В прошлый раз мы вкратце вспомнили историю искусственного освещения, а также немного поговорили о том, какие основные параметры есть у энергосберегающих ламп вообще и светодиодных ламп в частности. Сегодня, как и было обещано, мы перейдем к замерам и сравнениям (однако пока что без раскручиваний).
Прежде всего меня волновал очевидный вопрос – все же, так ли сказочно эффективны обычные светодиодные лампы, которые можно купить в магазине, в реальных условиях? Чтобы ответить на него, я решил замерить освещенность, создаваемую в моей комнате разными лампочками, вкрученными в одну и ту же (мою) люстру. Исходно в ней стояли три двадцативаттных КЛЛ «Эра»; для сравнения я взял три светодиодных лампы Gauss по 12 Вт (утверждается, что это аналог 100 Вт лампы накаливания) и, для чистоты эксперимента, три обычных лампы накаливания по 95 Вт. Измерения проводились в центре комнаты, то есть именно там, где яркость освещения мне наиболее интересна и необходима. Скажу сразу — с точки зрения фотометрии это, наверное, не совсем корректно; но вот с точки зрения обычной жизни такое сравнение, как мне кажется, представляет основной интерес, так как отражает поведение лампочки не в интегрирующей сфере, а в самой обычной люстре.
Измерения проводились люксометром Mastech MS6610. Стороннюю засветку я исключил плотными шторами (при выключенном освещении прибор показывал ноль люкс). Поскольку световой поток люминесцентных и светодиодных ламп зависит от их температуры, значения освещенности снимались два раза – сразу после включения и после десятиминутного прогрева (эмпирически было выяснено, что после десяти минут работы освещенность изменяется крайне незначительно). Лампы накаливания, разумеется, прогревать не надо, поэтому для них измерение проводилось только один раз, сразу после включения, чтобы не испортить люстру, расчитанную, если мне не изменяет память, максимум на 40 Ватт (для лампы накаливания) в каждом рожке. Результаты сего опыта можно наблюдать в таблице ниже.
Ну что же, видно, что этом тесте светодиодные лампы (как минимум те, что были у меня) и правда превосходят все, что ныне можно вкрутить в обычный патрон E27 (за исключением, может быть, какой-нибудь экзотики). С лампами накаливания все понятно – я и так догадывался, что результат будет не слишком впечатляющим. Интереснее сравнить светодиодные лампы и все еще популярные КЛЛ.
Сразу бросается в глаза, что за первые десять минут КЛЛ изменяют яркость почти в пять раз. На практике это означает, что для бытового сценария «зашел в комнату (кладовку) на две минуты найти что-то» они подходят хуже всего – к моменту выхода на рабочий режим их скорее всего уже выключат. Это помимо того, что газоразрядные лампы и так плохо переносят частые включения, хотя, положим, в кладовке они могут быть и не такими частыми, но, тем не менее, непродолжительными. Светодиодные лампы, напротив, несколько снижают яркость по мере прогрева – падение напряжения, а, следовательно, и мощность (при постоянном токе) на нагретом светодиоде меньше. Тем не менее, разница в яркости здесь не носит такого сногсшибательного характера, как в случае КЛЛ (что косвенно говорит о достаточно хорошем теплоотводе конкретно в этих лампах). К слову, видно, что и после прогрева разница все еще в пользу светодиодов, хотя ее размер таков, что можно считать освещенность, создаваемую и теми, и другими, примерно равной. Однако мы говорим о примерно равной освещенности, создаваемой двадцативаттной КЛЛ и двенадцативаттной LED-лампой – экономия по мощности почти в два раза. Про лампы накаливания можно даже не говорить – при во много раз большей мощности потребления по создаваемой освещенности они проигрывают и КЛЛ, и светодиодам. Кроме того, как я уже упоминал выше, девяностопятиваттные лампы в мою люстру вкручивать вообще нельзя, так что в реальности с лампами накаливания я бы не получил даже этих ста люкс. Разумеется, такое ограничение связано с нагревом.
Лампы накаливания, очевидно, уже сошли с дистанции, так что давайте сравним КЛЛ и светодиодную лампу по нагреву.
Эти изображения также были сняты после десятиминутного прогрева. Видно, что КЛЛ греется до ста градусов и более, в то время как максимальная температура светодиодной лампы составляет лишь около шестидесяти. То есть, возможность обжечься об КЛЛ, в принципе, существует (белок начинает сворачиваться при восьмидесяти градусах Цельсия), в то время как со светодиодной лампой это невозможно в принципе. Мелочь, но приятно.
Итак, мы разобрались, что с точки зрения тех характеристик, которые приходят в голову первыми, светодиоды явно лучше. Время поговорить о более тонких материях, таких как коэффициент мощности и коэффициент пульсаций. Об этих хактеристиках почему-то вообще вспоминают редко, и, разумеется, их (пока что?) никогда не пишут на упаковках, а зря.
Коэффициент пульсаций является очень важным показателем. Несмотря на то, что изменения яркости с частотой более 16 – 20 Гц наш мозг сознательно не обрабатывает, эффект от них вполне заметен. Существенные пульсации общей освещенности могут привести к повышенной утомляемости, мигреням, депрессиям и прочим малоприятным вещам по части психики. Нормируется этот показатель в СНиП 23-05-95. Там очень много разных таблиц, но, в целом, из них можно вынести, что коэффициент пульсаций общего освещения не должен превышать 20%. Стоит оговориться, что разговор обо всем этом имеет смысл до частоты около 300 Гц, поскольку далее на изменения освещенности уже не успевает реагировать сама сетчатка, и потому в этом случае в мозг просто не приходит раздражающего сигнала.
Коэффициент мощности для конечного потребителя, в принципе, неважен. Этот параметр показывает отношение активной мощности, потребляемой прибором, к полной мощности, учитывающей реактивную часть, не производящую полезной работы, но, в частности, греющую провода. Также распространено название «косинус фи» — это все оттого, что интересующая нас величина может вводиться как косинус некоторого условного угла. Максимальное, идеальное значение коэффициента мощности – 1. Бытовые счетчики учитывают только активную мощность, ее же пишут на упаковках; для потребителя в этом смысле проблем нет. Однако, если мы говорим о глобальных масштабах (например, миллионный город, целиком освещаемый светодиодными светильниками), низкий коэффициент мощности может создать большие проблемы энергетикам. Поэтому его оценка – оценка лампы в смысле светлого светодиодного будущего.
Мощность и коэффициент мощности я мерял головкой muRata ACM20-2-AC1-R-C. Коэффициент пульсаций измерялся осциллографом Uni-Trend UTD2052CL, к которому подключалась следующая схема:
Кому интересно, это классический частотно-компенсированный преобразователь «ток-напряжение» на операционном усилителе, дополненный искусственной средней точкой. Питается, для исключения наводок, от батареи. Диод BPW21R – прибор фотометрического класса с характеристикой, компенсированной согласно чувствительности человеческого глаза. Документация гарантирует линейность тока в зависимости от освещенности в фотогальваническом режиме, так что схема выдает напряжение, прямо пропорциональное освещенности фотодиода и вполне годится для измерений коэффициента пульсаций. Определяется он, кстати, как отношение размаха пульсаций к удвоенному среднему значению. И размах, и среднее значение входят в стандартные автоматические измерения любого современного цифрового осциллографа, так что с этим проблем нет – остается только удвоить и поделить. Сравнения результатов измерений этой импровизированной конструкцией со значениями, выдаваемыми прибором «ТКА-ПУЛЬС» (Госреестр), показали расхождение измеренного коэффициента пульсаций не более процента.
Итак, результаты замеров для ламп, которые оказались у меня под рукой:
С цоколем E27:
С цоколем E14:
Как мы видим, здесь у светодиодных ламп не все так радужно. Тут же выясняется очень интересный факт – похоже, что о качестве светодиодных ламп нельзя судить только по производителю; одни и те же бренды, вообще говоря, ставят как рекорды качества, так и антирекорды. Надо отметить, что общий вердикт, представленный в таблице, я выносил, придавая большее значение коэффициенту пульсаций, чем коэффициенту мощности, по причинам, изложенным выше. Но даже коэффициент пульсаций в 1% не может до конца оправдать коэффициент мощности, равный 0.5, в случае промышленного изделия, продаваемого миллионными тиражами. Впрочем, для дома лучше взять такую лампу, чем изделие с единичным коэффициентом мощности и уровнем пульсаций в 50%.
Разумеется, лампы с коэффициентом пульсаций более 20% категорически не подходят для общего освещения (в люстру по шесть штук такое вкручивать не стоит). К слову, для упомянутых мной КЛЛ «Эра» он составляет чуть менее 10%, а для классической лампы накаливания — около 13%.
Последние параметры, о которых можно вскользь поговорить, это цветовая температура и индекс цветопередачи. Несмотря на то, что они формализуются, на бытовом уровне все сводится к «нравится/не нравится». Должен сказать, что все протестированные лампы в этом плане меня порадовали — ни у одной не было явного уклона в синеву или избыточную желтизну, все имели приятный белый оттенок. Но это, разумеется, на мой вкус, и только.
В следующих статьях мы наконец-то посмотрим, что у ламп внутри, и попытаемся разобраться, какие внутренние причины делают хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.
Выбор ламп для тестов обусловлен исключительно соображением «что было». Если (когда) появятся другие лампы — промеряю и выложу.
А стоит ли оно того?
Прежде всего меня волновал очевидный вопрос – все же, так ли сказочно эффективны обычные светодиодные лампы, которые можно купить в магазине, в реальных условиях? Чтобы ответить на него, я решил замерить освещенность, создаваемую в моей комнате разными лампочками, вкрученными в одну и ту же (мою) люстру. Исходно в ней стояли три двадцативаттных КЛЛ «Эра»; для сравнения я взял три светодиодных лампы Gauss по 12 Вт (утверждается, что это аналог 100 Вт лампы накаливания) и, для чистоты эксперимента, три обычных лампы накаливания по 95 Вт. Измерения проводились в центре комнаты, то есть именно там, где яркость освещения мне наиболее интересна и необходима. Скажу сразу — с точки зрения фотометрии это, наверное, не совсем корректно; но вот с точки зрения обычной жизни такое сравнение, как мне кажется, представляет основной интерес, так как отражает поведение лампочки не в интегрирующей сфере, а в самой обычной люстре.
Измерения проводились люксометром Mastech MS6610. Стороннюю засветку я исключил плотными шторами (при выключенном освещении прибор показывал ноль люкс). Поскольку световой поток люминесцентных и светодиодных ламп зависит от их температуры, значения освещенности снимались два раза – сразу после включения и после десятиминутного прогрева (эмпирически было выяснено, что после десяти минут работы освещенность изменяется крайне незначительно). Лампы накаливания, разумеется, прогревать не надо, поэтому для них измерение проводилось только один раз, сразу после включения, чтобы не испортить люстру, расчитанную, если мне не изменяет память, максимум на 40 Ватт (для лампы накаливания) в каждом рожке. Результаты сего опыта можно наблюдать в таблице ниже.
| Тип лампы | Состояние | Измеренная освещенность, люкс |
| КЛЛ «Эра» 20 Вт 2700 K | холодный старт | 30 |
| прогретые | 131 | |
| Лампа накаливания 95 Вт | – | 101 |
| Лампа «Gauss LED» 2700 K 12 Вт | холодный старт | 146 |
| прогретые | 137 |
Ну что же, видно, что этом тесте светодиодные лампы (как минимум те, что были у меня) и правда превосходят все, что ныне можно вкрутить в обычный патрон E27 (за исключением, может быть, какой-нибудь экзотики). С лампами накаливания все понятно – я и так догадывался, что результат будет не слишком впечатляющим. Интереснее сравнить светодиодные лампы и все еще популярные КЛЛ.
Сразу бросается в глаза, что за первые десять минут КЛЛ изменяют яркость почти в пять раз. На практике это означает, что для бытового сценария «зашел в комнату (кладовку) на две минуты найти что-то» они подходят хуже всего – к моменту выхода на рабочий режим их скорее всего уже выключат. Это помимо того, что газоразрядные лампы и так плохо переносят частые включения, хотя, положим, в кладовке они могут быть и не такими частыми, но, тем не менее, непродолжительными. Светодиодные лампы, напротив, несколько снижают яркость по мере прогрева – падение напряжения, а, следовательно, и мощность (при постоянном токе) на нагретом светодиоде меньше. Тем не менее, разница в яркости здесь не носит такого сногсшибательного характера, как в случае КЛЛ (что косвенно говорит о достаточно хорошем теплоотводе конкретно в этих лампах). К слову, видно, что и после прогрева разница все еще в пользу светодиодов, хотя ее размер таков, что можно считать освещенность, создаваемую и теми, и другими, примерно равной. Однако мы говорим о примерно равной освещенности, создаваемой двадцативаттной КЛЛ и двенадцативаттной LED-лампой – экономия по мощности почти в два раза. Про лампы накаливания можно даже не говорить – при во много раз большей мощности потребления по создаваемой освещенности они проигрывают и КЛЛ, и светодиодам. Кроме того, как я уже упоминал выше, девяностопятиваттные лампы в мою люстру вкручивать вообще нельзя, так что в реальности с лампами накаливания я бы не получил даже этих ста люкс. Разумеется, такое ограничение связано с нагревом.
Лампы накаливания, очевидно, уже сошли с дистанции, так что давайте сравним КЛЛ и светодиодную лампу по нагреву.
Эти изображения также были сняты после десятиминутного прогрева. Видно, что КЛЛ греется до ста градусов и более, в то время как максимальная температура светодиодной лампы составляет лишь около шестидесяти. То есть, возможность обжечься об КЛЛ, в принципе, существует (белок начинает сворачиваться при восьмидесяти градусах Цельсия), в то время как со светодиодной лампой это невозможно в принципе. Мелочь, но приятно.
Больше промеров
Итак, мы разобрались, что с точки зрения тех характеристик, которые приходят в голову первыми, светодиоды явно лучше. Время поговорить о более тонких материях, таких как коэффициент мощности и коэффициент пульсаций. Об этих хактеристиках почему-то вообще вспоминают редко, и, разумеется, их (пока что?) никогда не пишут на упаковках, а зря.
Коэффициент пульсаций является очень важным показателем. Несмотря на то, что изменения яркости с частотой более 16 – 20 Гц наш мозг сознательно не обрабатывает, эффект от них вполне заметен. Существенные пульсации общей освещенности могут привести к повышенной утомляемости, мигреням, депрессиям и прочим малоприятным вещам по части психики. Нормируется этот показатель в СНиП 23-05-95. Там очень много разных таблиц, но, в целом, из них можно вынести, что коэффициент пульсаций общего освещения не должен превышать 20%. Стоит оговориться, что разговор обо всем этом имеет смысл до частоты около 300 Гц, поскольку далее на изменения освещенности уже не успевает реагировать сама сетчатка, и потому в этом случае в мозг просто не приходит раздражающего сигнала.
Коэффициент мощности для конечного потребителя, в принципе, неважен. Этот параметр показывает отношение активной мощности, потребляемой прибором, к полной мощности, учитывающей реактивную часть, не производящую полезной работы, но, в частности, греющую провода. Также распространено название «косинус фи» — это все оттого, что интересующая нас величина может вводиться как косинус некоторого условного угла. Максимальное, идеальное значение коэффициента мощности – 1. Бытовые счетчики учитывают только активную мощность, ее же пишут на упаковках; для потребителя в этом смысле проблем нет. Однако, если мы говорим о глобальных масштабах (например, миллионный город, целиком освещаемый светодиодными светильниками), низкий коэффициент мощности может создать большие проблемы энергетикам. Поэтому его оценка – оценка лампы в смысле светлого светодиодного будущего.
Мощность и коэффициент мощности я мерял головкой muRata ACM20-2-AC1-R-C. Коэффициент пульсаций измерялся осциллографом Uni-Trend UTD2052CL, к которому подключалась следующая схема:
Кому интересно, это классический частотно-компенсированный преобразователь «ток-напряжение» на операционном усилителе, дополненный искусственной средней точкой. Питается, для исключения наводок, от батареи. Диод BPW21R – прибор фотометрического класса с характеристикой, компенсированной согласно чувствительности человеческого глаза. Документация гарантирует линейность тока в зависимости от освещенности в фотогальваническом режиме, так что схема выдает напряжение, прямо пропорциональное освещенности фотодиода и вполне годится для измерений коэффициента пульсаций. Определяется он, кстати, как отношение размаха пульсаций к удвоенному среднему значению. И размах, и среднее значение входят в стандартные автоматические измерения любого современного цифрового осциллографа, так что с этим проблем нет – остается только удвоить и поделить. Сравнения результатов измерений этой импровизированной конструкцией со значениями, выдаваемыми прибором «ТКА-ПУЛЬС» (Госреестр), показали расхождение измеренного коэффициента пульсаций не более процента.
Итак, результаты замеров для ламп, которые оказались у меня под рукой:
С цоколем E27:
| Тип лампы | Измеренная мощность, Вт (холодный старт) | cos(φ) | Kp | В целом |
| ASD 11W | 9 | 0.82 | 1% | Очень хорошо |
| Gauss 12 W | 12 | 0.62 | 1% | Хорошо |
| Gauss 6.5 W | 6 | 0.50 | 1% | Приемлемо |
| SUPRA 11 W | 9 | 0.95 | 35% | Плохо |
| ASD 7 W | 4 | 0.45 | 100% | Отвратительно |
С цоколем E14:
| Тип лампы | Измеренная мощность, Вт (холодный старт) | cos(φ) | Kp | В целом |
| Gauss 3W | 2 | 0.60 | 1% | Хорошо |
| Gauss 6.5W | 6 | 0.95 | 49% | Очень плохо |
| Wolta 5W | 2.2 | 0.40 | 68% | Отвратительно |
Про лампу Wolta стоит поговорить отдельно
На упаковке читаем гордую надпись:
«Оптимальная для глаз частота мерцания». Офигеть! Что там за частота-то такая? Может быть, они имеют в виду, что она далеко за пределами регламентированных санитарными нормами трехсот Герц?
На осциллографе видим:
100 Гц, коэффициент пульсаций 68%. По СанПиН не проходит. Что они понимают под оптимальностью — загадка…
«Оптимальная для глаз частота мерцания». Офигеть! Что там за частота-то такая? Может быть, они имеют в виду, что она далеко за пределами регламентированных санитарными нормами трехсот Герц?
На осциллографе видим:
100 Гц, коэффициент пульсаций 68%. По СанПиН не проходит. Что они понимают под оптимальностью — загадка…
Как мы видим, здесь у светодиодных ламп не все так радужно. Тут же выясняется очень интересный факт – похоже, что о качестве светодиодных ламп нельзя судить только по производителю; одни и те же бренды, вообще говоря, ставят как рекорды качества, так и антирекорды. Надо отметить, что общий вердикт, представленный в таблице, я выносил, придавая большее значение коэффициенту пульсаций, чем коэффициенту мощности, по причинам, изложенным выше. Но даже коэффициент пульсаций в 1% не может до конца оправдать коэффициент мощности, равный 0.5, в случае промышленного изделия, продаваемого миллионными тиражами. Впрочем, для дома лучше взять такую лампу, чем изделие с единичным коэффициентом мощности и уровнем пульсаций в 50%.
Разумеется, лампы с коэффициентом пульсаций более 20% категорически не подходят для общего освещения (в люстру по шесть штук такое вкручивать не стоит). К слову, для упомянутых мной КЛЛ «Эра» он составляет чуть менее 10%, а для классической лампы накаливания — около 13%.
Последние параметры, о которых можно вскользь поговорить, это цветовая температура и индекс цветопередачи. Несмотря на то, что они формализуются, на бытовом уровне все сводится к «нравится/не нравится». Должен сказать, что все протестированные лампы в этом плане меня порадовали — ни у одной не было явного уклона в синеву или избыточную желтизну, все имели приятный белый оттенок. Но это, разумеется, на мой вкус, и только.
В следующих статьях мы наконец-то посмотрим, что у ламп внутри, и попытаемся разобраться, какие внутренние причины делают хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.
Примечание:
Выбор ламп для тестов обусловлен исключительно соображением «что было». Если (когда) появятся другие лампы — промеряю и выложу.
