36

CAPITOLUL 3 3.1 SURSE DE LUMINĂ UTILIZATE ÎN TEHNICA ILUMINATULUI 3.1.1 Caracteristicile luminotehnice ale surselor de lumină

Sursa de lumină sau lampa este un aparat electric care are rolul de a transforma

energia electrică în energie radiată în spectru vizibil. La ora actuală, există o gamă extrem de variată de surse de lumină utilizate în

tehnica iluminatului care produc radiaţii luminoase printr-una din tehnicile prezentate în capitolul 1.4. Tipul sursei de lumină trebuie să fie ales de către proiectantul sistemului de iluminat în scopul realizării confortului vizual necesar desfăşurării activităţii sau creării unui ambient luminos adecvat. Alegerea surselor de lumină se face luându-se în consideraţie caracteristicile luminotehnice ale acestora.

Caracteristicile luminotehnice ale surselor de lumină sunt: � fluxul luminos; � puterea nominală; � eficacitatea luminoasă; � eficacitatea luminoasă globală; � culoarea aparentă; � temperatura de culoare; � redarea culorilor; � durata de funcţionare; � luminanţa sursei; � timpul de amorsare; � tensiunea de amorsare; � tensiunea de funcţionare sau tensiunea nominală; � temperatura de amorsare; � poziţia de funcţionare;

3.1.1.1 Fluxul luminos al unei surse de lumină este fluxul iniţial declarat de

producătorul sursei de lumină, acesta fiind stabilit după o scurtă perioadă de funcţionare, de regulă 100 de ore. Simbolul utilizat pentru această caracteristică este lΦ şi se măsoară

în lumeni, lm . Fluxul luminos se precizează, de regulă, în fişa tehnică a sursei de lumină şi/sau se marchează direct pe sursă.

Cantitatea de flux emisă în spectrul vizibil depinde de modul de producere al radiaţiilor luminoase, de caracteristicile constructive ale sursei de lumină, de puterea nominală a acesteia. De exemplu, sursele de lumină care produc radiaţii luminoase prin efect termic emit, pentru aceeaşi putere electrică instalată, un flux luminos mult mai mic decât cele care produc lumină prin luminiscenţă sau electroluminiscenţă. Cantitatea de flux luminos depinde de tipul de gaz sau vapori metalici introduşi în tubul de descărcare, de presiunea din interiorul acestuia, de tipul luminoforului care se găseşte pe pereţii interiori ai unor lămpi etc.

Fluxul lămpii se depreciază în timp, din cauza „îmbătrânirii” sursei de lumină sau din cauza depunerilor de praf. De aceea trebuie realizată o întreţinere sistematică a

37

acestora, adică praful trebuie curăţat la un interval de timp bine determinat, în funcţie de destinaţia încăperii, iar sursele de lumină trebuie înlocuite atunci când fluxul luminos al acestora a scăzut la mai puţin de %80 din valoarea iniţială.

3.1.1.2 Puterea nominală a unei surse de lumină se notează cu lP şi reprezintă

puterea electrică absorbită de sursa de lumină din reţeaua electrică. Unitatea de măsură a puterii nominale este watul , W , aceasta fiind precizată în fişa tehnică a sursei de lumină sau marcată pe sursa de lumină. Există surse de lumină având o gamă foarte variată de puteri.

3.1.1.3 Eficacitatea luminoasă, simbol e , a unei surse de lumină se defineşte ca fiind raportulul dintre fluxul luminos emis lΦ şi puterea nominală a sursei lP . Relaţia de

calcul a eficacităţii luminoase este:

l

l

Pe

Φ=

W

lm (3.1)

Prin intermediul acestei caracteristici luminotehnice sunt furnizate informaţii despre eficienţa sursei de lumină din punct de vedere energetic.

Eficacitatea luminoasă este relevantă numai în cazul surselor de lumină (cu incandescenţă) a căror funcţionare nu depinde de existenţa altor aparate electrice legate în circuitul de alimentare cu energie electrică.

Sursele de lumină cu descărcări în gaze sau vapori metalici au nevoie, aşa cum s-a precizat în subcapitolul 1.4.2.1, de un aparat electric numit balast pentru a stabiliza descărcarea. Acest balast absoarbe din reţea o putere electrică bP , care depinde de tipul

balastului. În cazul acestor surse de lumină, se defineşte eficacitatea luminoasă globală ca fiind raportul dintre fluxul luminos emis de sursa de lumină şi puterea electrică a ansamblului sursă-balast, putere absorbită din reţea la funcţionarea sursei:

lb

lg PP

e+

Φ=

W

lm (3.2)

Se observă deci, că performanţa energetică a sistemului de iluminat, pe ansamblul lui, depinde şi de puterea electrică a aparatajului auxiliar necesar funcţionării surselor de lumină. Este motivul pentru care se recomandă utilizarea unor balasturi performante.

3.1.1.4 Culoarea aparentă a sursei de lumină se referă la culoarea luminii emise şi

este definită cu ajutorul temperaturii de culoare. Din punctul de vedere al culorii aparente, sursele de lumină pot fi clasificate în trei grupe, astfel:

- surse de lumină care emit o lumină alb-gălbuie, nuanţă caldă a luminii; - surse care emit o lumină albă sau neutră; - surse care emit o lumină alb-albăstruie, nuanţă rece a luminii. Alegerea culorii aparente a sursei se face de către proiectant, în funcţie de o serie

de factori, cum ar fi: activitatea desfăşurată, materialul de finisaj al obiectivul de iluminat, performanţa energetică care trebuie realizată etc.

Culoarea aparentă a sursei are influenţă importantă asupra confortului vizual creat, randamentului muncii, asupra performanţei vizuale (este cazul iluminatului exterior), asupra esteticii încăperilor (iluminat arhitectural).

38

Informaţii despre culoarea aparentă a unei surse de lumină sunt obţinute cu ajutorul temperaturii de culoare a sursei.

3.1.1.5 Temperatura de culoare a sursei de lumină, cT , este egală cu temperatura

la care este încălzit corpul negru astfel încât acesta să emită radiaţii vizibile având aceeaşi cromaticitate cu cea a sursei de lumină considerate. Unitatea de măsură este Kkelvinul, .

Temperatura de culoare cT este precizată de producătorul de surse de lumină şi este dată

în fişa tehnică a sursei de lumină şi/sau marcată direct pe lampă. Astfel, sursele care emit lumină caldă au o temperatură de culoare mai mică de

K3500 , cele care emit o lumină neutră au o temperatură de culoare cuprinsă între KTK c 45003500 <≤ , iar sursele de lumină care emit o lumină rece au o temperatură de

culoare superioară valorii de KTc 4500≥ . 3.1.1.6 Redarea culorilor este definită ca fiind efectul sub aspect cromatic al unei

surse de lumină asupra obiectelor iluminate, apreciat prin comparaţie cu efectul cromatic asupra aceloraşi obiecte iluminate cu un iluminat de referinţă1.

Indicele de redare a culorilor este o măsură cantitativă a modului în care o sursă de lumină este capabilă să redea culorile. Indicele de redare a culorilor se notează cu R

şi este adimensional. Valoarea acestuia este cuprinsă între 0 şi 100. Dacă o sursă de lumină are indicele de redare a culorilor egal cu zero, 0=R , înseamnă că acea sursă de lumină nu redă culorile obiectelor, totul fiind perceput în alb şi negru. Este cazul surselor cu descărcări în vapori de sodiu de joasă presiune care nu redau culorile obiectelor iluminate. Există surse de lumină care au un indice de redare a culorilor a cărui valoare tinde către 100, ceea ce presupune că obiectele iluminate sunt percepute de observator ca la lumina naturală. Ca exemplu, poate fi considerată sursa cu incandescenţă cu ciclu regenerativ denumită şi sursa cu halogen. Din punct de vedere al redării culorilor, sursele pot fi clasificate după cum urmează:

Tabel 3.1 Clasa de redare a culorii

Excelentă Foarte bună

Bună Satisfăcătoare Mediocră Nesatisfăcătoare -

Indicele de redare

a culorilor,

R

90-100 80-89 70-79 60-69 40-59 20-39 <20

Alegerea sursei de lumină se face de către proiectantul sistemului de iluminat în funcţie de activitatea desfăşurată în încăperea iluminată, de efectul care se doreşte a fi obţinut. De exemplu, într-o sală de sport destinată compeţiilor internaţionale, într-un magazin de confecţii, atelier de pictură etc., redarea culorilor este o caracteristică importantă, fiind un

1 Iluminant de referinţă – lumina naturală

39

criteriu prioritar de alegere a surselor de lumină, recomandate fiind sursele care asigură o redare excelentă a culorilor, 10090 ≤≤ R . Pentru săli de clasă, birouri, ateliere de proiectare etc., se recomandă o redare foarte bună a culorilor 8980 ≤≤ R . Pentru hale industriale, spaţii tehnice etc, acolo unde redarea culorilor nu este o condiţie esenţială a realizării confortului vizual, se poate opta pentru surse de lumină care să asigure o redare satisfăcătoare sau bună a culorilor.

Este necesar să se ia în consideraţie acest aspect, deoarece, sursele care au o redare excelentă sau foarte bună a culorilor, au o eficacitate luminoasă mai mică decât cea a surselor care au o redare mai slabă a culorilor.

În practică, indicele de redare a culorilor împreună cu temperatura de culoare sunt marcate pe sursa de lumină sub forma unui cod alcătuit din trei cifre (exemplu: 308

=,

309−

, 409−

). Prima cifră semnifică întotdeauna indicele de redare a culorilor (exemplu: 8

semnifică 8980 ≤≤ R , 9 semnifică 10090 ≤≤ R ), iar grupul format din următoarele două cifre semnifică temperatura de culoare (exemplu: 30 semnifică KTc 3000= , 40

semnifică KTc 4000= etc.).

În documentaţia tehnică întocmită penmtru realizarea unui sistem de iluminat, inginerul proiectant are obligaţia să precizeze indicele de redare a culorilor şi temperatura de culoare a surselor de lumină şi să urmărească realizarea acestora.

3.1.1.7 Durata de funcţionare a surselor de lumină este definită ca fiind perioada de timp în care sursa de lumină funcţionând, emite un flux luminos mai mare de %80 din fluxul său iniţial lΦ . Atunci când fluxul luminos al sursei scade sub această valoare,

se consideră că durata de funcţionare a sursei a fost depăşită, iar sursa trebuie înlocuită, chiar dacă aceasta este încă funcţională. În caz contrar, nivelul iluminării la nivelul planului util scade proporţional cu fluxul diminuat al sursei de lumină şi nu mai corespunde normelor după care a fost proiectat sistemul de iluminat. Durata de funcţionare a surselor se măsoară în ore, h .

Această caracteristică a surselor de lumină influenţează costurile de întreţinere ale unui sistem de iluminat. Cu cât durata de funcţionare este mai mică, cu atât costurile de întreţinere ale sistemului de iluminat vor fi mai mari, acest lucru necesitând costuri pentru înlocuirea surselor de lumină şi pentru un volum de manoperă mai mare. Se recomandă, în măsura în care alte caracteristici luminotehnice o permit, utilizarea surselor de lumină cu durată mare de funcţionare.

3.1.1.8 Luminanţa sursei de lumină, L , este o caracteristică luminotehnică a sursei de lumină, se măsoară în 2−⋅ mcd . Aceasta era denumită în trecut şi „strălucire” şi influenţează condiţiile de confort din încăperea sau spaţiul iluminat. Valoarea acesteia variază de la sursă la sursă, în funcţie de caracteristicile constructive. De exemplu, în cazul surselor cu descărcări în gaze sau vapori metalici care prezintă la interior un strat de luminofor, luminanţa este mai mică. În cazul lămpilor cu incandescenţă sau a surselor cu descărcări care nu sunt prevăzute la interior cu un strat de luminofor, luminanţa sursei este foarte mare producând orbirea de incapacitate sau de inconfort. Pentru obţinerea unui confort vizual corespunzător cerinţelor utilizatorilor, se recomandă utilizarea surselor cu luminanţă mică, pe cât posibil, şi/sau mascarea acestora cu ajutorul unor corpuri de iluminat adecvate.

40

3.1.1.9 Timpul de amorsare, t , este perioada de timp care se scurge de la punerea sub tensiune a sursei de lumină până la stabilizarea descărcării. Timpul de amorsare se măsoară în secunde, )(s sau în minute, (min). Această caracteristică luminotehnică este specifică atât surselor de lumină cu incandescență cât și surselor de lumină cu descărcare în gaze sau vapori metalici. Sursele care produc radiaţii luminoase prin incandescenţă au o aprindere instantanee.

3.1.1.10 Tensiunea de amorsare reprezintă tensiunea care trebuie aplicată între electrozii unei surse de lumină cu descărcare în gaz sau vapori metalici necesară pentru amorsarea descărcării.

3.1.1.11 Tensiunea de funcţionare sau tensiunea nominală nU , a unei surse de lumină este tensiunea aplicată acesteia pentru funcţionarea în regim stabilizat.

3.1.1.12 Temperatura de amorsare, caracteristică surselor cu decărcări, este temperatura mediului înconjurător la care este posibilă amorsarea sursei de lumină.

În cazul lămpilor cu incandescenţă, temperatura mediului înconjurător nu influenţează aprinderea sursei de lumină.

3.1.1.13 Poziţia de funcţionare se referă la poziţia de montaj a sursei de lumină în care aceasta poate funcţiona la parametrii nominali.

Inginerul proiectant va lua în consideraţie toate aceste caracteristici, optând pentru o soluţie optimă din punct de vedere tehnic.

Soluţia finală, însă, trebuie să ia în calcul şi aspectele de ordin economic, de aceea, preţul va juca un rol important în alegerea soluţiei ce se va pune în operă. În acest sens, se recomandă să se ia în consideraţie raportul calitate-preţ, în ţara noastră existând reglementări specifice privind calitatea echipamentelor electrice care se pot comercializa şi utiliza pe teritoriul statelor membre UE.

41

3.1.2 Lampa cu incandescenţă În funcţie de modul de realizare lămpile cu incandescenţă se pot clasifica în două grupe: lămpi cu incandescenţă clasice (LIC) şi lămpi cu incandescenţă cu ciclu regenerativ (lămpa cu halogen).

3.1.2.1 Lampa cu incandescenţă clasică Prima formă a lămpii cu incandescenţă a fost inventată în anul 1848 de către

englezul Joseph Swann, lampă care avea filamentul făcut din cărbune. Această sursă emitea radiaţii în spectrul vizibil, dar durata de viaţă era foarte scurtă, de câteva ore. După 30 de ani, Edison are ideea utilizării filamentului din wolfram și a vidării balonului de sticlă al acestei surse, ceea ce duce la creşterea duratei de viaţă de la câteva ore la aproximativ 1000 ore, reprezentând primul pas în tehnica iluminatului artificial. Elementele constructive

În figura 3.1 sunt prezentate elementele componente ale unei surse de lumină cu incandescenţă.

Figura 3. 1 Lampa cu incandescenţă 1) balon de sticlă; 2) filament;

3) suport filament; 4) elemente conductoare;

5) tub de vidare; 6) soclu tip Edison

Balonul (1) este realizat din sticlă clară, mată sau opalizată, pe bază de siliciu,

rezistentă la temperaturi ridicate. Sticla opalizată sau mată este utilizată pentru reducerea luminanţei mari a acestei surse de lumină.

Balonul din sticlă poate avea diferite forme: tip pară, oval, sferic, lumânare, lumânare torsadată, tubulară, etc. În figura 3.2 sunt prezentate diferite tipuri de lămpi cu incandescenţă.

Există surse cu incandescenţă care au la interior un reflector încorporat, pentru o mai bună dirijare a fluxului luminos şi totodată pentru mascarea filamentului sursei.

42

Balonul din sticlă este vidat în interiorul acestuia introducându-se diferite gaze inerte cum ar fi: azotul, argonul, kryptonul etc.

Figura 3.2 Diferite tipuri de lămpi cu incandescenţă clasică cu balon: a) tip pară

(standard); b) oval; c) sferic; d) lumânare; e) lumânare torsadată; f) tubulară; g) cu reflector încorporat.

Filamentul lămpii cu incandescenţă (2) este făcut din wolfram, material care

prezintă rezistenţă mecanică, electrică, ductilitate. Filamentul se realizează într-o gamă variată de forme şi dimensiuni, acestea influenţând în moduri diferite eficacitatea lămpii. Filamentul din wolfram se realizează în formă de elice, dublă elice, spirală, dublă spirală etc.

Cu cât temperatura la care este încălzit filamentul este mai ridicată, cu atât, energia radiată în spectrul vizibil este mai mare dar şi evaporarea filamentului se produce mai repede, ceea ce duce la scurtarea duratei de viaţă a sursei de lumină. Gazul inert introdus în balonul de sticlă are rolul de a încetini evaporarea filamentului.

Filamentul este susţinut de un support (4) şi este alimentat prin intermediul unor elemente conductoare (3) care fac legătura electrică la faza şi neutrul circuitului electric, iar interiorul balonului este vidat prin intermediul tubului special prevăzut (5).

Soclul (6) are rolul de a face legătura electrică a lămpii cu circuitul electric ce o alimentează cu energie electrică.

Principiul de funcţionare

Radiaţiile luminoase sunt produse prin efect termic, vehiculând energia electrică prin filamentul din wolfram, ceea ce are ca efect încălzirea acestuia la incandescenţă cu emiterea de radiaţii electromagnetice în spectru vizibil şi infraroşu. Cea mai mare parte a

43

radiaţiilor sunt emise în infraroşu, ceea ce înseamnă că cea mai mare parte a energiei electrice consumate se transformă în căldură ( %95 ), restul radiaţiilor sunt emise în spectrul vizibil. Este motivul pentru care eficienţa energetică a acestei surse este foarte slabă. Din această cauză, la nivel mondial, au fost luate măsuri de limitare a producţiei în vederea scoaterii acesteia de pe piaţă.

Spectrul luminos al lămpii cu incandescenţă arată o emisie continuă în spectrul vizibil (figura 3.3)

Figura 3.3 Spectrul luminos al lămpii cu incandescenţă

Caracteristicile luminotehnice Deşi lampa cu incandescenţă clasică prezintă o serie de avantaje cum ar fi

lumina caldă ( KTc 2700= ), confortabilă şi redarea excelentă a culorilor, eficacitatea

luminoasă a acestei surse de aproximativ W

lm148÷ şi durata redusă de funcţionare de

h1000800÷ au făcut ca această sursă de lumină să fie scoasă din producţie. Sursele cu incandescenţă pot fi înlocuite cu surse care au fost special construite să poată înlocui această sursă de lumină ineficientă. Astfel, unele sursele cu halogen, surse fluorescent compacte şi surse cu LED-uri pot înlocui sursa cu incandescenţă clasică, fără să fie nevoie să se înlocuiască corpul de iluminat.

44

3.1.2.2 Lampa cu incandescenţă cu ciclu regenerativ sau lampa cu halogen O variantă îmbunătăţită a lămpii cu incandescenţă este lampa cu halogen.

Elementele componente ale acestei surse sunt prezentate în figura 3.4.

Elementele constructive Lampa cu halogen este constituită dintr-un balon realizat din sticlă de cuarţ (1).

Balonul de sticlă este vidat, în interiorul acestuia introducându-se un halogen (iod, brom, clor, fluor). Sticla de cuarţ nu poate fi atinsă cu mâna deoarece aceasta reacţionează cu grăsimile, ceea ce conduce la deterioarea sursei de lumină la punerea ei sub tensiune. Pentru a elimina acest inconvenient, balonul din sticlă de cuarţ se introduce într-o anvelopă exterioară (figura 3.4b), făcând posibilă manevrarea sursei cu halogen fără precauţii speciale.

Figura 3.4 Lampa cu halogen a) cu anvelopă simplă; b) cu anvelopă dublă

Figura 3.5 Reprezentarea schematică a surselor de lumină cu halogen.

a) b)

45

Baloanele de sticlă de cuarţ ale lămpii cu halogen se realizează în diferite forme tipizate, tip pară, lumânare, tubulare etc.: NR50, NR63, PAR20, PAR16, PAR25, PAR30s, PAR38, MR8, MR11, MR20, R37, R56, B35, A55, A60, T3, T4, T13, T14, T15. În figura 3.5 sunt prezentate aceste tipuri standardizate de surse de lumină.

Figura 3.6 Tipuri de surse cu halogen

Filamentul (2) este realizat din wolfram şi realizat în mai multe variante

constructive. O formă particulară o au lămpile cu halogen denumite «spoturi » care emit fluxul

luminos într-un unghi mai îngust sau mai larg, după necesităţi.Unghiul de emisie poate avea diverse valori cuprinse între o4 şi o60 . Soclul (3) lămpii este utilizat pentru a face legătura dintre sursa de lumină şi circuitul electric. Există mai multe tipuri de socluri standardizate folosite pentru lămpile cu halogen, cum ar fi: E14, E27, E40 (tip Edison); BA15d, BA15 (tip baionetă), B22, B22d; G4; G8.5; G9; GU4; GU5.3; GU10, GZ10, GY6.35; R7s, FA4 etc…( Figura 3.7)

46

Figura 3.7 Tipuri socluri de lampă cu halogen

Principiul de funcţionare Principiul lămpii cu halogen este acelaşi ca cel al lămpii cu incandescenţă.

Diferenţa constă în faptul că in interiorul balonului de sticlă de cuarţ, se introduce un halogen. Halogenul, la o temperatură de aproximativ Co800 , se combină cu atomii de wolfram evaporaţi de pe filament, formând o halogenură.

Figura 3.8 Principiul de funcţionare al lămpii cu halogen

2600-2800oC

wolfram halogen

halogenură

halogenură halogen

wolfram

800oC

47

În apropiere filamentului, la o temperatură mai ridicată de Co2600 - Co2800 , halogenura se descompune în atomi de wolfram ce se redepun pe filament, iar atomii de halogen reintră într-un nou ciclu. Datorită redepunerii wolframului pe filament şi nu pe sticla lămpii, durata de funcţionare a lămpii creşte.

Caracteristicile luminotehnice

Datorită prezenţei halogenului în interiorul balonului de sticlă de cuarţ, caracteristicile luminotehnice ale lămpii cu incandescenţă se îmbunătăţesc. Astfel, - eficacitatea luminoasă creşte până la 122 −⋅Wlm , în funcţie de varianta de realizare a lămpii şi de puterea acesteia; - fluxul luminos este mai mare şi constant datorită lipsei depunerilor pe balonul de sticlă de cuarţ, variază, de asemenea, în funcţie de varianta de realizare a acestei surse şi de puterea nominală a sursei; - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP : 5W , 10W , 20W , 28W , 35W , 42W ,

50W , 75W , 100W , 150W , 200W , 240W , 300W , 350W , 400W , 500W , 750W , 1000W , 1500W , 2000W . - durata de funcţionare variază în funcţie de varianta de realizare a sursei având valori

precum: 1000h , 2000h , 2500h , 3000h , 4000h , 5000h la tensiunea nominală a sursei;

- indicele de redare a culorilor 100=R ; - temperatura de culoare: 2700K , 2800K , 3000K , 3050K , 4000K , 5000K - luminanţa este foarte mare ceea ce impune utilizarea acestor surse numai montate în

corpuri de iluminat care să le mascheze; - timpul de aprindere este zero, aceasta realizându-se instantaneu, reaprinderea, de

asemenea, este instantanee;. - poziţia de funcţionare nu influenţează buna funcţionare a lămpilor cu halogen, cu

unele excepţii. În cazul unor lămpi liniare, poziţia necesară pentru funcţionarea surselor este cea orizontală, acceptându-se o variaţie de o4± ;

- dimensiunile sunt mai mici permiţând o integrare uşoară în arhitectura spaţiilor iluminate;

- tensiunile nominale de utilizare sunt: 120V, 220V; 230V; 240V sau tensiuni reduse de 6V, 12V, 24V.

Domeniile de utilizare

Datorită caracteristicilor luminotehnice, aceste surse sunt recomandate în special pentru iluminatul de accent, iluminatul decorativ, în interiorul clădirilor. Unele surse sunt prevătute cu filtre UV, ceea ce presupune că acestea nu emit radiaţii în UV, nocive pentru obiectele iluminate. De aceea, unele surse cu halogen sunt recomandate a fi utilizate pentru iluminatul muzeelor, galeriilor de artă etc. Sursele cu halogen care au o lumină albă sau rece ( KTc 4000≥ ) sunt recomandate pentru

magazinele de bijuterii cu briliante, diamante etc. Sursele cu halogen care au o temperatură de culoare KTc 3500≤ , emit o lumină caldă,

plăcută, strălucitoare, se recomandă pentru iluminatul hotelurilor, restaurantelor şi magazinelor de lux.

48

SOCLU

Sursele cu halogen de puteri mari se recomandă pentru iluminatul platourilor şi studiourilor de filmare, scenelor de teatru, iluminatului arhitectural, acolo unde redarea culorilor este imperios necesară.

3.1.2.3 Lampa cu descărcări în vapori de mercur la joasă presiune sau lampa tubulară fluorescentă

Elementele constructive

Lampa fluorescentă este constituită dintr-un tub vidat realizat din sticlă clară echipată la capete cu doi electrozi acoperiţi de o substanţă termo-emisivă. În interiorul tubului de sticlă se introduce o mică cantitate de mercur, la joasă presiune, precum şi alte gaze inerte, cum ar fi : argon, xenon, neon etc.

Denumirea de “neon” dată acestei surse de lumină este improprie, unele dintre acestea nu conţin acest gaz. În figura 3.9 este prezentată schematic lampa tubulară fluorescentă cu elementele componente.

Figura 3.9 Reprezentarea schematică a lămpii tubulare fluorescente

Lampa poate avea formă tubulară, circulară sau poate fi realizată în formă de

„U”. În figura 3.10 sunt prezentate mai multe tipuri de lămpi fluorescente.

Figura 3.10 Lămpi tubulare fluorescente

TUB VIDAT

49

Racordarea la reţea se face prin intermediul soclului, care poate fi tip G5, GX5, 2GX13, G13, G10q, R18s etc.. În figura 3.11 sunt prezentate tipuri de socluri utilizate în cazul lămpilor fluorescente.

Figura 3.11 Tipuri soclu lămpi tubulare fluorescente Principiul de funcţionare

Radiaţiile luminoase sunt produse prin descarcarea electrică care are loc între cei doi electrozi, în urma aplicării unei diferenţe de potenţial (a se vedea capitolul 1). Radiaţiile optice rezultate în urma descărcării electrice din tub sunt emise, în procent mare, în spectru ultraviolet. Pentru a transforma aceste radiaţii în radiaţii vizibile, pe pereţii interiori ai tubului se află un strat de luminofor (3), care are rolul de a mări lungimea de undă a radiaţiilor ultraviolete astfel încât acestea să fie emise în spectrul vizibil.

Pentru funcţionarea lămpii cu descărcări în vapori de mercur la joasă presiune este necesar ca în circuitul de alimentare cu energie electrică să se monteze unele aparate auxiliare: starterul, balastul, condensatorul. În funcţie de tipul sursei, starterul poate lipsi.

Figura 3.12 Principiul de funcţionare al starterului Figura 3.13 Starter

Starterul este un aparat electric (figura 3.13) care are rolul de a iniţia amorsarea.

Acesta are în interior un electrod fix şi un electrod bimetalic. Între cei doi electrozi ai starterului, puşi sub tensiune, are loc o descărcare electrică în licărire (1), care conduce la

50

încălzirea mediului din starter, bimetalul încălzit se dilată intrând în contact direct cu electrodul fix al starterului (2).

La punerea sub tensiune, prin circuitul electric se transmite un curent electric care încălzeşte cei doi electrozi din tubul vidat şi implicit şi mediul din tub. Ca o consecinţă a încălzirii celor doi electrozi, se emit în tub electroni, iar rezistenţa mediului din tub scade.

Pe fondul scăderii rezistenţei mediului în tub se produce o răcire a electrozilor starterului, bimetalul revenind în poziţia iniţială. Variaţia bruscă a curentului prin balast

duce la apariţia unei tensiuni electromotoare dt

diLe −= (prin autoinducţie) suficient de

mare pentru a străpunge mediul rezistent din tub, iniţiind astfel amorsarea sursei. Aşa cum s-a prezentat în capitolul 1, balastul are rolul de a limita intensitatea

curentului electric prin tubul de descărcare. În lipsa acestuia, curentul tinde către valori mari, distrugând lampa. În figura 3.13 se poate observa modul de montare a balastului în circuitul electric, după caz.

Legarea lămpilor fluorescente în reţea se poate face utilizând mai multe tipuri de montaj: montaj „mono-compensat”, montaj „duo compensat”, montaj ''tandem'', d) montaj „dublu tandem”, e) montaj cu aprindere rapidă.

Ansamblu lampă fluorescentă - balast are un factor de putere 5,0cos =ϕ . Pentru ameliorarea factorului de putere, se introduce în circuitul electric un condensator care are ca efect creşterea acestuia de la 5,0cos =ϕ la 95,0cos =ϕ .

Trecerea curentului electric prin zero de 100 de ori pe secundă, conduce la apariţia fenomenului stroboscopic care are ca efect perceperea cu dificultate a elementelor aflate în mişcare de rotaţie. Pentru eliminarea acestui inconvenient se recomandă utilizarea montajului „duo compensat”.

Limitarea curentului prin tub se face cu ajutoul balastului. Balastul poate fi electromagnetic sau electronic. Puterea nominală a balastului electronic este semnificativ mai mică decât cea a balastului electromagnetic. De exemplu, pentru o sursă de W58 , puterea nominală a balastului electromagnetic poate fi de până la 15W, în timp ce, puterea nominală a balastului electronic este de W6 .

Balastul electronic prezintă o serie de avantaje, cum ar fi: � reducerea pierderilor prin efect Joule; � creşterea eficacităţii luminoase a surselor de lumină; � creşterea duratei de funcţionare a surselor de lumină; � în cazul anumitor lămpi fluorescente, datorită acestui balast, este posibilă

varierea fluxului luminos.

51

Figura 3.13 Tipuri de montaj ale sursei fluorescente în circuitul electric

a) montaj „mono-compensat”; b) montaj „duo compensat”;

c) montaj ''tandem''; d) montaj ''dublu tandem''; e) montaj pentru aprindere rapidă

52

a)

b) Figura 3.14 Spectrul luminos lampă fluorescentă a) pentru lampă fluorescentă cu

KTc 3000= , a) pentru lampă fluorescentă cu KTc 4000=

Caracteristicile luminotehnice Lampa cu descărcări în vapori de mercur de joasă presiune, se produce, la ora

actuală, într-o gamă extrem de variată, performanţele acesteia îmbunătăţindu-se considerabil în special în ultimii ani, când producătorii de surse de lumină caută soluţii pentru creşterea performanţei energetice a sistemelor de iluminat. Eficacitatea luminoasă a acestor surse utlizate pentru iluminatul general, variază într-o plajă largă, în funcţie de putere, variantă constructivă, fiind cuprinsă între 61 1−⋅Wlm şi 109 1−⋅Wlm . În cazul unor surse speciale, cu domeniu restrâns de utilizare, este cazul unor surse cu filtru de culoare, eficacitatea luminoase are valori ce variază între 1,39 1−⋅Wlm şi 72 1−⋅Wlm . Fluxul luminos emis de sursele cu descărcări în vapori de mercur joasă presiune este mare comparativ cu sursele cu incandescenţă, acesta variind, de asemenea, în funcţie de puterea nominală a sursei de lumină şi de varianta constructivă. Valorile fluxului luminos are valori cuprinse între 1300lm şi 8850lm .

53

Există, de asemenea, o gamă variată de puteri lP , cele mai uzuale fiind: 14W ,

16W , 18W , 22W , 24W , 28W , 32W , 35W , 36W , 38W , 49W , 54W , 58W , 63W , 70W , 73W , 80W , 95W , 120W etc. Durata de viață a acestor surse a crescut considerabil în ultimii ani, acesta depinzând de numărul de aprinderi şi stingeri repetate, de varianta constructivă, de modul de amorsare a lămpii (cu preîncălzirea electrozilor sau rapidă), de tipul balastului şi variază într-o plajă extrem de largă, între 8000 h şi 79000h , iar durata de funcționare variază între 5000 h și 60000h . Redarea culorilor este variată, indicele de redare a culorilor având următoarele valori: 50, 55, 63, 72, 85, 91, 93. Sursele de lumină care au un indice de redare a culorilor 90≥R au o eficacitate luminoasă mai mică decât cea a lămpilor cu indice de redare 9080 <≤ R , acesta fiind motivul pentru care se recomandă adoptarea unor soluţii pertinente din acest punct de vedere, astfel încât, să se realizeze atât confortul vizual impus de norme cât şi performanţa energetică corespunzătoare. Din punctul de vedere al culorii luminii emise, sursele tubulare fluorescente acoperă toată gama, valorile temperaturilor de culoare ce caracterizează aceste surse fiind: 2700K , 3000K , 3500K , 4000K , 5000K , 5200K , 6500K . În ultimii ani, au fost fabricate surse de lumină care au o temperatură de culoare de 8000K sau 17000K , despre care testele arată că au efecte pozitive asupra confortului ocupanţilor şi asupra randamentului acestora la locul de muncă. Acestea sunt folosite pentru medii de muncă normale (de exemplu, în birouri, scoli, industrie etc.) sau pentru lucru în schimburi de noapte. Luminanţa acestei surse de lumină este mică, având valori relativ mici comparativ cu alte surse de lumină, cuprinse între 0,85 2−⋅ mcd şi 4,1 2−⋅ mcd . Timpul de amorsare al surselor cu descărcări în vapori de mercur la joasă presiune diferă, în funcţie de varianta constructivă. Sursele pentru iluminatul general nu au o aprindere rapidă, amorsarea realizându-se în undesec31÷ . Pentru aplicaţii speciale, există surse cu aprindere rapidă sau cu amorsare în interiorul surselor de lumină. Acestea din urmă se utilizează în medii explozive. Poziţia acestor surse nu influenţează buna lor funcţionare, acestea putând fi montate în orice poziţie.

Aceste surse, în procent foarte mare (fac excepţie cele circulare, în formă de U) sunt considerate a fi surse liniare deoarece lungimea este mult mai mare decât diametru lor. Cele mai uzuale lungimi fiind, cu aproximaţie de: m6,0 , m2,1 , m5,1 etc. Ca diametru, cel mai des întâlnite sunt cele cu diametrul de mm26 şi cele cu diametrul de

mm16 , surse de ultimă generaţie. În cazul surselor de lumină utilizate pentru iluminatul general, fluxul luminos

maxim este emis pentru o temperatură de Co35 . Există însă, din acest punct de vedere, o gamă variată de surse care au fost special concepute pentru aplicaţii specifice cu flux maxim emis între ( Co20 şi Co75 ) sau în intervalele ( CC oo 150 − ) şi ( Co40> ) sau la o temperatură de Co5− .

Temperatura de amorsare a acestor surse poate fi cuprinsă între ( CC oo 7515 ÷− ) sau ( CC oo 5015 ÷− ).

Tensiunile nominale de utilizare sunt: 220V; 230V; 240V .

54

Domeniile de utilizare Lampa cu descărcări în vapori de mercur de joasă presiune sau lampa tubulară fluorescentă are aplicaţii în majoritatea domeniilor, atât la interiorul clădirilor cât şi la exterior.

La interior, în funcţie de confortul vizual care trebuie realizat şi de mediul existent, se adoptă surse special concepute, cu caracteristici luminotehncice adecvate.

Aceste surse sunt folosite cu predilecţie pentru încăperi destinate activităţilor intelectuale şi fizice, acolo unde confortul vizual trebuie asigurat conform normelor în vigoare, importante fiind performanţa energetică şi costurile de investiţie şi/sau întreţinere dar şi aspectele de natură estetică.

Se recomandă pentru birouri, scoli, institute de proiectare, clădiri administrative, bănci, hale industriale, depozite etc. În industria alimentară, industria farmaceutică, camerele albe etc. acolo unde spargerea surselor ar putea constitui o problemă în ceea ce priveşte contaminarea produselor sau în spaţiile unde sursele sunt expuse şocurilor mecanice (săli de sport) etc., se utilizează surse cu înveliş protector.

Pentru spaţii unde redarea culorilor este foarte importantă, de exemplu: muzee, săli de diagnosticare şi tratament, imprimerii, magazine de lux etc. există surse de lumină speciale care să satisfacă atât cerinţele de culoare a luminii, de redare a culorilor, de performanţă energetică etc.

Datorită duratei mari de funcţionare, aceste surse se recomandă pentru spaţiile înalte, acolo unde întreţinerea sistemului de iluminat se face cu dificultate din cauza înălţimii mari de montare.

În exterior, aceste surse se folosesc pentru tuneluri, iluminat arhitectural, spaţii publice, parcări etc, alegându-se surse corespunzătoare din punct de vedere al caracteristicilor luminotehnice.

55

3.1.2.4 Lampa fluorescent-compactă Lampa fluorescent compactă sau fluo-compactă este o variantă a lămpii

fluorecente prezentate anterior, principiul de funcţionare fiind acelaşi. Dimensiunile şi forma sunt elemente care fac diferenţa între cele două tipuri de

surse. Sursele fluo-compacte au dimensiuni reduse comparativ cu sursele fluorescente, fiind considerate surse punctuale.

Din punct de vedere constructiv, sursele fluo-compacte diferă ca formă, exemple de surse fiind prezentate în figura 3.14. Tubul de descărcare este realizat din sticlă clară, acoperită la interior cu un strat de luminofor, acesta fiind standardizat: PL-E; PL-L; PL-C; PL-S; PL-T; PL-Q; PL-H; G120; G93; S50LP; S50P; T60; T65; T45 etc.

Figura 3.14 Surse fluo-compacte

Aceste surse se realizează în două variante constructive: integrate şi non-integrate. Cele integrate sunt surse care pot funcţiona independent de corpul de iluminat în care sunt montate, acestea având încorporate toate elementele necesare funcţionării. Aceste surse au fost special concepute, fiind prevăzute cu soclu tip Edison 14E , 27E , 40E ,

22B , dB22 , 10GU etc. pentru a înlocui sursele cu incandescenţă clasică sau pe cele cu halogen, în vederea creşterii eficienţei energetice a sistemului de iluminat (restaurante, hoteluri, locuinţe). Sursele non-integrate pot fi montate în corpuri de iluminat special concepute pentru acel tip de sursă, în corpul de iluminat găsindu-se montate aparate necesare funcţionării sursei. Soclurile lămpilor non-integrate sunt tip: qGR10 ,

3,2,114 −qGR , 112G ; 72G ; 3,2,124 −qGX etc.

a) b)

56

Caracteristicile luminotehnice Caracteristicile luminotehnice ale surselor fluorescent compacte sunt mai slabe

decât cele ale lămpilor fluorescente, dar mai bune decât ale lămpilor care produc radiaţii luminoase prin efect termic: - eficacitatea luminoasă a lămpilor fluo-compacte are valori cuprinse între 150 −⋅Wlm şi

190 −⋅Wlm , valori mai mari ale acestei caracteristici fiind specifice lămpilor cu balast neîncorporat. - fluxul luminos este mare, depinde de puterea nominală a sursei şi varianta constructivă acesta având valori curinse între lm180 şi lm6000 ; - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP , cea mai mică fiind de 5W , iar cea mai

mare de 80W ; - durata de viață variază în funcţie de varianta de realizare a sursei şi de modul de

amorsare cu sau fără preîncălzire, cu valori cuprinse între 8000h şi 33000h , la tensiunea nominală a sursei, iar durata de funcționare între 5000h şi 20000h ;

- indicele de redare a culorilor 76=R ; 80=R ; 82=R ; 92=R ; - temperatura de culoare: 2700K , 3000K , 3500K , 4000K , 5000K , 6500K - luminanţa este mică; - aprinderea se poate realiza într-un timp foarte scurt, de ordinul secundelor, fie rapid; - poziţia de montare nu influenţează buna funcţionare a lămpilor fluo-compacte; - tensiunile nominale de utilizare sunt: 230V; 240V .

Domeniile de utilizare

Lămpile fluo-compacte se utilizează atât la interior cât şi la exterior. La interiorul clădirilor, pot fi folosite pentru locuinţe, birouri mici, holuri, săli de

conferinţă etc., iar la exterior pentru iluminatul aleilor pietonale din parcuri şi grădini, iluminatul parcărilor, iluminat rezidenţial etc.

Sursele fluo-compacte care se utilizează la exterior sunt construite astfel încât temperatura mediului în care este montată să nu afecteze caracteristicile luminotehnice ale acesteia.

3.1.2.5 Lampa cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune

Elementele constructive Lampa cu descărcări în vapori de mercur la înaltă presiune este alcătuită dintr-un

balon de sticlă dură (1) insensibilă la agenţii atmosferici (figura 3.15). Acesta este tapetat la interior de un strat de luminofor care are rolul de a transforma radiaţiile emise în spectru vizibil ( %20%....5,1 ) în radiaţii emise în spectru luminos. Ca o consecinţă a utilizării luminoforului, eficacitatea luminoasă a acestei surse este mult îmbunătăţită.

În interiorul balonului din sticlă se găseşte tubul de descărcare (2) făcut din cuarţ, sticlă sau ceramică. În interiorul vidat al tubului de descărcare se introduce un gaz inert (argon, neon, xenon etc) şi o mică cantitate de mercur la înaltă presiune.

La capetele tubului de descărcare se găsesc doi electrozi principali (3) între care se realizează descărcarea în arc. La unul din capete se află un electrod auxiliar notat (4) care are rol în amorsarea lămpii şi o rezistenţă de amorsare (5).

57

Susţinerea tubului de descărcare şi punerea sub tensiune a celor doi electrozi se face prin intermediul unui suport metalic notat (6). Legarea la reţeaua electrică se face cu ajutorul soclului (7). Soclul este tip Edison, 27E , 40E .

Figura 3.15 Lampa cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune 1) – balon de sticlă ; 2) –tub de descărcare; 3)– electrozi principali; 4)– electrod auxiliar;

5) – rezistenţă de amorsare; 6) – support metalic; 7) – soclu tip Edison.

Principiul de funcţionare Amorsarea sursei de lumină cu descărcări în vapori de mercur la înaltă presiune se

face în două etape: � în prima etapă, la punerea sub tensiune a lămpii, are loc o descărcare în

licărire între un electrod principal şi electrodul auxiliar. În urma acestei descărcări mediul din tubul de descărcare se încălzeşte, iar mercurul, aflat în stare lichidă, începe să se evapore, scăzând rezistenţa mediului din tub;

� în a doua etapă, în urma încălzirii mediului din tub şi a scăderii rezistenţei acestuia, descărcarea se comută între cei doi electrozi principali între care se realizează descărcarea în arc. Ca o consecinţă a descărcării în arc sunt emise radiaţii optice.

Intrarea în regim nominal de funcţionare se face la câteva minute de la punerea

sub tensiune, datorită vaporizării lente a mercurului. Stabilizarea descărcării (limitarea curentului electric prin tubul de descărcare) este

realizată cu ajutorul balastului.

58

Figura 3.16 Spectrul luminos al lămpii cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune

Caracteristicile luminotehnice

- eficacitatea luminoasă are valori diferite între 136 −⋅Wlm şi 161 −⋅Wlm , în funcţie de varianta de realizare a lămpii şi de puterea acesteia; - fluxul luminos este mare depinzând de varianta de realizare a sursei şi de puterea nominală a acesteia, cu valori cuprinse între 1800lm şi 24200lm ; - se realizează într-o gamă variată de puteri, de valori mari, sursa fiind utilizată în special, în exterior lP : 50W , 80W , 125W , 250W , 400W , 700W , 1000W ;

- durata de viață variază între 10000h până la 24000h la tensiunea nominală a sursei, iar durata de funcționare variază între 2000h până la 10000h ;

- indicele de redare a culorilor este în plaja 6036÷=R ; - temperatura de culoare: 3400K , 3900K , 4100K , 4200K ; - luminanţa sursei nu este foarte mare fiind comparabilă cu cea a lămpii fluorescente; - timpul de amorsare este de cca. 5 minute;. - poziţia de funcţionare nu influenţează buna funcţionare a sursei; - dimensiunile sunt mai mici, aceasta fiind considerată ca o sursă punctuală; - tensiunile nominale de utilizare sunt: 220V; 230V; 240V. Domeniile de utilizare

Sursele cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune sunt utilizate, în special, în exterior, în iluminatul din zonele rezidenţiale, parcări, şantiere în lucru, zone industriale sau la interior, în fabrici, depozite etc.

59

3.1.2.6 Lampa cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune cu adaosuri de halogenuri metalice

Elementele constructive

Lampa cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune cu adaosuri de halogenuri metalice (denumirea comercială metal-halid) are aceleaşi elemente componente ca şi lampa prezentată anterior. Apar unele diferenţe constructive care contribuie la îmbunătăţirea caracteristicilor luminotehnice.

Diferenţa constă în faptul că în interiorul tubului de descărcare se introduce pe lângă mercur şi o halogenură (exemplu, iodură de sodiu sau de thaliu). Mediul din tubul de descărcare contribuie la ameliorarea spectrului luminos, lumina sursei devenind mai albă.

Balonul lămpii este realizat din sticlă clară sau opalizată și are diferite forme: tubulară, ovală etc. (figura 3.17). Acesta are formă standardizată și poate fi: T31,TD40, T47, T65,T100, BD90, BD120,ED 28, ED37, ED120 etc. Dimensiunile balonului din sticlă sunt reduse, sursa fiind considerată o sursă de lumină punctuală.

Tubul de descărcare se realizează din cuarț sau din ceramică și are dimensiuni foarte reduse.

Soclul lămpii poate fi tip: E27, E40, X830R, (P)SFC, PG Z12, cu două capete etc.

Figura 3.17 Diferite tipuri de surse de lumină cu descărcări în vapori de mercur cu

adaosuri de halogenuri metalice

60

Cap –Base PG Z12 Cap –Base (P)SFC Cable

Figura 3.18 Tipuri de soclu pentru lămpi cu descărcări în vapori de mercur de înaltă presiune cu adaosuri de halogenuri metalice;

Principiul de funcţionare Principiul de funcţionare este identic cu cel al lămpii cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune. Cea mai parte a radiaţiilor optice produse prin descărcarea în arc sunt emise în spectru vizibil.

Caracteristicile luminotehnice

Datorită amestecului gazos din interiorul tubului de descărcare, această sursă are caracteristici îmbunătăţite comparativ cu sursa prezentată anterior sau cu alte surse de lumină: - eficacitatea luminoasă are valori diferite acestea fiind cuprinse între 172 −⋅Wlm şi

1108 −⋅Wlm , în funcţie de varianta de realizare a lămpii şi de putere a acesteia; - fluxul luminos este mare depinzând de varianta de realizare a sursei şi de puterea nominală a acesteia, cu valori cuprinse între 3600lm şi 210000lm ; - se realizează într-o gamă variată de puteri, sursele de puteri mici fiind utilizate, de regulă, la interior, iar cele de puteri mari, la exterior lP : 45W , 50W , 60W, 70W , 100W,

150W, 250W , 400W , 1000W , 2000W ; - durata de viață variază în funcţie de varianta de realizare a sursei şi este dată de

producători în fișa tehnică a sursei de lumină. Astfel, durata de viaţă, la tensiunea nominală a sursei, variază mult ca valoare între 5000h până la 20000h . Durata de funcționare este de la 2000h la 10000h;

- indicele de redare a culorilor variază în limitele 9062÷=R ;

61

Domeniile de utilizare Datorită caracteristicilor luminotehnice, lampa cu descărcări în vapori de mercur

la înaltă presiune cu adaosuri de halogenuri metalice se recomandă pentru iluminatul monumentelor de arhitectură, iluminatul stadioanelor destinate competiţiilor naţionale şi internaţionale, iluminatul vegetaţiei, aleilor pietonale din parcuri şi grădini etc., iar la interior se folosesc pentru iluminatul magazinelor, bisericilor, aerogărilor, sălilor de sport, depozitelor, în horticultură etc.

3.1.2.7 Lampa cu descărcări în vapori de sodiu înaltă presiune

Elementele constructive Lampa cu descărcări în vapori de mercur înaltă presiune este prezentată schematic în figura 3.17.

Balonul este realizat din sticlă dură (1) rezistentă la agenţii exteriori de mediu. Forma acestuia este ovală sau tubulară. În interiorul balonului de sticlă se află tubul de descărcare (2). Tubul de descărcare este realizat din ceramică, un material rezistent la temperaturile înalte rezultate în urma procesului de descărcare în arc şi la presiunea mare din tub. În interiorul tubului, se găseşte pe lângă sodiu şi o mică cantitate de mercur la înaltă presiune. În cazul unor surse, mercurul lipseşte din interiorul tubului de descărcare.

Figura 3.19 Lampa cu descărcări în vapori de sodiu înaltă presiune 1 – balon de sticlă dură; 2 - tub de descărcare; 3 - support metalic; 4 - soclu;

a) b)

62

a) lampa cu balon oval; b) lampa tubulară;

Figura 3.20 Tipuri de lampă cu descărcări în vapori de sodiu înaltă presiune Tubul de descărcare este susţinut de un suport metalic (3) care are şi rolul de a

pune sub tensiune cei doi electrozi aflaţi la capetele tubului. Soclu (4) are rolul de a face legătura la reţeaua electrică. Soclul este tip E40, E27.

Principiul de funcţionare

Radiaţiile optice sunt produse în urma descărcării în arc. Amorsarea se realizează între cei doi electrozi situaţi la capetele tubului de descărcare. Pentru a străpunge mediul rezistent din tub şi pentru a declanşa amorsarea, în circuitul electric de alimentare cu energie electrică a sursei se montează în circuitul de alimentare cu energie electrică un igniter care are rolul de a produce un vârf de tensiune de la 2000V la 3000V . Există surse cu descărcări în vapori de sodiu care au igniterul încorporat.

Figura 3.21 Spectru luminos al lămpii cu descărcări în vapori de sodiu înaltă presiune.

Se poate remarca că radiaţia optică este emisă în procent foarte mare în spectrul

vizibil pe lungimi de undă cuprinse între 550nm și 750nm. Este motivul pentru care utilizarea luminoforului nu este necesară.

63

Caracteristicile luminotehnice Datorită faptului că radiaţiile optice sunt emise în cea mai mare parte în spectrul

vizibil, eficacitatea luminoasă a acestei surse este foarte mare având valori care ajung până la 150 1−⋅Wlm .

Fluxul luminos este mare depinzând de varianta de realizare a sursei şi de puterea nominală a acesteia, cu valori cuprinse între 3800lm şi 130000lm ;

Alte caracteristici luminotehnice: - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP : 50W , 70W , 100W , 150W , 250W ,

40W 0, 600W , 1000W ; - durata de viaţă a acestei surse variază între 12000h până la 32000h la tensiunea

nominală a sursei, iar durata de funcționare variază între 5000h până la 10000h ; - indicele de redare a culorilor este 25=R ; există surse care au însă o redare a

culorilor mai buna 65=R , 70=R cu o eficienţă luminoasă foarte bună; - temperatura de culoare: 1950K , 2000K ; - luminanţa sursei este relativ mică comparativ cu cea a sursei prezentat anterior având

valori cuprinse între 26805,4 −⋅− mcd ; - timpul de amorsare este de cca 5 minute. Pentru unele variante amorsarea se face în

cca 15 minute; - poziţia de funcţionare nu influenţează buna funcţionare a sursei; - dimensiunile sunt relativ mici, aceasta fiind considerată ca o sursă punctuală; - tensiunile nominale de utilizare sunt: 230V; 400V. Domeniile de utilizare

Lampa cu descărcări în vapori de sodiu de înaltă presiune este recomandată pentru iluminatul exterior, în special pentru iluminatul rutier, iluminatul aleilor pietonale, trotuarelor, iluminatul tunelurilor și pasajelor rutiere, pentru terenuri de antrenament, parcări etc. Se utilizează în general acolo unde redarea culorilor nu este o prioritate, importantă fiind eficiența energetică a sistemului de iluminat.

64

3.1.2.8 Lampa cu descărcări în vapori de sodiu joasă presiune

Elementele constructive Elementele constructive ale lămpii cu descărcări în vapori de sodiu la joasă

presiune sunt prezentate în figura 3.22.

Fig. 3.22 Lampa cu descărcări în vapori de sodiu la joasă presiune; 1) balon din sticlă dură; 2) tub de descărcare; 3) electrozi; 4) soclu; 5) adâncituri

Balonul (1) este realizat din sticlă clară, dură, rezistentă la agenții de mediu și are

formă tubulară tip T15, T50, T65. În interiorul acestuia se găsește tubul de descărcare (2) în formă de « U », la capetele căruia se găsesc doi electrozi (3) între care se realizează descărcarea electrică. În interiorul tubului vidat se introduce o mică cantitate de sodiu la joasă presiune, repartizarea acestuia în tub făcându-se în mod uniform prin intermediul unor adâncituri (5) special prevăzute. Repartizarea uniformă a sodiului în tubul de descărcare duce la o descărcare mai stabilă, o eficacitate luminoasă mai bună, o menținere mai bună a fluxului luminos în timp. Soclul (4) este de tip baionetă BY22d și are rolul de a realiza legătura la rețeaua electrică.

Fig. 3.23 Lampa cu descărcări în vapori de sodiu la joasă presiune;

Principiul de funcţionare Radiațiile luminoase sunt produse prin descărcare electrică ce se realizează între

cei doi electrozi situați la capetele tubului de descărcare. Radiațiile luminoase sunt emise pe un domeniu extrem de îngust al spectrului vizibil, în vecinătatea radiației luminoase care impresionează cel mai mult ochiul uman ( )nmm 555=λ . Această sursă de lumină

este cunoscută ca fiind, la ora actuală, cea mai eficientă din punct de vedere energetic deoarece radiațiile luminoase sunt emise în spectru vizibil.

65

Figura 3.24 Spectrul luminos al lămpii cu descărcări

în vapori de sodiu la joasă presiune;

Caracteristicile luminotehnice Lampa cu descărcări în vapori de sodiu la joasă presiune are următoarele caracteristici luminotehnice: - eficacitatea luminoasă este foarte bună, având valori cuprinse în plaja

1206100 −⋅÷ Wlm ; - fluxul luminos este mare şi constant datorită repartiției uniforme a sodiului în interiorul tubului de descărcare; - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP : 18W , 26W , 36W , 66W , 91W ,

131W . - durata de viață variază între 6000 și 18000 ore, la tensiunea nominală a sursei, iar

durata de funcţionare variază între 2000 și 5000 ore; - indicele de redare a culorilor 0=R ; - temperatura de culoare: 1800K ; - luminanţa este mare ceea ce impune utilizarea acestor surse numai montate în corpuri

de iluminat care să le mascheze; - timpul de aprindere este de cca 15min.; - poziţia de montaj influenţează buna funcţionare a acestei surse de lumină; - tensiunile nominale de utilizare sunt: 230V; 240V . Domeniile de utilizare Lampa cu descărcări în vapori de sodiu la joasă presiune se utilizează numai în zonele unde redarea culorilor nu este importantă, de exemplu, pentru iluminatul autostrăzilor sau pentru iluminatul zonelor unde apare frecvent fenomenul de ceață, deorece radiația galbenă a acestei surse este penetrantă prin mediul cețos.

66

3.1.2.9 Lampa cu inducție

Lampa cu inducție a apărut în tehnica iluminatului în anii 1990. Această sursă de

lumină se remarcă printr-o durată mare de viață datorată unui nou mod de producere a câmpului electric ce realizează excitarea atomilor de metal și gaz din interiorul balonului de sticlă.

Elementele constructive

În figura 3.25 sunt prezentate elementele componente ale acestei surse de lumină.

Figura 3.25 Lampa cu inducție 1) balon din sticlă; 2) antenă; 3) generator înaltă frecvență;

4) anvelopă centrală; 5) capac; 6) cablu electric.

Balonul din sticlă (1) este acoperit la interior cu un strat de luminofor care are

rolul de a transforma radiațiile optice emise în spectru ultraviolet în radiații vizibile. În interiorul balonului vidat se găsesc vapori de mercur și alte gaze inerte. Bobina electromagnetică este introdusă într-un înveliș formând antena (2). Bobina electromagnetică este parcursă de un curent de înaltă frecvență obținut prin intermediul unui generator de înaltă frecvență (3). Acesta are rolul de a transforma frecvența de 50 Hz în 2,65 MHz. Legătura între generatorul de înaltă frecvență și bobină este realizată prin intermediul unui cablu coaxial (6). Antena nu se găsește în contact direct cu mediul din interiorul balonului de sticlă deoarece aceasta este introdusă într-o anvelopă centrală (4). Principiul de funcționare Principiul de funcționare al lămpii cu inducție a fost prezentat în subcapitolul 1.4 unde se prezintă modurile de producere a radiațiilor luminoase. La trecerea curentului de înaltă frecvență prin bobina electromagnetică este generat un câmp magnetic ce generează un câmp electric. Câmpul electric astfel generat produce descărcarea electrică ce are loc în interiorul balonului din sticlă, cu producerea de radiații optice. Datorită faptului că nu mai există electrozi care să se deterioreze în timp, durata de viața este mare ajungând la 60000 de ore.

1

2

3

4 5 6

67

Caracteristicile luminotehnice

Lampa cu inducție are următoarele caracteristici luminotehnice: - eficacitatea luminoasă este bună, având valori cuprinse în plaja 17065 −⋅÷ Wlm ; - fluxul luminos este mare; - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP : 18-300W - durata de viață este de cca. 60000 ore, la tensiunea nominală a sursei; - indicele de redare a culorilor 80=R ; - temperatura de culoare: 2700-6500K ;

- luminanţa este relativ mică 2

5cm

cd dar se recomandă utilizarea acestor surse numai

montate în corpuri de iluminat care să le mascheze; - timpul de aprindere este de 1-3s; - poziţia de montaj nu influenţează buna funcţionare a acestei surse de lumină; - tensiunile nominale de utilizare sunt: 230V; 240V Domeniile de utilizare

Această sursă este folosită atât la interiorul clădirilor cât și la exterior. La interior, se recomandă pentru încăperile foarte înalte, acolo unde accesul la corpul de iluminat pentru înlocuirea sursei se face greu din cauza înălțimii mari și întreținerea ar fi costisitoare. În exterior, această sursă se utilizeaza pentru iluminatul pietonal, stradal, decorativ, iluminatul tunelurilor etc.

3.1.2.10 Tehnologia LED

În ultimii ani, s-a dezvoltat puternic și rapid tehnologia LED (Lighting Emitting Diode). Principiul de producere a radiațiilor luminoase a fost prezentat în subcapitolul 1.4.2.3. Sursele de lumină construite pe tehnologia LED sunt caracterizate, în primul rând de o durată de viață foarte mare și, în ultimii ani, de o eficacitate luminoasă, de asemenea, foarte mare. Datorită vieții mari de funcționare, sursele de lumină cu LED conduc la o întreținere puțin costisitoare a sistemului de iluminat. În figura 3.26 sunt prezentate surse de lumină cu LED-uri, surse care sunt costruite astfel încât să poată fi montate în locul celor cu incandescență clasică, lampa cu halogen, lampa tubulară fluorescentă. Prezintă avantajul de a nu conține mercur. Din punct de vedere al eficienței energetice acestea sunt superioare lămpilor cu descărcări în vapori de mercur la înaltă presiune cu adaosuri de halogenuri metalice. Elementele constructive

Aceste surse au balonul realizat din sticlă, de forme și dimensiuni diferite fiind echipate cu mai multe leduri, numărul acestora variind de la o sursă la alta. Unele surse sunt prevăzute cu un ecran protector din sticlă clară, altele au balonul din sticlă opală pentru diminuarea luminanței. Există surse de lumină echipate cu LED-uri care au încorporate la interior un reflector pentru o mai bună concentrare a fluxului luminos.

68

Balonul lămpii este standardizat și poate fi tip: A19, A55, B10, B11, B12, BA9, BA12, MR16, PAR30L, PAR30S, PAR38, T8, R20 etc. Soclurile sunt realizate, de asemenea, într-o gamă variată fiind de tipul: GU5.3, GU10, G13, E14, E27 etc.

Figura 3.25 Diferite tipuri de surse de lumină cu LED-uri

Caracteristicile luminotehnice Pentru iluminatul interior se utilizează surse de lumină în interiorul cărora se

montează LED-urile sau corpuri de iluminat de interior echipate cu LED-uri. Corpurile de iluminat echipate cu LED-uri se vor studia la capitolul 4, capitol destinat corpurilor de ilumimat.

Lampile cu LED-uri utilizate pentru iluminatul general sau de accent au următoarele caracteristici luminotehnice: - eficacitatea luminoasă depinde de varianta de realizare a LED-ului, având valori

cuprinse între 17520 −⋅÷ Wlm ; - se realizează într-o gamă variată de puteri, lP : 2W , 2.5W , 3W , 4W , 6W , 7W ,

8W , 10W , 11W , 12.5W , 13W , 16W , 17W , 22W , - durata de viață este de cca. 30000-50000 ore, la tensiunea nominală a sursei;

69

- indicele de redare a culorilor variază în funcție de varianta constructivă 90....65=R ; - temperatura de culoare: 2700K , 3000K , 3500K , 4000K , 4500K , 6500K , - luminanţa este relativ mare în cazul surselor cu sticlă clară și redusă în cazul surselor

cu sticlă opală; - aprinderea este instantanee; - poziţia de montaj nu influenţează buna funcţionare a acestei surse de lumină; - tensiunile nominale de utilizare sunt:12V, 230V; 240V

Domeniile de utilizare

Led-urile intră în componența surselor de lumină sau în componența corpului de iluminat. Datorită caracteristicilor luminotehnice, ledurile sunt folosite atât în interiorul construcțiilor cât și în exteriorul acestora.

Sursele de lumină cu LED sunt recomandate pentru iluminatul general în cazul locuințelor acestea fiind mascate în corpul de iluminat, pentru iluminatul de accent, pentru iluminatul de circulație etc.

Datorită faptului că LED-urile nu emit radiații în spectru ultraviolet sau spectru infraroșu, acestea se recomandă pentru iluminatul obiectelor sensibile la cele două tipuri de radiații, de exemplu pentru iluminatul exponatelor din muzee, magazine de lux, artă culinară, librării etc.

Pentru aplicații speciale se utilizează LED-uri de culoare: verde, roșu, albastru, galben. Pot fi folosite pentru obținerea unor efecte decorative, unele surse echipate cu LED-uri îsi pot schimba culoarea în funcție de efectul de culoare ce se dorește a fi obținut.