{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Пульсация светового потока

На многие вещи, связанные с повседневной деятельностью человека, зачастую влияет качество света—это давно известный факт. Иногда мы даже не задумываемся о последствиях—процессы проходят на подсознательном уровне, почти как во сне. Как снизить нагрузку на мозг в четыре раза и увеличить эффективность труда, а также о других эффектах пульсации светового потока—подробнее в нашей статье.

В двух словах

Пульсация светового потока = эффект мерцания.

Снижение пульсаций источника света является важной составляющей в борьбе за качество света. В последнее время одним из заметных трендов на рынке LED-освещения становится гонка за нулевым значением коэффициента пульсации. Так ли это важно на самом деле, давайте разбираться

Подробнее о коэффициенте пульсации

Пульсация светового потока—это одна из основных характеристик источников искусственного освещения, отражающая частоту мерцания и качество света в целом. Характеризуется данный эффект специальным параметром—коэффициентом пульсации.

Для тех, кто любит формулы и ГОСТы

Коэффициент пульсации—это относительная величина и измеряется она в % от разности максимального и минимального значений освещенности в люксах, приведенная к усредненному значению освещенности за период.

В России  ограничения по значениям Kп светильников регламентируются СНиП 23-05-95, ГОСТ 17677-82 и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. В Европе и США подобных норм не существует. Основные ограничения, существующие в России:

1. Пульсации освещенности, частотой до 300 Гц, на рабочих местах не должны превышать 20%, в некоторых случаях (при работе с ПЭВМ) – 5%.

2. В местах временного пребывания (коридоры, лестницы, переходы и т.п.) уровень пульсации не нормируется.

3. Не нормируются пульсации освещенности, частота которых превышает 300 Гц.

Предыстория появления эффекта

Физика работы LED такова, что включение диода возможно только при определенном значении силы тока и его направлении. Для подключения светодиодных светильников в цепях переменного напряжения (бытовой сети) и управления их яркостью мы, как специалисты-светотехники, вынуждены применять специальные пускорегулирующие устройства—LED-драйверы и диммеры с широтно-импульсной модуляцией—ШИМ (о ней читайте в нашей следующей статье).

И здесь все просто—колебания тока на выходе таких устройств порождает колебания светового потока LED, именно поэтому применение пускорегулирующей аппаратуры в системах освещения порождают подобный специфический эффект.

В этом плане обычная лампа накаливания подвержена тем же самым воздействиям со стороны питающей сети. Однако, она более инертна по своим характеристикам, поэтому мерцания частотой в 50 Гц фактически отсутствуют.

Теперь немного о том, как пульсация света может влиять на самочувствие человека и чем она опасна.

О пороге восприятия частоты пульсаций света и их влияние на человека

В большинстве случаев человеческий глаз не фиксирует пульсацию источника искусственного света, поскольку существует определенный порог восприятия, связанный с особенностями нашего зрения и частотой самих пульсаций.

Многократными исследованиями доказано, что критическая частота восприятия пульсаций—300 Гц, при достижении этого значения человеческий мозг перестает воспринимать их как таковые. При частоте до 120 Гц мозг на подсознательном уровне воспринимает пульсацию как некий “месседж” и пытается его обработать. Считается, что таким образом, человек воспринимает до 4 частот мерцаний от различных источников света, что в значительной степени повышает “загруженность” его центрального вычислителя—головного мозга.

Можно выделить два вида влияний пульсации светового потока на человека: краткосрочные и долгосрочные, см. таблицу 1.

Таблица 1

Влияние пульсаций на человека

Стробоскопический эффект — положительные и отрицательные стороны

Наиболее опасным последствием пульсации света можно назвать стробоскопический эффект на промышленных объектах, где присутствуют быстро движущиеся открытые механизмы и детали машин. Частота их вращения может совпасть с частотой мерцания света и может показаться, что механизм неподвижен, что зачастую является причиной серьезных травм и повреждений, см.рисунок ниже

Эффект мерцания источника света может быть зафиксирован при фото- и видеосъемке на коротких выдержках—тот эффект, о котором было рассказано в самом начале статьи. Данный неприятный момент может испортить не только несколько фотографий, но и испортить имидж студий и съемочных павильонов.

Световое оборудование для клубов и концертных площадок

Лазерные и диодные стробоскопы—это одни из самых распространенных световых девайсов, которые любят применять в клубах и на дискотеках. Интересный кратковременный световой эффект повышает настроение посетителям и является абсолютно безвредным для человека.

В заключение от Aledo

В последнее время нам все чаще приходится слышать о том, что на рынке появляются светильники с коэффициентом пульсации 1-2%—это результат борьбы производителей LED за конкурентные преимущества, о которых мы писали в самом начале статьи.

Наша позиция в этом вопросе такова: коэффициент пульсации источника света 20%—это абсолютно нормальное и допустимое значение, обозначенное в ГОСТе и СанПиНе. Конечно, существуют условия труда и быта человека, где необходимо максимальное снижение Kп (до 5% и ниже), но это весьма частные и редкие случаи. Мы всегда стараемся анализировать проект, исходим из реальных потребностей наших клиентов и предлагаем наиболее рациональные варианты для систем освещения.

Кстати, в шоуруме kaledoscop есть специальный прибор, который мы используем для тестирования наших решений и поставляемого оборудования,—пульсометр. Приезжайте к нам в гости, за чашкой кофе или чая, мы сможем показать на деле, что такое пульсация светового потока и какие решения существуют в России и мире для снижения подобного эффекта.

источников искусственного света | История и эволюция искусственного света

Ранние дни

С момента открытия огня люди стремились создавать лучшие и более яркие источники света. Истоки искусственного света восходят к 500 году до нашей эры, когда бамбуковые трубы несли природный газ от вулканов, чтобы освещать улицы древнего Китая. Позже римляне освещали перед своими домами масляные фонари, и у них были специальные слуги, которые ухаживали за этими фонарями. В 1417 году мэр Лондона издал закон, который требовал, чтобы во всех домах зимой висели фонари.

1700-е годы

В 1700-х годах светильники оснащались плохо сделанными масляными лампами и свечами. Большинство из этих ламп источали неприятный запах и выделяли много дыма.

1800-е годы

Только в 1800-х годах газовое освещение заменило свечи и масляные лампы. Сэр Хамфри Дэви создал первую угольную дуговую лампу в 1809 году. Хотя эта лампа была очень яркой, она питалась от ранней батареи, которая очень быстро разряжалась. Первый патент на лампу накаливания был выдан в 1841 году Фредерику де Молейнсу.Его лампа была сделана из стекла и угольной нити с частичным вакуумом. От угля лампа стала тусклой и тусклой.

В конце 1800-х годов были достигнуты значительные успехи в развитии искусственных источников света. Патент на лампу накаливания с углеродной нитью был выдан в 1874 году Генри Вудворду и Мэтью Эвенсу. В конце концов Вудворд и Эвенс продадут свой патент Томасу Эдисону. Эдисон и его группа начали тестировать множество различных материалов, чтобы создать более эффективную карбонизированную нить.Группа Эдисона обнаружила, что лампа с обугленной бамбуковой нитью может гореть до 1200 часов. За это открытие Эдисон получил свой второй патент на лампу накаливания. Хотя Эдисон не изобрел первую лампочку, его «ввинчиваемая лампа Эдисона» является стандартом для бытовых ламп даже сегодня.

Лампы

Вольфрамовые лампы накаливания 1900 года были разработаны в 1911 году Уильямом Д. Кулиджем. Эти лампы были усовершенствованы в 1913 году Ирвингом Ленгмюром, который обнаружил, что заполнение стеклянной оболочки инертным газом и скручивание нити накаливания улучшают характеристики.До 1925 года все лампы были из прозрачного стекла. Марвин Пипкин изобрел способ уменьшить блики, добавив внутрь кремнеземное покрытие, создав первые лампы накаливания с матовым покрытием.

Конец 1950-х ввел нас в «галогенную эру». Ученые GE принесли нам первую галогеновую лампу. Галогенные лампы прослужили дольше, но с этими лампами требовалось правильное обращение. Ученые продолжали работать, чтобы предоставить нам более эффективные источники света. Эдвард Хаммер создал первую спиральную компактную люминесцентную лампу в 1976 году.

Как и во многих других продуктах, первый светодиод был обнаружен случайно. Гэри Питтман и Джеймс Биард работали над лазерным диодом, когда они обнаружили первый «светоизлучающий диод» (LED) в 1961 году. Первые светодиодные лампы использовались в качестве индикаторов и индикаторов в начале 1970-х годов. Многие ученые продолжили бы работать над светодиодной технологией, разрабатывая диоды разного цвета.

Для создания яркого белого светодиода потребовался еще один компонент. Он был изобретен в 1993 году Сюдзи Накамура, который разработал первый ярко-синий излучающий диод.Сегодня эти диоды используются с различными люминофорными материалами. Эти материалы используются для создания различных температур по Кельвину в лампах, производимых в настоящее время.

Мы с нетерпением ждем, когда новые и постоянно совершенствующиеся технологии приведут нас в будущее!

За исключением комплексной устойчивости | Светодиодный и искусственный световод

Это руководство было составлено в связи с возросшей сложностью, которую создали новые типы энергосберегающих источников света.Мы надеемся внести свой вклад в создание более приятных домашних и рабочих условий, уменьшая при этом воздействие на окружающую среду.

Это руководство было составлено с особой тщательностью, но если вы заметите какие-либо ошибки или упущения, не стесняйтесь обращаться к нам по этому поводу. Для консультации по индивидуальному освещению мы можем предоставить консультации по освещению, моделирование и дизайн.

Индекс:

1. Введение
2. Свойства света
3. Свойства ламп
4. Спектр
5. Интенсивность и потребление энергии
6. Распространение
7. Последовательность
8. Формат, установка и тип
9. Долговечность и надежность
10. Использование материалов
11. Стоимость владения
12. Примеры из реального мира

Искусственный свет во многом сделал возможным человеческое развитие.С момента открытия огня свет играет центральную роль в нашей жизни, продлевая часы нашей жизни, создавая настроение и атмосферу в наших домах и повышая нашу продуктивность.

С тех пор, как в прошлом веке усилилась озабоченность по поводу использования электричества традиционных ламп накаливания, которые являются основой наших постиндустриальных световых решений, на рынок было предложено множество альтернатив. Некоторые из них в большинстве случаев являются отличной заменой стандартной лампочке, но другие не являются такой уж хорошей альтернативой.

Это руководство проливает свет на эти проблемы и помогает выбрать подходящую лампу для правильного применения. Кроме того, поскольку использование энергии вызывает беспокойство, важно понимать, что новые технологии не всегда превосходят старые технологии в этом отделе. Иногда новые умные способы использования старых техник дают замечательные результаты. Это руководство написано, чтобы показать основные проблемы при выборе осветительных приборов и технологий для использования внутри помещений, но они также могут быть полезны в других приложениях.

Это руководство начинается с некоторых общих замечаний о свете, которые вводят некоторые важные определения и термины, используемые в других частях руководства.Далее следует обсуждение семи основных свойств искусственных источников света, а именно: спектр, интенсивность и использование энергии, распространение, согласованность, формат, установка и тип, долговечность и надежность, материалы и стоимость. В заключение приводится ряд примеров из наших собственных экспериментов и опытов.

Чтобы понять некоторые аспекты искусственного освещения, полезно исследовать некоторые свойства света в целом. В основном нас интересуют только два свойства света: интенсивность и спектр .Вместе они определяют свет, который нам небезразличен. Интенсивность говорит сама за себя: количество излучаемого света. Свет определяется как часть электромагнитного спектра, которую может видеть средний человек, и является подмножеством этой энергии.

Сила света может быть измерена в люменах и люксах, где люкс — это люмен, распространенный на определенную площадь. Лампы обычно выражаются в люменах. Подробнее об этом позже.

Спектр

Спектр света определяет набор длин волн, присутствующих в рассматриваемом свете.Солнечный свет содержит «полный спектр», но также включает инфракрасное, ультрафиолетовое и другое излучение за пределами этих длин волн. Несмотря на то, что солнечный свет содержит полный спектр видимого света, он не содержит равного количества всех длин волн. На приведенной ниже диаграмме показан приблизительный спектр и интенсивность прямого солнечного света.

Схема солнечного спектра. Обратите внимание, что большое количество энергии (область под кривой) присутствует в инфракрасном диапазоне.

Кривая на этой диаграмме называется «кривой спектра».Это соответствует восприятию солнечного света как «теплого» света, поскольку он имеет более высокую интенсивность в красном спектре, чем в других. На диаграмме показан свет, получаемый Землей на уровне атмосферы, но не обязательно то, что достигает вашего точного местоположения. Прежде чем попасть на землю, свет фильтруется через различные слои атмосферы. Это зависит от местоположения и атмосферных условий.

В пасмурный день, когда облака фильтруют определенные длины волн света от солнечного света, спектр выглядит иначе.Вообще говоря, можно сказать, что дневной свет в пасмурный день имеет более ровную кривую спектра. Это означает, что распределение интенсивности света по участку спектра более равномерное, что увеличивает нашу способность воспринимать цвета нейтрально. Это важно, например, если вы хотите оценить цвет определенного набора красок для дома. Выполнение этого в пасмурный день позволит вам видеть цвета лучше, чем при прямом солнечном свете, в том числе из-за меньшего количества бликов. То же самое касается распечаток и других приложений, чувствительных к цвету.«Дневным светом» обычно считается прямой свет солнца плюс тот свет, который рассеивается атмосферой (непрямой). Этот непрямой свет позволяет нам видеть в местах, где нет прямого света, а также отражать свет от соседних поверхностей.

Энергия

Если мы понимаем, что электромагнитные волны являются формой энергии, мы понимаем, что излучение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах также содержит энергию, хотя мы не можем воспринимать их нашими глазами.Инфракрасное излучение обычно воспринимается как тепло, а ультрафиолет — как невидимое излучение, которое может нанести вред нашему здоровью (УФ-излучение), но также используется для определенных полезных целей другими видами животных, например шмелями для навигации. Следует также сказать, что мы не до конца понимаем все влияние электромагнитного спектра на биологическую жизнь. Мы знаем, что это жизненно важно почти для всех живых существ и что жизнь на Земле развивалась в соответствии со спектром нашего Солнца.

Почему это важно, если мы хотим узнать об искусственных источниках света? Здесь можно найти различные ключи к разгадке эффектов различных осветительных приборов, которые нелегко объяснить с чисто технической точки зрения.Кроме того, важно понимать, что видимый свет — это лишь подмножество электромагнитного спектра, если вы ищете источники света, которые одновременно работают хорошо и энергоэффективны.

Это отличная диаграмма спектра от Inductiveload, НАСА.

В этом руководстве мы выделяем семь основных свойств искусственных источников света. Вместе они отражают наиболее важные свойства всех доступных источников света, от крошечного светодиода в вашей стереосистеме до больших прожекторов на стадионе.Некоторые из них более актуальны, чем другие, при обсуждении хорошего домашнего и офисного освещения и будут рассмотрены более подробно.

Семь объектов недвижимости:

1. Спектр
2. Интенсивность и потребление энергии
3. Распространение (светлая форма)
4. Последовательность
5. Формат, установка и тип
6. Долговечность и надежность
7. Использование материала

Многие из этих свойств связаны с технологией, используемой для производства света.Здесь представлено краткое введение о наиболее распространенных типах, с более подробной информацией о каждом типе далее в каждом разделе.

Тип освещения

Тип света определяется технологией, используемой для получения света. Существуют десятки типов, некоторые из которых используются в быту, а другие более подходят для промышленного использования. Пять наиболее распространенных типов света в домашнем освещении — это лампы накаливания, галогены, компактные люминесцентные лампы, светодиоды и несколько газоразрядных ламп.

В дополнение к этому есть несколько решений, работающих с солнечным светом, которые предпочтительнее большинства источников искусственного света, если они применимы. Самыми распространенными из них являются отражатели и световые трубки, но есть также материалы, которые могут накапливать солнечный свет и, например, излучать его ночью.

Лампы накаливания:

Типичная лампа накаливания.

Лампы накаливания — это лампы, которые веками освещали наш мир. Есть разные изобретатели ламп накаливания, но обычно это приписывают Томасу Эдисону в 1880 году, потому что он изобрел долговечную вольфрамовую нить накаливания.Обычно мы знаем лампы накаливания как стандартные лампочки, но лампы накаливания бывают самых разных форм, форм, напряжений, цветов и областей применения. Они производят большой спектр, с очень низкой энергоэффективностью и коротким сроком службы.

Лампы накаливания излучают свет за счет пропускания энергии из настенной розетки напрямую через очень тонкую вольфрамовую нить, которая затем светится в стеклянной камере, которая защищает нить от контакта с воздухом, в противном случае нить сгорает за секунды. .

Лампы накаливания дешевы в изготовлении и покупке, имеют очень хороший спектр, однородность и цветопередачу, выделяют много тепла и поэтому очень неэффективны по энергии. Они имеют очень короткий срок службы и требуют частой замены.

Подробнее о лампах накаливания в Википедии.

Галогены

Галогенная лампа. Вы можете видеть
— камеру, заполненную вторичным газом.

Обычное применение галогенов: пятна.

Галогены — это лампы накаливания, в которых газовая камера заполнена галогеном, что позволяет свету работать при более высоких температурах, работать немного дольше и быть более компактным.

Галогены, как правило, имеют несколько более высокие характеристики, чем обычные лампы накаливания, с немного более высокой эффективностью и более длительным сроком службы, но обычно стоят дороже. Галогены также производятся в более точных производственных процессах, которые позволяют изготавливать очень специфические модели и световые потоки. Следовательно, высококачественные прожекторы, как правило, являются галогенными. Благодаря превосходной цветопередаче и спектру, галогены стали предпочтительными лампами для требовательных осветительных приборов дома, в офисе, лабораториях и других местах.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ):

КЛЛ, наиболее известные как энергосберегающие лампочки, работают с использованием электричества для «возбуждения» паров ртути. Они состоят из газонаполненной трубки и «балласта», который в настоящее время в основном электронный, что предотвращает перегрузку лампы и внутреннее сгорание. КЛЛ экономят энергию за счет излучения света всего с несколькими пиковыми длинами волн и почти без инфракрасного излучения, что снижает потребление энергии, необходимой для работы. В то время как цветопередача и спектр довольно сильно различаются между моделями, но исторически были довольно плохими (стандарт некоторое время был около CRI 65).Доступны модели с гораздо лучшей цветопередачей, с индексом цветопередачи до 95. КЛЛ могут работать довольно долгое время (обычно 10 000 часов), но со временем они тускнеют и, наконец, ломаются.

более трудоемки и сложны в изготовлении, поэтому они дороже ламп накаливания, но их цена резко снизилась с момента их появления, что сделало их экономически эффективным световым решением.

имеют различную плотность света, но все КЛЛ мерцают, причем некоторые модели мерцают довольно сильно, из-за чего люди, чувствительные к мерцанию, плохо на них реагируют.Однако до некоторой степени все люди чувствительны к мерцанию, что делает КЛЛ менее желательным источником света. Существуют высокочастотные модели, которые решают эту проблему, но они более дорогие, и их трудно найти для домашнего использования.

Если у вас дома есть диммеры, убедитесь, что опоры CFL затемняются. По умолчанию это не так.

Почти все КЛЛ содержат ртуть, поэтому они представляют опасность для домашнего хозяйства, если стеклянная трубка разбивается, и экологически вредны, если не будут переработаны должным образом.Старайтесь никогда не ломать КЛЛ. В целом, мы не рекомендуем использовать КЛЛ в домашних условиях сейчас, когда доступны хорошие альтернативы светодиодам из-за их содержания ртути, плохого спектра и однородности, а также потому, что они имеют меньший срок службы по сравнению со светодиодами. Несмотря на то, что они дешевле, они не обязательно более экономичны, чем светодиодные лампы. См. Последний раздел «Стоимость владения».

Вверху: стандартный компактный люминесцентный светильник. Изображение Армина Кубельбека.

КЛЛ спирального типа. Изображение Пикколо Намека.

Светодиоды (LED)

Есть несколько разных типов светодиодов. Все мы знаем светодиоды по тысячам случаев их использования в качестве крошечных сигнальных ламп в нашей стереосистеме, телефонах и другом электрическом оборудовании. В основном это полупроводниковые устройства, которые в основном работают с токами низкого напряжения постоянного тока, часто требуя адаптера. Поскольку светодиоды являются полупроводниками, они довольно прочные и с меньшей вероятностью сломаются при падении или из-за суровых условий по сравнению с другими лампами.Их продолжительность жизни очень велика, некоторые рассчитаны на 50 000 часов.

были доступны только в красном, зеленом, желтом и белом цвете, а синие светодиоды стали доступны гораздо позже. Эти сигнальные светодиоды (изображение ниже) не подходят для общего освещения, потому что они не очень энергоэффективны, а их спектр обычно не подходит для общего освещения.

Только недавно были разработаны светодиоды, обеспечивающие приличное общее освещение. Хотя первые попытки создания универсальных светодиодных осветительных решений оказались несколько разочаровывающими — многие светодиодные фонари имеют чрезвычайно плохой спектр и более низкие, чем ожидалось, показатели эффективности, — сегодня доступно множество высококачественных светодиодов, которые превосходят большинство других типов света в большинстве областей.Они энергоэффективны, стабильны, прочные, имеют самый продолжительный срок службы среди всех потребительских светильников и могут иметь очень хорошее качество света.

Самым распространенным недугом светодиодов, особенно дешевых, является цветопередача и спектр, так что следите за этим. В дешевых моделях также может пострадать «разброс» света. Кроме того, долгое время было невозможно производить светодиоды, излучающие достаточно света, чтобы заменить лампу накаливания мощностью 60 Вт. Теперь это тоже больше не проблема. Светодиоды, как правило, дороговаты, особенно качественные.Однако, как только вы купите один и не будете, скажем так, разбрасывать его по комнате, он прослужит вам всю жизнь, обеспечивая большую экономию и беспроблемное освещение.

Как и в случае с КЛЛ, светодиодные лампы по умолчанию не могут быть затемнены, но есть модели, которые это делают.

Помимо полупроводниковых светодиодов, есть последние разработки в технологии органических светодиодов (OLED) и полимерных светодиодов (PLED), которые являются весьма многообещающими.

Вверху: набор имеющихся в продаже светодиодных ламп. Изображение Джеффри Лэндиса.

Вверху: набор светодиодов питания. Изображение Гофи.

Внизу: различные типы сигнальных светодиодов. Изображение предоставлено Afrank99.

Газоразрядные лампы работают, пропуская ток через ионизированный газ. Все мы знаем неоновые огни по разноцветным уличным знакам, которые являются разновидностью газоразрядных ламп, но существует множество других типов, некоторые из которых обладают очень полезными свойствами.

Некоторые газоразрядные лампы содержат ртуть (ртутные лампы, обычно синего цвета), поэтому будьте осторожны с ними, потому что ртуть — очень ядовитый материал (см. Использование материалов).

Некоторыми интересными газоразрядными лампами для бытового применения являются натриевые лампы низкого давления, которые можно хорошо использовать на открытом воздухе, где требуется освещение, но не важен цвет, например, освещение автостоянки. Они желто-янтарного цвета и имеют очень плохую цветопередачу. Однако они очень энергоэффективны, иногда до 200 люмен на ватт, превосходя любой другой доступный тип света по энергоэффективности. Для использования, где требуется много света, не важен цвет и важна высокая эффективность, это может быть очень хорошим выбором.Следует отметить, что у них короткое время разогрева.

Натриевые лампы низкого давления широко используются в качестве уличного освещения в разных странах. Это также лучшая лампа для предотвращения загрязнения наружным светом, поскольку ее пиковый спектр, по-видимому, наименее опасен для жизни и экосистем. За исключением, конечно, выключения света, что все же лучше.

Вверху: лампа низкого давления натрия с типичным янтарным световым спектром.

Внизу: шоссе, освещенное низкими натриевыми лампами.Изображение Маартена Шмайца.

В то время как большинство людей, занимающихся потребителями, не обращают особого внимания на спектр лампочек, которые они покупают в своих домах, и вместо этого выбирают огни по их интенсивности, спектр света является наиболее определяющей характеристикой источников света.

Спектр определяет цвет, цветовое восприятие, психологический эффект и использование энергии источника света. Спектр лампы обычно представляет собой подмножество всего видимого спектра, который мы можем видеть, когда смотрим на радугу или солнечный свет через призму, например, где основной белый свет от солнца отображается во всех его субволнах, и, следовательно, его цвета.

Цвет и спектр

Цвет лампы зависит от частоты света, излучаемого лампой, или от того, как он выглядит для наблюдателя. Лампы очень редко излучают только одну длину волны (цвет), что означает, что лампы излучают разные цвета, даже если они имеют определенный оттенок (также когда свет фильтруется).

Обычно в излучаемом свете присутствует набор других длин волн, вместе называемый спектром. Свет — это то, что мы называем «аддитивным», что означает, что каждый добавленный цвет будет приближать результат к белому.Это в отличие от отраженного света, например, с краской или печатью, который представляет собой субтрактивный процесс, когда каждый добавленный цвет делает все темнее.

Белый свет всегда содержит диапазон светлых цветов (по крайней мере, с некоторым количеством красного, зеленого и синего), а чистые цветные огни имеют узкий спектр или пиковый спектр. Свет, который выглядит белым, не обязательно излучает полный спектр, как мы увидим позже в руководстве.

Большинство ламп накаливания, среди которых классические лампы накаливания и галогенные лампы, имеют превосходный цветовой спектр, очень близкий к солнечному (см. Диаграмму ниже).Во многом это связано с их рабочим механизмом — светящейся нитью , которая приближается к тому, как солнце излучает свой свет.

Поскольку большая часть спектра лампы накаливания находится в инфракрасной области, она также излучает много тепла. Вы можете почувствовать это, когда поднесете руку к лампе накаливания, когда инфракрасное излучение попадает на вашу кожу, и вы можете воспринимать его как тепло. Если это тепло используется, оно не обязательно тратится (как с лампами накаливания). Поэтому лампы накаливания не обязательно неэффективны, но они действительно преобразуют много электроэнергии в тепло, что во многих случаях считается отходами.

Лампа накаливания, используемая для плавления пластика. Автор изображения: bergeycm.

За гранью накаливания

Если нам нужно выбрать лампу, которая эффективно преобразует электричество в видимый свет и не «тратит впустую» электричество, выделяя тепло, лампы накаливания — не лучший вариант. Это привело к тому, что за последние десятилетия на потребительском рынке появилось очень много других типов лампочек, наиболее известными из которых являются энергосберегающие лампы, или КЛЛ, и более современные светодиодные лампы.

Этим новым типам ламп удается экономить электроэнергию, поскольку на излучение инфракрасных и ультрафиолетовых участков спектра тратится как можно меньше энергии, что позволяет преобразовывать как можно больше энергии в видимый свет. Например, сравните спектры светодиода, КЛЛ и лампы накаливания на следующей диаграмме:

Диаграмма спектра: светодиодная лампа (синий), CFL (зеленый) и лампа накаливания (фиолетовый) накладывают солнечный спектр (желтый).Обратите внимание, что энергия, используемая каждой лампой, составляет, по крайней мере, площадь под ее кривой.

Обратной стороной этого метода снижения энергопотребления является то, что некоторые из этих ламп имеют очень узкий спектр, что приводит к плохой светоотдаче с точки зрения цветопередачи и негативным психологическим эффектам. Например, пример CF1 на изображении выше имеет ужасно острый спектр, из-за которого все будет выглядеть некрасиво.

Следовательно, очень энергоэффективный свет может вообще не быть хорошим светом для его цели, особенно если он вызывает у нас тошноту при работе в нем в течение продолжительных периодов времени (учитывая энергетическое воздействие производства лекарств в западном мире. достаточно высокий).Таким образом, компромисс между спектром и энергосбережением включает рассмотрение контекста, в котором будет использоваться свет. Лампочка для садового сарая может потребовать другого типа, нежели лампочка над рабочим столом. В некоторых случаях лампа накаливания по-прежнему является правильным выбором (например, для этого садового сарая она может быть хорошим вариантом, если никогда не использовалась долго).

Цветопередача

* Наши глаза могут воспринимать цвет объектов только в том случае, если свет, падающий на объект, отражается в наших глазах.Это означает, что если вы осветите синий объект оранжевым светом, может быть трудно увидеть, что объект на самом деле синий. Вместо этого он будет выглядеть темно-серым или черным. Следовательно, наша способность видеть цвет полностью зависит от спектра света в комнате, в которой мы находимся. *

Если не все цвета излучаются рассматриваемым источником света равномерно, вы будете воспринимать набор цветов смещенным. Это важно для тех, кто работает с приложениями, чувствительными к цвету, такими как печать и дизайн, но в целом вы хотите, чтобы свет в вашем доме имел приятный спектр.Например, кожа может выглядеть странно под некоторыми компактными флуоресцентными лампами (КЛЛ), а некоторые светодиодные лампы имеют «грязный» свет, из-за которого все выглядит старым. Психологически плохой спектр света может повлиять на наше настроение и здоровье.

В этой визуальной симуляции идеально синее пятно по имени Эдгар установлено на белый пьедестал, освещенное белым светом.

Еще одна визуальная симуляция, в которой и Эдгар, и пьедестал не изменились, но свет излучает только красный свет.В результате получился черный Эдгар, потому что его поверхность не отражает ни одного красного света.

В качестве более полезного примера качества светового спектра и цветопередачи, Эдгар и пьедестал получили цветную тестовую таблицу окраски. Идеальный белый свет хорошо отображает все цвета.

В этой симуляции свет не совсем белый. Хотя белые области тестовой таблицы по-прежнему кажутся белыми, цветопередача в целом довольно плохая и имеет более тусклые и менее яркие цвета.

Психологические эффекты

Спектр света также оказывает психологическое воздействие, которое трудно заметить сознательно, но доказано, что он оказывает долгосрочное влияние на наше благополучие.

Свет с узким спектром, например многие флуоресцентные лампы, помимо плохой цветопередачи, может в конечном итоге угнетать настроение людей и вызывать другие психологические дисбалансы. Были проведены тесты на школьниках, где стандартные ламповые лампы были заменены на лампы полного спектра, и повысились не только их уровень концентрации и настроения, но также их работоспособность и общая внимательность.Мерцание, заметное или незаметное, также влияет на реакцию людей на свет. Дополнительную информацию о мерцании см. Далее в разделе о постоянстве света.

Как определить правильный спектр

Во-первых, нужно подумать, в каких условиях будет использоваться лампа. Будет ли он использоваться часто? Будет ли тепло тратой или активом? Будут ли люди работать при свете? И так далее. Затем вы можете оценить, какой спектр и интенсивность вам нужен, и технология лампы последует за вами.

Существуют различные способы выражения спектра, чтобы определить, какую лампу купить.Самый распространенный способ — указать цветовую температуру источника света в градусах Кельвина. Обычно они бывают трех разных температур: 2500-2900 (теплый белый), 4000-5000 (белый), 6000-9000 (холодный белый). Более точный список можно найти в таблице ниже.

В общем, списки цветовой температуры очень мало говорят о спектре лампы.Это кое-что говорит о том, как вы будете воспринимать цвет, но насколько хорош спектр, нельзя сказать из списка температур. КЛЛ 2800 кельвин, например, может иметь пик оранжевого цвета и меньший пик в синем диапазоне, и в результате действительно получается теплый белый цвет, но с очень узким спектром. Некоторые производители указывают профиль цветового спектра на своем веб-сайте или могут выслать его вам по запросу. Это лучший способ измерить спектр света, поскольку это не какой-то загадочный показатель, который может или не может сказать вам то, что вам нужно знать.

Свет, излучаемый источником, может принимать самые разные формы. Основные и наиболее распространенные источники света — это всенаправленная лампочка, простая точка и ламповый свет. Они охватывают большинство применений. Есть и другие, для тех, кто не знаком с индивидуальным освещением, которые предоставляют много новых возможностей для качественного внутреннего и наружного освещения. Теперь, когда светодиодные фонари становятся все более распространенными, появляется все больше и больше. Стоит отметить, что распространение хорошей лампы часто достигается в соответствии с приспособлением, в котором она находится.Наилучшее распространение света обычно достигается при использовании хорошей лампы в соответствующем светильнике.

Со временем появилось несколько конфигураций ламп, которые по-разному определяют распространение света. В основном они основаны на лампах накаливания, но поскольку другие технологии становятся все более распространенными, мы видим, что они все чаще и чаще переносятся на КЛЛ и светодиоды.

Моделирование распространения

Распространение света достаточно важно для производителей, чтобы понять, что дизайнеры хотят знать, как ведут себя их светильники при проектировании пространства и / или светового решения.Поэтому большинство производителей высококачественных ламп и фитингов выпускают цифровые файлы, которые описывают в трех измерениях распространение конкретной лампы. Эти файлы часто форматируются как файлы IES, и их можно загрузить с помощью большинства программ для 3D-визуализации, чтобы имитировать влияние света на окружающую среду. Таким образом сделано верхнее изображение этого раздела. Это отличный способ проверить дизайн освещения до того, как будут понесены большие затраты. Однако файлы IES чаще доступны для арматуры, чем для ламп.

Некоторые из доступных стандартных спредов:

Лампы всенаправленного действия

Это стандартные лампочки, распространяющие свет во всех направлениях, используемые для самых разных целей. С лампами накаливания мы привыкли к идеальному всенаправленному распространению. Для большинства КЛЛ и газоразрядных ламп это тоже не проблема, хотя КЛЛ по своей природе являются трубками, а не сферами, объединение их по спирали дает практически такой же эффект.

должны быть расположены по сферической схеме, чтобы обеспечить надлежащую всенаправленность.У хороших светодиодных ламп проблем с этим нет, но с более дешевыми моделями мы наблюдали некоторые проблемы с непостоянным распределением.

Точечные / PAR лампы

и светильники с параболическим алюминиевым отражателем (PAR) направляют свет в определенном направлении, чтобы создать световой конус. Это позволяет лучше контролировать ситуацию с освещением и важно для создания хороших световых решений для домов, коммерческих помещений и прочего.

Поскольку лампы накаливания по своей природе являются всенаправленными, исторически сложилось так, что многие пятна имеют отражатели, которые отражают свет части лампы в намеченном направлении пятна.Обычно они по-прежнему обозначаются в технических характеристиках ламп кодом, например R (стандартный отражатель) или ES (эллиптический отражатель). Различная форма отражателя приведет к разному разбросу. Изображение в верхней части этого раздела показывает, что различные отражатели могут сделать для распространения света с использованием файлов IES производителя.

Галогенные пятна обычно имеют очень хорошо продуманные рефлекторы, и PAR-фары также часто привлекают много внимания в дизайне их рефлектора. Это означает, что существует множество разновидностей отражателей и возникающих в результате рассеиваний.Некоторые из них фокусируют свет больше к середине, с мягким рассеиванием наружу, другие имеют твердый вид, похожий на сценическое пятно, а третьи имеют причудливые полосы и другие эффекты. Они могут обеспечить высокое качество световых решений, и их нельзя недооценивать.

сами по себе имеют направленность. Благодаря своей направленности светодиодные фонари хорошо подходят для точечного освещения. Стандартный сигнальный светодиод имеет даже очень узко сфокусированный луч. Это значит, что для изготовления точечного светильника на светодиодах рефлектор необязательно.Фактически, некоторые производители даже не добавляют линзы для управления светодиодами, они просто собирают множество маленьких светодиодов по определенному шаблону и мирятся с результирующим разбросом. Наш опыт показывает, что эти источники света имеют худшее распространение, и поскольку они в основном встречаются только на дешевых источниках света, их спектр также часто очень плохой. Старайтесь держаться подальше от мульти-светодиодных ламп без линз и отражателей. У хороших светодиодных ламп всегда есть нестандартная линза, которая может быть встроена в сам светодиод или отдельный компонент.

PAR фокусируют примерно в четыре раза больше света в центре пятна и стали своего рода стандартом для определенного уровня распространения и интенсивности. Число за лампой PAR, например PAR30, указывает диаметр колбы в 1/8 дюйма. Таким образом, PAR 30 имеет диаметр 3,75 дюйма.

Над традиционной лампой накаливания с ФАР.

Светодиодная лампа PAR.

мульти-светодиодных пятна, которые мы не рекомендуем выглядеть так:

Коронные лампы

Эти лампы, которые бывает трудно найти, в основном представляют собой всенаправленные лампы с серебряным покрытием сверху.Они отражают свет обратно к задней части лампы. Обычно это применяется в сочетании со специально разработанными светильниками, которые затем снова отражают свет вперед определенным образом. Этот подход используется в нескольких очень качественных осветительных решениях, потому что больший отражатель обеспечивает большую точность распределения. Все типы светильников доступны с серебряными коронками, но их может быть трудно найти.

Декоративное освещение

Вы могли видеть лампочки в форме свечи или пламени в люстре в каком-нибудь безвкусном месте.Это декоративные лампочки. Они бывают всех видов и размеров. Обычно они не предназначены для правильного освещения, а в основном предназначены для создания эффекта, поэтому не ждите от них хороших световых качеств. В качестве акцента в пространстве их можно использовать стратегически.

Стабильность источника света определяет его постоянство по распространению и во времени. Стабильность распространения определяет, равномерно ли распространяется спектр света во всех направлениях. При использовании источников света, имеющих особую форму рассеяния, возможно, что некоторые направления получают другой спектр света, чем другие.Разброс во времени в основном означает мигание в краткосрочной перспективе и то, как лампа ведет себя, когда стареет.

Согласованность спектра

Спектр лампы не обязательно должен быть одинаковым во всех направлениях. Это не обязательно нежелательно, и его можно использовать в качестве инструмента дизайна, чтобы получить интересные световые «формы», как обсуждалось выше. Если цветопередача отличается в зависимости от угла, это обычно менее желательно. Это может привести к хроматической аберрации, когда разные цвета начинают отслаиваться и появляются эффекты радуги.Некоторые источники света, особенно с многоцветными отражателями, как большинство галогенных пятен, могут иметь различные формы хроматической аберрации и / или дифракции.

Хроматическая дифракция в галогенном свете.

Многоцветные светодиоды, которые излучают белый свет за счет комбинации отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, могут иметь интересные цветовые эффекты на краях теней, которые могут быть или не быть нежелательными. Это связано с тем, что отдельные светодиоды затемняются под немного разными углами.

Стабильность во времени

Последовательность во времени в основном связана с эффектами мерцания и старения. Мерцание почти всегда нежелательно, хотя может сэкономить энергию, а эффекты старения также почти всегда отрицательны.

Многие типы ламп мерцают по своей конструкции, в первую очередь флуоресцентные. Любое мерцание выше 60 герц (60 раз в секунду) может быть не замечено человеческим глазом напрямую, однако оно воспринимается подсознательно и может утомлять глаза и вызывать психологические эффекты.Некоторые люди более восприимчивы к нему, чем другие. Если свет мигает с частотой не менее 60 Гц или более, он не должен создавать проблемы для большинства людей. К сожалению, флуоресцентные лампы, особенно старые, действительно немного мерцают. Только высокочастотные люминесцентные лампы устраняют эту проблему для ламп данного типа, но они «особенные» и, следовательно, более дорогие. Светодиоды обычно не мигают.

Из-за того, что частота переменного тока в нашей электросети составляет 50 Гц в Европе и 60 Гц в США, большинству источников света, которые работают непосредственно от розетки, придется так или иначе бороться с мерцанием.Лампы накаливания сделали это с помощью светящейся нити, которая продолжала светиться некоторое время после того, как вы отключили питание. Короткие интервалы между каждым импульсом мощности перекрывались этим эффектом свечения. Другие источники света решат эту проблему по-разному. Свет тоже по-разному ведет себя с возрастом. Некоторые из них, например лампы накаливания и лампы с низким содержанием натрия, не оказывают негативного визуального воздействия с возрастом, что является полезным свойством. Они просто ломаются, когда их время истекает, а до тех пор они выступают как новенькие. Флуоресцентные лампы и светодиоды имеют тенденцию тускнеть со временем, тогда как флуоресцентные лампы в конечном итоге также выходят из строя, начинают мерцать и больше не включаются, тогда как светодиоды будут продолжать излучать свет со все более низкой выходной мощностью для того же входа.

Формат и установка светильников в основном зависят от области применения. Лампочка может принимать сотни форматов: от автомобильных фар до освещения стадиона. В быту было принято использовать два или три типа фитингов, около десятка форматов и придерживаться этого.

В Европе это в основном фитинги с резьбовыми соединениями E27 и E14, а в Северной Америке также распространены байонетные соединения B15d и B22d.Эти типы фитингов разработаны для обеспечения простой и быстрой замены лампы, а также показывают их историческое использование для накаливания ламп, которые требовали частой замены. Поскольку КЛЛ обычно служат в 10 раз дольше, а светодиоды служат в течение всего срока службы здания, в котором они находятся, придерживаться старых форматов не так-то просто.

Хотя тип светильника не влияет напрямую на качество света, он определяет определенный технологический формат. Поскольку светильники получают питание напрямую от сети, они не позволяют эффективно использовать светодиоды без встроенного трансформатора.Поэтому при строительстве или ремонте помещения лучше всего выбирать различные решения для освещения, основанные на токах постоянного тока низкого напряжения, которые в конечном итоге позволяют сэкономить много электроэнергии и обеспечить высокое качество света на протяжении всего срока службы. Это может быть достигнуто за счет построения общедоступных сетей постоянного тока, которые были доступны в течение некоторого времени. Помимо фонарей, они также могут питать большинство бытовых приборов без трансформатора, таких как ноутбуки, телефоны и т. Д.
Щелкните изображение ниже для увеличения.

Типы общих оснований / фитингов

Срок службы КЛЛ
КЛЛ имеют стандартный срок службы около 10.000 часов. В зависимости от марки и модели светоотдача будет снижаться к концу срока службы и, в конечном итоге, она вообще перестанет работать. Люминесцентные лампы, включая КЛЛ, ламповые лампы и другие, могут иметь значительно сокращенный срок службы, если их часто включают и выключают, например, иногда даже ниже, чем лампы накаливания. Существуют специальные модели, которые используются для быстрого переключения. Предполагается, что КЛЛ лучше оставить включенной, если оставить комнату менее чем на 15 минут. Периодически используемый 5-минутный цикл включения-выключения уже может серьезно сократить срок его службы.

Срок службы светодиодов
Большинство светодиодных ламп еще недостаточно давно, чтобы с уверенностью сказать, каков будет их срок службы. Светодиоды на самом деле не перестают излучать свет, но со временем постепенно ухудшаются. Следовательно, срок службы часто связан с определенным процентом светоотдачи, например, 50 000 часов при 60% световой отдаче (15 лет при 8 часах в день), что является типичным. Светодиоды чувствительны к «перегрузке», что означает получение более высокого напряжения, чем их проектные параметры, что делает их ярче, но также может значительно сократить их срок службы.Пониженное напряжение может увеличить продолжительность их жизни. Повышенного и пониженного напряжения можно добиться только путем настройки ламп, поэтому в нормальных условиях возникать не должно.

Следует учитывать, что в случае со светодиодами адаптер или схема часто ломаются раньше, чем лампа. Срок службы светодиодной лампы может резко сократиться, особенно с дешевыми адаптерами или адаптерами, не предназначенными для работы со светодиодами. Если вы подбираете адаптеры и лампы вручную, позаботьтесь о выборе подходящего адаптера.Если нет, то не существует бесплатного или даже дешевого обеда со светодиодами. Адаптеры низкого качества могут повредить любой светодиод.

Индекс цветопередачи

Другой способ выразить спектр — использовать индекс цветопередачи (CRI). CRI — это показатель количества цветов, которые может передать свет, и, следовательно, его спектра.

CRI выражается значением от нуля до 100, где ноль означает отсутствие цветопередачи, а 100 — идеальную цветопередачу.Большинство ламп накаливания имеют рейтинг, близкий к 100. CRI на самом деле не является хорошим показателем согласованности спектра лампы. Если одна лампа имеет индекс цветопередачи 50, а другая — 51, одна из них может хорошо отображать оранжевый и синий, но плохо показывает зеленый и красный, а другая — наоборот. Поэтому он не говорит нам, является ли один источник света ярким или нет.

Математика, используемая для расчета CRI, довольно сложна и поэтому не очень интуитивна. Если вы можете найти график спектра, это по-прежнему лучший способ выразить и сравнить спектр.

Помимо светодиодов, большинство типов светильников довольно часто ломаются.

Мы очень привыкли к типам светильников, которые иногда ломаются, и кто-то должен подойти к осветительной арматуре и заменить ее вручную. Кажется, это самая обычная вещь в мире. Однако представьте концертный зал с огнями, расположенными в нескольких десятках футов над аудиторией, или в больших общественных местах, где лампы могут быть далеко и труднодоступны. Большинство ламп, которые используются в настоящее время, со временем ломаются, и при строительстве этих зданий и сооружений было принято во внимание, что лампы могут нуждаться в замене время от времени.

С появлением светодиодов это может измениться. Поскольку светодиоды превосходят большинство типов света, особенно для общего освещения, и поскольку светодиоды имеют гораздо более длительный срок службы, они потенциально могут сэкономить много материалов, энергии, денег и затрат на техническое обслуживание. Мы можем проектировать здания, в которые встроено освещение, чтобы обеспечить ряд интересных и захватывающих световых решений. Разделение между люминесцентным светом и источником света, к которому мы так привыкли, может исчезнуть.Хорошо спроектированная лампа может не только удерживать источник света, но и быть источником света, открывая мир потрясающих возможностей освещения.

Несколько слов об использовании материалов. Мы привыкли, что материальное использование света является довольно мягким как по количеству, так и по характеру. Лампы накаливания на самом деле не более чем кусок стекла, тонкий металл и светящаяся нить из безвредного вольфрама.

Однако не так с некоторыми другими типами источников света. Поскольку экономия энергии стала более важной, в наших домах были внедрены КЛЛ.КЛЛ, другие дымоходы и некоторые газоразрядные лампы содержат значительное количество ртути. Ртуть — это нейротоксин, который чрезвычайно ядовит для всех живых существ, а также обладает биоаккумуляцией, что означает, что он остается в организме.

Хотя это правда, что экономия энергии, которую представляют собой КЛЛ, также снижает выход ртути на некоторых электростанциях, разрушение КЛЛ или ртутной лампы приведет к попаданию концентрированного количества ртути в нашу среду обитания, что является наиболее опасным распределением токсина. .Если вы сломали КЛЛ, отведите всех подальше от комнаты, откройте окно и как можно быстрее очистите лампу. Не используйте голые руки и не используйте пылесос, чтобы всасывать осколки, так как ртуть выдувается в комнату. Прочтите это, чтобы узнать, что делать в случае поломки люминесцентной лампы. Если ртутьсодержащие лампы вышли из строя, отнесите их в пункт сбора опасных отходов.

также содержат некоторые токсины, но обычно гораздо меньше и менее токсичны, чем ртуть, и они обычно не испаряются.Однако с некоторыми светодиодными системами нельзя пренебрегать отдельным адаптером. Это практически тот же тип адаптера, с которым мы знакомы для галогенных пятен, и они довольно существенны по своему использованию. Избежать этого можно, установив в доме центральный преобразователь мощности. Срок службы адаптера, как правило, превышает срок службы лампы, и он может быть изготовлен довольно компактным, что сокращает расход материалов, как это видно на современных моделях для переоборудования светодиодов, которые можно вставлять в традиционную розетку.

Если светодиоды вышли из строя, отнесите их также на предприятие по утилизации химических отходов.

Стоимость владения лампой выходит за рамки затрат на покупку, обслуживание и потребление энергии. Поскольку свет жизненно важен для нас как биологических существ, качество света может влиять на нас таким образом, что может позволить нам работать лучше, быть более здоровыми и в целом более счастливыми. Конечно, экономия энергии также помогает спасти окружающую среду, что в настоящее время также стоит нашим правительствам много ресурсов.

Эти важные соображения трудно выразить в цифрах, поэтому, если мы рассматриваем высокое качество освещения как основную необходимость и понимаем, что это добавление стоимости в долгосрочной перспективе, в том числе и в финансовом отношении, следует понимать, что принесение в жертву качества света будет стоить нам больших затрат. длинный пробег.В дополнение к этому, мы можем использовать затраты на покупку, обслуживание и потребление в качестве индикатора наших финансовых вложений, что также будет в нашу пользу в долгосрочной перспективе.

Ниже мы провели простое сравнение стоимости владения универсальными лампами накаливания, КЛЛ и светодиодными лампами в течение 10 лет, ~ 6 часов в день (22000 часов), по цене 0,20 евро / кВтч, что точно на весну 2011 г. для Нидерландов. Это достаточно общие значения ламп, взятые из купленных в магазине товаров.

Как мы видим, и КЛЛ, и светодиоды значительно дешевле в эксплуатации, чем лампы накаливания. Разница между светодиодами и КЛЛ незначительна, в основном в зависимости от того, пройдет ли второй КЛЛ отметку 22 000 часов или прервется раньше. Светодиод действительно дает лучший спектр в течение этого срока службы и может продолжать работать еще некоторое время после 10 лет использования, поэтому светодиод является самым дешевым вариантом в целом.

Обратите внимание, что ни КЛЛ, ни светодиоды не достигают светового потока лампы накаливания, хотя оба официально признаны эквивалентами ламп накаливания мощностью 60 Вт. Поскольку эти значения могут немного отличаться, лучше всего повторить этот расчет после того, как будет найдено несколько подходящих источников света, чтобы увидеть, какой из них лучше всего подходит. При эквивалентной стоимости, в дополнение к соображениям о здоровье должен победить свет с лучшим спектром и плотностью.

На протяжении многих лет мы провели множество экспериментов со светом, в основном со светодиодами.Мы видим, что светодиоды станут источником света в следующем столетии. Наши эксперименты варьируются от спайки вместе десятков сигнальных светодиодов, чтобы увидеть, каковы их рабочие характеристики (плохие), создания всех наших собственных ламп для наших офисов, до попыток собрать наиболее энергоэффективный доступный свет. Мы видели немало хороших и плохих примеров светодиодов для различных целей. Некоторые из них выделяются, и мы хотели бы показать вам некоторые из них.

Список распространенных типов ламп и их индекс цветопередачи.(в основном из Википедии)

Если ничего из этого не указано для лампы, которую вы исследуете, есть, к сожалению, только один способ узнать это: купить лампу и посмотреть, как она работает. В этом случае вам понадобится специализированное оборудование для правильного спектрального анализа, или вы можете просто проверить его на практике. Если честно, если вы покупаете лампы, для которых не можете найти информацию о спектре на веб-сайте компании, вы просите о плохом спектре. Дешевые лампы неизвестного происхождения гарантируют плохую работу во всех сферах.Для высококачественных источников света в основном доступны графики спектра.

Как повлиять на спектр

В большинстве случаев нам нужен широкий спектр от нашего источника света. Но в некоторых случаях нам нужна только определенная его часть для определенных целей. Это может быть для создания настроения или атмосферы, а также для определенных практических целей, например, в местах, где работают светочувствительные материалы (например, в темной комнате для фотографий). Невозможно расширить спектр лампы с помощью пассивных средств, можно только сузить его.Это можно сделать с помощью фильтрации или отражения.

Обычно это делается с помощью фильтров. Фильтры располагаются перед источником света и просто блокируют все нежелательные длины волн, а остальные пропускают. Это, конечно, не очень эффективно. Лучше выбрать лампу, которая уже очень близка или точно соответствует желаемому спектру, чем выбрасывать ее часть. Абажуры также отбрасывают свет «в сторону», но превращают его в тепло и блокируют настоящий свет. В то время как некоторые светлые оттенки важны, чтобы не смотреть прямо на источник света (что может быть вредно для глаз), слишком толстые или большие абажуры в первую очередь нарушают цель светового изображения.

На спектр света влияют поверхности, от которых он отражается. Если у меня синяя стена, и я направлю на нее белую лампу, я получу синий свет, отражающийся от стены, заполняющий мою комнату. То же самое и с солнечным светом, падающим на световой вал или пол. Например, если вы хотите, чтобы в комнате было тепло, можно окрасить одну поверхность комнаты, которая получает наиболее прямой свет, в теплый цвет, например, в оранжевый. Это очень сильно повлияет на восприятие пространства.

Интенсивность лампы определяет амплитуду волн в спектре.Конечно, чем шире спектр, тем больше энергии требуется для его создания. Поскольку в большинстве случаев спектр не виден сразу, две разные лампы, использующие одну и ту же технологию, могут иметь очень разное потребление энергии.

Стандартная вольфрамовая лампа мощностью 60 Вт

Раньше мы покупали лампы исходя из их мощности. Большинство людей, выросших в прошлом веке, имеют представление о том, что «делает лампа на 40, 60 или 100 Вт». Это основано на характеристиках ламп накаливания, которые, независимо от марки или типа, были одинаковыми во всех областях.Их спектр был великолепен, потребляемая энергия была хорошей мерой светоотдачи, и они были дешевыми. Они просто много ломались, но, эй, они были дешевыми, не так ли? Обратной стороной выражения интенсивности лампы с помощью количества потребляемых ватт является то, что мощность не говорит ничего о том, сколько света что-то производит, а только о том, сколько энергии оно потребляет. Таким образом, для энергоэффективного освещения лампа мощностью 10 Вт может излучать столько же света, сколько традиционная лампа накаливания мощностью 60 Вт.

Именно по этой причине многие производители начали указывать эквивалентную мощность для своих энергосберегающих ламп.Это означает, что лампа может быть продана с такой же мощностью, как лампа накаливания мощностью 60 Вт (около 900 лм), но потребляет только 10 Вт. Хотя это может быть правдой в общем смысле, будьте осторожны, потому что это ничего не говорит о спектре, который, несомненно, будет скомпрометирован.

люмен

Лучше выразить яркость лампы через «Люмен», выраженный как «лм». Люмены — это единица силы света, воспринимаемой человеческим глазом. Это сложение всех длин волн и их интенсивностей.28 Стандартная лампа накаливания 25 Вт 210 Стандартная лампа накаливания 60 Вт 890 25 Вт галоген 250 Компактная люминесцентная лампа мощностью 9 Вт 400-900 Компактная люминесцентная лампа мощностью 15 Вт 900-1200 Светодиодный светильник мощностью 9 Вт 400-900 Натриевая лампа низкого давления 1.000-5.000 +

В некотором смысле люмены являются световым эквивалентом DbA (децибелы, взвешенные по шкале А), мера звукового давления, воспринимаемого человеческим ухом. С 2010 года Европейский Союз требует, чтобы у всех продаваемых лампочек был указан их световой поток. Выше вы найдете небольшую таблицу, в которой перечислены некоторые распространенные типы света и их типичный световой поток.

Световая отдача

Итак, если люмены — хороший способ выразить интенсивность света, то как лучше всего выразить, сколько энергии использует свет? Что ж, для этого ватты — хороший показатель.Таким образом, ватты остаются важными, но только для измерения количества потребляемой энергии. Поэтому имеет смысл выражать эффективность света в люменах на ватт, что означает количество люменов, излучаемых светом на ватт затраченной энергии.

В таблице справа мы также указали диапазон люмен / ватт типичных ламп. Вы можете видеть, что они могут немного отличаться. Этот показатель также называется «светоотдачей» и выражается как «лм / Вт», а также иногда называется световой эффективностью.Это указывает на то, что между лампочкой и розеткой есть другие факторы, о которых мы поговорим через минуту.

Возможно, вам будет интересно узнать, что существует теоретический максимум световой отдачи, который, если задуматься, имеет большой смысл. Поскольку свет — это форма энергии, должна быть ситуация, в которой вся энергия, вложенная в лампу, излучается как видимый свет. Обычно считается, что он составляет 683 лм / Вт и излучает только зеленый свет с длиной волны точно 555 нм, потому что наши глаза наиболее чувствительны к этой длине волны.

Другие аспекты, влияющие на потребление энергии

Есть некоторые другие аспекты, которые могут повлиять на эффективность вашего источника света в зависимости от количества потребляемой мощности. Некоторые из них очевидны, например, поместить лампочку в место, которое блокирует часть ее света, например, за цветным стеклом, внутри абажура и так далее. Другие менее очевидны.

Одной из наиболее важных потерь энергии, связанных с освещением, которые обычно не замечаются, являются трансформационные потери, возникающие при использовании светильников, которые используют другой уровень напряжения или тока, чем то, что выходит из наших настенных розеток, или для электронных балластов.Лампы накаливания работают напрямую от домашней электросети. Однако для КЛЛ и светодиодов обычно требуется схема или трансформатор, чтобы изменить это напряжение до 12 вольт, а также с переменного тока на постоянный (DC). Это преобразование никогда не достигается без потерь энергии, и при плохом трансформаторе эти потери могут быть значительными. Поэтому часто лучше иметь один высококачественный трансформатор, чем много маленьких дешевых. Трансформаторы, особенно дешевые, также могут издавать гудящий шум, и в зависимости от его качества это может реально повлиять на качество жизни.

Для многих современных лампочек, которые вкручиваются в традиционные розетки (дооснащения), трансформатор фактически является частью самой лампочки. В этом случае, особенно когда лампа представляет собой высококачественное устройство, можно ожидать, что потери на преобразование будут минимальными. Тем не менее, трансформатор забирает немного энергии, использует материалы, в некоторых случаях довольно токсичные.

Возраст также влияет на потребление электроэнергии. Не столько в том, что потребление электроэнергии лампами увеличивается с возрастом, но для КЛЛ и светодиодов световой поток с возрастом уменьшается, а потребление электроэнергии — нет.

Выше показано моделирование света, показывающее три различных распределения света на основе файлов IES производителя.

Очень дешевые светодиодные лампы

Это так привлекательно: лампа прослужит 50 000 часов, имеет отличный спектр, не мерцает и очень светоотдача. И если вы увидите в дополнение к этому дешевый, трудно устоять. Это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, и, по нашему опыту, это всегда так. Дешевые светодиоды, зачастую китайского производства, лучше оставить в магазине.Имейте в виду, что есть отличные светодиоды китайского производства, но дешевые немарочные светодиоды обычно имеют маркировку «сделано в Китае» и работают плохо. К счастью, они довольно узнаваемы, независимо от того, откуда они.

У нас было довольно много дешевых светодиодных фонарей, которые подходят прямо в стандартную розетку (дооснащение). Некоторые из них работают хорошо, но мы обнаружили, что некоторые из них не достигают заявленных рейтингов, их энергоэффективность низка, их спектр очень непривлекателен и в целом не представляет привлекательной упаковки даже для своей цены.

Одним из наиболее выделяющихся типов является тип с несколькими светодиодами, в котором группа из 10+ сигнальных светодиодов объединена в одном корпусе, обычно без специальной линзы.

Как и в случае с нашими собственными экспериментами, эти лампы в основном сочетают в себе большой набор очень дешевых сигнальных светодиодов для получения достаточного количества света. Как и в случае с нашими собственными экспериментами: не работает. Поскольку сигнальные светодиоды дешевы, существуют уже давно и производятся очень большими партиями, стоимость этих светодиодов может быть низкой. Специализированные светодиоды для общего освещения, представляющие собой подмножество светодиодов Power в целом, дороги, потому что их сложнее изготовить, а их разработка началась только в последнее десятилетие.Поскольку эти лампы, по сути, представляют собой один большой сигнальный светодиод, и, учитывая, что сигнальные светодиоды являются очень плохими общими источниками света (за исключением вспышек и т.п.), то и эти лампы являются такими же.

Спектр света этих ламп очень узкий, и свет имеет тенденцию быть грязным (желтоватый, холодный и т. Д.). Цветопередача у них очень плохая. Их разброс из-за отсутствия надлежащего отражателя и / или линзы мрачный. Мы храним один из них в нашем офисе, чтобы показать результат из-за неисправного светодиода. За чуть больше денег можно было купить споты из трех powerLED.У них гораздо лучший спектр, схема использования энергии и они лучше выглядят как свет.

Вверху: держитесь от них подальше, если можете.

Светодиодные прожекторы с одиночным питанием

Если вы искали хороший общий прожектор и купили один из них, вы могли бы весело смотреть на свою покупку, как только начнете им пользоваться. Эти пятна имеют один мощный светодиод с прозрачной очень круглой линзой. Хотя эти пятна используются в определенных обстоятельствах, их жесткое распространение, которое больше похоже на сцену, чем на место для дома или офиса, отбрасывает резкие тени на любом расстоянии и имеет довольно грубую отсечку.Это в какой-то мере свойственно его дизайну.

— это точечные источники света, которые требуют какого-то посредника для хорошего распространения, будь то очень хорошая линза, отражатель, несколько светодиодов вместе и обычно их комбинация. Светодиоды с одиночным питанием, похоже, хотят обмануть это, и мы еще не видели хороших результатов от них. Дайте нам знать, если вы найдете тот, который есть.

Одинарный светодиод с прозрачной линзой.

Светодиоды с переменным током

Мы столкнулись с некоторыми светодиодами, которые могут работать от розетки без использования адаптера.Мы приобрели некоторые из них, и хотя их эффективность не была блестящей (50-60 лм / ватт), учитывая отсутствие других потерь мощности в драйвере или трансформаторе, это на самом деле неплохо. Их спектр — один из лучших, которые мы видели рядом с лампами накаливания, и они предоставляют новые свободы, которые мы не считали возможными. Даже их распространение довольно хорошее для встроенного светодиода. Они экономят много материалов и энергии, поскольку не требуют адаптера, а также становятся более надежными.

Лучшим примером этого является линейка светодиодов Acriche LED.Насколько нам известно, это единственные доступные светодиоды переменного тока. Эти светодиоды с одинарной мощностью можно купить на кристалле, а затем использовать в любом удобном для вас приложении. В нашем случае мы использовали их в качестве общего освещения в офисе, дома и рассматриваем вместе с ними различные лампы. Заставить их работать с диммерами непросто, но возможно.

Одна из интересных вещей, которые мы обнаружили, заключается в том, что им удалось заставить это работать, фактически включив два светодиода в один свет.Поскольку переменный ток чередует свой ток, а светодиоды являются диодами и работают только тогда, когда ток течет в одном направлении, два светодиода по очереди мигают с каждой стороны синусоидального тока, вместе производя устойчивые 100 или 120 Гц, что более чем достаточно. убрать любое подобие мерцания даже для чувствительных к нему людей.

Светодиод Acriche с переменным током

Мы надеемся, что вам понравилось читать это руководство, и что оно оказалось полезным для вас. У нас есть множество других руководств, некоторые из которых касаются устойчивости, другие — 3D-визуализации и рендеринга, дизайна и других аспектов, связанных с нашей работой.

Except — это консалтинговая, исследовательская и проектная компания в области устойчивого развития. Мы предлагаем исчерпывающие, интересные и справедливые решения, которые помогают заложить основы устойчивого будущего. Узнайте больше о нас здесь.

Благодарности

Это руководство было полностью написано Except, но его невозможно было бы сделать без участия различных источников. Среди них сотни статей в Википедии. Кто бы смог провести достойное исследование без википедии? Поддержите Википедию, если у вас есть для этого средства.

Многие из использованных изображений были внесены в общественное достояние щедрыми людьми, часто также через Википедию. По возможности источники указываются под изображениями. Если вы считаете, что изображение было неправильно атрибутировано, размещено не в соответствии с его правами на использование или некорректно, свяжитесь с нами, и мы исправим его как можно скорее.

Естественный и искусственный свет — HotaluX, Ltd.

こ の ペ ー ジ で は javascript を 使用 し て い ま す。

Естественный и искусственный свет

Когда солнечный свет направляется через призму на экран, он разделяется на радужный узор на экране. Цвета расположены в этом радужном узоре, начиная с красного, за которым следуют оранжевый, желтый, желто-зеленый, зелено-синий, синий, сине-фиолетовый и, наконец, фиолетовый.Этот образец называется оптическим спектром и представляет собой часть электромагнитного спектра, видимую человеческим глазом. Другие части спектра, невидимые для человеческого глаза, включают инфракрасную часть спектра, которую мы можем ощущать как тепло на коже, и ультрафиолетовую часть спектра, которую можно записать на фотопленку. Эти части спектра используются по-разному. Часть оптического спектра, которую люди воспринимают как наиболее яркую, представляет собой желто-зеленый свет с частотой 555 нм.

Интенсивность света воспринимается как яркость или темнота и служит основой для оценки мозгом уровня освещенности. (См. Стандартную сравнительную таблицу визуальной чувствительности)

Что такое искусственный свет

Источники искусственного света — это источники света, которые искусственно объединяют только необходимые компоненты оптического спектра.Способ комбинирования этих компонентов определяет цветопередачу источника света и тем самым влияет на то, как объекты появляются при освещении источником света.

Три основных цвета света

Искусственный свет можно создать, комбинируя красный (R), зеленый (G) и синий (B) компоненты, как показано на рисунке.
Изменения в соотношениях RGB изменяют характеристики света, поэтому соотношение смеси флуоресцентных веществ RGB является важным моментом, который следует учитывать при создании искусственного освещения.

Трехполосные люминесцентные лампы

HG X

Лампы HG X — это трехполосные люминесцентные лампы, использующие три основных цвета света.Эти яркие лампы были разработаны для обеспечения исключительных характеристик цветопередачи за счет увеличения желто-зеленого компонента, который подчеркивает восприятие яркости по сравнению с обычными люминесцентными лампами, и более тщательного балансирования компонентов света R, G и B.

Почему туннели бесцветные миры?

Оранжевые лампы с парами натрия низкого давления, которые часто используются в туннелях, излучают монохромный оранжевый свет, поэтому ваши глаза воспринимают яркость, но не могут различать цвета.

К началу страницы

Искусственный свет — VisionAware

Как упоминалось ранее, солнце работает по своему собственному графику, а не по вашему, поэтому вам нужно будет принять некоторые решения относительно источников искусственного света.В лучшем случае искусственное освещение должно максимально воспроизводить полный цветовой спектр естественного света (и его теплый оттенок). К счастью, у вас есть несколько жизнеспособных вариантов:

Обзор видео освещения

Флуоресцентное освещение

Если вы посещали государственную школу или стояли в очереди в государственном учреждении, то у вас может сложиться негативное впечатление о флуоресцентном освещении. Долгое время люминесцентные лампы были тусклыми, мерцающими, подчеркивая более темную часть цветового спектра (зеленый, синий, фиолетовый).

Что ж, люминесцентное освещение прошло долгий путь. Полноспектральные или теплые флуоресцентные лампы теперь доступны в нескольких ваттах (10, 14, 20 и 25) и используются в потолочных светильниках и других помещениях, например, под кухонными шкафами. Новые компактные люминесцентные лампы вставляются в обычные патроны и обеспечивают освещение, сравнимое с лампой накаливания без нагрева.

Плюсы: Обеспечивает прохладное, равномерно распределенное освещение — лучше, чем лампы накаливания, для общего освещения комнаты; не создает теней; недорогой и энергоэффективный, обеспечивает прохладное освещение.

Минусы: Наука не решила полностью проблему мерцания, которое может вызывать эффект «стробоскопа»; возможно напряжение глаз и головная боль, если луковицы не накрыты должным образом; нельзя приглушить так же легко, как лампы накаливания.

Использование флуоресцентного освещения Видео

Лампа накаливания

Вероятно, наиболее распространенный и знакомый вариант освещения для дома, лампы накаливания обычно производят «горячий» свет, который подчеркивает красный / оранжевый / желтый конец светового спектра , хотя теперь доступны лампы накаливания полного спектра (см. информацию ниже).Лампы доступны в прозрачной и «мягкой белой» отделке и используются в основном в настольных и торшерах, а также в потолочных светильниках.

Достоинства: Излучает высококонцентрированный свет, который лучше всего подходит для «точечного» освещения для близких рабочих задач, таких как чтение и шитье. Свет очень стабилен (нет флуоресцентного «мерцания»), и им легко управлять с помощью реостата или диммера.

Минусы: Не рекомендуется для общего освещения помещений — создает тени и блики.По мере увеличения мощности увеличивается и количество тепла, что затрудняет длительную работу в тесном контакте. Кроме того, лампы создают участки яркого света в относительно темной комнате — проблема, если ваши глаза не могут легко приспособиться к резким изменениям освещения.

Советы:

• Разместите несколько ламп накаливания в комнате, чтобы создать более равномерный свет.
• Используйте тени, чтобы уменьшить количество бликов.

Использование ламп накаливания Видео

Галогенная лампа

Галогенные лампы подчеркивают красную / желто-зеленую часть светового спектра и создают еще более концентрированный свет, чем обычные лампы накаливания.Этот тип света можно найти в торшерах, трековых светильниках и встраиваемых потолочных светильниках. В общем, галогеновый свет не рекомендуется людям с потерей зрения.

Плюсы: Ярче лампы накаливания; дает больше освещения при меньшей мощности; более энергоэффективны, чем лампы накаливания.

Минусы: Очень жарко; не рекомендуется для длительной тесной работы.Лампочки необходимо часто менять, и они дороже, чем аналогичные лампы накаливания. Лампы излучают больше синего света, чем другие лампы, что, как показывают исследования, может быть вредным для глаз. Может быть пожароопасным.

Использование галогенного освещения Видео

УФ-излучение от низкоэнергетических источников искусственного света

Обзор

Принадлежности Расширять

Принадлежность

• ¹ Отделение фотобиологии, Университет Данди, Данди, Великобритания.

Элемент в буфере обмена

Обзор

Леона Фентон и др. Фотодерматол Фотоиммунол Фотомед. Апрель-июнь 2014 г.

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Принадлежность

• ¹ Отделение фотобиологии, Университет Данди, Данди, Великобритания.

Элемент в буфере обмена

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Энергоэффективные источники света были внедрены в Европе и во многих других странах мира.Наиболее распространенной из них является компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), которая, как было доказано, излучает ультрафиолетовое (УФ) излучение. Светоизлучающие диоды (светодиоды) — это альтернативная технология, которая имеет минимальное УФ-излучение. В этом кратком обзоре суммируются различные энергоэффективные источники света, доступные на рынке, и сравниваются уровни УФ-излучения и последующее воздействие на кожу нормальных людей и тех, кто страдает фотодерматозами.

Ключевые слова: освещение; фотобиология; ультрафиолетовое излучение.

© 2013 John Wiley & Sons A / S. Опубликовано John Wiley & Sons Ltd.

Похожие статьи

• Оценка воздействия энергоэффективного освещения на пациентов с красной волчанкой: пилотное исследование.

  Фентон Л., Доу Р., Ибботсон С., Фергюсон Дж., Силберн С., Мозли Х. Фентон Л. и др. Br J Dermatol.2014 Март; 170 (3): 694-8. DOI: 10.1111 / bjd.12719. Br J Dermatol. 2014 г. PMID: 24617435

• Анализ энергосберегающих ламп для использования светочувствительными людьми.

  Фентон Л., Фергюсон Дж., Мозли Х. Фентон Л. и др. Photochem Photobiol Sci. 2012 августа; 11 (8): 1346-55. DOI: 10.1039 / c2pp25035g. Epub 2012 7 июня. Photochem Photobiol Sci. 2012 г. PMID: 22674231

• Энергосберегающие лампы и их влияние на светочувствительных и нормальных людей.

  Фентон Л., Фергюсон Дж., Ибботсон С., Мозли Х. Фентон Л. и др. Br J Dermatol. 2013 Октябрь; 169 (4): 910-5. DOI: 10.1111 / bjd.12457. Br J Dermatol. 2013. PMID: 23746038

• Состояние разработки продуктов твердотельного освещения и будущие тенденции в области общего освещения.

  Катона TM, Паттисон П.М., Паолини С. Katona TM, et al.Annu Rev Chem Biomol Eng. 2016 7 июня; 7: 263-81. DOI: 10.1146 / annurev-chembioeng-080615-034625. Epub 2016 21 марта. Annu Rev Chem Biomol Eng. 2016 г. PMID: 27023662 Обзор.

• Компактные люминесцентные лампы и риск рака кожи.

  Korgavkar K, Xiong M, Weinstock MA. Коргавкар К. и др. J Cutan Med Surg. 2013 сентябрь-октябрь; 17 (5): 308-12. DOI: 10,2310 / 7750.2013.12115. J Cutan Med Surg. 2013. PMID: 24067849 Обзор.

Процитировано

• Обеззараживание УФ-светом: эффективный и быстрый способ дезинфекции эндоскопов в оториноларингологии?

  Рудхарт С.А., Гюнтер Ф., Даппер Л., Тангавелу К., Герт Ф., Станкович П., Вильгельм Т., Гюнцель Т., Штук Б.А., Хох С.Рудхарт С.А. и др. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2020 август; 277 (8): 2363-2369. DOI: 10.1007 / s00405-020-05978-w. Epub 2020 1 мая. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2020. PMID: 32358650 Бесплатная статья PMC.

• Сравнительный анализ световых характеристик и ультрафиолетового излучения коммерческих компактных люминесцентных ламп и ламп накаливания.

  Азизи М., Голмохаммади Р., Алиабади М.Азизи М. и др. J Res Health Sci. Осень 2016; 16 (4): 200-205. J Res Health Sci. 2016 г. PMID: 28087852 Бесплатная статья PMC.

Условия MeSH

• Сохранение энергетических ресурсов *
• Освещение * / побочные эффекты
• Освещение * / приборы
• Ультрафиолетовые лучи / побочные эффекты *

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Источники полных текстов

• Другие источники литературы

цитировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Каковы принципы работы различных источников искусственного света?

Каковы принципы работы различных источников искусственного света?

Теория света

Свет — это форма лучистой энергии, которая распространяется волнами, состоящими из колеблющихся электрических и магнитных полей.Эти волны имеют как частоту, так и длину, значения которых отличают свет от других форм энергии в электромагнитном спектре.

Видимый свет, который можно увидеть в электромагнитном спектре, представляет собой узкую полосу между ультрафиолетовым светом (УФ) и инфракрасной энергией (тепло). Эти световые волны способны возбуждать сетчатку глаза, в результате чего возникает зрительное ощущение, называемое зрением. Следовательно, для видения необходимы работающие глаза и видимый свет.

Здесь мы проверим принципы работы различных искусственных источников света:

Источник света XED

XED (ксеноновая энергетическая разрядная лампа), принцип работы: газообразный ксенон с возбуждением под высоким напряжением, свободные электроны в электрическом поле лампы получают достаточно энергии для столкновения с атомом, так что он высвобождает больше свободных электронов, которые вызывают непрерывный лавинный разряд газовой лампы. , тем самым высвобождая электромагнитные волны, и в конечном итоге достигают цели газоразрядного света.

Светодиодный источник света

Светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковый источник света, который излучает свет, когда через него протекает ток. Электроны в полупроводнике рекомбинируют с электронными дырками, высвобождая энергию в виде фотонов. Цвет света (соответствующий энергии фотонов) определяется энергией, необходимой электронам для пересечения запрещенной зоны полупроводника. Белый свет получается за счет использования нескольких полупроводников или слоя светоизлучающего люминофора на полупроводниковом устройстве.

Флуоресцентный источник света

Люминесцентная лампа или люминесцентная лампа — это газоразрядная лампа низкого давления на основе паров ртути, в которой флуоресценция используется для получения видимого света. Электрический ток в газе возбуждает пары ртути, которые создают коротковолновый ультрафиолетовый свет, который затем вызывает свечение люминофорного покрытия внутри лампы. Люминесцентная лампа преобразует электрическую энергию в полезный свет намного эффективнее, чем лампы накаливания.Типичная световая отдача люминесцентных систем освещения составляет 50–100 люмен на ватт, что в несколько раз превышает эффективность ламп накаливания с сопоставимой светоотдачей.

Источник света HPS

Натриевая лампа — это газоразрядная лампа, в которой в возбужденном состоянии используется натрий для получения света с характеристической длиной волны около 589 нм. Существуют две разновидности таких ламп: низкого давления и высокого давления. Натриевые лампы низкого давления являются высокоэффективными электрическими источниками света, но их желтый свет ограничивает их применение только для наружного освещения, например, уличных фонарей, где они широко используются.[1] Натриевые лампы высокого давления излучают более широкий спектр света, чем лампы низкого давления, но у них все же хуже цветопередача, чем у других типов ламп. [2] Натриевые лампы низкого давления излучают только монохроматический желтый свет и поэтому препятствуют цветовому зрению в ночное время.

Ртутный источник света

Ртутная лампа — это газоразрядная лампа, в которой для получения света используется электрическая дуга через испаренную ртуть. Дуговый разряд обычно ограничивается небольшой дуговой трубкой из плавленого кварца, установленной внутри большой колбы из боросиликатного стекла.Внешняя колба может быть прозрачной или покрытой люминофором; в любом случае внешняя колба обеспечивает теплоизоляцию, защиту от ультрафиолетового излучения, производимого светом, и удобный монтаж дуговой трубки из плавленого кварца

Источник света накаливания

Лампа накаливания, лампа накаливания или шар накаливания — это электрический свет с проволочной нитью, нагретой до тех пор, пока она не начнет светиться. Нить накала заключена в стеклянную колбу с вакуумом или инертным газом для защиты нити от окисления.Ток на нить накала подается с помощью клемм или проводов, встроенных в стекло. Патрон лампы обеспечивает механическую опору и электрические соединения.

Вибрирующие электрические и магнитные поля различных источников искусственного света различаются, затем лучистая энергия, которая распространяется волнами, различается, наконец, световые спектры различаются ， человек использует эти искусственные источники освещения для необходимого внутреннего и наружного освещения, когда и где есть нет солнечного света или дневного света недостаточно.

как искусственное освещение вредит миру

Летняя ночь у лесного озера в Германии, происходит что-то неестественное. За темными водами, плещущимися у берегов, слабое свечение исходит от колец света, парящих над поверхностью. Рядом покачивающиеся красные фонари — наименее разрушительная часть видимого спектра — выдают присутствие ученых на береговой линии. Они проверяют, что происходит, когда они грабят озерных существ своей ночи.

Этот эксперимент недалеко от Берлина — самый амбициозный из нескольких проектов, проводимых в темных участках сельской местности по всей Европе, созданных за последние несколько лет для исследования того, как световое загрязнение влияет на экосистемы. Проблема вызывает все большее беспокойство исследователей. Хотя многие исследования документально подтвердили, как искусственный свет вредит отдельным видам, его влияние на экосистемы в целом и услуги, которые они предоставляют, такие как опыление сельскохозяйственных культур, менее очевидны. Несколько полевых исследований надеются дать ответы, отслеживая, как сообщества растений и животных реагируют как на прямой свет, так и на более рассеянную неестественную яркость ночного неба, известную как небесное свечение.

Экологи сталкиваются с такими проблемами, как точное измерение света и оценка реакции множества видов. Но первые результаты показывают, что свет в ночное время оказывает повсеместное, долгосрочное воздействие на экосистемы, от побережья до сельскохозяйственных угодий и городских водотоков, многие из которых уже страдают от других, более известных форм загрязнения. «Это важное слепое пятно», — говорит Стив Лонг, биолог растений из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и редактор журнала Global Change Biology .«Сейчас мы много знаем о последствиях роста выбросов CO ₂ », — говорит он. «Но насколько велико влияние светового загрязнения? Мы делаем ставку на свое будущее в том, что делаем с окружающей средой ».

В 1950-х годах голландский физиолог Франс Верхейен начал изучать, как свет привлекает животных и влияет на их поведение. А в течение 1970-х годов в литературе стало появляться больше биологических наблюдений за воздействием света. Но потребовалось два биогеографа с нестандартным мышлением — Кэтрин Рич, президент Urban Wildlands Group в Лос-Анджелесе, Калифорния, и Трэвис Лонгкор, ныне работающий в Университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, — чтобы увидеть связи между ними и организовать конференцию в 2002 г., за которой последовала книга Экологические последствия искусственного ночного освещения (Остров, 2006 г.), в которой указывается, насколько далеко простираются усики освещенной ночи.

Для подавляющего большинства организмов — будь то человек, таракан или пучок планктона — круговорот света и тьмы является влиятельным регулятором поведения. Он является посредником в ухаживании, размножении, миграции и многом другом. «С тех пор, как появилась жизнь, Земля резко изменилась, но всегда были светлые дни и темные ночи», — говорит Кристофер Киба, физик из Немецкого исследовательского центра наук о Земле в Потсдаме. «Когда вы меняете его, у вас возникает опасение, что он может многое испортить».

Темпы этого изменения увеличиваются. Поразительные снимки из космоса за последние два десятилетия показывают, насколько исчезает ночь. По оценкам, более одной десятой площади суши планеты в ночное время освещается искусственным светом ¹ — и этот показатель возрастает до 23%, если учесть небесное свечение ² . Площадь искусственно освещенных открытых площадок увеличивалась на 2% ежегодно с 2012 по 2016 год. Неожиданной движущей силой тенденции является повсеместная установка светодиодов (LED), популярность которых растет, поскольку они более энергоэффективны. чем другие луковицы.Они, как правило, излучают белый свет широкого спектра, который включает большинство частот, важных для мира природы.

Эта тенденция оказала сильное влияние на некоторые виды; огни хорошо известны, например, для того, чтобы дезориентировать перелетных птиц и морских черепах. Ученые также обнаружили, что исчезающая темнота нарушает поведение сверчков, бабочек и летучих мышей и даже увеличивает передачу болезней среди птиц.

Вероятно, наиболее смертоносные последствия наблюдаются для насекомых — жизненно важных источников пищи и опылителей во многих экосистемах.Оценка воздействия уличных фонарей в Германии показала, что свет может уничтожить более 60 миллиардов насекомых за одно лето ⁴ . Некоторые насекомые летят прямо в лампы и шипят; некоторые рушатся после того, как часами кружили над ними.

Меньшее количество исследований изучали растения, но те, которые проводились, предполагают, что свет тоже мешает им. В исследовании, проведенном в Соединенном Королевстве ⁵ , ученые взяли 13-летний рекорд времени раскрытия почек на деревьях и сопоставили его со спутниковыми снимками ночного освещения.После учета городского тепла они обнаружили, что искусственное освещение было связано с тем, что деревья распускали свои почки более недели назад — величина, аналогичная прогнозируемой для глобального потепления на 2 ° C. Исследование ферм по выращиванию сои в Иллинойсе ⁶ показало, что свет от соседних дорог и проезжающих машин может задерживать созревание урожая на срок до семи недель, а также снижать урожайность.

Эффекты экосистемы

Теперь приходят результаты некоторых амбициозных экспериментов.Один из крупнейших — полевой эксперимент в Нидерландах, где в восьми местах в заповедниках и темных местах установлено несколько рядов уличных фонарей. Строки разного цвета — зеленый, красный, белый, контрольный ряд выключен — и идут от луга или поля вереска к лесу ⁷ . Вот уже шесть лет ученые и волонтеры используют фотоловушки для наблюдения за деятельностью мелких млекопитающих; автоматические детекторы летучих мышей для записи эхолокационных звонков; противотуманные сети для отлова птиц; и гнездовые ящики для оценки сроков и успешности размножения.Ботаники изучают растительность под лампами.

Карта яркости ночного неба над Европой, где черный цвет означает чистое небо, а красные области в 5-10 раз ярче. Фото: Ref. 2

Команда нашла физиологические доказательства пагубного воздействия светового загрязнения на здоровье диких животных. Певчие птицы, населявшие белый свет, были беспокойны всю ночь, меньше спали и имели метаболические изменения, которые могли указывать на ухудшение здоровья ⁸ .В рамках проекта также изучалось, как свет влияет на летучих мышей, которые разбогатели из-за взрыва искусственного освещения. Некоторые виды, такие как обыкновенный конек ( Pipistrellus pipistrellus ), пируют на буфете насекомых, которых они находят кружащимися лампами. Другие, пугливые, летучие мыши потеряли среду обитания и исчезли из некоторых мест. В исследовании, проведенном в Нидерландах, красный свет не повлиял ни на один из видов летучих мышей ⁹ , что означает, что он может быть использован вместо белого.

Но эксперимент привел к некоторым загадочным результатам. Несколько городских исследований показали, что искусственный свет ночью заставляет певчих птиц петь раньше днем. Поскольку самки, как правило, выбирают рано поющих самцов, смещенный утренний хор может повлиять на то, какие птицы будут воспроизводить потомство. Но команда в Нидерландах не обнаружила никакого воздействия ни на один из 14 видов певчих птиц ¹⁰ . Возможно, освещение было слишком слабым, чтобы вызвать эффект — оно откалибровано для отражения уровня на проселочных дорогах и велосипедных дорожках, а не на ярком свете городского парка.

Оба типа результатов полезны для местных органов власти, говорит Камиэль Споэльстра, биолог из Нидерландского института экологии (NIOO-KNAW) в Вагенингене, который возглавляет проект. Выводы его команды включаются в голландские правила по наружному освещению. Например, по его словам, некоторые районы, стремящиеся поддержать местные популяции летучих мышей, перешли на красный свет, и он ожидает, что эта тенденция усилится.

Цветной свет также украшает луга на юго-западе Англии, где проект, известный как Ecolight, ищет доказательства «каскадных эффектов» ‚в которых влияние света на один вид оказывает влияние на экосистему.

Светящиеся кубы, используемые Ecolight, могут быть ошибочно приняты за художественную инсталляцию. Ученые под руководством Кевина Гастона, специалиста по биоразнообразию и охране природы из Университета Эксетера, Великобритания, только что завершили исследование 54 искусственных сообществ пастбищ. В некоторых кубиках жуки, слизни, гороховая тля и 18 видов растений валялись вместе за 5 лет, изолированные от внешнего мира. Другие ящики были проще — содержали только растения и травоядные или только растения. Ночью некоторые были освещены белым светом, некоторые — янтарем, а некоторые просто видели необработанное небо.

Воздействие света на луга важно, отчасти потому, что придорожная трава служит убежищем и коридорами для диких животных в населенных пунктах. Ученые обнаружили, что янтарный свет и, в меньшей степени, белый цвет подавляют цветение у трилистника ( Lotus pedunculatus ) ¹¹ . И в залитых янтарем ящиках был каскадный эффект. В течение августа, когда гороховая тля переходит от поедания побегов к питанию цветочными головками, их численность упала, предположительно из-за того, что их корма была менее обильной.«Я думаю, что это первое экспериментальное свидетельство сильного восходящего эффекта воздействия искусственного света», — говорит Гастон. В своей последней, неопубликованной работе команда раскрывает дальнейшие эффекты, которые распространяются на хищников в системах.

Другой сложный эксперимент, проведенный в заповеднике с темным небом в природном парке Вестхэвелланд в Германии, показал, что эти каскадные эффекты могут распространяться на соседние экосистемы. Уличные фонари, установленные возле залитых водой канав, заманивают водных насекомых из воды ¹² , — говорит Франц Хёлькер, экогидролог из Института пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водоемах им. Лейбница в Берлине.Насекомые стекаются к лампам, истощаются и становятся пищей для ближайших хищников. Между тем, по его словам, внутренние районы, которые в противном случае могли бы быть посещены насекомыми, лишены важного источника пищи.

Исследования, подобные этим, которые раскрывают такие взаимосвязи в хорошо контролируемых небольших исследованиях, означают, что «эти воздействия с большей вероятностью будут серьезно восприняты в полевых условиях и регулирующими органами, рассматривающими воздействия от освещения», — говорит Лонгкор.

Искусственный свет также может оказывать влияние на экосистемные услуги — выгоды, которые экосистемы приносят человеку.Исследование, опубликованное в прошлом году в журнале Nature , показало, что освещение швейцарских лугов остановило ночных насекомых, опыляющих растения ¹³ . Команда под руководством Евы Кноп из Института экологии и эволюции Бернского университета обнаружила, что количество посещений растений насекомыми при искусственном освещении сократилось почти на две трети, и дневное опыление не могло компенсировать это: растения производили на 13% меньше фрукты. Команда Кнопа прогнозирует, что эти изменения могут распространиться на сообщество дневных опылителей за счет сокращения количества доступной пищи.«Это очень важное исследование, которое ясно демонстрирует, что искусственное освещение в ночное время представляет угрозу для опыления», — говорит Хёлькер.

Световое небо

Большая часть Земли остается свободной от прямого искусственного света, но небесное свечение — свет, который рассеивается обратно на Землю аэрозолями и облаками, — более распространен. Он может быть настолько слабым, что люди его не видят, но исследователи говорят, что он все еще может угрожать 30% позвоночных и 60% беспозвоночных, ведущих ночной образ жизни и чрезвычайно чувствительных к свету.

Skyglow «почти наверняка» влияет на биоразнообразие, говорит Гастон, потому что уровень намного превышает пороговые значения для запуска многих биологических реакций. И все же, по его словам, «на самом деле довольно сложно провести окончательное исследование».

Этот эксперимент на пастбищах подтверждает идею о том, что красный свет относительно благоприятен для диких животных. Предоставлено: Камиэль Споэльстра / NIOO-KNAW

Вот где начинается эксперимент с лесом и озером. Светящиеся круги света парят над цилиндрами, погруженными в озеро Стехлин, воссоздавая свечение неба.Это работа физика из Лейбница Андреаса Йехова, которому пришлось найти способ создать низкоуровневое, равномерное освещение, не блокируя дневной свет и не затрудняя доступ ученых. Он и его команда достигли этого, используя самые современные инструменты фотоники, такие как усовершенствованная модель трассировки лучей. «Как биологи мы были слишком невежественны в отношении сложности света как физического явления», — говорит Марк Гесснер, директор проекта, известного как The LakeLab, и соруководитель его проекта искусственного освещения под названием ILES (Illuminating Lake Ecosystems). .Он добавляет, что в прошлом в некоторых экспериментах даже не учитывался тот факт, что Луна движется по небу.

Идея ILES заключалась в том, чтобы расширить результаты известного исследования зоопланктона, который днем ​​живет в глубокой темной воде, а ночью мигрирует на мелководье, чтобы пастись на водорослях. Считается, что это движение является крупнейшей миграцией биомассы в мире. Исследование ¹⁴ в озерах недалеко от Бостона, штат Массачусетс, в конце 1990-х годов показало, что небесное свечение снижает подъем зоопланктона на 2 метра, а количество поднимающихся организмов — на 10–20%.Это изменение поведения может быть непризнанной движущей силой фундаментальных процессов в озере, таких как цветение водорослей.

В ILES 24 цилиндра — каждый по 9 метров в диаметре — выглядят с поверхности как рыбная ферма. Освещая их различными уровнями «небесного свечения» и измеряя распределение крошечного планктона с помощью видеокамер, ученые обнаружили, что небесное свечение не оказывает значительного влияния на движение зоопланктона. «У нас может измениться схема миграции, но я пока не уверен в этом», — говорит Гесснер.«Однако если есть эффект, похоже, он не тот глубокий, которого мы ожидали».

Неожиданный результат типичен для этих сложных исследований. Гесснер отмечает, что их эксперимент завершил только свой первый сезон. «Может быть, нам не нужно беспокоиться или, может быть, нам нужно меньше беспокоиться — мы не знаем, по крайней мере, в том, что касается воздействия небесного свечения на озера», — говорит он.

Светлое будущее

«Это медленная и кропотливая работа, но по мере накопления доказательств ее области объединяются», — говорит Гастон.«За последние два или три года мы увидели резкое улучшение уровня нашего понимания», — говорит он.

Тем не менее, есть улучшения. Даже измерить экспозицию сложно. В полевых условиях трудно измерить свет, получаемый организмом; например, птица может скрыться в тени ближайшего дерева, чтобы избежать освещения. Поэтому некоторые ученые попытались привязать к птицам светомеры, чтобы лучше понять дозировку.

По мере того, как результаты просачиваются, одна вещь, которая одновременно разочаровывает и вдохновляет экологов, — это то, что лекарство уже под рукой.

Longcore сейчас собирает опубликованные данные о том, как разные виды, такие как буревестники и морские черепахи, реагируют на разные части спектра, и сопоставляет результаты со спектрами, излучаемыми различными типами освещения. Он хочет сообщить решения об освещении — например, какой тип лампы использовать на мосту, а какой на морском курорте.

Инженеры и экологи знают, что хорошо продуманное освещение может выполнять свою задачу, не «распыляя свет в небо», как говорит Киба.Светодиоды можно настроить так, чтобы они светили в определенных частях спектра, затемняли и выключались удаленно. «Я вижу, — говорит Киба, — что через 30 лет улицы будут хорошо освещены — лучше, чем сегодня, — но мы будем использовать одну десятую света».

Это было бы отличной новостью для экологических систем, говорит Хёлькер, потому что темнота — одна из самых глубоких сил, формирующих природу. «Половина земного шара всегда темна», — говорит он. «Ночь — это половина дела».