Лампы для уличного освещения
Большинство из нас, идя по улице в тёмное время суток, совершенно не задумывается о том, какие светильники освещают дорогу. Проезжие части и тротуары, аллеи парков, скверы, бульвары и набережные – всё это нуждается в хорошем освещении по современным требованиям. Однако не все типы ламп могут обеспечить достаточную яркость и качество света – и именно об этом мы поговорим далее.
Открытые пространства существенно отличаются от помещений. Здесь играет роль не только объём конкретной зоны, но и оптические свойства воздуха, наличие отражающих поверхностей, необходимость преодоления фоновой освещённости для создания направленного освещения. Сегодняшние системы довольно сложны, оснащены мощными светильниками с плафонами особой формы, системами автоматизации работы и пр. Однако при всей этой комплексности сохраняет свою актуальность вопрос о соотношении качества света и экономичности работы. Для обслуживающих организаций – ЖКХ и поставщиков электроэнергии – важно снизить энергоёмкость каждого часа функционирования подобных систем. Ввиду того, что многим из них предстоит работать по 8-12 часов в сутки, экономичность выходит на первый план. При этом также нельзя забывать о том, что общий срок службы оборудования также должен исчисляться годами непрерывного свечения – иначе низкое энергопотребление будет нивелировано частым дорогостоящим обслуживанием.
Под все описанные выше характеристики, несомненно, подпадают светодиодные светильники – они имеют отличное качество света, высокую экономичность и долговечность. Однако почему того же самого нельзя сказать обо всех их предшественниках? Почему светодиоды буквально за 10-15 лет (а кое-где и меньше) сумели без боя вытеснить другие типы источников света, которые служили человеку в два или три раза дольше? Давайте разбираться.
Дуговые лампы
До совсем недавних пор с целью освещения улиц почти повсеместно использовались газоразрядные лампы различной конструкции. Они считались своеобразным эталоном качества свечения и долговечности, но при этом всё же оставались довольно спорным решением с точки зрения экономичности. К наиболее распространённым в недалёком прошлом разновидностям можно отнести дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ), дуговые ртутные лампы с металл-галогенным заполнением (ДРИ) и натриевые трубчатые лампы высокого и низкого давления (ДНАТ). Без сомнения, эти светоприборы в своё время обладали достаточным набором положительных характеристик, которых было достаточно для эксплуатации на открытом воздухе. Скорее всего, не появись светодиодные прожекторы, все вышеперечисленные типы до сих пор оставались бы основными источниками уличного освещения.
Впрочем, ДРЛ и сегодня ещё можно нередко встретить в различных осветительных установках или уличных фонарях. Часто их эксплуатируют на складах, в промышленных помещениях, на территории заводов и фабрик, и из экономии ничем не заменяют до тех пор, пока полностью не иссякнет ресурс. Иногда лампы оставляют в приборах уличного освещения и вдоль проезжей части – особенно, в тех районах населённых пунктов, где качественное освещение не столь критично: на окраинных улицах, в промзонах, на открытых спортивных площадках, во дворах. Здесь требования к температуре свечения и цветопередаче не столь жёстки, а постепенное снижение яркости не считается критичным.
В целом же, нельзя не отметить, что для периода своего расцвета ДРЛ считались довольно прогрессивной технологией. Они действительно обладают весьма неплохой яркостью, достаточным уровнем цветопередачи, монтируются столь же просто, как и бытовые модели, а после установки не нуждаются в особом обслуживании или условиях эксплуатации. Конструкция изделия предполагает наличие типового цоколя с резьбой (зачастую это Е40), стеклянной колбы и трубки со ртутной аргоновой горелкой. Во время работы ток создаёт электрический разряд, который ярко светится в парах ртути. Тем не менее, около 50% спектра этого излучения для человека невидимы, поскольку принадлежат к ультрафиолетовой части. Для того, чтобы трансформировать бесполезный свет в полезный, приходится наносить на внутреннюю часть стеклянной колбы специальный люминофор.
Из недостатков такого конструктивного решения в первую очередь необходимо отметить присутствие ртути. Её пары вредны для человека и опасны для экологии, а радиус их выброса при разбитии колбы может быть крайне велик. Из-за того, что давление в небольшой ёмкости доходит до 100 кПа, при повреждении стекла фактически происходит взрыв, при котором ртуть разбрызгивается на десятки метров.
Ещё одной слабой стороной ДРЛ можно назвать зависимость от точных характеристик сети. Если вдруг питающее напряжение снизится более, чем на 10%, интенсивность светового потока может упасть на четверть. А при большем снижении вольтажа лампа просто не включится или будет слабо тлеть, периодически погасая. Для условий улицы, где перепады параметров сети питания – явление постоянное, такая картина довольно критична.
Если же смотреть на вопрос с точки зрения паспортных характеристик, ДРЛ имеют довольно неплохую цветопередачу, а их световая отдача колеблется в интервале 30-60 лм/Вт, что можно называть вполне приемлемым для ламп того поколения. С другой стороны, такие модели вредны для экологии и людей, работают с низкой экономичностью, долго запускаются в работу и сильно зависят от вольтажа. Наконец, средний срок службы ДРЛ составляет около 6 тысяч часов, что довольно неудобно для лампы, которая для замены требует вызова специального подъёмника.
По принципу работы ДРИ ушли совсем недалеко от ДРЛ: здесь тоже используется свечение электрической дуги в газе, а кроме ртути присутствуют ещё йодиды и бромиды металлов. Наличие последних позволяет повысить световой поток как минимум на 50%, а иногда и в два раза по сравнению с ДРЛ. У различных моделей он может достигать 90-120 лм/Вт, что считается отличным показателем для подобной технологии. С точки зрения цветопередачи у этих изделий тоже всё хорошо – даже возможен выбор модели по цветовой температуре (правда, их разброс крайне скуп).
Конструкция лампы в общих чертах повторяет предшественницу: имеется колба с типовым цоколем, внутри изделия размещена горелка, по которой течёт ток, а свет формируется за счёт разряда в парах ртути с добавками. Именно за счёт последних можно наиболее гибко изменять оттенки цвета. В первое время существования ДРИ нередко использовали при организации архитектурной подсветки зданий как раз за счёт вариативности тонов. Сегодня же их можно встретить в виде осветителей витрин, рекламных щитов, прожекторов на стадионах и пр. В уличных светильниках они сохраняются только там, куда ещё не успели дойти руки у сотрудников коммунальных служб.
При всём новаторском для своего времени разнообразии оттенков и высокой цветопередаче, ДРИ всё так же содержат ртуть, а потому не могут считаться достаточно современными источниками. Кроме того, возможность плавной регулировки светового потока они не поддерживают, а запускаться могут по нескольку десятков секунд после щелчка выключателем. Тем не менее, световая отдача таких моделей существенно превышает ДРЛ, а срок службы повышен до 9 тысяч часов, что уже можно считать приемлемым для длительной эксплуатации.
Следующие на очереди – ДНАТ. В данном случае можно говорить, что вместо ртути используется натрий. В его парах электрический разряд обычно формирует свечение с хорошо выраженным оранжевым оттенком. Такие модели чаще всего встречаются в уличных фонарях, которые устанавливались в период с 1995 по 2007 год. Они смогли вытеснить ртутные лампы, но им на смену ещё не пришли светодиодные. Натриевые изделия низкого давления демонстрируют большую эффективность работы, довольно приятное для глаз свечение при умеренной яркости и не содержат в колбе столь вредных веществ, как их предшественницы.
Если смотреть на лампы с точки зрения светоотдачи, то среди всех газоразрядных моделей именно они будут в лидерах. Нижний предел обычно оценивается в 75-80 лм/Вт, средний показатель – около 110-120 лм/Вт, а верхняя граница едва ли не доходит до 150 лм/Вт. Однако при всём этом имеется и один своеобразный недостаток: лампы низкого давления (НЛНД) крайне чувствительны к температуре окружения. Чем холоднее на улице, тем более тусклым будет их свет. В свою очередь, лампы высокого давления (НЛВД), содержат ртуть, что одновременно улучшает некоторые их эксплуатационные характеристики, но делает модели более опасными для человека и экологии.
Кроме того, лампы низкого давления имеют существенный недостаток в цветопередаче – оранжевый цвет буквально «вытесняет» все остальные. Таким образом, белые предметы всегда будут казаться оранжевыми или тёмно-жёлтыми, зелёные – синими и пр. В тех местах, где это недопустимо, ДНАТ не устанавливают, а там, где не очень важно, они по-прежнему могут стоять и дорабатывать свой ресурс. По тем же причинам их не используют в настенных светильниках для архитектурной подсветки фасадов – цвет краски на стенах слишком сильно влияет на результат, и в разное время дня расцветка здания будет сильно отличаться.
Зато НЛВД дают довольно неплохую цветопередачу – как раз за счёт добавок в смеси газов внутри колбы (в том числе, и ртути). В совокупности с правильным использованием люминофорных покрытий и довольно точной регулировкой давления внутри изделия можно корректировать передачу красок. Однако, к большому сожалению, КПД у ламп высокого давления составляет всего 28-35%, а световая отдача колеблется не более 70-80 лм/Вт. Когда же в изделие начали добавлять натриевую амальгаму, и цветопередача, и световой поток повысились, но экологичность снизилась ещё больше. Кроме того, все ДНАТ очень чувствительны к вольтажу. По совокупности факторов они выигрывают разве что в своей долговечности: такие модели без проблем работают по 15 тысяч часов, а порой и более. Именно поэтому встретить их на улице до сих пор вполне реально.
Светодиодные лампы
Уличные светильники на светодиодах вошли в жизнь человека сравнительно недавно, потому зачастую просматривается одна простая закономерность: в тех местах, где ремонт производили недавно, установлены именно LED-приборы, а в тех, где коммунальщики давно не были, часто ещё стоят натриевые модели. Вряд ли нужно детально объяснять все преимущества изделий, основанных на светодиодах. Для использования на улице на первый план выходят долговечность эксплуатации, энергоэффективность, качество света и, что немаловажно в современных реалиях, высокая экологичность.
Светодиодные лампы не требуют для своей работы ртути, а любые пары, которые некоторые производители закачивают в колбу, используются только для охлаждения и увеличения КПД. Электрический ток преобразуется в свечение при условиях, сравнимых с условиями окружающей среды – там нет ни повышенного давления, ни открытой электродуги. Более того, светодиоды вообще часто не нуждаются в колбе как таковой – они могут быть просто помещены на плату, которая защищается самим корпусом или прозрачным рассеивателем. Разумеется, уличные светильники с IP65 и IP67 защищены ещё лучше, но такой высокий класс для освещения улиц нужен далеко не всегда.
Важно сказать и об оттенках свечения. Светодиоды позволяют получить любой требуемый тон – от тёплого до холодного. В основе работы таких ламп лежит полупроводниковый переход, который практически не привязан к длине волны, а потому может корректироваться в любую сторону или же искусственно колоризоваться применением люминофора. При этом никак не страдает ни световая отдача, ни общая потребительская интенсивность света.
В реальных условиях эксплуатации при нормальном качестве изделия единственным ограничивающим фактором для использования диодов остаётся только срок эксплуатации, но и по этому показателю LED-изделиям нет равных. Они могут быть рассчитаны на 30-50 тысяч часов, а специализированные модели для ЖКХ – на 80-100 тысяч. Эти значения эквивалентны десятку лет работы по 8-12 часов ежедневно. Кроме того, модели для освещения улиц имеют габариты лишь чуть крупнее своих бытовых аналогов, а для подключения используют стандартный резьбовой патрон, только большего номинала. Светодиодные лампы с цоколем Е40 стали в последние годы лидировать в массовых закупках организаций, что служит ещё одним доказательством их востребованности.