5.1

Cap. 5 Lămpi electrice Problematica - lămpi cu incandescenŃă- de uz general

- cu halogeni(cu ciclu regenerator) - lămpi fluorescente - tubulare, trifosfor - compacte - lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune - cu balon fluorescent - cu lumină mixtă - cu ioduri metalice - lămpi cu vapori de sodiu - de joasă presiune - de înaltă presiune - lămpi fără electrozi - lampa cu inducŃie - lampa cu microunde (cu sulf) - sisteme de iluminat cu conducte de lumină (tuburi de lumină) - etichetarea energetică Lămpile electrice utilizate în instalaŃiile de iluminat pot fi grupate în următoarele categorii principale: incandescente normale (de uz general), incandescente cu halogeni, fluorescente (tubulare, compacte), cu mercur de înaltă presiune (cu balon fluorescent, cu lumină mixtă, cu halogenuri metalice), cu sodiu (de joasă presiune, de înaltă presiune), fără electrozi (cu inducŃie - cu mercur, cu microunde - cu sulf). Lămpile sunt diferenŃiate prin construcŃie, funcŃionare, caracteristici (eficacitatea luminoasă, durata de viaŃă, deprecierea fluxului luminos, proprietăŃile colorimetrice), alimentare. Eficacitatea luminoasă a unei lămpi se exprimă în lumen pe watt (lm/W) şi reprezintă raportul între fluxul luminos emis de lampă ("flux luminos iniŃial", după 100 ore de funcŃionare) şi puterea electrică consumată (în cazul lămpilor cu descărcări, fără luarea în considerare a pierderilor electrice în echipamentul auxiliar).

Exemplu. O lampă fluorescentă emite 3000 lm şi consumă 40 W, iar balastul său consumă 10 W; eficacitatea luminoasă a lămpii este 3000/40=75 lm/W iar a sistemului lampă-balast este 3000/(40+10)=60 lm/W.

Durata de viaŃă şi deprecierea fluxului luminos emis se referă la grupuri de lămpi şi se determină în condiŃii standard de testare. Durata de viaŃă este: (a) pentru lămpile cu incandescenŃă - numărul de ore de funcŃionare în care se deteriorează 50% din lămpile grupului testat; (b) pentru lămpile cu descărcări - numărul de ore de funcŃionare în care fluxul luminos emis (sau eficacitatea luminoasă) scade la un procent dat (în general 70%) faŃă de valoarea iniŃială (după 100 ore de funcŃionare). Uneori se utilizează ambele noŃiuni, sub denumirea de "durată de supravieŃuire", respectiv "durată de viaŃă economică" (în care se obŃine o cantitate de lumină cu un consum optim de energie). Deprecierea fluxului luminos pe durata de viaŃă se datorează "îmbătrânirii" lămpii şi este cauzată de mai mulŃi factori. Aceste două caracteristici sunt stabilite de fiecare producător în parte şi sunt incluse în cataloagele de prezentare. În tabelul 5.6 sunt date valori informative pentru lămpile electrice de uz general, cu menŃionarea ambelor durate de viaŃă pentru lămpile cu descărcări. În condiŃii reale de funcŃionare, caracteristicile menŃionate au valori inferioare celor standard, datorită unor factori externi ca variaŃii de tensiune, frecvenŃă de conectare, vibraŃii, temperatura mediului ambiant, tipul balasturilor. ProprietăŃile colorimetrice sunt descrise prin temperatura de culoare corelată a lămpii (culoarea aparentă a radiaŃiei emise) - tabelul 5.1 şi indicele de redare a culorii (calitatea unei lămpi de a asigura unui obiect iluminat culoarea sa naturală), caracteristici ce determină încadrarea lămpii într-o anumită categorie specifică - tabelul 5.2. 5.1 Lămpi cu incandescenŃă

5.2

a. Lămpi cu incandescenŃă de uz general - LIG ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Lampa (fig. 5.1) este alcătuită din filamentul de wolfram spiralat, suporturile de alimentare şi fixare a filamentului, balonul de sticlă, gazul de umplere şi soclul. Filamentul încălzit electric la o temperatură suficient de mare (2800 ... 3000 K) emite o radiaŃie cuprinsă parŃial în domeniul vizibil al spectrului. Cu cât mai ridicată este temperatura filamentului, cu atât mai mare este atât procentul de radiaŃie vizibilă cât şi eficacitatea luminoasă a lămpii. Particulele de wolfram ce se evaporă de pe filament în timpul funcŃionării se depun pe balonul de sticlă. Durata de viaŃă este determinată de ruperea filamentului, subŃierea acestuia şi înnegrirea balonului de sticlă conducând la scăderea fluxului luminos emis. Evaporarea filamentului este redusă prin umplerea balonului de sticlă cu un gaz inert sau amestec de gaze (uzual, argon şi azot). Balonul de sticlă poate fi clar, mat, opal, colorat sau oglindat. Soclul este de tip filet sau baionetă. În unele aplicaŃii restrânse se folosesc lămpi cu incandescenŃă tubulare de formă liniară, cu filament axial şi alimentare la unul sau ambele capete ale tubului.

Figura 5.1 Lampa cu incandescnŃă Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu incandescenŃă de uz general - LIG au: - puterea nominală între 15 ... 2000 W, majoritatea fiind între 25 ... 200 W; - eficacitatea luminoasă între 8 ... 20 lm/W, maximul teoretic de 53 lm/W obŃinându-se la temperatura de topire a wolframului de 3655 K (eficacitatea luminoasă creşte cu puterea lămpii: 15 W - 8 lm/W; 100 W - 14 lm/W; 2000 W - 20 lm/W); - durata de viaŃă de 1000 ore, cu o depreciere a fluxului luminos de circa 20%; - luminanŃă mare, de ordinul a (200 ... 1200) ·104 nt, reducerea ei fiind posibilă prin utilizarea baloanelor mate sau opale. Temperatura de culoare scăzută de circa 2800 K şi radiaŃia ce acoperă întregul spectru vizibil conferă acestei lămpi o excelentă culoare aparentă şi o foarte bună redare a culorilor (având Ra = 100). Aprinderi şi stingeri repetate la scurte intervale de timp nu afectează durata de viaŃă a lămpii. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos este posibil fără restricŃii, însă trebuie avut în vedere că o lampă alimentată cu tensiune scăzută va avea şi o temperatură a filamentului mai scăzută (ceea ce este echivalent cu o temperatură de culoare şi o eficacitate reduse, dar o durată de viaŃă mărită). VariaŃia tensiunii de alimentare influenŃează puternic caracteristicile lămpii. În reŃeaua de joasă tensiune de alimentare a lămpilor electrice fiind admisă o variaŃie a tensiunii de alimentare de +/- (3 ... 5)%, se observă că mărirea tensiunii cu 5% conduce la scăderea duratei de viaŃă cu 50%. FuncŃionarea lămpii nu este afectată de temperatura mediului ambiant. În tabelul 5.3 sunt date unele caracteristici ale LIG. Alimentare. Se conectează direct la reŃea, fără aparataj special. Utilizare. Avantajele LIG (construcŃie simplă şi preŃ de cost scăzut, puteri mari la gabarite reduse, lipsa unui aparataj suplimentar) îi asigură o largă răspândire şi aplicabilitate în locuinŃe, iluminat local, încăperi cu rol de divertisment, încăperi auxiliare, iluminat de siguranŃă. În ultimul timp este însă puternic concurată de lampa fluorescentă compactă - LFC, realizată tocmai ca o alternativă economică în utilizări generale.

5.3

b. Lămpi cu incandescenŃă cu halogeni - LIH ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Introducerea unui halogen (iod, clor sau brom) în interiorul balonului de sticlă al unei lămpi cu incandescenŃă normale măreşte eficacitatea luminoasă şi reduce spectaculos deprecierea fluxului luminos al acesteia. Principiul de funcŃionare descoperit în 1958 se bazează pe ciclul regenerator al halogenului. Wolframul evaporat se combină cu halogenul şi formează halogenura de wolfram, la o temperatură sub 2000 K. Halogenura este volatilă şi nu aderă pe balonul de sticlă, dacă temperatura balonului este destul de ridicată (peste 500 K) pentru a nu se condensa. În apropierea filamentului, la temperatura peste 2800 K, halogenura de wolfram se descompune în wolfram şi halogen; wolframul se depune pe filament iar halogenul îşi continuă rolul în funcŃionarea ciclului. Temperatura ridicată necesară balonului determină dimensiuni mai reduse ale acestuia, comparativ cu o lampă cu incandescenŃă normală de aceeaşi putere şi impune utilizarea sticlei de cuarŃ în locul sticlei obişnuite. Forma balonului de sticlă este cel mai adesea tubulară, cu filamentul poziŃionat axial şi alimentare la unul sau ambele capete ale tubului. Lampa tubulară se foloseşte numai în poziŃie orizontală. Pentru evitarea atingerii cu mâna a sticlei de cuarŃ (fapt ce conduce în timp la distrugerea lămpii datorită acŃiunii grăsimii de pe pielea mâinii asupra structurii cristaline a cuarŃului), unele tipuri constructive de lămpi au un balon suplimentar de protecŃie din sticlă obişnuită sau lampa este introdusă într-un reflector din aluminiu sau de tip dicroic, prevăzut eventual cu geam de protecŃie. Caracteristici de funcŃionare. Avantajele LIH faŃă de LIG constau în: - eficacitatea luminoasă mai mare cu circa 10%; - durata de viaŃă dublă, de 2000 ore, deprecierea fluxului luminos redusă la circa 4%; - temperatura de culoare mai ridicată, între 2800 ... 3200 K, lumina emisă fiind mai "albă". Reglajul (diminuarea) fluxului luminos emis este posibil până la un anumit punct, datorită faptului că temperatura lămpii scade şi astfel este stopată funcŃionarea ciclului regenerator. Sub acest punct, LIH se comportă ca o lampă cu incandescenŃă normală, balonul de sticlă se înnegreşte rapid iar halogenul atacă chimic filamentul de wolfram. De aceea nu se recomandă funcŃionarea timp îndelungat a LIH având fluxul luminos diminuat. Alimentare. Se execută în două variante principale, pentru alimentare directă la reŃea la tensiunea de 220 V (cu puteri între 60 ... 2000 W) sau prin transformator de tensiune redusă la 6, 12 sau 24 V (cu puteri între 10 ... 250 W). Utilizare. Avantajele LIH (construcŃie compactă, dimensiuni reduse şi un sistem optic perfect controlabil) îi asigură multiple aplicaŃii în sistemele de iluminat tip spot (expoziŃii, vitrine, încăperi comerciale, iluminat decorativ, iluminatul local), în proiectoare pentru iluminatul terenurilor sportive sau în iluminatul artistic (studiouri de filmare, televiziune, săli de spectacole).

5.4

5.2 Lămpi fluorescente În această categorie sunt cuprinse lămpile cu vapori de mercur de joasă presiune la care descărcarea electrică între doi electrozi emite radiaŃii ultraviolete absorbite şi transformate în radiaŃii vizibile de pulberea fluorescentă depusă pe peretele interior al tubului de descărcare. a. Lămpi fluorescente tubulare - LFT ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Lampa este alcătuită dintr-un tub de sticlă prevăzut la ambele extremităŃi cu electrozi de wolfram, în care se introduce mercur şi un gaz inert (argon, kripton) pentru amorsarea descărcării electrice. SuprafaŃa interioară a tubului de sticlă este acoperită cu un strat de pulbere fluorescentă. În stare "rece", mercurul se găseşte sub formă de mici picături. Descărcarea electrică iniŃială amorsată în gazul auxiliar produce încălzirea şi vaporizarea mercurului. RadiaŃia descărcării în vaporii de mercur la joasă presiune (0,8 Pa) este o radiaŃie de rezonanŃă, emisă în proporŃie de 90% în lungimea de undă de 254 nm, cuprinsă în banda ultraviolet. Pulberea fluorescentă excitată în ultraviolet emite o radiaŃie vizibilă. Principiul fundamental de obŃinere a luminii la acest tip de lampă este fluorescenŃa. Remarcăm aici două greşeli ce există în exprimarea uzuală: pe de o parte denumirea lămpii fluorescente cu termenul absolut impropriu "lampă cu neon" (descărcarea electrică are loc în vapori de mercur, nu în neon), iar pe de altă parte denumirea pulberii fluorescente cu termenul de "fosfor" ce apare în tipologia lămpii fluorescente standard-fosfor, tri-fosfor sau multi-fosfor (radiaŃia luminoasă este obŃinută prin fluorescenŃă, nu prin fosforescenŃă). Caracteristicile radiaŃiei vizibile sunt determinate de caracteristicile radiaŃiei pulberii fluorescente şi depind de tipul şi compoziŃia chimică a acesteia: (a) pulberea fluorescentă standard-fosfor conŃine apatită şi alŃi halofosfaŃi a căror emisie acoperă în mod continuu întreaga bandă vizibilă şi dă o lumină "albă", lampa având o bună eficacitate luminoasă dar o slabă redare a culorilor; (b) pulberea fluorescentă tri-fosfor este un amestec alcătuit din trei tipuri de pământuri rare (aluminat de magneziu şi bariu, aluminat de magneziu, ceriu şi terbiu, oxid de ytriu activat cu europiu) care emite în benzile înguste de albastru, verde şi roşu, lampa având o foarte bună redare a culorilor şi o înaltă eficacitate luminoasă; (c) pulberea fluorescentă multi-fosfor este o realizare recentă şi este un amestec de mai multe tipuri de substanŃe alese astfel încât să acopere întregul domeniu vizibil al spectrului, lampa având cea mai bună redare a culorilor posibilă şi o bună eficacitate luminoasă. Dimensiunile tubului de sticlă lungime/diametru sunt standardizate, valorile uzuale fiind următoarele: lungimea de 600, 1200, 1500 mm (gama completă cuprinde valori între 150 mm şi 2400 mm sau chiar mai mult) şi diametrul de 16 (lămpi din generaŃia actuală), 26 (lămpi din generaŃia recentă) sau 38 mm (lămpi din generaŃia trecută). Lungimea lămpii este într-o relaŃie de proporŃionalitate cu puterea acesteia, dar decizia fabricanŃilor de tuburi fluorescente este determinată de dimensiunile modulelor utilizate în construcŃia clădirilor, în special al tavanelor acestora. Aspectele electrice ale funcŃionării lămpii fluorescente sunt tot atât de importante ca şi cele fotometrice. Caracteristica statică a descărcării electrice are o alură descrescătoare (caracteristică negativă). Pentru amorsarea descărcării este necesar un impuls de tensiune mărită între electrozi, iar pentru menŃinerea descărcării este necesară o tensiune mai mică şi o caracteristică crescătoare a sursei de alimentare (caracteristică pozitivă). În caz contrar, curentul electric prin lampă ar creşte până ce lampa s-ar distruge. Îndeplinirea acestor condiŃii este asigurată de aparatajul auxiliar de amorsare şi stabilizare a descărcării electrice. Există o mare diversitate de soluŃii tehnice din care se desprind trei tipuri constructive. (a) Lampa fluorescentă normală cu aprindere prin starter cu licărire şi balast serie inductiv sau capacitiv. Lampa necesită o preîncălzire a electrozilor şi un impuls de tensiune pentru amorsarea descărcării. Starterul este o lampă cu descărcare luminescentă în regim de licărire, a cărei

5.5

tensiune de amorsare este mai mare decât tensiunea de funcŃionare a lămpii, dar mai mică decât tensiunea reŃelei de alimentare. Balastul este o bobină cu miez magnetic cu întrefier (balast inductiv); prin înserierea unui condensator se obŃine un balast capacitiv. La conectarea tensiunii reŃelei (prea mică pentru amorsarea lămpii, dar mai mare decât cea de amorsare a starterului) se produce o descărcare luminescentă între electrozii starterului, unul fix iar celălalt mobil, alcătuit dintr-o lamelă bimetal. Energia termică disipată pe electrozi produce încălzirea lor şi bimetalul se deformează atingând electrodul fix, moment în care încetează descărcarea luminescentă şi în circuit se stabileşte un curent electric relativ intens (de 1,5 ori mai mare decât curentul nominal) timp de 2 ... 4 secunde. Aceasta este faza de preîncălzire a electrozilor lămpii la o temperatură de 600 ... 800 °C ce asigură emisia electronilor liberi necesari descărcării electrice în lampă. Bimetalul se răceşte şi redeschide contactul. Energia magnetică a bobinei balastului produce un impuls de tensiune ce se aplică între electrozii preîncălziŃi ai lămpii. Este faza de amorsare a descărcării electrice, în atmosfera de argon sau kripton din tubul de descărcare. Procedura se repetă dacă lampa nu s-a aprins la primul impuls de tensiune, cu efecte luminoase neplăcute de pâlpâire a lămpii. Acelaşi balast asigură şi stabilizarea descărcării electrice. FuncŃionarea starterului este aleatorie, în sensul că deschiderea contactului dintre electrozii săi (ce produce impulsul de tensiune de amorsare) poate să aibă loc în orice moment al variaŃiei tensiunii reŃelei de alimentare, momentul optim fiind a doua treime a pantei crescătoare a tensiunii. Dacă acesta corespunde trecerii prin zero a tensiunii, supratensiunea obŃinută are valori scăzute, insuficiente pentru amorsare, ceea ce provoacă repetarea procedurii de aprindere şi, deci, o încălzire suplimentară a electrozilor. Dacă, din contră, acesta corespunde trecerii prin maxim a tensiunii, supratensiunea obŃinută are valori exagerat de mari, solicitând excesiv substanŃa emisivă a electrozilor lămpii. Ambele situaŃii conduc la uzura prematură a lămpii fluorescente. Acest dezavantaj major (şi altele) este eliminat prin folosirea starterelor sau balasturilor electronice moderne. Lămpile fluorescente cu aprindere prin starter aflate în fabricaŃie curentă (pe plan mondial) sunt:

• Standard, cu diametrul de 38 mm, cu puteri între 20 ... 125 W; • "Retrofit", cu diametrul de 26 mm destinate să înlocuiască lămpile standard în

instalaŃiile existente, pentru aproximativ aceleaşi fluxuri luminoase emise având puteri mai mici, între 15 ... 70 W;

• “De înaltă frecvenŃă”, realizate să funcŃioneze cu balasturi electronice, cu diametrul de 26 mm şi puteri între 16 ... 50 W;

• "Dublu flux", de o construcŃie specială (tubul prezintă diferite adâncituri/proeminenŃe sau este umplut cu un amalgam de mercur), având un flux luminos mai mare decât cele standard, cu puteri între 40 ... 215 W;

• Miniaturale, cu diametrul de 15 mm şi puteri de 4 ... 13 W; • Speciale, cu format diferit de cel liniar (tubul de sticlă în formă de cerc sau U),

colorate (prin compoziŃia pulberii fluorescente sau dispunerea unui start exterior de filtrare - titanat de nichel) sau cu reflector (având un strat reflectorizant din pulbere de oxid de aluminiu depus între pulberea fluorescentă şi tubul de sticlă pe porŃiunea superioară a tubului, acoperind o suprafaŃă de 230°). Gazul auxiliar din interiorul tubului lămpii fluorescente depinde de tipul şi diametrul lămpii: argon în lămpile standard cu diametrul de 38 sau în unele lămpi cu diametrul de 26 mm, respectiv kripton în lămpile "retrofit" sau în cele “de înaltă frecvenŃă". Aparatajul auxiliar de amorsare şi stabilizare a descărcării este dimensionat diferit în raport cu natura gazului, deci cu tipul lămpii, fapt ce trebuie avut în considerare când se doreşte înlocuirea lămpilor fluorescente uzate cu altele de tip nou, mai eficiente. (b) Lampa fluorescentă cu aprindere rapidă, fără starter. Sunt folosite frecvent două scheme de alimentare, cu circuit de preîncălzire a electrozilor printr-un transformator de încălzire sau un

5.6

balast echipat cu două înfăşurari suplimentare, respectiv cu un balast semirezonant. Preîncălzirea electrozilor printr-un circuit separat este avantajoasă. În schemele de reglare a fluxului luminos emis de lampă, electrozii fiind încălziŃi independent de valoarea curentulului prin lampă. Balastul rezonant este alcătuit dintr-o inductanŃă cu două înfăşurări şi un condensator, formând un circuit serie-rezonant. La conectarea lămpii la tensiunea reŃelei se produce o tensiune mărită ce se aplică electrozilor lămpii şi în acelaşi timp electrozii sunt preîncălziŃi. Lampa se aprinde fără pâlpâire după 1,5 secunde. Circuitul rezonant este scurtcircuitat de rezistenŃa ohmică a lămpii, iar descărcarea este stabilizată de una din înfăşurările balastului. Lampa folosită în aceste scheme este prevăzută cu o bandă conductivă dispusă în lungul tubului, pe suprafaŃa exterioară a acestuia (sau o folie siliconică exterioară), conectată la unul din electrozii lămpii printr-o rezistenŃă de 1 MΩ (sau legată la pământ). Această bandă funcŃionează ca un electrod auxiliar capacitiv de amorsare a descărcării. (c) Lampă fluorescentă cu electrod auxiliar, cu aprindere instantanee. Este o lampă cu electrozi "reci", care nu sunt preîncălziŃi pentru a le asigura emisia electronică necesară amorsării şi funcŃionării descărcării electrice; de aceea forma lor constructivă este specială, pentru ca să înglobeze mai mult material emisiv. Lampa are un electrod auxiliar pentru amorsarea descărcării, realizat dintr-o bandă conductoare dispusă în lungul tubului pe peretele interior al acestuia, racordată cu un capăt la un electrod şi având celălat capăt în imediata apropiere a celuilalt electrod, la o distanŃă de câŃiva milimetri. La conectarea lămpii la reŃea, în acest spaŃiu se produce o descărcare luminescentă între electrodul auxiliar şi electrodul principal al lămpii în gazul auxiliar, care încălzeşte atmosfera interioară şi amorsează descărcarea principală între electrozii lămpii în vaporii de mercur, în lungul tubului. Aprinderea are loc după 0,3 ... 1 s liniştit, fără pâlpâiri. Lampa este de tipul "monoştift", având la capete câte un singur picioruş de racordare în circuitul electric de alimentare. Balastul este de o construcŃie specială ce produce supratensiunea de amorsare, dar pentru unele tipuri de lămpi se poate folosi şi balastul uzual, similar cu cel al lămpilor standard (fapt menŃionat de producător, în prospectul de fabricaŃie).

Caracteristici de funcŃionare. Lămpile fluorescente tubulare - LFT au: - puterea nominală cuprinsă într-o gamă largă de valori, de la 4 W până la 215 W; - eficacitatea luminoasă între 30 ... 94 lm/W, depinde de tipul lămpii şi puterea absorbită de sistemul lampă/balast; - durata de viaŃă variază în limite largi, putându-se accepta o medie de 20.000 ore (cu o depreciere a fluxului luminos de 70% din valoarea iniŃială), respectiv de 7500 ore (timp în care se deteriorează 50% din lămpi); - luminanŃă redusă, de ordinul a (0,4 ... 1,5) ·104 nt, ce face ca lampa să nu fie deranjantă dacă se află în câmpul vizual (calitate deosebit de favorabilă la iluminatul interior al încăperilor joase). Caracteristicile colorimetrice - culoarea aparentă, temperatura de culoare asociată, compoziŃia spectrală a radiaŃiei sunt extrem de variate, lămpile fiind proiectate şi realizate pentru cele mai diverse aplicaŃii. Unele valori informative sunt prezentate în tabelul 5.4. Aceste caracteristici conferă LFT o excelentă culoare aparentă şi o foarte bună redare a culorilor (Ra ≤ 98). Aprinderi şi stingeri repetate afectează durata de viaŃă a lămpii. Durata standard de funcŃionare este de 3 ore după aprindere; funcŃionarea continuă a unei LFT măreşte durata de viaŃă de 2,5 ori. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos al LFT cu starter şi balast electromagnetic este posibil până la un punct, tensiunea minimă de alimentare fiind condiŃionată de reaprinderea descărcării electrice la fiecare trecere prin zero a tensiunii (valoarea ei depinde de tipul lămpii). Ca valoare minimă se poate accepta tensiunea care conduce la diminuarea fluxului luminos cu 50% din fluxul luminos nominal. LFT cu aprindere rapidă fără starter, cu circuit de preîncălzire a electrozilor printr-un transformator de încălzire separat şi LFT de înaltă frecvenŃă, cu balasturi electronice permit diminuarea fluxului luminos până la zero, datorită condiŃiilor excelente de menŃinere a descărcării electrice la valori scăzute ale tensiunii (curentului) de alimentare. VariaŃia tensiunii de alimentare nu influenŃează sensibil caracteristicile fotometrice. FuncŃionarea lămpii este puternic afectată de temperatura mediului ambiant, prin dependenŃa fluxului luminos emis de temperatura tubului de descărcare. Astfel, temperatura mediului

5.7

ambiant influenŃează şi eficacitatea luminoasă a lămpii însăşi. În tabelul 5.5 sunt prezentate unele caracteristici ale LFT. Eficacitatea luminoasă a ansamblului lampă - balast este o mărime esenŃială pentru analiza unui sistem de iluminat eficient energetic. Ea depinde de tipul lămpii fluorescente - putere, culoare (compoziŃia pulberii fluorescente), frecvenŃa de alimentare şi de componentele folosite în circuitul de alimentare - balast.

Exemplu. În tabelul 5.6 sunt prezentate valorile eficacităŃii luminoase pentru 6 cazuri: (a) LFT de 40 W ce emite un flux luminos de 3000 lm; (b) LFT de înaltă frecvenŃă de 32 W ce emite un flux luminos de 3450 lm; (c) LFT de 40 W echipată cu un balast inductiv ce consumă 10 W; (d) două LFT de 40 W echipate cu un balast inductiv unic (circuitul conŃine două lămpi şi un singur balast, de tip special) ce consumă 12 W; (e) LFT de înaltă frecvenŃă de 32 W echipată cu un balast electronic ce consumă 4 W; (f) două LFT de înaltă frecvenŃă de 32 W echipate cu un balast electronic unic ce consumă 5 W.

Alimentare. LFT necesită aparataj auxiliar de aprindere şi stabilizare a descărcării electrice. Diversitatea soluŃiilor constructive privind lămpile, starterele şi balasturile au condus spre diferitele scheme electrice de alimentare a acestor lămpi. CerinŃele impuse de creşterea eficienŃei energetice a sistemelor de iluminat se reflectă prin adoptarea unor noi soluŃii de alimentare, cum sunt starterele sau balasturile electronice. Balastul electronic - BE a apărut pe piaŃă în ultimii ani ai decadei '80. Se compune din mai multe module înseriate: alimentare, filtru de armonici, redresor, inversor de înaltă frecvenŃă de 20 ... 100 kHz. Prin utilizarea frecvenŃei înalte se asigură o creştere a eficacităŃii luminoase de circa 25% (la valoarea uzuală de 30 kHz), pierderi de putere foarte scăzute, aprindere rapidă, fără pâlpâiri, solicitări minime ale elctrozilor şi pulberii fluorescente ce conduc la mărirea duratei de viaŃă până la 30.000 ore, factor de putere aproape unitar, eliminarea efectului stroboscopic şi întreruperea conectării lămpii defecte. PreŃul de cost este de 28 ... 32 USD, cu circa 60 ... 75% mai mult decât un balast electromagnetic modern, cu pierderi de putere reduse. Economia de energie fiind de circa 20%, eficienŃa unei investiŃii în utilizarea LFT de înaltă frecvenŃă şi BE depinde de costurile locale ale lămpii, balastului, energiei electrice şi de durata de funcŃionare zilnică (anuală) a instalaŃiei de iluminat. Utilizare. Avantajele pe care le prezintă LFT faŃă de alte surse de lumină, ca eficacitatea luminoasă ridicată, durata mare de viaŃă, spectrul de radiaŃie complet, forma tubulară, luminanŃa redusă fac ca majoritatea instalaŃiilor de iluminat interior în clădirile social-administrative, culturale şi industriale să fie realizate cu aceste lămpi. Există recomandări specifice de utilizare în funcŃie de caracteristicile colorimetrice ale LFT - tabelul 5.5. b. Lămpi fluorescente compacte - LFC ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. LFC au apărut la mijlocul deceniului '70 ca o sursă de lumină eficientă, pentru a fi utilizate în aplicaŃiile consacrate LIG. Ele combină o eficacitate luminoasă ridicată şi caracteristici colorimetrice bune cu un consum scăzut de energie electrică şi o durată de viaŃă mare (în medie 8000 ore faŃă de 1000 ore pentru LIG). Pentru a obŃine o formă compactă, asigurându-se însă şi lungimea necesară coloanei luminoase a descărcării electrice, tubul de descărcare este îndoit în formă de U sau dublu U, ori este fracŃionat în două sau patru segmente paralele scurte, unite la capete - Figura 5.2. Electrozii lămpii sunt racordaŃi la un soclu tip filet sau cu un format special. În prezent se fabrică două tipuri de LFC, cu o construcŃie integrală (cu balast magnetic sau electronic încorporat în soclu), respectiv cu o construcŃie modulară (cu balast independent). Primul tip este destinat să înlocuiască nemijlocit LIG în corpurile de iluminat existente, cel de-al doilea necesită un dispozitiv de adaptare sau corpuri de iluminat specifice. Pulberea fluorescentă este de tipul tri-fosfor cu emisie luminoasă în trei benzi înguste de culoare.

5.8

Figura 5.2 Tipuri constructive de LFC. (a) un tub, cu balast încorporat, (b şi c) trei tuburi, cu balast încorporat, (d) cu balon exterior de reducere a luminanŃei, cu balast încorporat, (e) modular circular cu balast încorporat, şi (f) modular cu soclu dedicat. Tipurile (a) … (e) au balastul încorporat; tipul (f) are balastul separat. Caracteristici de funcŃionare. Lămpile fluorescente compacte - LFC au: - puterea nominală de 9 ... 23 W (inclusiv pierderile în balast) pentru cele create ca alternativă la LIG, ajungând până la 55 W (exclusiv pierderile în balast) pentru cele destinate să fie o alternativă de mici dimensiuni faŃă de LFT; - eficacitatea luminoasă între 45 ... 85 lm/W; - durata de viaŃă de 8000 ore. Temperatura de culoare corelată de 2700 K şi radiaŃia în benzile de culoare fundamentale conferă acestei lămpi o excelentă culoare aparentă alb-cald sau alb-lumina zilei şi o bună redare a culorilor (Ra=80). Reglajul (diminuarea) fluxului luminos este posibil până la o valoare minimă de 50% din fluxul luminos nominal. Alimentare. LFC integrate se racordează direct la reŃeaua de alimentare, în soclurile tip Edison specifice LIG. Cele modulare se introduc în corpuri de iluminat speciale de mici dimensiuni, în care sunt montate şi balasturile corespunzătoare. Utilizare. LFC au dimensiuni compacte, comparabile cu cele ale LIG şi mult reduse faŃă de LFT. Pentru acelaşi flux luminos emis de LIG, puterea consumată este de 4 ... 5 ori mai mică iar durata de viaŃă de 5 ... 8 ori mai mare. LFC de puteri până la 25 W sunt destinate înlocuirii LIG, iar cele de puteri peste 25 W concurează LFT similare.

Exemplu. Să se analizeze eficienŃa economică înlocuirii lămpilor cu incandescenŃă cu lămpi fluorescente compacte într-o instalaŃie de iluminat interior. SoluŃie. EficienŃa economică a soluŃiei propuse se determină prin mai multe metode. Una dintre ele, simplă dar nu suficient de riguroasă constă în compararea costului real al iluminatului - costul per 1000 ore de funcŃionare. a) Costul real al iluminatului 1. PreŃul unui KWh ...... ....... lei/kWh 2. Puterea unei lămpi .............. W 3. Costul a 1000 ore de consum al lămpii - înmulŃiŃi 1x2 (1x2) .............. lei / 1000 ore 4. Durata de viaŃă a lămpii în mii de ore (durata de viaŃă împărŃită la 1000) .............. mii de ore 5. Costul unei lămpi .............. lei 6. Costul unei lămpi per 1000 ore de funcŃionare (5:4) ............. lei / 1000 ore 7. Costul total per 1000 ore de funcŃionare (energie electrică + lămpi) (3+6) ............. lei / 1000 ore

5.9

ObservaŃie - Pentru a compara două lămpi diferite, trebuie să luăm în considerare fluxul luminos emis de cele două lămpi şi să introducem în calculele de comparaŃie un număr echivalent de lămpi. De exemplu - LIG de 100 W emite 1380 lm şi are durata de viaŃă de 1000 ore. LFC de 20 W emite 1200 lm şi are durata de viaŃă de 8000 ore. Astfel, o lampă cu incandescenŃă de 100 W este echivalentă din punct de vedere al fluxului luminos emis cu 1380/1200=1,15 lămpi fluorescente compacte de 20 W. Pentru aplicarea metodei prezentate: 1 kWh = 600 lei (preŃul maximal); costul unei LIG 100 W = 4000 lei; costul unei LFC 20 W = 150.000 lei. Rezultă LIG - 64.000 lei/1000 ore; (3=1x2=600x100=60.000 lei/1000 ore; 6=5:4=4000:1=4000 lei/1000 ore; 7=3+6= 60.000+4.000= 64.000 lei/1000 ore), LFC - 30.750 lei/1000 ore (3=1x2=600x20=12.000 lei/1000 ore; 6=5:4=150.000:8=18.750 lei/1000 ore; 7=3+6=12.000+18.750=30.750 lei/1000 ore). (StudenŃii sunt invitaŃi să introdcuă preŃuri actualizate, evaluate în Euro)

Vom compara astfel cele 64.000 lei/1000 ore ale LIG cu cele 35.362 (=30.750x1,15) lei/1000 ore ale LFC echivalente (pentru a avea aceeaşi emisie de flux luminos de 1380 lm). Deci, deşi costul unei lămpi fluorescente compacte pare (şi este) prea scump pentru puterea de cumpărare a multor oameni, el reprezintă 55,25% din preŃul pe care îl plătim pe durata de 1000 ore de funcŃionare a unei lămpi cu incandescenŃă de 100 W, ceea ce înseamnă că investiŃia în lampa fluorescentă compactă se amortizează în 552,5 ore de funcŃionare. La o utilizare de 4 ore pe zi, amortizarea se produce după circa 140 zile, adică în ceva mai puŃin de cinci luni.

5.10

5.3 Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune DistribuŃia spectrală a radiaŃiei emise de descărcarea în vapori de mercur este puternic influenŃată de presiunea acestora. La joasă presiune sunt emise radiaŃii ultraviolete şi, în proporŃie redusă, radiaŃii din domeniul vizibil, care produc un efect luminos slab, albăstrui. Prin ridicarea presiunii la câteva atmosfere este favorizată excitarea în trepte a atomilor de mercur, ceea ce atrage mărirea procentului de radiaŃie vizibilă, în benzile galben, verde, albastru şi violet, lipsind însă banda roşu. a. Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune cu balon fluorescent - LMF ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Lampa (fig. 5.3 a) este alcătuită dintr-un tub de descărcare din cuarŃ introdus într-un balon de siclă de protecŃie, de formă elipsoidală. La capetele tubului sunt doi electrozi principali din sârmă de wolfram spiralată compact, cu depuneri de substanŃă emisivă (oxizi alcalino-pământoşi). Un electrod auxiliar de amorsare, din sârmă de wolfram fără depozit emisiv, este dispus în imediata apropiere (1 mm) a unui electrod principal şi racordat electric la celălat electrod (fig. 5.3 b). Tubul de descărcare este menŃinut în poziŃie de două suporturi care asigură şi conexiunea electrică. În interiorul tubului este introdus argon la presiune scăzută şi 10 ... 300 mg mercur (în funcŃie de puterea lămpii). Balonul exterior este umplut cu azot la presiune ridicată, asigură temperatura de lucru de 600 °C a tubului de descărcare şi protejează componentele metalice de oxidare. Un strat de pulbere fluorescentă depus pe peretele interior al balonului de protecŃie transformă radiaŃia ultravioletă a descărcării în vaporii de mercur de înaltă presiune în radiaŃie vizibilă din zona roşu a spectrului. Se îmbunătăŃeşte astfel culoarea luminii emise şi eficacitatea luminoasă a lămpii. De menŃionat că se folosesc şi lămpi cu balon clar (de exemplu, în SUA) a căror lumină este albăstruie şi au o slabă redare a culorilor. Tubul de descărcare are diametrul cuprins între 8 ... 35 mm, iar distanŃa între electrozi variază între 1,6 ... 11,7 cm, în raport cu puterea lămpii.

Figura 5.3 a. Lampa cu vapori de mercur Figura 5.3 b Electrod principal şi auxiliar cu balon fluorescent

5.11

La aprinderea lămpii are loc o descărcare luminescentă în argon (gazul auxiliar) între electrodul principal şi cel auxiliar situat în imediata sa vecinătate. Prin ionizarea gazului se favorizează descărcarea în lungul tubului, între cei doi electrozi principali, urmată de o creştere a curentului electric. Se produce încălzirea electrozilor şi a spaŃiului interior iar descărcarea luminescentă se transformă în descărcare în arc electric. Temperatura interioară crescând mereu, mercurul se vaporizează treptat, presiunea vaporilor de mercur creşte la 2 ... 15 atm şi lampa intră în regimul normal de funcŃionare după patru - cinci minute de la conectare. Descărcarea este stabilizată prin înserierea unui balast inductiv în circuitul lămpii. Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune cu balon fluorescent - LMF au: - puterea nominală de 50 ... 1000 W; - eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 31 ... 56 lm/W, crescând cu puterea lămpii; - durata de viaŃă de 12.000 ... 20.000 ore (cu o depreciere a fluxului luminos de 70% din valoarea iniŃială), respectiv de 25.000 ore (timp în care se deteriorează 50% din lămpi); - luminanŃă relativ mare, de (4 ... 23) · 104 nt, respectiv (530 ... 1600) · 104 nt pentru lampa cu balon clar. Spectrul radiaŃiei luminoase nu asigură o redare corectă a culorilor, lampa având o temperatura de culoare corelată de 4000 K şi indicele de redare a culorii scăzut (Ra=45). Prin utilizarea unei pulberi fluorescente speciale (tip "Confort") se obŃine o lumină îmbunătăŃită, cu o culoare aparentă caldă (3300 K) cu o mai bună redare a culorilor (Ra=52). Reaprinderea lămpii este posibilă numai după o răcire de câteva minute (circa cinci minute), timp în care presiunea şi temperatura vaporilor de mercur revin la o valoare la care tensiunea aplicată poate amorsa descărcarea. Durata standard de funcŃionare este de 10 ore după aprindere. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este uzual. Lampa este sensibilă la variaŃia tensiunii de alimentare, acestea fiind limitate la +/- 7%. FuncŃionarea lămpii nu este afectată de temperatura mediului ambiant. În tabelul 5.6 sunt date unele caracteristici ale LMF. Alimentare. Lampa este prevăzută cu un soclu normal tip filet. Pentru racordarea la reŃea necesită un balast inductiv legat în serie. Un condensator montat în paralel îmbunătăŃeşte factorul de putere al sistemului lampă-balast de la valoarea naturală de 0,5 la o valoare superioară lui 0,85. Utilizare. LMF se întrebuinŃează pentru iluminatul halelor industriale înalte şi în unele aplicaŃii comerciale (tipul "Confort", cu lumină îmbunătăŃită). b. Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune cu lumină mixtă - LMM ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Apărută în anii '35, lampa (fig. 5.4) este derivată din LMF convenŃională, având balastul încorporat sub forma unui filament de wolfram conectat în serie cu tubul de descărcare.

5.12

Figura 5.4 Lampa cu vapori de mercur cu lumină mixtă RadiaŃiile luminoase ale filamentului încălzit şi ale descărcării în vaporii de mercur se combină (mixează) şi astfel rezultă o lampă ale cărei caracteristici sunt complet diferite de cele ale lămpilor similare componente. Deşi necesită o perioadă de pornire de câteva minute caracteristică descărcării în vaporii de mercur, lampa emite lumină imediat după conectarea sa la reŃea, prin filamentul de wolfram. Temperatura acestuia este inferioară celei corespunzătoare LIG pentru a se mări durata de viaŃă a filamentului de wolfram la o valoare comparabilă cu cea a tubului de descărcare în vaporii de mercur; se obŃine o durată de viaŃă apropiată LMF. Un strat de pulbere fluorescentă este depus pe peretele interior al balonul de sticlă de protecŃie, de formă elipsoidală. Interiorul balonului este umplut cu un amestec argon-azot la o presiune de circa 1 atmosferă. Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune cu lumină mixtă - LMM au: - puterea nominală de 100 ... 500 W; - eficacitatea luminoasă între 20 ... 30 lm/W; - durata de viaŃă de 8000 ore este influenŃată de frecvenŃa de conectare (ciclul standard este de 12 ore de funcŃionare continuă după aprindere); - luminanŃa şi temperatura de culoare corelată sunt de acelaşi ordin de mărime cu cele ale LMF. Culoarea aparentă este alb-cald, datorită radiaŃiei cu spectru continuu în banda roşu a filamentului de wolfram, care completează componenta roşu produsă de pulberea fluorescentă. Se obŃine o bună redare a culorilor (Ra=60). Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este posibil. VariaŃia tensiunii de alimentare influenŃează caracteristicile lămpii, în special durata de viaŃă. FuncŃionarea lămpii nu este afectată de temperatura mediului ambiant. Alimentare. Lampa se racordează direct la reŃea şi nu necesită aparataj auxiliar. Factorul de putere este apropiat de unitate. Utilizare. Pot fi montate în locul LIG fără modificări în instalaŃia electrică, pentru mărirea eficienŃei unei instalaŃii de iluminat incandescent existente. c. Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune cu halogenuri metalice - LMH Apărută pe piaŃă în 1964, LMH reprezintă o îmbunătăŃire considerabilă a lămpii tradiŃionale cu vapori de mercur de înaltă presiune în ceea ce priveşte eficacitatea luminoasă şi redarea culorilor. ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Lampa este similară constructiv cu LMF. Tubul de descărcare conŃine un amestec de gaze inerte neon-argon sau kripton-argon, o anumită cantitate de mercur şi un amestec de halogenuri metalice. Are loc o reacŃie chimică reversibilă (similară LIH) de descompunere a halogenurii metalice în ioni metalici şi halogen în apropierea axei

5.13

arcului de descărcare (la circa 3000 K), respectiv de recompunere a halogenurii în apropierea peretelui tubului (la peste 900 K). Întrucât nivelurile energetice de radiaŃie ale metalelor componente sunt inferioare celor ale mercurului, radiaŃia luminoasă se datorează acestora, mercurul participând doar la reglarea tensiunii şi temperaturii arcului de descărcare. Tubul de descărcare din cuarŃ este introdus într-un balon de siclă de protecŃie de formă tubulară (clar) sau elipsoidală (clar sau cu depunere de pulbere fluorescentă pe peretele interior), umplut cu neon sau azot. Balonul exterior lipseşte la unele tipuri constructive. Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune cu halogenuri metalice - LMH au caracteristici specifice fiecărei compoziŃii de halogenuri, evidenŃiindu-se trei grupe principale. (a) LMH cu spectru trei-benzi conŃin ioduri de sodiu, thaliu şi indiu (sau galiu). Sodiul radiază în banda galben, thaliul în banda verde iar indiul în banda albastru. Au puterea nominală de 250, 400, 1000 şi 2000 W, eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 65 ... 90 lm/W, durata de viaŃă de 12.000 ore, temperatura de culoare corelată de 4300 K şi indicele de redare a culorii de 65 ... 68. (b) LMH cu spectru multi-linii conŃin diferite componente, în principal pământuri rare şi metale asociate: - scandiu asociat cu sodiu; - halogenură de dyprosiu sau halogenură de thuliu asociată cu thaliu şi/sau sodiu; - amestec de halogenuri de dyprosiu, holmiu sau thuliu, asociate cu thaliu, sodiu sau cesiu. Au puterea nominală de 70, 150, 250 şi 1800 W, eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 70 ... 80 lm/W, durata de viaŃă de 4000 ... 10.000 ore, temperatura de culoare corelată de 4000, 5600 K şi indicele de redare a culorii ridicat 80 ... 92. (c) LMH cu spectru cvasi-continuu (cu radiaŃie moleculară) conŃin iodură de staniu sau un amestec de iodură cu clorură sau bromură de staniu, asociate cu sodiu. Au puterea nominală de 70, 150 şi 500 W, eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 58 ... 61 lm/W, durata de viaŃă scăzută, de 750 ... 1500 ore, temperatura de culoare corelată de 3000 şi 5500 K şi indicele de redare a culorii 74 şi 85. Alte caracteristici sunt comune diferitelor variante ale acestui tip de lampă. Reaprinderea lămpii este posibilă numai după o răcire de 10 ... 20 minute. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este uzual. Lampa este sensibilă la variaŃii ale tensiunii de alimentare, care conduc la modificarea culorii luminii emise şi afectează durata de viaŃă. Lampa funcŃionează într-o anumită poziŃie, orizontală sau verticală (cu toleranŃe admisibile), menŃionată de fabricant. În tabelul 5.7 sunt date unele caracteristici ale LMH. Alimentare. Lampa este prevăzută cu diferite modalităŃi de racordare la reŃea: cu un singur capăt cu un soclu normal tip filet (sau cu un soclu special cu două ştifturi) şi cu două capete. Pentru stabilizarea descărcării necesită un balast inductiv legat în serie; LMH folosesc, după caz, fie balastul caracteristic LMF, fie pe cel al lămpii cu vapori de sodiu de înaltă presiune - LSON. Amorsarea descărcării se face cu un dispozitiv auxiliar numit igniter (de fapt, un starter electronic) ce furnizează un impuls de tensiune de 0,5 ... 5 kV. Un condensator montat în paralel îmbunătăŃeşte factorul de putere al sistemului lampă-balast. Utilizare. LMH se întrebuinŃează pentru hale industriale înalte, spaŃii comerciale, săli de sport, complexe expoziŃionale, studiouri de televiziune şi iluminat decorativ (ultimele două aplicaŃii utilizează lampa cu spectru cvasi-continuu). 5.4 Lămpi cu vapori de sodiu a. Lămpi cu vapori de sodiu de joasă presiune - LSOX ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Lampa are cea mai mare eficacitate luminoasă dintre toate tipurile de lămpi, crescând de la 50 lm/W în 1931, la 200 lm/W în prezent. Lampa (fig. 5.5) este alcătuită dintr-un tub de descărcare în formă de U introdus într-un balon exterior de protecŃie vidat, de formă tubulară. SuprafaŃa interioară a balonului de protecŃie este acoperită cu un strat de oxid de indiu care reflectă radiaŃia infraroşie, asigurând astfel temperatura de lucru de 260 °C a

5.14

tubului de descărcare. La aprinderea lămpii are loc o descărcare luminescentă în atmosfera auxiliară de neon, care produce vaporizarea sodiului. Lampa intră în regimul normal de funcŃionare după circa 10 minute de la aprindere.

Figura 5.5 Lampa cu vapori de sodiu de joasă presiune Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu vapori de sodiu de joasă presiune - LSOX au: - puterea nominală de 18 ... 185 W; - eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 68 ... 170 lm/W (crescând cu puterea lămpii); - luminanŃa de circa 10·104 nt; - durata de viaŃă de 12.000 ore (cu o depreciere a fluxului luminos de 70% din valoarea iniŃială), respectiv de 20.000 ore (timp în care se deteriorează 50% din lămpi). RadiaŃia în dubletul 589 - 589,6 nm conferă caracterul monocromatic gălbui al luminii emise de lampă şi o temperatura de culoare corelată de 1700 K. Redarea culorilor nu este posibilă, dar percepŃia vizuală prezintă o foarte bună acuitate. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos nu este posibil. VariaŃia tensiunii de alimentare nu influenŃează caracteristicile lămpii. FuncŃionarea lămpii nu este afectată de temperatura mediului ambiant. În tabelul 5.8 sunt date unele caracteristici ale LSOX. Alimentare. Lampa este prevăzută cu un soclu tip baionetă. Racordarea la reŃea necesită un balast inductiv sau un autotransformator cu dispersie, cu sau fără igniter (starter). Utilizare. Având o lumină monocromatică, lampa nu este recomandată pentru iluminatul spaŃiilor interioare, ea găsindu-şi domeniul optim de folosinŃă în iluminatul exterior al căilor de comunicaŃii. b. Lămpi cu vapori de sodiu de înaltă presiune - LSON ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Apărută pe piaŃă în 1966, lampa (fig. 5.6) este alcătuită din tubul de descărcare introdus într-un balon de protecŃie vidat de formă tubulară (clar) sau elipsoidală (clar sau cu depunere de pulbere fluorescentă pe peretele interior). Tubul de descărcare este din alumină sinterizată, care rezistă la temperatura de 1500 K a vaporilor de sodiu. Pentru amorsarea lămpii este necesar un impuls de tensiune de 1,5 ... 4 kV, prin care se iniŃiază o descărcare luminescentă în atmosfera auxiliară de xenon, urmată de vaporizarea sodiului. Se utilizează diferite sisteme constructive ce uşurează aprinderea lămpii: un igniter electronic, un conductor dispus pe peretele exterior al tubului de descărcare, un condensator introdus în balonul de protecŃie. Lampa intră în regimul normal de funcŃionare după circa 5 ... 7 minute de la aprindere.

Figura 5.6 Lampa cu vapori de sodiu de înaltă presiune Caracteristici de funcŃionare. Lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune - LSON au: - puterea nominală de 50 ... 1000 W; - eficacitatea luminoasă (a sistemului lampă-balast) între 56 ... 120 lm/W; - luminanŃa de (4 ... 30)·104 nt pentru lampa cu balon fluorescent, respectiv (300 ... 550)·104 nt pentru lampa cu balon clar; - durata de viaŃă de 16.000 ore. DistribuŃia spectrală în domeniul vizibil este influenŃată de presiunea vaporilor de mercur. Prin creşterea acesteia se produce o lărgire a liniilor spectrale galbene ce acoperă întreaga bandă verde-roşu şi apar o serie

5.15

de linii în benzile albastru şi verde. În prezent se fabrică patru tipuri de lămpi cu caracteristici colorimetrice diferite: (a) LSON standard, cu temperatura de culoare corelată de 1950 K şi un indice de redare a culorilor scăzut, Ra=23; (b) LSON pentru înlocuirea LMF, de 220 W şi 350 W, pentru înlocuirea LMF de 250 W, respectiv de 400 W (putere consumată redusă cu 15%, flux luminos emis mărit cu 25%); (c) LSON Confort, cu o culoare aparentă îmbunătăŃită (temperatura de culoare corelată de 2200 K şi indicele de redare a culorilor Ra=60), pentru utilizarea în spaŃii industriale; (d) LSON cu lumină albă, cu puteri de 35, 50, 100 W, cu o culoare aparentă alb-cald (temperatura de culoare corelată de 2500 K şi indicele de redare a culorilor Ra=85), pentru utilizarea în iluminat decorativ sau tip spot. Reglajul (diminuarea) fluxului luminos este posibil până la o valoare minimă de 10% din fluxul luminos nominal, dar uzual se coboară până la 50%. Reducerea fluxului luminos cu 50% este asociată reducerii puterii absorbite la circa 65% din puterea nominală. VariaŃia tensiunii de alimentare este admisă în limitele - 8% / + 6%. În tabelul 5.9 sunt date unele caracteristici ale LSON. Alimentare. LSON necesită ca echipament auxiliar balastul inductiv şi starterul (ignitor). Acesta poate fi interior sau exterior lămpii. Un condensator montat în paralel îmbunătăŃeşte factorul de putere al sistemului lampă-balast. Utilizare. Se foloseşte cu precădere în iluminatul exterior rutier, dar şi în hale industriale înalte, dacă nu există cerinŃe de redare a culorilor.

5.16

5.5 Noua generaŃie de lămpi - lămpile fără electrozi Lămpile cu descărcări de înaltă presiune au în construcŃia lor electrozi (de wolfram), ceea ce le limitează durata de viaŃă şi restrânge drastic tipul substanŃelor care pot fi utilizate la generarea luminii (datorită acŃiunii chimice asupra electrozilor). Pornind de la aceste premise, interesul cercetătorilor s-a îndreptat spre realizarea unor lămpi fără electrozi, progresele electronicii favorizând apariŃia a două astfel de tipuri: lampa cu inducŃie şi lampa cu sulf. a) Lampa cu inducŃie - Lampa cu inducŃie tip QL ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Apărută pe piaŃă în 1991 cu ocazia centenarului firmei Philips, lampa se compune dintr-un balon de descărcare, inductorul de putere şi generatorul de înaltă frecvenŃă. Bobina cu inducŃie (numită şi "antenă") cu miez de ferită, fixată pe un tub de plastic ce are şi rol de disipare a căldurii spre baza lămpii (funcŃionând ca un tub termic), este plasată într-o cavitate de sticlă centrată în interiorul balonului de descărcare de formă ovoidală. Acesta conŃine un gaz inert şi vapori de mercur sub formă de amalgam iar peretele său interior este acoperit cu o pulbere fluorescentă trifosfor. Alimentată de la un generator de înaltă frecvenŃă de 2,65 MHz, bobina induce un câmp electromagnetic a cărui componentă electrică axială determină ionizarea gazului şi apariŃia unei descărcări iniŃiale auxiliare. Componenta electrică tangenŃială induce curentul electric corespunzător descărcării în arc în vaporii de mercur de joasă presiune, producând radiaŃia ultravioletă caracteristică. Lampa este astfel similară unei lămpi cu vapori de mercur de joasă presiune cu balon fluorescent. Factorii care influenŃează aprinderea lămpii sunt dimensiunile diferitelor părŃi ale balonului de sticlă, compoziŃia gazului din interior, temperatura ambiantă şi amplitudinea şi frecvenŃa tensiunii de alimentare. Caracteristici de funcŃionare. Lampa QL se fabrică cu puteri de 55 şi 85 W, eficacitatea luminoasă ridicată de 67 lm/W, respectiv 70 lm/W, temperatura de culoare 3000 K (alb cald) şi 4000 K (alb rece), cu un indice de redare a culorii peste 80 şi o luminanŃă medie scăzută de 15 cd/m2. Durata de viaŃă este excepŃională, de 60.000 ore (20 ani a 8 ore zilnic). Pentru ca parametrii de funcŃionare ai lămpii să fie influenŃaŃi în mică măsură de variaŃiile de temperatură ale mediului ambiant, în balonul de descărcare se introduce un amalgam de mercur cu bismut şi indiu. - Lampa cu inducŃie tip Genura Realizată în 1994 de General Electric, are o putere de 23 W, balon de sticlă cu reflector şi componentele electronice încorporate. Lampa este destinată înlocuirii lămpilor cu incandescenŃă, în special a celor de 100 W cu reflector, având dimensiuni apropiate şi fiind echipată cu soclu E27. Are eficacitatea luminoasă de 48 lm/W şi durata de viaŃă de 10.000 ore, caracteristici care se apropie de cele ale unei LFC. Alimentare. ConstrucŃia generatorului de înaltă frecvenŃă este astfel realizată încât să nu se producă interferenŃe cu frecvenŃele radio. Cablul coaxial de legătură între generator şi lampă este parte componentă a circuitului oscilant de înaltă frecvenŃă. Având o impedanŃă de valoare dată, lungimea sa nu poate fi modificată. Utilizare. Lampa cu inducŃie oferă avantaje deosebite în instalaŃiile de iluminat interior şi exterior în acele aplicaŃii în care schimbarea lămpilor este dificilă, se doreşte o utilizare îndelungată a sistemului de iluminat sau întreŃinerea sistemului este scumpă. Una dintre cele mai interesante realizări în iluminatul exterior utilizând lampa QL este reprezentată de instalaŃia de iluminat a bulevardului parizian Champs-Elysee. b. Lampa cu microunde ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Departamentul Energiei din SUA împreună cu compania Fusion Lighting au prezentat în 1994 lampa cu sulf cu microunde - LS. Lampa reprezintă o abordare esenŃialmente nouă şi are următorul principiu de funcŃionare: sulful şi argonul aflaŃi

5.17

într-o sferă mică din sticlă de cuarŃ sunt ionizaŃi prin intermediul energiei microundelor cu frecvenŃă de 2,45 GHz. Argonul încălzeşte sulful până la starea gazoasă, formând molecule diatomice de sulf. Acestea emit energie în momentul în care revin la stări energetice inferioare, proces denumit "emisie moleculară". Spectrul de emisie este continuu pe aproape întreg spectrul vizibil (fig. 5.15), producând o lumină asemănătoare celei solare, dar cu cantităŃi neglijabile în benzile infraroşu şi ultraviolet. Producerea luminii în lămpile clasice cu descărcări are loc pe baza emisiei atomice. De aceea se obŃine o lumină cu aspect artificial, din care lipsesc multe linii spectrale. Stabilitatea plasmei este asigurată prin răcirea forŃată a lămpii şi rotirea sferei de descărcare. Caracteristici de funcŃionare. Puterea lămpii este de 5,4 kW, eficacitatea luminoasă de 85 lm/W (inclusiv sursa de alimentare şi generatorul de microunde - magnetronul), durata de viaŃă de 50.000 ore. Eficacitatea luminoasă şi fluxul luminos se menŃin practic constante în timpul funcŃionării (deprecierea fluxului luminos este de circa 5%). Lampa cu sulf se aprinde în câteva secunde, chiar la temperaturi joase ale mediului ambiant. Timpul de reaprindere este de asemenea de câteva secunde. Fluxul luminos poate fi reglat. Lampa nu conŃine mercur, o substanŃă toxică pentru mediul înconjurător, fiind astfel o "lampă ecologică". Lawrence Berkeley Laboratory - California SUA a realizat în 1993 lampa cu sulf de mică putere utilizând unde radio. Cu o putere de 1 kW, lampa produce 15.000 lm. Puterea fiind relativ mică, lampa nu are nevoie de răcire forŃată. Utilizare. Primele aplicaŃiile interesante sunt cele de la clădirea Forrestal şi de la Muzeul Aerului şi SpaŃiului Smithsonian din Washington, SUA. În primul caz, un sistem de iluminat cu conducte de lumină este format dintr-un tub prismatic cu o lungime de 100 m alimentat la ambele capete de două lămpi cu sulf. Acest sistem a înlocuit o instalaŃie de iluminat formată din 280 corpuri de iluminat echipate cu LMF, rezultând o economie de energie de mai mult de 65%. În 1997 s-a prezentat la Sacramento - California prima aplicaŃie publică a lămpii Solar 1000 de 1425 W, flux luminos de 135.000 lm, indice de redare a culorii Ra=79 şi o durată de viaŃă de 45.000 ore (exclusiv filtrul şi magnetronul care au doar 15.000 ore). Această lampă se poate utiliza în instalaŃia de iluminat pentru supermagazine, centre de conferinŃă, hangare de avioane, stadioane şi autostrăzi. Un alt proiect este orientat spre obŃinerea unei lămpi cu sulf cu unde radio de putere mică (50 ... 100 W) pentru utilizări casnice şi comerciale. Printre alte tipuri de lămpi fără electrozi aflate în cercetare este de menŃionat lampa Cluster -Philips cu un amestec de wolfram şi argon cu microunde şi lampa Multilox - General Electric, bazată pe tehnologia lămpilor cu halogenuri metalice. 5.6 Prezentarea comparativă a lămpilor electrice

Cercetări permanente conduc la obŃinerea unor lămpi cu eficacitate luminoasă tot mai mare, cu caracteristici colorimetrice superioare. În tabelul 5.11 (după PHILIPS Lighting Manual) sunt date caracteristicile principale ale acestor lămpi.

5.18

5.7 Sisteme de iluminat cu conducte de lumină În ultima decadă s-a observat un progres în proiectarea şi punerea în practică a sistemelor de iluminat electric cu conducte de lumină. Ideea transmiterii luminii prin conducte nu este nouă, primul brevet fiind înregistrat de Wheeler în S.U.A. în 1881. Un factor important în dezvoltările recente l-a constituit apariŃia noilor materiale de înaltă tehnologie, cu un preŃ de cost scăzut, care asigură o înaltă eficienŃă transmiterii fluxului luminos prin conducte. Un sistem de iluminat cu conducte de lumină - SICL este o structură liniară care primeşte lumină într-un fascicul concentrat pe la un capăt, o transportă de-a lungul ei prin procese optice de refracŃie şi reflexie parŃială sau totală şi o emite fie pe parcurs, în lungul sistemului de transport, fie la celălalt capăt, printr-un emiŃător în formă de corp de iluminat. Diferitele SICL propuse sau construite sunt caracterizate printr-o varietate de tipuri de surse, sisteme de transport şi emiŃătoare. Cercetările din ultimele două decenii au condus la realizarea unor sisteme de introducere a luminii naturale adânc pe verticală, în spaŃiile interioare ale clădirilor. Cu toate că multe sisteme de transport a luminii naturale conŃin lămpi electrice ca surse suplimentare de lumină, tehnologia de execuŃie şi de pozare a acestor sisteme sunt influenŃate de mijloacele de captare a luminii solare. ConstrucŃie şi principiu de funcŃionare. Principalele elemente care alcătuiesc SICL sunt: (a) sursa de lumină, (b) sistemul de transport a luminii şi (c) emiŃătorul de lumină. Eforturile de cercetare au fost inegale privind dezvoltarea componentelor SICL, sistemul de transport fiind principalul beneficiar al cercetărilor. Există puŃine tipuri de surse de lumină specializate, altele decât cele pentru fibre optice, şi puŃini emiŃători realizaŃi în practică, alŃii decât cei care fac parte integrantă din sistemul de transport.

Figura 5.7 Structura unui sistem de iluminat cu conducte de lumină cu captator pasiv de lumină naturală montat pe acoperiş a. Sursa de lumină Sursa de lumină poate fi lumina naturală sau/şi lămpi electrice. Dispozitive optice dirijează fluxul luminos într-o manieră controlată către sistemul de transport a luminii. Sunt trei cerinŃe fundamentale pentru sursă: (a) flux luminos ridicat, (b) eficacitate luminoasă mare, deoarece

5.19

transportul luminii la distanŃă implică pierderi datorate diferitelor procese optice, (c) înalt grad de concentrare a fluxului luminos la intrarea în sistemul de transport. Una din lămpile electrice cele mai utilizate în SICL este lampa cu vapori de mercur de înaltă presiune cu halogenuri metalice. LMH prezintă avantajul unei temperaturi de culoare apropiate de cea a luminii naturale, ceea ce o recomandă pentru spaŃiile care au şi o componentă de lumină naturală. Tehnologia actuală pentru lămpile cu descărcări nu reuşeşte să satisfacă cerinŃa unui flux luminos ridicat, simultan cu dimensiuni reduse ale lămpii, sau cel puŃin ca tubul de descărcare să fie destul de mic, astfel încât să poată fi poziŃionat în focarul dispozitivelor optice. Dezvoltări recente, ca LMH de 60 W cu arc scurt şi de 400 W cu reflector integrat, promit o soluŃionare a acestei probleme. Dispozitivele optice ce introduc lumina în zona de intrare în sistemul de transport cuprind o gamă largă, de la reflectoare cu faŃete multiple ce concentrează lumina în fascicule separate îndreptate spre colectoarele fibrelor optice, până la reflectoare parabolice de dimensiuni mari ce furnizează lumină într-un unghi solid de dimensiuni acceptabile. b. Sistemul de transport a luminii Sistemul de transport este caracteristica definitorie a SICL. Principala sa funcŃie este de a transporta lumina de la sursă la punctul de ieşire. În plus, unele tipuri constructive au şi funcŃiunea de emiŃătoare de lumină. Sistemul de transport poate fi: - sistem fascicul/lentile; - tub cu reflexie directă; - tub prismatic; - sistem cu miez solid. Sistemul fascicul/lentile. Lumina care provine de la sursă este concentrată de lentile şi transportată printr-o combinaŃie de lentile şi oglinzi. Sistemul prezintă două mari dezavantaje: lentilele şi dispozitivul de montare sunt mai scumpe decât alte metode de transport, respectiv pierderile de lumină cauzate de procesele optice sunt ridicate. O lentilă curată are o transmitanŃă de maximum 92% (pierderile fiind datorate reflexiei pe fiecare faŃă), care scade odată cu depunerile de praf şi murdărie pe suprafeŃe. EficienŃa sistemului este dependentă de alinierea componentelor şi, de aici, problemele care pot să apară datorită modificărilor mecanice sau proceselor de dilatare/contractare. Sistemul fascicul/lentile poate fi interesant doar atunci când se utilizează o sursă gratuită cum este lumina soarelui. El este total neeconomic în cazul surselor electrice de lumină. Această tehnică a fost utilizată pentru transportul luminii solare în interiorul unor clădiri. Un exemplu îl constituie SICL utilizat la clădirea FacultăŃii de ConstrucŃii, Universitatea din Minnesota. Lumina soarelui este captată de două heliostate montate pe acoperiş, comandate printr-un computer. Fluxul luminos este concentrat într-un fascicul şi este transmis printr-un sistem vertical de lentile şi oglinzi. La capătul inferior, aflat la 35 m, lumina este distribuită printr-un difuzor în spaŃiul de lucru. SoluŃia adoptată a permis ca o cantitate mare de lumină solară să fie condusă în clădire printr-o deschidere foarte mică, situată pe învelişul exterior. Sistemul de transport ce conŃine 13 procese optice are o eficienŃă maximă de 28% şi aceasta în condiŃii deosebite de curăŃenie. Tubul cu reflexie directă. Sistemul utilizează reflexii directe multiple pe suprafaŃa interioară a unui tub. Transmisia luminii prin tub este în funcŃie de reflectanŃa suprafeŃei, unghiul de intrare a luminii incidente şi geometria tubului, exprimată prin raportul dintre lungimea şi diametrul acestuia. Este de dorit ca lumina să intre axial în tub într-un fascicul cât mai concentrat. Cel mai simplu sistem este reprezentat de un tub gol cu pereŃii interiori din aluminiu polizat şi care are o reflectanŃă în jur de 85% în spectrul vizibil, în stare curată. Pentru un unghi al fascicolului de lumină de 8° şi un tub cu diametrul de 300 mm, fluxul luminos scade la 50% după aproximativ 6 m. O noutate în acest domeniu o reprezintă filmele optice oglindate din poliester care au o reflectanŃă de 95%. Ele sunt realizate prin depunerea vaporilor de argint pe un film flexibil din poliester, care este apoi acoperit cu un strat transparent de acrilic, pentru a preveni oxidarea argintului.

5.20

Măsurări experimentale pe modele la scară redusă, efectuate pe SICL cu tuburi cu secŃiune pătratică, acoperite în interior cu film din poliester argintat au stabilit că în condiŃii favorabile, din aceste tuburi se poate extrage flux luminos în cantitate rezonabilă. EficienŃa rămâne mare pentru diferite forme geometrice ale tubului, cu condiŃia ca lumina incidentă să fie aproape coliniară cu axa tubului. În cel mai bun caz, eficienŃa este mai mare de 50% pentru un raport lungime/diametru de 40, ceea ce corespunde unui diametru de 300 mm la lungimea tubului de cca 12 m. EficienŃa scade rapid dacă nu se asigură alinierea fluxului incident cu axa tubului, datorită creşterii numărului de reflexii. InfluenŃa reflectanŃei peretelui asupra eficienŃei şi caracteristicile direcŃionale ale luminii la ieşirea din tub au fost analizate pe baza unor măsurători pe tuburi cu secŃiune circulară, acoperite cu diferite materiale. Tabelul 5.13 arată eficienŃele pentru tuburi cu reflexie directă acoperite cu aluminiu semi-polizat (reflectanŃa 80%) şi mylar polizat (reflectanŃa 90%). Dar nu numai eficienŃa sistemului de transport a sistemului e importantă ci şi distribuŃia fotometrică la capătul tubului, pentru a vedea cum şi în ce fel poate fi utilizat fluxul luminos transportat. Trebuie avut în vedere că probleme ca depunerile de praf şi nealinierea componentelor conduc în practică la eficienŃe mai mici decât cele obŃinute în laborator. SICL prezentat într-o aplicaŃie utilizează un tub specular cu o lungime de 6 m, care transportă lumina naturală captată la nivelul acoperişului în încăperi situate mai jos la 6 m. Tuburile au secŃiune triunghiulară (laturi de circa 700 mm) şi sunt acoperite cu un film de poliester argintat cu o reflectanŃă de 95%. Sistemul are o eficienŃă totală de 10% pentru cer înnourat şi o valoare mai mare pentru lumina directă a soarelui. Tubul prismatic. Principiul care stă la baza acestui sistem îl reprezintă reflexia internă totală pe o suprafaŃă dielectrică prismatică, care captează lumina şi o redirecŃionează în interiorul tubului. Structura prismatică este transparentă pentru raze de lumină la unghiuri mari de incidenŃă. ExistenŃa ghidurilor de lumină prismatice se datorează progreselor din ultimul timp în producerea de suprafeŃe cu structură precisă. Un interes special îl prezintă gama de materiale optice fabricate din acrylic sau policarbonat, care are o structură rigidă, cu creste de 90°. În cazul în care o astfel de structură acoperă suprafaŃa interioară a unui tub de lumină, având prismele orientate paralel cu axa tubului, fluxul luminos va fi transmis printr-un proces de reflexie internă totală, cu condiŃia ca unghiul de incidenŃă să nu depăşească 27,5°. IregularităŃi constructive permit ca o mică parte din fluxul luminos să depăşească unghiul maxim şi, astfel, să iasă prin peretele tubului. Acest efect face ca tubul să strălucească, motiv pentru care ghidul prismatic acŃionează atât ca mijloc de transport cât şi ca emiŃător luminos. Structura prismatică este realizată şi în forma unui film flexibil ultrafin, cu un cost mai scăzut decât materialul rigid. Filmul flexibil permite obŃinerea unor tuburi cu secŃiuni de diferite forme. Tuburile formate din ambele tipuri de materiale sunt capabile să transporte lumină concentrată, cu pierderi mici. Măsurători efectuate asupra unui tub din policarbonat cu diametrul de 100 mm, echipat cu o lampă cu incandescenŃă cu reflector, au stabilit o eficienŃă de 80% pentru un raport lungime/diametru efectiv de 25. Aceste valori sunt mai bune decât cele obŃinute în cazul tuburilor speculare. Sistemul cu miez solid. Cel mai cunoscut sistem cu miez solid este fibra optică care transportă lumina printr-un fascicul de fibre solide subŃiri şi flexibile, pe baza reflexiei interne totale pe interfaŃa dielectrică. Fibrele optice au un miez, care este mediul de transport a luminii, şi un înveliş cu indice de refracŃie scăzut, care previne pierderile de lumină din miez. Procesul de reflexie internă totală dintr-o fibră optică este foarte eficient şi transportul luminii este legat esenŃial de lungimea fibrei şi nu de diametrul ei, ca în cazul sistemului de transport specular sau prismatic. Fibrele optice sunt fabricate din sticlă cu silicaŃi sau din plastic şi au diametrul 50 ... 150 µm. Pentru a forma un mănunchi flexibil, un număr mare de fibre sunt legate împreună şi apoi sunt introduse într-un tub de protecŃie. Fibrele optice utilizate curent pentru transportul luminii au diametre de circa 10 mm.

5.21

Pierderi de lumină datorate absorbŃiei şi împrăştierii sunt definite prin mărimea caracteristică numită atenuare, măsurată în decibeli/m (dB/m). Valorile tipice ale atenuării variază de la 0,1 la 0,4 dB/m pentru fibre de plastic şi de la 0,2 la 0,6 dB/m pentru fibre de sticlă. Cuplarea sursei de lumină la intrarea în fibra optică se face printr-un dispozitiv denumit cutie de lumină. Aceasta asigură pătrunderea luminii în fibră sub un unghi de acceptare determinat de indicii de refracŃie ai elementelor componente astfel încât să se evite pierderile de flux luminos prin refracŃia prin peretele tubului. Sursele de lumină sunt lămpi cu incandescenŃă cu halogen de foarte joasă tensiune, pentru sisteme de puteri mici, respectiv lămpi cu descărcări pentru sisteme de puteri mari. Flexibilitatea cablurilor cu fibre optice face ca pozarea lor în interiorul clădirilor să pună mai puŃine probleme decât celelalte sisteme de transport a luminii. Fibrele optice sunt cele mai utilizate sisteme de transport şi au numeroase aplicaŃii. Sunt multiple exemple de sisteme mici cu fibre optice utilizate în comerŃ, pentru iluminatul de prezentare şi accent ca surse punctuale sau la decoraŃiuni, ca surse liniare. ConfiguraŃia tipică pentru iluminatul de prezentare constă dintr-un mănunchi cu diametrul de 6 mm şi cu 12 terminale de fibre, conectat la o lampă cu descărcări de 150 W, care produce aproximativ 100 de lumeni la capătul a 5 m de fibră. AplicaŃiile pentru iluminatul general cu fibre optice sunt puŃin numeroase. Un exemplu îl constituie auditoriumul de 2000 de locuri din Centrul de ConferinŃe Madrid, unde o iluminare medie de 30 lux este furnizată de 1344 puncte de lumină montate pe tavan, racordate la 181 cutii de lumină echipate cu lămpi cu descărcări de 200 W. Principala motivaŃie a utilizării acestui sistem îl constituie uşurinŃa întreŃinerii, cutiile de lumină fiind amplasate în zona de serviciu din tavanul fals. O aplicaŃie interesantă o reprezintă sistemul "Himawari". Lumina colectată de o celulă solară este focalizată cu o concentraŃie de 10.000 la capetele fibrei optice, transportată în interiorul clădirii şi distribuită printr-un sistem de lentile Fresnel. Fiecare lentilă de 105 mm focalizează lumina într-un cablu de 6 mm alcătuit din 6 sau 9 fibre, dimensiunile aplicaŃiei determinând numărul de lentile şi cabluri. De exemplu, un cablu cu 6 fibre lung de 40 mm furnizează 1180 lm de la o iluminare solară directă de 98.000 lux, iar sistemul poate transmite lumina soarelui până la o distanŃă de 200 m de colector. UşurinŃa instalării unui sistem de transport cu fibre optice este ilustrat de faptul că el a fost montat în clădiri mai vechi. Cu toate avantajele sale, sistemul "Himawari" implică însă o investiŃie foarte mare, care nu este justificată decât de prestigiul clădirii. c. EmiŃătorul de lumină Caracteristicile constructive şi proprietăŃile fizice şi optice ale emiŃătoarelor de lumină sunt influenŃate puternic de sistemul de transport la care sunt conectate, în două variante constructive: - transport şi emisie combinate, lumina sursei fiind extrasă continuu de-a lungul sistemului de transport; - emiŃător propiu-zis, care redistribuie fluxul luminos furnizat de sistemul de transport într-un mod similar cu corpurile de iluminat convenŃionale. Transport şi emisie combinate. Sistemul de transport este construit astfel încât să îndeplinească cele două funcŃii dorite: pe de o parte să asigure transportul luminii cu pierderi minime, pe de altă parte să permită ieşirea luminii prin structură în lungul acesteia. (1) EmiŃătoare prismatice. Sunt două tipuri constructive principale: (a) cu secŃiune rectangulară sau circulară, din acrylic rigid cu grosimea de 4 mm şi (b) cu secŃiune circulară mică, din material microprismatic. Sursa de lumină este o lampă cu incandescenŃă cu halogen de 12 V sau o lampă cu descărcări cu reflector, amândouă producând un flux concentrat cuprins în "unghiul de acceptare" de aproximativ 27°. Transportul luminii în interiorul emiŃătorului se face prin reflexie internă totală în materialul prismatic. Emisia este cauzată de imperfecŃiunile structurii prismatice şi de prezenŃa luminii în afara unghiului de acceptare. Pierderea de flux

5.22

luminos este în jur de 2%/300 mm lungime tub şi acest efect face ca tubul să strălucească. Câteva dispozitive sunt utilizate la controlul fluxului luminos produs de emiŃător: - un material reflectiv, pentru acoperirea suprafeŃelor exterioare ale tubului care nu sunt utilizate ca emiŃător, având ca efect redirecŃionarea fluxului înapoi în tub; - un extractor, care constă dintr-o bandă de material difuzant plasat în interiorul tubului ce face ca lumina incidentă să fie împrăştiată şi să scape prin pereŃii tubului de transport; - o oglindă ce reflectă fluxul luminos ajuns la capătul tubului, reintroducându-l în procesul de emisie. Câteva proprietăŃi fizice şi fotometrice ale emiŃătoarelor prismatice sunt descrise în Tabelul 5.14, împreună cu informaŃii despre alte două tipuri de emiŃătoare, precum şi date comparative pentru două tipuri de corpuri de iluminat convenŃional. EmiŃătoarele prismatice cu diametru mic (100 mm) şi lungimi de până la 30 m sunt utilizate pentru orientare şi în scop decorativ. Tuburile prismatice mari au suprafeŃele de emisie cuprinse între 200 mm şi 600 mm lăŃime şi 7 m lungime. Fluxul luminos emis de tuburi utilizate pentru orientare în exterior este scăzut, în jur de 50 lm/300 mm lungime. Cel produs de emiŃătoare prismatice care au ca sursă o lampă cu descărcări, utilizate pentru iluminatul interior, este aproape jumătate din cel al corpurilor de iluminat convenŃionale menŃionate în tabel. LuminanŃa ambelor tipuri de emiŃătoare prismatice este mult mai mică decât cea a corpurilor de iluminat convenŃionale. LuminanŃa variază în lungul tubului. DistribuŃia intensităŃii luminoase a emiŃătorului prismatic prezintă o simetrie coaxială, cu un maximum la un unghi de 15° faŃă de axă în direcŃia opusă sursei. EficienŃele menŃionate în tabel se referă la ansamblul SICL. EmiŃătoarele prismatice fabricate din film microprismatic sunt utilizate pentru marcarea şoselelor şi la semnalizări, iar cele din material rigid la decorarea clădirilor sau iluminatul spaŃiilor interioare cu sarcini vizuale pretenŃioase. (2) Fante. Aceste emiŃătoare sunt fabricate din tuburi cu pereŃii interiori din film elastic de polietilemefat, care are o reflectanŃă mare (85% ... 90%), cu excepŃia unei fante în lungul tubului. Lumina este transmisă prin reflexie directă. Fanta poate fi transparentă sau difuză. Dimensiunile unghiulare ale fantei variază între 30 ... 110°. Diametrul tubului variază de la 250 mm (alimentat de la o lampă cu descărcări de 1 kW) la 1200 mm (alimentat de 8 lămpi cu descărcări de 3,5 kW), cu sursele poziŃionate la ambele capete ale tubului. Raporturile dintre diametrul efectiv şi lungime sunt mai mari decât pentru sisteme cu emiŃătoare prismatice - de la 20 la 50, dar cu toate acestea eficienŃa se situează între 30% ... 40%. InstalaŃiile sunt proiectate cu un gradient de luminanŃă între 10:1 şi 15:1 de la sursă spre capăt sau de la surse spre mijloc. Sistemul a fost utilizat pentru iluminarea unor magazine, staŃii de metrou şi spaŃii industriale în fosta URSS, furnizând o lumină difuză, fără umbre. (3) Fibrele optice (ca surse liniare) pot fi utilizate ca emiŃătoare liniare prin simpla eliminare a învelişului exterior cu indice de refracŃie scăzut. Cablurile optice sunt alimentate de la ambele capete, utilizând două cutii de lumină, sau în buclă de la o singură cutie, pentru diametre de până la 15 mm şi lungimi de maximum 50 m. Efectul vizual produs este de bandă luminoasă şi aplicaŃiile tipice sunt de subliniere a contururilor unor clădiri, sisteme de orientare şi la semnalizări. În unele aplicaŃii sunt utilizate ca înlocuitoare pentru lămpile cu coloană pozitivă (tuburi pentru reclame luminoase). EmiŃătoare propriu-zise. Există două tipuri uzuale: (a) Conductalite este denumirea comercială a unui emiŃător de lumină care constă dintr-un tub din aluminiu polizat cu reflexie directă prevăzut cu panouri prismatice pe suprafaŃa interioară. Sursa de lumină este o lampă cu descărcări de 250 sau 400 W cu un reflector care concentrează lumina. Oglinzile de pe feŃele din secŃiunea conică a tubului reflectă lumina pe partea superioară a panoului din acrilic rigid. Dispozitivele sunt disponibile în lungimi de 3, 4 sau 5 m şi au o eficienŃă de 36%. Fluxul luminos mediu este în jur de 500 lm /300 mm lineari. O singură sursă de lumină poate alimenta mai multe emiŃătoare, utilizând tuburi cu reflexie directă

5.23

ca sistem de transport. Este folosit în mod curent la clădiri cu destinaŃii sportive (piscine), industriale şi de depozitare precum şi la iluminatul tunelurilor rutiere. (b) Fibre optice (ca surse punctuale). Capătul cablurilor cu fibre optice poate fi utilizat ca sursă de lumină punctuală. DistribuŃia fluxului luminos la ieşirea din cablu se încadrează în unghiul de acceptare al fibrei sau poate fi modificată prin lentile Fresnel sau difuzoare din plastic sau sticlă, montate pe capătul cablului. Fluxul luminos al sistemelor utilizate la iluminatul de prezentare este în jur de 100 lm/fibră, cu o eficienŃă a întregului sistem de 30%. Utilizare. SICL se utilizează la aplicaŃii decorative şi de prezentare sau pentru iluminatul ambiental, dar foarte rar pentru iluminatul de lucru. SICL sunt folosite în aplicaŃii unde este nevoie ca sursa şi emiŃătorul să fie separate de o anumită distanŃă, cum sunt cele în care sursele de lumină trebuie localizate în afara spaŃiilor cu risc de explozie, în care aportul de căldură al surselor de lumină este inacceptabil sau în care lămpile şi echipamentul auxiliar pot fi amplasate în spaŃii uşor accesibile. De asemenea, SICL sunt recomandate dacă se doreşte un emiŃător care să fie diferit de corpurile de iluminat convenŃionale prin dimensiuni, formă sau caracteristici ale luminii emise. Sistemele bazate pe tehnologia fibrelor optice sunt o alternativă a spoturilor de lumină miniaturale în iluminatul de prezentare şi de accent al obiectelor mici. Sistemele mari, destinate asigurării unui nivel de iluminare ridicat în încăperi de lucru, vor avea un impact serios în proiectarea clădirilor. Deşi lumina soarelui poate fi concentrată şi canalizată prin ghiduri de lumină, ea nu este adecvată ca sursă pentru SICL aflate la latitudini temperate, datorită proporŃiei reduse din zi când poate fi utilizată. În Tabelul 5.15 sunt prezentate unele avantaje/dezavantaje ale principalelor sisteme de iluminat cu conducte de lumină.

5.24

5.8 Eticheta energetică Etichetarea energetică a aparatelor casnice, inclusiv a lămpilor electrice a fost legiferată prin Directivele 97/75/CEE şi 98/11/CE a Comisiei Europene. Eticheta energetică şi Fişa de informare asigură informaŃii care permit caracterizarea unui anumit model de aparat şi comparaŃia cu alte modele.

Eticheta definită de aceste directive conŃine indicaŃiile de bază ale sursei de lumină: - clasa de eficienŃă energetică – de la A la G, A fiind clasa cea mai perfomantă - fluxul luminos, în lumeni - puterea absorbită, în W - durata de viaŃă, în ore - tensiunea nominală, în V

Figura 5.8 Etichete energetice (a) lampă cu incandescenŃă, (b) lampă fluorescentă compactă EficienŃa energetică a unie lămpi electrice este dată de indicatorul "Eficacitate luminoasă – flux luminos/putere consumată, în lumen/watt. Din datele de pe etichetele alăturate, LIG are eficacitatea luminoasă de 670/60=11,16 lm/W, iar LFC - de 1100/20=55 lm/W

5.25

Figura 5.9 Spectrele de radiaŃii ale lămpilor fluorescente

5.26

Figura 5.10 Spectrele de radiaŃii ale lămpilor cu vapori de mercur la înaltă presiune

5.27

Figura 5.11 Spectrele de radiaŃii ale lămpilor cu halogenuri metalice

5.28

Figura 5.12 Spectrul de radiaŃie al lămpii cu vapori de sodiu de joasă presiune – presiune sodiu 0,5

Pa

Figura 5.13 Spectrele de radiaŃii ale lămpilor cu vapori de sodiu la înaltă presiune

Figura 5.14 Spectrul de radiaŃie al lămpii cu inducŃie

5.29

Figura 5.15 Spectrul de radiaŃie al lămpii cu sulf

5.30

Tabel 5.1 CorespondenŃa dintre culoarea aparentă şi temperatura de culoare corelată a lămpilor

Culoarea aparentă Temperatura de culoare corelată, K alb cald

alb alb rece

alb lumina zilei (lumina naturală)

3000 3500 4200 6500

Tabel 5.2 Caracteristicile de redare a culorii - CIE Caracteristica de redare a

Intervalul indicelui de

Culoarea aparentă

Exemple de utilizare

culorii redare a culorii Preferat Acceptat 1A Ra≥90 cald potrivirea culorii intermediar examinări clinice rece galerii de artă

1B 90> Ra≥80 cald spre intermediar

cămine, hoteluri, restaurante, magazine, şcoli, spitale

intermediar spre rece

tipografii, industrie uşoară

2 80> Ra≥60 cald hale industriale birouri, şcoli intermediar rece 3 60> Ra≥40 industrie grea hale industriale 4 40> Ra≥20 industrie grea,

hale industriale cu cerinŃe de re-dare a culorii reduse

Tabel 5.3 Caracteristici ale LIG Puterea, W Tensiunea, 220 - 230 V

Fluxul luminos, lm Eficacitatea luminoasă, lm/W 25 40 60 75 100 150 200 300 500 1000

230 430 730 960 1380 2220 3150 5000 8400 18800

9,2 10,8 12,2 12,8 13,8 14,9 15,8 16,7 16,8

16,8 ?? Tabelul 5.4 Caracteristici colorimetrice şi recomandări de utilizare pentru LFT

5.31

Indicele de redare

a culorii Ra Culoarea aparentă

Temperatura de culoare corelată, K

Recomandări de utilizare

85 ... 100 alb lumina zilei

>5000 Caracteristici foarte bune de redare a culorii combinate cu eficacitate luminoasă foarte ridicată. Recomandări speciale pentru utilizarea în industria textilă sau de prelucrare a lemnului şi pentru grafica comercială

alb 3300 ... 5000 Caracteristici bune de redare a culorii şi eficacitate luminoasă ridicată permit folosirea largă în încăperi administrative, industriale şi de vânzări

alb cald <3300 Eficacitatea luminoasă ridicată şi redarea bună a culorii le fac eficiente pentru folosirea în spaŃii din clădiri administrative, şcoli, restaurante şi comerciale

70 ... 84 alb 3300 ... 5000 Adecvate pentru majoritatea aplicaŃiilor interioare sau exterioare Caracteristici bune de redare a culorii pentru iluminarea produselor alimentare, în special carne

40 ... 69 alb 3300 ... 5000 Iluminat exterior sau întreprinderi industriale datorită caracteristicilor slabe de redare a culorii

Tabelul 5.5 Caracteristici ale LFT

Puterea consumată, W Fluxul luminos1)

Eficacitatea luminoasă

lampă+balast

Dimensiunile tubului lămpii

lungime/diametru fără balast cu balast lm lm/W mm/mm 2) 3) 4) 5) 6) 3)/ 4) 5)/ 6) 4 6 8 10 13 15 16 18 20 30 36 38 40 58 65

16

32 34

50

10 12 14 14 ? 19 25 21 30 32 40 46 50 50 ? 71 78

19,5

23 26

19

36 38

55

35

69 75

109

120 240 350 630 950 1000 1300 1450

1150 ?? 2400 3450 3200 3000 5400 5000

12 20 25 45 50

40/51 62

48/63 36/44 60 75 64 60 76 64

71/77

136/16 212/16 288/16 470/26 517/16 438/26 720/26 590/26 590/38 895/26 1200/26 1047/26 1200/26 1500/26 1500/38

Notă: 1) depinde de tipul lămpii şi al luminoforului; 2) lampă de înaltă frecvenŃă; 3) lampă cu balast magnetic convenŃional; 4) două lămpi în serie cu un balast; 5) lampă de înaltă frecvenŃă; 6) două lămpi de înaltă frecvenŃă cu un singur balast electronic Tabelul 5.6 Eficacitatea luminoasă pentru diferite situaŃii

5.32

Caz Puterea absorbită, W Eficacitatea luminoasă

Lampă Balast lm/W a b c d e f

40 32 40

2x40 32

2x32

- - 10 12 4 5

75,0 107,8 60,0 65,2 95,8 100,0

Tabelul 5.7 Caracteristici ale LMF Puterea consumată, W Fluxul luminos Eficacitatea luminoasă

lampă+balast fără balast cu balast lm lm/W

50 80 125 250 400 700 1000

59 89 137 266 425 735 1045

1800 3700 6300 13.000 22.000 40.000 58.000

31 42 46 49 52 54 56

Tabelul 5.8 Caracteristici ale LMH Puterea consumată, W Fluxul luminos Eficacitatea luminoasă

lampă+balast fără balast cu balast lm lm/W 75 150 250 360 1000 2000 3500

88 170 275 385 1050 2080 3650

5000 11.250 22.000 ??.000 90.000 190.000 300.000

57 66 73 77 86 91 82

Tabelul 5.9 Caracteristici ale LSOX Puterea consumată, W Fluxul luminos Eficacitatea luminoasă

lampă+balast fără balast cu balast lm lm/W 18 ? 35 55 90 135 180

25 56 76 113 175 220

1800 4800 8000 13.500 22.500 33.000

72 86 105 119 129 150

Tabelul 5.10 Caracteristici ale LSON

5.33

Puterea consumată, W Fluxul luminos Eficacitatea luminoasă lampă+balast

fără balast cu balast lm lm/W 50 70 100 150 210 250 350 400 1000

62 83 115 170 232 275 385 450 1090

3500 6100 10.000 17.000 18.000 15.500 34.000 48.000 130.000

56 73 87 100 78 93 88 107 119

Tabelul 5.12 Caracteristici generale privind durata medie de viaŃă şi de depreciere a fluxului luminos

Tipul lămpii Durata medie de viaŃă standard până la

rămânerea în funcŃie a 50% din lămpi, ore

Duarat de viaŃă până la scăderea fluxului

luminos la 70% din valoarea iniŃială, ore

LIG LIH

1000 2000

- -

LFT (26 mm) - multifosfor - înaltă frecvenŃă - halofosfat LFT (38 mm) - halofosfat LFC

6000 ... 12.000 7500 ... 15.000 6000 ... 12.000 5000 ... 10.000 8000 ... 10.000

12.000 ... 24.000 15.000 ... 30.000 12.000 ... 24.000 10.000 ... 24.000 10.000 ... 14.000

LMF LMM LMH - balon fluorescent - balon clar

14.000 ... 28.000 6000 ... 12.000 5600 ... 13.000 6500 ... 13.000

14.000 ... 28.000 6500 ... 13.000 6000 ... 12.000 6500 ... 13.000

LSOX LSON - standard - ‘plus’ - ‘de luxe’ - ‘white’

11.500 ... 23.000 14.000 ... 28.000 15.000 ... 30.000 14.000 ... 28.000 10.000 (6000) ??

15.000 ... 30.000 13.500 ... 27.000 16.500 ... 31.000 14.000 ... 28.000 6000 (>90%)

QL 60.000 (până la 80%) 60.000

5.34

Tabe

lul 5

.11 P

rezen

tare c

ompa

rativă

a un

or car

acteri

stici

de fu

ncŃio

nare

a lăm

pilor

de uz

gene

ral

Caracteristici

Lamp

a cu incandesce

nŃă

Lamp

a fluo

rescen

tă Lampa cu vapo

ri de m

ercur de înaltă presiune

Lamp

a cu vapori de sodiu

Lamp

a fără electroz

i

LIG

LIH

LFC

LFT

LMF

LMM

LMH

LSOX

LSON

QI

sulf

Putere W

15 ... 50

0 75 ... 20

00

5 ... 4

0 15 ... 14

0 50 ... 10

00

100 ... 5

00

70 ... 20

00

18 ... 18

0 50 ... 10

00

85

1425

Flux lumino

s lm

120 .. . 8400 975 ... 50

.000

250 ... 3

500

750 ... 7

300

1800 ...

58.00

0 1100 ...

13.00

0 5500 ...

189.0

00

1800 ...

33.00

0 3300 ...

130.0

00

6000

135.0

00

Eficacitate lm/W

8 ... 1

7 13 ... 25

50 ... 80

50 ... 10

41)

36 ... 58

11 ... 26

79 ... 95

100 ... 2

002)

66 ... 13

83)

704)

95

Culoarea aparentă

alb-cald

alb-cald

alb-cald

alb-cald ...

alb-rece

interm

ediar

interm

ediar

rece

galben

alb-au

riu

alb-cald şi

rece

alb

Redarea culorii

excelentă

excelentă

bună

moderată ...

excelentă

slabă ...

moderată

moderată

bună ...

excelentă

fără

slabă ...

moderată

bună

bună

Balast

fără

fără

încorp

orat

sau separat -

magnetic sau

electronic

magnetic sau

electronic

magnetic

încorp

orat

magnetic

magnetic sau

hibrid

magnetic

electronic

electronic

Starter/ig

nitor

fără

fără

încorp

orat

sau separat cu sta

rter sau

fără starter

fără

fără

ignitor

separat sa

u în

balast

separat sa

u în

lampă

fără

fără

Aprindere m

in zero

zero

zero sau <1

zero

3 zero ... 2

3

10

5 zero

zero

Reaprindere m

in zero

zero

zero

zero

5 5

10

2 <1

zero

zero

Notă. 1) La

mpa “TL”D cu

loare 83 sau 8

4 (50W) cu b

alast electronic; 2) La

mpa S

OX-E 13

1 W, 26.0

00 lm

; 3) L

ampa SO

N-T Plu

s 400 W

, 55.0

00 lm

; 4) Inclusiv pierde

rile în

balast

5.35

Tabe

l 5.1

3 Efic

ienŃel

e uno

r sist

eme d

e tran

sport c

u tub

uri cu

refle

xie di

rectă

Raport d

e aspe

ct Unghi fascicul

Strat interior

EficienŃă, %

4:1

8 Aluminiu

54,34

4:1

8 My

lar

89,58

4:1

13

Aluminiu

50,47

4:1

13

Mylar

87,85

10:1

8 Aluminiu

24,40

10:1

8 My

lar

72,10

10:1

13

Aluminiu

22,12

10:1

13

Mylar

70,53

20:1

8 Aluminiu

13,73

20:1

8 My

lar

52,20

20:1

13

Aluminiu

11,19

20:1

13

Mylar

50,47

Tabe

lul 5

.14 P

roprie

tăŃi fi

zice ş

i fotom

etrice

ale u

nor e

miŃăt

oare

şi corp

uri de

ilumi

nat c

onven

Ńiona

le Tip

emiŃător

Tip

lampă

Dimensiuni, m

m Flu

x lumino

s / 300

mm lin

eari, lm

LuminanŃă

medie, cd/m

2 EficienŃă

sistem

, %

Corp de iluminat standard cu

panou prismatic (4 lămp

i) LFT

1200 x 600

1800

9000

60

Corp de iluminat standard cu

reflector tip

oglindă (2 lămp

i) LFT

1200 x 300

600

9000

50

Prismatici

LMF

LSON

diferite lun

gimi

lăŃimea 200 ... 6

00

650

3000

45

LIH

diametru 10

0 mm

lungim

e ≤ 30

m

50

50 ... 30

0 50 ... 80

Fante

LMF

LSON

diferite lun

gimi

diametru 25

0 ... 1

200 m

m 400

nu este

menŃionată

35

Conductalite

LMF

LSON

lun

gime 3 ... 5 m

lăŃime 300 mm

500

4000 ... 10

.000

36

5.36

Tabe

lul 5

.15 C

aracte

ristic

i ale

unor

sistem

e de i

lumina

t cu c

ondu

cte de

lumi

nă

Sistem

Impact asu

pra

construc

Ńiei

Dimensiuni

tub

Forma secŃiun

ii DistanŃă medie

de tra

nsmisie, m

Avantaje

Dezav

antaje

Fibre optice

nu

mm

fără form

ă spe

cială

<100

Instalare uşoa

ră în spa

Ńii mici. La c

oturi

nu

neces

ită

dispozitive

speciale.

Transmisie la distanŃe lun

gi

Foarte

costisitoare

la transp

ort cu

excep

Ńia flu

xurilo

r mici

Ghid prismatic

da

cm

circulară

dreptu

nghiu

lară

<30

Poate acŃiona atât ca emiŃător cât şi ca

transp

ortor

Fluxul care intră tre

buie să fie cuprins

într-un unghi solid de 26

° faŃă de axă

Ghid cu reflexie

directă

da

cm

triunghiu

lară

circulară

dreptu

nghiu

lară

<30

Poate lucra cu

lumina difuz

ă. Construc

Ńie

simplă. Poate acŃion

a atât ca em

iŃător cât

şi ca tran

sportor

Neces

ită straturi de

protecŃie p

entru a

menŃine valori m

ari ale reflectanŃei

Ghid cu lentile

da

cm

fără form

ă spe

cială

<30

Sistem

potenŃial

simplu

dacă

flux

ul la

intrare este concentrat

CurăŃirea suprafeŃelor op

tice p

oate să

fie dificilă

5.37

5.9 Traducere modul UTSEB ProtecŃia aparatelor de iluminat Aparatul de iluminat este un echipament electric care în afară de caracteristici optice are şi caracteristici de protecŃie electrică (importantă din punct de vedere al aplicaŃiilor). Fireşte, operarea şi utilizarea este bazată pe aceste caracteristici. Caracteristici electrice Etichete pe aparatele de iluminat:

Etichetă SemnificaŃie

Aparat de iluminat din clasa I de protecŃie împotriva electrocutării Este necesar conductor de protecŃie

Aparat de iluminat din clasa II de protecŃie împotriva electrocutării Nu este necesar conductor de protecŃie

Aparat de iluminat din clasa III de protecŃie împotriva electrocutării Nu este necesar conductor de protecŃie

DistanŃa minimă dintre aparat de iluminat şi suprafaŃa iluminată

Avertizare privind interzicerea utilizării lămpilor cu oglindă lumină rece

Poate fi montat pe suprafeŃe inflamabile normal

Aparat de iluminat pentru lămpi cu sodiu amorsate de un igniter exterior

Aparat de iluminat pentru lămpi cu sodium amorsate de un igniter interior

Aparat de iluminat pentru aplicaŃii care necesită rezistenŃă la şocuri mecanice

Aparat de iluminat care necesită lămpi cu oglindă în partea superioară

RezistenŃă la căldură a conductorilor sau cablurilor de legătură

Deşeuri toxice

ProtecŃie

ProtecŃie împotriva obiectelor solide ProtecŃie împotriva apei Prima cifră Descriere ProtecŃie împotriva A doua cifră Descriere ProtecŃie împotriva 0 Fără protecŃie - 0 Fără protecŃie - 1 Protejat

împotriva mâinii Pătrunderii obiectelor cu un diametru mai mare de

50 mm 1 Protejat îmotriva

picăturilor de apă Picături de apă perpendicular

2 Protejat împotriva degetelor

Atingerii elementlor sub tensiune cu degetele sau pătrunderii obiectelor

având diametru mai mare de 12 mm

2 Protejat împotriva

picăturilor care cad la 15° de

perpendiculară

Picături de apă

3 Protejat împotriva sculelor

Atingerii elementelor sub tensiune cu degetele sau pătrunderii obiectelor

având diametru mai mare de 2,5 mm

3

Protejat împotriva ploii

Picături care cad la 15° de

perpendiculară

4 ProtecŃie împotriva penetrării

Atingerii elementlor sub tensiune cu degetele sau pătrunderii obiectelor

4

Protejat împotriva

împroşcării cu Picături care cad la

60° de perpendiculară

5.38

obiectelor mici având diametru mai mare de 1 mm

apă 5

Protejat

împotriva depunerii de

praf

ProtecŃie totală împotriva atingerii părŃilor interioare şi depunerii prafului. Mici cantităŃi de praf se pot

depune dacă nu afectează operarea lămpii.

5

Protejat împotriva jetului

de apă Jet de apă din toate direcŃiile (diametrul

este 6,3 mm, presiunea de 30 kPa)

6

Protected împotriva

pătrunderii prafului

ProtecŃie totală împotriva atingerii părŃilor

interioare şi a depunerii de praf.

6 Protejat împotriva jetului

de apă Jet de apă din toate direcŃiile (diametrul

este 125 mm, presiunea de 100

kPa) 7

Etanşă împotriva

apei Scufundare în apă pentru scurt timp cu o presiune definită

8

Etanşă împotriva apei, rezistentă la

presiune Operare permanentă

sub apă cu o presiune definită

Înlocuire lămpi O regulă fundamentală la înlocuirea lămpilor este ca noua lampă să fie de acelaşi tip cu cea defectă. Aparatul de iluminat va fi stins înainte de înlocuire, dar este mult mai sigur când se decuplează întreruptorul automat de pe circuitul pe care este aparatul de iluminat. În timp ce se înlocuieşte lampa trebuie avute în vedere diferite consideraŃii în funcŃie de tipul lămpii. Lămpi cu incandescenŃă. Calitatea luminii în cazul lămpilor cu incandescenŃă normale este aproape identică în toate cazurilor, aşa că la înlocuire trebuie furnizat fluxul luminos iniŃial. Trebuie avut grijă să se înlocuiască lămpile defecte cu lămpi de aceaşi putere (uzual 40-60 W). Înlocuirea lămpilor defecte cu altele de puteri mai mari poate cauza ocazional nu numai iluminări mai mari, dar şi riscuri de incendii. În cazul înlocuirii lămpilor cu incandescenŃă echipate cu oglinzi trebuie avut grijă ca unghiul de distribuŃie să fie identic cu cel original. Lămpi cu incandescenŃă cu halogen la 230V. Calitatea luminii în cazul lămpilor cu incandescenŃă cu halogen este aproape identică în toate cazurilor, aşa că la înlocuire trebuie furnizat fluxul luminos iniŃial. Lungimea lămpilor liniare depinde de puterea lectrică şi de tip, în anumite cazuri. Trebuie avut grijă să se înlocuiască lămpile defecte cu lămpi de aceaşi putere. Utilizarea lămpilor de puteri mai mari poate conduce la apariŃia unor incendii. Lămpi cu incandescenŃă cu halogen la 12V. Calitatea luminii în cazul lămpilor cu incandescenŃă cu halogen este aproape identică în toate cazurilor, aşa că la înlocuire trebuie furnizat fluxul luminos iniŃial. Cum putere electrică identică înseamnă aproximativ flux luminos identic, lampa nouă trebuie să aibă aceeaşi putere cu cea care s-a defectat. Trebuie avut grijă că lămpile cu incandescenŃă cu halogen de foarte joasă tensiune sunt de două tipuri: normal şi cu lumină rece (cold-light mirror). DiferenŃa dintre cele două tipuri este că cel normal radiază căldură, care este de fapt 80% din puterea totală, în direcŃia luminii radiate, în timp ce lămpile cu lumină rece conduc jumătate din căldură spre soclu. Din acest motiv, cele două tipuri au efecte diferite asupra încălzirii zonelor adiacente. În cazul lămpilor normale, căldura este direcŃionată în faŃa lămpii, iar în celălat caz mai ales spre soclu. Uzual se indică pe aparatul de iluminat dacă nu se poate utiliza lampa cu oglindă lumină-rece. Această indicaŃie trebuie luată în serios; o lampă improprie înseamnă risc de incendiu. Trebuie avut în vedere că există modele la 6V, 12V sau 24V, iar lampa nouă trebuie să aibă aceeaşi tensiune cu cea defectă. Dacă lămpile cu incandescenŃă cu halogen nu sunt instalate în aparate de iluminat cu sticlă de protecŃie, încărcarea cu radiaŃii UV poate creşte semnificativ. Lămpi fluorescente. Lumina lămpilor fluorescente este de o mare varietate. Din punct de vedere al indicelui de redare al culorilor şi temperaturii de culoare există 9 tipuri diferite. În cadrul aceluiaşi grup sunt de asemenea diferenŃe. În cazul temperaturii de culoare se poate percepe culoarea luminii lămpi fluorescente. Astfel, lămpi având aceeaşi aparenŃă (dimensiuni geometrice şi conexiuni electrice) produc diferite calităŃi ale luminii şi diferenŃe în fluxul luminos. Ca o consecinŃă, înlocuirea lămpilor fluorescente necesită atenŃie specială. Fiecare producător are propriul sistem de marcare pe lampă, constând în cifre şi litere. Bazat pe acest lucru, se pot stabili trei date importante din catalogul producătorului: fluxul luminos (în lumen), redarea culorilor (indicativ 1, 2, 3, 4) şi temperatura de culoare (care poate fi caldă, neutră sau rece). Cea mai simplă cale este de a înlocui cu o lampă cu marcaje similare de la acelaşi producător. Dacă nu este disponibilă achiziŃia de la acel producător, trebuie determinat indicele de redare a culorilor şi temperature de culoare cu ajutorul unui catalog şi apoi achiziŃionate lămpi cu aceleaşi caracteristici. Dacă în interiorul unui aparat de iluminat sunt instalate lămpi de la diferiŃi producători având acelaşi indice de redare al culorilor sau temperaturi de culoare, calitatea luminii este discutabilă, deoarece se pot

5.39

percepe diferenŃe între lămpi. În afară de aceeaşi calitate a luminii, fluxul luminos poate fi diferit. Totuşi această diferenŃă este atât de mică încât poate fi neglijată în practică.Cele mai frecvent utilizate lămpi fluorescente liniare sunt cele cu diametrul de 38 mm (versiune mai veche) sau de 26mm şi pot fi înlocuite una cu cealaltă. Puterea consumată de tuburile de 38 mm este cu 10% mai mare, pentru un flux luminos mai scăzut. Drept rezultat, este avantajos să înlocuieşti lămpi fluorescente de 38 mm diametru cu lămpi de 26 mm diametru şi calitatea luminii egală. Lămpi fluorescente compacte. Lumina lămpilor fluorescente este de o mare varietate. Indicele de redare a culorilor are, îngenreal, gradul 1, dar temperatura de culoare poate fi caldă, neutră sau rece. În cazul temperaturii de culoare se poate percepe culoarea luminii lămpi fluorescente. Astfel, lămpi având aceeaşi aparenŃă (dimensiuni geometrice şi conexiuni electrice) produc diferite calităŃi ale luminii şi diferenŃe în fluxul luminos. Ca o consecinŃă, înlocuirea lămpilor fluorescente necesită atenŃie specială. Fiecare producător are propiul sistem de marcare pe lampă, constând în cifre şi litere. Bazat pe acest lucru, se pot stabili trei date importante din catalogul producătorului: fluxul luminos (în lumen), redarea culorilor (indicativ 1) şi temperatura de culoare(care poate fi caldă, neutră sau rece). Cea mai simplă cale este de a înlocui cu o lampă cu marcaje similare de la acelaşi producător. Dacă nu este disponibilă achiziŃia de la acel producător, trebuie determinat indicele de redare al culorilor şi temperature de culoare cu ajutorul unui catalog şi apoi achiziŃionate lămpi cu aceleaşi caracteristici. Dacă în interiorul unui aparat de iluminat sunt instalate lămpi de la diferiŃi producători având acelaşi indice de redare al culorilor sau temperaturi de culoare, calitatea luminii este discutabilă, deoarece se pot percepe diferenŃe între lămpi. Lămpile fluorescente compacte pot fi achiziŃionate în diferite forme, care se datorează raportului şi plasării tuburilor de tip U în lampă. O lampă cu formă diferită dar cu aceeaşi parametri poate fi utilizată la înlocuire, dacă nu iasă prea mult din corpul de iluminat, ceea ce poate produce orbire. Înlocuirea lămpilor cu incandescenŃă cu lămpi fluorescente compacte. Unul din scopurile dezvoltării lămpilor fluorescente compacte a fost acela de a înlocui lămpile cu incandescenŃă cu o sursă având o eficacitate mai mare. O problemă practică în cazul înlocuirii lămpilor cu incandescenŃă, lampa de înlocuire conduce la economie de energie. În cazul înlocuirii lămpilor cu produse simlare trebuie avut în vedere că indicele de redare a culorilor este 1 pentru lămpile cu incandescenŃă, iar temperature de culoare este caldă 2700 K. Redarea culorilor lămpilor fluorescente compacte este bună, dar temperatura de culoare poate fi caldă, neutră sau rece. Ca rezultat se recomandă utilizarea lămpilor fluorescente calde. O lampă fluorescentă compactă consumă o şesime din puterea unei lampi cu incandescenŃă pentru acelaşi flux luminos. Cum lampa fluorescentă compactă furnizează aceeaşi lumină utilizând mult mai puŃină energie, poate fi înşurubat în soclul unei lămpi cu incandescenŃă, fără să cauzeze probleme electrice. Dacă dimensiunile geometrice ale lămpii fluorescente compacte diferă de cele ale lămpii cu incandescenŃă, poate afecta designul şi limitarea orbirii. Dacă un aparat de iluminat pentru lămpi cu incandescenŃă este exhipat cu dimmer (reglaj flux luminos), nu se poate utiliza lampa fluorescentă compactă. Lămpi cu vapori de mercur de înaltă presiune. Lămpile cu mercur pot fi achiziŃionate într-o singură calitate (redare medie a culorilor si temperature de culoare neutră). Ca o consecinŃă, la înlocuire trebuie avut în vedere ca lampas să aibă aceaşi depreciere a fluxului luminos. Fluxul luminos pentru lămpi de aceaşi putere de la diferiŃi producători este probabil identic. Este important de ştiut că o lampă cu mercur nu poate fi înlocuită cu o lampă cu mercur de amestec (blended lamps) care nu necesită balast. Lămpi cu halogenuri metalice. Lămpile cu halogenuri metalice sunt produse în 6 calităŃi de lumină (redarea culorilor bună sau foarte bună şi trei temperaturi de culoare). La înlocuire trebuie asigurate lămpi având aceleaşi calităŃi ale luminii. Fluxul luminos pentru lămpi de aceaşi putere de la diferiŃi producători este probabil identic. Trebuie avut în vedere poziŃia în care este montată lampa, altfel lampa poate suferi o scurtare a duratei de viaŃă. Modalitatea cea mai simplă este de a înlocui cu o lampă având aceleaşi marcaje de la acelaşi producător. Dacă nu este disponibilă achiziŃia de la acel producător, trebuie determinat indicele de redare al culorilor şi temperature de culoare cu ajutorul unui catalog şi apoi achiziŃionate lămpi cu aceleaşi caracteristici. O altă problemă în cazul înlocuirii lămpilor cu halogenuri metalice este modificarea în timp a temperaturii de culoare. Ca rezultat, aparenŃele unei lămpi noi cu halogenuri metalice diferă de cele ale unei lămpi care funcŃionează de mult timp. Lămpi cu vapori de sodium de înaltă presiune. La înlocuire trebuie avut în vedere ca noile lămpi să nu aibă o redare mai proastă a culorilor. Fluxul luminos al lămpilor de la diferiŃi producători cu aceiaşi putere electrică este pobabil identic. Igniterul este plasat tradiŃional în exteriorul lămpii, marcat cu ’/E’. În ultimul timp, au apărut lampi cu sodium cu igniter incorporate în lampă marcate ‘/I’ la final.

5.40

5.9 Întrebări 1. Lampa cu halogeni este o lampă: a. cu incandescenŃă cu ciclu regenerativ b. fluorescentă cu trifosfor c. cu vapori de mercur de înaltă presiune la care se adaugă halogenuri metalice în tubul de descărcare 2. Durata de viaŃă a unui tip de lampă reprezintă numărul de ore de funcŃionare după care: a. fluxul luminos al lămpii aflate în funcŃiune scade cu 15% b. rămân în funcŃiune 80% din lămpile instalaŃiei de iluminat c. se distrug 50% dintr-un grup de lămpi supuse observaŃiei într-un laborator de încercări fotometrice 3. Care lampă are spectrul de radiaŃie cel mai apropiat de lumina zilei? a) lampa cu incandescenŃă b) lampa cu vapori de sodiu de înaltă presiune c) lampa cu sulf (cu microunde) 4. Cum consideraŃi utilizarea termenului "lampă cu neon" pentru referirea la lampa fluorescentă tubulară? a) corectă, întrucât lampa utlizează neonul ca mediu de descărcare b) greşită, întrucât lampa este cu vapori de mercur c) greşită, întrucât emisia descărcării din lampă care este în domeniul ultraviolet este transformată în emisie în domeniul vizibil datorită pulberii fluorescente depuse pe suprafaŃa interioară a tubului de sticlă al lămpii 5. Care lampă este mai eficientă (emite mai multă "lumină" la aceeaşi putere consumată)? a) lampa cu incandescenŃă b) lampa fluorescentă compactă c) lampa cu vapori de mercur ce înaltă presiune cu halogenuri metalice