Методические указания по применению бактерицидных ламп для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещениях (утв. Минздравмедпромом РФ от 28 февраля 1995 г. N 11-16

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 мая 2018 года; проверки требуют 39 правок.

Галогенная лампа накаливания с цоколем Е27 и двойной колбой

Металлогалоге́нная ла́мпа (МГЛ) — один из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. Отличается от других ГРЛ тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

Как определяется, примеры светильников

Энергоэффективность светильника – один из самых важных параметров при подборе источников освещения. Он отражает, насколько рационально прибор расходует электроэнергию для получения света. Показатель представляет собой соотношение светового потока в люменах к потребляемой мощности в ваттах. Чем больше значение, тем светильник эффективнее. Поэтому основным критерием выбора часто выступает именно энергоэффективность. Предлагаем изучить вопрос подробнее и сравнить по этому критерию разные виды ламп.

ПрименениеПравить

МГЛ — компактный, мощный и эффективный источник света (ИС), находящий широкое применение в осветительных и светосигнальных приборах различного назначения. Основные области применения:
киносъёмочное освещение, утилитарное, декоративное и архитектурное наружное освещение, автомобильные фары (так называемые «ксеноновые», осветительные установки (ОУ) промышленных и общественных зданий, сценическое и студийное освещение, ОУ для освещения больших открытых пространств (железнодорожные станции, карьеры и т. п.), освещение спортивных объектов и др. В ОУ технологического назначения МГЛ могут использоваться как мощный источник видимого и ближнего ультрафиолетового излучения. Компактность светящегося тела МГЛ делает их весьма удобным ИС для световых приборов прожекторного типа с катоптрической и катадиоптрической оптикой.

Бактерицидное действие ультрафиолета

Кванты с длинами волн в этом диапазоне поглощаются нуклеиновыми кислотами, что приводит к разрушению структуры ДНК и РНК. Помимо бактерицидного, то есть убивающего бактерии, этот диапазон оказывает вирулицидное (противовирусное), фунгицидное (противогрибковое) и спороцидное (убивающее споры) действие. В том числе убивается вызвавший пандемию 2020 г. РНК-содержащий вирус SARS-CoV-2.

Сколько нужно ультрафиолета для дезинфекции

Количество выживших микроорганизмов на поверхностях и в воздухе при увеличении дозы ультрафиолета снижается по экспоненте. К примеру, доза, убивающая 90% микобактерий туберкулеза – 10 Дж/м2. Две таких дозы убивают 99%, три дозы убивают 99,9% и т.д.

Рис. 9 Зависимость доли выживших микобактерий туберкулеза от дозы ультрафиолетового излучения на длине волны 254 нм.

Экспоненциальная зависимость примечательна тем, что даже малая доза убивает большую часть микроорганизмов.

Пример оценки необходимого времени облучения: допустим, необходимо дезинфицировать воздух и поверхности в комнате размером 5 × 7 × 2,8 метра, для чего используется одна открытая лампа Philips TUV 30W.

В среднем на поверхности падает поток бактерицидного излучения 6 Вт/137м2 = 0,044 Вт/м2. За час, то есть за 3600 секунд на эти поверхности придется доза 0,044 Вт/м2 × 3600 с = 158 Дж/м2, или округленно 150 Дж/м2. Что соответствует трем стандартным дозам 50 Дж/м2 или «трем девяткам» – 99,9% бактерицидной эффективности, т.е. требованиям к операционным. А так как рассчитанная доза, прежде чем упасть на поверхности, прошла через объем комнаты, с не меньшей эффективностью продезинфицирован и воздух.

Если требования к стерильности невелики и достаточно «одной девятки», для рассмотренного примера нужно в три раза меньшее время облучения – округленно 20 минут.

Защита от ультрафиолета

Основная мера защиты во время дезинфекции ультрафиолетом – уходить из помещения. Находиться рядом с работающей УФ-лампой, но отводить взгляд не поможет, слизистые глаза все равно облучаются.

Частичной мерой защиты слизистых глаза могут быть стеклянные очки. Категоричное заявление «стекло не пропускает ультрафиолет» неверно, в какой-то степени пропускает, причем разные марки стекла по-разному. Но в целом с уменьшением длины волны коэффициент пропускания снижается, и UVC эффективно пропускается только кварцевым стеклом. Очковые стекла в любом случае не кварцевые.

Уверенно можно сказать, что не пропускают ультрафиолет линзы очков с маркировкой UV400.

Также мерой защиты является использование источников бактерицидного диапазона UVC, не излучающих потенциально опасные, но не эффективные для дезинфекции диапазоны UVB и UVA.

Преимущества и недостатки

Достоинством галогенных ламп является минимально возможное мерцание при питании переменным током промышленной частоты и более высокая эффективность преобразования энергии в видимый свет в сравнении с другими лампами накаливания. Недостатком этой системы является то, что распад галогенидов вольфрама при обратном переносе на спираль осуществляется неравномерно и зависит от температуры участков спирали. В результате на ней образуются со временем утолщения и утоньшения, приводящие к разрушению, хотя и, конечно, гораздо медленнее, чем у простых ламп накаливания при той же температуре. При использовании галогенных ламп в сети переменного тока совместно с диммером может возникать низкочастотный акустический шум, но его нельзя отнести к недостаткам самих ламп.
Утилизация их не требует особой процедуры, поскольку эти источники света не содержат веществ и материалов, опасных для окружающей среды и живых организмов (не путать с металлогалогенными лампами!).

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле при условии, что температура стекла выше 250 градусов Цельсия. По причине отсутствия почернения колбы галогенные лампы можно изготавливать очень компактными. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это увеличивает срок службы галогенных ламп и повышает их эффективность (КПД).

Галогенные лампы обладают хорошей цветопередачей (), поскольку их непрерывный спектр близок к спектру абсолютно чёрного тела с температурой . Их свет подчёркивает тёплые тона, но в меньшей степени, чем свет обычных ламп накаливания.

Принцип действияПравить

Спектр металлогалогенной лампы мощностью 175 Вт

Основной функцией инертного газа, наполняющего РТ МГЛ, как и в других ртутных РЛ, является буферная, иными словами, газ способствует протеканию электрического тока через РТ при низкой её температуре, то есть в то время, когда большая часть ртути и, тем более, ИД, находятся ещё в жидкой или твёрдой фазе и парциальное давление их весьма мало и недостаточно для развития разряда. По мере прогрева РТ током происходит испарение ртути и ИД, в связи с этим существенно изменяются как электрические, так и световые параметры лампы — электрическое сопротивление РТ, световой поток и спектр излучения.

Выбор ИД производится таким образом, чтобы заполнить имеющиеся в спектре излучения ртути «провалы» с целью получения необходимого спектра лампы. Так, в МГЛ, используемых для целей общего и местного освещения, необходимо компенсировать недостаток красного и жёлтого света в спектре ртути. В цветных МГЛ необходимо повысить выход излучения в заданном узком спектральном диапазоне. Для МГЛ, используемых в фотохимических или фотофизических процессах, как правило, необходимо повысить интенсивность излучения в ближней ультрафиолетовой области (УФ-A) и непосредственно примыкающей к ней области видимого ОИ (фиолетовой).

Сам принцип действия МГЛ был предложен в 1911 г. Ч. Штейнмецом, хотя, проводя исторические аналогии, можно увидеть аналогию и в устройстве «ауэровских колпачков», применявшихся для повышения световой отдачи керосиновых и газовых источников света (ИС).

Как и другие виды РЛ, МГЛ нуждаются в применении специальных устройств для инициирования разряда. В качестве них применяют либо вспомогательные (зажигающие) электроды, в общем аналогичные по конструкции электродам ламп ДРЛ, либо предварительный подогрев одного из электродов до температуры термоэлектронной эмиссии, либо внешние импульсные зажигающие устройства (ИЗУ). Согласование параметров (вольтамперных характеристик, ВАХ) источника электропитания и лампы производится с помощью пускорегулирующего аппарата (ПРА), в обиходе называемого балластом.

Как правило, в качестве ПРА используется дроссель, иногда — повышающий трансформатор с повышенным магнитным рассеянием его ферромагнитного сердечника, обеспечивающим падающий характер его внешней ВАХ. В последнем случае зажигание разряда в МГЛ происходит под воздействием высокого напряжения холостого хода трансформатора без использования каких-либо иных зажигающих устройств.

Возможность широкого варьирования спектральных и электрических характеристик МГЛ, широкий диапазон мощностей и высокая световая отдача способствуют всё более широкому распространению их в различных осветительных установках. МГЛ является одним из наиболее перспективных заменителей ламп ДРЛ, а за счёт более благоприятного для восприятия человеком спектра излучения — и натриевых РЛВД (НЛВД).

Типы и их обозначенияПравить

Диапазон мощностей МГЛ начинается от десятков ватт и достигает 10 — 20 кВт. Наиболее массовыми являются лампы, используемые в ОУ наружного освещения (одноцокольные 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 Вт и софитные 70 и 150 Вт).

Одноцокольные лампы обозначается аббревиатурой SE (single-ended), а двусторонний, соответственно, аббревиатурой DE (double-ended). Лампы с односторонним цоколем, как правило, вкручиваются в патрон при помощи имеющейся на цоколе резьбы (имеют так называемый цоколь Эдисона). Лампы с двусторонним цоколем необходимо вставлять в патроны, расположенные по обе стороны используемого светильника.

Для обозначения рекомендованной ориентации лампы, в которой она должна работать, используются различные коды (напр., U = universal (универсальная), BH = base horizontal (горизонтальная), BUD = Base up/down (вертикальная) и т. д.). При использовании ламп в горизонтальной позиции лучше всего направлять носик внутренней колбы (т. н. ниппель) вверх.

В системе ANSI обозначение МГЛ начинается с буквы «M», за которой следует цифровая кодировка, обозначающая электрические характеристики лампы, а также соответствующий ей тип балласта (для обозначения ртутных разрядных ламп используется литера «H», а для обозначения натриевых ламп — литера «S»). После цифровой кодировки следуют две буквы, обозначающие размер лампы, её форму, а также тип покрытия и т. д., за исключением цвета. После данного обозначения производитель может по своему выбору добавить какие-либо цифровые или буквенные коды для отображения информации, не отображаемой системой обозначений ANSI, такой как мощность лампы и её цвет. Для выбора балласта важна только литера «M» и следующее за ним цифровая кодировка. Например, кодировка M59-PJ-400 в системе ANSI обозначает лампу, работающую только с балластами типа М59. Лампы европейских производителей выпускаются с использованием европейских стандартов, которые в некоторых случаях незначительно отличаются от стандартов ANSI.

Другим обозначением, часто встречающимся при выборе МГЛ, является аббревиатура HQI. Данная аббревиатура является торговой маркой фирмы OSRAM и обозначает особый тип ламп, производимый данной фирмой. Но со временем этой аббревиатурой стали называть МГЛ любого производителя, в том числе и с двухсторонним цоколем. Европейские МГЛ не соответствуют в точности стандартам ANSI и работают при других значениях тока и напряжения. В большинстве случаев прямой европейский аналог лампы для стандарта ANSI не может работать с американским ПРА, таким образом, для работы с данным типом ламп необходимо выбрать соответствующий ей балласт, обозначенный маркировкой HQI. Например, ПРА M80 и M81 также имеют обозначение HQI, и применяются с лампами мощностью 150 и 250 Вт соответственно.

Галогенные лампы могут быть изготовлены как в компактных типоразмерах MR16, MR11 с цоколем GU 5.3, G4, GY 6.35 (на ) или G9, GU10 (на 220 или ), так и с цоколем Эдисона Е14 или Е27 (на 110 или ), линейные с цоколем R7 различной длины (, и др.). Колба ламп может быть прозрачной, матированной, а также иметь рефлектор и/или рассеиватель.

Лампы типоразмеров MR предназначены для установки в транспортных средствах (автомобилях, мотоциклах, велосипедах), при подключении через трансформатор к бытовой сети могут использоваться для стационарного освещения («точечное освещение», компактные светильники).

Лампы типоразмера GU используются для стационарного освещения и в отличие от ламп MR подключаются к бытовой сети без трансформатора. Определить тип лампы (MR или GU), установленной в светильнике или световой «точке», не вынимая лампу, можно, проследив характер изменения яркости лампы при включении и выключении. Лампа GU загорается и гаснет практически мгновенно, а лампа MR — плавнее, обладая определённой инерцией (порядка ).

Лампы с цоколем Е14 (миньон) или Е27 (стандарт) предназначены для замещения обычных ламп накаливания. Они снабжены дополнительной внешней колбой (по форме и размерам напоминающей колбу обычных ламп накаливания), защищающей внутреннюю кварцевую колбу от загрязнений, случайных прикосновений и контакта с легкоплавкими материалами.

Опасность ультрафиолета

Руководитель одной из крупных стран предложил: «для излечения от COVID-19 нужно доставить солнечный свет внутрь организма». Однако, бактерицидный УФ разрушает РНК и ДНК, включая человеческие. Если «доставить солнечный свет внутрь организма» – человек погибнет.

Если бы солнечного ультрафиолета не было, возможно, люди бы не имели эпидермиса и рогового слоя, и поверхность тела была слизистой, как у улиток. Но так как люди эволюционировали под солнцем, слизистыми являются только защищенные от солнца поверхности. Наиболее уязвима слизистая поверхность глаза, условно защищенная от солнечного ультрафиолета веками, ресницами, бровями, моторикой лица, и привычкой не смотреть на солнце.

Когда впервые научились заменять хрусталик на искусственный, офтальмологи столкнулись с проблемой ожогов сетчатки. Стали разбираться в причинах и выяснили, что живой человеческий хрусталик для ультрафиолета непрозрачен и защищает сетчатку. После этого стали делать непрозрачными для ультрафиолета и искусственные хрусталики.

Изображение глаза в ультрафиолетовых лучах иллюстрирует непрозрачность хрусталика для ультрафиолета. Собственный глаз освещать ультрафиолетом не стоит, так как со временем хрусталик мутнеет, в том числе из-за набранной с годами дозы ультрафиолета, и нуждается в замене. Поэтому воспользуемся опытом отважных людей, которые пренебрегли безопасностью, посветили себе в глаза ультрафиолетовым фонариком на длине волны 365 нм, и выложили результат в YouTube.

Рис. 5 Кадр из ролика Youtube-канала «Kreosan».

Относительно быстро под ультрафиолетом воспаляются слизистые оболочки глаза, это называется фотокератит и фотоконъюнктивит. Слизистые становятся красными, и появляется ощущение «песка в глазах». Эффект проходит через несколько дней, но многократные ожоги могут привести к помутнению роговицы.

Пороговые дозы для фотокератита и фотоконъюнктивита 50-100 Дж/м2, это значение не превышает дозы, использующиеся при дезинфекции. Продезинфицировать слизистую глаза ультрафиолетом, не вызвав воспаления, не получится.

UVB в диапазоне 280-320 нм, с максимумом около 300 нм вызывает рак кожи. Пороговой дозы нет, больше доза – выше риск, и эффект отложен.

Рис. 7 Кривые действия ультрафиолета, вызывающие эритему и рак кожи.

Если грубо оценить, что возраст кожи с разной стороны лица этого человека различается на двадцать лет и это следствие того, что примерно эти же двадцать лет одна сторона лица освещалась солнцем, а вторая нет, можно сделать осторожный вывод, что день под открытым солнцем на один день и старит кожу.

КолбыПравить

Обозначение колб состоит из буквы/букв, указывающих на их форму, и цифрового кода, обозначающего в восьмых частях дюйма максимально возможный диаметр колбы. Например, маркировка E17 обозначает, что лампа имеет эллипсоидальную форму с максимальным диаметром 17/8 или 21/8 дюйма.

Буквенные обозначения колб: BT (Bulbous Tubular) — бульбовидно-трубчатая, E или ED (Ellipsoidal) — эллипсоидальная, ET (Ellipsoidal Tubular) — эллипсоидно-трубчатая, PAR (Parabolic) — параболическая, R (Reflector) — рефлекторная, T (Tubular) — трубчатая.

Из-за высокой рабочей температуры колбы изготавливаются из кварцевого стекла. Галогенные лампы очень чувствительны к жировым загрязнениям, поэтому их нельзя касаться даже чисто вымытыми руками. При быстром нагреве лампы после её включения эти загрязнения начинают испаряться, охлаждая ту часть колбы, на которой они находятся. Из-за неравномерности нагрева стекла в нём возникают сильные внутренние напряжения, которые могут разрушить колбу — лампа буквально взрывается с большим количеством осколков.

При установке ламп следует держать колбу лампы через чистую салфетку (или в чистых перчатках), а при случайном касании тщательно протереть колбу тканью, не оставляющей волокон (например, микрофиброй) с обезжиривателем. Обычный этиловый спирт для этих целей не очень подходит, так как слабо растворяет жиры и оставляет белёсые разводы.

Поскольку колба галогенной лампы разогревается до пожароопасных температур, то её следует монтировать так, чтобы в дальнейшем полностью исключить всякую возможность её соприкосновения с любыми находящимися поблизости предметами и материалами, и тем более человеческим телом.

В лампе накаливания электрический ток, проходя через тело накала (обычно — вольфрамовую спираль), нагревает его до высокой температуры. Нагреваясь, тело накала начинает светиться. Из-за высокой температуры атомы вольфрама испаряются с поверхности тела накала (вольфрамовой спирали) и осаждаются (конденсируются) на менее горячих поверхностях колбы, ограничивая срок службы лампы.

В галогенной лампе окружающий тело накала иод или бром (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама, препятствуя осаждению последних на колбе. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах вблизи тела накала соединения вольфрама распадаются на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. В результате атомы вольфрама возвращаются на тело накала, что позволяет повысить рабочую температуру спирали (для получения более яркого света), продлить срок службы лампы, а также уменьшить габариты по сравнению с обычными лампами накаливания той же мощности.

Галогенные лампы одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе. При применении плавного включения срок службы может быть повышен до 8000-12 000 часов.

Бактерицидное действие солнечного света

Бактерицидное действие солнечного света относительно невелико. Посмотрим на солнечный спектр над атмосферой и под атмосферой:

Рис. 3. Спектр солнечного излучения над атмосферой и на уровне моря. Наиболее жесткая часть ультрафиолетового диапазона до поверхности земли не доходит (заимствовано из Википедии).

Стоит обратить внимание на выделенный желтым надатмосферный спектр. Энергия кванта левого края спектра надатмосферных солнечных лучей с длиной волны менее 240 нм соответствует энергии химической связи 5.1 эВ в молекуле кислорода «O2». Молекулярный кислород поглощает эти кванты, химическая связь рвется, образуется атомарный кислород «O», который соединяется обратно в молекулы кислорода «O2» и, частично, озона «O3».

Солнечный надатмосферный UVC образует в верхних слоях атмосферы озон, называемый озоновым слоем. Энергия химической связи в молекуле озона ниже, чем в молекуле кислорода и поэтому озон поглощает кванты меньшей энергии, чем кислород. И если кислород поглощает только UVC, то озоновый слой поглощает UVC и UVB. Получается, что солнце самым краешком ультрафиолетовой части спектра генерирует озон, и этот озон затем поглощает большую часть жесткого солнечного ультрафиолета, защищая Землю.

А теперь аккуратно, обращая внимание на длины волн и масштаб, совместим солнечный спектр со спектром бактерицидного действия.

Рис. 4 Спектр бактерицидного действия и спектр солнечного излучения.

Видно, что бактерицидное действие солнечного света незначительно. Часть спектра, способная оказывать бактерицидное действие, почти полностью поглощена атмосферой. В разное время года и в разных широтах ситуация немного различается, но качественно похожа.

Хотя галогенные лампы не достигают эффективности люминесцентных и тем более светодиодных ламп, их преимущество состоит в том, что они могут быть без каких-либо доработок использованы для замены обычных ламп накаливания, например, с диммерами и с выключателями с подсветкой («с огоньком»).

Галогенные лампы также активно используются в автомобильных фарах благодаря своим повышенным светоотдаче, долговечности, устойчивости к колебаниям напряжения, малым размерам колбы. Они обозначаются латинской буквой «H» (halogen). После буквы идёт цифровое обозначение цоколя, например, H1, H4, H11, H15, H27. Также встречаются обозначения HB1, HB3, HB4.

Мощная осветительная галогенная лампа (, , )

Мощные галогенные лампы используются в прожекторах, рампах, а также для освещения при фото-, кино- и видеосъёмке, в кинопроекционной аппаратуре, в офсетной и флексографической печати и шелкографии, для экспонирования и сушки материалов, чувствительных к ультрафиолетовому излучению.

КонструкцияПравить

Основой МГЛ является РТ (горелка), обычно изготавливаемая из кварцевого стекла. В последние годы всё более широкое распространение получают МГЛ с РТ из специальной керамики. Преимуществом керамических горелок является их более высокая термостойкость.

В большинстве конструкций МГЛ горелка помещается во внешнюю колбу, играющую двоякую роль. Во-первых, внешняя колба обеспечивает нормальный тепловой режим РТ, уменьшая её теплопотери. Во-вторых, стекло колбы выполняет функции светофильтра, сильно обрезающего жёсткое УФ излучение горелки. Для изготовления внешних колб МГЛ используется боросиликатное стекло, механически и термически устойчивое, относящееся по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) к группе вольфрамовых стёкол.

МГЛ, предназначенные для использования в технологических процессах, как правило, внешней колбы не имеют, что обусловлено необходимостью эффективного использования их УФ излучения. С целью уменьшения озонообразования иногда для таких МГЛ используют безозонное кварцевое стекло, значительно ослабляющее выход резонансной линии ртути 185 нм.

МГЛ могут изготавливаться в одно- и двухцокольном (софитном) исполнении (последние предназначены для работы только в горизонтальном положении). Номенклатура используемых цоколей чрезвычайно широка и постоянно расширяется в связи с разработкой новых моделей ламп, предназначенных для специфических условий применения. Некоторые модели ламп, в основном, предназначенные для замены ламп типа ДРЛ, имеют на внутренней стороне внешней колбы слой люминофора.

Для облегчения зажигания МГЛ в некоторых конструкциях РТ предусматривается установка одного или двух вспомогательных (зажигающих) электродов — аналогично конструкции ламп типа ДРЛ. Однако использование такого метода в МГЛ затруднено по ряду причин, обусловленным особенностями химического состава наполнения РТ. Как правило, в МГЛ, оснащённых зажигающим электродом, питание последнего отключается с помощью термоконтакта после зажигания в горелке основного разряда и её прогрева. Более широко применяется зажигание МГЛ с помощью ИЗУ.

Энергоэффективность разных видов ламп

По-другому энергоэффективность называют светоотдачей и световым КПД. Это хорошо отражает суть параметра, который показывает, какое количество света дает светильник при потреблении единицы мощности. Отсюда единица измерения – лм/Вт. Знание этого параметра важно, поскольку позволяет выбирать более экономичные и эффективные светильники, снижать расходы на электроэнергию и уменьшать нагрузку на электрические сети.

Наименее экономичными считаются лампы накаливания со светоотдачей всего 10-12 лм/Вт и галогенные, обеспечивающие около 20 лм/Вт. Энергоэффективность люминесцентной лампы составляет в среднем 50-150 лм/Вт, газоразрядных натриевых – до 120-160 лм/Вт, светодиодных – до 200 лм/Вт. Лабораторные образцы светодиодов имеют энергоэффективность, достигающую уже 250-300 лм/Вт.

Класс энергоэффективности

По энергоэффективности все лампы делятся на 7 классов, обозначаемых английскими буквами от A до G в порядке уменьшения светоотдачи. Современные энергосберегающие, люминесцентные и светодиодные светильники имеют класс A или B, галогенные – C и D. Самый низкий класс энергоэффективности у ламп накаливания – E, F и G. Почти 80% потребляемой ими энергии идет на выделение тепла, а не света, тогда как в энергоэффективных лампах нагрев практически отсутствует. Именно этим объясняется повсеместная замена ламп накаливания светодиодами.

Для присвоения класса энергоэффективности рассчитывают специальный индекс EEI. Он равен отношению номинальной мощности к расчетной мощности светового потока. Величину индекса сверяют с таблицей и определяют, к какому классу относится светильник.

Класс энергоэффективности светодиодных ламп – A++, самый высокий. Главное – при покупке обращать внимание на то, чтобы была указана светоотдача именно светильника. Многие производители идут на хитрость и отражают энергоэффективность светодиодов, причем наибольшие из возможных значений.

Еще при выборе стоит учесть тип светодиодов: диоды форм-фактора SMD менее эффективны, нежели COB. Не менее важно, чтобы у лампы был качественный матовый или микропризматический рассеиватель. Он помогает избежать эффекта ослепления, который возникает из-за того, что светодиод излучает довольно мощный свет с очень маленькой площадки.

Примеры энергоэффективных светодиодных светильников:

Не менее важно, чтобы класс энергоэффективности светильника совпадал с тем же показателем лампы, поскольку это гарантирует стабильную и экономичную работу прибора. Светильник может и не иметь отдельного класса энергоэффективности. Тогда при выборе учитывают только класс лампы.

Дезинфекция воздуха

Ультрафиолет признается недостаточным средством для дезинфекции поверхностей, так как лучи не могут проникнуть туда, куда проникает, например, спирт. Но ультрафиолет эффективно дезинфицирует воздух.

На улице мы в относительной безопасности из-за огромных объемов и подвижности воздуха, способного развеять и обеззаразить временем и солнечной радиацией любой чих. Даже в метро, пока доля зараженных людей мала, общий объем воздуха в пересчете на одного зараженного велик, и хорошая вентиляция делает риск распространения инфекции малым. Самое опасное место во время пандемий заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, – это лифт. Поэтому чихающие должны сидеть на карантине, а воздух в общественных помещениях при недостаточной вентиляции нуждается в обеззараживании.

Рециркуляторы

Один из вариантов обеззараживания воздуха – закрытые УФ-рецикуляторы. Обсудим один из таких рециркуляторов – «Дезар 7», известный тем, что замечен даже в кабинете первого лица государства.

В описании рециркулятора сказано, что он продувает 100 м3 в час и предназначен для обработки помещения объемом 100 м3 (приблизительно 5 × 7 × 2,8 метра).
Однако, способность продезинфицировать 100 м3 воздуха в час не означает, что воздух в комнате объемом 100 м3 за час будет обработан так же эффективно. Обработанный воздух разбавляет грязный воздух, и в таком виде снова и снова попадает в рециркулятор. Несложно построить математическую модель и посчитать эффективность такого процесса:

Рис. 20 Влияние работы УФ-рециркулятора на количество микроорганизмов в воздухе комнаты без вентиляции.

Если рассматривать модель не полного перемешивания, а ламинарных струй, которые проходят по установившейся сложной траектории в комнате и уходят в вентиляцию, польза дезинфекции одной из таких струй еще меньше, чем в модели полного перемешивания.

В любой случае УФ-рециркулятор не полезнее открытой форточки.

Одна из причин малой эффективности рециркуляторов в том, что крайне мал бактерицидный эффект в пересчете на каждый ватт УФ-потока. Луч проходит порядка 10 сантиметров внутри установки, а потом отражается от алюминия с коэффициентом около k=0,7. Это означает, что эффективный пробег луча внутри установки около полуметра, после чего он без пользы поглощается.

Бактерицидная лампа, которая открыто висит на стене в кабинете поликлиники и по расписанию включается врачом, многократно эффективней. Лучи от открытой лампы проходят несколько метров, дезинфицируя сначала воздух, а затем еще и поверхности.

Облучатели воздуха в верхней части помещения

В палатах больниц, в которых постоянно находятся лежачие больные, иногда используют УФ-установки, облучающие циркулирующие потоки воздуха под потолком. Основной недостаток таких установок – решетка, закрывающая лампы, позволяет проходить лишь лучам, идущим строго в одном направлении, поглощая без пользы более 90% остального потока.

Можно дополнительно продувать воздух через такой облучатель, чтобы заодно получился рециркулятор, но так не делается, вероятно из-за нежелания получить в палате пыленакопитель.

Решетки защищают людей в помещении от прямого потока ультрафиолета, но тот поток, что прошел через решетку, попадает на потолок и стены и диффузно отражается, с коэффициентом отражения около 10%. Помещение заполняется всенаправленным ультрафиолетовым излучением и люди получают дозу ультрафиолета, пропорциональную проведенному в помещении времени.

ТерминологияПравить

До середины 1970-х гг. в отечественной светотехнике применялся термин «металлогалоидная лампа», что было обусловлено наименованием химических элементов VII группы периодической системы — «галоиды». В химической номенклатуре было признано неправильным использование этого термина, поскольку «галоид» в буквальном переводе с греческого — «солеподобный», и в повсеместное употребление вошло слово «галоген» — буквально «солерод», указывающее на высокую химическую активность этих веществ и образование в реакциях с ними солей металлов. Поэтому в настоящее время применяется русскоязычный термин «металлогалогенная лампа», включённый в состав русской редакции Международного светотехнического словаря МКО. Использование словесных ка́лек с английского термина «metal halide lamp» («металлогалоидная», «металлогалидная») является недопустимым.

Схемы включения в электрическую сетьПравить

Электронные ПРА компании Helvar

Резкая зависимость тока МГЛ от напряжения на ней требует включения последовательно с лампой токоограничивающего элемента (ПРА). Большинство МГЛ предназначены для работы с серийными ПРА ламп ДРЛ соответствующей мощности (при отсутствии в колбе лампы специальных зажигающих устройств в таких схемах требуется установка ИЗУ). Существуют МГЛ для работы с ПРА как ДРЛ, так и ДНаТ. Также имеются ПРА специальных конструкций с повышающими автотрансформаторами или трансформаторами с повышенным магнитным рассеянием или со встроенным ИЗУ, совмещающие функции ограничения тока и стартового поджига лампы.

Крайне опасным для МГЛ является акустический резонанс (АР), возникающий при питании лампы переменным током некоторой частоты (в акустическом диапазоне). Причина возникновения АР заключается в том, что при изменении направления протекания тока, дуга гаснет и, при нарастании напряжения, загорается вновь. При этом, из-за резкого изменения давления в области разряда, возникает акустическая волна, которая отражается от стенок горелки. При некотором значении частоты, возникает явление резонанса. Частота АР зависит от геометрических размеров горелки лампы и скорости звука в ней (то есть от давления в данный момент). Последствиями акустического резонанса являются нестабильность горения лампы, самопроизвольное погасание и, в худшем случае, физическое разрушение горелки. Это явление затрудняет проектирование высокочастотных электронных ПРА для МГЛ. В качестве одного из методов борьбы с АР используется модуляция частоты случайным сигналом. Для ламп малой мощности успешно применяется питание выпрямленным (пульсирующим) током.

Кратковременные перебои в электроснабжении вызывают погасание МГЛ. К такому же исходу может привести сильная вибрация, особенно опасная для ламп с длинной дугой, работающих в горизонтальном положении. Для повторного зажигания МГЛ должна остыть, чтобы давление паров в ней, и, соответственно, напряжение пробоя РТ, снизились. Для освещения особо ответственных объектов, где перебои недопустимы, применяются ПРА быстрого перезажигания. В них зажигание горячей МГЛ достигается за счёт подачи более мощных зажигающих импульсов с амплитудой до 30 — 60 кВ. Такой режим существенно ускоряет разрушение электродов ламп, к тому же требует применения более качественной изоляции токоведущих частей, а потому используется редко.

Наиболее распространены ультрафиолетовые диоды 365 нм (UVA) предназначены для «полицейских фонариков», которые вызывают люминесценцию для обнаружения невидимых без ультрафиолета загрязнений. Дезинфекция такими диодами невозможна (см. рис. 11).
Для дезинфекции можно использовать коротковолновые UVC–диоды с длиной волны 265 нм. Стоимость модуля на диодах, который заменил бы ртутную бактерицидную лампу, превосходит стоимость лампы на три порядка, поэтому на практике такие решения для дезинфекции больших площадей не используются. Но появляются компактные устройства на УФ-диодах для дезинфекции малых площадей – инструментов, телефонов, мест повреждений кожи и т.д.

Ртутные лампы низкого давления

Ртутная лампа низкого давления – это стандарт, с которым сравниваются все другие источники.
Основная доля энергии излучения паров ртути при низком давлении в электрическом разряде приходится на длину волны 254 нм, идеально подходящую для дезинфекции. Небольшая часть энергии излучается на длине волны 185 нм, интенсивно генерирующей озон. И совсем небольшое количество энергии излучается на других длинах волн, включая видимый диапазон.

В обычных ртутных люминесцентных лампах белого света стекло колбы не пропускает излучаемый парами ртути ультрафиолет. Но люминофор, порошок белого цвета на стенках колбы, под действием ультрафиолета светится в видимом диапазоне.

Лампы UVB или UVA устроены похожим образом, стеклянная колба не пропускает пики 185 нм и пик 254 нм, но люминофор под действием коротковолнового ультрафиолета излучает не видимый свет, а длинноволновый ультрафиолет. Это лампы технического назначения. А так как спектр ламп UVA похож на солнечный, такие лампы используются еще и для загара. Сравнение спектра с кривой бактерицидной эффективности показывает, что использовать лампы UVB и тем более UVA для дезинфекции нецелесообразно.

Отметим, что спектр люминесцентной лампы UVA широк и захватывает UVB-диапазон. Спектр диода 365 нм значительно уже, это «честный UVA». Если требуется UVA чтобы вызывать люминесценцию в декоративных целях или для обнаружения загрязнений, использование диода безопасней использования ультрафиолетовой люминесцентной лампы.

Ртутная бактерицидная лампа низкого давления UVC отличается от люминесцентных тем, что на стенках колбы нет люминофора, и колба пропускает ультрафиолет. Основная линия 254 нм пропускается всегда, а генерирующая озон линия 185 нм может быть оставлена в спектре лампы или убрана колбой из стекла с селективным пропусканием.

Рис. 12 Диапазон излучения указан на маркировке ультрафиолетовых ламп. Бактерицидную лампу UVC можно узнать по отсутствию люминофора на колбе.

Озон оказывает дополнительное бактерицидное действие, но является канцерогеном, поэтому чтобы не ждать выветривания озона после дезинфекции, используют не образующие озон лампы без линии 185 нм в спектре. Эти лампы имеют почти идельный спектр — основная линия с высокой бактерицидной эффективностью 254 нм, очень слабое излучение в небактерицидных диапазонах ультрафиолета, и небольшое «сигнальное» излучение в видимом диапазоне.

Рис. 14 Малая доля энергии излучения паров ртути приходится на видимый диапазон и видна как слабое голубое свечение.

Бактерицидная ртутная лампа низкого давления имеет тот же цоколь, что и обычная люминесцентная, но делается другой длины, чтобы бактерицидную лампу не вставляли в обычные светильники. Светильник для бактерицидной лампы, помимо габаритов, отличается тем, что все пластиковые детали устойчивы к ультрафиолету, провода от ультрафиолета закрыты, и нет рассеивателя.

Для домашних бактерицидных потребностей автор использует бактерицидную лампу 15 Вт, ранее использовавшуюся для обеззараживания питательного раствора гидропонной установки. Ее аналог можно найти по запросу «aquarium uv sterilisator». При работе лампы выделяется озон, что не хорошо, но для дезинфекции, к примеру, обуви, полезно.

Рис. 15 Ртутные лампы низкого давления с цоколем различных типов. Изображения с сайта Aliexpress.

Ртутные лампы среднего и высокого давления

Повышение давления паров ртути приводит к усложнению спектра, спектр расширяется и в нем появляется больше линий, в том числе на генерирующих озон длинах волн. Введение в ртуть добавок приводит к еще большему усложнению спектра. Разновидностей подобных ламп много, и спектр каждой особенный.

Рис. 16 Примеры спектров ртутных ламп среднего и высокого давления

УФ-облучатель из горелки ДРЛ и лампы ДРТ

У такого кустарно изготовленного излучателя есть недостатки: низкий по сравнению с лампами низкого давления КПД, большая доля ультрафиолета вне бактерицидного диапазона, и в помещении нельзя находиться некоторое время после выключения лампы, пока не распадется или не выветрится озон.

Но бесспорны и плюсы: низкая стоимость и большая мощность при компактных размерах. К плюсам можно отнести и генерацию озона. Озон продезинфицирует затененные поверхности, на которые не попадут лучи ультрафиолета.

Рис. 17 Ультрафиолетовый облучатель, сделанный из ламп ДРЛ. Фотография публикуется с разрешения автора, болгарского стоматолога, использующего этот облучатель в дополнении к стандартной бактерицидной лампе Philips TUV 30W.

Аналогичные источники ультрафиолета для дезинфекции в виде ртутных ламп высокого давления используют в облучателях типа ОУФК-01 «Солнышко».

Рис. 18 Источник широкополосного ультрафиолета — лампа ДРТ-125

По заявленным характеристикам видно, что спектр широкополосен с почти равной долей излучения в мягком, среднем, и жестком ультрафиолете, в том числе захватывает генерирующий озон жесткий UVC. Бактерицидный поток составляет 6,4% от потребляемой мощности, то есть КПД в 6 раз меньше, чем у трубчатой лампы низкого давления.

Производитель не публикует спектра этой лампы, а в интернете циркулирует одна и та же картинка со спектром какой-то из ДРТ. Первоисточник неизвестен, но соотношение энергии в UVC, UVB и UVA диапазонах не соответствует заявленным для лампы ДРТ-125. Для ДРТ заявлено примерно равное соотношение, а по спектру видно, что энергия UVB кратно больше энергии UBC. А в UVA кратно выше, чем в UVB.

Рис. 19. Спектр дуговой ртутной лампы высокого давления, наиболее часто иллюстрирующей спектр широко применяемых в медицинских целях ДРТ-125.

Понятно, что лампы с разным давлением и добавками в ртуть излучают несколько по-разному. Также понятно, что неинформированный потребитель склонен самостоятельно вообразить желаемые характеристики и свойства продукта, приобрести основанную на собственных предположениях уверенность, и совершить покупку. А публикация спектра конкретной лампы вызовет обсуждения, сравнения и выводы.

Автор однажды купил установку ОУФК-01 с лампой ДРТ-125 и несколько лет использовал для испытаний на УФ-стойкость пластиковых изделий. Облучал одновременно два изделия, одно из которых контрольное из устойчивого к ультрафиолету пластика, и смотрел какое пожелтеет быстрее. Для такого применения знание точной формы спектра не обязательно, важно лишь, чтобы излучатель был широкополосным. Но для чего применять широкополосный ультрафиолет, если требуется дезинфекция?

В назначении ОУФК-01 указано, что облучатель применяется при острых воспалительных процессах. То есть в случаях, когда положительный эффект дезинфекции кожи превышает возможный вред широкополосного ультрафиолета. Очевидно, что и в таком случае лучше использовать узкополосный ультрафиолет, без длин волн в спектре, оказывающих иное действие кроме бактерицидного.

Цветовая температура горенияПравить

Первоначально МГЛ использовались вместо ртутных ламп в тех местах, где необходимо было создать свет, по своим характеристикам приближающийся к естественному, по причине того, что данные лампы излучают белый свет (ртутные лампы излучают свет с большой примесью синего света). Однако в настоящее время различие между спектрами данных типов ламп не столь значительно. Некоторые металлогалогеновые лампы могут излучать очень чистый белый дневной свет, имеющий индекс цветопередачи более 90.

МГЛ способны излучать свет с цветовой температурой в диапазоне от 2500 К (жёлтый свет) до 20 000 К (синий свет). Некоторые виды специальных ламп были созданы для излучения спектра, необходимого для растений (используются в теплицах, парниках и т. д) или животных (используются в освещении аквариумов). Однако следует учитывать то обстоятельство, что вследствие присутствия допусков и стандартных отклонений при фабричном производстве ламп, цветовые характеристики ламп не могут быть указаны со 100 % точностью. Более того, по стандартам ANSI цветовые характеристики металлогалогеновых ламп измеряются после 100 часов их горения (т. н. выдержка). Поэтому цветовые характеристики данных ламп не будут соответствовать заявленным в спецификации до тех пор, пока лампа не будет подвергнута данной выдержке.

Наиболее сильные расхождения с заявленными спецификационными данными имеют лампы с технологией пуска «предварительный прогрев» (±300 К). Выпущенные по новейшей технологии «импульсного старта» лампы улучшили соответствие заявленным характеристикам, вследствие чего расхождение составляет от 100 до 200 К. На цветовую температуру горения ламп могут влиять также электрические характеристики питающей сети, а также вследствие отклонений в самих лампах. В том случае, если подаваемое на лампу питание имеет недостаточную мощность, она будет иметь меньшую физическую температуру и её свет будет «холодным» (с большей примесью синего света, что будет делать их очень сходными с ртутными лампами). Данное явление происходит по причине того, что дуга с недостаточно высокой температурой не сможет полностью испарить и ионизировать ИД, которые и придают свету лампы тёплый оттенок (жёлтые и красные цвета), из-за чего в спектре лампы будет доминировать спектр легче ионизирующейся ртути. Это же явление наблюдается также во время прогрева лампы, когда колба лампы еще не достигла рабочей температуры и ИД ионизировались не полностью.

Для ламп, запитанных от чрезмерно высокого напряжения, верна обратная картина, но такая ситуация является более опасной, вследствие возможности взрыва внутренней колбы из-за её перегрева и возникновения в ней избыточного давления. Кроме того, при использовании металлогалогеновых ламп их цветовые характеристики часто меняются с течением времени. В больших осветительных установках с использованием металлогалогеновых ламп часто все лампы существенно различаются по цветовым характеристикам.

В заключение

Таким образом, по энергоэффективности выигрывают светодиодные светильники, которые при той же потреблении мощности дают больший световой поток, нежели другие лампы. Еще светодиоды выходят на первое место по качеству света. Он имеет низкий уровень пульсаций и не дает эффекта ослепления, а также обладает высокой цветопередачей, из-за которой свет не искажает реальные цвета предметов. Как долговечные и эффективные светильники светодиодные лампы используют во всех сферах. Они обеспечивают транспортную, пешеходную и производственную безопасность, одновременно помогая рационально расходовать ресурсы и экономить на оплате электроэнергии.

Рецензенты и автор

UPD: В порядке эксперимента выпущена видеоверсия статьи