Upload
zak-seles
View
36
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Lectures - electrical lighting vol 2.1
Citation preview
SVJETLOTEHNIČKE VELIČINE I JEDINICE
Prof.dr.sc. Slavko Krajcar
Aljoša Šribar, dipl.ing. OSRAM d.o.o.
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Uvod• Svjetlost se vrednuje na dva načina: fizikalnim veličinama i svjetlotehničkim veličinama.
• Fizikalnim se veličinama svjetlost opisuje u onom djelu gdje svjetlost promatramo energetski, kao elektromagnetski val ili kao energetsku česticu.
• Svjetlotehničke odnosno fotometrijske veličine vrednuju svjetlost na temelju osjetilnog efekta i ograničene su samo na vidljivo zračenje spektra 380 do 780 nm.
• Da bi se ove jedinice razlikovale dodaje im se indeks e za fizikalne i v za fotometrijske. Ako se odnose samo na određenu valnu duljinu dodaje se još oznaka λ , a ako se odnose na neki spektar onda se u zagradi piše npr. V(λ).
Veličina Oznaka Formula Mjerna jedinica
Svjetlosni tok Ø Ø = I×Ω Lumen (lm)
Jakost svjetlosti I I = Ø / Ω Candela (cd)
Rasvijetljenost E E = Ø / A Lux (lx)
Sjajnost (luminancija) L L = I / A Candela po
kv.metru (cd/m2)
Ø I
E L
/A /A
/ ΩΩΩΩ
/ ΩΩΩΩ
Meñusobni odnosi svjetlotehničkih veličina
A - osvijetljena ili svjetleća površina (m2)
ΩΩΩΩ - prostorni kut (sr)
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Fotometrijske formuleJakost svjetlosti I
Svjetlosni tok u određenom smjeruProstorni kut
I[cd] = Ø[lm]/Ω[sr]
Svjetlosni tok Ø Jakost svjetlosti × Prostorni kut Ø[lm] = I[cd] × Ω[sr]
Rasvijetljenost ESvjetlosni tok = Jakost svjetlostiRasvijetljena površina Kvadrat udaljenosti
E[lx] = Ø[lm]/A[m2] =I[cd]/d2[m2]
Luminancija LJakost svjetlostiSvjetleća površina
L[cd/m2] = I[cd]/A[m2]
Svjetlosna Svjetlosni tok
• Prostorni kut predstavlja omjer površine kugle (A) i kvadrata njenog polumjera (r).
• Ω = A/r2
• SI jedinica mjere je steradijan (sr). Puni prostorni kut iznosi 4 sr.π
Svjetlosna
iskoristivost ηηηηSvjetlosni tokElektrična snaga
η[lm/W] = Ø[lm]/P[W]
A = Površina kugle
r = Polumjer kugle
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Svjetlosni tok• Svjetlosni tok predstavlja snagu zračenja koju emitira izvor svjetla u svim smjerovima. Ovo zračenje
ljudsko oko vrednuje kao svjetlost prema krivulji osjetljivosti ljudskog oka. Jedinica za svjetlosni tok je lumen (lm). To je izvedena jedinica SI sustava - točkasti izvor svjetla ima svjetlosni tok od 1 lm kada u prostorni kut od 1 sr zrači jakošću svjetlosti od 1 cd.
• Svjetlosni tok standardne žarulje sa žarnom niti snage 100 W iznosi 1.380 lm, a kvalitetne fluorescentne cijevi snage 18 W iznosi 1.350 lm.
• Da bi mogli povezati fotometrijske i fizikalne veličine, koristimo konstantu razmjernosti K(λ), koju nazivamo fotometrijski ekvivalent zračenja. Tako vrijedi:
• gdje je Km maksimalni fotometrijski ekvivalent zračenja i iznosi 673 lm/W kod monokromatskog zračenja od 555 nm.
λλλλλλλλΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ λλλλ d)(VK emv ∫==
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Jakost svjetlosti• Jakost svjetlosti predstavlja snagu zračenja koju emitira izvor svjetla u određenom smjeru. Jedinica za
jakost svjetlosti je candela (cd). To je osnovna jedinica SI sustava - definirana kao jakost svjetlosti koju u određenom smjeru zrači monokromatski izvor svjetla frekvencije 540×1012 Hz i snage zračenja u tom smjeru od 1/683 W/sr.
• Jakost svjetlosti može se predstaviti vektorom. Spajanjem svih vrhova vektora u jednoj ravnini izvora svjetlosti dobiva se krivulja distribucije jakosti svjetlosti (fotometrijska krivulja). Obično se kod prikaza fotometrijske krivulje odabiru standardizirane ravnine.
• Izvori svjetlosti sa simetričnom karakteristikom definiraju se svjetlosnim tokom u lumenima, i za njih vrijedi da je Ø = 4 I, a ostali (npr. reflektorske žarulje) pomoću jakosti svjetlosnog toka.
• Vrijedi: I = Iv = dØv / dΩ, odnosno za konačni tok: I = Ø/ Ω
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Rasvijetljenost• Rasvijetljenost je mjerilo za količinu svjetlosnog toka koja pada na određenu površinu. Jedinica za
rasvijetljenost je lux (lx) i to je izvedena jedinica SI sustava. Lux je definiran kao rasvijetljenost 1 kvadratnog metra na koju pada ravnomjerno raspodijeljen svjetlosni tok od 1 lm. Radi se o isključivo računskoj veličini, koju naše oko ne primjećuje.
Primjer Rasvijetljenost [lx]
Rasvjeta operacijskog stola 20.000 - 120.000
Sunčan ljetni dan 60.000 - 100.000
Oblačan ljetni dan 20.000
• Vrijedi:
E = Ev = dØv / dA, odnosno za konačni tok: E = Ø/ A. Također vrijedi (zbog Ω= A/r2 i Ø=I× Ω) E = I/r2. Ovaj izraz vrijedi ako svjetlost pada okomito na površinu koju rasvjetljava, a ako pada pod kutom α, potrebno je izraz pomnožiti s cos α.
Oblačan ljetni dan 20.000
Oblačan zimski dan 3.000
Dobro rasvijetljeno radno mjesto 500 - 750
Pješačka zona 5 - 100
Noć s punim mjesecom 0,25
Noć s mladim mjesecom 0,01
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Rasvijetljenost
300 lxsredina sobe
2.500 lxuz prozor
10 lx u podrumu
6.000 lxispod tende
100.000 lxna suncu
10.000 lx u sjeni
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Rasvijetljenost• Razlikujemo dvije vrste rasvijetljenosti: rasvijetljenost površine i rasvijetljenost u točki.
• Rasvijetljenost površine je omjer svjetlosnog toka izvora svjetlosti koji pada okomito na zadanu površinu i zadane površine. U slučaju da svjetlosni tok pada na zadanu površinu pod kutom α, rasvijetljenost je manja i iznosi: E’=Ø’/A = Ø×cos α/A = E×cos αααα.
• Rasvijetljenost točke određene površine je omjer jakosti izvora svjetlosti koja pada okomito na tu točku i kvadrata udaljenosti, i iznosi E = I/r2. U slučaju da svjetlosni tok pada na točku pod kutom γ, rasvijetljenost u toj točki dobivamo kao rezultantu horizontalne i vertikalne rasvijetljenosti: Eh i Ev.
• Eh = E×cos γ ; Ev = E×sin γ
Rasvijetljenost površine Rasvijetljenost u točki
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Rasvijetljenost• Vrijede sljedeće formule za izračunavanje rasvijetljenosti u točki:
Rasvijetljenost Pomoću r Pomoću h
E
Eh
2rI
E γγγγ= γγγγγγγγ 2
2cos
hI
E ×=
γγγγγγγγ cosrI
E2h ×= γγγγγγγγ 3
2h coshI
E ×=
γγγγγγγγγγγγ tgEsinI
E ×=×= γγγγγγγγγγγγ sincosI
E 2 =××=
• Srednja vrijednost rasvijetljenosti neke površine izračunava se kao srednja vrijednost rasvijetljenosti određenog broja točaka te površine, tako da vrijedi:
• Ovaj izraz je izuzetno pogodan za proračun srednje rasvijetljenosti, te je osnova rada većine programa za svjetlotehnički proračun. Raster točaka za proračun definiran je međunarodnim standardima, ili prilagodljiv specifičnim zahtjevima.
Evγγγγγγγγγγγγ tgEsin
rI
E h2v ×=×=γγγγ
γγγγγγγγγγγγ
tgE
sincoshI
E
h
2
2v
×=
=××=
∑=
=N
1i
im N
EE
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Luminancija• Luminancija (L) je sjajnost rasvijetljene ili svjetleće površine kako je vidi ljudsko oko. Mjeri se u
candelama po površini (cd/m2), a za izvore svjetlosti često se koristi i prikladniji oblik (cd/cm2). Oko posebno dobro vidi razliku između luminancija. Luminancija je jedina fotometrijska veličina koju ljudsko oko može direktno vidjeti.
Visoka luminancijaMala promatrana površina
Izvor svjetla Prosječna luminancija [cd/m2]
Sunce u podne 1,6 ×109
Xenon kino žarulja 0,2 - 5×109
Bistra standardna žarulja 2 × 106 – 2 × 107
Fluorescentna cijev 1,2 × 10
• Primjer različitih izvora svjetlosti jednake jakosti svjetlosti, ali različite luminancije, koju primjećuje ljudsko oko.
Niska luminancija
Velika promatrana površina
Fluorescentna cijev 1,2 × 104
Bijeli oblak 1 × 104
Svijeća 7.500
Vedro nebo 3.000 – 5.000
Mjesec 2.500
Ugodna unutarnja rasvjeta 50 - 500
Bijeli papir pri 500 lx 100
Bijeli papir pri 5 lx 1
Noćno nebo 10-3
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Luminancija• Luminancija opisuje fiziološki učinak svjetlosti na oko, te predstavlja najvažniji čimbenik projektiranja javne
rasvjete. Kod difuznih refleksivnih površina (faktor refleksije jednak u svim smjerovima), kakve se uglavnom nalaze kod unutarnjih prostora, moguće je jednostavno povezati luminanciju i rasvijetljenost sljedećim izrazom:
ππππρρρρ E
L×= (Lambertov zakon)
• Budući da je luminanciju u tom slučaju jednostavno izračunati
mala luminancija velika luminancija
slučaju jednostavno izračunati putem rasvijetljenosti (koja se može jednostavno dobiti proračunom), onda se vrijednosti za unutarnju rasvjetu uvijek daju u lx (rasvijetljenost).
• Kod javne rasvjete, gdje okolina nema karakteristike difuzne refleksije, već prevladava miješana refleksija, ovaj izraz ne vrijedi, i vrijednosti za javnu rasvjetu daje se u cd/m2 (luminancija).
• Pri tome se definira koeficijent luminancije q (sr-1), koji osim o vrsti materijala ovisi i o položaju izvora svjetlosti i promatrača, a da pri tome vrijedi: L=q×E.
Ovisnost luminancije o površini
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Luminancija
• Luminancija je osjećaj svjetline koji svjetleća ili rasvijetljena ploha emitira u ljudsko oko.
• Mjeri se u kandelama po • Mjeri se u kandelama po površini [cd/m2].
• To je jedina stvarno vidljiva svjetlotehnička veličina !
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Osnovne svjetlotehničke veličine
Svjetlosni tok
Svjetlosni tok je količina svjetla koju emitira izvor svjetla.
Mjerna jedinica: 1 Lumen (lm)
Jakost svjetlosti
Jakost svjetlosti predstavlja svjetlosni tok u odreñenom
smjeru.Mjerna jedinica: 1 Candela (cd)
Rasvijetljenost
Prosječna rasvijetljenost neke površine je svjetlosni tok po
jedinici površine:Lux = Lumen/m2
Luminancija
Luminancija pokazuje utjecaj svjetline neke plohe koju vidi
oko.Mjerna jedinica:
Candela /m2 (cd/m2)
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Ostale svjetlotehničke veličineKoličina svjetlosti - cjelokupna svjetlost koju neki izvor zrači tijekom vremena.
dtQQ vv ∫== ΦΦΦΦ Q=Ø×t, (lms)
Ekspozicija – plošna gustoća rasvijetljenosti
dtEdAdQ
HH vv
v ∫=== H=E×t, (lxs)
Svjetlosno isijavanje - isijavanje na točki izvora svjetla je svjetlosni tok kojeg zrači jedinična površina u toj točki
dAd
MM vv
ΦΦΦΦ== M= Ø/A, (lm/m2)dAMM v == M= Ø/A, (lm/m2)
Svjetlosna iskoristivost zračenja – omjer izmeñu svjetlosnog toka i pripadajuće snage zračenja
ee
vKΦΦΦΦΦΦΦΦ
ΦΦΦΦΦΦΦΦ == Ø svjetlosni tok (svjetlotehnički), a Øe svjetlosni tok (fizikalni), (lm/W).
Budući da je vrijednost K ovisna o valnoj duljini zračenja, definira se fotometrijski ekvivalent zračenja K(λ):
Gdje je Km= 673 lm/W, i predstavlja maksimalni fotometrijski ekvivalent zračenja.
K(λ) je fotometrijski ekvivalent zračenja valne duljine λ.
)(VK)(K m
,e
,v λλλλΦΦΦΦΦΦΦΦ
λλλλλλλλ
λλλλ ==
Svjetlosna iskoristivost zračenja – omjer izmeñu toka zračenja po V(λ) krivulji i fizikalnog toka zračenja
m
0,e
0,e
KK
d
d)(VV ==
∫
∫∞
∞
λλλλΦΦΦΦ
λλλλλλλλΦΦΦΦ
λλλλ
λλλλ, odnosno za vidljivi dio zračenja
m
nm780
nm380,e
nm780
nm380,e
KK
d
d)(VV ==
∫
∫
λλλλΦΦΦΦ
λλλλλλλλΦΦΦΦ
λλλλ
λλλλ
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Ostale svjetlotehničke veličine• Svjetlosna iskoristivost izvora svjetlosti
definira se kao omjer dobivenog svjetlosnog toka izvora svjetlosti i uložene snage:
• η=Ø/P [lm/W]
• Svjetlosna iskoristivost pokazuje iskoristivost kojom se uložena električna
199 lm/W = teoretska granica za vidljivo svjetlo (3 80 - 780 nm)Niskotla čne natrijeve žaruljeVisokotla čne natrijeve žaruljeFluorescentne cijeviMetalhalogene žarulje
683 lm/W = teoretska granica za monokromatskozeleno svjetlo (555 nm)
Visokotla čne živine žarulje
Specijalne žarulje, ksenon žarulje, žarulje s miješanim svjetlom
iskoristivost kojom se uložena električna energija pretvara u svjetlost. Teoretski maksimum iskoristivosti, pri kojem se sva energija pretvara u vidljivo svjetlo iznosi 683 lm/W. U stvarnosti vrijednosti su puno manje i iznose između 10 i 150 lm/W.
• Svjetlosna iskoristivost predstavlja jedan od osnovnih parametara za ocjenu ekonomičnosti rasvjetnog sustava.
Standardne žarulje sa žarnom niti
Žarulje s ugljenom niti
Tinjalice, elektroluminiscentne plo če
Parafinske žarulje
Svijeća
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Izvori svjetlosti klasificirani prema energetskoj učinkovitosti
• Najštedljiviji izvori svjetla imaju oznaku A
• najrastrošniji imaju oznaku G
Halogene žarulje
D
Fluorescentne cijevi
AC
Termičko zračenjeSrednja iskoristivost
E
Fluorescentne cijevi
Izboj u plinuVrlo visoka iskoristivost
Štedne žarulje
Izboj u plinuVisoka iskoristivost
A
B
“Štede energiju”
“Troše energiju”
Odaberite iskoristivost !
Standardne žarulje
Termičko zračenjeNiska iskoristivost
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Zabrana uporabe neučinkovitih izvora svjetlosti (EuP)
• http://www.youtube.com/watch?v=1R8UbDXjMEY
• http://www.youtube.com/watch?v=5jxBRiWsCoI
• http://www.youtube.com/watch?v=g57IX0H4AS0
• http://www.centennialbulb.org/
IZVORI SVJETLOSTI
Prof.dr.sc. Slavko Krajcar
Aljoša Šribar, dipl.ing. OSRAM d.o.o.
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Podjela i svojstva• Izvore svjetlosti prvenstveno dijelimo prema načinu generiranja svjetlosti –
principom termičkog zračenja (žarulje sa žarnom niti) i principom luminiscencije (žarulje na izboj).
Termi čko zračenje Elektri čno zračenje Luminiscencija
sunce krijesnica
Prirodni
grom
standardna žarulja
živina žaruljametalhalogena žaruljanatrijeva žarulja
dioda
žarulja s mješanim svjetlom
fluorescentne cijevi
halogena žarulja
Prirodniizvori svjetla
Umjetniizvori svjetla
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Generiranje svjetlosti• Postoje dva načina generiranja umjetnog svjetla:
termičko zračenje i luminiscentno zračenje.
• Ova dva principa čine osnovu podjele izvora svjetlosti.
Izvori svjetla
Žarulje s krutinom Žarulje na izbojŽarulje s krutinom Žarulje na izboj
Luminiscentno zračenje Termičko zračenje Tinjavi izboj Izboj s lukom
LED
Laser
Izotopna žarulja
Elektro luminiscencija
Foto luminiscencija
Radio luminiscencija
Kemo luminiscencija
Bio luminiscencija
Tribo luminiscencija
Standardne žaruljeHalogene žarulje Visokotlačne žarulje
na izbojNiskotlačne žarulje
na izbojHalogene žarulje na
mrežni naponŽivine žarulje Fluorescentne cijevi
Niskonaponske halogene žarulje
Metalhalogene žarulje Fluokompaktne žarulje
Visokotlačne natrijeve žarulje
Niskotlačne natrijeve žarulje
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Generiranje svjetlosti• Svjetlosno zračenje koje se ne zasniva na termičkom zračenju naziva se
luminiscentno zračenje. Luminiscentno zračenje nastaje kada elektroni prelaze iz jedne energetske razine u drugu. Potrebnu energiju za luminiscenciju moguće je dovesti iz različitih izvora:Oznaka Energija Primjer
Elektro luminiscencija Električna energija Izboj u plinu, pn - prijelaz
Foto luminiscencija Elektromagnetsko zračenje UV konverzija s luminiscentnim materijalima
• Visokotlačne žarulje na izboj su prema tome izvori luminiscentnog zračenja gdje se potrebna izlazna energija dobiva tokom električne struje. Za razliku od njih, luminiscencija fluorescentnih žarulja dolazi od energije zračenja (UV zračenja).
Foto luminiscencija Elektromagnetsko zračenje UV konverzija s luminiscentnim materijalima
Kemo i bio luminiscencija Energija kemijske reakcije Gorenje, oksidacija, enzimske reakcije
Tribo luminiscencija Mehanička energija Svjetlosni efekti u kristalima
Termo luminiscencija Toplinska energija Svjetlosni efekti u kristalima
Radio luminiscencija Radioaktivnost Aurora Borealis
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Podjela i svojstva• Izvori svjetlosti karakterizirani su osnovnim veličinama:
svjetlosni tok (jakost svjetlosti)uzvrat bojetemperature bojasvjetlosna iskoristivost
• Također se promatraju i sljedeća svojstva:
Kompaktnost Uporaba Ekonomičnost
zahtjevi za prostorom
veličina svjetiljke
utjecaj na arhitekturu
usmjerljivost svjetla
jednostavnost
komfor korisnika (temp. i uzvrat boje)
regulabilnost
jednostavnost zamjene
svjetlosna iskoristivost
vijek trajanja
cijena
trošak zamjene
Utjecaj na okoliš
• potrošnja energije • potrošnja prirodnih resursa • zbrinjavanje
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Podjela i svojstva
Izvori svjetla za opću rasvjetu
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Povijest i razvoj1879Standardna žarulja s ugljenom niti- Thomas A. Edison
1910Standardna žarulja s Wolframžarnom niti
1925BILUX® žarulja s dvije žarne niti
1931Niskotlačna natrijeva žarulja
1968POWERSTAR HQImetalhalogena žarulja
1970HMI METALLOGEN® žarulja
1971BILUX® H4halogena žarulja za automobile
1973HALOSTAR niskonaponska halogena žarulja
1985OSRAM DULUX® EL štedna žarulja
1987POWERSTAR HQI-Tkompaktna metalhalogena žarulja
1991D1 žarulja na izboj u plinu
1993COLORSTAR DSX-T 80Wnatrij-ksenon žarulja
• Razvoj izvora svjetlosti je konstantan: OSRAM postiže više od 60% svog prihoda s proizvodima koji nisu stariji od 3 godine!
1933Živina visokotlačna žarulja
1936Fluocijev
1954XBO visokotlačna Xenon žarulja
1968VIALOX® NAV Standardvisokotlačna natrij žarulja
1979LUMILUX®
fluocijev
1980QUICKTRONIC® DE LUXE
1982OSRAM DULUX® Lfluokompakta
1984DECOSTAR niskonaponska halogena žarulja s reflektorom
Anwendungsbereich: AC/DC 198 V bis 254 VGeeignet fr Batteriespannungen 154 V bis 276 VZur Verwendung in Anlagen nach VDE 0108 geeignetRange of application: AC/DC 198 V to 254 VRange of battery voltage: 154 V to 276 VSuitable for emergency installations acc. to VDE 0108
Temp.-Testtc = 70 C max.
class B0712T201 OW2 Made in Germany
1
L
2
3
4
PL (W)UN (V)fN (Hz)IN (A)l ta ( C)
1xL18 W1x16-205022050600,090,95 C
2400,0850,93 C OSRAM
1993FM minijaturna fluocijev
1995FH T5 fluocijevi
1996FQ T5 fluocijevi
1997OSRAM ENDURA fluorescentna žarulja bez elektrode
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Žarulje sa žarnom niti generiraju svjetlo principom
termičkog zračenja.
• Svjetlost nastaje tako što struja teče kroz žarnu nit od Wolframa i ugrijava je na temperaturu od 2.600 – 3.000 K i usijava. Većina zračenja emitira se u IR dijelu spektra.
• Na osnovna svojstva standardne žarulje – svjetlosna iskoristivost i vijek trajanja – najviše utječe temperatura žarne niti. Što je ona viša, svjetlosna iskoristivost je veća, a vijek trajanja kraći.
• Vijek trajanja se smanjuje zbog naglog porasta broja atoma wolframa koji se odvajaju sa žarne niti pri porastu
Stvarne temperature T w za žarulje sa žarnom niti
2400 K – 15W žarulja (vakum)
2600 K – 40W žarulja (punjena plinom)
2800 K – 500W žarulja (punjena plinom)
zračenjezrač
enje
wolframa koji se odvajaju sa žarne niti pri porastu temperature. Ovaj proces ne samo da proizvodi tamni sloj na unutrašnjoj strani staklenog balona (što dovodi do smanjenja svjetlosnog toka), već i dovodi do pucanja žarne niti – pregaranja žarulje.
• Ovaj proces može se bitno umanjiti dodavanjem inertnog plina (Argon, Krypton ili Xenon) u punjenje balona, čime se podiže temperatura žarne niti (time i iskoristivost) i smanjuje isparavanje wolframa. Danas standardno punjenje čine plinovi Argon i Dušik, a Krypton ili Xenon dodaju se zbog poboljšanja iskoristivosti.
• Daljnji korak u poboljšanju iskoristivosti je način motanja spirale – dvostrukim motanjem spirale smanjuje se površina isijavanja, a time i gubici.
• Pr: Za standardnu žarulju snage 100W potrebno je 1m Wolframa debljine niti kose, a duljina žarne niti je 3 cm.
vidljiva svjetlost valna duljina
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Svjetlosna iskoristivost žarulja sa žarnom niti snage
25 – 500W iznosi 9 – 17 lm/W. U svjetlost se pretvara 5-10% uložene energije, ostatak se pretvara u toplinu.
• Vijek trajanja: 1.000 sati
• Uzvrat boje: 1A
• Temperatura boje: 2.600 – 2.800 K
Shematski prikaz žarulje sa žarnom nitiSpektar zračenja
• Brojne pogonske karakteristike žarulje sa žarnom niti ovise o naponu.
• Svjetlosni tok je ovisan o naponu, što se koristi kod regulacije.
• Zbog trošenja žarne niti svjetlosni tok se smanjuje u pogonu, i obično na kraju iznosi 15% manje od nazivnog.
• Zbog izražene temperaturne ovisnosti otpora wolframove niti, struja uključivanja je bitno veća od nazivne struje (za 100W žarulju 14×, prijelazna pojava traje 56 ms).
Svjetlosni tok
Svjetl. iskoristivost
Snaga
Struja
Napon
Bazna vrijednost
Vijek trajanja
Shematski prikaz žarulje sa žarnom niti
Ovisnost standardne žarulje o pogonskom naponu
Spektar zračenja standardne žarulje
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Žarulje sa žarnom niti imaju široku
primjenu (pogotovo u domaćinstvu) i proizvode se u različitim izvedbama.
• Također postoji i niz posebnih izvedbi – s povećanom sigurnošću (T), za visoke temperature, u boji ... Standardna žarulja - bistra Standardna žarulja - mat
Izokandelni dijagram standardne žarulje (normiran za svjetlosni tok od 1.000 lx)
Žarulja oblika svijećeŽarulja s opalnim staklom –BELLALUX SOFT svjetlo
Dekorativna GLOBE žarulja Linijska žarulja - LINESTRA
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Posebnu grupu standardnih žarulja čine reflektorske žarulje. Reflektorom se
postiže usmjeravanje svjetlosnog toka u željenom smjeru, što podiže iskoristivost rasvjetnog sustava. Širinu snopa svjetla određuje reflektor.
Žarulja s ozrcaljenim vrhom balona – svjetlost se reflektira prema nazad, čime se postiže difuzna, neblješteća rasvjeta.
Žarulja sa SPOTLIGHT posrebrenim reflektorom –svjetlost se usmjeruje prema naprijed, čime se dobiva na dinamičnosti rasvjete, uz povećanu iskoristivost.
Žarulja s PAR reflektorom i prešanim staklom. Staklo predstavlja dodatnu leću, čime se poboljšava usmjerenost snopa. Moguće je postići jako uski snop. Zbog svoje povećane zaštite može se koristiti na otvorenom. Trajnost 2.000 sati.
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti
PAR56 reflektor NSP
Ozrcaljeni vrh balona
SPOTLIGHT reflektor R80
PAR56 reflektor NSP
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti
Grla
Dvostruki sustav refleksije u SPOTLIGHT reflektoru –smanjuje gubitak svjetlosti
Žarulje sa žarnom niti najčešće koriste E27 i E14 grla. E40 se koristi kod većih snaga, a S14 grla kod linijskih žarulja. PAR 56 reflektori koriste grlo GX16d.
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Halogene žarulje su također žarulje sa žarnom niti, te koriste princip termičkog
zračenja pri generiranju svjetla. Dodatak halogenida (brom, klor, flor i jod) plinskom punjenju gotovo potpuno sprečava crnjenje balona žarulje, čime se održava gotovo konstantan svjetlosni tok kroz cijeli vijek trajanja. Zbog toga je moguće napraviti balon puno manjih dimenzija, s višim pritiskom plinskog punjenja, čime se dodatno povećava iskoristivost inertnih plinova u punjenju – Kryptona i Xenona. Također, moguće je žarnu nit zagrijati na puno višu temperaturu, čime se podiže svjetlosna iskoristivost (ovo nije bilo moguće kod standardne žarulje zbog pojačanog isparavanja Wolframa pri višim temperaturama).
• Glavna karakteristika halogenih žarulja je halogeni kružni proces.
• Wolfram koji isparava sa žarne niti odlazi prema stjenci balona, gdje se pri temperaturi < 1400 K spaja s halogenidima. Termičko strujanje odvodi ovaj spoj bliže temperaturi < 1400 K spaja s halogenidima. Termičko strujanje odvodi ovaj spoj bliže prema žarnoj niti, gdje se pri temperaturi > 1400 K razgrađuje, a atom Wolframa se ponovno vraća na žarnu nit. Pri tome on ne dolazi na staro mjesto, tako da ipak dolazi do pucanja žarne niti na kraju vijeka trajanja.
• Pri ovom procesu temperatura žarne niti doseže 3.000 K, a stakla i do 250ºC. Zbog toga se mora koristiti balon od kvarcnog stakla, koje je specijalno dotirano tako da ujedno i zadržava štetno UV zračenje.
1Wolfram (W) Halogenidi (X)
2W + nX WXn
3 4WXn W + nX
Halogenidi
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti• Kao i standardna žarulja sa žarnom niti, halogena
žarulja jako je osjetljiva na promjene pogonskog napona.
• Pogotovo kod niskonaponskih žarulja (12 V AC), do izražaja dolazi osjetljivost vijeka trajanja o naponu. Zbog toga povećanje pogonskog napona od samo 5%(12,6 V) donosi smanjenje vijeka trajanja za 40%!!! Do ovakve drastične promjene dolazi zbog toga što se halogeni kružni proces odvija samo u strogim
300
200
150
100
90
140
%
130
120
110
105
100
80
60
40090 95 100 105 110%napon
rela
tivne
vr
ijedn
osti
rela
tivne
vr
ijedn
osti
halogeni kružni proces odvija samo u strogim temperaturnim (naponskim) granicama, te prestaje pri većim odstupanjima, čime se automatski znatno smanjuje vijek trajanja.
• Do povećanja napona dolazi uglavnom zbog neodgovarajućih transformatora (magnetski transformatori imaju nelinearnu karakteristiku, pa pri rasterećenju dolazi do rasta napona). Zbog toga suvremeni rasvjetni sustavi koriste elektroničke transformatore.
• Pri smanjenju napona dolazi do blagog povećanja vijeka trajanja, ali ne takvog kao kod standardnih žarulja.
Osnovne prednosti halogene žarulje u odnosu na standardnu žarulju su:
viša svjetlosna iskoristivost (do 25 lm/W)
dulji vijek trajanja (do 4.000 sati)
optimalna kontrola svjetla
male dimenzije
konstantan svjetlosni tok kroz vijek trajanja
viša temperatura boje – sjajno, bijelo svjetlo
80
70
60
50
40
30
2590 95 100 105 110%
napon
rela
tivvr
ijedn
osti
rela
tivne
vr
ijedn
osti
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti230V-halogene žarulje 12V-halogene žarulje
HALOLUX® CERAM
HALOLUX® BT
HALOPAR® HALOLINE®HALOSTAR®
STARLITE
DECOSTAR 35
DECOSTAR 51
HALOTRONIC®
HALOLUX® HC
HALOLUX® CF
HALOLUX® T
HALOSPOT
HALOPIN®
Osnovna podjela halogenih žarulja – žarulje na linijski napon i niskonaponske halogene žarulje
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti2/3 IR zračenja
Staklo
10% vidljivo svjetlo
20% gubici u plinskom punjenju (konvekcija i difuzija)
10% gubici zbog el. otpora žarne niti
Energetska bilanca halogene žarulje
Vidljivo svjetlo
SiO2, ZnS
Princip dikroičkog odsijača kod halogenih žarulja, čime se toplina odvodi iza žarulje, dalje od rasvijetljenog objekta
60% infracrveno zračenje
IR-refleksivni sloj
žarna nit
Nove tehnologije omogućuju dodatno poboljšanje iskoristivosti halogene žarulje. Uporabom specijalnog IR-refleksivnog sloja (IRC – Infra Red Coating), moguće je dio generiranog IR zračenja vratiti natrag na žarnu nit, te ga upotrijebiti za zagrijavanje žarne niti, zbog čega je potrebno dovesti manje el. energije.
Na ovaj način postiže se iskoristivost halogenih žarulja povećava do 30%
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti
1000
2000
3000
120
150
180
210
240
OSRAM DECOSTAR® TITAN Reflektorlampe 50 W 12 V 46870 WFLLichtstärke in cd/klm
Niskonaponska halogena žarulja s dikroičkim odsijačem
0
0
30
60
90270
300
330
OSRAM
Izokandelni dijagram za 12V/50W halogenu žarulju s odsijačem, snopa 38°
s dikroičkim odsijačem
Niskonaponska halogena žarulja
Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013
Žarulja sa žarnom niti
standard upripremistandard u
pripremi
standard upripremi
Linijska halogena žarulja za mrežni napon
Halogena žarulja s dikroičkim odsijačem za
mrežni napon