Predavanje3

IZVORI SVJETLOSTI

Prof.dr.sc. Slavko Krajcar

Aljoša Šribar, dipl.ing. OSRAM d.o.o.

Luka Lugarid, dipl.ing.

Električna rasvjeta, 2009/2010

Podjela i svojstva• Izvore svjetlosti prvenstveno dijelimo prema načinu generiranja svjetlosti –

principom termičkog zračenja (žarulje sa žarnom niti) i principom luminiscencije (žarulje na izboj).

Termičko zračenje Električno zračenje Luminiscencija

sunce

grom

krijesnica

standardna žarulja živina žarulja

metalhalogena žarulja

natrijeva žarulja

dioda

žarulja s mješanim

svjetlom

fluorescentne cijevi

halogena žarulja

Prirodni

izvori

svjetla

Umjetni

izvori

svjetla


Podjela i svojstva• Izvori svjetlosti karakterizirani su osnovnim veličinama:

svjetlosni tok (jakost svjetlosti)uzvrat bojetemperature bojasvjetlosna iskoristivost

• Također se promatraju i sljededa 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


Podjela i svojstva

Izvori svjetla za opću rasvjetu


Povijest i razvoj

• Razvoj izvora svjetlosti je konstantan: OSRAM postiže više od 30% svog prometa s proizvodima koji nisu stariji od 5 godina!

1879Standardna žarulja s ugljenom niti- Thomas A. Edison

1910Standardna žarulja s Wolframžarnom niti

1925BILUX® žarulja s dvije žarne niti

1931Niskotlačna natrijeva žarulja

1933Živina visokotlačna žarulja

1936Fluocijev

1954XBO visokotlačna Xenon žarulja

1968VIALOX® NAV Standardvisokotlačna natrij žarulja

1968POWERSTAR HQImetalhalogena žarulja

1970HMI METALLOGEN®

žarulja

1971BILUX® H4halogena žarulja za automobile

1973HALOSTAR niskonaponska halogena žarulja

1979LUMILUX®

fluocijev

1980QUICKTRONIC® DE LUXE

1982OSRAM DULUX® Lfluokompakta

1984DECOSTAR niskonaponska halogena žarulja s reflektorom

Anwendungsbereich: AC/DC 198 V bis 254 VG eeignet fr Bat ter iespannungen 154 V bis 276 VZur Verwendung in Anlagen nach VDE 0108 geeignet

Range of application: AC/DC 198 V t o 254 VRange of battery volt age: 154 V t o 276 VSuitable f or em ergenc y insta llations acc . t o VDE 0108

Temp.-Test

tc = 70 C max.

cla ss B07 12T 201 O W2 M ade in G e r m any

1

L

2

3

4

PL ( W) UN ( V)f N ( Hz) IN ( A)lta ( C)

1x L18 W1x 16- 205022050600,090, 95 C

2400, 0850,93 C OSRAM

1985OSRAM DULUX® EL štedna žarulja

1987POWERSTAR HQI-Tkompaktna metalhalogena žarulja

1991D1 žarulja na izboj u plinu

1993COLORSTAR DSX-T 80Wnatrij-ksenon žarulja

1993FM minijaturna fluocijev

1995FH T5 fluocijevi

1996FQ T5 fluocijevi

1997OSRAM ENDURA fluorescentna žarulja bez elektrode


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. Vedina 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 veda, a vijek trajanja kradi.

• Vijek trajanja se smanjuje zbog naglog porasta broja atoma 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), ved 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.

Stvarne temperature Tw za

žarulje sa žarnom niti

2400 K – 15W žarulja (vakum)

2600 K – 40W žarulja

(punjena plinom)

2800 K – 500W žarulja

(punjena plinom)

zračenjezra

če

nje

vidljiva svjetlost valna duljina


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

• 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 veda 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


Žarulja sa žarnom niti• Žarulje sa žarnom niti imaju široku

primjenu (pogotovo u domadinstvu) i proizvode se u različitim izvedbama.

• Također postoji i niz posebnih izvedbi – s povedanom sigurnošdu (T), za visoke temperature, u boji ...

Izokandelni dijagram standardne žarulje (normiran za svjetlosni tok od 1.000 lx)

Standardna žarulja - bistra Standardna žarulja - mat

Žarulja oblika svijećeŽarulja s opalnim staklom –BELLALUX SOFT svjetlo

Dekorativna GLOBE žarulja Linijska žarulja - LINESTRA


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.


Žarulja sa žarnom niti

Ozrcaljeni vrh balona

SPOTLIGHT reflektor R80

PAR56 reflektor NSP



Dvostruki sustav refleksije u SPOTLIGHT reflektoru – smanjuje gubitak svjetlosti

Grla

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.


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 mogude napraviti balon puno manjih dimenzija, s višim pritiskom plinskog punjenja, čime se dodatno povedava iskoristivost inertnih plinova u punjenju – Kryptona i Xenona. Također, mogude je žarnu nit zagrijati na puno višu temperaturu, čime se podiže svjetlosna iskoristivost (ovo nije bilo mogude 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 prema žarnoj niti, gdje se pri temperaturi > 1400 K razgrađuje, a atom Wolframa se ponovno vrada 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


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 povedanje 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 temperaturnim (naponskim) granicama, te prestaje pri vedim odstupanjima, čime se automatski znatno smanjuje vijek trajanja.

• Do povedanja napona dolazi uglavnom zbog neodgovarajudih transformatora (magnetski transformatori imaju nelinearnu karakteristiku, pa pri rasteredenju dolazi do rasta napona). Zbog toga suvremeni rasvjetni sustavi koriste elektroničke transformatore.

• Pri smanjenju napona dolazi do blagog povedanja 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

300

200

150

100

90

80

70

140

%

130

120

110

105

100

80

60

50

40

30

25

400

90 95 100 105 110%

90 95 100 105 110%napon

napon

rela

tivn

e

vrije

dn

osti

rela

tivn

e

vrije

dn

osti


Žarulja sa žarnom niti230V-halogene žarulje 12V-halogene žarulje

HALOTRONIC®

HALOLUX® CERAM

HALOLUX® BT

HALOLUX® HC

HALOLUX® CF

HALOLUX® T

HALOPAR® HALOLINE®HALOSTAR®

STARLITE

DECOSTAR 35

DECOSTAR 51

HALOSPOT

HALOPIN®

Osnovna podjela halogenih žarulja – žarulje na linijski napon i niskonaponske halogene žarulje



Vidljivo svjetlo

2/3 IR zračenja

SiO2, ZnS

Staklo

Princip dikroičkog odsijača kod halogenih žarulja, čime se toplina odvodi iza žarulje, dalje od rasvijetljenog objekta

10% vidljivo svjetlo

20% gubici u plinskom punjenju (konvekcija i difuzija)

10% gubici zbog el. otpora žarne niti

60% infracrveno zračenje

Energetska bilanca halogene žarulje

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%



0

1000

2000

3000

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

OSRAM

OSRAM DECOSTAR® TITAN Reflektorlampe 50 W 12 V 46870 WFLLichtstärke in cd/klm

Izokandelni dijagram za 12V/50W halogenu žarulju s odsijačem, snopa 38°

Niskonaponska halogena žarulja s dikroičkim odsijačem

Niskonaponska halogena žarulja



standard u

pripremi

standard u

pripremistandard u

pripremi

Linijska halogena žarulja za mrežni napon

Halogena žarulja s dikroičkim odsijačem za mrežni napon


Management Summary


Fluorescentne cijevi• Fluorescentne cijevi proizvode skoro 2/3

ukupnog umjetnog svjetla u Europi.

• Svjetlo fluorescentnih cijevi je: Jednoliko Ekonomično Dugotrajno

ali nije točkasto

• Prosječan vijek trajanja izvora svjetla je period nakon kojeg 50% izvora svjetlosti radi.

• Koristan vijek trajanja izvora svjetla je period nakon kojeg rasvjetni sustav daje 80% početnog (nazivnog) svjetlosnog toka.


Fluorescentna cijev - primjena






Žarulje na izboj u plinu• Kod žarulja na izboj svjetlost se generira principom

luminiscentnog zračenja.

• Električni izboj dešava se u cijevi napunjenoj plinom ili parama zbog djelovanja električnog polja između dvije elektrode. Pri tome u plinu, koji prije dovođenja napona na elektrode nije vodljiv, nastaju slobodni nositelji u obliku iona i elektrona.

• Slobodni elektroni, pod djelovanjem električnog polja, mogu s atomima plina izazvati sljedede vrste sudara:

mala brzina elektrona (elastični sudar) – elektron se u sudaru s atomom plina samo reflektira uz neznatni gubitak energije (koja se pretvara u toplinu)

srednja i visoka brzina (uzbudni sudar) – elektron podiže energiju atoma plina na višu razinu, pri čemu atom nakon kradeg vremena zrači jedan foton.

vrlo visoka brzina (ionizirajudi sudar) – elektron izbacuje iz atoma plina elektron, čime atom prelazi u pozitivni ion. Tako nastaju pozitivni i negativni nosioci, te raste struja.

• Bez ograničenja struje razvio bi se lavinski efekt, pa se koriste ograničivači struje (prigušnice). Prigušnice su induktiviteti koji se spajaju u seriju s izvorom svjetlosti.

• Suvremeni rasvjetni sustavi sve više koriste i elektroničke prigušnice.

Prednosti pred izvorima svjetlosti sa žarnom niti su:

veća svjetlosna iskoristivost (do 180 lm/W)

dulji vijek trajanja (do 20.000 sati)

veliki svjetlosni tok (do 320.000 lm)

Izboj kod fluorescentne cijevi

Izboj kod visokotlačne žarulje na izboj


Žarulja na izboj u plinu• Fluorescentne žarulje pripadaju grupi niskotlačnih izvora na izboj. Svjetlost se generira izbojem u živinim parama

visoke luminoznosti, pri čemu se stvara uglavnom nevidljivo UV zračenje, koje se fosfornim slojem na unutrašnjoj stjenki cijevi pretvara u vidljivo svjetlo. Ovaj princip generiranja svjetla naziva se foto-luminiscencija.

• Spektar zračenja koji daje fluorescentna cijev je složeni, a uporabom različitih fluorescentnih materija mogude je dobiti drukčije karakteristike – temperature boje, faktora uzvrata i svjetlosne iskoristivosti.

• Postoje i okrugle i fluorescentne cijevi U-oblika. Promjer cijevi smanjuje se, čime se postiže veda iskoristivost svjetlosnog sustava (izvor svjetlosti je bliži točkastom). Danas se najčešde koriste cijevi promjera 26 mm (T8 – 8/8”), a fluocijevi nove generacije imaju promjer od 16 mm (T5). Postoje i 38 mm (T12) i 7 mm (T2) fluocijevi.

• Kao i sve žarulje na izboj, fluorescentne cijevi ne mogu se priključiti direktno na mrežni napon, ved trebaju prigušnicu, te starter (pri paljenju trebaju viši napon nego u pogonu).

•

“Dnevno svjetlo” – 6000 K, Ra=95 “Toplo bijela boja” – 3100 K, Ra=85 “Interna” – 2700 K, Ra=85


Fluorescentna cijev – elementi proizvodnog procesa

1 2

3 4 5 6 7

8 9

10

1 Valjanje i rezanje staklene cijevi

2 Dodavanje fluorescentnog omotača

3 Pumice i strujne uvodnice

4-7 Montaža podnožja i elektroda

8 Montaža u cijev

9 Vakumiranje cijevi, punjenje plinom

i živom,

zatvaranje, montaža podnožja

10 Gotova fluorescentna cijev


Žarulje na izboj u plinu• Svjetlosni tok s vremenom opada (zbog pada iskoristivosti fluorescentnog sloja i trošenja

elektrode), što se može poboljšati uporabom elektroničkih predspojnih naprava.

• Vijek trajanja fluorescentnih cijevi ovisi o:

- periodu paljenja/gašenja

- predspojnim napravama

- korištenom fluorescentnom materijalu

Vijek trajanja [%]

Period paljenja/gašenja [h]3

0

20

40

60

80

100

120

140

5 10 15 20 24

5 min

45 min

3 h

1 h

8 h


Žarulje na izboj u plinu

Energetska bilanca fluorescentne cijevi

Temperatura okoline

Svjetlosni tok fluorescentne cijevi ovisan je o temperaturi okoline. Postoje specijalne izvedbe za uporabu na niskim temperaturama.

Grla za fluorescentne cijevi


Žarulje na izboj u plinuOpis i oznaka Svj. tok (lm) Svj.

iskoristivost

(lm/W)

Temp. boje

(K)

Uzvrat boje Luminancija

(cd/cm2)

Dimenzije

Standard 36W/640

standardna izvedba – koristi halofosfatni omotač

2.850 79 4.000 2B (65) 0,86 1200 mm,

Ø=26mm

LUMILUX 36W/840

izvedba s poboljšanom iskoristivošću i uzvratom boja –

koristi tri-fosforni omotač

3.350 93 4.000 1B (85) 1,20 1200 mm,

Ø=26mm

LUMILUX 36W/954

izvedba s jako dobrim uzvratom boja – koristi pet-fosforni

omotač

2.350 65 5.400 1A (98) 0,60 1200 mm,

Ø=26mm

FH 35/840

nova generacija T5 – maksimalna iskoristivost

3.650 104 4.000 1B (85) 1,70 1450 mm,

Ø=16mm

FQ 39/840

nova generacija T5 – minimalne dimenzije

3.500 90 4.000 1B (85) 2,70 850 mm,

Ø=16mm

Osnovne karakteristike fluorescentnih cijevi

Okrugla fluocijev Fluocijev U oblika Fluocijev

Documents

Predavanje3