Поддержка

Основные понятия и определения, применяемые в светотехнике

В светотехнике, как и в любой отрасли науки и техники, существует ряд понятий, характеризующих свойства ламп и светильников в стандартизированных единицах измерения. Важнейшие из них приводятся ниже в кратком изложении.

1. Свет и излучение. Под светом понимают электромагнитное излучение, вызывающее в глазу человека зрительное ощущение. При этом речь идет об излучении в диапазоне от 360 до 830 нм, занимающем мизерную часть всего известного нам спектра электромагнитного излучения.
2. Световой поток Ф. Единица измерения: люмен [лм]. Световым потоком ? называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека.
3. Сила света ?. Единица измерения: кандела [кд]. Источник света излучает световой поток ? в разных направлениях с различной интенсивностью. Интенсивность излучаемого в определенном направлении света называется силой света I.
4. Освещенность Е. Единица измерения: люкс [лк]. Освещенность Е отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Освещенность равна 1 лк, если световой поток 1 лм равномерно распределяется по площади 1м2.
5. Яркость L . Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м2]. Яркость света L источника света или освещаемой площади является главным фактором для уровня светового ощущения глаза человека.
6. Световая отдача ?. Единица измерения: люмен на Ватт [лм/Вт]. Световая отдача ? показывает, с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет.
7. Цветовая температура Единица измерения: Кельвин [K]. Цветовая температура источника света определяется путем сравнения с так называемым "черным телом" и отображается "линией черного тела". Если температура "черного тела" повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 К, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света - 6000 К.
8. Цветность света. Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют следующие три главные цветности света: тепло-белая < 3300 К ; нейтрально-белая 3300 - 5000 К ; белая дневного света > 5000 К. Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого ими света.
9. Цветопередача. В зависимости от места установки лампы и выполняемой ими задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность наиболее лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете). Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются с помощью различных степеней "общего коэффициента цветопередачи" Ra. Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света. Для определения значения Ra фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого илиэталонного источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы. Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.

Люминесцентные лампы используются в основном для местного и общего освещения жилых и общественных помещений. Основным источником оптического излучения в люминесцентных лампах является электрический разряд в газе, который после преобразования покрытием люминофора превращается в видимый свет. Люминесцентные лампы накаливания обеспечивают световую отдачу от 30-50 лм/Вт. Люминесцентные лампы имеют довольно большой срок службы, до 20000 часов. При эксплуатации включаются в сеть питания напряжением от нескольких вольт до 380 при использовании электронных пускорегулирующих устройств. Оптимальные характеристики люминесцентные лампы имеют при температуре эксплуатации от +20 до +25 оС. Цветные люминесцентные лампы красного, зеленого, желтого и синего цвета подойдут для декоративного освещения и создания специальных световых эффектов.

Компактные люминесцентные лампы, (КЛЛ) обладают несколькими важными преимуществами перед обычными лампами накаливания. Прежде всего благодаря тому, что КЛЛ экономят до 80% электроэнергии, затраты на электроэнергию сокращаются в 5 раз. К примеру, компактная люминесцентная лампа мощностью 20 Вт заменяет традиционную лампу накаливания мощностью 100 Вт.

При этом срок службы у нее примерно в 6 раз больше, соответственно, менять такие лампы придется в 6 раз реже. Это имеет особенное значение для масштабных организаций - отелей, аэропортов, торговых центров: экономия выливается в десятки тысяч долларов в год. Кроме того, надо учесть, что и стоимость замены ламп достаточно высока. Например, в метрополитене существуют специальные оплачиваемые бригады по замене ламп.

 

Низкая температура нагрева компактных люминесцентных ламп позволяет использовать их в светильниках с ограничением уровня температуры.

 

Компактные люминесцентные лампы зажигаются мгновенно, без раздражающего мерцания, дают ровный свет, не слепят глаза, что позволяет использовать их в открытых светильниках.

 

Расширяют области применения компактных люминесцентных ламп их небольшой размер, способность надежно работать при температурах от -20 до +40 оС и высокий уровень передачи цвета (Ra=82).

Будучи газоразрядным прибором, компактные люминесцентные лампы имеют падающую вольтамперную характеристику, что требует применения ПРА - индуктивных или ёмкостных. Для повышения термоэмиссии и обеспечения тем самым зажигания ламп катоды в пусковой период должны быть прогреты. Это достигается включением их в сеть последовательно с ПРА с помощью стартера (стартерные схемы) или с помощью трансформаторов накала (бесстартерные схемы).

В соответствии с общеевропейской классификацией электромагнитные балласты дроссельного типа по уровню потерь мощности подразделяются следующим образом:

• Класс D - ПРА с максимальными потерями (наименее экономичные)
• Класс C - стандартные типы ПРА
• Класс B1 - ПРА с пониженными потерями относительно стандартных
• Класс B2 - ПРА с особо низкими потерями

Электронные ПРА (ЭПРА) разделены на 3 класса:

• A3 - нерегулируемые ЭПРА
• A2 - нерегулируемые ЭПРА (с потерями меньшими, чем у А3)
• A1 - регулируемые ЭПРА

Директивой Европейской комиссии № 2000/55/EG, с целью вытеснения с рынка EC низко экономичных электро-магнитных ПРА и ускорения широкого внедрения ЭПРА, предписан запрет на продажу и применение:

• с 21 мая 2004 г. - ПРА класса D
• с 21 ноября 2006 г. - ПРА класса C.

Таким образом, с 2007 года производители светильников с ЛЛ должны будут комплектовать их только электро-магнитными ПРА классов B1, B2 и высокоэкономичными ЭПРА. Заметим, что предприятия России в большинстве случаев производят ПРА самого низкого класса D. Указанная директива комиссии EC, может быть с некоторой задержкой, но неизбежно окажет влияние на производителей и рынок светильников с ЛЛ и в нашей стране. В связи с сокращением объемов применения электромагнитных ПРА в ближайшие годы неизбежно расширится "ниша" для развития рынка ЭПРА. Воспользовавшись этой ситуацией, ряд фирм начал производить так называемые "дешевые ЭПРА нового стандарта", вводя в заблуждение неосведомленных потребителей. Эти аппараты, уже появившиеся на рынке, значительно уступают по качеству ЭПРА ведущих специализированных изготовителей, хорошо известных на мировом рынке (TRIDONIC, PHILIPS, OSRAM, VOSSLOH-SCHWABE, HELLAS-SCHWABE, MAY&CHRISTY и др.). Нужно ясно представлять себе, что цена ЭПРА может быть резко уменьшена только за счет снижения надежности и потери ряда свойств и функций:

1. Срок службы "дешевых" ЭПРА (25-30 тыс. часов) примерно в 2 раза меньше, чем у качественных аппаратов.
2. Схема "дешевых" ЭПРА не обеспечивает предварительный прогрев электродов ЛЛ в пусковой период. "Холодное" зажигание ламп сокращает их нормированный срок службы, особенно при значительном числе циклов "вкл. - выкл.".
3. "Дешевые" ЭПРА лишены такой важной функции, как автоматическая подрегулировка выходной мощности ЛЛ при колебаниях сетевого напряжения. (Качественные ЭПРА обеспечивают неизменный световой поток ламп в диапазоне колебаний напряжения питания от 200 до 250 В).
4. Автоматическое отключение ЛЛ в конце срока их службы "дешевыми" ЭПРА не гарантируется.
5. В противоположность стандартным качественным ЭПРА "дешевые" аппараты могут питаться только переменным током.

Выводы из изложенного выше однозначны: применение "дешевых" ЭПРА приводит к повышению эксплутационных расходов из-за меньшей надежности аппаратов и сокращения срока службы ЛЛ и поэтому не сулит потребителю ничего, кроме экономических убытков.

 

 

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели - все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.
Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.
Прежде чем говорить о применении светодиодов, их достоинствах и недостатках, ответим на несколько вопросов о сущности самого светодиода:
Что такое светодиод?
Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.
Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного современного светодиода схематически изображена на рисунке.

Чем хорош светодиод?
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод - низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

Как получить белый свет с использованием светодиодов?
Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый - смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?
Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?
В рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Можно ли регулировать яркость светодиода?
Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания - этого-то как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Чем определяется срок службы светодиода?
Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 - 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?
Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо - доподлинно не известно, потому что, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют. Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально.

Где сегодня целесообразно применять светодиоды?
Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.
Возможности и применение
Изобретение первых светодиодов - полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку - относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.
Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе - мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, - оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.
Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными -газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

Преимущества

Экономично...
Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения - максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов. За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно...
Светодиодный модуль - многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно...
Есть надежность совершенно особого рода - та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.
Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, - 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво...
Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно...
Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

Недостатки
Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость - главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и неоновыми трубками различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». До сих пор затраты на светодиодные модули - два раза выше стоимости неонового изделия аналогичной яркости. Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. По оценкам специалистов, к 2007 году цены на светодиоды (LEDs) понизятся в 10 раз по отношению к существующим. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 - 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники.
Также недостатком при использовании светодиодов в конструировании объемных букв средних и крупных размеров можно считать их миниатюрность, из-за которой требуется объединять многочисленные отдельные светодиоды в группы. Чтобы обеспечить яркий и красочный свет, мгновенно привлекающий внимание, требуется большое количество светодиодов. В данном случае возникает необходимость использования универсальных модулей: один или два светодиода, которые можно интегрировать практически в любой рекламный образ.

Где применяют светодиоды?
• все виды световой рекламы (вывески, щиты, световые короба и др.)
• замена неона
• дизайн помещений
• дизайн мебели
• архитектурная и ландшафтная подсветка
• одноцветные дисплеи с бегущей строкой
• магистральные информационные табло
• полноцветные дисплеи для больших видео экранов
• внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах < светофоры и знаки дорожные>
Другие сферы применения включают подсветку жидкокристаллических дисплеев в сотовых телефонах, цифровые камеры, а также архитектурное и другие виды освещения. Сектор электронного оборудования включает применение светодиодов в качестве индикаторных ламп в промышленных и потребительских товарах.

Будущее за светодиодами?
Специалисты подчеркивают, что в ближайшие несколько лет цены на светодиоды упадут до уровня, при котором готовые изделия из них будут стоить дешевле неоновых. В этом случае необходимости в квалификации по работе с неоном, электропроводке высоковольтных проводов для подключения газоразрядных трубок и мерах для предотвращения ошибок, ведущих к перегоранию источников света, нет.
Еще более перспективны светодиодные модули - исключительный по гибкости "конструктор" для дизайнера и изготовителя рекламы, включающий разнообразные простейшие геометрические формы - линии, кольца, звезды, прямоугольники... Подобно разноцветным пластиковым модулям LEGO светодиодные модули легко объединяются друг с другом и не менее легко присоединяются к любой поверхности. Если светодиоды открывают новую эру в освещении вообще, светодиодные модули - бесспорно, новая эра светодизайна. Осветительный прибор как автономное устройство перестает быть главным компонентом архитектурного и интерьерного освещения; светодиодные модули делают шаг "вглубь", встраивая, интегрируя свет в различные объекты, можно получить совершенно новую степень свободы в формировании световой среды, выходя на фантастический уровень детальности, согласованности, управляемости.
Пожалуй, самое интересное - это процесс вторжения светодиодных технологий в "традиционное" освещение. Начался он с установок, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, "маркировочное" освещение. Насыщенный цвет светодиодных модулей позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов. Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели, стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных источников света позволяет создать "альтернативные" яркие световые образы для привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов, светодиодная "экспансия" распространяется не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные и галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные помещения).
Наиболее остры вопросы обслуживания в наружном освещении, поэтому внедрение светодиодов в архитектурное освещение происходит очень быстро. Заманчивой идеей для архитекторов является применение светодиодных "линий" для создания световых карнизов. Характеристики светодиодных модулей по эксплуатационным параметрам многократно превышают существующие альтернативы, а по стоимости оказываются вполне сравнимыми с ними. Нужно только не забывать, что холодный свет светодиодов не в состоянии растопить скапливающийся на карнизах снег, поэтому использовать их (в наших краях) в архитектурной подсветке нужно в положении "светим вниз". Тот же аргумент справедлив для ландшафтного освещения, поэтому встраиваемые в дорожку или газон светодиодные "аплайты" зимой видны не будут. Однако здесь есть и плюсы: светодиоды, как и оптоволоконо, можно использовать для подсветки ледяных скульптур, замерзших прудиков из-под льда и т. д.).
Насыщенные цвета светодиодов создают фантастические эффекты при подсветке воды. Светодиодное освещение фонтанов создает ни с чем не сравнимые "флюоресцирующие" световые картины, одну из которых мы можем наблюдать в Москве (площадь Европы перед Киевским вокзалом).

Перевод статьи, опубликованной в журналах: lespiedGrafika, Латвия и Reklamos ir Marketingo Idejos, Литва

 

История стекловарения

Самое древнее из найденных на сегодня изделий из рукотворного стекла - светло-зеленая бусинка размером 9х5,5 мм, обнаруженная в окрестностях города Фивы - датируется 35 в. до н.э. Но задолго до этого людям было известно так называемое природное стекло - материал, возникший в результате оплавления скальной породы при извержении вулкана, ударе молнии или метеорита. Самая распространенная его разновидность - обсидиан, малощелочное алюмосиликатное вулканическое стекло, из которого древний человек изготавливал разнообразные орудия. Но и в более поздний период развития человечества обсидиан не был забыт, о чем говорит факт нахождения многочисленных обсидиановых изделий на территории Египта.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола - т.е. щелочь - при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу. Некоторые считают стекло побочным продуктом выплавления меди. А древнеримский историк Плиний-старший (79 - 23 гг. до н.э.) писал, что стеклом мы обязаны финикийским морским купцам, которые, готовя пищу на стоянках, разводили на прибрежном песке костры и подпирали горшки кусками извести, создав тем самым условия для возникновения стекломассы.

Действительно, исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки - соединения меди, кобальта и марганца.

Древнейшие рукотворные изделия из стекла исследователи находят в Египте и на месте Восточной Месопотамии, из чего можно сделать вывод, что именно там были первые центры стеклоделия. Египтяне производили цветное стекло, тогда как в Месопотамии предпочитали прозрачное. Первыми стеклянными изделиями были украшения - бусины, палочки, полоски. Однако, уже в 16 в. до н.э. в Месопотамии научились делать стеклянные вазы - их фрагменты найдены современными археологами.

Примерно в то же время секретом производства полого стекла овладели в Египте. Египетские мастера помещали форму, сделанную из спрессованного песка, в расплавленное стекло и поворачивали форму таким образом, что стекло оседало на стенках формы. Затем форму со стеклом вытаскивали, песок удаляли, заготовку остужали и производили окончательную обработку. До нас дошли три вазы тех времен, на которых стоит имя фараона Тутмозиса III (1594 - 1450 гг. до н.э.), который привел стекольщиков в Египет как военнопленных после удачной кампании в Азии. Археологам удалось обнаружить и остатки древних стекольных мастерских на восточном берегу Нила, работавших примерно 3400 лет назад. Там сохранились тигли для варки стекла, по форме напоминающие маленькие бочки высотой 40 см и диаметром 27 см в широких местах и 23 см - в узких.

Позже стекло начали производить в Микенах (Греция), Китае и Индии. С Х века до н.э. можно говорить о производстве стекла на Дальнем Востоке. А с IX века до н.э. центром стеклоделия стала Александрия, откуда оно распространилось в Рим. Первая "инструкция" по производству стекла датируется примерно 650 г. до н.э. Это - таблички с указаниями, как делать стекло, находившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашурбанипала (669 - 626 гг. до н.э.).

Большой переворот в стеклоделии произвело открытие метода выдувания стекла. Это произошло в период между 27 г.до н.э. и 14 г. н.э. Нововведение приписывается сирийским мастерам, жившим в районе Вавилона. Для выдувания стекла применялась тонкая металлическая трубка, мало изменившаяся с тех пор. Этот метод позволил существенно разнообразить формы стеклянных сосудов. В последнем веке до н.э. стеклоделие интенсивно развивалось в Римской империи. Четкая политическая и экономическая организация, бурное строительство, разветвленные торговые связи - все это создавало условия для процветания стекольной промышленности во владениях Рима в Средиземноморье и в Западной Европе. Во времена императора Августа изделия из стекла вывозились во Францию, Германию и Швейцарию. Именно римляне начали использовать стекло в архитектурных целях - особенно после открытия прозрачного стекла путем введения в стекломассу оксида марганца, случившееся ок.100 г. до н.э. в Александрии. Именно на рубеже старой и новой эры в Риме появились первые стеклянные окна. Хотя подобные окна отличались плохими оптическими свойствами, они считались признаком роскоши. Цицерон говорил: "Беден тот, чье жилище не украшено стеклом". На месте раскопок знаменитой Помпеи, уничтоженной извержением Везувия, найдено немало фрагментов оконных стекол той эпохи, которыми застекляли не только оконные проемы, но и крыши бань. Первые римские стекла имели толщину порядка 1 мм. Как их изготавливали - неизвестно. Есть версия, что их отливали в плоских формах.

С распадом Римской империи стеклопроизводство в различных регионах стало приобретать свои особенности. Центром стеклоделия на востоке по прежнему оставалась Александрия, производившая роскошные изделия на экспорт. На западе крупным стекольным производителем стал Кельн (Германия). Немецкое стекло было менее изящным и витиеватым, нежели александрийское.

В раннее средневековье в Европе стеклоделие претерпело некоторые изменения. В связи с трудностями в импортировании сырья стекло, производимое с использованием соды, уступило место стеклу, изготовляемому с помощью поташа, получаемого путем сжигания древесины.

Технологию производства листового стекла разработали немецкие мастера 11 века, а с 13 - венецианские. Стеклодел выдувал полую стеклянную сферу и начинал крутить ее в вертикальной плоскости, отчего под воздействием силы тяжести сфера вытягивалась в цилиндр длиной до 3 метров и шириной до 45 см. Затем у цилиндра удаляли дно, сам цилиндр разрезали по длине и укладывали на ровную плиту, которую помещали в печь и там разравнивали. Конечно, такое стекло было невысоким по качеству, но его химический состав практически ничем не отличался от современного. Полученные таким образом листы скреплялись вместе свинцовыми полосами и устанавливались в окно. Такие окна оставались предметом роскоши, и ими остеклялись, в основном, лишь королевские дворцы и церкви.

Центром стеклоделия в те времена был итальянский город Венеция. Венецианские купцы, плававшие по всему Средиземному морю, обеспечивали итальянских мастеров секретами сирийского стекольного производства и знакомили итальянцев с традициями исламского искусства. Все это обусловило то, что венецианские стекольщики не имели себе равных в Европе. Свыше 8000 стекольных мастеров трудились в те времена в Венеции. Власти хорошо понимали важность стекольного производства для города. В 1271 году был издан специальный указ, в котором устанавливались протекционистские условия для местного стекла и одновременно защищались секреты его изготовления: запрещался импорт стекла в Венецию, иностранным мастерам-стеклоделам не разрешалось работать в Венеции, и даже запрещалось вывозить за границу сырье для изготовления стекла.

Вплоть до XIII века стекольные мастерские располагались непосредственно в самом городе. Но из-за частых пожаров, причиной которых они служили, в 1291 году мастерские перевели на остров Мурано, находящийся в двух километрах к северо-востоку от Венеции. С того времени венецианское стекудалось обнаружить и остатки древних стекольных мастерских на восточном берегу Нила, работавших примерно 3400 лет назад. Там сохранились тигли для варки стекла, по форме напоминающие маленькие бочки высотой 40 см и диаметром 27 см в широких местах и 23 см - в узких.

Позже стекло начали производить в Микенах (Греция), Китае и Индии. С Х века до н.э. можно говорить о производстве стекла на Дальнем Востоке. А с IX века до н.э. центром стеклоделия стала Александрия, откуда оно распространилось в Рим. Первая "инструкция" по производству стекла датируется примерно 650 г. до н.э. Это - таблички с указаниями, как делать стекло, находившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашурбанипала (669 - 626 гг. до н.э.).

В XVI веке в Италии образовался другой центр стеклоделия - в местечке Альтара близ Генуи. Здесь не было таких строгих правил для мастеров, как в Венеции, и альтарские стеклоделы с успехом распространяли новые технологии изготовления стекла в остальной Европе, особенно во Франции. Со второй половины XV века муранские мастера стали применять в качестве сырья кварцевый песок, а поташ изготавливать из морских водорослей, что позволяло производить очень чистый хрусталь. К тому времени более 3000 человек из семитысячного населения острова было занято в стекольном производстве. Следующий толчок технология изготовления стекла получила в 1674 году, когда англичанин Джордж Равенкрофт (1618-1681) запатентовал новый способ производства хрусталя, призванного заменить собой муранский хрусталь. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца в высокой пропорции, что позволило ему получить блестящее стекло с высокими отражающими свойствами. Это стекло отлично подходило для резки и гравировки.

В 1688 году во Франции применили новый метод изготовления стекла и зеркала. Расплавленное стекло выливалось на специальный стол и раскатывалось до плоского состояния. Затем заготовка охлаждалась и полировалась с помощью железных дисков и очень мелкого абразивного песка. Окончательная полировка производилась фетровыми дисками. Результатом подобного процесса стало стекло с невиданными ранее высокими оптическими свойствами. Покрытое с одной стороны отражающим слоем серебра, стекло превращалось в высококачественное зеркало.

Но только более чем через 300 лет производство стекла вышло на качественно новый, промышленный уровень. Этому способствовали научные открытия и исследования. Одним из "отцов" современной стеклоиндустрии можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851-1935), изучавшего влияние различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. Другая важная фигура для стекольного производства - Фридрих Симменс, который изобрел новый тип печи, позволившей существенно повысить качество изготовляемого стекла.

В 1910 году французский ученый Эдуард Бенедиктус изобрел способ производства особо прочного пуленепробиваемого стекла путем помещения специальной целлулоидной пленки между двух листов стекла. Такое стекло, известное как ламинированное, Бенедиктус запатентовал под названием "Триплекс". Истинный переворот в стекольной индустрии совершил бельгиец Фурко, в 1905 году начавший вертикально вытягивать из печи непрерывное стеклянное "полотно" постоянной ширины. Его технология получила развитие в 1914 году. В конце Первой мировой войны другой бельгиец, Эмиль Бишеруа разработал технологический процесс, при котором стекло вытягивается из печи между двух роликов. Подобно методу Фурко, этот способ делал последующую полировку стекла более легкой и экономичной.

И, наконец, в 1959 году английская компаний "Пилкингтон бразерс Лтд." предложила современную методику изготовления высококачественного стекла, сочетающего в себе высокие оптические качества полированного стекла и экономичность метода Фурко.

Расплавленное стекло протекало по поверхности ванны с расплавленным оловом, где оно растягивалось и выравнивалось с помощью силы тяжести и силы натяжения, после чего протягивалось горизонтально по длинной непрерывной ленте. Подобный способ производства стекла называется флоат-методом и применяется сегодня наиболее широко.

 

Стеклоделие в России

В России стеклоделие также имеет свою историю. Его производили уже в Киевской Руси, о чем говорят найденные на территории Киево-Печерской лавры остатки стекольных мастерских, датируемых примерно XI веком. Правда, такого расцвета, как в Европе, в Средних веках русское стекольное дело не знало. Возрождение этого ремесла в России начинается в 1634 году, когда швед Юлий Койет построил стекольный заводик в местечке Духанино, близ Воскресенска. Поначалу и производство, и сырье, и даже рабочие там были иностранные. Однако вскоре в работе стали использовать кварцевые пески из местных месторождений. В 1669 году в Измайлово открылся второй стекольный завод, на котором трудились 7 рабочих.

К середине XVIII века в одной только Москве работало 7 стекольных производств. В 1880 г. в России работало уже 207 фабрик, на которых трудились 14 тысяч человек. К концу XIX века стекольных фабрик было 283. Основные мощности были сосредоточены во Владимирской, Новгородской и Тверской губернии, а также в Санкт-Петербурге. В основном изготавливалась посуда и, в меньшей степени - листовое стекло. Много ввозилось иностранного стекла - объем импорта в 1987 году составил 1,7 млн. рублей, что по тем временам значительная сумма.

В начале XX века стекольная отрасль в России испытывает настоящий подъем. В 1913 году Россия произвела 23,7 млн.кв.м оконного стекла. В основном преобладали небольшие предприятия производительностью до 400 тыс.кв.м в год. Но был и крупный стекольный завод в Донбассе, который выпускал более 1 млн.кв.м стекла в год.

После 1917 года за счет строительства новых заводов выпуск стекла неуклонно возрастал. Были введены новые заводы в Горьком, Гомеле, Львове, Тюмени, Паневежисе и др.

В настоящее время в странах СНГ функционируют около 300 стекольных заводов, располагающих 900 стекловаренными печами. На листовое стекло приходится 45% производства. По прежнему подавляющее большинство продукции из стекла производятся в двух странах - в России и на Украине. Причем в России современный флоат метод реализован пока только на трех заводах - Саратовском, Салаватском и Борскомло стало называться "муранским", а этот остров до наших дней является символом высококачественного стекла.