Vamzdžio formos liuminescencinės lempos ir LED sprendimai apšvietime: veikimo principas, privalumai, trūkumai, techniniai duomenys ir panaudojimas

Apšvietimo sektoriuje didelę revoliuciją sukėlė kietakūnių šviesos šaltinių technologija (solid-state lighting). Ši technologija grindžiama puslaidininkiniais šviesos diodais, arba LED, iš kurių kilo modernusis požiūris į energiją taupantį ir ilgaamžį apšvietimą. Straipsnyje apžvelgiami vamzdinės ir kompaktiškosios liuminescencinės lempos, jų palyginimas su LED, taip pat svarbiausios charakteristikos: veikimo principas, dydžiai, spalvų temperatūra, energijos suvartojimas, efektyvumas, saikų taikymas ir utilizavimas.

1. Liuminescencinių lempų pagrindai ir techniniai duomenys

Liuminescencinės lempos - tai elektros išlydžio lempos, kurias įjungus išskiriama ultravioletinė spinduliuotė, kuri verčia fosforo sluoksnį skleisti matomos šviesos bangas. Tradicinės liuminescencinės lempos turi ilgą vamzdelį, kuriame užpildyta gyvsidabrio garų ir inertinių dujų, o viduje esantys fosforai suteikia norimą spalvos toną. Lentelėje pateikiamos pagrindinės savybės:

• didelė šviesos efektyvumo galimybė (Lm/W),
• platus spalvų temperatūros spektras (nuo šiltai baltos iki šaltai baltos ir dienos šviesos tonacijų),
• kintantis aplinkos temperatūros poveikis ir išsako šviesos srautą,
• ypač plačios konfigūracijos: linijinės (T5, T8, T12) ir kompaktiškos CFL versijos,
• aukštas spalvų atkūrimo indeksas (CRI),
• ilgas tarnavimo laikas (nuo kelių tūkstančių iki 20 tūkst. valandų, priklauso nuo modelio),
• gyvsidabrio ir kitų cheminių medžiagų naudojimas - aplinkos ir sveikatos aspektai.

Dažniausiai liuminescenciniai šviestuvai skirstomi į:

1. aukšto slėgio (HID) - didelės galios lauko apšvietimui;
2. žalto slėgio (LFL) - vidaus, biurų ir pramonės patalpoms;
3. kompaktinės liuminescencinės lempos (CFL) - spiralės ar kitokio dizaino vamzdeliai namų ir biurų patalpoms.

Techninės ypatybės priklauso nuo vamzdžio skersmens ir formos, pavyzdžiui:

• T5 (skersmuo apie 16 mm),
• T8 (26 mm),
• T12 (38 mm).

Įrenginių žymėjimo praktika - pagrindinis tipų identifikavimas ir jų spalvos bei šviesos kokybės nurodymai. Liuminescencių lempų laboratoriniuose testuose dažnai matyti energijos suvartojimo koeficientas (PUE) ir šviesos srauto išlaikymas laikui bėgant.

Pastaba: šie paveikslai iliustruoja skirtingus šviesos šaltiniųems skirtų LED/lt sistemų architektūros sprendimus ir liuminescencinių vamzdžių vidinę struktūrą.

2. Baltos šviesos LED ir liuminescencinių lempų palyginimas

LED šviesos diodai pasižymi: dideliu šviesos našumu, naudoto energijos efektyvumu, plataus daugiapalčių spalvų regimojo spektro kontrolė, ilgaamžiškumu, žemu sujungimo svoriu ir mažais šilumos nuostoliais. Tai lemia, kad LED dažnai keičia tradicines kaitinamąsias ir fluorescencines lempas.

Didžiausias skirtumas tarp LED ir liuminescencinių lempų - spinduliuojamos šviesos pobūdis ir energijos panaudojimas. LED šviesa - kryptinė, o fluorescencinės lempos šviesa išsklaidyta. LED nereikia gyvsidabrio ar infraraudonosios spinduliuotės, o jų įjungimo laikas yra beveik akimirksniu. Fluorescencinės lempos turi stroboskopinį mirgėjimą ir dažnai reikalauja balansavimo įtampos su starteriu ir droseliu. LED gali būti pritemdomos PWM ar CCR metodais ir gali būti naudojamos su įvairiais valdikliais bei išmaniąja namų integracija.

Kalbant apie ilgalaikius eksploatacijos rodiklius, LED lempos dažnai siūlo bdidelį tarnavimo laiką (dažnai virš 50 000 valandų, o komerciniai modeliai kartais žada net 100 000 val.) ir žymiai mažesnes priežiūros išlaidas. Fluorescencinės lempos laikomos pigesnėmis pradžioje, tačiau jų gyvavimo trukmė yra trumpesnė ir kyla papildomų remonto išlaidų.

3. Spalvų temperatūra ir žmogaus regos komfortas

Spalvinė temperatūra (CCT) įvertina, kokią atspalvį spinduliuoja šaltinis: nuo šiltos baltos (~2700-3000 K) iki šaltos baltos (~5000-6500 K) ir dienos šviesos (~6500 K). Kruithofo kreivė rodo žmogaus regos komforto ribas priklausomai nuo apšvietimo ir spalvinės temperatūros. LED technologijos suteikia galimybes dinamiškai reguliuoti spalvų temperatūrą, o baltos šviesos diodų spektras gali būti vystomas RGB arba RGBW kombinacijų pagalba. Mėlynosios spektro dalies intensyvumas gali daryti įtaką biologiškai ritmui bei melatonino gamybai, todėl tinkamas pasirinkimas yra svarbus.

Laboratoriniai tyrimai rodo, kad šviesos diodai gali sėkmingai aiškiai kontrastą padidinti (CRI), o šviesos šaltinio spalvų perteikimas gali siekti aukštesnius lygius nei kai kurių tradicinių šviesos šaltinių. Tačiau kai kurie mėlynos šviesos diodų spektrai gali sukelti diskomfortą arba būti kenksmingi visos regos sistemai, todėl rekomenduojama rinktis švelnesnes spalvas (pvz., 2700-3500 K) jeigu tai reikia ilgesnį laiką praleidžiantiems asmenims.

4. Energijos suvartojimas ir efektyvumas

Laboratoriniai šviesos srauto našumo rekordai rodo, kad baltai šviesos LED gali pasiekti didelį lm/W efektyvumą. Praktinėje gamyboje dažnai pasiekiamas 80 lm/W ar daugiau, o dovanijose LED produktai gali viršyti 100 lm/W. Palyginti su kaitinamosiomis lempomis ir fluorescencinėmis lempomis, LED sunaudoja ženkliai mažiau energijos ir sukuria mažiau šilumos - tai žymiai sumažina eksploatacines išlaidas.

LED dirba DC srove, turi plokščią konfigūraciją ir gali būti lengvai integruojama į išmanųjį namų tinklą (Wi-Fi, Bluetooth). LED juostos, moduliai ir COB/Chip-on-Board sprendimai suteikia plačias galimybes dizaino ir montavimo atžvilgiu. Dėl šios universalumo LED tampa populiariausiu pasirinkimu tiek vidaus, tiek lauko apšvietimui, tiek komercinėse erdvėse.

5. LED pakaitalai - ką rinktis

LED pakaitalai siūlo daugybę formų: DIP, SMD, COB ir CSP. DIP LED turi ilgesnį gyvavimo laiką ir didelį efektyvumą, tačiau didesniais matmenimis ir didesnėmis kainomis. SMD LED - plačiau matomas, kompaktiškas ir efektyvus; COB leidžia kurti didelio ploto šviesos tiltelį su dideliu galingumu. CSP (Chip-on-Board) - naujausias sprendimas, teikiantis didžiausią šviesos išėjimą mažame plote. LED juostos - lankstus, universalus sprendimas, tinkantis tiek vidaus, tiek lauko apšvietimui. Jų pritaikymas: RGB, RGBW, balta temperatūra nuo 1800 K iki 6500 K, galimybė naudoti IP reitingus (IP67/IP68) lauke ir drėgmei atsparioms erdvėms.

6. Utilizavimas ir aplinkosauga

Fluorescencinės lempos turi gyvsidabrio, todėl jų utilizavimas reikalauja atitinkamos tvarkos ir specialių atliekų perdirbimo kanalų. LED lempos neturi gyvsidabrio ar kitų toksiškų medžiagų, todėl jų utilizavimas paprastesnis ir ekologiškesnis. Tačiau LED gali būti problemiškos dėl įvairių elektronikos komponentų, todėl svarbu rinktis sertifikuotus produktus ir laikytis tinkamos priežiūros. LiFi (Light Fidelity) technologija rodo, kad LED gali būti naudojama plokščiam duomenų perdavimui, tačiau tai priklauso nuo valdiklių ir protokolų.

7. Pagrindiniai privalumai ir trūkumai

• Privalumai: didelis energijos taupymas, ilgas tarnavimo laikas, mažos priežiūros išlaidos, kryptinis sklaidos kampas, įvairovė formų ir dizaino, galimybė valdyti spalvų temperatūrą ir intensyvumą, saugumas aplinkai (nėra gyvsidabrio).
• Trūkumai: mėlynos šviesos tarša ir galimas regos diskomfortas, didesnės pradinių įrenginių kainos, kai kurie LED įrengimai reikalauja sudėtingesnio pritemdymo sistemų, kai kurie komponentai gali būti jautrūs netinkamam maitinimui.

8. Kaip pasirinkti lemputę konkrečiai patalpai

Renkantis lempą, svarbu įvertinti: patalpos tipą, temperatūrą, šviesos srautą (lm), spalvos atitikimą (CRI), spalvinę temperatūrą (CCT), energijos suvartojimą, IP reitingą lauke, galimybes pritemdyti ir integraciją į išmaniųjų sistemų tinklą. LED sprendimai dažnai siūlo didesnę lankstumo ir daugiau galimybių įrengti individualų apšvietimą be mirgėjimo ir šviesos nuostolių. CFL gali būti naudinga šviestuvams su specifine konfigūracija, tačiau jų aplinkosauga ir mirgėjimo problemos bei gyvsidabrio buvimas verčia ieškoti LED alternatyvų. Paskutiniai įrengimai, kaip LED juostos ir COB moduliai, suteikia plačią galimybių paletę dizaino sprendimams.

9. Techniniai duomenys: palyginimas tarp LED ir CFL/Liuminescencijos

Žemiau pateikiama trumpa palyginimo santrauka:

10. Utilizavimas ir tvarumas

Aplinkosauga - LED lempos yra ekologiškesnės, nes neturi gyvsidabrio, yra lengviau utilizuojamos, ir jų naudojimas gali būti derinamas su atsinaujinančiais energijos šaltiniais bei Li-Fi tehnologijomis. CFL ir fluorescencinės lempos kelia daugiau rūpesčių dėl gyvsidabrio, todėl jų utilizavimas reikalauja specialių atliekų valdymo procesų.

tags: #vamzdzio #formos #liuminescencines #lempos