1. No category

Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani
Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo
Izbirni predmet - 10142
Svetlobna tehnika
Svetlobni viri
predavatelj
prof. dr. Grega Bizjak, u.d.i.e.
Delitev svetlobnih virov
Primarni
viri so viri, ki sami oddajajo svetlobo oziroma v
svetlobo pretvarjajo druge oblike energije.
Sekundarni
viri sami ne oddajajo svetlobe, pač pa
presevajo, odsevajo ali kako drugače
spreminjajo svetlobo primarnih virov.
2
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Delitev svetlobnih virov
Temperaturni
viri ali temperaturna sevala so viri, ki sevajo zaradi svoje
(razmeroma) visoke temperature. Vsako segreto telo
oddaja energijo in če je dovolj segreto, je del te oddane
energije v vidnem delu spektra.
Luminiscenčni
viri pa so tisti viri, ki oddajajo več svetlobe, kot bi jo zaradi
svoje temperature. Poznamo različne vrste luminiscence:
bioluminiscenca, kemoluminiscenca, fluorescenca,
fosforescenca, triboluminiscenca, elektroluminiscenca.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
3
Delitev svetlobnih virov
Naravni
viri so viri, ki so v naravi ves čas ali
občasno prisotni tudi brez
posredovanja ljudi.
Umetni
viri pa so viri, ki smo jih zaradi določenih
prednosti vpeljali ljudje.
4
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Naravni svetlobni viri
Sonce je
primarni
naravni vir
svetlobe.
5
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Naravni svetlobni viri
Mesec je
sekundarni
naravni
svetlobni vir.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
6
Naravni svetlobni viri
Nebo je
sekundarni
naravni vir
svetlobe.
7
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Naravni svetlobni viri
8
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Dnevna svetloba - lastnosti
Dnevni ritem: zjutraj šibka svetloba, ki nato narašča do
poldneva, nato pa ponovno pada proti večeru.
Svetloba prihaja od zgoraj in od strani.
Položaj svetlobnega vira se s časom spreminja, saj
sonce “potuje” od vzhoda proti zahodu.
Zelo hitre spremembe osvetljenosti zaradi vremena
(oblaki).
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
9
Dnevna svetloba
Prednosti: večje osvetljenosti, ustrezna
svetlost prostorov, dnevni ritem,
ugodni tehnični parametri,
varčevanje z energijo, …
Slabosti: hitro spreminjanje, močne
sence, omejeno trajanje, potrebe po
ogrevanju in klimatizaciji, bleščanje,
…
10
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Dnevna svetloba - parametri
11
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Dnevna svetloba - parametri
sneg, voda
modro nebo
povprečna dnevna svetloba
(ekvator)
opoldanska sončna svetloba
povprečna dnevna
svetloba (sev. hemisf.)
sončna svetloba
ob vzhodu ali
zahodu sonca
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Barvna temperatura
se spreminja tekom
dneva.
Povprečje: 6500 K
(na ekvatorju), pri
nas pa nekoliko
manj (5000 K) .
12
Dnevna svetloba - parametri
Indeks barvnega videza: 100%.
Dnevna svetloba predstavlja
referenčni vir za faktor
primerljivosti barve.
13
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri
Ogenj: 400.000 BC
Oljenke: 13.000 BC
Sveče: 400
Plinske svetilke: 1792
Obločnice: 1809
Petrolejke: 1853
Žarnice: 1879
Sijalke: 1901
14
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Ogenj
(400.000 bc)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
15
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Primitivne svetilke
(13.000 bc)
16
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Starodavne svetilke
(3.000 bc)
17
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Lončene oljne svetilke
(500 bc)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
18
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Sveča
(400 AD)
19
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Svetilka s krožnim
plamenom
(1784 AD)
(Ami Argand, Švica).
20
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Betty svetilke
(1790 AD)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
21
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Plinske svetilke
(1814 AD)
Murdocku, 1792
Plinska mrežica, 1885
(torijev in cerijev
oksid).
22
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Magnezijeva luč
(1816 AD)
kalcijev oksid
(približno 83-krat močnejša kot
Argandova svetilka (800 sveč).
vodik
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
kisik
23
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Vžigalice
(1827 AD)
(John Walker)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
24
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Kerozinska svetilka
(1853 AD)
(Nemčija, 1853)
25
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Obločnica
(1809)
Anglež Davy: ogljikova
obločnica.
26
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Prva električna žarnica
(1820 AD)
(Warren De la Rue)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
27
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Električna žarnica
(1820-1875)
1835 - James Bowman Lindsay: prototip.
1850 – Shepard: ogljena nitka.
1854 – Goebel: naoljeno bambusovo vlakno.
1875 - Woodward in Evans: patent v Kanadi:
ogljena nitka in balon polnjen z dušikom.
28
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Swanova žarnica
(1879)
Patent, 1878.
Predstavitev v
Newcastlu, 1879.
Objava v
“Engineering”,1880.
29
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Edisonova žarnica
(1879)
Osnova: Wodward-Evansov
patent.
Naoljena bombažna nit v
vakuumu.
Življenjska doba: 45 ur.
1880 do 1883 – patentirana.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
30
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Nadaljne izboljšave električne žarnice
(1880-1960)
1907 - žarnice z volframovo žarilno nitko;
1913 - žarnice polnjene s plinom in z špiralno nitko;
1940 - PAR reflektorske žarnice;
1955 - Dichroic žarnice (coolbeam);
1960 - halogenske žarnice.
31
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Potek razvoja žarnice
(1820-1960)
žarnica s
platinasto žarilno
nitjo
(De la Rue)
1820
prva žarnica z
naogljeno žarilno
nitjo
(Shepard)
1850
1835
izdelan prvi
prototip
žarnice
(Lindsay)
1854
izpopolnjena
oblika žarnice
(Göbel)
prvi patent za
žarnico
(Woodward,
Evans)
1875
1879
izboljšana
življenska doba
žarnice
(Swan, Edison)
prva uporaba
volframa v
žarnicah
(Coolidge)
1907
1913
žarnica
polnjena s
plinom
(Langmuir)
izum PAR
žarnice
(Thayer)
1940
1960
izum
halogenske
žarnice
(General
Electric)
32
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
VT Hg sijalka
(1901)
VT sijalka z živosrebrno
paro.
Prva VT Hg sijalka
podobna današnjim:
1934.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
33
Umetni svetlobni viri - zgodovina
NT Na sijalka
(1932)
Začetek raziskav: 1920.
Uporaba: 1932 v
javni razsvetljavi na
Nizozemskem.
34
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Fluorescenčna
sijalka
(1937)
Patentirana 1927 v USA
Uporabna izvedba 1937
v New Yorku (GE)
35
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Metal
halogenidna
sijalka
(1960)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
36
Umetni svetlobni viri - zgodovina
VT Na sijalka
(1966)
1966 uspe razviti VT Na
sijalko na podlagi NT Na
sijalke.
37
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
Žveplova
sijalka
(1994)
38
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Umetni svetlobni viri - zgodovina
LED dioda
(1965)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
39
Električni umetni svetlobni viri
• obločnice
• žarnica
• sijalke
• LED diode
40
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Žarnice
Termično sevalo
od 3 lm/W do 20 lm/W
navadne in halogenske žarnice
41
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Navadna žarnica
Žarilna nitka iz volframa.
Temperatura barve: 2700 K.
Življenjska doba: cca. 1000 ur
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
42
Navadna žarnica
43
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Navadna žarnica
Indeks barvnega videza:
odličen (95-100).
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
44
Navadna žarnica
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
45
Halogenska žarnica
46
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Halogenska žarnica
Daljša življenjska doba: 2000-3500 ur
Višja temperatura barve: 3000 K.
47
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Halogenska žarnica
Potrebna temperatura
vsaj 180 °C
Zaradi poroznosti
kremenčevega
stekla se žarnice ne
sme prijemati z
rokami.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
48
Halogenska žarnica
Indeks barvnega videza: odličen (95-100)
Svetlobni izkoristek: 25 lm/W
49
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Halogenska žarnica
50
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Žarnice
Direkten priklop na omrežje ustrezne
napetosti:
normalne napetosti (230 V, 110 V)
male napetosti (6 V, 12 V, 24 V)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
51
Sijalke
Sijalke delujejo na principu razelektritve v
plinu.
Oddana svetloba je
lahko v vidnem ali v UV
delu spektra.
52
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Sijalke
neon - rdeča
živo srebro - modrikasta
natrij - rumena
xenon - bela
53
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Sijalke
barij-magnezijev-aluminat
cinkov-silikat
kalcijev-borat
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
54
Sijalke
Plin je specifičen prevodnik:
• visoka vžigna napetost;
• inverzna uporovna karakteristika.
Sijalke potrebujejo predstikalno napravo!
Uporablja se:
• Elektromagnetne PN (dušilka, starter, transformator, upor)
• Elektronske predstikalne naprave
V primeru uporabe NF predstikalnih naprav imajo sijalke
stroboskopski efekt.
55
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Sijalke
Sijalke lahko delimo na:
Nizkotlačne sijalke
• tlak: 0,1 … 10 mbar
• tlilna in obločna razelektritev v plinu
• Barvni spekter: izrazito linijski
• vžig: visoka napetost oziroma predgretje in VN impulz
• omejitev toka: upor, transformator s stresanim poljem
oziroma dušilka, VF elektronska predstikalna naprava
56
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Sijalke
Sijalke lahko delimo na:
Visokotlačne sijalke
• tlak: 0,1 … 30 bar
• obločna razelektritev v plinu
• Barvni spekter: linijski in zvezni
• vžig: pomožna razelektritev, napetostni impulz, VF VN
predstikalna naprava
• omejitev toka: dušilka s paralelnim kompenzacijskim
kondenzatorjem
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
57
Sijalke
Visokotlačne proti
nizkotlačnim
sijalkam
58
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Fluorescenčna sijalka
Uporabljen plin: živosrebrna (Hg) para.
59
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Fluorescenčna sijalka
Energija:
3% vidna svetloba, 63% UV svetloba, 34% toplota
63% UV svetloba: 25% vidna svetloba, 38% toplota
28% vidna svetloba, 34% IR svetloba, 38% izgubna
toplota
Svetlobni izkoristek: 96 do 104 lm/W
Življenjska doba: 10.000 do 20.000 ur.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
60
Fluorescenčna sijalka
Barva svetlobe: poljubna (2700 - 6500 K)
Indeks barvnega videza: 60 do 95%.
61
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Fluorescenčna sijalka
Predstikalna naprava:
• elektromagnetna: dušilka in starter
• elektronska (visokofrekvenčna)
• regulacijska (na podlagi spreminjanja frekvence)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
62
Fluorescenčna sijalka
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
63
Kompaktna fluorescenčna sijalka
10% manjša poraba energije kot fluo. cevi.
Življenjska doba: 8000 ur,
vendar pri 20.000 vklopih le še 3000 ur.
Direktna zamenjava za navadno žarnico !
64
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Kompaktna fluorescenčna sijalka
65
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Indukcijska sijalka
Izredno dolga življenjska doba: 60.000 ur
Izkoristek: 65 lm/W
Temperatura barve: med 2700 in 4000 K
Indeks barvnega videza: 80%
Moči do 165 W
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
66
Indukcijska sijalka
67
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Nizkotlačna natrijeva sijalka
Svetilni plin: natrij (Na)
Obratovalna temperatura: 290°C (potrebna je dobra
toplotna izolacija)
Življenjska doba:
16.000 ur.
Moči do 180 W
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
68
Nizkotlačna natrijeva sijalka
Monokromarska svetloba: rumena 589 nm in 589,6 nm.
Izkoristek: do 200 lm/W.
Barvna temperatura: 1750 K.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
69
Nizkotlačna natrijeva sijalka
70
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Visokotlačna živosrebrna sijalka
Svetlobni izkoristek:
do 60 lm/W.
Življenjska doba:
>15.000 ur.
Moči do 400 W
71
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Visokotlačna živosrebrna sijalka
Izrazit črtni spekter.
Indeks barvnega videza: 23 - 55%.
Barvna temperatura: 2000 - 4000 K.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
72
Visokotlačna živosrebrna sijalka
73
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Kovinsko halogenidna sijalka
Izkoristek: 67 do 95 lm/W.
Življenjska doba: 15.000 ur.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
74
Kovinsko halogenidna sijalka
Barvna temperatura: 3000 - 6000 K.
Indeks barvnega videza: do 95%.
Moč do 2000 W.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
75
Kovinsko halogenidna sijalka
76
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Visokotlačna natrijeva sijalka
Tlak 0,25 bar,
temperatura
1000 K.
Izkoristek: 95 do 150
lm/W.
Življenjska doba: do
24.000 ur.
Moč do 1000 W.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
77
Visokotlačna natrijeva sijalka
Barvna temperatura: 2200 K.
Indeks barvnega videza: 20 - 65%.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
78
Visokotlačna natrijeva sijalka
79
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Žarnica za mešano svetlobo
Mešanec med VT Hg sijalko in navadno žarnico:
namesto upora pred pomožno elektrodo ima žarilno
nitko za vžig in stabilizacijo toka. Ne potrebuje
posebne predstikalne naprave, zato predstavlja
direktno zamenjavo za žarnico.
Izkoristek: 30 lm/W.
Življenjska doba 5000 ur.
Moč do 160 W.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
80
Žarnica za mešano svetlobo
Boljši indeks barvnega videza: do 70%
Barvna temperatura: 3400 K.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
81
Žarnica za mešano svetlobo
82
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Visokotlačna xenonska sijalka
Tlak 1 bar (dolge), do 30 bar (kratke).
Temperatura do 500 °C
Svetloba je bela.
Izkoristek: 25 do 40 lm/W.
Življenjska doba: do 3.000 ur.
Moč do 10.000 W (75.000W).
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
83
Visokotlačna xenonska sijalka
Barvna temperatura: 6000 do 6500 K.
Indeks barvnega videza: do 100%.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
84
Visokotlačna xenonska sijalka
85
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Avtomobilska VT sijalka
Metal-halogenidna sijalka
(D2S)
86
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Žveplova sijalka
Velikost: premer 36 mm.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
87
Žveplova sijalka
Razvita med 1986 in 1990, zaradi
spektralne porazdelitve, ki je
podobna občutljivosti človeškega
očesa -> dober izkoristek.
Nazivna moč sijalke: 1000W (1375W)
Izkoristek: 130 (95) lm/W.
Življenjska doba 60.000 ur,
magnetron 20.000 ur.
88
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Žveplova sijalka
Barvna temperatura: 6000 K.
Indeks barvnega videza: 79%.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
89
LED (svetleče diode)
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
90
LED (svetleče diode)
•Razvoj LED diod
• 1967
• 1973
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
1. LED dioda (rdeča)
Rumeno – zelena LED
dioda
• 1975 Rumena LED dioda
• 1978 Rdeča LED dioda, ki je za
razliko od prejšnje že oddajala
močno svetlobo
• 1993
Modra LED dioda
• 1997
Bela LED dioda (modra
LED dioda + fosfor)
• 2001
Bela LED dioda (UV LED +
fosfor)
91
LED (svetleče diode)
Bela LED dioda
Mešanje svetlobe
rdeče, zelene in modre
LED
LED z UV svetlobo in
fosforna prevleka
LED z UV modro
svetlobo in filtrom, ki
modro svetlobo
pretvori v oranžno
92
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
LED (svetleče diode)
Za močnostne bele LED se danes
največ uporablja kombinacija modre
LED z fosforno prevleko.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
93
LED (svetleče diode)
Prednost rdeče-zeleno-modrih (RGB)
LED diod pa je, da lahko te tri barve
poljubno mešamo in dobimo še druge
barve.
94
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
LED (svetleče diode)
Bela LED dioda
50
ŽARNICA
0
1920
1940
1960
1980
DIO
DA
LED
NA
ENT
ESC
OR
FLU LK A
A
IJ
S
100
BEL
A
IZKORISTEK (lm/W)
150
2000
2020
LETO
Izkoristek: 2000: 20-30 lm/W; 2012: 120 lm/W.
Življenjska doba: 2000: 100.000 ur; 2012: 50.000 ur.
95
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
LED (svetleče diode)
LED
VT Na
VT MH
Fluo (T8, T5)
C fluo
VT Hg
NN Halo ž
Navadna ž
lm/W
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
96
LED (svetleče diode)
Življenjska doba LED:
•LED diode: 50.000 ur,
•LED svetilke: 25.000 ur.
•Življenjska doba je zelo odvisna od delovne in
okoliške temperature – potrebno je dobro
hlajenje.
•V večini primerov LED diode samo izgubijo
svetlobni tok in ne pregorijo.
97
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
LED (svetleče diode)
Retrofit LED sijalke:
•LED z napajalnikom in vznožkom,
•namesto žarnic in sijalk,
•slabše hlajenje, slabša življenjska
doba (25.000 ur),
•težave z varnostjo?
98
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
LED (svetleča dioda)
Barvna temperatura: poljubna
Indeks barvnega videza: 80 do90
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
99
LED (svetleča dioda)
100
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Indeks barvnega videza
Sončna
svetloba
Navadna
žarnica
Natrijeva
NT sijalka
VT Hg
sijalka
Natrijava
VT sijalka
101
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
Za konec
• Ločimo naravne in umetne svetlobne vire.
• Pri umetnih svetlobnih virih lahko izbiramo
med žarnicami in sijalkami.
• Svetlobni vir moramo izbrati tako, da
zagotovimo čim boljše pogoje za
dolovanje vida in s tem dela oz. bivanja.
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
102
… in še:
Vprašanja?
Svetlobna tehnika: Svetlobni viri
103