Мощные компактные люминесцентные лампы. Характеристики и особенности эксплуатации. Часть 1

Как отмечалось в недавнем обзоре¹, технические характеристики ламп, предоставляемые различными производителями, в США проверяются в рамках деятельности NLPIP (Национальная информационная программа об осветительных приборах). В упомянутом обзоре читатель мог ознакомиться с характеристиками люминесцентных ламп Т8. В данном обзоре речь пойдет о выполненном NLPIP тестировании различных светотехнических характеристик мощных компактных люминесцентных ламп (МКЛЛ).
Производители МКЛЛ заявляют о большом сроке службы, высокой световой отдаче, мгновенном перезажигании и хорошей цветопередаче этих ламп. По сравнению с лампами накаливания длительный срок службы МКЛЛ дает им значительные преимущества при использовании в труднодоступных местах, например, в помещениях с высоким потолком. При этом МКЛЛ по сравнению с лампами накаливания значительно эффективнее и могут существенно уменьшить потребление электроэнергии при том же световом потоке. По сравнению с газоразрядными лампами мощные КЛЛ быстро зажигаются и перезажигаются, так что они являются хорошим выбором в тех случаях, когда требуется мгновенно осветить объект.
Однако конкретные эксплуатационные характеристики МКЛЛ могут значительно различаться не только в результате применения различных технологий их изготовления, но и конструкционных особенностей. Чтобы свести к минимуму разочарование от практических возможностей эксплуатации ламп, дизайнеры по свету и разработчики осветительных систем должны как можно больше знать о технических характеристиках источников света.

МКЛЛ были разработаны с использованием стандартной архитектуры обычных (маломощных) компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Производители обеспечивают большой световой поток ламп, удлиняя и изгибая люминесцентные разрядные трубки. Как правило, производители сгибают или скручивают трубки T5, получая при этом две основные конфигурации, показанные на рисунке 1.

Рис. 1. Образцы МКЛЛ и обычная КЛЛ малой мощности (в руке)

Номинальная мощность в зависимости от конструкции ламп изменяется в диапазоне 55–200 Вт, световой поток составляет 3400–12000 лм. Как правило, собственно разрядные трубки МКЛЛ крепятся к базе с балластом (self-ballasted lamps — лампы со встроенным балластом). В некоторых же вариантах ламп предусмотрено использование удаленных балластов (remote-ballasted lamps)².
Все крупные производители ламп, а также несколько более мелких компаний поставляют МКЛЛ. МКЛЛ со встроенным балластом предназначены, прежде всего, для модернизации светильников, использующих разрядные лампы высокой интенсивности (разумеется, после отключения балласта этих ламп), или для замены ламп накаливания в светильниках большой мощности. МКЛЛ с удаленным балластом предназначены для светильников, специально сконструированных для таких ламп, в т.ч. светильников для высоких и низких пролетов или больших утопленных светильников. Оба типа этих мощных компактных люминесцентных ламп обычно используются в помещениях с высокими потолками, где желательно диффузное освещение — в магазинах, на складах, заводах, в вестибюлях гостиниц и т.д.
В целом эти лампы являются довольно энергоэффективными и могут быть рекомендованы для использования при модернизации освещения. Типичные примеры применения — освещение помещений с высокими потолками с диффузными подвесными светильниками. Следует заметить, что для некоторых МКЛЛ большие размеры и существенный нагрев балласта может ограничить их использование.
В рамках программы NLPIP были проведены измерения мощностей, светового потока, световой отдачи и индекса цветопередачи нескольких образцов МКЛЛ. Было выполнено также ограниченное тестирование тепловых условий, типичных для работы МКЛЛ, которые были установлены как в открытых, так и в закрытых светильниках.
Следует также отметить, что трудно осуществлять оптический контроль света, излучаемого светильниками с МКЛЛ, поскольку они оснащены большим количеством длинных светящихся трубок. Напомним, что срок службы люминесцентных ламп значительно сокращается при их частых переключениях. Таким образом, использование размещенных на них датчиков контроля может значительно уменьшить фактический срок службы лампы (по сравнению с номинальным). По этой причине некоторые производители МКЛЛ не рекомендуют использовать датчики контроля на лампах.

Начальные номинальные световые потоки мощных КЛЛ имеют величины, примерно равные начальным потокам ламп накаливания высокой мощности, металлогалогенных ламп средней мощности, натриевых ламп высокого давления с низкой и средней мощностью и безэлектродных люминесцентных ламп. В таблице 1 приводится сравнение начальных световых потоков МКЛЛ с некоторыми типами ламп.

Как и в случае с любыми люминесцентными источниками света, температура окружающей среды влияет на световой поток МКЛЛ (подробнее см. Часть 2 этого обзора, раздел «Краткосрочные тепловые эффекты»).
По программе NLPIP было проведено тестирование светового потока пяти типов МКЛЛ со встроенным балластом мощностью 55–200 Вт. Данные этих измерений были сопоставлены с номинальными (заявляемыми производителями) характеристиками ламп.
После того как лампы проработали в течение 100 ч, были выполнены их тепловые испытания (см. ниже раздел «Тепловые испытания МКЛЛ»). Затем в светоизмерительном шаре определялись световые потоки ламп. Как показывает рисунок 2, номинальные и измеренные величины светового потока всех измеренных образцов типов ламп совпадали в пределах 10%. При этом образцы В, С показывают несколько большие, чем номинальные, величины измеренного светового потока³.

Рис. 2. Номинальные и измеренные начальные световые потоки пяти типов МКЛЛ

Все производители МКЛЛ указывают мощность ламп. Тестирование пяти типов мощных компактных люминесцентных ламп со встроенным балластом с номинальной мощностью 55–200 Вт показало (см. рис. 3), что в некоторых случаях данные этих измерений были существенно ниже номинальных величин мощности. Так, из рисунка 3, например, видно, что для образца D фактическая мощность переоценена примерно на 11%.

Рис. 3. Номинальные и измеренные мощности пяти типов МКЛЛ

Мощные компактные люминесцентные лампы обладают световой отдачей, по величине аналогичной светоотдаче других КЛЛ, безэлектродных люминесцентных ламп и сравнимой со светоотдачей металлогалогенных источников света.
Их эффективность намного превышает эффективность ламп накаливания высокой мощности. Рисунок 4 позволяет сравнить светоотдачу различных источников света⁴.
При измерениях светового потока и мощности были протес­тированы пять образцов МКЛЛ. Полученные результаты использовались для расчета светоотдачи и ее дальнейшего сопоставления с заявляемыми производителями данными (см. ниже раздел «Тепловые испытания МКЛЛ»).

Рис. 4. Светоотдача различных источников света

Хотя некоторые лампы имели несколько меньшие, чем заявленные их производителями, световые потоки, все они обладали и несколько меньшими, чем номинальные, мощностями. В результате этих измерений было установлено, что номинальные светоотдачи всех ламп были весьма близки к измеренным (см. рис. 5) и даже несколько превосходили их. Все образцы при этом были испытаны в вертикальном положении (базой вверх) при температуре окружающего воздуха 25°С. В тех случаях, когда производителем световая отдача не указывалась, она рассчитывалась путем деления начального светового потока на номинальную мощность.

Рис. 5. Номинальные и измеренные световые отдачи пяти типов МКЛЛ

Оценка срока службы ламп МКЛЛ со встроенным балластом составляет 8–10 тыс. ч. Срок службы ламп с удаленным балластом составляет 10–20 тыс. ч. Для сравнительной оценки срока службы этих ламп в таблице 2 приведены также сроки службы ламп других типов — они варьируется от 750 ч для ламп накаливания до более 60 тыс. ч для безэлектродных люминесцентных ламп (это, например, лампы типа ICETRON и ENDURA).

Пользователи должны иметь в виду, что для разных типов ламп используются различные стандартные процедуры испытаний по определению средней номинальной величины срока службы, так что указанные в таблице 2 величины имеют значительные неопределенности. Следует также помнить, что характеристики для некоторых типов ламп существенно зависят от температуры окружающей среды. Таким образом, прямые сравнения средних номинальных величин сроков службы могут вводить в заблуждение.
Как уже отмечалось выше, некоторые производители МКЛЛ рекомендуют избегать частого включения их ламп, чтобы избежать сокращения срока службы. Следовательно, эти типы ламп не следует использовать с датчиками контроля освещения или в приложениях, которые связаны с возможными частыми переключениями ламп.

Мощные компактные лампы генерируют белый свет в диапазоне цветовых температур 2700–6500 К. Большинство производителей не предлагает лампы в широком диапазоне цветовых температур — только одной или двух температур. При этом, как правило, предлагаются лампы либо с высокой (холодный цвет), либо с низкой (теплый цвет) цветовой температурой.
МКЛЛ обычно имеют индекс цветопередачи Rа ≥ 80. Индекс цветопередачи этих ламп выше, например, чем у большинства натриевых ламп высокого давления, стандартных металлогалогенных ламп. Измерения цветовых характеристик в рамках данного исследования NLPIP были проведены, как и выше, для пяти образцов МКЛЛ.
Вообще говоря, ни один цветовой показатель (индекс) не может полностью описать цвет источников света и то, как они передают цвета других объектов. Разные показатели описывают различные аспекты цвета, такие как естественность, различимость и насыщенность. В таблице 3 для сравнения показаны цветовые характеристики исследованных пяти образцов МКЛЛ — индекс цветопередачи Ra, область цветовой гаммы GA и индекс цветовой полноты спектра (FSCI). Приводятся также и значения светоотдачи ламп.

Более высокий индекс цветопередачи означает более естественную передачу цвета. Высокий индекс цветовой полноты спектра означает, что источник света позволяет хорошо различать малые вариации цвета. Большая область цветовой гаммы означает, что цвет выглядит насыщенным. (Подробнее об этих цветовых параметрах см. Приложение.)
Рисунки 6 и 7 иллюстрируют метод, разработанный NLPIP для представления цветовых характеристик (Ra, FSCI, GA) и световой отдачи испытанных пяти образцов компактных люминесцентных ламп. Для каждой группы МКЛЛ с примерно равными цветовыми температурами величины трех индексов передачи цвета показаны в виде трехцветных векторов, в то время как величина светоотдачи лампы отображается как ахроматический (серый и черный) вектор.

Рис. 6. Цветовые характеристики образцов A, C, E (высокая цветовая температура)

Рис. 7. Цветовые характеристики образцов В, D (низкая цветовая температура)

Проведенное тестирование показало, что образцы А, С и Е имеют высокую цветовую температуру (5000–5500 К) и примерно аналогичные цветовые характеристики. Образцы В и D имеют низкую цветовую температуру (2700 K) и характеризуются схожими цветовыми показателями генерируемого ими света.

Эксплуатационные характеристики МКЛЛ зависят, во-первых, от ориентации ламп (цоколем вверх, вниз или горизонтально) и, во-вторых, от температуры окружающей среды. Температура воздуха влияет на их рабочие характеристики как в краткосрочном, так и в долгосрочном плане. В краткосрочном плане температура воздуха определяет величину светового потока, мощности и светоотдачи (оптимальная температура для большинства ламп составляет примерно 25°С). В то же время длительная работа ламп при повышенных температурах может заметно сократить срок службы балласта и, как следствие, уменьшить срок службы МКЛЛ со встроенным балластом.
 

В рамках испытаний были протестированы пять образцов мощных компактных люминесцентных ламп со встроенным балластом (мощностью 55–200 Вт) в различных тепловых условиях работы светильников. При испытаниях использовались типовые светильники средней мощности для металлогалогенных ламп либо с зеркальным алюминиевым отражателем, либо с акриловым призматическим рефрактором, как показано на рисунке 8.

а)	б)
Рис. 8. Светильники для тепловых испытаний: зеркальный алюминиевый отражатель (слева) и акриловый призматический рефрактор (справа)

Ни отражатель, ни рефрактор не имели вентиляционных отверстий над лампой. Полностью «закрытое» состояние искусственно создавалось путем крепления прозрачной стеклянной пластины к нижней части алюминиевого отражателя или акриловой пластины в нижней части призматического рефрактора. Использовалась также резиновая прокладка в верхней части отражателя и рефрактора этих светильников.
Лампы были испытаны при ориентации базой вверх при температуре окружающего воздуха 22–24°С. Для всех выбранных для испытаний образцов в этих температурных условиях были замерены мощности МКЛЛ. Были измерены также относительные световые потоки каждого образца ламп, работающих в светильнике. Как показано на рисунке 8, люксметр размещался под светильником, измерялась освещенность открытых и закрытых светильников. (Данные этих измерений приведены в Части 2 обзора в разделе «Краткосрочные тепловые эффекты», см. рис. 12).
Мощность и световой поток МКЛЛ тестировались для тех же пяти образцов ламп со встроенным балластом вне корпуса светильника. Световой поток каждого образца определялся в светоизмерительном шаре. Характеристики ламп измерялись при их ориентации базой вверх при температуре окружающего воздуха около 25°С. При тестировании ламп в светоизмерительном шаре были получены данные о мощности и цветовых характеристиках испытуемых образцов.

Индекс цветовой полноты спектра (full-spectrum color index, FSCI) — показатель, получаемый математическим преобразованием величины еще одного индекса — полноты спектра (full-spectrum index, FSI). Это преобразование записывается как FSCI = 100 — 5,1∙FSI, т.е. индекс FSCI изменяется в пределах 0–100.
Индекс полноты спектра (FSI) является определенным образом рассчитываемой величиной, дающей меру отклонения спектра источника света от равномерного энергетического спектра.
Область цветовой гаммы (GA — gamut area) — цветовая характеристика спектра излучения, основанная на величине площади в цветовом пространстве.

_______________________

¹ См. журнал «Современная светотехника», №1, с. 27, 2011.

² На рисунке 1 эти лампы не показаны.

³ См. ниже раздел «Тепловые испытания МКЛЛ».

⁴ Rea MS (Ed.). 2000. IESNA Handbook, ninth edition. New York: Illuminating Engineering Society of North America.

⁵ Дополнительную информацию об этих показателях см. в публикации “NLPIP: Lighting Answers: Light Sources and Color”.