Какие бывают лампочки для освещения дома и улицы
Существует много типов ламп освещения, работающих на разных принципах. Одни используются для помещений, другие – для освещения улиц, третьи – в декоративных и даже медицинских целях. В этой статье мы выясним, какие бывают лампочки, рассмотрим основные виды ламп для освещения.
Какие бывают лампы и в чём их особенности
Современные лампы имеют разные формы и размеры. Это и трубки, и всем привычные лампочки с грушевидным цоколем, лампочки-свечи, в виде фонариков, изогнутых трубок. Размеры – от миниатюрных, умещающихся на ногте пальца, до приборов размером с трехлитровую банку.
Лампочки для освещения квартиры обычно небольшой (до 150 Вт для накаливания) мощности и нередко оригинальной формы, дополняющей внешний вид светильника.
Для освещения больших помещений и открытых объектов используются источники света посолиднее. Их мощность достигает киловатта и более. И размеры таких «лампочек» не домашние.
Цветовая температура и цветопередача уличных ламп отличаются от естественной. К примеру, у натриевых ламп для уличных фонарей ярко выраженный оранжевый оттенок и низкая цветопередача.
Для декоративной подсветки используют миниатюрные лампочки и приборы с собственными линзами и отражателями. Чаще всего мощность таких источников света невелика, но могут встречаться и мощные модели для установки в прожекторы.
Основное различие ламп – в принципе действия. Их виды:
- накаливания, в том числе галогенные;
- газоразрядные;
- газосветные;
- светодиодные.
Рассмотрим каждый тип и его особенности подробнее.
Лампы накаливания и галогенные
Лампочку Ильича знают все. Колба, внутри спираль, которая под действием электрического тока раскаляется и излучает свет. Прибор прост в изготовлении, стоит недорого, спектр излучения теплого желтоватого оттенка. Идеальный вариант для освещения жилых помещений. Но у таких лампочек один существенный недостаток – большая часть энергии (до 95%) расходуется не на освещение, а на обогрев помещения. Кроме того, ресурс таких источников света невысок.
Службу ламп накаливания продлили добавлением в колбу галогенов. В основном это бром или йод. Эти элементы умеют захватывать испарившиеся молекулы спирали и возвращать их на место, что продлило срок службы приборов. Отсюда и название такого типа лампочек – галогенные, или галогеновые.
Но чтобы галогены исполняли свою функцию, потребовалось поднять температуру спирали, сделав ее тоньше и увеличив напряжение питания. Обычное стекло колбы заменили термостойким кварцевым. В результате электрические лампы стали светить ярче, спектр излучения приблизился к дневному, а срок службы увеличился в несколько раз.
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 – колба (обычное стекло), заполненная инертным газом;
- 2 – тело накала;
- 3 – держатели;
- 4 – штенгель;
- 5 – электрические выводы;
- 6 – лопатка;
- 7 – цоколь;
- 8 – кварцевая колба, заполненная инертным газом с добавкой галогенов.
Нередко бытовые галогенные лампы имеют дополнительную колбу из обычного стекла, заполненную инертным газом. Она выполняет защитные функции и снижает температуру наружной поверхности источника света, являясь своеобразным термосом. Не следует путать такие лампы с обычными накаливания.
Итак, обычные лампочки накаливания имеют низкий КПД, относительно невысокий (около 1 000 ч) срок службы, но стоят недорого. Свет от них тёплый, что создаёт ощущение уюта. Мощность варьируется от единиц ватт до нескольких киловатт. Галогенные лампы, работающие на сходном принципе, «живут» в 2-3 раза дольше. В их спектре меньше оранжевого, КПД примерно в 2 раза выше, чем у обычных. Стоят они чуть дороже и во время работы сильно нагреваются. Особенно это касается лампочек без дополнительной колбы и приборов высокой мощности.
Одно из преимуществ ламп этого типа – высокий индекс цветопередачи. Цвет тел в их освещении не искажается и приближен к реальному.
Газоразрядные
У этого типа источников света много разновидностей ламп, но все они работают на одном принципе – излучение света за счет электрического разряда в газах. У каждого вида таких лампочек свои особенности конструкции и характеристики, поэтому рассмотрим их по отдельности.
Для наименования всех видов таких источников света в отечественной светотехнике используется термин «разрядная лампа» (РЛ), включённый в состав Международного светотехнического словаря, утверждённого Международной комиссией по освещению. Им следует пользоваться в технической литературе и документации.
Люминесцентные
Эти лампочки, будем называть их ЛЛ, разбиты на два подвида:
- высокого давления;
- низкого давления.
Первые применяются для освещения улиц и в осветительных приборах большой мощности. Вторые чаще всего используют для освещения общественных и производственных помещений. С появлением компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) этот тип источника света стал широко применяться для освещения и жилых помещений.
Для начала рассмотрим принцип работы устройств низкого давления. Колба в форме трубки из обычного стекла заполняется смесью инертных газов со ртутью и изнутри покрывается люминофором – составом, излучающим видимый свет под действием ультрафиолета. В торцы трубки впаяны электроды.
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 – подогреваемые катоды;
- 2 – колба (обычное стекло), заполненная инертным газом и парами ртути;
- 3 – люминофор;
- 4 – цоколь.
При подключении электродов к источнику тока между ними появляется тлеющий разряд, заставляющий атомы ртути излучать ультрафиолет. Тот, в свою очередь, активирует люминофор, который начинает ярко светиться в видимом спектре. Само же ультрафиолетовое излучение поглощается стеклом колбы и люминофором.
На рисунке выше видно, что электроды имеют вид спиралей, а цоколи двухконтактные. Зачем, если это не лампочка накаливания? Дело в том, что в отключенной лампочке пары ртути конденсируются на стенках колбы, и сопротивление газового промежутка слишком велико для возникновения разряда. Чтобы он начался, электроды необходимо подогреть. Именно поэтому они имеют вид спиралей накаливания.
При включении лампочки специальное пусковое устройство подогревает электроды и подает на них высоковольтный импульс розжига. После того как лампочка запустилась, этот же устройство ограничивает ток через колбу, чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой. Это устройство называется пускорегулирующим аппаратом и обязательно присутствует в люминесцентных светильниках.
Какие особенности у источника света этого типа? Более высокий, чем у лампочки Ильича, КПД (примерно в 5 раз). При той же мощности люминесцентная лампа будет светить в 5 раз ярче. Далее – срок службы. Он составляет примерно 3 000 – 5 000 часов против 1 000 у лампочек накаливания.
Спектр излучения. Внешне излучение ЛЛ выглядит более холодным, чем у ламп накаливания, в нем отсутствуют теплые красноватые оттенки. Хорошо это или плохо – сказать сложно. Все зависит от сферы применения светильников этого типа. Не блещут ЛЛ и хорошей цветопередачей, поскольку спектр излучения люминофора линейчатый, а не сплошной, как у лампочек накаливания.
Что касается химической опасности, то она хоть и не высока, но все же есть – в колбе источника света этого типа присутствует металлическая ртуть. При повреждении эта лампочка, как сказал классик, «воздуха не озонирует». Дополнительно отнесем к недостаткам ЛЛ обязательное наличие пускорегулирующего аппарата.
Теперь пару слов о люминесцентных лампах высокого давления. Их устройство и принцип действия схожи с лампами низкого давления, но отличия есть. Рассмотрим конструкцию наиболее популярной ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная). Имеем небольшую колбу из термостойкого кварцевого стекла, заполненную смесью инертных газов и ртути под высоким давлением (100 – 10 000 кПа и выше). Те же 2 катода, но не в форме спиралей, а обычные штырьки с дополнительными поджигающими электродами. Эта кварцевая колба помещена в обычную стеклянную, покрытую изнутри люминофором.
Принцип излучения света этой лампочкой нам уже знаком – дуговой разряд в кварцевой колбе, ультрафиолет, вызванный свечением атомов ртути, активирующий люминофор. Поскольку в кварцевой колбе, которую называют горелкой, высокое давление, ток дуги и интенсивность излучения ультрафиолета намного выше, а значит, лампочка светит ярче.
Внешняя колба дополнительно играет роль термоса, поскольку температура кварцевой колбы высока и может представлять опасность. Да и люминофор при нанесении на кварц выгорел бы.
Пару слов об особенностях источника света этого типа. Благодаря высокому давлению увеличилась светоотдача и мощность лампы по сравнению с ЛЛ низкого давления. Спектр излучения, цветовая температура и индекс цветопередачи прежние. На месте и обязательный пускорегулирующий аппарат.
Есть еще одно существенное отличие от устройств низкого давления. ДРЛ после включения не сразу загорается в полную силу. Для разогрева и выхода на рабочий режим ей необходимо несколько минут. Если отключить работающую лампу, то включить ее сразу не удастся. Придется дождаться, пока она остынет. Только потом светильник запустится и «разгорится».
Натриевые (ДНаТ)
Эти типы ламп, как и предыдущие, делятся на приборы низкого давления (НЛНД) и высокого (НЛВД). У обоих сходная с ЛЛ конструкция – колба в колбе. Исключение – газонаполнение колбы горелки. Это и делает принцип их работы иным. В натриевых дуговых лампочках колба заполняется смесью инертных газов с парами натрия (откуда и название). При возникновении в лампе дугового разряда атомы натрия начинают излучать, но не в ультрафиолетовом, а в видимом спектре. Поэтому люминофор в качестве «посредника» им не нужен.
Зачем колба в колбе? Во-первых, натрий очень агрессивен к стеклу. Поэтому основная оболочка – из специального боросиликатного стекла. Вторая, наружная оболочка в лампах низкого давления – из обычного прозрачного. В лампочках высокого давления горелка из оксида алюминия Al2O3, который может противостоять не только натрию, но и высоким температурам. Внешняя колба (обычно прозрачная) играет роль термоса, поскольку эффективность лампочек этого типа зависит от температуры окружающей среды.
В основном в газонаполнении натриевой лампы кроме инертных газов и собственно натрия для уменьшения сопротивления газового промежутка содержится ртуть, но существуют и «зеленые» технологии, позволяющие обойтись без опасной для человека ртути.
Рассмотрим особенности источников света этого типа. Основной недостаток натриевой лампочки – ярко выраженный желто-оранжевый цвет свечения. И хотя спектр излучения в этой области у нее линейчатый, цветопередача страдает. В таком свете определить реальный цвет освещаемых объектов практически невозможно.
Но в таком спектре есть и преимущества. Желтый свет хуже поглощается водой, а значит, в непогоду (снег, дождь, туман) натриевые источники дают лучшее освещение. Поэтому они чаще всего используются для освещения загородных трасс, где важна не столько цветопередача, сколько хорошая видимость объектов.
Как и любая другая газоразрядная лампочка, натриевая требует для работы специального пускорегулирующего аппарата – ИЗУ (импульсного зажигающего устройства). Некоторые производители встраивают его в колбу лампы.
Металлогалогенные (МГЛ)
Этот тип ламп – гибрид ДРЛ и ДНаТ. Конструктивно металлогалогенная лампа – горелка из боросиликатного стекла, помещенная в дополнительную колбу. Горелка имеет два электрода и заполнена инертным газом с добавкой ртути. Отличие – в том, что дополнительно в эту смесь добавляются галогениды некоторых металлов, к примеру, ксенона (известные всем автовладельцам ксеноновые лампочки).
Галогены, начинающие самостоятельно светиться под действием электрической дуги, необходимы для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути. В результате излучение смещается в видимую часть спектра преимущественно холодного белого цвета. Внешняя колба используется для защиты горелки от окружающей среды, играет роль термоса и фильтра, обрезающего жесткое ультрафиолетовое излучение в спектре излучения атомов ртути.
Цветовая температура источников света этого типа может варьироваться от 3 000 (желтоватый) до 7 000 К (синий). Все зависит от типа и состава излучающих добавок – галогенидов.
Для запуска и ограничения тока через работающую лампочку используются пускорегулирующие аппараты, которые нередко называют блоком розжига. Основные области применения ламп этого типа: кино- и фотосъемочное освещение, архитектурное наружное освещение, автомобильные фары, осветительные установки промышленных и общественных зданий, сценическое освещение, освещение больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры, спортивные объекты и т. п.).
Что касается индекса цветопередачи, он высок и у приборов, излучающих белый свет (может достигать 90 и выше). Это объясняет использование металлогалогенных лампочек в освещении сцены, фото- и киносъемок, где важна цветопередача. Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 — 20 кВт. Срок службы – 6 000 – 12 000 ч (зависит от газонаполнения, мощности и условий эксплуатации). Металлогалогенные лампы существенно меняют цветовую температуру в процессе эксплуатации. Со временем она постепенно уменьшается.
Металлогалогенные источники света нередко путают с галогенными (см. раздел «Накаливание»). Это серьезная ошибка, поскольку лампы используют разные принципы, а их характеристики сильно различаются.
Газосветные
Небольшая группа источников света. Их работа основана на свечении газа, которым заполнена колба. Теоретически газосветными можно назвать и натриевые или металлогалогенные лампочки, но поскольку для их работы необходима высокотемпературная дуга, их стоит отнести к отдельной категории.
В газосветных лампочках вместо дуги используется тлеющий низкотемпературный разряд. Он заставляет светиться некоторые газы. В основном это неон, дающий мягкое оранжевое свечение, но применяются и некоторые другие, имеющие иной спектр излучения, – гелий, аргон, криптон и др.
Конструкция газосветной лампы проста: колба с двумя игольчатыми электродами, заполненная тем или иным газом. Для разнообразия цветов свечения эти газы смешивают в разных пропорциях. При подаче на электроды напряжения в колбе возникает тлеющий холодный разряд. Он и заставляет светиться лампочку.
Большинство газосветных ламп основано на технологии холодного катода. Название исходит из того, что катод перед зажиганием лампы специально не нагревается. Но все же он может нагреваться во время работы лампы до высоких температур.
Газосветные лампы экономичны, большинство из них практически не нагревается. Используются такие приборы в основном как устройства индикации, декоративной подсветки, для вывесок, указателей и т. п.
Светодиодные
Полупроводниковые источники света – самые перспективные. Несмотря на то что светодиодные технологии еще развиваются, светильники на их основе вытесняют другие типы осветительных приборов.
Принцип работы светодиода основан на способности полупроводникового p-n-перехода излучать свет при прохождении через него тока. Конструктивно светодиод представляет собой подложку из полупроводника, на которой при помощи легирующих примесей создаются два слоя – n- и p-типа. При подаче прямого напряжения на кристалл в месте p-n-перехода появляется видимое излучение, частота которого зависит от материала подложки и состава легирующих примесей. Таким образом, можно создать источник света практически с любой цветовой температурой и даже некоторых цветов – синий, красный и др.
Несмотря на высокую светоотдачу, одного светодиода обычно недостаточно для полноценного освещения. Поэтому их соединяют в группы – модули, которые подключают к общему источнику питания.
Модули используют для производства сменных лампочек, но нередко они «намертво» встраиваются в светильник. Для питания светодиодов требуется постоянное напряжение, а ток через полупроводники необходимо стабилизировать. Поэтому светодиодные лампы включают через специальные блоки питания – драйверы. Последние нередко встраиваются в лампы. Яркий представитель такого источника света – «энергосберегайка» – бытовая светодиодная лампочка. Ей можно заменить обычную лампу накаливания.
Теперь об особенностях. Светодиодная технология молода и постоянно совершенствуется, но уже сегодня полупроводниковые лампы по светоотдаче конкурируют даже с натриевыми источниками света. Что касается длительности срока службы, у светодиодов конкурентов нет. Некоторые виды полупроводников могут отработать до 25 000 часов без заметных ухудшений характеристик.
Конкуренты по сроку службы все же есть – газосветные приборы. Но они не могут тягаться со светодиодами по светоотдаче.
Единственный недостаток полупроводниковых источников света – высокая цена. Но, повторимся, технология молода, бурно развивается, а себестоимость светоизлучающих диодов снижается. Достаточно сказать, что в 1968 году обычный индикаторный светодиод стоил $200, а сегодня его можно купить за полцента.
Сравнение характеристик
С основными видами ламп для освещения и их особенностями мы разобрались. Осталось сравнить их характеристики, чтобы чётче понять, чем один тип источников света отличается от другого. Для удобства восприятия сведём основные характеристики разных источников света в небольшую таблицу.
Основные характеристики источников света разных типов
Тип | Световая отдача, лм/Вт | Индекс цветопередачи (Rа) | Цветовая температура, К | Срок службы, ч | Особенности | |
 | Обычные накаливания | 10-16 | 90-98 | 2 700-3 000 | 1 000 | Низкая стоимость, низкий КПД |
 | Галогенные | 15-22 | 90-98 | 2 900-3 200 | 2 000-3 000 | Высокая температура колбы, рекомендовано устройство мягкого пуска |
 | Люминесцентные низкого давления | 50-70 | 60-85 | 3 000-4 000 | 3 000-5 000 | Необходим пускорегулирующий аппарат, критична к количеству включений, может мерцать с частотой 100 Гц |
 | Дуговые ртутные люминесцентные | 70-90 | 40-60 | 3 400-4 200 | 5 000-10 000 | Необходим пускорегулирующий аппарат, может мерцать с частотой 100 Гц, низкий индекс цветопередачи |
 | Натриевые | 150-200 | менее 40 | 2 000-2 500 | 6 000-20 000 | Очень низкий индекс цветопередачи, противотуманный эффект, исключительно высокая светоотдача, необходим пускорегулирующий аппарат |
 | Металлогалогенные | 70-100 | 90-95 | 2 800-7 000 | 6 000-15 000 | Необходим пускорегулирующий аппарат, |
 | Газосветные | 10-80 (зависит от цвета) | – | – | 80 000 и более | Малое энергопотребление, большой выбор цвета свечения, малый нагрев, в качестве пускорегулирующего устройства достаточно резистора |
 | Светодиодные | 80-200 | 60-90 | – | 10 000-25 000 | Экономичны, требуют специального драйвера питания, длительный срок службы, высокая стоимость |
На этом обзор ламп для освещения и декоративной подсветки заканчивается. Как мы выяснили, их типов много, но благодаря особенностям, присущим каждому из них, они отлично уживаются, занимая отдельные ниши.
