Индукционная лампа и мезопическое зрение

Почему освещение индукционной лампы лучше чем от натриевой и металлогалогенной?

Или что такое фотопическое и мезопическое зрение?

Если Вы внимательно читали наши предыдущие публикации на сайте Арсенал-А, то наверняка уже нашли ответ на этот вопрос, но тот, кто по какой-то причине их ещё не читал или ему некогда этим заниматься, то в этой статье, вы найдете наиболее полный ответ на него.

Давайте внимательно рассмотрим фото1 ниже по тексту. Это студийная фотосъемка при  различных видах источников света: лампа накаливания (галогенная лампа), индукционная лампа, люминесцентная лампа, металлогалогенная лампа с керамической горелкой (CMH), ртутная лампа (ДРЛ), металлогалогенная лампа (MH), натриевая лампа высокого давления (HPS), натриевая лампа низкого давления (LPS).

Фото1

• 
• индекс цветопередачи CRI SVETличный

Что мы с Вами видим?

При освещении студии светом от индукционной лампы, цвета предметов находящихся в студии наиболее естественны, да и сами предметы лучше различимы.

Почему так происходит?

Внимание! Материал, изложенный ниже, пестрит специальными терминами, понятными специалистам, но без них нельзя, так как вопрос серьезный и разбирались в нем и ученые и специалисты-светотехники.

Если Вам сложно его читать, можете ознакомиться с основными выводами, приведенными в конце статьи, они выделены жирным шрифтом.

Выяснением этого вопроса занялись сотрудники американского научно исследовательского  центра Lighting Research Center (LRC). Они провели ряд исследований помезопическому уличному освещению.

Были выбраны наиболее современные виды источников света, используемых в Соединенных Штатах для освещения улиц и автомобильных дорог.

Исследования проводились в г. Гротоне, штат Коннектикут.

Сравнивали уличные светильники со 100 W натриевой лампой высокого давления (HPS), индукционной лампой 55W, 70W светильник с керамической металлогалогенной  лампой.

Освещенность  от этих источников света хорошо видна на представленном фото1  выше.

Исследования показали, что освещение от индукционной и металлогалогенной лампы, со спектром белого света, было оптимальным для человеческого зрения в условиях слабой освещенности (сумерки и ночное время).

Оказалось, что сетчатка человеческого глаза состоит из двух типов рецепторов, клетки которых выглядят как колбочки и как палочки, передающие поступающие через глаза видео сигналы в мозг. 

Официально существующая по сей день система фотометрических измерений, позволяет определять количество света независимо от условий освещенности и времени суток.  Она основана на моделировании реакции функции колбочковых клеток человеческого глаза, которые используются преимущественно при дневном освещении (фотопическом) на этом принципе основана и чувствительность современных приборов по измерению освещенности - люксометров.

Клетки-палочки отвечают за ночное (скотопическое) зрение человека. А вот совместная работа этих двух видов клеток – палочек и колбочек, обеспечивает человеку сумеречное, так называемое мезопическое  зрение, для того что бы он хорошо видел ночью и при наступлении сумерек.

Учитывая эти особенности строения и восприимчивости человеческого глаза, ученые сделали вывод, что можно снизить яркость осветительных приборов, измеряемую традиционными методами (люксометрами), без потери его видимого качества или даже улучшить, если учитывать особенности мезопического зрения. Другими словами, источник света должен учитывать особенности восприимчивости и колбочек и палочек.

Именно поэтому пришли к выводу, что необходимо применять лампы с холодным светом и короткой длиной волны. 

• 
• цветовая температура SVETличный

LRC разработал Унифицированную Фотометрическую Систему (УФС), как средство моделирования видимого зрительного восприятия в условиях недостаточного или слабого освещения.  Справедливость сделанных фундаментальных выводов подтвердилась в экспериментах, с применение этой системы. Оказалось, что использование УФС, действительно повышает эффективность зрительного восприятия даже в большей степени, чем могли предположить, исходя из изменений, как в спектре, так и в уровне освещенности.

Исследования на практике показали, что распознавание ЦЕЛИ людьми, перемещающимися вдоль освещенной дороги, происходит лучше при освещении индукционными и  МГЛ (металлогалогенными лампами), чем при освещении НЛВД (натриевыми лампами высокого давления). Исследования так же подтвердили, что использование УФС, способствует улучшению зрительного восприятия, а так же  снижению энергопотребления.

С помощью УФС рассчитывались такие показатели, как яркость дорожного покрытия при освещении новыми установками, с этой целью измерялась освещенность дороги и её коэффициент отражения, которые вносились в УФС, что бы определить параметры эквивалентных светильников и равноценные видимые (визуальные) характеристики.

Цель этого проекта в определении возможности двух источников света, подобранных и настроенных с учетом  особенностей СУМЕРЕЧНОГО ЗРЕНИЯ, обеспечить необходимую видимость, надёжность, яркость и безопасность, аналогичные светильникам с натриевыми (НЛВД) источниками света, при этом снизив энергопотребление хотя бы на 30%.

Другой целью этого проекта была задача в определении экономической целесообразности применения таких систем, как тех, что были установлены в г. Гротоне, что в шт. Коннектикут.

 Произвели сравнение трех технологий освещения.

Две из них – индукционное (лампа мощностью 55W, 6500К, коэф. S/P 2,88)и металлогалогенное с керамической горелкой(70W, 4000K, S/P= 1,6), выбрали исходя из экономической целесообразности, т.к. они могут снизить энергопотребление при тех же характеристиках зрительного восприятия освещенности, в соответствии с УФС.

В ходе эксперимента было определено, что световой поток индукционных ламп не изменяется при изменении температуры окружающей среды, а так же их запуск в холодное время года стабилен. Из-за весьма продолжительного срока службы (более 100 000 часов), значительно снижаются расходы на техническое обслуживание и ремонт.

Для демонстрации возможностей освещенности этими системами  были выбраны два участка городских улиц.

Улица Meridian – двухполосная дорога с автопарковками по обе стороны дороги, имеющая асфальтовое покрытие, шириной 12м.

• 
• освещение улицы натриевыми лампами

Уличные фонари расположили на расстоянии 36,5 м друг от друга и на высоте 7,6м из-за интенсивного пешеходного движения. Светильники с НЛВД 100W и индукционными лампами 55W, средний световой поток 8460Lm и 3300Lm соответственно, а средняя освещенность 8,72 и 2,69 Lux (по данным измерений LRC).

• 
• Освещение индукционными светильниками

Улица Shennecossett Road.

• 
• Освещение натриевыми светильниками

Ширина дороги та же, но расположение уличных фонарей несколько другое – расстояние между ними уже 85м. Светильники с НЛВД и МГЛ с керам. горелкой. Фото ниже.

• 
• Освещение металлогалогеновыми светильниками

Лампы мощностью 100W (8460Lm, освещенность 8,72Lux)и 70W (4150 Lm, освещ. 3,1Lux).

В ходе проведенного эксперимента, стало очевидно, что применение индукционного и металлогалогенного светильника (с керамич. горелкой) более целесообразно, чем светильника со 100W натриевой лампой НЛВД. Так как средняя яркость тротуара, освещенного НЛВД (S/P=0,63) в условиях фотопического зрения =0,21 Кд/м2, а в условиях мезопического равна 0,17Кд/м2. А с индукционным светильником фотопическая яркость освещения составляет 0,08Кд/м2, тогда как мезопическая - те же 0,17Кд/м2, как и у натриевого светильника, мощностью 100W.

  В сравнении с НЛВД и МГЛ, показатели получились следующими: металлогалогенная лампа, как источник белого света, оказалась более пригодной для уличного освещения. И вот почему: средняя яркость освещенности 70W МГЛ с керамич. горелкой, составила 0,07 Кд/м2, что заметно выше показателей НЛВД светильников -  0,03 Кд/м2.

  Однако, известно, что у ламп МГЛ со временем происходит значительное снижение светового потока, причем быстрее, чем у НЛВД. Это означает, что полученные в ходе проведения эксперимента показатели освещенности со временем значительно уменьшатся.

Оценка качества освещения улиц.

Жителям улиц, на которых проводился эксперимент, были разосланы вопросники, в которых предлагалось оценить видимость, безопасность, надежность, а так же яркость и цветопередачу от установленных светильников.

Жители улицы Shennecossett Road отметили явное преимущество использования 70W  МГЛ и сообщили, что при таком освещении чувствуют себя безопаснее и лучше видят, чем при свете 100W НЛВД.  Однако не стоит забывать, что оценка освещенности проводилась при пиковом значении яркости и освещенности металлогалогенной лампы, которая со временем снижается.

Оценка экономической целесообразности

Техобслуживание и ремонт – важная статья затрат для коммунальных предприятий, обслуживающих городские системы освещения. Они занимают  второе место следом за энергозатратами.

 Суммируя эти показатели, в ходе эксперимента определили  стоимость жизненного цикла каждой осветительной установки. Наименьшая оказалась у индукционной лампы  55W - 1549 долларов, для МГЛ 70W – 1824,21 доллара, а НЛВД 100W – 1832,65 долл.

Подводя итоги 

Исходя из полученных данных в ходе эксперимента, можно сделать следующие выводы:

- светильники с натриевыми лампами следует заменять на источники белого света с высоким показателем коэффициента S/P, с цветовой температурой 6500К и светоотдачей более 65-70Lm/W.

При низкой яркости освещения порядка 0,1 Кд/м2, экономия эл. Энергии может составить порядка 40-50%. При более высоких показателях яркости – 0,3 Кд/м2 , экономия будет на уровне 30%.

- индукционный светильник с лампой 55W, 6500К показал себя наиболее энергоэффективной заменой используемых 100W светильников с НЛВД для уличного освещения.

- МГЛ 70W – так же хорошая замена уличных систем освещения 100W НЛВД, правда, с минимальным преимуществом.

- НЛВД светильники можно так же заменить и на белые светодиоды (LED), с той лишь оговоркой, что их светоотдача будет действительно высокой, срок службы более 50 тыс. часов, а стоимость – экономически оправданной (что в ближайшем будущем  пока ещё маловероятно).

- рекомендовано так же при расчете требуемой мощности ламп, которые будут заменять существующие системы освещения (например, НЛВД), применять систему расчета, использующую коэффициент S/P, что позволит реально оценить эквивалентное зрительное восприятие освещаемых объектов*.

* В этой статье использованы материалы исследования:  Mesopic Street Lighting Demonstration and Evaluation Final

Report//www.lightingresearch.org/researchAreas/pdf/GrotonFinalReport.p

df.__

SVETличный

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.