Новые линзы Sunlumin MAXWELL-8-60/90 для светодиодного освещения индустриальных объектов
Сакен Юсупов
Russia01@sunlumin-optics.com
Екатерина Ильина
Russia02@sunlumin-optics.com
Изменения климата на нашей планете усложняют привычные экономические процессы, обостряют старые и создают новые конфликты между разными странами. В октябре 2023 года вновь разгорелся один из древнейших неурегулированных споров в истории – война между евреями и филистимлянами за право жить на «земле обетованной». Пророк Моисей утверждал, что о правах на эти земли он договорился с самим господом богом, но живущие там филистимляне (семитские племена) были категорически не согласны, что привело к многочисленным войнам за эту территорию. Одним из самых известных эпизодов тех давних событий была победа еврейского юноши Давида над филистимлянским богатырем Голиафом, описанная еще в ветхом завете. С тех пор минуло 3000 лет, а оба народа все продолжают драку за эти земли. Семь десятков лет назад евреи (которые были изгнаны и рассеяны по всему миру римским императором Веспасианом в 70 году н.э.) вернулись на свою историческую родину и восстановили государство Израиль. С тех пор Израиль продолжает вытеснять с нажитых мест потомков древних филистимлян, которых ныне называют палестинцами, а палестинцы не хотят уходить и сопротивляются как могут. И те и другие претендуют на древний город Иерусалим, крупнейший религиозный центр в истории человечества и колыбель трех мировых религий. Иерусалим – это сакральное место, в регионе вокруг много нефтяных и газовых месторождений, поэтому все крупные державы имеют там свои интересы и в разной степени вовлечены в конфликт. Конкуренция интересов крупных внешних игроков может с высокой вероятностью надолго погрузить регион в войну. С учетом этих угроз и на фоне масштабных военных действий на Украине и роста военной напряженности вокруг Тайваня все крупные страны наращивают оборонные бюджеты и увеличивают производство оружия и боеприпасов. Идет спешная модернизация существующих заводов ВПК и строительства новых. Производства нужно освещать, что приводит к увеличению спроса на индустриальные светильники. В России этот спрос усиливается еще и необходимостью осваивать и переоснащать вновь приобретенные территории на западных границах. Освещение промышленных объектов требует светильников со специальным светораспределением (или кривыми силами света – КСС), для того чтобы все было хорошо видно, а свет был комфортным.
Наиболее эффективно преломляют и перенаправляют свет линзы, поэтому в светодиодных светильниках чаще всего применяются именно они. Самые популярные для индустриального освещения линзы с углами 60 и 90°. В цехах с высокими потолками (8–12 м) применяют оптику с углом 60°, в производственных помещениях с потолками ниже 8 м устанавливают оптику с углом 90°. Основное назначение линзы – сформировать равномерное световое пятно, минимизировать цветовые аберрации в нем и обеспечить необходимый условный защитный угол.
Согласно определению ГОСТ Р 55392-2012, «условный защитный угол – угол в характерной плоскости, в пределах которого яркость светящей поверхности ОП снижена до уровня, при котором светильник не оказывает слепящего действия». То есть линза не защищает от прямого излучения света, а только ограничивает (отсекает) яркость светящей поверхности до нужного уровня. С точки зрения формы КСС, это выражается в том, что оптическим способом отсекается часть света выше некоторого угла, отложенного от оптической оси. Угол, по которому происходит снижение яркости, будем называть углом отсечки.
Далеко не все линзы, продающиеся на рынке, выполняют перечисленные выше задачи. Ошибки в подборе оптики придется исправлять дополнительными шторками и решетками в конструкции светильника, что снижает световой поток и энергоэффективность осветительной установки. В результате светильники становятся дороже, и устанавливать их нужно больше. И если ставить перед собой задачу не продать как можно больше дорогого товара, а грамотно и энергоэффективно осветить цех минимальным количеством светильников, то нужно внимательно подойти к выбору светодиодных линз.
В статье мы покажем примеры подбора оптимальных светодиодных линз для освещения заводских цехов на примере линз компании Sunlumin. Китайская компания Sunlumin разработала линзы MAXWELL-8-60 и MAXWELL-8-90 с учетом российской специфики (рис. 1), которые обеспечивают жесткую отсечку света в пределах защитного угла и создают световое пятно с равномерным распределением света и цвета.
Рис. 1. Фото и КСС линз Sunlumin MAXWELL-8-60 и MAXWELL-8-90
Свет в производственном помещении должен равномерно и ярко все освещать и не слепить. Чтобы оценить степень комфорта освещения, применяют обобщенный показатель дискомфорта UGR (Unified – универсальный, Glare – бликовый, Rating – оценка) как меру слепящего действия, которое производит система внутреннего освещения. Показатель UGR измеряется по шкале от 10 до 30, и чем ниже показатель, тем меньше слепимость. В России он рассчитывается согласно методике, приведенной в ГОСТ 33392-2015. В мировой практике показатель UGR стал неотъемлемой частью стандартов внутреннего освещения рабочих мест в таких стандартах, как, например интернациональный CIE S 008, европейский EN12464-1, китайский национальный GB50034 и российский ГОСТ Р 55710–2013.
Поскольку значение UGR зависит от большого количества факторов, данный критерий оценки слепящего действия не является характеристикой одного светильника или же линзы. Но от конструкции и параметров отдельных светильников и линз зависит результирующий показатель UGR в помещении. Для большинства стандартных помещений UGR можно посчитать табличным методом, который описан в упомянутых стандартах. Суть метода в том, что для оценки зрительного дискомфорта на уровне глаз наблюдателя, смотрящего горизонтально, применяется таблица значений UGR, в которой собраны экспериментально/расчетные данные зрительного дискомфорта для помещений различных размеров и с разными коэффициентами отражения света от потолка, стен и пола. Размеры помещений заданы относительными величинами, кратными высоте подвеса светильников H, при расстоянии между светильниками равным 0,5 H. Табличный метод позволяет сравнить среднее значение UGR одного светильника с другим. И если конструкция светильника не вносит искажения в КСС линзы, то этим методом можно оценивать и среднее значение UGR линзы со светодиодом.
Используя табличный метод, рассмотрим, как форма КСС влияет на значение UGR в стандартных помещениях. Пусть будет два типа КСС – с пологим и резким углом отсечки в зоне угла 60°. Оценку КСС проведем для светового потока 5000 лм. В таблице 1 приведены результаты расчета UGR табличным методом для набора из 19 стандартных помещений с различными коэффициентами отражения потолка, стен, пола. Из расчета видно, что в данном примере линзы с пологим углом отсечки имеют значения UGR в среднем на 6 условных единиц больше, по сравнению с линзой с КСС с резким углом отсечки. Эти таблицы позволяют наглядно сравнивать КСС между собой и могут служить ориентиром, но для более точного расчета UGR в каждом конкретном случае требуется индивидуальный светотехнический расчет.
Таблица 1. Пример фрагментов стандартных таблиц для КСС с различными типами углов отсечки
Разобравшись со слепящим воздействием, рассмотрим второй важный параметр работы светодиодной линзы – равномерность распределения света и цвета в световом пятне. Причина неравномерностей в том, что в силу физической и конструктивной особенности светодиоды имеют неравномерное распределение света и цвета по углам в пространстве. Фактически линза создает световое пятно нужного размера, и это пятно является изображением светодиода в той или иной степени размытости. Причем если лучи не перемешиваются внутри линзы, то нежелательные разноцветные полоски/пятна усиливаются, Для борьбы с этими неравномерностями в конструкцию линзы вносят специальные оптические структуры, смешивающие лучи от разных участков поверхности источника света. При создании оптических структур важно найти оптимальный компромисс между равномерностью света и цвета в пятне и итоговым КПД оптики. Практика показывает невозможность учесть столь тонкие моменты и спроектировать линзу в существующих расчетных программах. К сожалению, не все программы «заточены» под расчет цветовых аберраций и редко какой светодиод имеет сопроводительную документацию – RAY-файл с детальной информацией о распределении цвета и света по углам. Поэтому в реальной жизни разработка линз проводится в два этапа: сначала создаются инженерные образцы линз, которые «светят куда надо», а на втором этапе смотрят, «как оно светит», и доводят инженерные образцы до нужных параметров по качеству света. И только после внесения финальных измерений в пресс-форму линзу можно окончательно тестировать и запускать ее в производство.
На рис. 2 показан пример разработки одной и той же линзы на разных этапах. На фото световых пятнен видно, что на первом этапе проблема неравномерности была существенной, на втором – цветовое безобразие было устранено. На первом этапе разработки получили необходимое светораспределение и эффективность. Но поскольку конструкция типичного светодиода 5050 изначально излучает свет с неоднородностями цвета, то на втором этапе была решена задача минимизации цветовых аберраций.
Рис. 2. Слева: цветовые аберрации в световом пятне на первом этапе; справа: линза с компенсаций неоднородности цвета после второго этапа разработки
Инженеры компании Sunlumin грамотно и профессионально разработали линзы MAXWELL-8-60 и MAXWELL-8-90. Посмотрим, как с помощью этой оптики можно осветить промышленные помещения. Для этого посчитаем примеры освещения складского помещения размерами 24×48 м с высоким и низким потолком линзами MAXWELL-8-60 и MAXWELL-8-90 соответственно. Нормы освещения складов согласно ГОСТ Р 55710-2013 приведены в таблице 2. Расчет будем вести для нормы 200 лк и равномерности выше 0,4. На рис. 3 приведены результаты светотехнического расчета для обеих линз, из которого видно, что линзы обеспечивают высокую равномерность и низкий UGR.
Рис. 3. Примеры светотехнического расчета промышленных помещений высотой 10 и 6 м ( коэффициент эксплуатации в расчете Mf = 0,71)
Таблица 2. Нормы освещения складов
| Наименование помещения | Еэкс, лк | Uo, не менее | UGR, не более |
| Склады и кладовые | 100 | 0,4 | 25 |
| Места упаковки | 300 | 0,6 | |
| При длительном пребывании работающих людей в помещении нормы повышают до 200 лк. | |||
Следует отметить, что китайская компания Sunlumin создала качественные линзы MAXWELL-8-60 и MAXWELL-8-90, с помощью которой можно освещать промышленные объекты, склады, торговые помещения и даже интерьеры в полном соответствии с российскими стандартами. Линзы обеспечивают резкую отсечку света в пределах защитного угла и создают световое пятно с равномерным распределением света и цвета. На платформе размером 50×50 мм размещено 8 линз, оптимизированных для работы с популярными светодиодами 5050, плотное размещение таких светодиодов позволяет создавать мощные малогабаритные светильники, а если запитать светодиоды небольшими токами, то можно делать светильники с максимальным КПД преобразования электричества в свет. Эта оптика будет интересна тем производителям, которые выпускают промышленные светодиодные светильники с защитным стеклом и используют для этого популярные стандартные мультилинзы. Помимо разработки и производства стандартной оптики, компания Sunlimin проектирует и изготавливает заказные линзы, а также создает пресс-формы для литья заказной оптики и отгружает их в Россию, Это предоставляет возможность нашим производителям светильников применять понравившиеся оптические решения в форм-факторе своих уникальных линз и даже самостоятельно лить необходимую оптику.
Литература
- CIE S 008:2001, ISO 8995-1:2001. Lighting of workplaces – Part 1: Indoor.
- ГОСТ Р 55392-2012. Приборы и комплексы осветительные, Термины и определения.
- GB50034-2013. Standard for Lighting Design of Buildings.
- ГОСТ Р 55710-2013. Освещение рабочих мест внутри зданий, Нормы и методы измерений
- ГОСТ 33392-2015. Здания и сооружения, Метод определения показателя дискомфорта при искусственном освещении помещений.
- EN 12464-1:2021. Light and lighting – Lighting of work places – Part 1: Indoor work places.
