Выбор концепции построения безопасной и … 2012/kabeln… ·...

50 «КАБЕЛЬ-news», № 2, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально

ÑÈÑÒÅÌÛ ÎÑÂÅÙÅÍÈß

В 2012 г. на реализацию мероприятий госпро-

граммы «Энергосбережение и повышение

энергетической эффективности на пери-

од до 2020 года» Минэнерго РФ направит

6,4 млрд руб. С учётом финансирования бюджетов

всех уровней и внебюджетных источников в 2011 г.

на реализацию региональных программ было на-

правлено около 47 млрд руб.:

• 20 млрд — за счёт средств бюджетов различных

уровней;

• 27 млрд — из внебюджетных источников.

Темпы роста основных трендов и долей приме-

нения светодиодов в автомобилестроении, устрой-

ствах отображения информации и освещении среды

обитания человека чрезвычайно высоки (среднего-

довой темп роста около 66%), а по областям приме-

нения светодиодов следующие:

• автомобильное освещение согласно прогнозам

вырастет с 10 млрд долл. в 2009 г. до 78 млрд в

2015 г.;

• в ближайшие 2—3 года применение в устрой-

ствах отображения информации будет доминиро-

вать;

• общее освещение вырастет с 2 млрд долл. в 2009

году до 38 млрд в 2015 г.

Во всех этих областях применения светодиодов

получаемый от них свет попадает в глаза челове-

ка, которые являются главным потребителем этого

света. В условиях динамично развивающегося рын-

ка светодиодного освещения очень важно выбрать

концепцию его построения. Системный и взаимо-

увязанный подход к выбору принципов построения

светодиодных осветительных систем позволит ми-

нимизировать риски, связанные с безопасностью

и здоровьем человека, и избежать миллиардных

(долл.) финансовых и материальных затрат. Сущ-

ностью системного подхода к выбору концепции

является взаимоувязанная оценка эффективности

осветительных приборов (источников света и их

блоков питания) и степени влияния их электромаг-

нитного излучения (в различных диапазонах частот)

на здоровье человека и на среду его обитания (на

риски возникновения опасности в ней). Например,

электромагнитные процессы в блоках питания энер-

госберегающих источников света из-за массовости

применения и нелинейного характера нагрузки для

цепей электропитания создают:

• электромагнитный смог и помехи;

• нестационарные электромагнитные процессы в

фазных проводах и нулевой шине, что увеличива-

ет риски коррозии металлоконструкций, пробоев

изоляции проводов (пожара).

На этапе массового внедрения энергосберегаю-

щих ламп в Европе переработали стандарты на

электрические кабели — увеличили диаметр нуле-

вой шины и уменьшили диаметр фазной (EC61000-

Выбор концепции построения безопасной и энергосберегающей системы освещения

«Не имеющий стратегии – жертва чужой тактики!»

Экологические проблемы, нехватка электроэнергии и материальных ресур-сов привели к необходимости широкого внедрения энергосберегающих тех-нологий. Этот посыл лёг в основу многих государственных и корпоративных программ по экономии электроэнергии и ресурсов. В ходе реализации этих программ всё шире применяются энергоcберегающие технологии с исполь-зованием светодиодов.

Виталий ДЕЙНЕГО, ООО «Новые энергетические технологии», руководитель проекта

51«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2012, www.kabel-news.ru

Актуально


3-2, IEEEE518). Тем самым устранили причину элек-

трической и тепловой перегрузки нулевой шины и её

выгорания (возгорания).

Электромагнитные излучения в диапазоне 380—

760 нм характеризуются как оптическое излучение

и определяются как свет, который оказывает суще-

ственное влияние на здоровье человека.

Через призму постулата «здоровье человека —

эффективность осветительных приборов» рассмо-

трим существующие концепции построения свето-

диодных осветительных приборов и систем, а также

технические и технологические предпосылки и тен-

денции для реализации новой концепции построе-

ния безопасной для человека и энергосберегающей

системы освещения среды его обитания.

Обзорный анализ построения современных све-

тодиодных светильников показал, что с точки зрения

пространственного расположения синего светодио-

да и преобразующего его свет люминофора суще-

ствуют две концепции построения светодиодных

осветительных приборов.

корпусов, а высокие цены на светодиодные осве-

тительные приборы в условиях жёсткого админи-

стративного прессинга по экономии электрической

энергии только подогревают интерес к этим доро-

гостоящим проектам. И это привлекает на россий-

ский рынок ведущих производителей светодиодной

продукции, на котором с 2009 г. действует решение

Президентской комиссия по модернизации экономи-

ки по переводу страны с ламп накаливания сразу на

светодиоды, минуя европейский опыт по внедрению

энергосберегающих ламп.

На встрече 20 июня 2009 г. президент компании

Royal Philips Electronics вручил Президенту России

Дмитрию Медведеву светодиодную лампу Master

LED. Это стало началом успешного запуска на рос-

сийский рынок второго поколения светодиодных

ламп Master LED. Кроме западных компаний на осве-

тительный российский рынок приходят восточные

компании. Дочерняя структура АФК «Система» —

компания «Ситроникс» решила немного расширить

профиль своей деятельности и собирается открыть

производство светодиодных ламп на своей терри-

тории в Зеленограде вместе с корейской компани-

ей «Люмен Стар». Общие инвестиции в производ-

ство могут достичь 2 млн долл. ООО «Люмен Стар»

(бренд INNOLIGHTS) создано в 2011 г. В основе по-

строения этих светильников лежит идеология связки

светодиодов на общем радиаторе.

Идеология построения отечественных светодиод-

ных светильников диктуется зарубежными произво-

дителями комплектующих изделий (белых светодио-

дов, блоков питания и радиаторов-корпусов).

Широко внедряемые светодиодные светильники

построены по принципу «связки» отдельных ярких

белых светодиодов, а учитывая, что глаз человека

реагирует на яркость точки, которая создаёт соот-

ветствующие уровни освещённости на сетчатке гла-

за, такая схема расположения точечных источников

света создаёт условия для эффекту ослепления и

сильного «светового загрязнения».

Также общим недостатком таких светодиодных

источников света является создаваемая ими не-

равномерность яркости на освещаемой поверхно-

сти (множество теней). Чем выше эффективность

(лм/Вт) каждого светодиода, тем выше эффект энер-

госбережения, но и больше неравномерность ярко-

сти, которая создаёт дискомфортное освещение.

В настоящее время лабораторная эффективность

белых светодиодов составляет более 200 лм/Вт. Это

достигнуто за счёт применения:

• одноваттных синих светодиодов с выходным по-

током излучения более 500 МВт;

• составом люминофора, преобразующего синий

свет.

В табл. 1 приведены данные о плотности мощно-

сти в различных источниках белого света.

Первая концепция — это построение светодиодных осветительных приборов с применением белых свето-диодов, блоков питания, которые серийно выпускаются в основном зарубежными производителями.

Вторая концепция — это построение светодиодных осветительных приборов с применением синих светодио-дов и удалённого от них люминофора — концепция уда-лённого люминофора.

Исторически отечественные разработчики све-

тодиодных осветительных приборов стали залож-

никами первой концепции, которая обеспечивает в

основном коммерческий интерес зарубежных про-

изводителей белых светодиодов, блоков питания и

Чип синего цвета (460 нм)

Белый свет

Герметик Покрытие с

люминофором

РадиаторПоглощённый

свет чипом

Чип синего цвета (460 нм)

Белый свет Удалённый

люминофор

Смещение

отражённого

света

Радиатор для отражения

света

Отражённый

свет


Как следует из табл. 1, светодиоды являются

высокоэнергетическим источником света. С точки

зрения фотобиологической безопасности для глаз

человека все источники характеризуются энергети-

ческой яркостью, которая создаёт энергетическую

освещённость на сетчатке глаза. Величина её рас-

считывается по формуле

Er=·L

s··d

e

2/(4·f2),

где Er — энергетическая освещённость на сетчат-

ке Вт/м2;

Ls — энергетическая яркость ИИ Вт/(ср·м2);

— коэффициент пропускания глазных сред;

de — диаметр зрачка;

f — эффективное фокусное расстояние глаза.

Для снижения уровня энергетической освещённо-

сти на сетчатке и эффекта ослепления от точечных

источников света применяются:

• нейтральные светорассеиватели (матовые), ко-

торые вносят дополнительные потери светового

потока (более 40%);

• торцевая подсветка светодиодных панелей, на

которой нанесена светорассеивающая матрица;

• увеличение площади излучаемой поверхности и т.п.

О дискомфортной яркости светодиодного осве-

щения говорится и в документах Европейской

комиссии, которая 15.12.2011 г. обнародовала до-

кумент «Зелёная книга. Освещение будущего. Уско-

рение внедрения инновационных технологий осве-

щения». В этой книге в разделе «SSL: новый взгляд

на освещение» говорится, что SSL-технология для

общего освещения включает светодиодный OLED,

так как светодиодные лампы и светильники облада-

ют высокой интегральной яркостью от светодиодных

точечных источников света. OLED-устройства одно-

родно излучают свет с поверхности, которая может

быть произвольных форм и размеров, например, в

виде прозрачных панелей.

В «Зелёной книге» отмечается:

• раздел 2.2. — «государства несут ответственность

за безопасность светодиодной продукции, прода-

ваемой на светотехническом рынке Европы»;

• в подразделе «проблемы биологической безопас-

ности («синий свет опасности»)» эта проблема

поднята в связи с воздействием светодиодного

света на сетчатку глаза человека и обусловлена

большой долей синего в общем спектре белого

светодиода. Предварительные рекомендации На-

учного комитета по новым и вновь выявленным

рискам для здоровья (SCENIHR) следующие —

«рассмотреть меры по уменьшению злоупотре-

бления искусственным освещением в целом».

В настоящее время для уменьшения слепящей

яркости от точечных белых светодиодов применяет-

ся технология покрытия единым слоем люминофора

массива маломощных синих светодиодов. При этом

уменьшается точечная яркость за счёт увеличения

площади свечения.

С использованием этой технологии в 2011 г.

ГК «Оптоган» была разработана лампочка «Опто-

люкс Е-27». Источники света характеризуются не

только яркостью и световым потоком, но и спектром

излучения. Даже если вы решили проблему

рассеивания точечных источников света, остаётся

дискомфорт от спектра светодиодного освещения.

Сравнение спектров светодиодных ламп и традици-

онной лампы приведено на рис. 1.

Табл. 1. Сравнение плотности излучаемой мощности в различных источниках света

Тип источника света

Потребляемая мощность по цепи питания,

Вт

Удельная плотность излучаемой мощности

на поверхности люминофора, Вт/см2

Удельная плотность излучаемой

мощности в объёме люминофора, Вт/см3

Температура люминофора,

оС

Стандартная люминесцентная

лампа80 0,1—0,2 20 50—60

Энергосберегающая

люминесцентная лампа10 0,35 60—80 50—75

Дуговая лампа Hg 250 4—5 200—300 150—180

Одноваттный белый светодиод

с кристаллом 1х1 мм21,0 45—50 2500—3000 125—150

Актуально


Длина волны, нм

200 300 400 500 600 700 800 1000900

100

80

60

40

20

0

Лампочка ИльичаNo Name КитайОптоганСветодиод

Интенси

вно

сть,%

Рис. 1. Сравнение спектров светодиодных ламп и традиционной лампы Ильича

(для сравнения под шкалой представлена часть спектра, которая воспринимается человеческим глазом)


Из сравнительного анализа приведенных на рис. 1

спектров видно, что по отношению к спектру ЛН све-

тодиодные лампы имеют в спектре значительную

долю синего света. Учитывая это и в связи с плана-

ми массового использования светодиодных осве-

тительных приборов вопрос влияния доли синего в

спектре света на здоровье человека становится всё

более актуальным.

Значимость этой проблемы усиливается по мере

лавинного увеличения интенсивности излучения бе-

лых светодиодов с высокой цветовой температурой

(холодный белый), которые имеют высокую эффек-

тивность лм/Вт, и, как следствие, большую долю си-

него в спектре. В основе белых светодиодов лежит

синий светодиод с длиной волны максимума излуче-

ния 455—465 нм и преобразующий его люминофор.

По закону Вавилова такая система имеет макси-

мальную эффективность преобразования. Этот за-

кон имеет следующую формулировку: «До тех пор,

пока длина волны света люминесценции больше,

чем длина волны возбуждающего света, выход лю-

минесценции растёт пропорционально длине волны.

В области, где длина волны люминесценции стано-

вится меньше длины волны возбуждающего света,

наблюдается быстрое падение выхода». Согласно

этому закону максимальный выход конвертируемого

люминофором света наблюдается при длине волны

460 нм.

Базовая длина волны для белого светодиода 460 нм

оказывает на глаза и здоровье человека специфи-

ческое воздействие и является для него одной из

основных частот. На этой длине электромагнитного

излучения биоритмы человека синхронизированы с

солнцем (с циклами: день, ночь). Это обусловлено

тем, что в течение дня меняется спектральный со-

став света и самые большие изменения происходят

в области 455—465 нм.

Доля синего в спектре светодиодов заставила за-

рубежных врачей и специалистов по охране труда

заново переосмыслить степень воздействия света

на здоровье человека и пересмотреть номенклату-

ру требований по фотобиологической безопасности

источников света (в части требований к параметрам

и характеристикам), а также восприятие света чело-

веком в зависимости от уровня освещённости его

среды обитания (табл. 2).

Попадающий в глаза человека свет имеет целый

ряд биологических и поведенческих эффектов: се-

креция мелатонина и кортизона, циркадные изме-

нения. Последние исследования института нейроло-

гии Университета им. Томаса Джефферсона (США)

показали, что в глазах человека кроме колбочек и

палочек имеется третий тип фоторецепторов, кото-

рый не влияет на зрительный процесс. Эти открытые

клетки расположены в нижней части ретины (сетчат-

ки) и содержат светочувствительный пигмент мела-

Актуально


Табл. 2. Новые технические комитеты при МКО и их задачи

Номера новых технических комитетов (ТК), которые вновь созданы при МКО

Краткое содержание задач и направлений исследований для вновь созданных ТК при МКО

TC2-58: Measurement of LED Radiance

and Luminance

Задачей ТК является разработка рекомендаций и специфических требова-

ний к измерениям энергетической яркости светодиодных источников света

с точки зрения их фотобиологической безопасности

TC6-37: Light and Retinal Disease Готовит доклад о текущем состоянии проблемы воздействия света как

этиологического фактора на сетчатку глаза

TC6-55: Photobiological Safety of LEDs ТК подготовит публикацию о методах оценки фотобиологической безопас-

ности светодиодов. Методы по оценке в требованиях безопасности CIE S

009|E:2002 будут сравниваться с материалами стандарта IEC 60825-1-2001.

Это влечёт за собой обзор и отчёт об известных эффектах с физиологиче-

ской точки зрения и определение соответствующих доз освещения, кото-

рые представляют потенциальный риск повреждения глаз от чрезмерного

освещения

TC6-57: Standardization of Terms and

Action Spectra for Blue Light and Retinal

Thermal Hazard Functions

Подготовка проекта стандарта, определяющего и регламентирующего

спектры двух опасностей воздействия на сетчатку: функции синего излуче-

ния и функции теплового излучения

TC6-63: Action Spectra and Dosimetric

Quantities for Circadian and Related Neu-

robiological Effects

Подготовка публикации с анализом данных биологических исследований,

касающихся спектров действия излучения на нейроэндокринную систему

человека. Ретроспектива хронобиологии будет кратко изложена

TC6-63: Photobiological Strategies for

Adjusting Circadian Phases to Minimize the

lmpact of Shift Work and Jet Lag

Подготовка отчёта о биологических данных исследований, касающихся

хронобиологических и нейроэндокринных эффектов, чтобы противостоять

проблемам сменных работ и нарушениям биоритма. Отчёт должен дать

представление светотехническому сообществу об оценке воздействия раз-

личного по спектральному составу оптического излучения на среду обита-

ния человека


нопсин, который преобразует световое излучение

460 нм в электрические сигналы, а они передаются

в эпифиз, который синтезирует определённую дозу

мелатонина. Основные физиологические функции

мелатонина:

• биоритмологическая функция;

• терморегуляция и индукция сна;

• антиоксидантный эффект;

• иммуномодулирующее действие;

• антистрессорное действие;

• регуляция полового развития.

Дефицит мелатонина приводит к отложенным

рискам возникновения тяжёлых клинических по-

следствий для здоровья человека. Неполадки в цир-

кадном ритме ускоряют дегенеративные процессы

в мозгу, лежащие в основе старческого слабоумия,

синдромов Альцгеймера и Паркинсона. Нейробио-

логи из Орегонского университета (США) сообща-

ют, что, по их данным, расстроенные биологические

часы увеличивают риск развития нейродегенератив-

ных болезней. Чем хуже «настроены» биологические

часы, тем сильнее разрушается нервная ткань, а чем

сильнее она разрушается, тем больше нарушений в

часах. Но, как подчёркивают врачи, первопричина

этого всё-таки в нарушениях циркадного ритма.

Нарушение циркадного ритма вносит сумятицу

в целый ряд клеточных функций. Это касается всех

клеток, в том числе и нервных. Нейроны становят-

ся особо чувствительны к факторам, вызывающим

нейродегенеративные процессы.

Тщательно проведённые исследования показали,

что освещённость в 1,3—4,0 лк монохромного сине-

го света или в 100 лк белого света подавляет про-

дукцию эпифизом мелатонина.

Подавление мелатонина в вечернее время, когда

включено освещение, приводит к сдвигу биологиче-

ских часов человека (рис. 2).

Рис. 2. График зависимости фазового сдвига от дозы полученного света

Доза синего и зелёного света измеряется в деся-

тичном логарифме количества фотонов, попавших

на единицу площади за единицу времени (13 lg фо-

тонов см—2·с—1 ~24 люкса для 555 нм света и ~2 люк-

са для 460 нм), а сдвиг суточных ритмов — в часах.

На рис. 2 горизонтальный чёрный пунктир показыва-

ет половину от максимального сдвига суточного рит-

ма, а цветные вертикальные пунктирные линии —

соответствующие этому сдвигу значения дозы си-

него и зелёного света. Mеланопсиновые клетки и

колбочки вносят свой вклад в генерацию циркад-

ных ритмов, только вклад этот разный: колбочки при

включении света «просыпаются» на короткое время,

а затем, даже если свет продолжает гореть, «засы-

пают» и не посылают в супрахиазматическое ядро

(СХЯ) сигналы, приводящие к падению уровня ме-

латонина, а меланопсиновые клетки, однажды «про-

снувшись», понижают уровень мелатонина всё то

время, пока горит свет. Можно сказать, что меланоп-

синовые клетки — основной «будильник» для орга-

низма, а колбочки — дополнительный, работающий

примерно с той же силой, но ограниченное время.

Немецкие учёные, изучив проблему подавления ме-

латонина (подавления сонливости) от долей синего,

предложили в качестве одного из новых критериев

оценки эффективности искусственных источников

света ввести коэффициент циркадной эффективно-

сти — биологического действия излучения ламп.

Величина Аcv

характеризует соотношение до-

лей излучения, обеспечивающих визуальные (зри-

тельные) функции и оказывающих биологическое

действие (подавление сонливости). Цифры лучше,

чем самые хорошие рассуждения. Величины Аcv

для

естественных и искусственных источников света

приведены в табл. 3.

По этой оценке воздействие белого светодиода с

Т=4700 К (по доли синего) превосходит воздействие

голубого небосвода с Т=19 960 К почти в два раза,

что противоречит основному постулату предвари-

тельного мнения независимых экспертов Научного

комитета по новым и вновь выявленным рискам для

здоровья (SCENIHR). В своем отчёте «Медицинские

последствия искусственного света» от 18 июля 2011 г.

эксперты коэффициент циркадной эффективности

не применяют, хотя в медицинской среде и свето-

техническом сообществе Европы он известен и ве-

дущие светотехнические фирмы его используют для

оценки биологического воздействия на человека

спектра излучения своих люминесцентных ламп.

Эксперты SCENIHR в своих отчётах, рассматри-

вая влияние доли синего света на глаза человека,

не заостряют внимание на том факте, что белый

светодиод — это кристаллы синих светодиодов, ко-

торые покрывают жёлтым люминофором. Он погло-

щает некоторое количество синего света и излучает

жёлтый свет. При смешении непоглощённого синего

Актуально


Примечание. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Translational Medicine.

Доза полученного света cм-2 с-1

Фа

зо

вы

й с

дви

г, ч

ас

12,54 13,07


света с жёлтым человеческий глаз воспринимает

свечение светодиода как белое. Однако эксперты

отмечают, что синий свет (при неправильном ис-

пользовании ламп, относящихся к группам риска 1,

2 или 3, — RG1, RG2 или RG3) может в принципе

вызвать фотохимические повреждения сетчатки при

определённых обстоятельствах.

Оценка по величине Аcv

имеет один недоста-

ток — увеличивая долю красного в спектре свето-

диодного прибора, можно получить меньшие зна-

чения Аcv.

, но на гормональную систему человека

действует доля синего, которая имеет свой порог

биологической безопасности. Отечественные учё-

ные из НТЦ микроэлектроники и субмикронных

гетероструктур РАН провели свою сравнительную

оценку светодиодных источников света с лампой

накаливания. Результаты такой оценки приведены

в табл. 4.

Актуально


Табл. 3. Величины Аcv для естественных и искусственных источников света

Наименование источника света Аcv Цветовая температура излучения, К

Прямой свет Солнца 0,83 5081

Облачный небосвод 1,73 6900

Открытый голубой небосвод 1,02 19 960

Прямой свет Луны 0,62 —

Пламя свечи 0,2 1900

Лампа накаливания 0,35—0,38 2700

Натриевая лампа высокого давления 0,21 2100

Люминесцентная лампа тепло-белого света 0,36 2820

Люминесцентная лампа нейтрально-белого света 0,6 3680

Люминесцентная лампа холодного дневного света 1,18 7000

Белый светодиод 1,5—2,0 4700

Голубой светодиод ≥ 6,9доминирующая длина волны излучения:

λ = 468 нм

Табл. 4. Сравнительная оценка светодиодных источников света с лампой накаливания

Тип источника света

Визуальное восприятие светаБиологический

эквивалентПримечание

Световой по-ток (лм), %

Цветовая тем-пература, К

Показатель цве-топередачи

Показатель Bio.eg,%

Степень опасности

Лампа накаливания 720 лм — 100% 2800 99,8 100принято за эталон

(100%)

Компактная люминес-

центная лампа

100 2860 80 83 —

100 4350 79 158 нежелательно

Светодиодная лампа

с люминофором100

2698 81 87

опасно

3198 88 114

6379 73 231

Na-лампа с высоким

давлением— — — 53

в спектре нет

синего 460 нм

Световая панель

RGBA100

2500 91 74 —

3200 93 115 —

4500 93 168 нежелательно


10 000 94 232 опасно

Световая панель

RGBW-cool100

1800 54 56 —

2500 57 83 —


6500 88 247 опасно

10 000 86 309 опасно


КАЧЕСТВО СВЕТА: ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ И «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ДОЗА»

Такая сравнительная оценка по «мелатониново-

му» признаку источников света лучше, чем её отсут-

ствие. Она создаёт основу и предпосылки для раз-

работки более обоснованных с медицинской точки

зрения методик и критериев. Необходимо отметить,

что устройства отображения информации имеют

светодиодную подсветку («холодные» белые свето-

диоды или RGB) и на них распространяется оценка

по мелатонину. Чрезмерное увлечение высокотех-

нологичными устройствами приводит к нарушению

сна. Об этом свидетельствуют результаты опроса

Sleep in America 2011, проведённого в США орга-

низацией National Sleep Foundation (NSF). Согласно

пресс-релизу более 95% опрошенных американцев

признались, что за час до сна пользуются каким-

либо коммуникационным устройством (смартфо-

ном, ноутбуком, ПК или планшетом). Общение в со-

циальных сетях, просмотр фильмов на планшете в

условиях искусственного освещения, «серфинг» по

Интернету и другая сходная деятельность, не даю-

щая мозгу расслабиться (влияние дозы синего от

подсветки экрана), предотвращают выделение ме-

латонина — гормона, который «говорит» телу о том,

что пора отдохнуть. Это приводит к сбою в работе

внутренних «часов» организма и, следовательно,

бессоннице.

При различном уровне общей освещённости у

людей наблюдается различная относительная чув-

ствительность к освещению.

На рис. 3 приведена фотопическая кривая (зре-

ние при ярком освещении — день) и скопическая

кривая (зрение при низком уровне освещения —

ночь).

Рис. 3. Общий вид фотопической и скопической кривых

Основные единицы светового потока — люмены

ассоциируются с дневным зрением. Все производи-

тели источников света в настоящее время приводят

данные по световому потоку (по соглашению 1924 г.)

в «дневных» люменах, учитывающих работу только

колбочек (фотопическое зрение). Как было рассмо-

трено выше, палочки (скопическое зрение) вносят

большой вклад в зрительный процесс в условиях

сумеречного и ночного зрения. В этих условиях они

имеют значительно выше чувствительность в синей

области спектра. В связи с этим было предложено

использовать «эффективные» люмены для оценки

источников света при некоторых видах освещения:

«эффективные» люмены = «дневные» люмены ×

«множитель световой эффективности (S/P)».

S/P — это характеристика источника света, по-

казывающая, какое влияние оказывает спектр ис-

точника света на работу ночного зрения. На рис. 4

приведены результаты пересчёта спектрального

распределения энергии для светодиода CREE.

Чем выше S/P-фактор, тем эффективнее источ-

ник воздействует на фоторецепторы ночного зре-

ния. Чем выше доля синего, тем сильнее ослепляю-

щий дискомфорт для глаз человека в ночное время

суток из-за высокой чувствительности палочек к си-

нему свету. Впервые это было отмечено при оценке

влияния света автомобильных фар с галогенными и

ксеноновыми лампами на глаза водителей. Спектр

излучения ксеноновыx ламп очень отличается от

галогенных фар, имеющиx большую энергию в ко-

ротковолновой части видимого спектра (большая

доля синего). Это само по себе имеет тенденцию к

большему дискомфорту для той же освещённости

сетчатки глаза. На рис. 5 показаны рейтинги диском-

форта по де Бур для галогенных и ксеноновых фар.

Чем меньше значения показателя по шкале, тем

больше дискомфорт для глаз. Ясно, что освещён-

ность на сетчатке глаза является важнейшим фак-

тором в производстве дискомфорта, но нет никаких

сомнений, что и спектр света влияет на это.

Французское агентство по продовольственной,

экологической безопасности и гигиене труда опу-

бликовало доклад «Системы освещения с исполь-

зованием светодиодов: здоровье, вопросы для

рассмотрения». В докладе обращается внимание

непосредственно на потенциальные проблемы, свя-

занные со светодиодным освещением. Среди вопро-

сов, вызывающих наибольшее беспокойство, указы-

ваются токсическое действие синего света и риск

ослепления, с добавлением, что синий свет, необхо-

димый для получения белого светодиода, вызывает

«токсический стресс» в сетчатке. Синий свет созда-

ёт фотохимический риск для глаз, говорится в до-

кладе, уровень риска зависит от накопленной дозы

синего света, которая, как правило, формируется в

результате низкоинтенсивного воздействия в тече-

Актуально


Металлогало-

генный спектр

Спектр давле-

ния натрия

Скопическое зрение

Фотопическое зрение

Отно

си

тел

ьна

я э

нер

гия



ние длительного периода. В докладе сообщается,

что синий свет признаётся как вредный и опасный

для сетчатки в результате клеточного окислительно-

го стресса, а особому риску подвергаются 3 группы:

дети, пожилое население и работники, находящиеся

в помещении с освещением высокой интенсивности.

Кроме этого, в процессе эксплуатации белых свето-

диодов происходит прогрессирующая деградация

люминофора, покрывающего синий кристалл. Это

со временем может привести к переходу светильни-

ка из одной фотобиологической группы риска в дру-

гую, более высокую, в которой доля синего велика.

Эксперты SCENIHR в своем отчёте отмечают, что

ожидается фототоксическое повреждение сетчат-

ки под воздействием синего света с длиной волны

между 430 и 460 нм.

Отечественные врачи отмечают, что доза синего

света негативно влияет на сетчатку глаз человека.

На рис. 6, 7 и 8 представлено взаимодействие синего

излучения с человеческим глазом во всех

возрастных группах (взято из Sliney 2002).

Всё-таки надо иметь в виду, что дет-

ские хрусталики примерно в 5 раз про-

зрачнее для фототоксичного синего света,

чем хрусталики взрослых людей, и что в

результате этого даже при обычном осве-

щении к 10 десяти годам у детей в их ре-

тинальном пигментном эпителии набегает

примерно 50% вредного фототоксичного

пигмента старости липофусцина, и соот-

ветственно к старости они получат воз-

растную макулярную дегенерацию сетчат-

ки, т.е. необратимую слепоту.

Электромагнитное излучение 460 нм

достигает сетчатки в пожилом возрасте в

40% случаев, у человека старше 10 лет —

в 60% и у детей — в 65%.

Актуально


Рис. 5. Рейтинги дискомфорта по де Бур для галогенных и ксеноновых фар

Освещённость, лк0,01 0,1 1

Галогенная лампа

Ксеноновая лампа

дискомфорт

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Рис. 4. Распределение энергии белого светодиода CREE и его спектральной эффективности

для ночного и дневного зрения

Спектральное распре-деление энергии СД для ночного зрения

Vm()S/P=2,23

Спектральное распределение энергии СД (без масштаба)

Спектральное распределение энергии СД для дневного зрения

V()

380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780

Дневна

я и

ночна

я э

фф

екти

вно

сть,

лм

/Вт

Дневно

е и

ночно

е с

пектр

ал

ьно

е р

аспр

ед

ел

ени

е

энер

гии

, klm

/m2/н

м

1700

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

-5,0 Е+1

-4,5 Е+1

-4,0 Е+1

-3,5 Е+1

-3,0 Е+1

-2,5 Е+1

-2,0 Е+1

-1,5 Е+1

-1,0 Е+1

-0,5 Е+0

-0,0 Е+0


Рис. 7. Взаимодействие синего излучения с глазом человека старше 10 лет

Рис. 6. Взаимодействие синего излучения с глазом пожилого человека

Рей

ти

нг

по

де Б

ур


Особенно велико воздействие света на глаза де-

тей, у которых не сформирована система защиты

от синего спектра. В этой системе главными явля-

ются лютеин и зеаксантин. Они защищают макулу,

выполняя роль «солнцезащитных» очков — есте-

ственных фильтров потенциально фототоксичного

синего света и ультрафиолета, а также препятству-

ют образованию свободных радикалов под воздей-

ствием облучения. В норме они поглощают до 40—

60% синего света. С возрастом обменные процессы

в сетчатке ухудшаются, уменьшается количество

фоторецепторов, некоторые клетки погибают из-за

нарушения восстановительного процесса, эффек-

тивность которого зависит от достатка пептидов и

антиоксиданта — мелатонина. На рис. 9 показана

общая схема взаимодействия синего света и сет-

чатки глаза.

Возрастная дегенерация, или дистрофия ма-

кулы, — это опасное заболевание органа зрения.

Оно поражает макулу — центральное образование

сетчатки, в котором и происходит формирование

изображения. Это заболевание медленно, но неот-

вратимо приводит к полной потере зрения. В настоя-

щее время макулодистрофия — самая распростра-

нённая причина слепоты у людей старше 50 лет, от

которой потеряли зрение уже 25—30 млн человек в

мире. При этом год от года заболеваемость макуло-

дистрофией молодеет — сегодня мы сталкиваемся с

её проявлениями уже в возрасте 45 лет.

Доктор Битти, директор Macular Pigment Research

Group (MPRG) заявил: «Этот фотоокислительный

стресс, или кумулятивное воздействие свободных

радикалов от синего света, в течение всей жизни

вызывает AMD (Age-related Macular Degeneration)».

Крупнейшие американские эпидемиологические

исследования показывают, что ежедневное допол-

нительное воздействие синего света на глаза моло-

дого человека в подростковом возрасте к тридцати

годам вызывает начало дегенерации сетчатки (AMD)

на 10 лет раньше, чем она возникает от естествен-

ного света. Это увеличивает в два раза вероятность

стать слепым».

Светодиодное освещение влияет не только на гла-

за и гормональную систему человека, но и на его пси-

хофизиологическое состояние, работоспособность

и утомляемость. В ходе выполнения работы «Обо-

снование, разработка, подготовка к утверждению и

утверждение на основе проведённых исследований

психофизиологического воздействия светодиодных

источников света на организм человека» дополне-

ний и изменений к Санитарным правилам и нормам

«Гигиенические требования к естественному, искус-

ственному и совмещённому освещению жилых и об-

щественных зданий. Санитарные правила и нормы.

СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03» Научным центром здо-

ровья детей РАМН, Научно-технологическим центром

уникального приборостроения РАН, НИИ строитель-

ной физики при финансовой поддержке ГК «Росна-

нотехнологии» проведена экспериментальная оценка

влияния светодиодного освещения (типа светодиод-

ных панелей) на работоспособность мужчин в возрас-

те 18—30 лет. Исследования проводились в дневное

время. Характер выполняемой работы: зрительная с

высокой концентрацией внимания, 1 час эквивален-

тен 8 часам типовой работы корректора.

Известно, что утомление человека зависит не

только от распределения яркости (её однородности)

в поле зрения и от спектрального распределения

излучения, но и от уровня яркости рабочей поверх-

ности. Исследования качественных характеристик

освещения показывают также, что зрительное утом-

ление возрастает по мере увеличения времени пре-

бывания в условиях дискомфортного освещения.

Дискомфортные условия могут возникнуть не толь-

ко в результате наличия ярких пятен в поле зрения

наблюдателя, но и в результате недостаточной ярко-

сти поля зрения. Уровень освещённости на светлой

поверхности, определяющий границу дискомфорта,

повышается по мере увеличения цветовой темпера-

туры источника белого цвета (рис. 10).

Актуально


Рис. 8. Взаимодействие синего излучения с глазом ребенка до 9 лет

Рис. 9. Общая схема взаимодействия синего света и сетчатки глаза

Зеаксантин

Свет

Синий

спектр

Лютеин

Природные

солнцезащитные очки

Макула


На рис. 10 обозначены условия проведения экс-

перимента и рекомендации по уровню освещённо-

сти по ГОСТ ИСО 8995-2002 «Принципы зрительной

эргономики. Освещение рабочих систем внутри по-

мещений».

Основные результаты эксперимента представле-

ны в табл. 5.

Табл. 5. Основные результаты эксперимента проведённого Научным центром здоровья детей РАМН , при финансовой поддержке

ГК "РОСНАНОТЕХНОЛОГИИ» (в эксперименте участвовали «дети» от 18 до 30 лет)

Наименование показателя

Типы светильниковРастровый светоди-одный светильник,

изготовленный по ре-комендации НИИ СФ

Светодиодный светильник

BetaLux 1–30

Коэффициент

пульсаций све-

тового потока

менее 0,5 менее 0,5

Утомляемость

испытуемых

в 2 раза выше по

сравнению с люминес-

центным освещением

не превышает

показатели

контрольной

группы

Работо-

способность

снижена более чем в

2 раза

повысилась в

сравнении с

контрольной

группой на 12%

По этой схеме НИИ СФ (открытые линзы белых

светодиодов) разработана основная (более 87%)

масса светодиодных светильников, которые в спеш-

ном порядке устанавливаются везде в соответствии

с утверждённым в 2009 г. решением о переходе на

светодиодное освещение.

После утверждения СанПиН специалисты ла-

боратории профессионального отбора и психофи-

зиологии и реабилитации ФГУП ВНИИЖГ Роспо-

требнадзора провели исследования по влиянию

светодиодного света и света от штатных ламповых

светильников на психофизиологическое состояние

человека (машиниста подвижного состава РЖД).

Метрологическую оценку светильников и рабочего

места проводили ведущие специалисты по охране

труда ВНИИЖТ РЖД, которые реализуют програм-

му по внедрению светодиодного освещения на объ-

ектах РЖД.

Обобщённые результаты ВНИИЖГ представлены

в табл. 6.

Актуально


Рис. 10. Области комфортного и дискомфортного освещения

Анализ приведённых в табл. 4, 5, 6 данных позво-

ляет сделать следующие выводы:

• от спектра света белого светодиода и приме-

няемой оптики (на уровне светодиода и освети-

тельного прибора) зависит степень воздействия

на психофизиологическое состояние человека

(машиниста). Прямое воздействие света от све-

тодиодов (растровый светодиодный светильник,

изготовленный по рекомендации НИИ СФ, — от-

крытые линзы белых светодиодов) снижает ра-

ботоспособность более чем в 2 раза и повышает

утомляемость испытуемых более чем в 2 раза;

• по «мелатониновому» признаку особо опасно ис-

пользовать для освещения в вечернее и ночное

время светодиоды холодного (6000—10000 К) и

даже нейтрального (4000—5000 К) белого света.

Биологическая доза (подавление мелатонина) по

сравнению с лампой накаливания возрастает в

2—3 раза;

• проведённые ООО «Полупроводниковая техни-

ка» исследования доказали, что нельзя бездумно

заменять привычные источники света в тради-

ционных светильниках. Поскольку обладающие

большой, по сравнению со стандартными люми-

несцентными лампами, светимостью светодио-

Табл. 6. Обобщённые результаты исследований ВНИИЖГ

Показатели Психофизиологическая оценка (баллы)

Лампа на-

каливания

с белым

плафоном

Люминес-

центный

светиль-

ник

Светодиод-

ный фонарь с

микролинзовым

рассеивателем

Светодиодная

панель с микро-

линзовым рас-

сеивателем

Оценка про-

водилась по

параметрам

утверждённой

методики

Плюс 5 Минус 2 Минус 5 Минус 9

Примечание. Плюс — позитивные изменения (тенденции); минус — негативные изменения (тенденции)

Зона комфорта

Цветовая температура, К

Освещ

ённо

сть,

лк

Дискомфорт


ды имеют большее слепящее действие, человек,

длительное время находящийся в офисе с откры-

тыми светильниками, устаёт больше, кроме это-

го, снижается его работоспособность более чем в

2 (!) раза;

• участники российского светодиодного рынка

оживлено обсуждают данные темы .за круглого

стола РОСНАНО. В выступлениях за круглым сто-

лом А. Чубайс отмечает, что работы по изучению

влияния светодиодного освещения на человека

ведутся и даже рассказал о проведенном экспе-

рименте с участием добровольцев-волонтеров.

По итогам исследований были подготовлены из-

менения в СНИП и некоторые нормативные акты.

Что было подвергнуто критике профессором, ака-

демиком АЭН РФ Ю. Б. Айзенбергом. По мнению

профессора, для изучения влияния светодиодов

необходимы масштабные исследования.

За рубежом проводятся систематически глубо-

кие всесторонние медико-биологические исследо-

вания по влиянию света на человека.

В рамках первой концепции десятилетние иссле-

дования по светодиодной технологии приносят ди-

виденды. Светодиодная технология выполняет свои

обещания, предлагая рынку осветительных прибо-

ров всё более эффективные способы преобразова-

ния электронов в фотоны. Например, CREE недав-

но объявила, что достигла для белого светодиода

208 лм/Вт. Для себя фирмы определяют достижи-

мые уровни эффективности: 250 лм/Вт — компания

UCSB и до 280 лм/Вт — Philips.

Темпы роста эффективности белых светодиодов

быстро приближаются к теоретическому пределу, но

при этом обостряется проблема рассеивания света

от точечного источника с большой яркостью. Поэто-

му хочется отметить, что поток излучения одноватт-

ных синих светодиодов превышает 700 МВт (в тепло

уходит 0,3 Вт). Поэтому наполняются новым смыс-

лом слова директора по продажам Philips Lumileds

Lighting Ове Соренсена (Ove Sorensen), который со-

общил, что в ближайшие два года его компания со-

бирается продать свои реакторы по производству

кристаллов для светодиодов. В современных усло-

виях не так важно, какой кристалл вы используете,

а очень важно, в какой корпус устанавливается кри-

сталл и какой применяется люминофор.

В США, Европе и России за последние годы

(2005—2011 гг.) и особенно последние два года на-

шла широкое распространение и развитие концеп-

ция удалённого люминофора. В настоящее время в

обеспечение этой концепции разрабатывается ком-

плекс нормативных документов и ей уделяется при-

стальное внимание.

По проекту РОСНАНО люминофоры с кванто-

выми точками разрабатываются НТИЦ «Нанотех-

Дубна» и имеют следующие характеристики:

материалы CdSe/CdS/ZnS, InP/ZnS, CuInSe2

размер частиц, нм 7—15

диапазон возбуждения, нм 200—590

квантовый выход, % 90.

В США светодиодные лампы на квантовых точках

не получили дальнейшего развития. Характеристики красных люминофоров на осно-

ве квантовых точек:

длины волн максимумов

флуоресценции, нм 600—640

квантовый выход флуоресценции, % 90

диапазон температур, оС от -40 до + 50.

В настоящее время квантовые точки идут как

добавки в основной удалённый люминофор, что по-

вышает общий выход света при соответствующих

тепловых режимах работы.

Многочисленными работами зарубежных иссле-

дователей показано, что удалённый люминофор

обеспечивает более высокую (до 30%) светоотдачу

и при этом получается рассеянный свет без слепя-

щего эффекта.

При реализации этой концепции люминофор мо-

жет наноситься на стекло, пластик и внедряться в

прозрачную керамику и пластик.

Применение люминесцирующего пластмассового

рассеивателя (ЛПР) имеет целью устранить неком-

фортность освещения за счёт снижения максималь-

ной габаритной яркости светящейся поверхности

светового прибора и обеспечения необходимого для

комфортного освещения пространственного распре-

деления света. Основными преимуществами разра-

батываемого подхода являются:

• отсутствие слепящего эффекта за счёт свечения

всей поверхности ЛПР, что повышает комфорт-

ность освещения, которая в световых приборах

на белых светодиодах может быть обеспечена

лишь ценой снижения светового потока (до 50%)

или увеличением затрат на использование опти-

ческих формирователей светового потока;

• технологическая простота варьирования цвет-

ности свечения и формообразования (литьё под

давлением, экструзия) ЛПР в целях обеспечения

требуемого распределения и спектрального со-

става света;

• более низкая рабочая температура люминофора

в ЛПР (менее 60оС) по сравнению с белыми све-

тодиодами (выше 100оС), что гарантированно

обеспечивает долгосрочную эксплуатацию све-

тового прибора с ЛПР (не менее 50 000 часов)

за счёт снижения скорости процесса деградации

люминофора.

Зарубежными компаниями, которые занимают-

ся созданием светодиодных осветительных прибо-

ров на основе принципа удалённого люминофора,

являются: Philips, Osram, CREE, Intematix, Vexica и

Xicato.

Актуально



На рис. 11 представлена светодиодная лампа с

удалённым люминофором компании Philips.

В августе 20011 г. Министерство энергети-

ки США объявило о том, что светодиодная лам-

па Philips с удалённым люминафором выиграла

L-премию по замене 60-ваттной лампы и призовое

вознаграждение 10 000 000 долларов.

В марте 2011 г. Президент России Дмитрий Мед-

ведев тестировал пилотный образец светодиодной

лампочки «Оптоган», которая в является аналогом

подаренной лампы Мaster LED.

В это время фирма CREE разработала прототип

светодиодной лампы с применением удалённого

люминофора, которая обеспечивает светоотдачу

152 лм/Вт и хорошие светотехнические показатели

(рис. 12).

Фирма CREE начала лицензионную экспансию

на изготовителей световых приборов, и компания

Ledzworld первой заключила лицензионный договор

на выпуск светодиодной лампы с удалённым люми-

нофором по технологии CREE.

Светодиодный светильник с удалённым люми-

нофором фирмы Оsram представлен на рис. 13.

Светильник состоит из металлической платы с

20 высокопроизводительными светодиодами синего

света, и каждый из них закрыт куполом удалённого

люминофора.

Разработки фирмы Intematix (США) представле-

ны на рис. 14. Эффективность применения изделий фирмы In-

tematix выше на 30% по отношению к традиционной

схеме построения светодиодного светильника на бе-

лых светодиодах.

Английская фирма Vexica включилась в гонку по

разработке светильников по технологии удалённого

люминофора. Модель разрабатывалась с примене-

нием удалённого люминофора и королевских синих

светодиодов CREE XLamp XT-E, которые созданы

специально для удалённого люминофора. Первона-

чально Vexica предлагала модули со световым по-

током 1200 и 2000 лм и пообещала более высокий

выход светового потока в моделях 2012 года. Пока-

затель цветопередачи — свыше 90.

ОАО «Институт

пластмасс» совместно

с ОАО ОКБ «МЭЛЗ»

с 2008 г. развивает

научно-техническое

направление по реа-

лизации принципа уда-

лённого люминофора,

которое заключается в

использовании для кон-

струирования светоди-

одных осветительных

приборов синих свето-

диодов и полимерного

композиционного мате-

риала для изготовления

оптического люминес-

цирующего рассеивате-

ля, обладающего спо-

собностью эффективно

преобразовывать излучение синих светодиодов в

белый свет.

В результате проведённых в ОАО «Институт

пластмасс» исследований:

• разработан полимерный композиционный мате-

риал (КМ) на основе прозрачной конструкцион-

ной пластмассы, мелкодисперсного люминофора

и функциональных добавок, обладающий способ-

ностью эффективно преобразовывать излучение

синих светодиодов с длиной волны 455—465 нм

в излучение жёлтой (570—590 нм) области спек-

Актуально


Рис. 11. Лампа компании Philips и элементы её конструкции

Рис. 12. Лампа фирмы CREE со световым

потоком 1330 лм, при потреблении 8,6 Вт

(лампа накаливания —

1300 лм и 100 Вт, лампа

«Оптолюкс Е-27» — 720

лм и 11 Вт)

Рис. 14. Изделия фирмы Intematix

Рис. 13. Светильник KREIOS М


тра, обеспечивая тем самым результирующее бе-

лое свечение изделия из КМ;

• создана технология изготовления из КМ люми-

несцирующих пластмассовых рассеивателей

(ЛПР) для светодиодных приборов общего и

местного освещения трёх различных типоразме-

ров, сконструированных по принципу удалённого

люминофора;

• разработана техническая документация на све-

топреобразующий композиционный материал и

технологию изготовления ЛПР на его основе;

• изготовлены и испытаны макетные образцы све-

тодиодных осветительных приборов с ЛПР раз-

личных типоразмеров, показавшие достаточные

результаты для замены традиционных источни-

ков света (ламп накаливания, компактных люми-

несцентных ламп).

На рис. 15 показаны образцы ЛПР для светоди-

одных осветительных приборов. На технологию ЛПР

получены патенты РФ.

Макеты светодиодных осветительных приборов

для местного и общего освещения, разработанные

ОАО «Институт пластмасс» совместно с ОАО ОКБ «МЭЛЗ», приведены на рис 16.

Рис. 16. Образцы светодиодных светильников с ЛПР

Актуально


• увеличить эффективность светильника более

чем на 150 лм/Вт;

• повысить надёжность и ресурс на 60 000 часов.

Однако не в полной мере решены проблемы:

• повышения показателя цветопередачи более

чем 90;

• управления величиной доли синего в объёме об-

щего спектра;

• большого перекрытия между возбуждением и

спектром излучения YAG; возможно, это из-за

большого количества самопоглощения в слое лю-

минофора.

Это говорит о том, что для эффективного выхода

света из осветительного прибора синий свет в нём

должен многократно конвертироваться на поверхно-

стях, покрытых тонким слоем люминофора.

Указанные выше проблемы удалённого люмино-

фора решаются сотрудниками компании Xicato, ко-

торая разрабатывает и производит светодиодные

модули для функциональной замены традиционных

галогенных ламп.

В настоящее время Xicato получены патенты на

светодиодные светильники с двумя удалёнными лю-

минофорами.

Применение оптической схемы с двумя уда-

лёнными люминофорами позволило значительно

понизить уровень доли синего в спектре

светодиодного модуля и приблизить его к спектру

галогенной лампы. В принципе можно синтезировать

спектр лампы накаливания, который имеет более

плавную кривую спектра.

На рис. 17 представлено сравнение спектра све-

тодиодного светильника, галогенной лампы и све-

тодиодного модуля с двумя удалёнными люмино-

форами при световом потоке каждого образца 700 лм.

Система двойного удалённого люминофора по-

зволяет получить светодиодные источники света с

высоким показателем цветопередачи более 95, и спо-

собным создавать комфортное освещение (рис. 18).

Ещё в начале 1940-х годов, когда внедрялись

люминесцентные источники света и учёные думали

о комфортности освещения и цветопередачи, Арье

Andries Kruithof, который работал в компании Philips,

провёл исследования о том, как человеческий глаз

относится к освещённости в данный момент време-

ни дня и цветовой температуре источника света.

Рис. 15. Образцы продукции ОАО «Институт пластмасс»

В рамках концепции удалённого люминофора

удалось решить следующие проблемы:

• получить рассеиваемый белый свет с малыми по-

терями;

• многократно уменьшить эффект ослепления;

• повысить эффективность (реализована система

освещения, эффективность которой всегда боль-

ше на 30%, чем у осветительной системы, разра-

ботанной по первой концепции);


Актуально


Система с двумя удалёнными люминофорами спо-

собна создавать комфортное освещение при малых

требуемых уровнях освещённости:

• на объектах общественного транспорта — не более

300 лк;

• на рабочих местах в офисах — не более 500 лк.

Для обеспечения комфортного освещения на уровне

менее 500 лк необходимо иметь источник света с корре-

лированной цветовой температурой менее 4000 К.

Но как видно из зависимости, приведённой на рис.

19, в точке значения с коррелированной цветовой тем-

пературой, равной 4000 К, пересекаются кривые эф-

фективности светодиодов белого света, в основе кото-

рых находятся синий светодиод или ультрафиолетовый.

Учитывая опасность доли синего света и требования

к комфортности освещения, разработчики белых свето-

диодов нашли инновационные решения их построения

на базе новых люминофоров и ультрафиолетовых све-

тодиодов.

Фирма Soraa, которая была создана в Силиконовой

долине, объявила о разработке инновационных свето-

диодов на базе GaN-на-GaN. Она разработала новое

поколение светодиодов, которые будут ярче и энерго-

эффективнее предыдущих. Один из создателей Soraa,

Сюдзи Накамура, известен благодаря своему

изобретению синего лазера и белых светодио-

дов. Светодиоды GaN-на-GaN могут работать

при гораздо более высокой плотности тока (око-

ло 250 А/см2),чем другие светодиоды GaN. Ком-

пания Soraa использует чипы треугольной фор-

мы, что значительно повышает эффективность

вывода света. GaN-на-GaN-светодиоды излуча-

ют в фиолетовой части спектра, скорее всего,

40—405 нм. Компания объединила светодиод с

тремя люминофорами. Директор фирмы Soraa

говорит, что разработанный светодиод предо-

ставляет полный солнечный спектр, избегая как

«голубого выброса», так и «голубого разрыва»,

что наблюдается в спектре обычных белых све-

тодиодов (синих светодиодов с жёлтым люмино-

фором).

В Soraa на базе технологии GaN-на-GaN устра-

нили основные недостатки светодиодного осве-

щения — выбросы и провалы в спектре света,

ограничение по плотности тока и получению све-

та с цветовой температурой ниже 3000 К при вы-

сокой эффективности.

Рис. 18. Комфортность освещения по Kruithof

Рис. 17. Сравнение спектра светодиодного светильника, галогенной лампы и светодиодного

модуля с двумя удалёнными люминофорами

Рис. 19. Зависимость эффективности свето-диодов синего и ультрафиолетового света от

коррелированной цветовой температуры


Синий светодиод

4000 ККоррелированнная цветовая температура

Эффек-тивность,

Ультра-фиолетовый

светодиод


Белый светодиод

Лампа Xicato

Белый светодиод


Спектр

ал

ьна

я и

нтенси

вно

сть, м

Вт/н

мИ

нтенси

вно

сть,

мВ

т

Лампа Xicato

25

20

15

10

5

0

600

500

400

300

200

100

0

350

37

5–

39

9

40

0–

42

4

42

5–

44

9

45

0–

47

4

47

5–

49

9

50

0–

52

4

52

5–

54

9

55

0–

57

4

57

5–

59

9

60

0–

62

4

62

5–

64

9

65

0–

67

4

67

5–

69

9

70

0–

72

4

72

5–

74

9

75

0–

78

0

400 450 500 550 600 650 700 750 800

Освещ

ённо

сть,

лк

дискомфортно

дискомфортно

Температура, К

комфортно


Актуально


Фирма ELECTROSPEL на базе синих, зелёных и

красных люминофоров и конструктивных материа-

лов разработала инновационный «вольфрамовый»

светодиод. Этот светодиод по спектру белого света

имитирует обычную вольфрамовую нить лампы на-

каливания. Их спектр света имеет тот же вид, что

и обычные лампы накаливания. Это делает их иде-

альными для замены ламп накаливания. При цве-

товой температуре чуть ниже 3000 К свет от этих

светодиодов производит отличное хроматическое

освещение. Превосходная цветопередача (более

95) и экологически положительный характер делают

эти светодиоды лучшим выбором для систем обще-

го освещения пространства. Это показывает, что

пионеры светодиодного освещения в своих новых

разработках учитывают мнения врачей о небезопас-

ности светодиодного освещения на базе синих све-

тодиодов.

В настоящее время концепция удалённого люми-

нофора получает новое развитие при замене синих

светодиодов на синие лазеры. Примером служит

разработка фар для BMW. Это создаёт предпосылки

для разработки эффективных волоконно-оптических

систем освещения с применением удалённого лю-

минофора и эффективных источников синего света.

Волоконно-оптическая система освещения с приме-

нением оптического люминесцирующего рассеива-

теля является перспективным направлением в осве-

щении экологически чистых помещений, в которых

не должно быть паразитных электромагнитных из-

лучений.

Анализ недостатков и достижений первой и второй

концепции построения светодиодных осветительных

приборов и результатов исследований отечествен-

ных (ФГУП ВНИИЖГ) и зарубежных медицинских

учреждений и организаций по охране труда привёл к

необходимости разработки новой концепции постро-

ения светодиодных светильников на базе модуля с

синими светодиодами (кристаллами) и интегриро-

ванным в него блоком питания, с двумя удалёнными

люминофорами (различных видов) и применением

нового теплопроводящего конструкционного мате-

риала. При этом осветительный прибор рассматри-

вается как комплексированное изделие, в котором

функциональные модули работают на разных фи-

зических принципах, но законы конструирования и

эффективного функционирования изделия в целом

синтезированы и взаимоувязаны с особенностями

физических процессов, протекающих в модулях. При

этом можно получить максимальную светоотдачу при

минимальных тепловых потерях энергии на её кон-

структивных (комплектующих) элементах при значи-

тельном снижении потребления энергии по цепи пи-

тания. Это является гарантом обеспечения высоких

эксплуатационных характеристик осветительного

прибора, минимальных эксплуатационных расходов

и его соответствия требованиям по экологии.

В настоящее время проводится работа по опти-

мизации состава отечественного люминофора, опти-

ческой схемы с учётом использования потока синего

(фиолетового) света и выявленных в ходе проведён-

ных исследований закономерностей по влиянию доли

синего света в общем спектре светодиодной лампы

на здоровье человека и его утомляемость. Получены

первые патенты на конвекторы с двумя и тремя уда-

лёнными люминофорами отечественной разработки.

Основные положения концепции удалённого лю-

минофора изложены и обсуждены на семинарах и

совещаниях в следующих организациях и учреж-

дениях: Международной ассоциации «Метро»; Все-

российском научно-исследовательском институте

железнодорожной гигиены (ФГУП ВНИИЖГ); Управ-

лении охраны труда, промышленной безопасности и

экологического контроля ОАО «РЖД»; ФБУЗ «Центр

гигиены и эпидемиологии в г. Москве» метрополи-

тена; Институте биохимической физики им. Н.М.

Эмануэля РАН; НИИ экологии человека и гигиены

окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН и Все-

российском научно-исследовательском и проектно-

конструкторском светотехническом институте

(ВНИСИ) им. С.И. Вавилова и представлены для

рассмотрения на секции Научно-экспертного совета

при рабочей группе Совета Федерации по монито-

рингу практики применения закона № 261-ФЗ.

ВЫВОДЫ1. Светодиодные панели с применением новых све-

тодиодов фирм SORAA или ELECTROSPEL могут создавать безопасные для глаз человека и его здоровья осветительные системы среды его оби-тания.

2. Концепция на базе удалённых люминофоров по-зволяет:• создать безопасные для глаз и здоровья чело-

века светильники, которые обеспечат комфорт-ные условия освещения среды его обитания;

• получить максимальную светоотдачу при ми-нимальных тепловых потерях энергии на её конструктивных (комплектующих) элемен-тах при значительном снижении потребления энергии по цепи питания. Это является гаран-том высоких эксплуатационных характеристик осветительного прибора и уменьшает риски возникновения пожаров;

• построить эффективные волоконно-опти-ческие системы освещения, что заменит часть электропроводки.

3. При массовом внедрении энергосберегающих технологий необходимо подумать о влиянии их блоков питания на долговечность кабелей и элек-трических сетей. Без решения этой оценки в усло-виях роста реактивной мощности и тока нулевой шины мы приближаемся к колапсу электрических сетей из-за деградации изоляции кабелей.

Выбор концепции построения безопасной и … 2012/kabeln… ·...

Documents