Введение

В светотехническом проектировании обеспечение того, чтобы объект неизменно соответствовал нормам освещенности на протяжении всего срока своей эксплуатации, имеет гораздо большее значение, чем просто расчет начальной яркости только что смонтированной системы. Однако со временем уровень освещенности, создаваемый светильниками, неизбежно снижается под воздействием таких факторов, как спад светового потока источников света, накопление пыли и загрязнение окружающей средой. Для количественной оценки этого явления мы вводим понятие «коэффициент потери светового потока» (LLF) — концепцию, заимствованную из стандартов IESNA.

Коэффициент эксплуатации (MF) представляет собой, по сути, ту же концепцию, что и (коэффициент потери светового потока)LLF; различие заключается лишь в конкретной нормативной базе, к которой относится данный показатель — MF соответствует стандартам CIE. Базовое определение, общее для обоих коэффициентов, идентично: это отношение поддерживаемой освещенности на освещаемой поверхности (после определенного периода эксплуатации) к начальной освещенности (величина, которая, как правило, меньше единицы). Используя (коэффициент потери светового потока)LLF или MF, проектировщики могут — уже на начальном этапе проектирования — заложить достаточный запас светового потока (Что такое световой поток светодиодного светильника?), чтобы компенсировать будущие потери, вызванные деградацией источников света и загрязнением. Тем самым обеспечивается неукоснительное соблюдение системой освещения минимальных требований к освещенности на протяжении всего заданного эксплуатационного цикла. А теперь перейдем к основной части материала, чтобы подробнее узнать о коэффициенте LLF, включая методы его расчета и взаимосвязь с коэффициентом MF.

Что такое коэффициент потери светового потока?

Проще говоря, LLF (коэффициент потери светового потока) обозначает снижение светового потока, излучаемого осветительным прибором, после определенного периода эксплуатации — как правило, до завершения цикла технического обслуживания — вследствие воздействия различных причин. В частности, (коэффициент потери светового потока)LLF определяется как отношение средней освещенности на рабочей поверхности после периода эксплуатации к ее начальному значению. Он рассчитывается как произведение нескольких независимых коэффициентов потерь, включая коэффициент снижения светового потока ламп (LLD), коэффициент снижения светового потока светильника из-за загрязнения (LDD), а также факторы, связанные с оборудованием (в том числе коэффициент выхода ламп из строя). В отличие от коэффициента эксплуатации (фактор технического обслуживания), （коэффициент потери светового потока）LLF не учитывает такие факторы, как изменение отражающей способности поверхностей помещения. Среди перечисленных составляющих параметры LLD и LDD соответствуют аналогичным показателям, определенным в стандартах CIE, а коэффициент выхода ламп из строя соответствует коэффициенту выживаемости ламп, фигурирующему в тех же стандартах CIE. Кроме того, стандарты IESNA для расчета LLF предусматривают учет дополнительных параметров, таких как температурный коэффициент светильника (в зависимости от температуры окружающей среды), коэффициент напряжения питания светильника и балластный коэффициент. После определения конкретных значений для каждого из этих параметров можно рассчитать итоговое значение LLF. Конечная цель введения коэффициента LLF заключается в том, чтобы дать проектировщикам освещения возможность заблаговременно увеличить начальный световой поток — тем самым компенсируя последующее снижение освещенности (что такое снижение освещенности?) в процессе эксплуатации — и гарантировать, что система освещения будет поддерживать требуемые уровни освещенности на протяжении всего своего жизненного цикла. В следующей главе мы рассмотрим различные факторы, влияющие на величину （коэффициент потери светового потока）LLF, а также методы, используемые для их расчета.

Факторы, определяющие коэффициент световых потерь

Коэффициент потери светового потока (LLF) представляет собой не единое фиксированное значение, а произведение нескольких независимых коэффициентов потерь, которые изменяются с течением времени. Как правило, эти влияющие факторы можно объединить в единый множитель для использования в расчетах при проектировании освещения (например, в решениях ZGSM). Исключением из этого правила является коэффициент оборудования (EF), который зависит преимущественно от первоначального выбора оборудования, а не от изменений, происходящих со временем. С точки зрения механизмов управления, различные составляющие (коэффициент потери светового потока)LLF можно разделить на три группы: факторы, регулируемые посредством выбора оборудования (например, собственные эксплуатационные характеристики самих светильников и источников света, относящиеся к сфере действия коэффициента оборудования); факторы, регулируемые через графики технического обслуживания (например, операции, связанные с периодической чисткой и заменой ламп); и факторы, находящиеся вне контроля владельца объекта (например, внешние условия, такие как колебания напряжения в электросети и изменения уровня загрязнения окружающей среды). Задача проектировщика освещения заключается в том, чтобы обоснованно определить и применить реалистичное общее значение коэффициента (коэффициент потери светового потока)LLF. Общий коэффициент потери светового потока рассчитывается путем перемножения всех независимых влияющих коэффициентов. Если какой-либо конкретный вид потерь является пренебрежимо малым — то есть соответствующий ему коэффициент близок к 1,0, — его можно не учитывать; в противном случае его значение следует оценивать на основе эмпирических данных, полученных при эксплуатации аналогичных установок, оборудования и процедур технического обслуживания. Во всех случаях минимальными факторами, которые необходимо принимать во внимание, являются снижение светового потока ламп (LLD) и снижение светового потока светильников вследствие загрязнения (LDD). Если рассчитанное общее значение (коэффициент потери светового потока)LLF оказывается чрезмерно низким (что указывает на недопустимо высокий уровень потери света), возникает необходимость в повторном подборе светильников или источников света, либо в корректировке регламентов чистки и технического обслуживания. Например: LLF = LLD × LDD × BF (где все коэффициенты, как правило, имеют значение менее 1,0).

Что такое снижение светового потока лампы (LLD)?

Спад светового потока (LLD) — это явление, при котором светоотдача (измеряемая в люменах) большинства осветительных приборов постепенно снижается на протяжении всего срока их службы по мере накопления часов наработки. Показатель LLD, как правило, представляется в виде кривой сохранения светового потока, которая иллюстрирует процентное соотношение текущей светоотдачи светильника к его начальной светоотдаче в определенный момент эксплуатации. Для газоразрядных ламп (HID) испытания на долговечность проводятся на основе циклов горения продолжительностью более 10 часов за одно включение и при соблюдении специфических условий работы балласта; это обусловлено тем, что длительность непрерывной работы является ключевым фактором, влияющим на уровень светового потока, а колебания в работе балласта также могут приводить к существенным отклонениям в световом потоке газоразрядных ламп. Поскольку традиционные технологии освещения в настоящее время занимают все меньшую долю рынка, мы не будем подробно останавливаться на них в данном контексте. Для светодиодных источников света на скорость сохранения светового потока влияет множество факторов, включая рабочую температуру, рабочий ток, особенности производственных процессов и состав материалов. Если светодиод эксплуатируется при температурах (см. информацию о рабочих температурах светодиодов и драйверов) или уровнях тока, превышающих рекомендации производителя, это приводит к значительному ускорению спада светового потока и сокращению номинального срока службы — последствие, которое становится очевидным при прогнозировании показателя LLD для светильника с использованием методики TM-21. Срок службы светодиода по критерию сохранения светового потока обычно обозначается индексом Lxx; например, L70 обозначает общее количество часов наработки, по истечении которых световой поток снижается до 70% (или иного заданного процентного значения) от своего начального уровня. Характеристики LLD могут существенно различаться у разных производителей и даже у разных моделей светодиодов, выпускаемых одним и тем же производителем. На этапе проектирования крайне важно выбрать соответствующее значение LLD, опираясь на таблицы и графики, предоставленные производителем, а также принимая во внимание специфические параметры эксплуатации — такие как продолжительность каждого цикла включения — и преобладающие условия окружающей среды. В приведенной ниже таблице представлена ​​кривая LLD для светодиодных компонентов Osram; поскольку фактическая продолжительность испытаний составила 9000 часов, заявленное значение L70 ограничено отметкой в ​​54 000 часов (поскольку прогнозируемое значение L70 не может превышать шестикратную величину фактической продолжительности испытаний).

Что такое снижение светового потока светильника вследствие загрязнения (LDD)?

LDD (снижение светового потока светильника вследствие загрязнения) — это явление, при котором пыль постепенно накапливается на различных компонентах светильника, включая внутренние и внешние поверхности оптики (защитного стекла), внутреннюю поверхность отражателя и саму лампу (источник света). Это накопление приводит к дополнительному снижению общего светового потока светильника. Данное снижение происходит независимо от естественного падения светового потока самой лампы с течением времени; совместно эти два фактора определяют долгосрочную эффективность работы осветительной системы. Величина LDD зависит, прежде всего, от чистоты среды, в которой установлен светильник (классифицируемой по пяти уровням: от «очень чистой» до «очень грязной»), а также от установленного графика чистки и технического обслуживания. Для традиционных (не светодиодных) источников света соответствующий коэффициент LDD можно определить, обратившись к стандартным справочным кривым; однако стандарт RP-8-21 (подробнее о стандарте RP-8-21) содержит лишь ограниченные рекомендации касательно светодиодных светильников. В данном материале мы более подробно раскрываем эту тему, ссылаясь на соответствующие стандарты CIE. Эти стандарты учитывают тот факт, что конструктивное исполнение светодиодных светильников отличается от конструкции светильников с традиционными источниками света: например, у светодиодов, как правило, отсутствуют обращенные вверх поверхности, а сами светильники часто имеют закрытую конструкцию. В результате площадь поверхностей, доступных для накопления загрязнений, оказывается меньше; следовательно, влияние LDD на светодиодные светильники менее существенно по сравнению с традиционными источниками света. Согласно стандарту CIE 154:2003 (для наружного освещения), коэффициент эксплуатации светильника (LMF) для светодиодных моделей должен определяться путем комплексного учета трех основных факторов: степени защиты IP, условий окружающей среды (категории загрязнения) и интервала между чистками. Например, для светодиодного уличного светильника (уличные светильники ZGSM) со степенью защиты IP66, установленного в среде с высокой степенью загрязнения и обслуживаемого с трехлетним циклом чистки, обращение к соответствующим таблицам позволяет определить коэффициент эксплуатации светильника на уровне 0,83. Для сравнения: если обратиться к аналогичным таблицам, предоставляемым организацией IESNA, коэффициент для данного сценария составит от 0,55 до 0,75 — что представляет собой весьма существенное расхождение. Если вам потребуется дополнительная помощь в определении значений LDD, пожалуйста, свяжитесь с компанией ZGSM для получения дополнительной информации.

Что такое коэффициент выгорания светильника (LBF)?

Стандарт IESNA включает такой параметр, как «коэффициент перегорания ламп» (LBF); однако подробные описания, касающиеся этого параметра, встречаются довольно редко. Опираясь на опыт нашей компании, мы осознаем, что этот фактор является критически важным при расчете коэффициента эксплуатации (MF). Мы часто наблюдаем ситуации в системах уличного освещения, когда отдельные светильники перестают функционировать — или когда выходят из строя отдельные светодиодные чипы (источники света), — что неизбежно сказывается на яркости и уровне освещенности проезжей части. В подобных случаях возникает необходимость замены вышедших из строя источников света. Стандарт IESNA лишь предписывает обращаться к статистическим данным производителя касательно частоты перегорания конкретных типов ламп для определения соответствующего значения LBF. Кроме того, в стандарте рекомендуется для критически важных систем непрерывного освещения дорог регулярно отслеживать работоспособность ламп — например, посредством ночных инспекций или автоматизированных систем мониторинга светильников (например, систем «умного» управления освещением), — чтобы иметь возможность разработать график замены, позволяющий минимизировать негативное влияние фактора LBF на самых ранних этапах. В отличие от этого, организация CIE рассматривает данную тему более детально, хотя и использует иную терминологию: «коэффициент выживаемости ламп» (LSF). LSF представляет собой вероятность того, что источник света и/или светильник продолжит функционировать в течение заданного периода времени; этот коэффициент может быть определен на основе анализа срока службы различных компонентов светильника. Например, в светодиодном светильнике вероятность выхода из строя отдельного светодиодного чипа, как правило, относительно низка, тогда как вероятность отказа драйвера (источника питания) светодиодов сравнительно выше; следовательно, значение LSF часто рассчитывается исходя из прогнозируемого срока службы именно драйвера. В качестве иллюстрации рассмотрим источник питания серии Inventronics EUM DG: его показатель средней наработки на отказ (MTBF) составляет 473 000 часов. Путем соответствующих расчетов можно определить, что для светильников, оснащенных данным источником питания, частота отказов составляет примерно 4,6% после пяти лет эксплуатации (при условии ежедневного использования в течение 12 часов); основываясь на этой цифре, мы устанавливаем значение LSF на уровне 95,4%. Для получения дополнительной информации о показателе MTBF и его значимости, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей статьей в блоге: «Средняя наработка на отказ светодиодных драйверов и важность показателя MTBF».

Что такое коэффициенты оборудования (EF)?

Неизменные во времени коэффициенты потерь светового потока определяются, прежде всего, внутренними конструктивными характеристиками самого светильника. Хотя некоторые из этих потерь невозможно скорректировать, они могут существенно повлиять на световой поток светильника и, как следствие, снизить фактический уровень освещенности. Стандарт RP-8-21 классифицирует неизменные во времени коэффициенты потерь светового потока по трем типам: коэффициент влияния температуры окружающей среды (LATF), коэффициент влияния напряжения питания и коэффициент балласта. Компания ZGSM считает коэффициент влияния температуры окружающей среды наиболее критичным из этих трех, поскольку температура окружающей среды оказывает глубокое воздействие на световой поток источника света (в частности, у светодиодных уличных светильников, оснащенных NTC-термистором и защитой от перегрева). Коэффициент влияния напряжения питания занимает второе место по значимости; однако, учитывая, что подавляющее большинство современных массовых светильников являются светодиодными, коэффициент балласта, как правило, не требует дополнительного учета.

Что касается фактора влияния температуры окружающей среды на светильник (LATF), то специалисты в области светодиодного освещения хорошо знакомы с отчетом LM-82 — стандартом, используемым для оценки характеристик светового потока светильника при различных температурах окружающей среды (Ta). Если привести в качестве примера соответствующие протоколы испытаний компании ZGSM, то можно заметить, что световой поток светильника снижается на 3% и 5% при рабочих температурах окружающей среды +25°C и +40°C соответственно. Следовательно, на этапе проектирования системы освещения крайне важно четко определить диапазон рабочих температур светильника и выбрать соответствующее значение параметра LATF, опираясь на данные соответствующего отчета LM-82. Что касается фактора влияния напряжения питания, то незначительные колебания напряжения в пределах ±5% от номинального напряжения электросети оказывают пренебрежимо малое влияние на световой поток светодиодных светильников; однако они могут существенно сказаться на работе традиционных светильников — например, натриевых ламп высокого давления, — в конструкции которых используются балластные устройства. Как правило, если драйвер светодиода (подробнее о драйверах) рассчитан на работу в широком диапазоне входных напряжений, результирующие колебания светового потока будут минимальными. Тем не менее существует одно специфическое исключение: некоторые светильники рассчитаны на номинальный диапазон напряжения 100–277 В переменного тока, но при этом спроектированы таким образом, чтобы автоматически снижать выходную мощность при работе в фактическом диапазоне 100–180 В. Подобное конструктивное решение не лишено смысла: когда напряжение в сети опускается значительно ниже номинального значения, схема драйвера активно снижает потребляемую мощность — мера, которая фактически служит механизмом электрической защиты; впрочем, мнения специалистов отрасли относительно целесообразности именно такой конструкции расходятся.

Как рассчитать LSF?

Согласно стандартам IESNA, если влияние отдельных коэффициентов пренебрежимо мало, их можно исключить из расчетов. Как правило, для вычисления коэффициента потери светового потока (LLF(коэффициент потери светового потока)) необходимо перемножить три ключевых составляющих: коэффициент спада светового потока лампы (LLD), коэффициент снижения светового потока светильника вследствие загрязнения (LDD) и коэффициент выбытия ламп (BF). Например, если в проекте применяется стратегия выборочной замены (подробнее об обслуживании уличного освещения и его преимуществах), предполагающая замену отдельных вышедших из строя ламп по мере их отказа, то коэффициент BF можно не учитывать. Во многих случаях заказчики не знакомы с параметром LDD — а иногда и вовсе упускают его из виду, — в результате чего многие ограничиваются учетом лишь коэффициента LLD. Однако на практике реализация стратегии выборочной замены может оказаться весьма затратной; кроме того, периодичность технического обслуживания светильников зачастую подчиняется вполне предсказуемым закономерностям. В связи с этим компания ZGSM рекомендует принимать во внимание все три вышеупомянутых ключевых фактора.

Прежде всего, коэффициент спада светового потока (LLD) определяется на основе показателя L70 конкретного светодиодного светильника и его прогнозируемого срока службы (см. «Каков срок службы светодиодных светильников?»). Например, если светильник имеет показатель L70, равный 100 000 часов, и при условии использования модели линейного спада, через 50 000 часов он сохранит 85% своего первоначального светового потока; в этом случае LLD составит 0,85. Если же прогнозируемый срок службы составляет 5 лет (при эксплуатации по 12 часов в сутки), общее время наработки составит 21 900 часов, что дает расчетное значение LLD, равное 0,93. Разумеется, LLD можно также определить напрямую, сопоставив данные из таблиц стандартов LM-80 и TM-21 — метод, рекомендованный IESNA, — который в первую очередь учитывает рабочую температуру и рабочий ток светодиодов. Далее необходимо оценить коэффициент снижения светового потока вследствие загрязнения (LDD), опираясь на условия окружающей среды и используя такие графики, как «Средняя скорость снижения светового потока вследствие загрязнения в зависимости от типа оптики светодиодов». Однако в этих рекомендациях не приводится подробного описания конкретной методики определения LDD. Компания ZGSM предлагает для светильников, оснащенных линзами из ПММА и стеклянными поверхностями, оценивать LDD через 5 лет эксплуатации как приблизительно 0,96 × 0,885 = 0,85. Что касается коэффициента выхода из строя (BF), то для наших актуальных серийных источников питания мы уже рассчитали его значение через 5 лет эксплуатации в предыдущем разделе; следовательно, мы принимаем для него значение 0,95. Наконец, перемножив эти значения — то есть LLF = 0,93 × 0,85 × 0,95 — мы получаем результат 0,75. Это означает, что к заданному целевому моменту времени осветительная система сохранит 75% своего первоначального светового потока.

Решения ZGSM в области светодизайна

Краткое содержание

Коэффициент потери светового потока (LLF) и коэффициент эксплуатации (MF) — это, по сути, идентичные понятия, заимствованные соответственно из стандартов IESNA и CIE; они определяются как отношение поддерживаемой освещенности к начальной освещенности после определенного периода эксплуатации. Значение (коэффициент потери светового потока)LLF рассчитывается путем перемножения нескольких независимых коэффициентов потерь, которые, главным образом, подразделяются на три категории: снижение светового потока лампы (LLD) — естественное уменьшение светового потока источника света с течением времени (в стандартах CIE этому соответствует коэффициент сохранения светового потока лампы, LLMF); снижение светового потока светильника из-за загрязнения (LDD) — потеря светоотдачи, вызванная накоплением пыли на оптических поверхностях, величина которой напрямую зависит от чистоты окружающей среды и графика очистки светильников (в стандартах CIE этому соответствует коэффициент эксплуатации светильника, LMF); и коэффициент выбытия ламп (BF) — показатель вероятности того, что источник света или драйвер продолжат нормально функционировать на протяжении заданного периода (в стандартах CIE этому соответствует коэффициент выживаемости ламп, LSF). Кроме того, стандарты IESNA вводят понятие «коэффициентов оборудования» (EF), которые не изменяются со временем — таких как коэффициенты влияния температуры окружающей среды, напряжения питания и балласта; применительно к светодиодным светильникам среди них особое внимание следует уделять влиянию температуры окружающей среды на световой поток (в соответствии с отчетами LM-82). При расчете (коэффициент потери светового потока)LLF значения LLD, LDD и BF, как правило, перемножаются. Например, если светодиодный светильник находится в эксплуатации в течение пяти лет, и при этом LLD составляет 0,93, LDD — 0,85, а BF — 0,95, то LLF = 0,93 × 0,85 × 0,95 ≈ 0,75; это означает, что система по-прежнему способна поддерживать 75% от своего начального светового потока. Если вам требуется дополнительная информация касательно LLF и MF, пожалуйста, свяжитесь с нами для получения подробных разъяснений. В качестве альтернативы, если в вашем проекте используются стандарты CIE, рекомендуем ознакомиться с материалом в нашем блоге на тему «Коэффициент эксплуатации».

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные дела

Люди также спрашивают

Введение автора