковы, следует учитывать разброс величиной примерно от 1 до 2% между образцами с аналогичными значениями номинального светового потока.

Мощность ламп Т8

Неискушенный пользователь полагает, что электрическая мощность, потребляемая при работе лампы T8, составляет именно 32 Вт. Однако это всего лишь величина номинальной мощности лампы. В соответствующем документе ANSI указывается, что номинальная мощность этой лампы в стандартных условиях испытания (ANSI C78.81-2005) должна составлять в среднем 32,5 Вт. Указывается также, что эта средняя мощность лампы не должна превышать 34,6 Вт, что уже на 6,5% выше номинального значения. Так как этот верхний предел относится, вообще говоря, к среднему значению мощности, вполне возможно, что для отдельных образцов ламп она превышает 34,6 Вт. Поскольку потребители часто могут выбирать лампы на основе критерия их эффективности, отсутствие информации о реальной мощности делает расчет эффективности весьма неточным для конкретной модели лампы.

Следует заметить, что требования ANSI к рассматриваемой лампе относятся к работе в схеме быстрого пуска (rapid start), тогда как эти лампы зачастую работают в схеме мгновенного зажигания (instant start). Поскольку в данной схеме отсутствует подогрев электродов, лампы потребляют несколько меньшую мощность, чем в схеме быстрого пуска.

В рамках исследований NLPIP были определены различия потребляемых мощностей между лампами моделей разных производителей. Измерения потребляемой мощности выбранных ламп проводились при их работе с низкочастотным балластом (согласно стандарту ANSI C82.3-2002). Как и выше, измерения мощности проводились для ламп, пользующихся наибольшим спросом, т.е. с цветовой температурой 3500 и 4100 К; при этом бралось по три образца каждой модели ламп.

Рисунок 3 показывает измеренные значения мощности. Горизонтальная ось показывает типы каждой тестируемой модели ламп от производителей А, B и C. Коридор ошибок показывает суммарную погрешность измерений для каждой модели. Как видно, все измеренные значения мощности ламп были выше номинального, согласно ANSI, значения 32,5 Вт. Мощность пяти моделей ламп превышала 33,5 Вт, что на 3% выше номинального значения. Тем не менее это отклонение находится в пределах допуска — по стандарту ANSI допускается отклонение не более 5% плюс 0,5 Вт.

Рис. 3. Потребляемая мощность (Вт) ламп T8, измеренных NLPIP

Таким образом, проектировщики в своих оценках эксплуатационных расходов должны учитывать тот факт, что мощность лампы может превышать ожидаемое значение 32 Вт более чем на 5%.

Отметим также, что, как показывают измерения, в большинстве случаев величины электрической мощности для ламп RE80 HLO, LL были больше, чем для ламп RE80, примерно на 1,2 Вт.

Выше отмечалось, что световой поток ламп RE80 HLO, LL в среднем на 8% больше, чем у RE80. Поэтому, заменяя лампы RE80 на RE80 HLO, LL, следует помнить, что с увеличением светового потока возрастет и потребляемая мощность. Клиенты, которые в основном заинтересованы в экономии энергии, должны уменьшить величину балласт-фактора4 или могут изменить расположение светильников, используя при этом меньшее их количество.

Сегодня лампы T8 используются, как правило, с высокочастотным электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА). Работа люминесцентных ламп при их питании током высокой частоты позволяет несколько снизить мощность лампы при том же световом потоке5.

Как указано в стандарте ANSI C78.81-2005, мощность лампы при работе с высокочастотным ЭПРА в этом случае примерно на 6% ниже, чем в случае с низкочастотным балластом, когда лампа работает в схеме мгновенного зажигания. Тем не менее при работе лампы с высокочастотным электронным балластом следует учитывать увеличение потерь мощности на балластной нагрузке осветительной системы, что приводит к повышению эксплуатационных расходов. Например, заявляемая мощность для типичного двухлампового высокочастотного электронного балласта с нормальным балласт-фактором (0,88) составляет 58 Вт. Однако входная мощность ЭПРА будет расти на 3—4% из-за увеличения мощности ламп с одновременным повышением мощности ЭПРА, что примерно на 5% больше, чем при использовании низкочастотного измерительного дросселя. Это тоже должно учитываться в оценках эксплуатационных расходов.

Световая отдача

Световая отдача лампы определяется путем деления светового потока на мощность лампы, в результате чего единица измерения имеет размерность лм/Вт (в английской аббревиатуре — LPW).

Определение и сравнение эффективности ламп по данным фирменных каталогов провести сложно, потому что реальная мощность, потребляемая при работе лампы, неизвестна (см. выше раздел «Мощность ламп Т8»). К тому же номинальный световой поток определяется при работе лампы на низкой частоте (в США 60 Гц), а, как уже говорилось, лампы T8 почти всегда работают с высокочастотным электронным балластом.

Примерная оценка световой отдачи ламп T8 может быть получена путем деления номинальных значений светового потока на некоторую величину мощности. В нашем случае эта мощность равна 32,5 Вт, поскольку для рассматриваемого типа ламп она, согласно требованиям ANSI C78.81-2005, является средним значением.

При таком выборе, как показывает рисунок 4, световая отдача варьируется в пределах 81—99 лм/Вт. Как и выше (см. рис. 1), при построении графика рассматривалась 121 модель ламп девяти производителей. Очевидно, верхний предел этого диапазона будет немного ниже, если оценки провести на основе фактических измерений мощности (см. рис. 3).

Рис. 4. Световая отдача ламп Т8

Отметим, что модели RE70, как правило, находятся на нижнем конце диапазона — их световая отдача ниже 88 лм/Вт. Рисунок 4 также показывает, что более низкая светоотдача характерна для некоторых из моделей RE80 с высокими цветовыми температурами в диапазоне 5000–6500 К.

Рисунок 5 показывает расчетные и измеренные NLPIP величины светоотдачи тестируемых ламп. Расчетные величины были получены путем деления заявляемых значений светового потока на 32,5 Вт. Измеренные NLPIP величины были получены по данным тестирования светового потока и реально потребляемой мощности. В данном случае, как и выше, дан коридор суммарной погрешности измерений для каждой модели ламп.

Рис. 5. Световая отдача тестируемых ламп Т8, измеренная NLPIP

Измеренные величины световой отдачи изменяются в диапазоне 86—94 лм/Вт, в то время как расчетные величины световой отдачи варьировались в пределах 91—97 лм/Вт. Измеренные величины световой отдачи как для ламп RE80, так и RE80 HLO, LL оказываются в среднем на 3,5% ниже, чем расчетные значения. Этот результат обусловлен тем, что измеренные величины светового потока ниже, чем номинальные значения для лампы RE80, а измерения мощности ламп показали, что их мощность выше, чем 32,5 Вт, для всех ламп.

Световая отдача ламп RE80 HLO, LL в среднем на 5,8% выше, чем ламп RE80. Это объясняется тем, что, как уже отмечалось ранее, измеренные величины и светового потока, и мощности ламп RE80 HLO, LL были выше, чем аналогичные параметры ламп RE80. При этом увеличение светового потока несколько выше по сравнению с увеличением реально потребляемой мощности.

Повышенная световая отдача ламп RE80 HLO, LL по сравнению с лампами RE80 может сделать весьма привлекательным их выбор для освещения вновь строящихся площадей или модернизации освещения. Например, используя ЭПРА с низким балласт-фактором, потребитель получит тот же световой поток и сэкономит немного электроэнергии. Напомним, что измерение световой отдачи проводится при работе лампы на низкой частоте (60 Гц). При работе же ламп Т8 с высокочастотным балластом световая отдача увеличивается в среднем примерно на 10%, по данным различных исследований.

Срок службы ламп Т8

Пожалуй, труднее всего ответить на вопрос, каков реальный срок службы у тех или иных ламп, потому что ответ зависит от многих факторов. Потребители ламп обязательно должны взять на заметку ряд особенностей, касающихся величин срока службы ламп.

Напомним, что срок службы определяется как количество часов горения ламп, при котором половина некоторой большой выборки образцов этих ламп выходит из строя. Стандартный цикл работы ламп в этом тесте составляет 3 ч, затем на 20 мин лампы выключают. Эта процедура определена в документе IESNA LM-40-01 (Illuminating Engineering Society of North America — Светотехническое сообщество Северной Америки).

На рисунке 6 показан диапазон величин срока службы ламп, заявляемых производителями моделей Т8 с различными цветовыми температурами. Размер каждой точки отражает количество моделей ламп для каждого из трех номинальных значений срока службы и цветовых температур (фактическое количество моделей показывается рядом с каждой точкой).

Рис. 6. Срок службы ламп Т8 со световой отдачей выше 80 лм/Вт

Цвета точек, как и на рисунке 1, представляют индексы цветопередачи ламп: RE70, RE80 и RE90. Как видно из рисунка, например, для первых трех цветовых температур 3000, 3500 и 4000 К распределения примерно одинаковы: 8—10 моделей лампы имеют срок службы 20 тыс. ч, 9—13 моделей — 24 тыс. ч и девять моделей — 30 тыс. ч.

Как уже говорилось, потребители ламп и проектировщики осветительных систем должны отметить для себя ряд моментов, относящихся к номинальным величинам срока службы ламп, указываемых в каталогах различных производителей.

Во-первых, большое влияние на срок службы лампы оказывает величина операционного (рабочего) цикла. Стандартный цикл IESNA предписывает общую основу тестирования для всех лабораторий, осуществляющих такие испытания. Однако такой испытательный цикл не соответствует широкому диапазону рабочих циклов, которые существуют на практике. Поэтому в дополнение к величине срока службы для стандартного испытательного цикла некоторые производители указывают также срок службы для 12-часового операционного цикла.

Рисунок 7 демонстрирует влияние рабочего цикла на срок службы лампы. По вертикальной оси отложен относительный срок службы лампы. В этом случае 100% соответствует сроку службы лампы для стандартного рабочего цикла.

Рис. 7. Влияние рабочего цикла на срок службы лампы

Как показывает рисунок 7, для типичного 8—9-часового рабочего дня, когда лампы работают непрерывно, средний срок службы лампы может быть вдвое больше, чем указанный производителем.

Во-вторых, особо следует обратить внимание на тип балласта, который используется для работы лампы. Срок службы для многих моделей ламп дается при их работе в схемах быстрого пуска. Для некоторых из этих моделей данные каталогов указывают сокращение срока службы на 25%, когда лампы работают в схемах мгновенного зажигания.

Кроме того, некоторые производители сообщают, что величина срока службы для определенных моделей дается для их работы с использованием определенного типа балласта. Когда для работы лампы такой модели используется другой балласт, величина срока службы, как сообщается, может снижаться даже на 50% в зависимости от типа балласта. Информация же о зависимости срока службы лампы от вида балласта иногда дается только в сносках (или где-то еще мелким шрифтом), поэтому важно тщательно изучать публикуемые данные производителей.

Наконец, следует обратить внимание на такой момент, как скорость, с которой лампы выходят из строя, — он имеет довольно-таки важное влияние на стратегию замены ламп и, следовательно, общие расходы на их замену.

Использование лишь одного параметра — номинального срока службы — в анализе затрат не учитывает различия в скоростях отказов. Для стратегии групповой замены, основанной на приеме решения о замене в случае, когда определенный процент ламп вышел из строя, скорость отказов непосредственно влияет на количество времени до начала их замены.

На рисунке 8 показаны результаты исследования, проведенного NLPIP для двух моделей люминесцентных ламп Т8 со сроком службы 20 тыс. ч. Стандартное отклонение для каждой модели позволяет оценить интенсивность отказов. Для моделей с одним и тем же средним значением срока службы меньшее стандартное отклонение (показано на данном рисунке как более крутой спад) означает, что большинство выходов ламп из строя будет происходить ближе к среднему сроку службы по сравнению с моделями с большим стандартным отклонением (склон более пологий). Для типичной групповой стратегии замены модель 1 обеспечивает большее время работы ламп до их замены.

График рисунка 8 показывает, что модель 1 имеет меньшее стандартное отклонение, чем модель 2, поскольку выходы ламп из строя происходят, в основном, ближе к сроку средней продолжительности жизни. Это значит, что изменения срока службы отдельных ламп модели 1 меньше. Знание величины стандартного отклонения наряду с величиной средней продолжительности жизни (т.е. сроком службы), позволяет оценить время до выхода из строя отдельных ламп.

Рис. 8. Кривые отказов для двух моделей ламп Т8

Например, рассмотрим две модели ламп Т8 со сроком службы 24 тыс. ч и стандартными отклонениями, аналогичными моделям 1 и 2 на рисунке 8. Скажем, для офисных помещений, где изначально установлено 100 новых ламп, первых выходов ламп из строя следует ожидать до истечения 17300 ч их работы для модели 1 и 11800 ч — для модели 2. Момент времени выхода из строя 20-й лампы, который может служить началом групповой замены, может наступить примерно по истечении 21600 ч работы ламп модели 1 и 19600 ч — ламп модели 2. Такие различия в интенсивности отказов, естественно, будут оказывать заметное влияние на расходы при выбранной стратегии замены ламп.

Итак, многие факторы, влияющие на величину срока службы, делают эту характеристику лампы величиной довольно неопределенной. Если же учтено влияние на срок службы лампы длительности рабочего цикла и характеристики балласта, то знание стандартного отклонения для конкретной модели может быть использовано для оценки времени начала групповой замены лампы. Таким образом, потребители могут сделать более точную оценку фактического срока службы ламп, чтобы точнее оценить стоимость расходов на освещение.

1 Обзор по страницам интернет-изданий.

2 Это лампы диаметра 12/8 дюйма, или 3,8 см. Аналогично, лампы Т8 имеют диаметр 8/8=1 дюйм, или 2,6 см.

3 Здесь и далее мы будем следовать таким обозначениям индекса цветопередачи.

4 Подробнее о балласт-факторе см. раздел «Балласт-фактор» во Второй части обзора.

5 Это явление было впервые обнаружено Кэмпбеллом с сотрудниками. В Советском Союзе аналогичными исследованиями занимались известные отечественные светотехники Литвинов В.С., Троицкий А.М. и др.

Обзор подготовил Михаил Мальков



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты