Одна из основных проблем светодиодного освещения — излишний вес светильника при достаточно больших значениях светового потока.
Так, например, сейчас не проблема сделать светильник на 10, 50 и даже 100 тысяч люмен. Но для отвода тепла потребуется колоссальное количество металла. Еще 5 лет существовало негласное правило 1/100: на один ватт рассеиваемой мощности требовалось 100гр. алюминия. Сейчас это соотношение серьезно сократилось, а производители из года в год показывают все лучшее соотношение мощности и массы.
Решение, предложенное компанией ЛЕД-Эффект в их новой серии светильников KEDR. Производитель предложил единую концепцию корпуса: универсальную, простую и масштабируемую.
Данный конструктив отлично подходит как для уличного освещения, так и для промышленного или спортивного. Надо сказать, что найденный компромисс является серьезным шагом в плане ухода от приевшейся всем экструзии. И при этом удалось отказаться от дорогого и массивного литья. Даже при мощности светильника выше 200 Вт, корпус хоть и увеличивается, но при этом остается таким же лаконичным, тонким и пропорционально-лёгким.
ИДЕКС L[P]REVIEW
Одно из наилучших значений световой отдачи данной модели светильника (136 лм/Вт) позволяет осуществлять прямую замену светильников на традиционных источниках света (ДНаТ, МГЛ, ДРЛ) с аналогичным светораспределением и световым потоком, получая при этом явное высвобождение мощностей.
Представленная на испытания модель светильника (с данной оптикой и световым потоком) подходит как для освещения прямолинейных участков дорог шириной около 14 м, так и для освещения участков дорог с нестандартной геометрией (поворотов и изгибов, уширений и т.д.), где обычно требуется установка дополнительных опор (см. стр. 74...77, светотехнический расчет).
ПЛЮСЫ
В целом, светильник вызывает исключительно положительные эмоции. Техническая эстетика на высоте. Первый уличный светильник с плоским корпусом без громоздкого ребристого радиатора с учетом его мощности и светового потока.
Также стоит отметить низкую массу светильника — всего 3,4 кг. Высокая измеренная световая отдача 136 лм/Вт. Добротные электротехнические характеристики.
Особенно стоит отметить теплофизические характеристики представленной модели. Они оказались на высоте и подтвердили ставку производителя на инновационное решение — многослойный плоский радиатор.
Все говорит о том, что это топовый образец модельного ряда. Хочется надеяться, что и более бюджетные модели будут такими же «вкусными» по своим характеристикам.
МИНУСЫ
Отсутствие защитного стекла.
Наличие щелей в корпусе всегда способствует задержке влаги, что, соответственно, в зимнее время может привести к отслоению красной декоративной окантовки корпуса и, возможно, к короблению самого корпуса.
!!!! Результаты испытаний относятся только к исследованному образцу светильника и не могут быть распространены на другие изделия производителя
| # | ПОКАЗАТЕЛЬ | ЗНАЧИМОСТЬ | БАЛЛ | ИТОГОВЫЙ БАЛЛ |
| 1 | Световая отдача | 1.0 | 10 | 10 |
| 2 | Коэффициент мощности | 1.0 | 10 | 10 |
| 3 | Полный коэффициент гармонических искажений тока | 1.0 | 10 | 10 |
| 4 | Цветовая температура, CRI | 0.5 | 8 | 4 |
| 5 | CRI | 0.7 | 7 | 4.9 |
| 6 | Соответствие нормам освещения дорог категории В | 1.0 | 8 | 8 |
| 7 | Соответствие нормам освещения дорог категории Б | 1.0 | 10 | 10 |
| 8 | Соответствие нормам освещения дорог категории А | 1.0 | 10 | 10 |
| 9 | Соответствие IP | 1.0 | 7 | 7 |
| 10 | Эффективность теплоотвода | 1.0 | 10 | 10 |
| 11 | Универсальность крепления | 0.8 | 9 | 7.2 |
| 12 | Ремонтопригодность электронного модуля | 0.8 | 9 | 7.2 |
| 13 | Ремонтопригодность оптического модуля | 0.8 | 6 | 4.8 |
| 14 | Внешний вид, дизайн | 0.5 | 10 | 5 |
| 15 | Технологичность изделия | 0.9 | 10 | 9 |
| СУММАРНАЯ ОЦЕНКА С УЧЁТОМ НОРМИРУЮЩЕГО МНОЖИТЕЛЯ | 9,01 | |||
Фото 1. Общий вид образца с лицевой и обратной стороны
Фото 2.Толщина радиатора всего 7 мм
Фото 3. Нестираемая маркировка светильника, выполненная методом лазерной гравировки
КОНСТРУКЦИЯ
Исследуемая модель светильника конструктивно достаточно проста. Она состоит из разделенных блоков: элетротехнического и оптического. Они разнесены таким образом, чтобы оказывать друг на друга наименьшее тепловое воздействие (см. фото 1).
В светильниках серии «KEDR» применена разработанная специалистами компании «ЛЕД-Эффект» технология безреберного отвода тепла «FINFREE».
Радиатор светильника, который является цельной и неотъемлемой частью оптического блока, имеет рекордно-малую толщину, площадь и вес. Он состоит из нескольких алюминиевых пластин, окрашенных снаружи, и представляет из себя слоеный пирог. Нижняя пластина имеет квадратные отверстия для плотного прижатия групповых линз 2х2. По периметру торец радиатора обрамлен декоративной пластиковой вставкой.
Стоит сказать, что КПД современных белых светодиодов достаточно высок для того, чтобы отказаться от массивных ребристых радиаторов, что успешно и продемострировали разработчики контсруктива исследуемого светильника. Толщина радиатора всего 7 мм (см. фото 2), однако этого оказалось вполне достаточно для отведения тепла от 48 светодиодов светильника с результирующим световым потоком 14100 люмен.
Фото 4. Легкий доступ к отсеку драйвера
Фото 5. Узел регулировки наклона кронштейна
Отличительная особенность светильника и в нестираемой маркировке, выполненной методом лазерной гравировки. Не вызывает сомнений долговечность такого способа нанесения информации: корпус сделан из нержавеющей стали и не подвержен коррозии и окислению.
Конструкция электротехнического блока простая и надежная. Доступ к драйверу осуществляется сверху: достаточно просто открыть крышку отсека (см. фото 4). Практически все место в отсеке занимает источник питания, однако по запросу компания делает модификацию с расширенным отсеком (например для блока системы управления).
Узел крепления (см фото 5) выполнен в едином стиле со светильником, имеет простую конструкцию и позволяет осуществлять регулировку наклона к горизонту в широком диапазоне углов.
Внутри отсека спрятан драйвер ИПС 100-700Т со степенью защиты от пыли и влаги IP 67 производства компании Аргос (см. фото 3).
ИСПЫТАНИЯ
Рис. 1. Гармонический состав тока образца Рис. 2. Осциллограмма напряжения и тока
Рис. 3. Стабилизация светового потока образца
Рис. 4. Координаты цветности образца
Рис. 5. Кривые силы света Рис. 6. Экваториальные кривые силы света светильника в различных направлениях
Рис. 7. Значение коэффициента формы КСС в различных меридиональных плоскостях: от С0 до С360 и зависимости приведенной силы света для полярных углов 80 и 90 градусов
Табл. 01. Заявленные измеренные электротехнические и светотехнические характеристики образца
Перейдем к изложению результатов измерений электрических, световых и тепловых характеристик светильника, которые были получены в Испытательной лаборатории Государственного пред- приятия «ЦСОТ НАН Беларуси». Работа проводилась на аттестованном и калиброванном оборудовании. Измерение электрических характеристик образца осуществлялось с помощью анализатора гармоник, фликера и мощности AC 2000A (Laplace Instrument). Было выбрано действующее значение напряжения питания 230 В.
Для измерения кривых силы света (КСС) использовался гониофотометр SMS10c (Optronik Berlin GmbH, Германия). Способ установки образца и начальная точка гониофотометра выбирались таким образом, чтобы выполнить измерения в фотометрической системе (C, γγ). Положение оптического центра светильника устанавливалось с помощью юстировочного лазера и подвижного 3-х координатного стола гониометра.
Во время тепловой стабилизации оптическая ось образца была ориентирована горизонтально в направлении измерительной головки фотометра, которая располагалась на расстоянии 10 метров от оптического центра светового прибора. При этом насадка для крепления светильника на опору располагалась внизу.
Измерения кривых силы света (КСС) проводились с шагом 2 градуса в меридиональных и экваториальных плоскостях. КСС образца в продольной, поперечной и в плоскости максимальной силы света КСС приведены на рисунке 5.
Цветовые характеристики светильника определялись с помощью спектрорадиометра CAS140CT и фотометрического шара диаметром 2 метра (Instrument systems GmbH, Германия). Во время измерений светящаяся поверхность образца располагалась в плоскости измерительного окна (диаметром 600 мм) фотометрического шара. Таким образом, преимущественно весь световой поток образца направлялся в фотометрический шар, что позволило получить интегральные значения цветовых характеристик (рис. 4).
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Рис. 8 (А). Термография корпуса светильника, вид сверху
Рис.8 (Б). Термография корпуса светильника, вид снизу
Рис. 8 (В). Термография печатной платы светильника
Одним из наиболее ярких результатов, которые мы получили, это высокое значение световой отдачи светильника – выше 130 лм/Вт при токе питания светодиода 700 мА. Этот результат, конечно, получен на светодиодах Cree XP-G3 лучшего бина, предположительно S5, тем не менее, еще один шаг вперед в гонке эффективности сделан. Это должно стимулировать «зазевавшихся» производителей к аналогичным действиям, несмотря на экономические трудности.
Перейдем к анализу светораспределения исследуемого светового прибора. Согласно данным фотогониометрических измерений, исследуемый светильник был классифицирован в соответствии с ГОСТ Р 54350-2015. Тип КСС в поперечной плоскости (С0-С180) — Ш, широкая. В продольной полуплоскости С90 — Г, глубокая, причем максимум силы света направлен под углом 28 градусов. Для характерной плоскости С34, где находится максимум силы света, тип КСС — С, специальная с направлением максимума силы света 46°. Кривые силы света приведены на рисунке 5.
Теперь обратим внимание на экваториальные КСС, которые приведены на рисунке 6. Кривые имеют ярко выраженный боковой тип (в соответствии с ГОСТ Р 54350-2015 тип кривой — боковая). Особенностью такого светораспределения является распределение довольно большой доли светового потока в диапазоне меридиональных углов от 25° до 65°. Это определяет наиболее оптимальное расположение светильника на удалении около 2 м от края проезжей части и наклон к горизонту около 20 градусов.
Максимальная сила света в зоне слепимости — 402 кд, что соответствует требованиям ГОСТ Р 54350. По типу светораспределения в зоне слепимости ограниченное. Значение силы света, отнесенное к световому потоку 1000 лм, для углов 80° и 90° не превышает 30 и 2,5 кд/клм, соответственно (рис. 7).
Снижение светового потока, оцененное по методике ГОСТ Р 54350, составило 3,5% за время 15 мин, что также соответствует и требованиям ГОСТ Р 54350 (рисунок 3).
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Рис. 8 (Г). Термография светодиода светильника
Рис. 8 (Д). Термография источника питания светильника
Табл. 02. Измеренные теплофизические характеристики образца
Измерения распределения температуры на поверхности светодиодов, печатных плат и радиатора образца проводились с помощью тепловизионной камеры Flir A325 при температуре окружающего воздуха 24,9 °С. Значение коэффициента излучающей способности было выбрано 0,99, так как интересующие нас металлические поверхности были окрашены или оксидированы и 0,98 для термографий светодиодов. Светильник находился под наклоном 15° к горизонту, в рабочем положении типового уличного светильника. Термографии светильника после прогрева в таком положении приведены на рис. 8 (а...д).
С точки зрения термал-менеджмента, светодиоды работают в комфортном тепловом режиме. Максимальная температура на корпусе светодиодов не превышает 74 °C. Максимальная температура на плате со светодиодами — 66,4 °C. Максимальная температура на корпусе драйвера — 54,3 °C. Максимальная температура на радиаторе не превысила 59,6 °C .
СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
Рис. 9 (А)
Рис. 9 (Б)
Рис. 9 (В)
Рис. 9 (Г)
Рис. 9 (Д)
Расчет был выполнен для четырех типовых дорог: с 2-мя, 4-мя, 6-ю и 8-ю полосами движения в обоих направлениях и для двух вариантов размещения светильников. Каждая полоса имела ширину 3,5 м. Ширина разделительной полосы 1 м была выбрана для двухстороннего размещения опор (напротив друг друга) и всего 0,1 м — для одностороннего расположения.
Общими для всех расчетов были приняты следующие характеристики:
— один светильник на опоре;
— коэффициент запаса 1,5;
— тип покрытия R2, q0 = 0,07.
Высота установки светильников и расстояние между опорами варьировались с целью выполнения минимальных требований СП 52.13330-2011. Для получения более оптимального результата с учетом КСС образца вылет светильника над проезжей частью также варьировался в диапазоне от минус 4 до плюс 1,5 м, а угол наклона к горизонту варьировался в диапазоне от 0 до 35 градусов. С помощью ПО DIALux 4.12 были найдены сочетания этих параметров, обеспечивающие выполнение требований к освещению дорог категорий: от А1 до В3.
В расчет принимались стандартные характеристики освещения прямолинейных участков дорог: средняя величина яркости, общая и продольная неравномерность яркости, пороговый индекс, освещенность тротуаров, прилегающих к проезжей части. Результаты расчетов выражены через удельную установленную мощность осветительной системы и представлены в графическом виде на рисунках 9. Анализируя зависимость числа световых точек, приходящихся на 1 км дороги, можно определить оптимальную высоту монтажа светильников и минимальную установленную мощность на 1 км дороги.
Для восьмиполосной дороги категории А1 зависимость числа световых точек от монтажной высоты имеет монотонный возрастающий характер, определяемый требованием обеспечения высокой яркости. Для дорог категорий А2 и А3 число световых точек слабо изменяется для различных высотах установки светильников, имея слабовыраженный минимум при значении монтажной высоты около 10 м.
Для дорог категории А4 минимальное количество световых точек требуется для монтажной высоты около 11-12 м (рис. 9 а).
Для шестиполосной дороги категорий от А1 до Б2 оптимальное число световых точек достигается для значений монтажной высоты 9 метров (А1), 10 метров (А2), 13 метров (А3, А4, Б1) (рис. 9 б).
Для четырехполосной дороги был сделан расчет для двух вариантов расположения опор: с двух сторон напротив друг друга (рис. 9 в) и с одной стороны (рис. 9 г). Как следует из полученных зависимостей, одностороннее расположение опор наиболее оптимально для всех рассматриваемых категорий дорог. Особенно это заметно для малых значений монтажной высоты: от 8 до 12м. На первый взгляд это неудивительно, так как из общих соображений при уменьшении монтажной высоты коэффициент использования светового потока должен увеличиваться. С другой стороны, может увеличиться неравномерность освещения дороги. Однако в данном случае равномерность освещения дороги сохраняется довольно высокой для всех рассматриваемых значений монтажной высоты. РИС. 9 А...Д. Зависимости минимального количества световых точек и соответствующей удельной установленной мощности от высоты установки светильников для различных категорий дорог и количества полос движения.
Число полос указано в обоих направлениях движения;
(а) – категории от А1 до А4, восемь полос, угол наклона 10°;
(б) – категории от А2 до Б2, шесть полос, угол наклона 10°;
(в) – категории от А4 до В3, четыре полосы, угол наклона 15° ;
(г) – категории от А4 до В3, четыре полосы, угол наклона 10° ;
(д) – категории от Б1 до В3, две полосы, угол наклона 0° ;
(а...в) – размещение светильников с двух сторон напротив друг друга, средняя полоса 1 м;
(г, д) – размещение светильников с одной стороны, средняя полоса 0,1 м;
На рис. 10 (з, и) для примера приведена визуализация распределений освещенности на четырёхполосной дороге с односторонним расположением опор, где можно увидеть высокую равномерность освещенности вдоль полос движения. Согласно нашим расчетам равномерность яркости также остается довольно высокой. При двухстороннем расположении опор на четырехполосной дороге минимальное количество световых точек выше и имеет место избыток света, поскольку требуется устанавливать опоры намного ближе, чтобы выполнить требования по равномерности яркости. Форма и расположение зависимостей на рис. 9 в говорит о наличии компенсации неравномерности яркости увеличением числа световых точек для значений монтажной высоты менее 13м для категорий Б2, В1...В3.
Для дорог с двумя полосами движения в обоих направлениях наблюдаются характерные минимумы количества световых точек для категорий от Б1 до В1 и монотонный характер для категорий В2 и В3 (рис. 9 д). При этом также будет наблюдаться переизбыток освещения для высот размещения ниже 10 метров, как следствие выполнения требований по равномерности яркости. В целом характер зависимостей для двухполосной дороги категорий от Б2 до В3 совпадает с зависимостями для четырехполосной дороги при двухстороннем расположении опор.
Визуализация в условных цветах распределений освещенности на поверхности дорог различных категорий и с различным числом полос движения приведена на рис. 10.
Форма светового распределения светильника в большей степени определяет поведение кривых на рисунках 9, чем величина светового потока. КСС данной модели светильника имеет сильно выраженный боковой тип в экваториальной плоскости, причем значительная часть светового потока сосредоточена в направлении меридионального угла 46° (максимум силы света) и плоскостей С30 и С150. Кроме этого, форма КСС и абсолютные значения силы света выше меридионального угла 70° и в зоне слепимости обеспечивали низкие значения порогового индекса в множестве рассмотренных вариаций размещения светильника над дорогой.
Рассматриваемая модель светильника подходит как для освещения прямолинейных участков дорог шириной около 14 м, так и для освещения участков дорог с нестандартной геометрией (поворотов и изгибов, уширений и т.д.), где обычно требуется установка дополнительных опор.
Материалы предоставлены: lumen2b.ru
