EleRas_predavanje_2.1

SVJETLOTEHNIČKE VELIČINE I JEDINICE

Prof.dr.sc. Slavko Krajcar

Aljoša Šribar, dipl.ing. OSRAM d.o.o.

Električna rasvjeta, 2009/2010Električna rasvjeta, 2012/2013

Uvod• Svjetlost se vrednuje na dva načina: fizikalnim veličinama i svjetlotehničkim veličinama.

• Fizikalnim se veličinama svjetlost opisuje u onom djelu gdje svjetlost promatramo energetski, kao elektromagnetski val ili kao energetsku česticu.

• Svjetlotehničke odnosno fotometrijske veličine vrednuju svjetlost na temelju osjetilnog efekta i ograničene su samo na vidljivo zračenje spektra 380 do 780 nm.

• Da bi se ove jedinice razlikovale dodaje im se indeks e za fizikalne i v za fotometrijske. Ako se odnose samo na određenu valnu duljinu dodaje se još oznaka λ , a ako se odnose na neki spektar onda se u zagradi piše npr. V(λ).

Veličina Oznaka Formula Mjerna jedinica

Svjetlosni tok Ø Ø = I×Ω Lumen (lm)

Jakost svjetlosti I I = Ø / Ω Candela (cd)

Rasvijetljenost E E = Ø / A Lux (lx)

Sjajnost (luminancija) L L = I / A Candela po

kv.metru (cd/m2)

Ø I

E L

/A /A

/ ΩΩΩΩ

/ ΩΩΩΩ

Meñusobni odnosi svjetlotehničkih veličina

A - osvijetljena ili svjetleća površina (m2)

ΩΩΩΩ - prostorni kut (sr)


Fotometrijske formuleJakost svjetlosti I

Svjetlosni tok u određenom smjeruProstorni kut

I[cd] = Ø[lm]/Ω[sr]

Svjetlosni tok Ø Jakost svjetlosti × Prostorni kut Ø[lm] = I[cd] × Ω[sr]

Rasvijetljenost ESvjetlosni tok = Jakost svjetlostiRasvijetljena površina Kvadrat udaljenosti

E[lx] = Ø[lm]/A[m2] =I[cd]/d2[m2]

Luminancija LJakost svjetlostiSvjetleća površina

L[cd/m2] = I[cd]/A[m2]

Svjetlosna Svjetlosni tok

• Prostorni kut predstavlja omjer površine kugle (A) i kvadrata njenog polumjera (r).

• Ω = A/r2

• SI jedinica mjere je steradijan (sr). Puni prostorni kut iznosi 4 sr.π

Svjetlosna

iskoristivost ηηηηSvjetlosni tokElektrična snaga

η[lm/W] = Ø[lm]/P[W]

A = Površina kugle

r = Polumjer kugle


Svjetlosni tok• Svjetlosni tok predstavlja snagu zračenja koju emitira izvor svjetla u svim smjerovima. Ovo zračenje

ljudsko oko vrednuje kao svjetlost prema krivulji osjetljivosti ljudskog oka. Jedinica za svjetlosni tok je lumen (lm). To je izvedena jedinica SI sustava - točkasti izvor svjetla ima svjetlosni tok od 1 lm kada u prostorni kut od 1 sr zrači jakošću svjetlosti od 1 cd.

• Svjetlosni tok standardne žarulje sa žarnom niti snage 100 W iznosi 1.380 lm, a kvalitetne fluorescentne cijevi snage 18 W iznosi 1.350 lm.

• Da bi mogli povezati fotometrijske i fizikalne veličine, koristimo konstantu razmjernosti K(λ), koju nazivamo fotometrijski ekvivalent zračenja. Tako vrijedi:

• gdje je Km maksimalni fotometrijski ekvivalent zračenja i iznosi 673 lm/W kod monokromatskog zračenja od 555 nm.

λλλλλλλλΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ λλλλ d)(VK emv ∫==


Jakost svjetlosti• Jakost svjetlosti predstavlja snagu zračenja koju emitira izvor svjetla u određenom smjeru. Jedinica za

jakost svjetlosti je candela (cd). To je osnovna jedinica SI sustava - definirana kao jakost svjetlosti koju u određenom smjeru zrači monokromatski izvor svjetla frekvencije 540×1012 Hz i snage zračenja u tom smjeru od 1/683 W/sr.

• Jakost svjetlosti može se predstaviti vektorom. Spajanjem svih vrhova vektora u jednoj ravnini izvora svjetlosti dobiva se krivulja distribucije jakosti svjetlosti (fotometrijska krivulja). Obično se kod prikaza fotometrijske krivulje odabiru standardizirane ravnine.

• Izvori svjetlosti sa simetričnom karakteristikom definiraju se svjetlosnim tokom u lumenima, i za njih vrijedi da je Ø = 4 I, a ostali (npr. reflektorske žarulje) pomoću jakosti svjetlosnog toka.

• Vrijedi: I = Iv = dØv / dΩ, odnosno za konačni tok: I = Ø/ Ω


Rasvijetljenost• Rasvijetljenost je mjerilo za količinu svjetlosnog toka koja pada na određenu površinu. Jedinica za

rasvijetljenost je lux (lx) i to je izvedena jedinica SI sustava. Lux je definiran kao rasvijetljenost 1 kvadratnog metra na koju pada ravnomjerno raspodijeljen svjetlosni tok od 1 lm. Radi se o isključivo računskoj veličini, koju naše oko ne primjećuje.

Primjer Rasvijetljenost [lx]

Rasvjeta operacijskog stola 20.000 - 120.000

Sunčan ljetni dan 60.000 - 100.000

Oblačan ljetni dan 20.000

• Vrijedi:

E = Ev = dØv / dA, odnosno za konačni tok: E = Ø/ A. Također vrijedi (zbog Ω= A/r2 i Ø=I× Ω) E = I/r2. Ovaj izraz vrijedi ako svjetlost pada okomito na površinu koju rasvjetljava, a ako pada pod kutom α, potrebno je izraz pomnožiti s cos α.

Oblačan ljetni dan 20.000

Oblačan zimski dan 3.000

Dobro rasvijetljeno radno mjesto 500 - 750

Pješačka zona 5 - 100

Noć s punim mjesecom 0,25

Noć s mladim mjesecom 0,01


Rasvijetljenost

300 lxsredina sobe

2.500 lxuz prozor

10 lx u podrumu

6.000 lxispod tende

100.000 lxna suncu

10.000 lx u sjeni


Rasvijetljenost• Razlikujemo dvije vrste rasvijetljenosti: rasvijetljenost površine i rasvijetljenost u točki.

• Rasvijetljenost površine je omjer svjetlosnog toka izvora svjetlosti koji pada okomito na zadanu površinu i zadane površine. U slučaju da svjetlosni tok pada na zadanu površinu pod kutom α, rasvijetljenost je manja i iznosi: E’=Ø’/A = Ø×cos α/A = E×cos αααα.

• Rasvijetljenost točke određene površine je omjer jakosti izvora svjetlosti koja pada okomito na tu točku i kvadrata udaljenosti, i iznosi E = I/r2. U slučaju da svjetlosni tok pada na točku pod kutom γ, rasvijetljenost u toj točki dobivamo kao rezultantu horizontalne i vertikalne rasvijetljenosti: Eh i Ev.

• Eh = E×cos γ ; Ev = E×sin γ

Rasvijetljenost površine Rasvijetljenost u točki


Rasvijetljenost• Vrijede sljedeće formule za izračunavanje rasvijetljenosti u točki:

Rasvijetljenost Pomoću r Pomoću h

E

Eh

2rI

E γγγγ= γγγγγγγγ 2

2cos

hI

E ×=

γγγγγγγγ cosrI

E2h ×= γγγγγγγγ 3

2h coshI

E ×=

γγγγγγγγγγγγ tgEsinI

E ×=×= γγγγγγγγγγγγ sincosI

E 2 =××=

• Srednja vrijednost rasvijetljenosti neke površine izračunava se kao srednja vrijednost rasvijetljenosti određenog broja točaka te površine, tako da vrijedi:

• Ovaj izraz je izuzetno pogodan za proračun srednje rasvijetljenosti, te je osnova rada većine programa za svjetlotehnički proračun. Raster točaka za proračun definiran je međunarodnim standardima, ili prilagodljiv specifičnim zahtjevima.

Evγγγγγγγγγγγγ tgEsin

rI

E h2v ×=×=γγγγ

γγγγγγγγγγγγ

tgE

sincoshI

E

h

2

2v

×=

=××=

∑=

=N

1i

im N

EE


Luminancija• Luminancija (L) je sjajnost rasvijetljene ili svjetleće površine kako je vidi ljudsko oko. Mjeri se u

candelama po površini (cd/m2), a za izvore svjetlosti često se koristi i prikladniji oblik (cd/cm2). Oko posebno dobro vidi razliku između luminancija. Luminancija je jedina fotometrijska veličina koju ljudsko oko može direktno vidjeti.

Visoka luminancijaMala promatrana površina

Izvor svjetla Prosječna luminancija [cd/m2]

Sunce u podne 1,6 ×109

Xenon kino žarulja 0,2 - 5×109

Bistra standardna žarulja 2 × 106 – 2 × 107

Fluorescentna cijev 1,2 × 10

• Primjer različitih izvora svjetlosti jednake jakosti svjetlosti, ali različite luminancije, koju primjećuje ljudsko oko.

Niska luminancija

Velika promatrana površina

Fluorescentna cijev 1,2 × 104

Bijeli oblak 1 × 104

Svijeća 7.500

Vedro nebo 3.000 – 5.000

Mjesec 2.500

Ugodna unutarnja rasvjeta 50 - 500

Bijeli papir pri 500 lx 100

Bijeli papir pri 5 lx 1

Noćno nebo 10-3


Luminancija• Luminancija opisuje fiziološki učinak svjetlosti na oko, te predstavlja najvažniji čimbenik projektiranja javne

rasvjete. Kod difuznih refleksivnih površina (faktor refleksije jednak u svim smjerovima), kakve se uglavnom nalaze kod unutarnjih prostora, moguće je jednostavno povezati luminanciju i rasvijetljenost sljedećim izrazom:

ππππρρρρ E

L×= (Lambertov zakon)

• Budući da je luminanciju u tom slučaju jednostavno izračunati

mala luminancija velika luminancija

slučaju jednostavno izračunati putem rasvijetljenosti (koja se može jednostavno dobiti proračunom), onda se vrijednosti za unutarnju rasvjetu uvijek daju u lx (rasvijetljenost).

• Kod javne rasvjete, gdje okolina nema karakteristike difuzne refleksije, već prevladava miješana refleksija, ovaj izraz ne vrijedi, i vrijednosti za javnu rasvjetu daje se u cd/m2 (luminancija).

• Pri tome se definira koeficijent luminancije q (sr-1), koji osim o vrsti materijala ovisi i o položaju izvora svjetlosti i promatrača, a da pri tome vrijedi: L=q×E.

Ovisnost luminancije o površini


Luminancija

• Luminancija je osjećaj svjetline koji svjetleća ili rasvijetljena ploha emitira u ljudsko oko.

• Mjeri se u kandelama po • Mjeri se u kandelama po površini [cd/m2].

• To je jedina stvarno vidljiva svjetlotehnička veličina !


Osnovne svjetlotehničke veličine

Svjetlosni tok

Svjetlosni tok je količina svjetla koju emitira izvor svjetla.

Mjerna jedinica: 1 Lumen (lm)

Jakost svjetlosti

Jakost svjetlosti predstavlja svjetlosni tok u odreñenom

smjeru.Mjerna jedinica: 1 Candela (cd)

Rasvijetljenost

Prosječna rasvijetljenost neke površine je svjetlosni tok po

jedinici površine:Lux = Lumen/m2

Luminancija

Luminancija pokazuje utjecaj svjetline neke plohe koju vidi

oko.Mjerna jedinica:

Candela /m2 (cd/m2)


Ostale svjetlotehničke veličineKoličina svjetlosti - cjelokupna svjetlost koju neki izvor zrači tijekom vremena.

dtQQ vv ∫== ΦΦΦΦ Q=Ø×t, (lms)

Ekspozicija – plošna gustoća rasvijetljenosti

dtEdAdQ

HH vv

v ∫=== H=E×t, (lxs)

Svjetlosno isijavanje - isijavanje na točki izvora svjetla je svjetlosni tok kojeg zrači jedinična površina u toj točki

dAd

MM vv

ΦΦΦΦ== M= Ø/A, (lm/m2)dAMM v == M= Ø/A, (lm/m2)

Svjetlosna iskoristivost zračenja – omjer izmeñu svjetlosnog toka i pripadajuće snage zračenja

ee

vKΦΦΦΦΦΦΦΦ

ΦΦΦΦΦΦΦΦ == Ø svjetlosni tok (svjetlotehnički), a Øe svjetlosni tok (fizikalni), (lm/W).

Budući da je vrijednost K ovisna o valnoj duljini zračenja, definira se fotometrijski ekvivalent zračenja K(λ):

Gdje je Km= 673 lm/W, i predstavlja maksimalni fotometrijski ekvivalent zračenja.

K(λ) je fotometrijski ekvivalent zračenja valne duljine λ.

)(VK)(K m

,e

,v λλλλΦΦΦΦΦΦΦΦ

λλλλλλλλ

λλλλ ==

Svjetlosna iskoristivost zračenja – omjer izmeñu toka zračenja po V(λ) krivulji i fizikalnog toka zračenja

m

0,e

0,e

KK

d

d)(VV ==

∫

∫∞

∞

λλλλΦΦΦΦ

λλλλλλλλΦΦΦΦ

λλλλ

λλλλ, odnosno za vidljivi dio zračenja

m

nm780

nm380,e

nm780

nm380,e

KK

d

d)(VV ==

∫

∫

λλλλΦΦΦΦ

λλλλλλλλΦΦΦΦ

λλλλ

λλλλ


Ostale svjetlotehničke veličine• Svjetlosna iskoristivost izvora svjetlosti

definira se kao omjer dobivenog svjetlosnog toka izvora svjetlosti i uložene snage:

• η=Ø/P [lm/W]

• Svjetlosna iskoristivost pokazuje iskoristivost kojom se uložena električna

199 lm/W = teoretska granica za vidljivo svjetlo (3 80 - 780 nm)Niskotla čne natrijeve žaruljeVisokotla čne natrijeve žaruljeFluorescentne cijeviMetalhalogene žarulje

683 lm/W = teoretska granica za monokromatskozeleno svjetlo (555 nm)

Visokotla čne živine žarulje

Specijalne žarulje, ksenon žarulje, žarulje s miješanim svjetlom

iskoristivost kojom se uložena električna energija pretvara u svjetlost. Teoretski maksimum iskoristivosti, pri kojem se sva energija pretvara u vidljivo svjetlo iznosi 683 lm/W. U stvarnosti vrijednosti su puno manje i iznose između 10 i 150 lm/W.

• Svjetlosna iskoristivost predstavlja jedan od osnovnih parametara za ocjenu ekonomičnosti rasvjetnog sustava.

Standardne žarulje sa žarnom niti

Žarulje s ugljenom niti

Tinjalice, elektroluminiscentne plo če

Parafinske žarulje

Svijeća


Izvori svjetlosti klasificirani prema energetskoj učinkovitosti

• Najštedljiviji izvori svjetla imaju oznaku A

• najrastrošniji imaju oznaku G

Halogene žarulje

D

Fluorescentne cijevi

AC

Termičko zračenjeSrednja iskoristivost

E

Fluorescentne cijevi

Izboj u plinuVrlo visoka iskoristivost

Štedne žarulje

Izboj u plinuVisoka iskoristivost

A

B

“Štede energiju”

“Troše energiju”

Odaberite iskoristivost !

Standardne žarulje

Termičko zračenjeNiska iskoristivost


Zabrana uporabe neučinkovitih izvora svjetlosti (EuP)

• http://www.youtube.com/watch?v=1R8UbDXjMEY

• http://www.youtube.com/watch?v=5jxBRiWsCoI

• http://www.youtube.com/watch?v=g57IX0H4AS0

• http://www.centennialbulb.org/

IZVORI SVJETLOSTI

Prof.dr.sc. Slavko Krajcar

Aljoša Šribar, dipl.ing. OSRAM d.o.o.


Podjela i svojstva• Izvore svjetlosti prvenstveno dijelimo prema načinu generiranja svjetlosti –

principom termičkog zračenja (žarulje sa žarnom niti) i principom luminiscencije (žarulje na izboj).

Termi čko zračenje Elektri čno zračenje Luminiscencija

sunce krijesnica

Prirodni

grom

standardna žarulja

živina žaruljametalhalogena žaruljanatrijeva žarulja

dioda

žarulja s mješanim svjetlom

fluorescentne cijevi

halogena žarulja

Prirodniizvori svjetla

Umjetniizvori svjetla


Generiranje svjetlosti• Postoje dva načina generiranja umjetnog svjetla:

termičko zračenje i luminiscentno zračenje.

• Ova dva principa čine osnovu podjele izvora svjetlosti.

Izvori svjetla

Žarulje s krutinom Žarulje na izbojŽarulje s krutinom Žarulje na izboj

Luminiscentno zračenje Termičko zračenje Tinjavi izboj Izboj s lukom

LED

Laser

Izotopna žarulja

Elektro luminiscencija

Foto luminiscencija

Radio luminiscencija

Kemo luminiscencija

Bio luminiscencija

Tribo luminiscencija

Standardne žaruljeHalogene žarulje Visokotlačne žarulje

na izbojNiskotlačne žarulje

na izbojHalogene žarulje na

mrežni naponŽivine žarulje Fluorescentne cijevi

Niskonaponske halogene žarulje

Metalhalogene žarulje Fluokompaktne žarulje

Visokotlačne natrijeve žarulje

Niskotlačne natrijeve žarulje


Generiranje svjetlosti• Svjetlosno zračenje koje se ne zasniva na termičkom zračenju naziva se

luminiscentno zračenje. Luminiscentno zračenje nastaje kada elektroni prelaze iz jedne energetske razine u drugu. Potrebnu energiju za luminiscenciju moguće je dovesti iz različitih izvora:Oznaka Energija Primjer

Elektro luminiscencija Električna energija Izboj u plinu, pn - prijelaz

Foto luminiscencija Elektromagnetsko zračenje UV konverzija s luminiscentnim materijalima

• Visokotlačne žarulje na izboj su prema tome izvori luminiscentnog zračenja gdje se potrebna izlazna energija dobiva tokom električne struje. Za razliku od njih, luminiscencija fluorescentnih žarulja dolazi od energije zračenja (UV zračenja).

Foto luminiscencija Elektromagnetsko zračenje UV konverzija s luminiscentnim materijalima

Kemo i bio luminiscencija Energija kemijske reakcije Gorenje, oksidacija, enzimske reakcije

Tribo luminiscencija Mehanička energija Svjetlosni efekti u kristalima

Termo luminiscencija Toplinska energija Svjetlosni efekti u kristalima

Radio luminiscencija Radioaktivnost Aurora Borealis


Podjela i svojstva• Izvori svjetlosti karakterizirani su osnovnim veličinama:

svjetlosni tok (jakost svjetlosti)uzvrat bojetemperature bojasvjetlosna iskoristivost

• Također se promatraju i sljedeća svojstva:

Kompaktnost Uporaba Ekonomičnost

zahtjevi za prostorom

veličina svjetiljke

utjecaj na arhitekturu

usmjerljivost svjetla

jednostavnost

komfor korisnika (temp. i uzvrat boje)

regulabilnost

jednostavnost zamjene

svjetlosna iskoristivost

vijek trajanja

cijena

trošak zamjene

Utjecaj na okoliš

• potrošnja energije • potrošnja prirodnih resursa • zbrinjavanje


Podjela i svojstva

Izvori svjetla za opću rasvjetu


Povijest i razvoj1879Standardna žarulja s ugljenom niti- Thomas A. Edison

1910Standardna žarulja s Wolframžarnom niti

1925BILUX® žarulja s dvije žarne niti

1931Niskotlačna natrijeva žarulja

1968POWERSTAR HQImetalhalogena žarulja

1970HMI METALLOGEN® žarulja

1971BILUX® H4halogena žarulja za automobile

1973HALOSTAR niskonaponska halogena žarulja

1985OSRAM DULUX® EL štedna žarulja

1987POWERSTAR HQI-Tkompaktna metalhalogena žarulja

1991D1 žarulja na izboj u plinu

1993COLORSTAR DSX-T 80Wnatrij-ksenon žarulja

• Razvoj izvora svjetlosti je konstantan: OSRAM postiže više od 60% svog prihoda s proizvodima koji nisu stariji od 3 godine!

1933Živina visokotlačna žarulja

1936Fluocijev

1954XBO visokotlačna Xenon žarulja

1968VIALOX® NAV Standardvisokotlačna natrij žarulja

1979LUMILUX®

fluocijev

1980QUICKTRONIC® DE LUXE

1982OSRAM DULUX® Lfluokompakta

1984DECOSTAR niskonaponska halogena žarulja s reflektorom

Anwendungsbereich: AC/DC 198 V bis 254 VGeeignet fr Batteriespannungen 154 V bis 276 VZur Verwendung in Anlagen nach VDE 0108 geeignetRange of application: AC/DC 198 V to 254 VRange of battery voltage: 154 V to 276 VSuitable for emergency installations acc. to VDE 0108

Temp.-Testtc = 70 C max.

class B0712T201 OW2 Made in Germany

1

L

2

3

4

PL (W)UN (V)fN (Hz)IN (A)l ta ( C)

1xL18 W1x16-205022050600,090,95 C

2400,0850,93 C OSRAM

1993FM minijaturna fluocijev

1995FH T5 fluocijevi

1996FQ T5 fluocijevi

1997OSRAM ENDURA fluorescentna žarulja bez elektrode


Žarulja sa žarnom niti• Žarulje sa žarnom niti generiraju svjetlo principom

termičkog zračenja.

• Svjetlost nastaje tako što struja teče kroz žarnu nit od Wolframa i ugrijava je na temperaturu od 2.600 – 3.000 K i usijava. Većina zračenja emitira se u IR dijelu spektra.

• Na osnovna svojstva standardne žarulje – svjetlosna iskoristivost i vijek trajanja – najviše utječe temperatura žarne niti. Što je ona viša, svjetlosna iskoristivost je veća, a vijek trajanja kraći.

• Vijek trajanja se smanjuje zbog naglog porasta broja atoma wolframa koji se odvajaju sa žarne niti pri porastu

Stvarne temperature T w za žarulje sa žarnom niti

2400 K – 15W žarulja (vakum)

2600 K – 40W žarulja (punjena plinom)

2800 K – 500W žarulja (punjena plinom)

zračenjezrač

enje

wolframa koji se odvajaju sa žarne niti pri porastu temperature. Ovaj proces ne samo da proizvodi tamni sloj na unutrašnjoj strani staklenog balona (što dovodi do smanjenja svjetlosnog toka), već i dovodi do pucanja žarne niti – pregaranja žarulje.

• Ovaj proces može se bitno umanjiti dodavanjem inertnog plina (Argon, Krypton ili Xenon) u punjenje balona, čime se podiže temperatura žarne niti (time i iskoristivost) i smanjuje isparavanje wolframa. Danas standardno punjenje čine plinovi Argon i Dušik, a Krypton ili Xenon dodaju se zbog poboljšanja iskoristivosti.

• Daljnji korak u poboljšanju iskoristivosti je način motanja spirale – dvostrukim motanjem spirale smanjuje se površina isijavanja, a time i gubici.

• Pr: Za standardnu žarulju snage 100W potrebno je 1m Wolframa debljine niti kose, a duljina žarne niti je 3 cm.

vidljiva svjetlost valna duljina



Žarulja sa žarnom niti• Svjetlosna iskoristivost žarulja sa žarnom niti snage

25 – 500W iznosi 9 – 17 lm/W. U svjetlost se pretvara 5-10% uložene energije, ostatak se pretvara u toplinu.

• Vijek trajanja: 1.000 sati

• Uzvrat boje: 1A

• Temperatura boje: 2.600 – 2.800 K

Shematski prikaz žarulje sa žarnom nitiSpektar zračenja

• Brojne pogonske karakteristike žarulje sa žarnom niti ovise o naponu.

• Svjetlosni tok je ovisan o naponu, što se koristi kod regulacije.

• Zbog trošenja žarne niti svjetlosni tok se smanjuje u pogonu, i obično na kraju iznosi 15% manje od nazivnog.

• Zbog izražene temperaturne ovisnosti otpora wolframove niti, struja uključivanja je bitno veća od nazivne struje (za 100W žarulju 14×, prijelazna pojava traje 56 ms).

Svjetlosni tok

Svjetl. iskoristivost

Snaga

Struja

Napon

Bazna vrijednost

Vijek trajanja

Shematski prikaz žarulje sa žarnom niti

Ovisnost standardne žarulje o pogonskom naponu

Spektar zračenja standardne žarulje


Žarulja sa žarnom niti• Žarulje sa žarnom niti imaju široku

primjenu (pogotovo u domaćinstvu) i proizvode se u različitim izvedbama.

• Također postoji i niz posebnih izvedbi – s povećanom sigurnošću (T), za visoke temperature, u boji ... Standardna žarulja - bistra Standardna žarulja - mat

Izokandelni dijagram standardne žarulje (normiran za svjetlosni tok od 1.000 lx)

Žarulja oblika svijećeŽarulja s opalnim staklom –BELLALUX SOFT svjetlo

Dekorativna GLOBE žarulja Linijska žarulja - LINESTRA


Žarulja sa žarnom niti• Posebnu grupu standardnih žarulja čine reflektorske žarulje. Reflektorom se

postiže usmjeravanje svjetlosnog toka u željenom smjeru, što podiže iskoristivost rasvjetnog sustava. Širinu snopa svjetla određuje reflektor.

Žarulja s ozrcaljenim vrhom balona – svjetlost se reflektira prema nazad, čime se postiže difuzna, neblješteća rasvjeta.

Žarulja sa SPOTLIGHT posrebrenim reflektorom –svjetlost se usmjeruje prema naprijed, čime se dobiva na dinamičnosti rasvjete, uz povećanu iskoristivost.

Žarulja s PAR reflektorom i prešanim staklom. Staklo predstavlja dodatnu leću, čime se poboljšava usmjerenost snopa. Moguće je postići jako uski snop. Zbog svoje povećane zaštite može se koristiti na otvorenom. Trajnost 2.000 sati.


Žarulja sa žarnom niti

PAR56 reflektor NSP

Ozrcaljeni vrh balona

SPOTLIGHT reflektor R80

PAR56 reflektor NSP



Grla

Dvostruki sustav refleksije u SPOTLIGHT reflektoru –smanjuje gubitak svjetlosti

Žarulje sa žarnom niti najčešće koriste E27 i E14 grla. E40 se koristi kod većih snaga, a S14 grla kod linijskih žarulja. PAR 56 reflektori koriste grlo GX16d.


Žarulja sa žarnom niti• Halogene žarulje su također žarulje sa žarnom niti, te koriste princip termičkog

zračenja pri generiranju svjetla. Dodatak halogenida (brom, klor, flor i jod) plinskom punjenju gotovo potpuno sprečava crnjenje balona žarulje, čime se održava gotovo konstantan svjetlosni tok kroz cijeli vijek trajanja. Zbog toga je moguće napraviti balon puno manjih dimenzija, s višim pritiskom plinskog punjenja, čime se dodatno povećava iskoristivost inertnih plinova u punjenju – Kryptona i Xenona. Također, moguće je žarnu nit zagrijati na puno višu temperaturu, čime se podiže svjetlosna iskoristivost (ovo nije bilo moguće kod standardne žarulje zbog pojačanog isparavanja Wolframa pri višim temperaturama).

• Glavna karakteristika halogenih žarulja je halogeni kružni proces.

• Wolfram koji isparava sa žarne niti odlazi prema stjenci balona, gdje se pri temperaturi < 1400 K spaja s halogenidima. Termičko strujanje odvodi ovaj spoj bliže temperaturi < 1400 K spaja s halogenidima. Termičko strujanje odvodi ovaj spoj bliže prema žarnoj niti, gdje se pri temperaturi > 1400 K razgrađuje, a atom Wolframa se ponovno vraća na žarnu nit. Pri tome on ne dolazi na staro mjesto, tako da ipak dolazi do pucanja žarne niti na kraju vijeka trajanja.

• Pri ovom procesu temperatura žarne niti doseže 3.000 K, a stakla i do 250ºC. Zbog toga se mora koristiti balon od kvarcnog stakla, koje je specijalno dotirano tako da ujedno i zadržava štetno UV zračenje.

1Wolfram (W) Halogenidi (X)

2W + nX WXn

3 4WXn W + nX

Halogenidi



Žarulja sa žarnom niti• Kao i standardna žarulja sa žarnom niti, halogena

žarulja jako je osjetljiva na promjene pogonskog napona.

• Pogotovo kod niskonaponskih žarulja (12 V AC), do izražaja dolazi osjetljivost vijeka trajanja o naponu. Zbog toga povećanje pogonskog napona od samo 5%(12,6 V) donosi smanjenje vijeka trajanja za 40%!!! Do ovakve drastične promjene dolazi zbog toga što se halogeni kružni proces odvija samo u strogim

300

200

150

100

90

140

%

130

120

110

105

100

80

60

40090 95 100 105 110%napon

rela

tivne

vr

ijedn

osti

rela

tivne

vr

ijedn

osti

halogeni kružni proces odvija samo u strogim temperaturnim (naponskim) granicama, te prestaje pri većim odstupanjima, čime se automatski znatno smanjuje vijek trajanja.

• Do povećanja napona dolazi uglavnom zbog neodgovarajućih transformatora (magnetski transformatori imaju nelinearnu karakteristiku, pa pri rasterećenju dolazi do rasta napona). Zbog toga suvremeni rasvjetni sustavi koriste elektroničke transformatore.

• Pri smanjenju napona dolazi do blagog povećanja vijeka trajanja, ali ne takvog kao kod standardnih žarulja.

Osnovne prednosti halogene žarulje u odnosu na standardnu žarulju su:

viša svjetlosna iskoristivost (do 25 lm/W)

dulji vijek trajanja (do 4.000 sati)

optimalna kontrola svjetla

male dimenzije

konstantan svjetlosni tok kroz vijek trajanja

viša temperatura boje – sjajno, bijelo svjetlo

80

70

60

50

40

30

2590 95 100 105 110%

napon

rela

tivvr

ijedn

osti

rela

tivne

vr

ijedn

osti


Žarulja sa žarnom niti230V-halogene žarulje 12V-halogene žarulje

HALOLUX® CERAM

HALOLUX® BT

HALOPAR® HALOLINE®HALOSTAR®

STARLITE

DECOSTAR 35

DECOSTAR 51

HALOTRONIC®

HALOLUX® HC

HALOLUX® CF

HALOLUX® T

HALOSPOT

HALOPIN®

Osnovna podjela halogenih žarulja – žarulje na linijski napon i niskonaponske halogene žarulje


Žarulja sa žarnom niti2/3 IR zračenja

Staklo

10% vidljivo svjetlo

20% gubici u plinskom punjenju (konvekcija i difuzija)

10% gubici zbog el. otpora žarne niti

Energetska bilanca halogene žarulje

Vidljivo svjetlo

SiO2, ZnS

Princip dikroičkog odsijača kod halogenih žarulja, čime se toplina odvodi iza žarulje, dalje od rasvijetljenog objekta

60% infracrveno zračenje

IR-refleksivni sloj

žarna nit

Nove tehnologije omogućuju dodatno poboljšanje iskoristivosti halogene žarulje. Uporabom specijalnog IR-refleksivnog sloja (IRC – Infra Red Coating), moguće je dio generiranog IR zračenja vratiti natrag na žarnu nit, te ga upotrijebiti za zagrijavanje žarne niti, zbog čega je potrebno dovesti manje el. energije.

Na ovaj način postiže se iskoristivost halogenih žarulja povećava do 30%



1000

2000

3000

120

150

180

210

240

OSRAM DECOSTAR® TITAN Reflektorlampe 50 W 12 V 46870 WFLLichtstärke in cd/klm

Niskonaponska halogena žarulja s dikroičkim odsijačem

0

0

30

60

90270

300

330

OSRAM

Izokandelni dijagram za 12V/50W halogenu žarulju s odsijačem, snopa 38°

s dikroičkim odsijačem

Niskonaponska halogena žarulja



standard upripremistandard u

pripremi

standard upripremi

Linijska halogena žarulja za mrežni napon

Halogena žarulja s dikroičkim odsijačem za

mrežni napon

Documents

EleRas_predavanje_2.1