Светодиоды или лампы накаливания — выбор между дизайном и эффективностью

Современные светильники всё чаще выполняются либо специально для светодиодных ламп, либо на основе незаменяемых светодиодных лент. Однако и лампы накаливания не выходят из употребления, просто перемещаются из утилитарной сферы в область декорации и украшения.

Как работают светодиоды и лампы накаливания – принципиальная разница

Работа ламп накаливания

Классические лампы накаливания устроены и работают следующим образом. Внутри стеклянного баллона, заполненного инертным газом, располагается скрученная нить накала, выполненная из вольфрама или его сплава. При прохождении через эту нить, имеющую достаточно высокое сопротивление, возникает сильный нагрев. Электроны в атомах вольфрама набирают излишек энергии, позволяющий им «перескочить» на более высокий, то есть далёкий от ядра, энергетический уровень. 

После перехода на более «высокую орбиту», положение электронов становится неустойчивым и, через непродолжительный промежуток времени, они соскакивают обратно. А излишек энергии, который при этом высвобождается, является фотоном, то есть элементарной частицей света, покидающей нить и лампу накаливания. Миллионы таких фотонов, сливаясь вместе, порождают видимый свет, что и приводит к свечению лампы накаливания.

Температура плавления вольфрама составляет 3400 градусов Цельсия, поэтому, для долговечности хотя бы в 1000 часов, эту температуру снижают до 2400 градусов. Именно поэтому лампы накаливания светят только жёлтым светом, которому в шкале Кельвина соответствует температура 2700K, то есть 2400 градусов Цельсия. Есть, правда, изобретение, которое позволило повысить температуру (и яркость!) свечения лампы накаливания – оно применяется в так называемых галогеновых лампах.

Причина малого срока службы лампы накаливания в том, что в процессе свечения нить постоянно истончается – атомы вольфрама, наделённые повышенной «энергичностью» отцепляются от нити и оседают на стеклянном баллоне лампы, из-за чего этот баллон приходится делать достаточно большим, чтобы он не темнел от слоя вольфрама раньше времени. Но если добавить в инертный газ атомы галогена, например йода, начнёт осуществляться так называемый вольфрамо-йодный цикл, сущность которого сводится к тому, что йод «ловит» атомы вольфрама и возвращает их обратно на нить, продлевая срок её службы.

Воспользоваться этим эффектом можно двумя способами – создать лампу накаливания с вдвое большим сроком службы, либо вдвое увеличить её светоотдачу, то есть яркость на 1 Ватт потребляемой мощности. Производители пошли вторым путём – увеличили яркость, попутно сделав свет более «холодным» – 3000К вместо 2700К как у ламп накаливания. Дополнительным «бонусом» стало уменьшение лампы до крошечных размеров, чем не преминули воспользоваться дизайнеры, придумавшие бесчисленное множество декоративных светильников и люстр на основе галогеновых лампочек.

Лампа накаливания ЛОН МО-36 60Вт 2700К 900Лм Е27 КЭЛЗ	Лампа галогенная капсула CL 60Вт 900Лм G9 220В Camelion	Лампа светодиодная ЛОН LED-A60-VC A60 20Вт 4000К 1900Лм Е27 IN HOME	Светильник светодиодный накладной UNIVERSAL 8Вт 4000К 680Лм круг140х51мм IP65 GAUSS Elementary

Работа светодиодов

В отличие от ламп накаливания, светодиоды работают по совершенно другому принципу. Хотя результатом работы светодиода так же является поток фотонов видимого света, их происхождение иное. Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, который, как и классический диод, пропускает электрический ток лишь в одном направлении.

При переходе от той части кристалла, где имеется избыток электронов, к той, где электронов не хватает, электроны «падают» в предназначенные для них места («дырки»), попутно теряя часть своей энергии – это называется «рекомбинация». Эта часть энергии выделяется в виде фотона, таким образом, миллионы отдельных вспышек света при массовой рекомбинации сливаются в световой поток.

Получившийся световой поток обычно имеет не подходящий для освещения спектр, который зависит от химического состава кристалла, поэтому на кристалл наносится капля люминофора – специального вещества, преобразующего излучение в нужный спектр:

• жёлтый, соответствующий лампам накаливания – 2700К;

• тёпло-белый, как у галогеновых ламп – 3000К;

• нейтрально-белый, как у облачного неба – 4000К;

• холодно-белый, как у ясного голубого неба – 6500К.

Особенностью работы светодиода является то, что кристалл очень чувствителен к перегреву: при переходе температуры через границу 100 градусов Цельсия, кристалл деградирует и быстро выходит из строя. Поэтому, важной частью каждого светильника является теплоотвод, рассеивающий избыточное тепло, образующееся при прохождении электрического тока через светодиод. 

Кроме теплоотвода, светодиод нуждается в стабильном токе питания – нельзя просто подать на него напряжение и ждать, что он будет нормально работать. Поэтому в простых случаях, например в светодиодных лентах, для стабилизации тока применяют резисторы, а для мощных светодиодов и при питании от сети 220 Вольт – специальные электронные схемы – драйверы. 

Как выбрать светильник на лампах накаливания?

Лампы накаливания в настоящее время почти исключительно применяются для декоративных целей – в люстрах с десятками крошечных галогеновых ламп, либо в виде больших «ламп Эдисона», которые хорошо сочетаются с дизайном «лофт». Поэтому выбирать такие лампы исходя из их светового потока особого смысла нет, намного важнее то, как они выглядят и хорошо ли вписываются в интерьер – основным источником света в помещениях всё равно выступают светодиодные светильники и лампы – см. далее. 

Выбор светодиодных светильников и ламп

При выборе светодиодных ламп или светильников нужно ответить на два вопроса:

• какая нужна освещённость, то есть что именно нужно освещать – улицу, коридор, мастерскую, детскую;

• какая требуется цветовая температура (спектр).

Если не погружаться в цифры и нормы, то в первом приближении и условно можно принять следующий эмпирический метод подбора мощности светодиодов. Для уличного освещения достаточно мощности, например прожектора, равной по ваттам площади освещаемого пространства в м2. Например на 100 м2 улицы потребуется прожектор мощностью 100 Вт. Для качественного освещения помещений, особенно тех, где производятся какие-либо работы или для детских, эту мощность нужно умножить на 4. То есть, для комнаты площадью 15 м2 потребуется мощность светодиодов 60 Вт. Для простых вычислений этих формул вполне достаточно.

Касательно цветовой температуры, в 90% случаев вам подойдёт нейтрально белый свет 4000К. Тёпло-белый свет 3000К применяется для зон отдыха и расслабления, особенно в вечернее время, а холодный свет 6500К подойдёт только для мастерской, и то лишь для местного освещения рабочих мест – общее освещение лучше оставить 4000К, во избежание излишнего утомления глаз к концу рабочего дня.

Спасибо, что дочитали – удачного подбора и расчёта освещения!