Экономичность источника света можно определить как суммарные затраты на освещение, приведенные к временному интервалу (например, месяцу). Затраты включают продажную цену лампы, разнесенную на реальный срок службы, а также стоимость потребленной электроэнергии и необходимого обслуживания (замены, чистки и тому подобного). Конечно, не все меряется деньгами — есть такие вещи, как зрительный комфорт и экологическая безопасность, но это мы оставим на следующую часть «Светлого будущего». А пока разберем, какие лампы — накаливания (ЛН), компактные люминесцентные (КЛЛ) или светодиодные (СДЛ) — выгоднее для потребителя.
ЛН, разумеется, наименее экономичны — в первую очередь за счет высокого энергопотребления. В глобальном аспекте надо еще учитывать и выброс парниковых газов на электростанциях, и нагрузку на электросети (все это — немалые косвенные потери), но здесь мы рассматриваем «личный счет». Сама лампочка предельно дешевая (10-15 р.), но за время своей жизни сожжет электричества на сумму в 20-30 раз большую, а тарифы, между прочим, неуклонно растут. Сейчас ЛН выгодны лишь там, где они включаются редко и ненадолго. Это в первую очередь подсобные и складские помещения, подвалы, гаражи и тому подобные, в какой-то степени — санузел. Мало потребляющие, но и дорогие КЛЛ и СДЛ рискуют здесь не окупиться.
Нередки и экономически «неоправданные» применения ЛН. В первую очередь это настольные лампы, прикроватные светильники, торшеры — словом, все, связанное с чтением и другой зрительной работой. Здесь привычность и безвредность света ЛН перевешивают все другие соображения. К тому же «убыток» от подобных решений невелик — мощность лампочек редко превышает 60 Вт, и горят они не так много.
В современном домохозяйстве на освещение приходится всего 10-20% от общего энергопотребления, так что даже при полной замене ЛН на «сберегайки» сильно уменьшить счета за электричество не удастся. «Виной» тому прежде всего мощные бытовые приборы: если вы постоянно готовите на электроплите, ежедневно запускаете посудомоечную или стиральную машину, то экономией на лампочках можно не заморачиваться (разве что у вас за окном полярная ночь). Немало электричества потребляет климатическая техника (кондиционеры и обогреватели), AV-аппаратура, а также (а чего вы хотели) компьютеры. Круглосуточно работающая торрентокачалка сожжет в месяц больше, чем 2-3 стоваттных ЛН, которые включаются только после захода солнца. А геймерская станция по мощности сравнима с парой хороших люстр.
Тем более незначительна доля освещения на производстве и транспорте. Так, московский метрополитен пару лет назад избавился почти от всех ЛН, но выигрыш в энергопотреблении составил всего около 1%.
Экономичность КЛЛ целиком зависит от их цены, мощности и долговечности. Первоначальные затраты сильно влияют на общий баланс, важен и срок эксплуатации в реальных условиях. Я не буду приводить простейшее уравнение окупаемости, скажу только, что при нынешних энерготарифах КЛЛ 20-25 Вт (заменяет ЛН 75-100 Вт) окупается за 6-15 месяцев эксплуатации по 3 часа в день. Первая цифра соответствует лампам «экономкласса», вторая — фирменным.
Главный вопрос — прослужит ли «дешевый Китай» хотя бы год, чтоб не только окупиться, но и дать хоть какую-то экономию. Ответа на него при нестабильном качестве быть не может, это как выигрыш в лотерею. Поэтому разумнее приобрести «качественный Китай». Он будет окупаться подольше — месяцев 8-10, зато, можно надеяться, прослужит еще год-два и даст ощутимую экономию в 200-400 р. Да и минимум годовая гарантия страхует от убытков.
Десяток таких ламп в квартире — и в вашем кармане остаются лишние 150-200 р. каждый месяц. При этом свет будет достаточно комфортным и стабильным. Ну а широкие натуры могут выбрать производителей первого ряда — их КЛЛ окупится лишь на втором году, зато прослужит дольше всех, так что суммарная экономия будет выше.
Впрочем, маломощные КЛЛ (5-15 Вт) ощутимой экономии не дают. Они стоят почти столько же, сколько и старшие модели, ввиду однотипного ЭПРА (это самая дорогая часть лампы), а выгода от них невелика. Ведь аналогичные по световому потоку ЛН 25-60 Вт в эксплуатации сравнительно дешевы. Замена оправдана при желании повысить освещенность либо снизить тепловыделение — нередко это может оказаться важным. К примеру, многие патроны «миньон» (E14) рассчитаны на ЛН мощностью всего 40 Вт, а от более мощных ламп рискуют растрескаться и выгореть (по мнению электриков, качество патронов в последнее время стало отвратительным). Вкрутив туда КЛЛ на 15-20 Вт, мы получим в два-три раза больше света при полной пожарной безопасности.
Немаловажен и выбор места покупки ламп. Разброс цен на одни и те же модели удивляет, он может быть двукратным и даже больше. Разумеется, это впрямую влияет на экономию. КЛЛ обычно дороже в тех местах, где они — сопутствующий товар, рассчитанный на импульсивную покупку (например, в сетевых магазинах электроники). Рекомендуем гипермаркеты, а также специализированные электромонтажные и светотехнические фирмы — там широкий ассортимент, честные цены и реальная гарантия (в мелких магазинах и тем более на рынках ее дают редко).
Технологическая продукция должна дешеветь по мере отладки производства и роста продаж. С КЛЛ так и происходило до лета 2011 года, когда китайское правительство почти вдвое ограничило добычу редкоземельных элементов. Предлог для нерыночных методов — истощение запасов. Китай дает 95% мирового производства РЗЭ, так что цены на них немедленно взлетели. А это — ключевые компоненты люминофоров для КЛЛ и СДЛ, и чем лучше состав, тем больший процент разных РЗЭ он содержит. Так что осенью приличные люминофоры подорожали в 4-5 раз. Естественно, это сказалось и на КЛЛ (в светодиодах люминофора сравнительно немного, поэтому себестоимость СДЛ выросла не так сильно).
Новые партии уже заметно дороже, правда, тренд маскируется изменениями курса рубля и зависимостью от мощности. В цене мелких ламп (до 15 Вт) люминофорная составляющая невелика, поэтому они подорожали в рамках инфляции, на 5-10%. КЛЛ средней мощности (18-35 Вт) выросли в цене на 10-20%, а самые мощные (45 Вт и выше) — на целых 30-40%. Более того, производство крупных ламп, требующих много люминофора, периодически ограничивалось, отчего случались задержки с поставками. Но самый неприятный эффект — снижение качества популярных марок. Чтобы удержать чувствительный к цене рынок, некоторые производители перешли на люминофоры упрощенного состава, отчего их КЛЛ в буквальном смысле померкли. В магазине обедненный спектр не бросается в глаза, но дома, при сравнении с ранее купленными лампочками — увы…
Все сказанное о КЛЛ применимо и к СДЛ, только в утрированном виде. Дешевые светодиоды, скорее всего, сгорят или деградируют раньше, чем окупятся, а дорогие качественные модели не окупятся никогда. Действительно, СДЛ на 4-5 Вт с трудом заменяет ЛН на 40 Вт, но стоит у нас 300-500 р. — минимум втрое дороже эквивалентной КЛЛ (9-11 Вт). Легко подсчитать, что окупаться такая лампочка будет года три, а это в нынешней жизни слишком большой срок. Уже через год-два светодиоды станут значительно лучше, дешевле и разнообразнее, и потребитель захочет приобрести новый товар. Ну и куда девать старую, вполне исправную лампочку? Для более мощных моделей, которые пока совсем дороги, сроки окупаемости и вовсе нереальны: 4-6 лет (повторюсь, я рассматриваю предложения местной торговли и не учитываю интернет-соблазны).
Пока что покупать СДЛ в квартиру можно из любви к искусству прогрессу, ну или в те места, где светодиоды незаменимы по своим характеристикам (компактность, ударостойкость, отсутствие ртути, мгновенное включение и так далее). Так, лампочки холодного спектра (6000-8000 К) оказались очень удобными при паяльных работах. В их «синюшном» свете канифоль опалесцирует, что позволяет надежно смывать флюс.
Другое дело — государственные и муниципальные структуры. Экономика централизованных закупок СДЛ строится по своим принципам, далеким от бытовых. Здесь на первый план выходят минимальные затраты на обслуживание (пресловутый показатель TCO), компактность и прочность (читай вандалоустойчивость) светильников, а также эффект масштаба. Так, массовое внедрение светодиодов заметно снижает нагрузку на подводящие электросети, что позволяет властям отложить их модернизацию. Деньги на это потребны огромные, так что не исключено, сети — основной стимул. А «умные» системы освещения (в простейшем случае это датчики движения и освещенности) дают экономию до 30-50% электроэнергии, и чем большая территория задействована — тем выше эффект.
В данном разделе мы изучаем технологические особенности различных источников света. ЛН, КЛЛ и СДЛ сравниваются по основным параметрам, определяющим возможности их применения.
Напряжение питания и регулировка света
ЛН требуют номинального напряжения 220-230 В. Отклонения допустимы не более ±10%, а галогенкам и вовсе нужна точность ±5%. При значительно повышенном напряжении лампа быстро перегорает, а при пониженном — тускло светит. В обоих вариантах эксплуатация проблематична, требуются дорогостоящие стабилизаторы. Все ЛН полностью диммируемы (диапазон светового потока 0-100%).
КЛЛ рассчитаны на диапазон 180-260 В (похуже) или 160-260 В (получше). Как уже говорилось, они лучше переносят повышенное напряжение, чем пониженное, и не любят резких скачков. В остальном лампы достаточно стойкие, стабилизаторы им не требуются. Между прочим, ток не обязан быть переменным: ЭПРА отлично работает и на постоянном. В этом плане весьма практичны люминесцентные светильники с автономным питанием — они бывают как переносные, так и стационарные, питающиеся от сети либо от резервного аккумулятора. Переноски незаменимы в аварийных ситуациях, а также на природе.
КЛЛ несовместимы с обычными диммерами с фазовой отсечкой: при подключении может выйти из строя как диммер, так и лампа. Существуют диммируемые КЛЛ, но на нашем рынке они редкие и дорогие гости. К примеру, качественная модель от Osram (18 Вт, 20000 ч) стоит 1 300 р. — не разбежишься. Изделия китайских марок в 3-4 раза дешевле, но и хуже — срок их службы снижен (обычно 6000 ч), а диммируемость может быть неполной (15-100%).
СДЛ первоначально выпускались на 220-240 В, а теперь зачастую «переваривают» напряжение в диапазоне 85-265 В. Это делает их универсальными источниками света, пригодными в любой стране и любой ситуации — в том числе при частых у нас просадках и бросках. Правда, неизвестно, насколько заявленный диапазон совпадает с реальным у дешевых моделей. На это можно надеяться в среднем и верхнем ценовом сегменте.
Все чаще лампы выполняются с диммируемым драйвером, что весьма удобно в эксплуатации, хотя и стоит некоторых денег. При диммировании цветовая температура СДЛ почти не меняется, чего не скажешь про ЛН, — важное преимущество светодиодов, открывающее им новые применения.
Еще одно направление — бездрайверные СДЛ, в которых светодиодная сборка подключается прямо к сети переменного тока (110 или 220 В). Сборка состоит из простейшего выпрямителя и нескольких высоковольтных (95-105 В) чипов, каждый из которых включает множество маленьких диодов. Диоды выращены на одном кристалле и соединены последовательно. Такие лампы, конечно, требуют стабильного напряжения сети, а свет не обходится без пульсаций с частотой 100 Гц, зато в их активе — компактность, простота конструкции и надежность.
Условия внешней среды
ЛН наиболее неприхотливы среди всех источников света. Поскольку они сами сильно нагреваются (130-200 °С, у галогенок 250-400 °С), температура окружающей среды им «до лампочки». ЛН незаменимы в подсветке разнообразных духовок и печей, а также в бане (там к жаре добавляется еще и высокая влажность). Даже непреклонный Евросоюз, намеренный изгнать ЛН отовсюду, сделал для подобных применений исключение. В условиях России немаловажна их способность без проблем светить на морозе и в неотапливаемых помещениях. Долгое время ЛН уважали военные — по той интересной причине, что отсутствие электроники делает лампочки стойкими к электромагнитному импульсу, в том числе от ядерного оружия.
КЛЛ как газоразрядные источники света не любят ни холода, ни жары. При низких температурах (-5 °С и ниже) падает давление паров ртути в колбе, отчего лампа хуже зажигается, медленнее выходит на рабочий режим и слабее светит. Сорокаградусная жара также снижает световой поток, а главное — ставит ЭПРА в экстремальные условия. И так разогретая электроника получает тепловой удар. В бане, к примеру, КЛЛ вообще не живут, вот типичное сообщение в форуме: «У меня в сауне во влагозащищенном корпусе на второй час — из трех две крякнули».
В итоге заявленный температурный диапазон -15...+40 °C у дешевых моделей — в значительной мере фикция. Лампы среднего и старшего ценовых сегментов действительно выдерживают подобные условия, хотя им не помешают дополнительные условия: закрытый светильник на морозе и вентилируемый на жаре. «Голая» КЛЛ в сильный холод запускается мучительно долго, а может и вовсе не загореться (при этом из-за быстрого износа катодов катастрофически падает ресурс). Некоторые пользователи на зиму помещают лампу в подходящую стеклянную банку, другие же просто обматывают ее упаковочной стретч-пленкой. Колба тогда быстрее прогревается, и разряд стабилизируется. Весной, естественно, и банка и пленка снимаются. Существуют КЛЛ в полярном исполнении, с рабочей температурой до -30 °С, но на нашем рынке их очень мало. Видимо, китайские производители не могут вообразить такой дикий холод…
Помимо температурных ограничений, электроника ламп нуждается в защите от повышенной влажности и атмосферных воздействий. Корпус ЭПРА негерметичен, и выпадение конденсата приводит к пробоям в схеме (в момент зажигания там действуют напряжения под 1000 В). Желательно, чтобы наружный светильник, куда ставится КЛЛ, имел степень защиты не менее IP54, а его конструкция предусматривала отверстие для слива конденсата.
Светодиодные лампы совершенно не боятся холода и прекрасно работают при низких температурах вплоть до -40 °C и даже -60 °С (гостовское требование к светофорам, кстати). Более того, на морозе растет световой поток! В условиях российских зим светодиоды — настоящая находка, которую уже оценили дорожники и коммунальщики. Что касается жары, то в спецификациях СДЛ записан предел +50 °С или даже +80 °С. В любом случае термостойкость ламп превосходная, но в реальности многое зависит от конструкции. Сам кристалл выдерживает до 100 °С, но будет ли этот предел достигнут в жару — зависит от качества драйвера и теплоотвода. Напомним, что перегрев кристалла приводит к его ускоренной деградации и резко снижает срок службы.
Особенности включения
ЛН зажигаются практически мгновенно (0,01 с — длительность одного полупериода сети) и светят сразу на 100%. Число включений ограничено стойкостью спирали, условно принимается число 5 000. Устройство плавного старта это ограничение снимает. Низковольтные галогенки с их толстой спиралью могут разгораться в течение 0,3-0,8 с, что как значимая задержка не ощущается, зато обеспечивает неограниченное число включений (естественный плавный старт). Отчасти в силу моментального включения ЛН до сих пор применяются в системах аварийного освещения, например в метрополитене, давно перешедшем на энергосберегающие лампы. В экстремальной ситуации даже секундная задержка со светом может стоить чьей-то жизни.
КЛЛ имеют две стадии выхода на рабочий режим: прогрев катодов (0,5-2 с), когда лампа света вообще не дает, и разогрев колбы (30-120 с), когда световой поток плавно нарастает от 40-60% до 100%. Вторая стадия регламентируется довольно слабо — типа «до 60 с», к тому же она зависит от окружающей температуры. По мере старения КЛЛ время разогрева заметно удлиняется, в основном за счет старта с более низкой светимости. Общее правило: у солидных марок разогрев стабилен и соответствует документации, у фирм поменьше — как получится.
Почти все производители перешли сейчас на использование твердых сплавов ртути — амальгамы. «Амальгамные» КЛЛ сравнительно безопасны в эксплуатации, однако разгораются медленнее, чем лампы, содержащие жидкую ртуть. Особенно «темными» бывают первые 10-30 с после зажигания, когда ртуть из амальгамы только начинает испаряться и заполнять колбу. В яркой форме это присуще моделям с тонкими трубками Т2 (диаметр 7 мм), во всех остальных отношениях превосходных.
«Задумчивость» КЛЛ иногда идет на пользу, уменьшая эффект временного ослепления (скажем, человек вошел с темноты, и разгорающаяся лампа помогает адаптации зрения), но чаще все же раздражает, особенно в тех помещениях, куда заходишь на короткое время, а свет нужен яркий. Там бывает лучше оставить ЛН или уж сразу перейти на светодиоды.
Количество включений, при наличии прогрева катодов и соблюдении трехминутной задержки после предыдущего выключения (см. предыдущую статью), практически неограниченно. Попадаются дешевые КЛЛ без прогрева («мгновенный старт», который на упаковке даже преподносится как достоинство) — вот их часто включать-выключать не стоит. Такие изделия, с ресурсом всего в 3000-5000 циклов, предназначены для постоянного освещения.
СДЛ включаются в полном смысле слова мгновенно. Сам кристалл начинает светить за доли микросекунды, какую-то задержку добавляет драйвер, но глазом за этим не уследишь. Разумеется, и количество включений неограниченно (некоторые производители указывают ресурс «более 100000 циклов», но это скорее из-за драйвера). Во всяком случае, срок службы от этого не уменьшается.
Безынерционность светодиодов нашла любопытные применения. Так, в автомобилях свечение стоп-сигналов предложено модулировать пропорционально силе нажатия педали тормоза. Это поможет едущему сзади авто держать безопасную дистанцию (естественно, при наличии камеры переднего обзора и соответствующего ПО). Частота модуляции составляет 150-200 Гц и невидима глазом. Еще интереснее передача информации через светодиоды, этакий «световой Интернет». Пакеты данных кодируются в высокочастотном мерцании белых СД, расположенных на потолке или в торшерах, обратная передача от компьютеров — с помощью СД на корпусе. Достигнута вполне приличная скорость передачи 230 Мбит/с. При этом подключенные к Сети светильники продолжают нормально выполнять свою основную функцию.
Светотехника
В светотехническом смысле наиболее просты ЛН, именно они служат отправной точкой для всех сравнений. Под ЛН десятилетиями подгонялись светильники, и теперь уже в эти светильники предстоит ставить новые энергосберегающие лампы — КЛЛ и СДЛ. Далеко не всегда это оправдано, но таковы условия переходного периода — заменять помимо лампочек еще и светильники большинству людей непривычно, хлопотно и дорого.
ЛН общего назначения (привычная светотехникам аббревиатура ЛОН) светят практически на 360°: таково свойство тонкой спирали. При этом ее поверхностная яркость весьма велика, что требует защиты глаз от прямой засветки (зрение повреждается также от инфракрасного излучения, преобладающего в спектре ЛН). Традиционно эта задача решалась с помощью абажуров и плафонов; для новых ламп она уже не столь актуальна.
В КЛЛ свет излучают трубки значительной суммарной длины. Большая светящаяся поверхность создает мягкое, более равномерное распределение света, отсутствуют резкие тени, как в случае с ЛН. Это уменьшает контрасты освещения, что благоприятно действует на зрение (снижается утомляемость глаз). Во многих случаях становятся излишними абажуры и плафоны, задерживающие много света и постоянно пылящиеся.
Но светотехника и здесь не идеальна. КЛЛ, как правило, крупнее по размерам, чем аналогичная ЛН, причем габариты колбы впрямую зависят от мощности: больше мощность — длиннее трубка. Это осложняет «апгрейд» светильников, в отличие от ЛН, чей типоразмер куда стабильнее (но там другая проблема — сильный нагрев). Распределение света у КЛЛ может быть самым разным, зависящим от формы колбы. U-образные прямые трубки в основном светят по сторонам, у «спиралей» больше света направлено по оси лампы, «лотос» дает равномерно направленный свет. Так что подбирать КЛЛ в светильник надо вдумчиво, иначе получишь зрительный дискомфорт — слепящая колба вылезает из плафона, а освещенность рабочей поверхности явно недостаточна.
Новые модели ламп в этом плане улучшились. Плотно завитые спирали из трубок Т2 позволяют уложиться в габариты ЛН (длина 80-120 мм, диаметр 30-55 мм), а их светораспределение близко к оптимуму. Такие лампы можно ставить, например, в светильники-тарелки, куда и не всякая ЛН влезет. А КЛЛ с внешней матовой колбой, имеющие форму груши, шара или свечи, отлично смотрятся и без плафонов, тем более что световой поток у них на 10-20% ниже и лишний рассеиватель ни к чему.
СДЛ строятся на кристаллах, имеющих изначально направленный свет: первичная оптика обеспечивает телесный угол 90°-180°. Вторичная оптика — линзы и рассеиватели в лампе — может как сузить угол засветки до 15-45°, так и расширить его до 270° и даже 360° (полная сфера). Чаще других встречаются модели на 60°, 120° и 160-180° — это все довольно направленный свет, сильно отличающийся от того, что дают ЛН и КЛЛ. Можно сказать, в СДЛ уже встроен рефлектор, а обычные светильники (люстры, бра, торшеры), как известно, для рефлекторов не приспособлены. Даже с шарообразной СДЛ (180°) мы рискуем получить сильно неоднородное, раздражающее освещение. Если, к примеру, лампочки в люстре смотрят вниз, то потолок останется темным, что создаст в комнате неприятную атмосферу.
Зато для локальной и точечной подсветки (зеркала, витрины, рабочие поверхности и тому подобное) направленные СДЛ — просто находка. Здесь очень выгодны малые габариты ламп и однородное световое пятно. КПД такого светильника крайне высок. Часто уместны светодиоды холодного спектра (цветовая температура 6000 К) — это подчеркивает красоту стекла и металла, да и световой поток у них максимальный. Напротив, в настольных лампах лучше ставить СДЛ теплого или нейтрального свечения (3000 К и 4000 К соответственно), а наиболее подходящий угол засветки — 90-120°.
Радикально приближают светораспределение СДЛ к «накалкам» две новые разработки. Первая — это лампы с жидкостным охлаждением, где жидкость заодно играет роль рассеивателя. Заполненная ей колба светит равномерно практически во все стороны, как и обычная ЛН. На этом пути уже созданы интересные модели, имеющие хорошие шансы на успех.
Другая перспективная идея — отделение люминофора от самих светодиодов (технология Remote Phosphor). Последние размещены на вертикальном радиаторе, а люминофорный слой вынесен в наружный пластиковый колпак. У такой конструкции масса преимуществ — в первую очередь долговечность люминофора (он слабо нагревается и почти не деградирует). Кроме того, большая изогнутая поверхность колпака не слепит глаза и дает приятный рассеянный свет — в точности как ЛН с матовой колбой. И габариты совпадают. Недаром подобные СДЛ рекомендованы к использованию в дорогих гостиницах и ресторанах.
Новое поколение этих ламп, призванных заменить самые ходовые 60-ваттные ЛН (тип A19), получило награду Министерства энергетики США (конкурс L-Prize с фондом 20 млн долл.). Модель Philips EnduraLED первой выполнила жесткие требования по энергоэффективности, качеству света и сроку службы. Достаточно сказать, что при мощности 10 Вт лампа выдает 910 лм, а ее индекс цветопередачи (CRI) достигает 93. Последнее особенно впечатляет, ведь до сих пор массовые СДЛ имели CRI не более 75, а КЛЛ — 82. Лишь у специальных линейных ЛЛ с пяти- или семиполосным люминофором цветопередача доходила до 92-98, но такие лампы явно не домашнего назначения. Добиться высокого CRI помогла комбинация синих и красных светодиодов — вот где проявляет себя Remote Phosphor. Добавка красного делает суммарный белый цвет теплее, а потери в люминофоре — ниже.
Заметим, что указанный световой поток соответствует скорее нашим 75-ваттным ЛН, а 60-ваттки «довольствуются» 715-730 лм. Дело в том, что при 110 В в сети (североамериканский стандарт) светоотдача ЛН повышается — скажем, американские 100-ваттки выдают 1600 лм против наших 1340. В общем, перед участниками конкурса L-Prize стояли довольно сложные задачи, что и подтвердила его история: более трех лет награждать было некого. Зато теперь «светодиодки» A19 могут стать лидерами продаж.
В следующей статье мы рассмотрим, как новые лампы влияют на зрение и вообще на здоровье, а также дадим ряд практических советов по установке и эксплуатации КЛЛ и СДЛ.