Натриевые лампы для теплиц

Натриевая лампа или светодиодная. «Рыбий жир», знакомый с детства

Своеобразной точкой отсчета, относительно которой американские обыватели сравнивают новое и старое освещение улиц, являются светильники с лампами ДНаТ. Основная мощность их излучения сосредоточена в полосе от 550 до 650 нм, в результате чего свет имеет ярко выраженный оранжевый оттенок. Индекс цветопередачи CRI составляет менее 30. Цветовая температура (здесь и далее применительно к светильникам и источникам света мы будем говорить о коррелированной цветовой температуре) современных ДНаТ лежит в пределах 1900–2300 K, что по оттенку приблизительно соответствует излучению пламени костра.

Под светом ламп ДНаТ очень сложно распознавать цвета. Поэтому, помимо предполагаемого в теории улучшения визуального комфорта, замена ДНаТ на светодиодные светильники, способствует снижению преступности. Гораздо проще распознать по цвету машину в потоке, намного лучше работают камеры слежения как на дорогах, так и в пешеходных зонах.

Тем не менее, субъективно оттенок свечения ДНаТ выглядит приятно. Первые инсталляции таких ламп использовались для архитектурной подсветки, а также для создания в исторических районах городов визуальной среды, которая была там в эпоху газовых фонарей. А вот специалисты по светотехнике, которые больше привыкли верить в результаты измерений, чем в субъективные ощущения, с легким презрением называют оттенок свечения ДНаТ «рыбьим жиром».

Массовое внедрение светильников с натриевыми лампами высокого давления по всему миру началось в 80-е года XX века. Они устанавливались вместо светильников с ртутными лампами высокого давления (ДРЛ), дающих белое свечение. Такая замена по сложности сопоставима с нынешним переходом на светодиоды. Даже при использовании электромагнитных ПРА, импульсное устройство зажигания для ДНаТ содержит в себе дорогостоящую электронику — мощные тиристоры. Это требовало дешевых кредитов или способности государства концентрировать материальные ресурсы. Поэтому перейти на натриевые уличные светильники в 80-х годах удалось странам с плановой экономикой (ГДР, Венгрия, Чехословакия), высоким уровнем государственного регулирования экономики (Нидерланды, Финляндия, Швейцария) и легким доступом к кредитным ресурсам (США, Канада).

Выросло целое поколение жителей крупных городов, для которых уличное освещение оранжевого оттенка является нормой

Показателен пример Германии, в восточной части которой улицы освещаются натриевыми светильниками, а в западной — светильниками на люминесцентных лампах с цветовой температурой около 4000 K.

Так же разными оттенками уличного освещения отмечены восточная и западная части Берлина. Некоторые «диванные аналитики» объясняют такое различие технической отсталостью бывшей ГДР, но в реальности причины были иные. В ГДР натриевые лампы быстро внедрили в директивном порядке, а в Западной Германии федеральный центр не имел права принудить муниципалитеты раскошелиться на более эффективное освещение. Вот и используют в западной части Германии до сих пор светильники, аналоги которых у нас были сняты с производства еще в начале 70-х годов XX века из-за низкой энергоэффективности. Аналогичная ситуация наблюдается и в Великобритании.

Восточная часть Берлина освещена натриевыми светильниками,западная — люминесцентными

В СССР массовый переход от ДРЛ к ДНаТ также начался в 80-х годах и продолжился в постсоветской России. Но из-за огромных размеров страны он не завершен до сих пор. ДНаТ используются в крупных городах, а также в населенных пунктах, где есть крупные промышленные предприятия, и, как следствие, дефицит электроэнергии. Но в сельской местности, даже в Московской области, до сих пор для освещения улиц широко используют ДРЛ.

Таким образом, в мире уже выросло целое поколение жителей крупных городов, для которых с детства нормой является оранжевый оттенок освещения улиц. Но переход на натриевые лампы высокого давления произошел не везде, так что для части населения на улицах более привычно белое свечение.

Натриевые лампы

Для запуска натриевых ламп высокого давления, как и для запуска металлогалогенных ламп, применяются дополнительные запускающие устройства, подающие на лампу высокочастотные импульсы под напряжением 2–5 кВ.

Натриевые лампы высокого давления являются одним из наиболее экономичных типов ламп: светоотдача натриевых ламп мощностью 600 Вт составляет около 150 лм/Вт, что в 2,5 раза больше, чем у ртутных ламп, и в 10 раз больше, чем у традиционных ламп накаливания.

Низкий уровень передачи цветов обусловил главную область использования натриевых ламп высокого давления — освещение ночных улиц и остальных открытых пространств. В последнее время натриевые лампы начали довольно активно применяться и при подсветке некоторых производственных помещений, где уровень цветопередачи не играет первостепенной роли, к примеру, металлургических и металлообрабатывающих цехов с высокими потолками, складов, локомотивных депо и т.д.

Врачами доказано, что контрастная чувствительность и резкость различения цветов у человеческого органа зрения при желтых оттенках света имеют максимальные значения. Поэтому использование натриевых ламп высокого давления при освещении автомобильных дорог обеспечивает не только экономию энергии, но и позволяет водителям наиболее четко различать объекты и препятствия в темное время суток. Несмотря на положительные моменты использования натриевых ламп, повсеместная замена ртутных ламп на них долгое время была невозможной, так как для функционирования натриевых ламп необходимы специальные запускающие устройства.

Вклад ламп в снижение эксплуатационных расходов

Совсем недавно начался выпуск натриевых ламп высокого давления, обладающих пониженным напряжением зажигания. Эти лампы могут устанавливаться в классические светильники вместо ртутных ламп. При этом ртутные лампы высокого давления мощностью 400 ватт могут заменяться натриевыми лампами мощностью 210 ватт, но обеспечивающими гораздо более высокий уровень освещенности, что позволяет ощутимо экономить электрическую энергию.

За счет очень высокой химической стойкости и термостойкости поликристаллического оксида алюминия натриевые лампы обладают длительным сроком службы (до 28 500 часов). Американская компания General Electric выпускает натриевые лампы высокого давления с двумя горелками, в которых в наружной колбе друг напротив друга помещены две идентичные горелки, работающие по очереди. Продолжительность работы таких ламп составляет 55 000 часов (15 лет с 10-часовой ежедневной работой). Снижение качества светового потока в процессе работы у натриевых ламп высокого давления составляет около 20 процентов.

Натриевые лампы для теплиц

Анализ энергопотребления теплиц показал, что наиболее энергоемкими являются процессы облучения и обогрева растений. Около 40 % электроэнергии, потребляемой тепличными хозяйствами, используется для облучения. Поэтому аграрии достигают увеличения овощной продукции за счет внедрения энергосберегающих осветительных устройств.

Большое значение, помимо оптимальных параметров микроклимата теплиц, имеет качество облучения растений. Поэтому актуальным является также изучение влияния качественных параметров освещения на процессы роста и морфологического развития саженцев. Использование в технологиях облучения растений принципиально новых источников света – современных натриевых светильников в сочетании с другими источниками освещения (например, светодиодами) – позволяет значительно увеличить показатели конечной урожайности.

Зачем растениям нужен свет ↑

В естественной среде, то есть под открытым небом, стебли, а в большей степени листья, поглощают из воздуха влагу, углекислый газ, а назад в атмосферу отдают кислород. Солнечный свет используется растениями для фотосинтеза. Часть света поглощается землей, за счет чего она прогревается. Свет является главным источником энергии для растений. Для фотосинтеза большинство культур используют электромагнитные излучения в диапазоне четыреста-семьсот нанометров. Для растений непригодны УФ-излучение (ниже 380 нм) и ИК-излучение(выше 780 нм).

Красные, желтые и оранжевые части спектра влияют на цветение, плодоношение, корнеобразование и развитие растения в длину. Холодный синий спектр стимулирует развитие кустистости стеблей и листвы, а также рост в ширину. Для выращивания растений необходимо сбалансированное освещение

Получается, что, выбирая источники искусственного света, нужно обращать внимание на спектральные характеристики прибора

Сбалансированное освещение на основе LED-ламп и НЛВД

Цветовая температура у разных источников света различная, к примеру:

• пламя свечи имеет температуру 1900 К,
• cолнце – 5000-5500 К,
• небо в ясный день 10000-20000 К.

Солнечный свет, необходимый растениям, не постоянен, его температура варьируется и зависит от времени дня, поэтому для его имитации чаще всего используются комбинированные осветительные приборы. Солнце, находящееся:

• возле горизонта во время заката имеет температуру 3400 К,
• утреннее и обеденное солнце – 4300-4500 К,
• в зените – 5000 К.
• в сумерках освещение холодное – 7500-8500 К.

Яркий свет необходим светолюбивым растениям, которые в естественной среде растут или выращиваются на хорошо освещенной местности. Им требуется освещенность не менее 15000-20000 люкс. Растения, которые удовлетворительно чувствуют себя в полутени, требуют от 10000 до 15000 люкс. Освещение ниже 5000 люкс недостаточно даже для теневыносливых и тенелюбивых культур. Чтобы определить освещенность, нужно использовать специальный прибор – люксметр. Также существуют удобные комбинированные аппараты, которые одновременно могут измерять влажность и кислотность почвы плюс освещенность.

Прибор 3-в-1 для измерения кислотности, влажности и освещенности

Виды и особенности

Основные характеристики НЛВД, как правило, не зависят от окружающих температурных показателей, а диапазон рабочих температур может варьироваться от –60°С до +40°С.

Кроме всего прочего, такие осветительные приборы подходят для эксплуатации как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.

Все натриевые лампы имеют индивидуальную маркировку. Отечественными производителями выпускаются преимущественно дуговые натриевые трубчатые лампы высокого давления или ДНаТ. В зависимости от конструктивного исполнения, все современные натриевые источники освещения могут иметь:

• светопрозрачную цилиндрическую ламповую колбу с наличием резьбового цоколя;
• эллипсоидную светопрозрачную ламповую колбу с наличием резьбового цоколя;
• эллипсоидную матированную ламповую колбу с наличием резьбового цоколя;
• цилиндрическую стеклянную или кварцевую ламповую колбу с наличием двухстороннего цоколя;
• нестандартную форму ламповой колбы с наличием внутреннего отражателя.

Популярные в последние годы натриевые лампы высокого давления, оснащаемые двумя параллельно подключенными горелками и высоковольтным устройством зажигания, обладают существенно увеличенным временем эксплуатации, а область применения таких источников света не ограничивается только внутренним освещением.

Особое внимание в последние годы привлекают безртутные НЛВД. Например, количество опасной для человека ртути в стандартных осветительных приборах на 40 Вт снизилось в десять раз

Натриевые лампы высокого давления в безртутном варианте в настоящее время находятся в стадии разработки и конструктивного улучшения.

Лампа серии Osram Colorstar DSX-T 80W

К числу таких осветительных приборов можно отнести серию ламп Оsrаm СОLОRSTАR DSХ, не содержащих ртуть, но имеющих достаточно низкие показатели эффективности, а также безртутные лампы Меrсury Frее от производителя Sylvаniа. Второй вариант характеризуется улучшенными параметрами цветовой передачи. Не менее интересна продукция японских производителей Маtsushitа Еlесtriс, которая удачно сочетает в себе высокую цветопередачу при полном отсутствии импульсного ПРА.

Важно отметить, что безртутные натриевые лампы с высоким Rа обладает практически такими же характеристиками, как и ртутьсодержащие аналоги, но срок эксплуатации таких источников света значительно больше.

Натриевые лампы низкого давле­ния

Трубка наполняется соответст­вующим количеством металлическо­го натрия и инертными газами — не­оном и аргоном. Разрядная трубка помещается в защитную рубашку из прозрачного стекла, обеспечиваю­щую тепловую изоляцию разрядной трубки от наружного воздуха и под­держание оптимальной температу­ры, при которой тепловые потери незначительны. В защитной рубаш­ке должен быть создан высокий ва­куум, так как от величины и под­держания в период работы лампы вакуума зависит КПД лампы. На конце наружной трубки укреплен цоколь, обычно штиф­товой, для присоединения к сети.

Схемы подключения натриевых ламп высокого давления.

Сначала при зажигании натриевой лампы возникает разряд в неоне, и лампа начинает светиться красным светом. Под влиянием разряда в неоне разрядная трубка нагревается и натрий начинает плавиться (темпера­тура плавления натрия 98°С). Часть расплавленного натрия испаряется, и по мере повышения давления па­ров натрия в разрядной трубке лампа начинает светить­ся желтым светом. Процесс разгорания лампы продол­жается 10—15 мин.

Натриевые лампы относятся к наиболее экономич­ным из существующих источников света. На КПД лампы оказывает влияние ряд факторов: температура разрядной трубки, теплоизоляционные свойства защит­ной рубашки, давление газов-наполнителей и др. Для получения наибольшего КПД лампы температура раз­рядной трубки должна поддерживаться в пределах 270—280° С. При этом давление паров натрия составляет 4*10-3 мм рт. ст. Повышение и понижение температуры против оптимальной приводит к снижению КПД лам­пы.

Для сохранения температуры разрядной трубки на оптимальном уровне необходимо лучше изо­лировать разрядную трубку от окружающей атмосферы. Применяемые в отечественных лампах съемные защит­ные трубки не обеспечивают достаточной теплоизоляции, поэтому изготавливаемая нашей промышленностью лампа типа ДНА-140, мощностью 140 вт, имеет световую отдачу 80—85 лм/вт. Сейчас разрабатываются натриевые лам­пы, у которых защитная трубка представляет собой одно целое с разрядной трубкой.Такая кон­струкция лампы обеспечивает хорошую теплоизоляцию и вместе с усовершенствованием разрядной трубки пу­тем устройства на ней вмятин дает возможность поднять световую отдачу ламп до 110—130 лм/вт.

Давление неона или аргона должно быть не более 10 мм рт. ст., так как при более высоком их давлении может наблюдаться перемещение паров натрия в одну из сторон трубки. Это приводит к снижению КПД лампы. Для предотвращения перемещения натрия в лампе на трубке предусматриваются вмятины. Срок службы лампы определяется качеством стекла, давлением наполняющих газов, конструкцией и мате­риалами электродов и др. Под воздействием горячего на­трия, особенно его паров, стекло подвергается сильной эрозии.

Сравнительная шкала температур ламп.

Натрий — сильный химический восстановитель, поэтому, соединяясь с составляющей основой стекла, кремниевой кислотой, он ее восстанавливает до кремния, и стекло чернеет. Кроме того, стекло поглощает аргон. В конце концов в разрядной трубке остается один неон, и лампа перестает зажигаться. Средний срок службы лампы составляет от 2 до 5 тыс. ч.

Лампа включается в сеть с помощью автотрансфор­матора с большим рассеянием, который обеспечивает получение необходимого для зажигания лампы высокого напряжения холостого хода и стабилизацию разряда.

Основной недостаток натриевых ламп низкого давления — одноцветность излучения, что не позволяет использовать их для целей общего овещения в производственных условиях, из-за значительного искажения цвета предметов. Весьма эффективно приме­нение натриевых ламп для освещения, транспортных подъездных путей, автострад и в ряде случаев наружного ар­хитектурного освещения в городах. Отечественная промышленность выпускает натриевые лампы в ограни­ченном количестве.

Конструкция и принцип работы

Действие натриевой газоразрядной лампы основано на свойстве паров натрия, способных излучать монохроматический яркий свет в жёлто-оранжевом спектре. Это газообразное вещество заключено в особой колбе (трубке), называемой горелкой. Поскольку разогретые до высокой температуры пары натрия агрессивно действуют на стеклянные поверхности, то трубку изготавливают из более устойчивых веществ – боросиликатного стекла либо из поликристаллической окиси алюминия (в зависимости от типа лампы).

С каждой стороны горелки расположены электроды, предназначенные для создания дуговых разрядов, разогревающих пары натрия. Эта конструкция размещена в вакуумной стеклянной колбе, заканчивающейся резьбовым цоколем.

Здесь уместно заметить, что существует два типа таких осветительных приборов: НЛНД (низкого давления) и НЛВД (высокого давления). Описанная выше конструкция даёт общее представление об устройстве газоразрядных натриевых светильников обоих типов. Различаются эти лампы конструкциями горелок и рабочим давлением паров внутри трубок.

В натриевых светильниках низкого давления, его величина не превышает 0,2 Па, а в НЛВД – порядка 10 кПа. Соответственно отличаются и рабочие температуры паров натрия: 270–300 °С для НЛНД и 650–750 °С в горелках высокого давления. Отсюда понятно, что горелки НЛВД обладают достаточно высокими уровнями световых потоков, то есть светят довольно ярко.

Нет ничего удивительного в том, что натриевые лампы высокого давления постепенно вытеснили с рынка осветительные приборы типа НЛНД. Хотя спектр света соответствующий низкому давлению более приятен для глаз, горелки НЛНД уступили более мощным моделям с довольно высоким световым излучением.

Учитывая данное обстоятельство, мы будем акцентировать внимание именно на лампах типа НЛВД. Конструкция такого источника освещения изображена на рисунке 1

Здесь приведена схема трубчатой лампы ДНаТ.

Рис. 1. Устройтство ДНаТ

Цифрами обозначено:

• 1 – внешняя колба;
• 2 – никелированный цоколь;
• 3 – контактные пластины;
• 4 – газоразрядная трубка (горелка);
• 5 – молибденовые электроды;
• 6 – пары натрия с примесью инертных газов (аргон или ксенон);
• 7 – амальгама натрия;
• 8 – уплотнённый ниобиевый ввод;
• 9 – металлические проводники;
• 10 – молибденовые пластины;
• 11 – геттеры (газопоглотители).

На рис. 2 представлено фото натриевой лампы данного типа.

Рис. 2. Пример фото натриевой лампы высокого давления (НЛВД)

Колбы натриевых светильников бывают цилиндрическими (как на рисунке 2), эллиптическими, покрытыми изнутри тонким слоем светорассеивающего вещества (ДНаС). Они могут быть матированными (ДНаМТ) или содержать зеркальный отражатель рядом с горелкой (ДНаЗ).

Принцип действия.

Зажигание горелки натриевой лампы происходит от электрической дуги, возникающей между электродами. В канале электрического разряда образуется поток заряженных частиц из паров натрия. Строго говоря, внутри газоразрядной трубки находится не чистый натрий, а смесь газов. Для лучшего зажигания дуги добавляют аргон или ксенон либо пары ртути.

Сегодня уже существуют безртутные светильники. Они пока имеют более сложную конструкцию, но разработки продолжаются и, вероятно, они когда-нибудь заменят обычные лампы с ртутью.

Принцип действия похож на работу ртутных ламп, но для включения светильника, наполненного парами натрия, требуется импульсное напряжение высшее, чем для включения ДРЛ. После разогрева горелки импульсные токи необходимо ограничить. Поэтому для данного типа осветительных приборов производители НЛВД разработали специальные пускорегулирующие аппараты со встроенными импульсными зажигающими устройствами. Без использования ИЗУ зажечь натриевую лампу, включив её непосредственно в электрическую сеть, невозможно.

Фитолампы для теплиц. Что такое фитолампа и чем она отличается от обычной

Для роста и развития растений необходимы световые волны определенной части спектра. В нашем цветовом восприятии это свет красного и синего диапазона. Длина волны — 420–460 нм в синей части спектра и 630–670 нм в красной. Остальной спектр растениям нужен, но в гораздо меньшем количестве.

Подсветка растений светом определенного диапазона благотворно влияет на их развитие

При выращивании рассады, при содержании теплицы, растения «досвечивают» — продлевают световой день при помощи дополнительного освещения. Можно это делать обычными лампами, так как в их спектре тоже есть световое излучение требуемого диапазона. А фитолампа отличаются тем, что  спектр состоит, в основном, из волн требуемой длины. Так что, теоретически, они будут экономнее обычной подсветки. Ведь на «ненужный» растениям спектр расходуется меньше электроэнергии. Этот тип источников света называют еще агролампой, встречается написание агро-лампа. Продают не только отдельные лампы, но и целые светильники. Они также называются фитосветильник (фито-светильник), агросветильник (агро-светильник). В общем, называют как угодно. Но суть одна — в этом источнике света красный и синий свет присутствуют в большом количестве.

Для хороших результатов надо еще правильно подобрать нужный спектр. На фото прекрасно видно, что светодиодная фитолампа значительно эффективней для роста растений, чем обычная LED

Фитолампы есть двух типов. У одних — газоразрядных — присутствует весь спектр, но их отличие в том, что в требуемом диапазоне интенсивность излучения выше. Это отображается на спектрограммах таких источников света. Второй тип ламп — узкосегментированные люминесцентные и светодиодные. Отличить такую фито-лампу от обычной можно включив ее. Она светит сиреневым светом — из-за преобладающего красного и синего спектра.

Достоинства и недостатки

Если вы не можете определиться: ДНаТ или led лампы приобрести, то нужно рассмотреть плюсы и минусы натриевых устройств. Тогда вы сможете взвесить все за и против, чтобы сделать правильный выбор.

К положительным свойствам натриевых источников света относят их высокую светоотдачу, длительный срок службы, малое потребление энергии. Кроме того, они имеют высокий коэффициент полезного действия и устойчивы к перепадам температуры.

Однако ДНаТ требуют времени для запуска (5 – 10 минут), они имеют слабую цветопередачу, искажают цвета, чего не скажешь про светодиод. К минусам осветительного элемента можно отнести частое мерцание лампы, которое приводит к переутомлению глаз.

Подробнее о достоинствах и недостатках ламп ДНаТ будет рассказано далее.

Плюсы

Специалисты выделяют следующие положительные характеристики ламп ДНаТ:

1. Натриевые источники света излучают мощный световой поток (до 160Лм/Вт для ламп с высоким давлением, примерно 200 Лм/Вт для модулей с низким давлением). Эти показатели выше, чем у других видов натриевых устройств и лед-ламп.
2. Длительный ресурс эксплуатации – от 10000 до 30000 часов. При этом качество освещения не снижается.
3. ДНаТ потребляют минимальное количество электроэнергии, чему не могут не радоваться потребители. По этому показателю ДНаТ опережают ДРЛ.
4. Источники света корректно работают при температуре от -60 до +40. Светильник запускается даже при низкой температуре.
5. КПД лампы ДНаТ достигает 30%.

В зависимости от уровня внутреннего давления насыщенных паров натрия выделяют ДНаТ с высоким и низким давлением. Первые демонстрируют более высокие показатели, а вторые – низкие.

Натриевая лампа низкого давления (НЛНД) обладает всеми вышеописанными преимуществами. Ее применяют только для фонового освещения улиц, так как она выделяет едкий оранжевый цвет.

Натриевая лампа высокого давления (НЛВД) имеют более качественную цветопередачу, что позволяет устанавливать ее в спортивных залах, производственных помещениях. Кроме того, осветительный элемент обладает высокой светоотдачей при минимальном напряжении и длительным сроком эксплуатации. Запускаются натриевые лампы высокого давления быстрее, чем НЛНД.

Минусы

Кроме положительных характеристик лампы ДНаТ обладают негативными свойствами:

1. Низкая цветопередача, особенно у модулей низкого давления. Они искажают цвета, что не позволяет их использовать в жилых помещениях.
2. Температурное ограничение. Несмотря на заявленные производителем характеристики, рабочая температура ДНаТ находится в пределах от -20 до +30°. При нарушении этого условия прибор быстрее выйдет из строя и уменьшится светоотдача.
3. Чувствительность к перепадам электричества. Такие лампочки рекомендуется применять в сетях со стабильным напряжением. Хотя исправить этот недостаток может качественный дроссель.
4. Длительное время включения. После запуска лампочка горит слабо, максимальная светоотдача наблюдается через 5 – 10 минут.
5. Сильные пульсации тока (до 50Гц). По этой причине устройство не рекомендуется использовать для освещения домов и производственных помещений. Частое мерцание утомляет глаза.

Лампы ДНаТ содержат токсичную ртуть, поэтому утилизировать их нужно особым способом. Вышедший из строя прибор нужно отнести в специальные организации, которые занимаются опасными отходами.