Сравнение лампы накаливания, компактной люминесцентной и светодиодной ламп по температуре нагрева и потребляемой мощности

Современный рынок осветительных приборов сегодня представлен не только разнообразными светильниками, но и источниками света. Одними из самых старых лампочек современности являются лампы накаливания (ЛН).

Даже беря во внимание то, что сегодня существуют более совершенные источники света, лампы накаливания все еще широко используются людьми для освещения различного рода помещений. Здесь мы рассмотрим такой важный параметр данных ламп, как температура нагрева при работе, а также цветовая температура.

Особенности источника света

Лампы накаливания представляют собой самый первый источник электрического света, который был изобретен человеком. Данная продукция может иметь разную мощность (от 5 до 200 Вт). Но наиболее часто используются модели на 60 Вт.

Обратите внимание! Самый большой минус ламп накаливания – высокое потребление электроэнергии. Из-за этого с каждым годом уменьшается число ЛН, которые активно используются в качестве источника света.

Перед тем, как приступать к рассмотрению таких параметров, как температура нагрева и цветовая температура, необходимо разобраться в конструкционных особенностях подобных ламп, а также в принципе ее работы. Лампы накаливания в ходе своей работы преобразует электрическую энергию, проходящую по вольфрамовой нити (спирали) в световую и тепловую. На сегодняшний день излучение, по своей физической характеристике, делится на два типа:

Устройство лампы накаливания

• тепловое;
• люминесцентное.

Под тепловым, которое характерно для ламп накаливания, подразумевается световое излучение. Именно на тепловом излучении основано свечение электрической лампочки накаливания. Лампы накаливания состоят из:

• стеклянной колбы;
• тугоплавкой вольфрамовой нити (часть спирали). Важный элемент всей лампы, так как при повреждении нити лампочка перестает светиться;
• цоколя.

В процессе работы таких ламп происходит повышение t0 нити из-за прохождения через нее электрической энергии в виде тока. Чтобы избежать быстрого перегорания нити в спирали, из колбы выкачивают воздух. Обратите внимание! В более продвинутых моделях ламп накаливания, коими является галогеновые лампочки, вместо вакуума в колбе закачан инертный газ. Установка вольфрамовой нити происходит в спираль, которая закреплена на электродах. В спирали нить находится посередине. Электроды, к которым происходит установка спирали и вольфрамовой нити, соответственно, припаиваются к разным элементам: один к металлической гильзе цоколя, а второй – к металлической контактной пластине. В результате такой конструкции электрической лампочки, ток, проходя через спираль, вызывает нагрев (повышение t0 внутри колбы) нити, так как он преодолевает ее сопротивление.

Несколько слов о конструкции

LED-лампы представляют собой сложный электронный прибор, конструкция которого делится на несколько частей:

• Рассеиватель. Представляет собой стеклянную или пластиковую колбу, которая служит для равномерного рассеивания светового потока.
• Чипы – излучающие свет диоды.
• Печатная плата – площадка, на которой смонтированы светодиоды. Выполняется из материала с высоким показателем теплопроводности.
• Радиатор – конструкция из материала с высокой теплопроводностью. Служит для отвода тепла.
• Драйвер – блок питания светодиодов, служит для преобразования переменного напряжения 220 вольтовой электросети в питание, необходимое для нормальной работы светодиодов.
• Цоколь – немаловажный элемент, служащий для соединения лампочки с ламповым патроном.

Из конструкции видно, что светодиодные лампы греются, а для отвода выделяемого тепла устанавливается радиатор из специального материала с высокой теплопроводностью.

Радиатор в LED-лампочке предназначен для отвода тепла от единственной нагревающейся ее части – группы светодиодов. В данном световом приборе не греются ни колба, ни цоколь (при условии нормального контакта с патроном). Выделение тепловой энергии происходит лишь на кристаллах светодиодов, от них и отводится тепло.

Принцип работы лампочки

Работающая лампа накаливания

Нагрев ЛН во время работы происходит из-за конструкционных особенностей источника света. Именно из-за сильного нагрева во время работы время эксплуатации ламп значительно уменьшается, что делает их сегодня не такими выгодными. При этом из-за нагрева нити происходит повышение t0 самой колбы.

Принцип работы ЛН основывается на преобразовании электрической энергии, которая проходит через нити спирали, в световое излучение. При этом температура разогретой нити может достигать 2600- 3000 оС.

Обратите внимание! Температура плавления для вольфрама, из которого изготовлены нити спирали, составляет 3200-3400 °С. Как видим, в норме температура нагрева нити не может привести к началу процесса плавления.

Спектр ламп при таком строении заметно отличается от спектра дневного света. Для такой лампы спектр излучаемого света будет характеризоваться преобладанием красных и желтых лучей. Стоит отметить, что колбы у более современных моделей ЛН (галогеновых) не вакуумируются, а также не содержат в своем составе спиральной нити. Вместо нее внутрь колбы закачивают инертные газы (аргон, азот, криптон, ксенон и аргон). Такие конструкционные усовершенствования привели к тому, что температура нагрева колбы во время работы несколько уменьшилась.

Устройство лампы накаливания

Основные детали, из которых состоит конструкция ЛН это-цоколь, сосуд, электроды, держатели для ниток накаливания, тело накаливания, контакты и изоляция. На рисунке 10 можно увидеть строение лампочки.

Перед покупкой лампы желательно получить консультацию специалиста. Не рекомендуется отдавать выбор неизвестному производителю, так как могут попасться бракованные изделия, которые не будут работать положенный срок, или вообще разорвутся под напряжением. Качественные производители всегда дают гарантию не менее 30 дней на лампы накаливания. Покупатель имеет полное право обмена изделия или возврата средств, если работа лампы была менее 10 часов или она перегорела моментально.

В заключении нужно отметить, что лампы накаливания уже давно перестали быть популярными среди людей. Однако необходимо подчеркнуть, что среди таких изделий есть огромный выбор, для машин, уличного освещения, самолетов и так далее. К сожалению, ЛН нельзя использовать вблизи изделий, изготовленных из дерева. Так как иногда бывает сильный нагрев и разрыв спирали, из-за чего может возникнуть чрезвычайная ситуация.

Преимущества и недостатки источника света

Несмотря на то, что сегодня рынок источников света изобилует самыми разнообразными моделями, лампы накаливания на нем встречаются еще достаточно часто. Здесь можно найти изделия на различное количество Вт (от 5 до 200 Вт и выше). Самыми востребованными лампочками являются от 20 до 60 Вт, а также 100 Вт.

Ассортимент выбора

ЛН продолжают достаточно широко использоваться потому, что у них имеются свои преимущества:

• при включении зажигание света происходит практически мгновенно;
• небольшие габариты;
• низкая стоимость;
• модели, внутри колбы которых имеется только вакуум, являются экологически чистой продукцией.

Именно такие достоинства и обусловили то, что ЛН еще являются достаточно востребованными в современном мире. В домах и на производстве сегодня легко можно встретить представителей данной осветительной продукции на 60 Вт и выше. Обратите внимание! Большой процент использования ЛН относится к промышленности. Зачастую здесь используются мощные модели (200 Вт). Но лампы накаливания имеют и достаточно внушительный перечень недостатков, к которым можно отнести:

• наличие слепящей яркости света, исходящего от ламп в процессе работы. В результате этого требуется использование специальных защитных экранов;
• во время работы наблюдается нагревание нити, а также самой колбы. Из-за сильного нагрева колбы при попадании на ее поверхность даже незначительного количества воды, возможен взрыв. Причем нагревание колбы происходит у всех лампочек (хоть на 60 Вт, хоть ниже или выше);

Обратите внимание! Увеличение нагрева колбы еще несет в себе определенную степень опасности травмироваться. Повышенная температура стеклянной колбы, при прикосновении к ней незащищенными участками кожи, может вызвать ожог. Поэтому такие лампы не стоит ставить в те светильники, к которым может легко дотянуться ребенок. Кроме этого повреждение стеклянной колбы может вызвать порезы или спровоцировать другие травмы.

Накал вольфрамовой нити

• высокое потребление электроэнергии;
• при выходе из строя не поддаются ремонту;
• низкий срок эксплуатации. Лампы накаливания быстро выходят из строя по причине того, что в момент включения или выключения света нить спирали может повредиться из-за частого нагрева.

Как видим, использование ЛН несет в себя гораздо больше минусов, чем плюсов. Самыми главными недостатками лап накаливания считается нагрев из-за повышения температуры внутри колбы, а также высокое потребление электроэнергии. Причем это касается всех вариантов ламп с мощностью от 5 до 60 Вт и выше.

Откуда берется и куда расходуется тепловая энергия

Подобно большинству известных осветительных приборов, у светодиодных аналогов коэффициент преобразования энергии в полезную излучаемую мощность меньше 100 процентов – колеблется в пределах 30-40%. Причины этому скрыты в особенностях устройства и функционирования излучающих элементов этого класса. Чтобы разобраться, куда расходуется подавляющая часть энергии, следует ознакомиться с тонкостями происходящих внутри светодиодов преобразовательных процессов.

В основу их работы заложены физические принципы, сильно отличающиеся от тех процессов, что наблюдаются в люминесцентных или обычных лампах накаливания. LED лампочки не нагреваются в прямом смысле этого слова. Они не рассеивают тепловую энергию в окружающее пространство, так как расходуют ее на подогрев внутреннего кристалла излучателя.

Если целенаправленно не отводить тепло от полупроводникового перехода, кристалл элемента в определенных условиях рискует перегреться, а затем полностью выгореть. Поэтому приборы, входящие в состав мощных светодиодных изделий, нуждаются в специальном отводе тепла. Конструкцией LED светильников с размещенными в них отдельными лампочками предусматривается специальная подложка, выполняющая эту функцию. Такой прием позволяет с высокой степенью вероятности сохранить светодиоды в целостности и продлить время их службы.

Важные параметры оценки

Одним из наиболее важных параметров работы ЛН является световой коэффициент. Этот параметр имеет вид отношения мощности излучения видимого спектра и мощности потребленной электроэнергии. Для данной продукции это достаточно малая величина, которая не превышает 4%. То есть, для ЛН характерна низкая светоотдача. К другим важным параметрам работы можно отнести:

• световой поток;
• цветовая t0 или цвет свечения;
• мощность;
• срок службы.

Рассмотрим первые два параметра, так как со сроком службы мы разобрались в предыдущем пункте.

Световой поток

Световой поток представляет собой физическую величину, которая определяет количество световой мощности в конкретном потоке излучения света. Кроме этого здесь имеется еще один важный аспект, как световая отдача. Она определяет для лампы отношение излучаемого лампочкой светового потока к мощности, которую она потребляет. Световая отдача измеряется в лм/Вт.

Обратите внимание! Световая отдача служит показателем экономичности и эффективности источников света.

Таблица светового потока и световой отдачи ламп накаливания

Как видим, для нашего источника света вышеперечисленные величины находятся на низком уровне, что свидетельствует об их небольшой эффективности.

Цвет свечения лампочек

Цветовая температура (t0) также является важным показателем. Цветовая t0 представляет собой характеристику хода интенсивности светового излучения лампочки и является функцией длины волны, определенной для оптического диапазона. Данный параметр измеряется в кельвинах (К).

Цветовая температура для лампы накаливания

Стоит отметить, что цветовая температура для ЛН находится примерно на уровне 2700 К (для источников света с мощностью от 5 до 60 Вт и выше). Цветовая t0 ЛН находится в красной и тепловой оттеночной области видимого спектра. Цветовая t0 полностью соответствует степени нагревания вольфрамовой нити, что не дает возможность ЛН быстро выйти из строя.

Обратите внимание! Для других источников света (например, светодиодные лампочки) цветовая температура не отображает степень их прогрева. При параметре нагрева ЛН в 2700 К светодиод прогреется всего лишь на 80ºС.

Таким образом, чем больше будет мощность ЛН (от 5 до 60 Вт и выше), тем больше будет происходить нагревание вольфрамовой нити и самой колбы. Соответственно, тем больше будет цветовая t0. Ниже приведена таблица, по которой можно сравнить эффективность и потребление мощности разных видов лампочек. В качестве группы контроля, с которой ведется сравнение, здесь взяты ЛН мощностью от 20 до 60 и до 200 Вт.

Сравнительная таблица мощностей разных источников света

Как видим, лампы накаливания по данному параметру значительно проигрывают в плане потребления мощности другим источникам света.

Переходники для цоколей

Переходники предназначены для установки ламп с отличающимися стандартами цоколей, например, если нужно в мощный промышленный патрон вкрутить обычную квартирную лампочку. Существуют и переходники, позволяющие использовать лампочки другой формы.

Разновидность цоколя, напряжение и мощность лампочки — ее важнейшие технические характеристики. Их учитывают, покупая осветительный прибор. Напряжение обычно стандартное — 220 вольт. Мощность пользователь выбирает на свое усмотрение. С крепежом же придется повозиться.

Если вы приобретаете лампочку для люстры, то обязательно следует выяснить типоразмер патрона. Если его не удается определить визуально, то информацию о типе цоколя можно узнать в технической документации на светильник.

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Плюсы и минусы использования Цветовая температура лампы накаливания и галогенной лампы — примерно 2800К, он считается более комфортным и привычным и лучше всего подходит для спален и гостиных, создавая традиционно теплое и уютное ощущение в этих комнатах. Спрашивайте, я на связи!

Светотехника и цвет свечения

В светотехнике важнейшим параметром для источника света является его цветовая t0. Благодаря ей можно определить цветовую тональность и цветность источников света.

Варианты цветовой температуры

Цветовая t0 лампочек определяется цветовой тональностью и бывает трех видов:

• холодной (от 5000 до 120000К);
• нейтральной (от 4000 до 50000К);
• теплой (от 1850 до 20000К). Его дает стеариновая свеча.

Обратите внимание! Рассматривая цветовую температуру ЛН, следует помнить, что она не совпадает с реальной тепловой температурой изделия, которая ощущается при прикосновении к ней рукой.

Для ЛН цветовая температура располагается в диапазоне от 2200 до 30000К. Поэтому они могут иметь излучение, близкое к ультрафиолетовому.

Как это работает в обычной жизни

Рассматриваемый показатель влияет не только на качество освещения, но и на восприятие обстановки человеком и даже на его самочувствие. Если помнить несколько аспектов и придерживаться их, можно добиться лучшего эффекта без особых проблем.

Как зависит восприятие

90% информации об окружающем мире человек получает через зрение. Поэтому от освещения во многом зависит восприятие обстановки. Цветовая температура позволяет оформить помещение так, как это нужно в той или иной ситуации:

1. Теплый свет, в Кельвинах обычно показатель составляет 2800-3200, идеально подойдет для спальни или зоны отдыха. Он настраивает на спокойный лад, помогает расслабиться и хорошо отдохнуть.
2. Естественные оттенки (около 4000) создают условия, при которых можно и работать, и отдыхать. Нейтральный вариант обеспечивает наилучшую цветопередачу, при этом излишне не напрягает зрение.
3. Холодные тона (больше 6000) создают хорошие условия для точных работ. Но при этом длительное нахождение в таких условиях нежелательно. Этот вариант часто применяют при оформлении витрин.