o¶wietlenie

Strona główna
Profesjonalne
Domowe
LED+Światłowody
Branża
Niedoceniona "biała soda"

Na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku wiele światowych ośrodków zajmujących się źródłami światła prowadziło prace nad nowymi wysokowydajnymi konstrukcjami wysokoprężnych lamp wyładowczych.
 

Celem tych prac było stworzenie źródeł światła mogących zastąpić, przynajmniej w niektórych zastosowaniach, niskowydajne żarówki i świetlówki liniowe o nie zawsze wygodnym kształcie. Chodziło o uzyskanie lamp o równie dobrym oddawaniu barw jak źródłach żarowych, znacznie lepszej skuteczności świetlnej oraz trwałości, zwartym kształcie i możliwie niewielkich rozmiarach ułatwiających konstrukcję opraw oświetleniowych. W okresie tym na rynku znajdowały się już od dawna lampy rtęciowe. Miały one wprawdzie względnie dobre właściwości oddawania barw, zwłaszcza w wypadku użycia wysokiej jakości luminoforów, lecz ich skuteczność świetlna pozostawiała nadal wiele do życzenia.

Z kolei standartowe wysokoprężne lampy sodowe (WLS) osiągały bardzo wysoką skuteczność świetlną, lecz oferowały fatalne właściwości barwowe. Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe były wówczas w początkowym stadium rozwoju. Producenci oferowali jedynie „metalohalogeny” o wysokich mocach, z jarznikami kwarcowymi, których trwałość nie przekraczała paru tysięcy godzin, a stabilność i powtarzalność barwy w poszczególnych egzemplarzach była trudno akceptowalna i znacznie ograniczała praktyczne możliwości stosowania.

Złe właściwości barwowe standartowych lamp WLS
Największe nadzieje wiązano z rozwojem wysokoprężnych lamp sodowych. Początkowo były one projektowane głównie z myślą o osiągnięciu maksymalnej wydajności, a ich standardowe wersje osiągały już skuteczność świetlną rzędu 120-125 lm/W przy mocy 400 W i nawet 140 lm/W dla 1000W. Dla osiągnięcia maksymalnej skuteczności świetlnej ciśnienie par sodu w jarzniku tych lamp wynosiło podczas pracy 30-100 Torr. Dawało to słabe właściwości oddawania barw określane przez ogólny wskaźnik oddawania barw Ra w zakresie 15-30 przy temperaturze barwowej około 2.050 K.

Skuteczność świetlna w górę
Dzięki poprawie przeświecalności rurek jarznika z polikrystalicznego tlenku glinu i zwiększeniu ciśnienia ksenonu napełniającego jarznik udało się zrealizować lampy WLS o skuteczności świetlnej 138 lm/W (360 W), 157 lm/w (940 W). Niestety jarzniki z podwyższonym ciśnieniem ksenonu miały trudniejszy zapłon i wymagały specjalnych pomocy zapłonowych w postaci drutu prowadzonego po zewnętrznej powierzchni jarznika od jednej z elektrod w pobliże przeciwległej.

Jak poprawić barwę
Dalsze prace skoncentrowały się na poprawie właściwości barwowych. Do dyspozycji konstruktorów były trzy metody:

wprowadzenie do wyładowania dodatków metalicznych innych niż sód i rtęć,
zwiększenie ciśnienia par sodu w wyładowaniu.

Badania możliwości poprawienia właściwości barwowych lamp WLS przez wprowadzenie do wyładowania w parach sodu i rtęci, par innych metali w celu uzyskania dodatkowych linii widmowych wykazały duże trudności w doborze takiego czynnika wyładowczego, który w zadawalający sposób łączyłby wszystkie niezbędne cechy: niski potencjał wzbudzenia, wysoką prężność par i promieniowanie w zakresie widzialnym. Pod uwagę brano dodatek talu i kadmu. Niestety metale te dla uzyskania właściwej prężności par potrzebowały pracy w temperaturze wyższej niż w standardowym jarzniku WLS. Ograniczało to znacznie trwałość lamp. Przy temperaturze normalnej dla jarzników sodowych osiągano tylko niewielką poprawę barwy promieniowania.

Ciśnienie sodu idzie w górę
Stwierdzono, że dzięki zwiększeniu ciśnienia par sodu w wyładowaniu poprawiają się własności barwowe promieniowania wysokoprężnej lampy sodowej. Wiąże się to ze zmianą widmowego rozkładu promieniowania. Zmiany widma polegają głównie na zwiększeniu szerokości rezonansowej linii D sodu, uwydatnieniu jej długofalowego skrzydła oraz wzmocnieniu podkładu ciągłego i niektórych linii widmowych w skrzydle krótkofalowym. Podwyższenie ciśnienia par sodu wymagało od konstruktorów zwiększenia temperatury pracy jarzników i zmniejszenia ich długości. Ograniczeniem stała się tu jednak trwałość lamp. Temperatura pracy jarzników mogła zostać podniesiona tylko do pewnego poziomu. Mimo tego lampy za zwiększonym ciśnieniem par sodu stały się pierwszym, praktycznym krokiem na drodze poprawy właściwości barowych sodowych źródeł światła.

W handlu pojawiły się tzw. wysokoprężne lampy sodowe z poprawionym oddawaniem barw. Osiągały one ogólny wskaźnik oddawania barw Ra rzędu 65-70 przy temperaturze barwowej rzędu 2.200-2.300 K i skuteczności świetlnej od 75 lm/W (150 W) do 95 lm/W (400 W).

Barwa lepsza i lepsza
Kolejnym zabiegiem poprawiającym barwę było zwiększenie średnicy wewnętrznej rurki wyładowczej jarznika. Niestety okazało się, że jakkolwiek wspomniane zabiegi konstruktorów: zwiększenie ciśnienia par sodu i średnicy jarznika bardzo znacząco poprawiają właściwości oddawania barw lamp WLS to jednak jest to osiągane przy równoczesnym, fatalnym pogorszeniu skuteczności świetlnej. Dla pokonania tego zjawiska i doprowadzeniu skuteczności świetlnej do choćby akceptowanego poziomu, konstruktorzy zastosowali jednak, znany już wcześniej sposób napełnienia jarznika ksenonem o wysokim ciśnieniu, który może przynieść efekt poprawy skuteczności świetlnej.

Opisane zabiegi konstrukcyjne doprowadziły do opracowania wysokoprężnych lamp sodowych o bardzo dobrym wskaźniku oddawania barw Ra rzędu 80-85 przy temperaturze barwowej około 2.500 K lecz skuteczności zaledwie rzędu 50-60 lm/W.
 

„Biała soda” wita was


Wynikiem prac nad wysokoprężnymi lampami sodowymi o bardzo dobrych właściwościach barwowych, prowadzonych przez firmę Philips było wprowadzenie na rynek w pierwszej połowie lat osiemdziesiątych, lamp SDW-T White SON.

Ciśnienie par sodu w ich jarznikach wynosiło 95 kPa (10 kPa w jarzniku standardowej lampy SON). Oczywiście podwyższenie ciśnienia par sodu zostało osiągnięte przez znaczne podwyższenie temperatury jarznika. Pociągnęło to za sobą konieczność całkowitej zmiany konstrukcji rurki wyładowczej. Klasyczne przepusty prądowe w postaci rurek z niobu zastąpiono przepustami z drutu niobowo-cyrkonowego przechodzącego przez cienkościenne, długie przewężenia na obu końcach ceramicznej rurki jarznika. Nowa konstrukcja rurki wyładowczej pozwoliła obniżyć temperaturę pracy przepustów. W związku z podwyższeniem napięciem zapłonu konieczna była pomoc zapłonowa w formie drutu poprowadzonego wzdłuż jarznika i odchylanego za pomocą bimetalu po nagrzaniu lampy. W nowszej konstrukcji ten rodzaj pomocy zapłonowej zastąpiono metalizowanymi paskami nanoszonymi na powierzchnię rurki ceramicznej jarznika. Parametry barwowe nowych źródeł światła okazały się niezwykle czułe na wahania prądu lampy. Z tego powodu muszą być one zasilane z użyciem specjalnych układów elektronicznych stabilizujących prąd.

 

Na rynek wprowadzono lampy Master SDW-T White SON w szeregu mocy 35, 50 i 100 W. Lampy wyposażono w trzonki typu PG12-1 wykonane z tworzywa sztucznego. Około roku 1995 materiał trzonków zmieniono na metal. Jarznik umieszczono w szklanej bańce zewnętrznej typu T31. Kolejnym krokiem było wprowadzenie do oferty handlowej lamp Master SDW-TG Mini White SON z trzonkiem GX12-1, w bańce kwarcowej T19.

Lampa Master
SDW-TG Mini White
SON

Lampa Master
SDW-T White SON

Konstrukcja i technologia jarzników lamp White SON popularnie nazywanych „white soda” (biała soda) dała początek gwałtownemu rozwojowi lamp metalohalogenkowych niskich mocy, w jarznikach ceramicznych, które w połowie lat dziewięćdziesiątych pod względem popularności pozostawiły „białą sodę” daleko w tyle.

 

Gdzie i do czego

 

Wysokoprężne lampy sodowe o bardzo dobrym oddawaniu barw oferują ciepłe, białe światło, o barwie bodaj najbardziej zbliżonej do żarówkowego. Mogą być używane przede wszystkim w handlu, np. w sklepach spożywczych i mięsnych, odzieżowych i meblowych, a także w dekoracyjnym oświetleniu zewnętrznym. Klasycznym zastosowaniem jest oświetlenie stoisk z wyrobami ciastkarskimi i pieczywem. Niecelowe wydaje się porównywanie ich przydatności z lampami metalohalogenkowymi w jarznikach ceramicznych. Po prostu „biała soda” obok nowoczesnych metalohalogenków stanowi jeszcze jedno narzędzie w palecie możliwości, jakie współczesna technika daje designerom oświetlenia dla kreowania różnorodnych efektów świetlnych. Ogromna szkoda, że jest to narzędzie tak mało znane i używane w naszym kraju.