Меню

Натриевые лампы высокого давления для цветов

Натриевые лампы высокого давления. Натриевые лампы для растений в теплицах

Газоразрядные натриевые лампы являются самыми эффективными среди существующих источников света по соотношению светоотдачи к затрачиваемой энергии, однако их спектр некомфортен для человеческого глаза. Отсутствие синего цвета формирует монохромную картину окружающего пространства. Из-за этой особенности натриевые светильники, несмотря на отличную экономичность, применяются ограниченно — в основном для уличного освещения. Между тем преобладание желто-красного «солнечного» и зеленого спектров благотворно сказывается на росте всех видов растений, что нашло широкое применение в тепличных хозяйствах.

Что такое натриевые лампы

Они относятся к газоразрядным лампам по аналогии с ртутными, люминесцентными, галогенными, ксеноновыми «собратьями». Источником свечения является газообразный натрий в сочетании с другими элементами, закаченный в стеклянную колбу. Под воздействием электрической дуги натрий разогревается до высоких температур и начинает светиться ярким желто-оранжевым светом, к концу службы лампы переходящим в красный спектр.

Характеристики

Мощность натриевых ламп самая высокая в классе – до 200 Lm/W (Люмен на Ватт). Характерными особенностями являются низкая цветовая температура (2100-2700 K) и доминирование желто-красного спектра излучения при минимальном количестве синего. Такое сочетание приводит к тому, что светильники данного типа наполняют окружающее пространство монохромным желто-оранжевым светом, в результате чего человеческий глаз недостаточно хорошо различает цвета и очертания предметов. Они теряют глубину, объем, затрудняется ориентация и оценка расстояний до объектов. Зато для растений на определенных этапах роста как раз необходим «солнечный» спектр излучения.

Виды ламп

По принципу работы они подразделяются на два основных класса:

  • Натриевые лампы высокого давления (HPS – HighPressure Sodium).
  • Натриевые лампы низкого давления (LPS – Low-Pressure Sodium).

Разработаны LPS-лампы в 30-х годах прошлого века. У них высочайшая эффективность (180-200 Lm/W), однако из-за конструктивного несовершенства эти лампы оказались капризными и даже опасными. Обычное кварцевое стекло беззащитно перед агрессивным воздействием натрия: он быстро улетучивался, а если осветительный прибор разбить – при реакции с кислородом газ может взорваться (воспламениться).

В 60-е компания General Electric разработала керамику с использованием оксида алюминия (поликор, лукалос), способную противостоять натрию при высоких температурах. Этот прорыв позволил вернуться к производству данного типа световых приборов, обладающих отличной экономичностью. Для улучшения свечения газа его закачивают под высоким давлением. Электрическая схема более простая, чем у LPS. К сожалению, повышение давления газа и другие факторы привели к значительному уменьшению световой отдачи – до 50-150 Lm/W (в зависимости от ее мощности), зато коэффициент цветопередачи (CRI) увеличился с 20 до 85 и выше (с недостаточной до хорошей).

Область применения

Светильники с натриевыми лампами низкого давления в мире большого распространения не получили. В СССР и США ставку сделали на более технологичные ртутные световые системы. В ряде европейских стран их активно применяют для освещения автомобильных дорог.

Натриевые лампы высокого давления более распространены. У нас они применяются для освещения городских улиц, в ландшафтном дизайне, для подсветки архитектурных объектов. Используются в производственных помещениях, где не требуется яркого света. В последнее время ведущие корпорации (Philips, General Electric и другие) значительно усовершенствовали конструкцию и потребительские качества этих ламп: их спектральный охват значительно расширился, увеличилась цветовая температура (с 2100 до 2700 K) – некоторые модели уже подходят для освещения жилых (производственных) помещений. Особо следует отметить применение натриевых ламп в тепличном хозяйстве.

Классификация

Натриевые светильники различаются по нескольким важным параметрам. По конструктивному типу они делятся на:

  • Дуговые натриевые зеркальные (ДНаЗ).
  • Дуговые натриевые матированные (ДНаМТ).
  • Дуговые натриевые в светорассеивающей колбе (ДНаС).
  • Дуговые натриевые трубчатые (ДНаТ).

Также различают светильники по потребляемому току (220V и 380V), которые, в свою очередь, подразделяются по мощности: от 50 до 1000 Вт.

Натриевые лампы для теплиц

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

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

Научный подход

Лидером в области совершенствования освещения теплиц является голландская корпорация Philips, что неудивительно, учитывая передовые позиции тепличной отрасли Нидерландов. Компания провела научно-практические исследования (в 2012 на Украине, в 2013 в Голландии), доказавшие, что натриевые лампы для растений наиболее предпочтительны. Они эффективнее компактных люминесцентных ламп, обладающих меньшей световой отдачей и не обеспечивающих оптимальный световой спектр. Параллельно доказано: лампы накаливания и ртутные светильники потребляют слишком много электроэнергии, чтобы быть экономически выгодными.

Читайте также:  Давление в шинах легкового автомобиля ауди 100

Еще лучшие показатели достигаются, если растения подсвечивать не только сверху, но и по бокам, в междурядьях. Для этого вполне подходят экономичные светодиоды (СД). Сочетание натриевых светильников со светодиодными способствуют большей урожайности. В 2012 году в Умани (Украина) была создана первая промышленная теплица, где сочетались эти виды осветительных приборов. Площадь участка при смешанном освещении СД и натриевыми лампами составляла 6000 м 2 . Всего в теплице было установлено 1230 СД-модулей и 870 светильников с лампами ДНаТ. Эксперимент показал, что урожайность томатов (при соблюдении других требований) может достичь 73 кг/м 2 ежегодно.

Затем благодаря аналогичному эксперименту в Нидерландах (2013) совместное использование ДНаТ и СД привело к увеличению урожайности на 30 %. В дальнейшем технологию переняли в Англии, Дании, Канаде, Японии, Китае и других странах.

Технология

Как правило, промышленные теплицы делают из прозрачных материалов, чтобы растения подсвечивались солнцем. Однако на широтах более 40 о (ближе к полюсам) естественного освещения хватает только на 4-5 месяцев (май-сентябрь). В оставшееся время необходима дополнительная подсветка. Причем на различных этапах вегетации и для разных культур требуется свой спектр излучения.

Светильник под натриевую лампу размещается сверху – он заряжает растения желто-красным «солнечным» светом (зеленый спектр, также излучаемый этими осветительными приборами, не так важен). Светодиоды (либо люминесцентные лампы) целесообразно использовать как дополнительный инструмент при боковом облучении, основное преимущество которого заключается в том, что, находясь в нижней части вертикально выращиваемых растений, свет попадает на нижние ярусы листьев, которые получают недостаточно верхнего света. Такая комбинация повышает интенсивность фотосинтеза, благоприятствует росту, правильному развитию растений. Дополнительное освещение пригодится на этапах, когда выращиваемым культурам требуется синий спектр света, который у натриевых светильников почти отсутствует.

Как это работает

За поглощение фотонов света у растений отвечают специальные пигменты — каратиноиды, a- и b-хлорофиллы. Каратиноиды поглощают свет исключительно синего диапазона, хлорофиллы – синего и красного. Однако максимумы поглощения хлорофиллов – главных фотосинтетических пигментов – находятся в пределах 640-680 нм, а каротиноидов – в пределах 470-480 нм. Согласно этим параметрам, самыми эффективными источниками света для условий тепличного хозяйства считаются натриевые лампы освещения высокого давления (НЛВТ) с рабочим диапазоном 500-700 нм. Их стабильность, срок работы, световая отдача, экономическая эффективность наиболее оптимальны.

Лампы мощностью 50-150 Вт менее надежны и имеют низкую стабильность параметров в течение срока эксплуатации, чем лампы средней мощности (250 Вт и более). Причины этого – в наличии заметного выпрямляющего эффекта при воспламенении ламп малой мощности, который может достигать 2 минут. При этом через лампу проходит повышенный ток, в результате чего происходит интенсивное распыление катодных материалов и образование на внутренней поверхности разрядной трубки непрозрачного налета. Зажигающий импульс и величина пускового тока влияют на значимость эффекта выпрямления, поэтому энергия импульса должна обеспечивать быстрый переход от тлеющего разряда в дуговой. Для предотвращения возникновения эффекта выпрямления тока используют устройства для блокировки постоянного тока. Поэтому в теплицах чаще применяют НЛВД мощностью от 250 Вт.

Впрочем, многочисленные теоретические и экспериментальные исследования процессов в разряде, на электродах и в приэлектродных участках газово-разрядных ламп показали, что есть целый ряд вопросов, которые требуют дальнейшего совершенствования. Для НЛВТ, которые используются в растениеводстве закрытых грунтов, необходимо прежде всего оптимизировать спектральный состав излучения под конкретные светокультуры и уменьшить содержание ртути в разрядной трубке, предупредив возможное загрязнение окружающей среды парами ртути с приборов, вышедших из строя.

Вопросы экологии

Создание современных технологий выращивания тепличных растений связано с использованием высокоинтенсивных разрядных ламп, в частности натриевых. Их широкое применение является положительным фактором интенсификации этого производства, хотя и связано с серьезной экологической проблемой. В состав подавляющего большинства современных разрядных ламп входит токсичное вещество – ртуть. В натриевых светильниках, например, может содержаться амальгама натрия (сплав ртути). Если такой светильник разобьется над посадками внутри теплицы, размещенные под ней растения (зелень, овощи, рассада, комнатные цветы) становятся непригодными к использованию.

Главным направлением повышения экологичности является создание высокоэффективных безртутных газоразрядных ламп. В последнее время эти работы проводились отдельными светотехническими фирмами, в том числе и в странах СНГ. Натриевые лампы с уменьшенным количеством ртути в разрядной трубке и полностью безртутные модели уже существуют и все чаще применяются в тепличном хозяйстве.

Читайте также:  Надувное дно высокого давления для лодки тайга 290

Источник

Какими бывают натриевые лампы и где они применяются?

Конструкции первых световых приборов были довольно примитивными. Они состояли из двух электродов, между которыми горел дуговой разряд. В этих конструкциях было два существенных недостатка: из-за выгорания электроды нуждались в постоянной регулировке, а спектр излучения захватывал значительную долю ультрафиолета. Поэтому лампы накаливания, а позже натриевые лампы очень быстро заняли свои ниши в освещении помещений и улиц.

Справедливости ради надо сказать, что и эти осветительные приборы и сегодня ещё конкурируют с марками более экономичных светодиодных светильников.

Но есть сферы, где применение натриевых лампочек ещё долго будет в приоритете. Оптимизма прибавляет высокий поток излучения в газоразрядных лампах, продолжительность срока эксплуатации и высокие показатели экономичности этих приборов.

Конструкция и принцип работы

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

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

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

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

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

Учитывая данное обстоятельство, мы будем акцентировать внимание именно на лампах типа НЛВД. Конструкция такого источника освещения изображена на рисунке 1. Здесь приведена схема трубчатой лампы ДНаТ.

Рис. 1. Устройтство ДНаТ

Цифрами обозначено:

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

На рис. 2 представлено фото натриевой лампы данного типа.

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

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

Принцип действия.

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

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

После того как на катоды подано высокое импульсное напряжение, происходит зажигание НЛВД. Некоторое время лампа светит тусклым светом. Примерно через 7 – 10 минут, после того как пары натрия разогреются до рабочей температуры, лампа переходит в режим максимальной световой отдачи.

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

Классификация натриевых ламп

Как было отмечено выше, натриевые светильники бывают двух типов: НЛНД и НЛВД. Их можно классифицировать ещё по виду колбы, по составу примесей, мощности излучения. Поскольку давление паров натрия напрямую влияет на светоотдачу лампы, то сделаем краткий обзор светильников именно по этому параметру.

Низкого давления (НЛНД)

Первыми появились НЛНД (с низким давлением в горелке). Они обеспечивают низкую цветопередачу, но обладают приятным для человека спектром излучения. Их массово использовали в 30-ых годах ушедшего столетия. Лампы низкого давления можно встретить и сегодня, однако их вытесняют более совершенные натриевые светильники, на которых мы остановимся более подробно.

Читайте также:  Мойка высокого давления бытовая техника

Высокого давления (НЛВД)

Высокая эффективность НЛВД сделала их лидером среди других газоразрядных источников света. Светоотдача таких светильников достигает 150 люмен/ватт. Они могут работать до 28500 часов. Правда, в конце срока службы их светоотдача снижается, а цвет смещается в красную сторону спектра.

По целому ряду параметров НЛВД превосходят качества люминесцентных ламп, излучающих холодное свечение и металлогалогенных ламп, потребляющих много электроэнергии. Среди современных электрических источников света немного найдётся светильников, способных составить натриевому светильнику достойную конкуренцию.

Преимущества и недостатки

Преимущества у натриевых ламп следующие:

  • экономичность трубчатых ламп;
  • большой срок эксплуатации;
  • устойчивость электрических параметров на протяжении почти всего срока службы;
  • тёплые оттенки излучения натрия (см. рис. 3);
  • довольно широкий диапазон температур, при которых натриевый лампы устойчиво работают – от –60 до +40 градусов по Цельсию.

К сожалению, существуют недостатки, ограничивающие сферы применения НЛВД:

  • раздражающая частота мерцания света;
  • инерционность при включении;
  • взрывоопасность НЛВД;
  • наличие в большинстве моделей содержания ртути;
  • резонансное излучение ослабевает в процессе эксплуатации;
  • рост потребляемой мощности с приближением конца срока службы;
  • необходимость применения ПРА для подключения ламп.

Пускорегулирующие аппараты иногда являются источником шума и расходуют до 60% потребляемой мощности. Они также требуют дополнительного обслуживания.

Несмотря на наличие перечисленных недостатков, в некоторых сферах, где цветопередача источника света несущественна, применение НЛВД является очень выгодным, а в отдельных случаях просто незаменимым.

Область применения

Жёлто-оранжевый свет осветительных устройств приятен для глаз, но его монохроматичность приглушает цвета красок интерьеров. Поэтому натриевые лампы не используются в жилых помещениях в качестве основного осветительного прибора. Они могут служить лишь элементами декоративного освещения.

На рисунке 3 показано фото такой подсветки.:

Рисунок 3. Свет натриевой лампы

Исследования показали, что желтому свечению свойственно благотворно влиять на развитие растений. При этом усиливается их рост, увеличивается урожайность. Летом растительность получает такое освещение от солнечных лучей. Но в теплицах, где выращивают овощи зимой, солнечного света явно не хватает. Для этих целей идеально подходят НЛВД (см. рисунок 4).

Использование натриевых ламп для освещения теплиц не только повышает урожайность, но и позволяет сэкономить электроэнергию.

Рисунок 4. Освещение теплицы натриевыми лампами высокого давления

Обратите внимание на монохроматичность света натриевых светильников. Приглушенный цвет растений свидетельствует о том, что почти весь свет от ламп расходуется на выработку хлорофилла.

Монохроматичность очень полезна при освещении улиц. Такой свет не рассеивается в тумане. Использование уличных светильников для освещения автострад позволяет повысить безопасность движения транспорта. Парковые зоны и дорожки с уличным освещением на основе НЛВД, обладающих жёлтым спектром свечения, повышают комфорт отдыхающих в ночное время.

Рисунок 5. Уличное освещение с помощью НЛ

Реже такие светильники используются в производственных помещениях (обычно на складах), а также при оформлении рекламных вывесок и декораций.

Подключение

Поскольку для поджога горелки требуется высокое импульсное напряжение (иногда до 1000 В) то это усложняет схемы подключения натриевых ламп. Приходится применять дополнительное оборудование. ПРА для НЛВД бывают двух типов: ЭмПРА (электромагнитные) и ЭПРА (электронные).

ИЗУ подключаются в цепь лампы параллельно, а дроссели – последовательно, иногда через импульсное зажигающее устройство.

На рисунке 6 изображено подключение НЛВД.

Рисунок 6. Схема подключения НЛВД

Обратите внимание на то, как подключен дроссель (балласт) и ИЗУ.

Примите к сведению, что при самостоятельном подключении необходимо соблюдать требование: длина провода от дросселя до цоколя лампы не должна превышать 100 см.

Некоторые зарубежные производители поставляют на рынок натриевые осветительные приборы со встроенными пусковыми устройствами в колбе светильника.

Вопросы безопасности и утилизации

Риски в эксплуатации натриевых ламп связаны с высоким давлением и температурой внутри горелки. Даже поверхность колбы нагревается до 100 °С и может вызвать ожог при неосторожном обращении. Существует вероятность разрыва колбы под влиянием вырвавшихся из горелки раскалённых газов.

С целью защиты от последствий разрушения делают светильники, в которых лампы находятся за толстым стеклом. Обратите внимание на конструкцию светильника для уличного освещения (рис. 5).

В связи с наличием ртути в натриевых лампах применяются особые требования к их утилизации. Использованные приборы запрещается выбрасывать в баки для обычного мусора. Их необходимо отправлять на специальные предприятия для обезвреживания и переработки.

Видео в дополнение статьи


Источник

Adblock
detector