Лампочка — основной элемент любого осветительного прибора, ведь без нее самый роскошный светильник Может выполнять только декоративные функции. Современный рынок предлагает огромное разнообразие ламп, различающихся типом, сроками службы, цветом, температурой, напряжением и мощностью. Классифицируются все лампы по нескольким параметрам: типу, цоколю, напряжению, мощности, цветовой температуре и, наконец, производителю.
В бытовых светильниках используется три типа ламп. самые экономичные из них — галогенные. Эти лампы получили широкое применение сравнительно недавно — в 80-х годах XX века. Однако благодаря высоким технологиям их эксплуатационные качества превзошли все показатели обычных ламп накаливания, а массовое производство и доступность по цене распахнули для галогенных ламп двери домов во всем мире. Главным достоинством галогенных источников света является высокая мощность при сниженном примерно в три раза уровне потребления электроэнергии. Сегодня производители предлагают огромный выбор галогенных ламп: мощностью 5-150 Вт для-пониженного напряжения 12-24 В, а также мощностью 25-250 Вт (одноцокольные со стандартными цоколями Е14 и Е27) и 100-500 Вт (двухцокольные), рассчитанные на сетевое напряжение 220-230 В.
Галогенные лампочки бывают двух видов: так называемые «пальчиковые» и «линейные». «Линейные» рассчитаны на 220 вольт, а «пальчиковые» — на 12. Неудобство первых состоит в том, что они нередко перегорают из-за скачка напряжения в сети. Вторые (которые сейчас чаще всего используются в популярных офисных и домашних настольных светильниках) служат намного дольше. Однако при этом повышается и стоимость самих светильников, которые снабжаются дополнительным выпрямителем, преобразующим ток 220 в 12 вольт. Другой вид ламп — люминесцентные или газоразрядные. К газоразрядным источникам света относятся лампы, в которых излучение видимого диапазона волн возникает в результате электрического разряда в среде инертных газов, паров металлов или их смесей. Это люминесцентные лампы, дуговые ртутные лампы с люминофором (ДРП), ксеноновые лампы (ДКсТ), дуговые ртутные лампы с иодинами (ДРИ), дуговые натриевые лампы высокого давления (ДнаТ). Лампы, из емкости которых выкачан воздух, называются вакуумными, в отличие от газонаполненных.
Колбы газонаполненных ламп заполняются инертным газом (смесью азота, аргона, ксенона, криптона). Газонаполненные лампы по сравнению с вакуумными имеют лучшую светоотдачу, так как газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению вольфрама. Это позволяет повысить температуру накала, за счет чего увеличивается световой поток и улучшается цветность. Дуговые ртутные лампы высокого давления используются в основном в промышленных целях: для освещения открытых площадок, проезжих частей дорог, строительных площадок, производственных территорий. Их действие основывается на явлении дугового разряда в парах
ртути, при котором возникает мощное ультрафиолетовое излучение.
Дуговые ртутные лампы высокого давления в несколько раз экономичнее ламп накаливания, но не дают высокого качества цветопередачи.
Дуговая ртутная лампа включается в сеть с номинальным напряжением 220 и 380 Вольт.
Люминесцентные лампы низкого давления основаны на физическом явлении, так называемом тлеющем электрическом разряде в газовой среде. Характеризуется люминесцентная лампа свечением люминофора под воздействием ультрафиолетового излучения. Длительное и устойчивое горение такой лампы обеспечивает ее конструкция: стеклянная трубка лампы, которая может быть прямой или изогнутой, изнутри покрыта тонким слоем люминофора, концы ее запаяны. Из трубки удаляется воздух и внутрь ее при низком давлении вводится инертный газ аргон и капля ртути. В торцах трубки укрепляются вольфрамовые электроды. При подключении лампы к источнику переменного тока происходит нагрев электродов, ртуть испаряется и между электродами возникает электрический разряд, который сопровождается интенсивным ультрафиолетовым излучением, под действием которого люминофор испускает свет.
Световая отдача и срок службы люминесцентных ламп в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Небольшим недостатком люминесцентных ламп является тот факт, что в условиях низкой температуры и влажности они плохо «загораются» и быстро выходят из строя. Оптимальные условия для их надежной работы — температура 18-25 °С и относительная влажность воздуха не более 70%. Кроме того, существенным минусом этих ламп являются периодические пульсации их светового потока с частотой, равной удвоенной частоте электрического тока. Человеческий глаз не в состоянии заметить эти мелькания света благодаря зрительной инерции, но если частота движения детали совпадает с частотой импульсов света, деталь может показаться неподвижной или медленно вращающейся в противоположную сторону из-за стробоскопического эффекта. В этом случае лампы включают в разные фазы трехфазного тока (пульсация светового потока будет в разные полупериоды). Однако с точки зрения медиков, мерцающий характер света ламп этого типа способен оказывать неблагоприятное воздействие на нервную систему человека. Это служит причиной для запрещения использования таких ламп в детских учреждениях.
Тем не менее, люминесцентные лампы имеют значительные преимущества по сравнению с лампами накаливания.
Их коэффициент полезного действия примерно в 4 раза больше, они более экономичны, так как их нагревательные спирали включаются только на непродолжительный промежуток времени для того, чтобы «зажечь» лампу, после начала разряда они отключаются с помощью стартера. К тому же они ярче горят, имеют улучшенный спектральный состав излучения и значительно больший срок службы.
Люминесцентные лампы могут выпускаться цветными, причем в очень широком спектре. Это зависит от состава использованного в них люминофора.
Первая буква в их обозначении всегда «Л». Это означает «люминесцентная». Следующие буквы, между «Л» и «Ц», указывающими на характеристику цветности, информируют о спектральном составе и конструктивных особенностях лампы, поскольку колбы, в которых выпускаются эти лампы, могут быть самого разнообразного вида и размера:
Б — белая,
Д — дневная,
ТБ — тепло-белая,
ХБ— холодно-белая,
Е — естественная,
БЕ — белая естественная,
Ф — фотосинтетическая,
Р — рефлекторная,
У — И-образная,
К — кольцевая,
А — амальгамная.
Лампы с указанием цветности (Ц) отличаются улучшенным спектральным составом излучения, обеспечивающим хорошую цветопередачу освещаемых предметов.
Цифры, следующие после буквенного обозначения, указывают номинальную мощность лампы в ваттах.
Однако, несмотря на все нововведения и разработки в области светотехники, наиболее популярной во всех типах бытовых светильников остается хорошо знакомая всем обычная лампа накаливания. В отечественных осветительных приборах чаще всего устанавливаются лампочки на 60 Вт с цоколем Е27, однако все популярнее становятся и другие приборы, в которых применяются лампочки с цоколем Е14 и мощностью 40 Вт, получившие название «миньон». В осветительных приборах импортного производства чаще всего используется именно миньон из-за своего маленького цоколя, поскольку это дает дизайнерам самый широкий простор для экспериментов с формами светильников. Конструкция лампы накаливания одинакова для ламп разной мощности, размеров и напряжения, при котором происходит номинальное свечение. Лампа представляет собой стеклянную колбу, внутри которой в вакууме или инертном газе на электродах, заканчивающихся крючками, находится нить из тугоплавкого проводника, чаще всего выполненная в виде одинарной или двойной спирали, и цоколя с контактами.
Лампы накаливания общего назначения обозначаются буквами, например:
В — обозначает «вакуумная лампа»;
Г — наполненная смесью аргона (86%) и азота (14%);
Б — биспиральная;
БК — биспиральная, наполненная смесью криптона (86%) и азота (14%);
МТ — с матированной колбой;
МЛ— в колбе молочного цвета;
О — в опаловой колбе.
Цифры, стоящие после букв, обозначают диапазон напряжения питания лампы в вольтах и ее номинальную мощность в ваттах.
Стоит упомянуть еще об одном интересном, но мало распространенном типе ламп накаливания. Это зеркальная лампочка, которая направляет пучок света в одном направлении. Она очень удобна, например, для акцентированной подсветки определенной зоны.
Лампы накаливания потребляют больше электроэнергии, чем галогенные лампы, однако в последнее время разработаны модели с различными видами напылений, что дает лампам накаливания некоторые плюсы галогенных, в частности — экономичность.
Лампы накаливания, как и люминесцентные лампы, состоят из трех основных частей: цоколя (в люминесцентных лампах их два), нити накала и колбы (или трубки, если речь идет о люминесцентной лампе). Цоколем называют часть лампы, служащую для установки в патрон.
Цоколи бывают линейные, штыревые и с крепежными элементами.
Очень важно, чтобы цоколь лампы соответствовал выбранному светильнику. В противном случае между контактами может возникнуть искрение (иногда даже незаметное со стороны), благодаря которому светильник, в лучшем случае, просто быстро выйдет из строя, а в худшем — может стать причиной пожара. Стандартным сетевым напряжением в России является 220 вольт, однако в некоторых странах, из которых нередко импортируется светотехника, оно составляет 110 вольт. Кстати, обратить внимание покупателя на этот факт — обязанность продавца. Тем не менее, приобретая выбранное устройство, настоятельно рекомендуем внимательно ознакомиться с прилагаемой к нему технической документацией. Мощность приобретаемой лампы должна соответствовать номиналу, указанному для данного прибора, и ни в коем случае не должна его превышать. Если не соблюдать это требование, велик риск быстро привести в негодность любимый светильник: либо в нем что-нибудь очень быстро перегорит, либо — что нередко случается — яркие плафоны выцветут, а могут даже растрескаться или расплавиться.
Лампы накаливания преобразуют электрическую энергию в световую за счет накаливания тугоплавкого проводника электрическим током. Для изготовления нитей электрических ламп накаливания применяется вольфрам, который разогревается при прохождении через нить электрического тока до 2200-2800 °С и начинает ярко светиться.
Мощность ламп, используемых в жилых комнатах, рекомендуется выбирать исходя из значения около 10 Вт на один квадратный метр площади. В нежилых помещениях величина этого параметра составляет 6 Вт/м2.
Во-первых, это количество света, которое дает та или иная лампа, и, прежде всего, световой поток, величина которого измеряется в люменах (Лм). В зависимости от типа лампы могут иметь разную световую отдачу. Например, установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт может иметь световой поток в 1200 Лм, 35-ваттная галогенная лампа — 600 Лм, а натриевая лампа мощностью 400 Вт, установленная в освещающем проезжую часть фонаре, — 48 000 Лм. Световая отдача конкретного светильника в конечном счете определяет экономическую эффективность его использования.
Говоря языком светотехников, этот параметр — световая отдача лампы — определяется количеством «люменов с ватта» (Лм/Вт): имеется в виду, что каждый ватт потребленной электроэнергии «преобразуется» в некоторое количество люменов светового потока.
С точки зрения экономии электроэнергии этот параметр лампы является наиболее важным, поэтому специалисты, работающие над созданием новых источников света, стремятся к увеличению световой отдачи, приближению ее к теоретическим пределам — то есть максимальным значениям отдачи при «идеальном» преобразовании электроэнергии в свет.
Для разных типов ламп эти значения будут разными. Определить их можно, зная соотношение между воспринимаемым человеческим глазом светом (то есть системой световых величин, в число которых входит и световой поток, измеряемый в люменах) и мощностью излучения (которое измеряется в ваттах). Это соотношение (то есть, проще говоря, чувствительность среднестатистического человеческого глаза) зависит от длины волны излучения и имеет максимум в желто-зеленой части спектра. Если построить график такой зависимости, получится хорошо знакомая каждому светотехнику так называемая «кривая видимости», которая определяет, сколько люменов «видимого света» несет в себе каждый ватт лучистой энергии монохроматического («одноцветного») излучения той или иной длины волны. При идеальном, то есть не имеющем никаких потерь, преобразовании электроэнергии в свет кривая видимости показывает максимальную световую отдачу источника света заданного цвета излучения.
С количественными, энергетическими характеристиками ламп очень тесно связаны параметры, определяющие качество света, — цветовая температура и цветопередача.
«Цветность» белого света обязательно должна учитываться дизайнером при выборе ламп для той или иной установки. В жилых интерьерах традиционно используются лампы теплого тона, способствующие отдыху и расслаблению. Человеческие лица в свете таких ламп выглядят наиболее естественно. Очень интересный эффект может дать грамотное использование ламп разных спектров. В так называемой «световой архитектуре», например, содержащаяся в цветности света информация широко используется для организации пространства: автомобильные магистрали традиционно выделяются желто-золотым светом натриевых ламп, пешеходные пространства — более холодным светом. Сходные приемы могут применяться и в интерьере. Например, используя галогенные лампы, можно получить более богатый спектр излучения, чем применяя лампы накаливания. Более того, при этом существует возможность регулирования светового потока с сохранением достаточной его «белизны» даже при пониженном напряжении (вообще же изменение напряжения влияет на мощность лампы и, соответственно, на цветовую гамму). И наконец, у галогенных ламп свет более «белый», чем у ламп накаливания (за счет более высокой температуры нагрева).
Кстати, сегодня существуют галогенные лампы, имеющие внешние стеклянные отражатели со специальным интерференционным покрытием, которое пропускает инфракрасное излучение, создавая так называемый «холодный» пучок света. Лампы с внешним алюминиевым отражателем образуют «глубокие» (с углом рассеяния 30-100) и «широкие» (с углом рассеяния до 600) пучки света.
По сравнению с обычными лампами накаливания, галогенные лампы отличаются более высокой световой отдачей. В некоторых случаях она может вдвое превышать аналогичную характеристику ламп накаливания.
Следующим важным параметром, о котором рекомендуется помнить, является цветопередача. Чем более сплошной и равномерный спектр имеет лампа, тем более различимы цвета предметов в ее свете. Например, главный для всех людей источник света — Солнце — имеет сплошной спектр излучения и наилучшую цветопередачу. К сожалению, далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем. Если искусственные источники теплового излучения — традиционные и галогенные лампы накаливания — благодаря сплошному спектру не имеют особых проблем с цветопередачей, разрядные лампы, имеющие в своем спектре полосы и линии, зачастую передают цвета предметов довольно своеобразно.
В каталогах ламп производители, как правило, указывают общий индекс цветопередачи Ra, определяемый на основании оценки качества передачи цвета 8 эталонных цветных образцов. Ra тепловых ламп равен 100 (максимальное значение), для разрядных он колеблется от 20 (натриевые лампы) до 95 и даже 98. Правда, Ra не позволяет сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда даже может дезориентировать: так, люминесцентные лампы с трехполосным люминофором и белые светодиоды, имеющие Ra, соответствующий «хорошей» цветопередаче, зачастую неудовлетворительно передают некоторые цвета. Поэтому при проектировании интерьера очень важным моментом является тщательный подбор ламп для обеспечения требуемого качества цвета и света.
Например, чем выше температура накаливания и больше в спектре голубой составляющей, тем более четко глаз воспринимает окружающие предметы. Такой же зрительный эффект дают флуоресцентные лампы. Зато низкотемпературные источники света действуют с точностью до наоборот — они не позволяют глазу быстро фокусировать изображение, «размывая» контуры предметов.
Вывод напрашивается сам собой. Для создания теплой, расслабляющей атмосферы следует использовать низкотемпературные источники света, а бодрый, деловой настрой создается высокотемпературными лампами.
Заслуживают внимания и новейшие разработки в освещении, например, волоконно-оптические технологии, зачастую считающиеся экзотикой. Эти технологии получили развитие благодаря науке, которая носит название «фибероптика» (fiber optics), то есть волоконная оптика — область прикладной физики, изучающая распространение света в гибких светопроводящих средах. (Кстати, часто термин «волоконная оптика», или «фибероптика» не совсем корректно используется для обозначения любой осветительной установки или ее части, где применяется оптоволокно. В этом случае правильнее употреблять прилагательное «волоконно-оптический» — например, волоконно-оптическая (фибероптическая) система освещения (fiber optic lighting system). Оптическое волокно, оптоволокно (optic fiber, fiber) — это изделие стекольной или химической промышленности — гибкая стеклянная или пластиковая нить, используемая для передачи света на расстояние, которое помимо освещения применяется также в телекоммуникациях. Наилучшим на сегодняшний день считается полимерное, или пластиковое, оптоволокно (POF — plastic optic fiber).
В недавнем прошлом оптоволоконные светильники выпускались и отечественной промышленностью. Они, как правило, представляли собой «букеты» из стеклянных оптических волокон, вставленные в некий сосуд, в глубине которого была спрятана лампа. Потом появились более сложные конструкции, но массового характера их производство не получило.
А тем не менее оптоволоконная технология освещения применяется уже несколько десятилетий. Применение оптоволокна позволяет легко и элегантно решать сотни технических проблем, возникающих при разработке световых проектов, а во многих случаях вообще является единственно возможным решением. Зарубежные производители создают декоративные оптоволоконные светильники, как правило, в единственном экземпляре: это могут быть миниатюрные работы или, наоборот, гигантские люстры из многих тысяч волокон.
Стеклянные или пластиковые оптические волокна — конструктивная основа гибких волоконных световодов — выпускаются со специальными добавками, обеспечивающими их стойкость к поражению грибками, плесенью и водорослями, а также с добавками против вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Волокно состоит из сердцевины, выполненной из мягкого материала, и более твердой оболочки. Оптоволоконная технология освещения позволяет управляться со светом, как с джинном из бутылки: загнать его внутрь гибкого световода, провести сквозь стены, через землю и воду, огибая углы и обходя препятствия, а когда необходимо — извлечь в нужных количествах и использовать по назначению. Помогает «повелевать» светом физическое явление многократного полного внутреннего отражения. Разные материалы по-разному преломляют свет, что и заставляет работать физику полного внутреннего отражения: сердцевина должна иметь больший показатель преломления, чем оболочка.
Волокна бывают различных диаметров, причем чем тоньше волокно, тем легче его сгибать, поэтому использование световода (оптоволоконного кабеля), объединяющего несколько волокон, является более практичным, чем применение одного волокна большего диаметра. Для механической защиты волокон в световоде употребляется пластиковая оболочка, сходная с изоляцией обычного кабеля, а в случае значительных механических нагрузок применяется двойная оболочка. Световоды бывают двух типов — торцевого и бокового свечения. Оптоволоконные кабели торцевого свечения работают по классической схеме передачи света с минимальными потерями в заданную точку пространства, а принцип действия кабелей бокового свечения, наоборот, основан на «побочном эффекте» свечения оптоволокна, возникающем из-за потерь при внутреннем отражении, когда часть света проходит наружу (это происходит при изгибе волокна, когда угол падения лучей меньше предельного и фактически внутреннее отражение становится не полным, а частичным). В световодах бокового свечения используются такие же волокна, как и в кабелях торцевого свечения, только они особым образом скручены (twisted fibers) или переплетены (braided, fibers). При этом применяется прозрачная гибкая оболочками свет становится хорошо видимым, создавая боковое свечение вдоль световода.
К преимуществам этого типа светильников следует отнести их большую механическую прочность, герметичность, отсутствие выделяемого тепла — а, следовательно, пожаробезопасность и электробезопасность при эксплуатации. Их удобно размещать в труднодоступных местах. Наконец оптоволокно прекрасно подходит для разработки уникальных, неповторимых моделей светильников. В настоящее время область применения оптоволоконных систем с каждым днем расширяется: декоративные оптоволоконные светильники используются для закарнизного света, занавесей, эффекта «звездного неба», изготовления ночников, подсветки лестниц, картин и контурного освещения, создания свегопрозрачных стен.