СКАЧАТЬ №3 2009 г. - Журнал "Светотехника"
advertisement
ÍÀÓ×ÍÎ-ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ ÆÓÐÍÀË Èçäàåòñÿ ñ ÿíâàðÿ 1932 ã. Ó×ÐÅÄÈÒÅËÈ: Ôåäåðàöèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ è ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ îáùåñòâ Àêàäåìèÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèõ íàóê ÐÔ Ðåäàêöèÿ æóðíàëà ÐÅÄÀÊÖÈÎÍÍÀß ÊÎËËÅÃÈß: Þ.Á. Àéçåíáåðã – ãëàâíûé ðåäàêòîð, Ë.Â. Àáðàìîâà, À.Å. Àòàåâ, Ñ.Ã. Àøóðêîâ – çàì. ãëàâíîãî ðåäàêòîðà, Â.Â. Áàðìèí, Â.Ï. Áóäàê, À.À. Ãðèãîðüåâ, À.À. Êîðîáêî, À.Ò. Îâ÷àðîâ, Ï.Â. Ïëÿñêèí, Ë.Á. Ïðèêóïåö, Â.Ì. Ïÿòèãîðñêèé, À.Ê. Ñîëîâü¸â, Ð.È. Ñòîëÿðåâñêàÿ, À.È. Òåð¸øêèí, Ê.À. Òîìñêèé 129626, Ìîñêâà, ïðîñïåêò Ìèðà, 106, ÂÍÈÑÈ, à/ÿ 34. Òåë. 7(495)682-26-54. Òåë/ôàêñ: 7(495)682-58-46. E-mail: werannik@mail.ru Èíòåðíåò: www.svetotekhnika.com Ýëåêòðîííàÿ âåðñèÿ æóðíàëà: www.elibrary.ru Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ èíôîðìàöèîííûõ ìàòåðèàëîâ îáðàùàòüñÿ ïî òåë./ôàêñó: 7(495)517-28-23, Àëåíà Àðòàìîíîâà E-mail: alena_artamonova@forareclama.ru Íó÷íûé ðåäàêòîð Ñ.Ã. ÀØÓÐÊΠsvetlo-nr@yandex.ru Õóäîæåñòâåííîå îôîðìëåíèå Ò.À. ÄÂÎÐÅÖÊÎÂÀ Êîìïüþòåðíàÿ ïîäãîòîâêà èçäàíèÿ À.Ì. ÁÎÃÄÀÍΠÊîìïüþòåðíûé íàáîð Ì.Á. ÏÓÒÈËÎÂÑÊÀß Ðåäàêòîð àíãëîÿçû÷íîé âåðñèè Ð.È. ÑÒÎËßÐÅÂÑÊÀß lights-nr@inbox.ru Ïåðåïå÷àòêà ñòàòåé è ìàòåðèàëîâ èç æóðíàëà «Ñâåòîòåõíèêà» – òîëüêî ñ ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè Çà ñîäåðæàíèå è ðåäàêöèþ èíôîðìàöèîííûõ ìàòåðèàëîâ îòâåòñòâåííîñòü íåñåò èñòî÷íèê èíôîðìàöèè Ìíåíèå ðåäàêöèè íå âñåãäà ñîâïàäàåò ñ ìíåíèåì àâòîðîâ ñòàòåé Ñäàíî â íàáîð 22.05.2009. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 11.06.2009. Ôîðìàò 60õ88 1/8. Ïå÷. ë. 10,00. Çàêàç . Òèðàæ 2000. «Çíàê», 101000, Ìîñêâà, Ãëàâïî÷òàìïò, ï/ÿ 648, òåë. 361-93-77. Îòïå÷àòàíî â òèïîãðàôèè ÎÎÎ «Ãðóïïà Ìîðå» 101898, Ìîñêâà, Õîõëîâñêèé ïåð., ä. 9. ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ В НОМЕРЕ Бартенбах К. Свет и здоровье. Концепция внедрения естественного освещения 4 Поликарпов С.С. Инициатива «Российской корпорации нанотехнологий» (РОСНАНО) по развитию светодиодной индустрии 9 Кляйн М., Хойзер К. Освещение органическими светодиодами – свет, где его никогда ещё не было 15 Бакин Н.Н. О работах НИИПП по светодиодам 24 Гутцайт Э.М. Светодиодные модули на основе электродинамических систем с квантовыми нитями и точками 28 Киптик М.И. Светодиоды в наружном освещении 32 Круглов О.В., Кузьмин В.Н., Томский К.А. Измерение светового потока светодиодов 34 Вдовин В.Г., Вдовина Н.А. Софитные металлогалогенные лампы мощностью 70, 100, 150 Вт для цветного декоративного и архитектурного освещения 37 Халонен Л., Экриас А., Элохолма М. Влияние цветового контраста и типа заполнителя дорожных покрытий на характеристики дорожного освещения 42 Навваб М. Аспекты естественного освещения интерьерных растений 54 СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Пашковский Р.И. О категориях надёжности электроснабжения жилых и общественных зданий 61 МАРКЕТИНГ Технология работы Биржи инновационных решений и опыт Программы развития ООН в создании системы коллективной работы экспертов (на примере Индии) 71 ХРОНИКА День светотехника Москвы. Л.П. Варфоломеев 74 Российские и международные конференции и выставки в 2009 году (II полугодие) 77 3•2009 М А Й • И Ю Н Ь (LIGHT & ENGINEERING) Поздравляем: Бахарева Д.В. 8 Машковскую Т.Я. 23 Минаева И.Ф 79 Мордюка В.С. 36 Пчелина В.М. 76 Защита диссертации 23 Памяти Оболенского Н.В. 80 Письмо в редакцию 76 КРИТИКА И БИБЛИОГРАФИЯ Новые книги. А.К. Соловьёв. Физика среды 14 Новая кафедра светотехники в Санкт-Петербурге 73 Новые книги ЗАО «Дом Света» 73 Правила подготовки рукописей, представляемых в журнал «Светотехника» 78 ИНФОРМАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Белые светодиоды высокой мощности (GE Lighting) 1 ЮНИСВЕТ 14 Мир в ином свете (фирма Multilight) 32 Будущее начинается сегодня… (холдинг «Церс Групп») 33 Декоративные опоры наружного освещения компании TEHОMET 41 НЕОН Электронные компоненты 70 Опоры компании Opora Engineering 2 с. обл. СВЕТОН - новая марка приборов 3 с. обл. Новый опыт в освещении (компания Vossloh-Schwabe) 4-я с. обл. Свет и здоровье. Концепция внедрения естественного освещения К. БАРТЕНБАХ 1 Bartenbach LichtLabor GmbH, Альдранс/Инсбрук, Австрия Аннотация Окончание сообщения об исследованиях компании Bartenbach LichtLabor GmbH в области освещения помещений (см. № 2.2009). Теперь речь идёт об оптимизации систем естественного и дополнительного искусственного освещения помещений с вертикальными оконными проёмами. Ключевые слова: естественное освещение, искусственное освещение, оконный проём, устройство ввода, светильник, аннуитет, процентная ставка, капитальная задолженность, срок погашения, капитальные затраты, эксплуатационные расходы, экономичность, оптимальный, тип устройства. 1 Использование естественного света для освещения – один из очевидных путей экономии электроэнергии. Человек биологически приспо1 2 E-mail: info@bartenbach.com Перевод с нем. Л.П. Варфоломеева. Фотографии выполнены П. Бартенбахом. Иначе – солнечный фактор. – Прим. ред. соблен к бесплатному естественному свету, оптимальное использование которого устраняет необходимость искусственного освещения. Для оптимального использования естественного света необходимо учитывать параметры оконных проёмов. Выбор устройств ввода естественного света через оконные проёмы (УВЕС) (различные занавеси или жалюзи) определяется эстетическими запросами пользователей и особыми требованиями. Соответствующие решения, наряду с учётом сопутствующих затрат, должны учитывать требования пользователей. Для оценки качества естественного освещения помещений с оконными проёмами используются следующие критерии: экспозиция, направленность естественного света, светозащита, видение наружного окружения и ограничение блёскости в поле зрения. На рис. 19–23 показаны широко используемые типы УВЕС, наилучшим образом соответствующие требованиям к энергосбережению, экономичности и эргономичности. Там же представлены некоторые соответ- Рис. 19. Разные типы устройств ввода естественного света через вертикальные оконные проёмы (УВЕС) 4 ствующие данные по коэффициенту естественной освещённости (КЕО) и g-фактору2. Любой источник света (ИС), будь то открытое солнце, пасмурное небо или лампа, повышает температуру в помещении, что нередко требует искусственной вентиляции или кондиционирования. Это повышает сопутствующие и эксплуатационные издержки, определяемые вышеуказанными критериями. При выборе соответствующих проектных решений необходим тщательный контроль за взаимным соответствием этих издержек и критериев. Для понимания значения и взаимосвязи последних ниже сравниваются УВЕС типов 5, 8–10 по следующим критериям: экспозиция, направленность естественного света, пре2 Иначе – солнечный фактор. – Прим. ред. Рис. 20. Горизонтальные оконные жалюзи с солнцезащитными, перенаправляющими свет и защищающими от блёскости зеркальными створками (УВЕС типа 9). (Сберкасса в Фюрстенфельдбрюкке; проект фирмы Interieur-Studio W. Gruschwitz) Рис. 21. Наружные жалюзи с призматическими створками с низким g-фактором (около 0,08) и повышенным пропусканием (УВЕС типа 8). (Банк Union Banque Suisse – Biel; проект фирмы Mark + Yvonne Hausamann) «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 22. Жалюзи (УВЕС типа 8). (Банк Union Banque Suisse – Biel; проект Mark + Yvonne Hausamann) дельно допустимая яркость (около 400 кд/ м2), солнцезащита (g-фактор), видение наружного окружения, продолжительность включения искусственного освещения, система искусственного освещения, нагрев помещения освещением, искусственная вентиляция, кондиционирование воздуха, капитальные затраты, эксплуатационные расходы, экономичность. После определения типа помещения и его геометрических параметров (рис. 24) должна выбираться система искусственного освещения, являющаяся основой для расчёта продолжительности её включения и частично определяющая капитальные и эксплуатационные издержки, связанные с системой естественного освещения. При этом сравнивались системы искусственного освещения (при одинаковой освещённости) со следующими светильниками: • светильники прямого света с зеркальными решётками с симметричным или асимметричным светораспределением; • круглые светильники прямого света; • светильники прямого/отражённого света с зеркальными решётками; • напольные светильники прямого света; • встраиваемые светильники «Mellow light»; • светильники направленного света. Вначале сравнивались капитальные затраты и годовые эксплуатационные расходы для различных систем искусственного освещения. При этом для расчёта принималась процентная ставка в 10 % и срок погашения капи«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 23. Средняя зона помещения с коэффициентом естественной освещённости (КЕО) в 3 %, относительная продолжительность включения искусственного освещения в течение рабочего дня (8:00–17:00) – около 30 %. Нормальное офисное помещение с УВЕС типа 9 Рис. 24. Типичные размеры офисного помещения (площадь окна около 9,9 м2) Рис. 25. Экономическое сравнение разных устройств искусственного освещения, используемых для смягчения слепящего действия оконных проёмов тальной задолженности 15 лет. Как видно из рис. 25, самый экономичный, по сопутствующим затратам, вариант – со светильниками прямого света с зеркальными решётками (при этом постоянный аннуитет равен регулярным годовым частичным платежам, состоящим из платёжной нормы и процентной ставки). На основании данного сравнения оптимальным дополнением систем естественного освещения можно считать систему искусственного освещения со светильниками прямого света с зеркальной решёткой. При расчёте среднегогодовой продолжительности включения искусственного освещения считалось, что в месяце 21 рабочий день и рабочий день длится с 8:00 до 17:00. УВЕС были отрегулированы так, чтобы для рабочих мест с мониторами компью5 Рис. 26. Среднегодовые продолжительности включения искусственного освещения при использовании УВЕС разных типов Рис. 27. Максимальные температуры воздуха в помещении (tmax) при использовании УВЕС разных типов и искусственной вентиляции На рис. 27 приведено сравнение различных типов УВЕС по нагреву воздуха в помещении при наличии лишь искусственной вентиляции. Видно, что УВЕС типа 8 вследствие низкого g-фактора (0,08) практически обеспечивает в помещении номинально требуемую температуру 25 оС при наружной температуре 30 оС без дополнительного кондиционирования воздуха. На рис. 28 приведено сравнение эксплуатационных расходов при использовании некоторых типов УВЕС с учётом расходов на вентиляцию и дополнительные кондиционирование и искусственное освещение. Видно, что УВЕС типа 8 из-за низкого g-фактора устраняют необходимость в дополнительном кондиционировании воздуха и потому обеспечивают минимальные эксплуатационные расходы. На рис. 29 сравниваются капитальные затраты на УВЕС разных типов. В них включены затраты на системы искусственного и естественного освещения, искусственной вентиляции и дополнительного кондиционирования воздуха, обеспечивающие поддержание в помещении номинальной температуры. На рис. 30 приведено сравнение указанных систем освещения по экономичности. При этом приняты в расчёт годовые эксплуатационные расходы и капитальная задолженность. Последняя учтена в виде аннуитета с постоянной процентной ставкой в 10 % при сроке погашения задолженности для систем искусственного и естественного освещения в 15 лет, а для систем искусственной вентиляции и кондиционирования воздуха – в 30 лет. Резюме Рис. 28. Сравнение годовых эксплуатационных расходов на освещение, искусственную вентиляцию и кондиционирование воздуха при использовании УВЕС разных типов теров яркость окон не превышала 400 кд/ м2. На рис. 26 представлены значения среднегодовой продолжительности включения искусственного 6 освещения при использовании УВЕС типов 5, 8–10. Видно, что наименьшее значение этой величины соответствует УВЕС типа 9. Сообщённые результаты ясно показывают, что значение g-фактора оконного проёма существенно влияет на температуру в помещении и, тем самым, во многом определяет параметры систем искусственной вентиляции и кондиционирования воздуха, на которые, в свою очередь, приходится значительная часть суммарных капитальных затрат и эксплуатационных расходов. При этом капитальные затраты на системы естественного освещения играют большую роль, а эксплуатационные расходы на осве«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 щение (соответствующие продолжительности включения искусственного освещения) – видимо, нет. Уменьшение «эффективной» площади оконных проёмов выявляет взаимосвязь между указанными капитальными и эксплуатационными издержками (рис. 31). В этом примере «эффективная» площадь окна при использовании УВЕС типа 5а на 54 % меньше, чем при использовании УВЕС типа 5 (при одинаковых прочих условиях). Соответственно капитальные затраты на вентиляцию и кондиционирование воздуха в первом случае меньше на 54 %, а на освещение (искусственное и естественное) – на 25 %. При этом, хотя эксплуатационные расходы на искусственную вентиляцию и кондиционирование воздуха на 23 % меньше, эксплуатационные расходы на освещение на 37 % больше из-за большей продолжительности включения искусственного освещения. В данном случае ясно, что 37 %-ный рост эксплуатационных расходов на искусственное освещение мало влияет на общие затраты. Стоимость указанных систем почти исключительно определяется капитальными затратами на вентиляцию и кондиционирование воздуха и на соответствующее оборудование для естественного освещения, а не эксплуатационными расходами на дополнительное искусственное освещение. Однако существующими критериями световая среда как таковая не учитывается, и соответственно этому естественный и искусственный свет равнозначимы и взаимозаменяемы, а основная нормируемая световая величина – освещённость. Из этого следует, что малые оконные проёмы предпочтительны только в случаях, когда естественное освещение не учитывается. В настоящее время качество освещения оценивается субъективно, а не объективно. Если бы, например, стало принято считать, что яркость окон не должна превышать 400 кд/ м2, то наружные жалюзи также могли бы использоваться для защиты от блёскости, что давало бы снижение капитальных затрат и, соответственно, благоприятно сказывалось бы на экономичности. Поскольку окна преимущественно рассматриваются с эстетической, и потому субъективной, точки зрения, необходимо развивать вышеуказан«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 29. Сравнение капитальных затрат на освещение, искусственную вентиляцию и кондиционирование воздуха при использовании УВЕС разных типов Рис. 30. Некоторые показатели экономичности использования УВЕС разных типов Рис. 31. Сравнение годовых затрат на компоненты систем освещения при двух «эффективных» размерах оконных проёмов (при использовании УВЕС типов 5 и 5а соответственно) 7 Поздравляем с юбилеем! Рис. 32. Продолжительность достаточного естественного освещения в помещении при использовании УВЕС разных типов ный экономический подход и придавать естественному освещению более высокую значимость. Если бы естественный свет принимался во внимание с учётом продолжительности его полезного использования, характерного ритма и создаваемого им ясного восприятия помещений, то количество критериев оценки естественного освещения должно быть ещё расширено. Один из таких критериев, отчётливо показывающий разницу в эффективности типов УВЕС, – продолжительность достаточного естественного освещения в помещении (рис. 32). Компоненты систем естественного освещения и соответствующие характеристики освещения считаются существенными, а роль температурного фактора – нет. Соответственно, в будущем нужно стараться использовать указанные выше критерии как предпочтительные и, соответственно, пересматривать оценки систем естественного освещения. Если развивать полученные результаты, можно прийти к выводу, что у УВЕС типа 9 есть дополнительная возможность оптимизации путём уменьшения g-фактора с 0,2 до 0,08–0,1. (Соответствующие результаты оптимизации отнесены к типу 10 УВЕС, показанным пунктирно на рис. 27–30.) Эта оптимизация может проводиться, например, с помощью комбинации трёхрамных окон или двойных фасадов. 8 (Материалы, положенные в основу этой статьи о естественном освещении, получены совместными исследованиями компаний Bartenbach LichtLabor GmbH (Альдранс, Австрия) и Kuehn, Bauer Partner (Мюнхен, Германия).) Кристиан Бартенбах (Christian Bartenbach), доктор наук, профессор. Учёный с мировым именем. В 1976 г. основал компанию Bartenbach Licht Labor GmbH (BLL), оснащённую по последнему слову науки и техники. В 1995 г. назван лучшим австрийским предпринимателем года в области услуг. В 2003 г. была организована Академия света Бартенбаха, а её основатель в настоящее время занимает пост декана факультета светового дизайна в Инсбрукском университете. Благодаря тесной связи с европейскими архитектурными и строительными организациями, идеи Кристиана Бартенбаха успешно реализуются во многих городах и странах мира Ðåäàêöèÿ è ðåäêîëëåãèÿ æóðíàëà, êîëëåãè è ó÷åíèêè ïîçäðàâëÿþò ïðîôåññîðà êàôåäðû «Àðõèòåêòóðà» Íèæåãîðîäñêîãî àðõèòåêòóðíîñòðîèòåëüíîãî óíèâåðñèòåòà, êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê, àêòèâíîãî àâòîðà è ðåöåíçåíòà íàøåãî æóðíàëà íà ïðîòÿæåíèè ìíîãèõ ëåò, èçâåñòíîãî ñïåöèàëèñòà â îáëàñòè åñòåñòâåííîãî îñâåùåíèÿ Деомида Вениаминовича Бахарева ñ 75-ëåòèåì è æåëàþò åìó çäîðîâüÿ è äàëüíåéøèõ òâîð÷åñêèõ óñïåõîâ íà áëàãî ðîññèéñêîé íàóêè. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Инициатива «Российской корпорации нанотехнологий» (РОСНАНО) по развитию светодиодной индустрии С.С. ПОЛИКАРПОВ 1 Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (PОСНАНО) Аннотация Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (РОСНАНО) учреждена федеральным законом № 139-ФЗ от 19 июля 2007 г. для «реализации государственной политики в сфере нанотехнологий, развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии». Корпорация решает эту задачу, выступая соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом. Финансовое участие корпорации на ранних стадиях проектов снижает риски её партнёров – частных инвесторов. Корпорация участвует в создании объектов нанотехнологической инфраструктуры, таких как центры коллективного пользования, бизнесинкубаторы и фонды раннего инвестирования. РОСНАНО выбирает приоритетные направления инвестирования на основе долгосрочных прогнозов развития (форсайт), к разработке которых привлекаются ведущие российские и мировые эксперты. Статья посвящена одному из важных направлений деятельности РОСНАНО – становлению и развитию освещения светодиодами, прежде всего, неорганическими светодиодами. Ключевые слова: корпорация, РОСНАНО, дорожная карта, полупроводниковое освещение, освещение светодиодами, светодиод, рынок, структура, динамика, прогноз, кристалл, устройство со светодиодами, светильник со светодиодами 1 1. Введение Нанотехнологии и наноиндустрия в настоящее время – одни из наибо1 По материалам доклада на 2-м Международном форуме по светодиодам 10 декабря 2008 г., Москва E-mail: info@rusnano.com «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 лее перспективных направлений науки, технологий и промышленности. Задачи опережающего инновационного развития России, коммерциализации перспективных разработок, а также проблема рационального использования ресурсов диктуют необходимость освоения и использования новых инструментов государственной политики. Основы государственной политики в сфере наноиндустрии определены в президентской инициативе «Стратегия развития наноиндустрии» от 24 апреля 2007 г. В соответствии с ней уже в ближайшие годы должны быть кардинально увеличены объёмы производства выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий и достигнуто насыщение соответствующих рынков. Одновременно должна быть начата разработка новых видов продукции нанотехнологий, которые появятся на рынке через несколько лет, с доведением этих видов продукции до промышленного производства. К 2015 г. в стране будет сформирована национальная нанотехнологическая сеть, создающая условия для масштабного наращивания продукции наноиндустрии. В целях содействия реализации государственной политики развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии и в соответствии с Федеральным законом «О российской корпорации нанотехнологий» создана государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (далее – Корпорация). Исходя из основных задач, Корпорация определяет своей целью вхождение России в число мировых лидеров в области нанотехнологий на следующих главных направлениях: • завоевание рынков нанотехнологической продукции; • признание лидерства России в мировом нанотехнологическом сообществе, в том числе как междуна- родной площадки для обсуждения проблем развития наноиндустрии; • обеспечение весомого вклада в мировую «копилку» знаний («генерация новых знаний»). Основные усилия и ресурсы Корпорации планируется сосредоточить на достижении первой из вышеперечисленных целей – завоевание Россией лидирующих позиций на мировых рынках нанотехнологической продукции. Однако Корпорация будет уделять должное внимание всем направлениям, учитывая взаимосвязь между ними. Исходя из поставленной главной цели, определяются основные задачи Корпорации – обеспечение коммерциализации разработок и координация инновационной деятельности в наноиндустрии [1]. 2. Светодиодная индустрия как одно из приоритетных направлений Корпорации На сегодняшний день, с применением полупроводниковых источников света (ИС) – светодиодов (СД) связывается будущее целого ряда индустрий. СД являют собой наиболее перспективное направление развития осветительной техники во всех её приложениях – от освещения объектов ЖКХ и промышленности, сигнализации, световой индикации и рекламы до производства мобильных устройств и дисплеев. Основной привлекательной чертой СД является потенциально повышенный уровень светоотдачи, что ведёт к целому ряду экономических и социальных выгод, важнейшая из которых – радикальное сокращение затрат энергии на освещение, составляющих в России около 14 % от общих затрат производимой электроэнергии. Развитие светодиодной индустрии относится к национальным приоритетам целого ряда стран, включая США, Канаду и страны Евросоюза, отвечая потребностям в экономической и энергетической безопасности. Способные заменить в перспективе большинство современных ИС СД привлекают к себе внимание крупнейших производителей светотехнической продукции, таких как General Electric, Philips и Osram. Светодиодной индустрии уделено значительное внимание в Федеральной целевой программе «Разви9 Рис. 1. Прогноз динамики роста сегментов мирового рынка светодиодов тие электронной и компонентной базы и радиоэлектроники». Основные направления развития светодиодной индустрии подразумевают разработку материалов с принципиально новыми свойствами и манипулирование наноразмерными компонентами. Соответственно, поддержка и развитие светодиодной индустрии в России попадает в сферу непосредственной компетенции Корпорации. Для развития светодиодной индустрии в России Корпорация реализует инициативу в следующих направлениях: • создание технологической дорожной карты светодиодной индустрии – комплексного плана выявления потенциальных рыночных ниш и выбора технологий, позволяющих максимально быстро разрабатывать конкурентоспособные продукты в электротехнической отрасли (результатом реализации дорожной карты должна быть конкурентоспособная продукция); • финансирование проектов по производству СД и светотехнических изделий нового поколения; • оказание административной, нормативной и организационной поддержки. 3. О дорожной карте светодиодной индустрии Дорожная карта светодиодной индустрии составлена на основе обобщения мнений российских и международных экспертов и анализа меж10 дународных и российских аналитических материалов. В разделах дорожной карты представлены технологическое описание, основные текущие проблемы и прогнозы развития российской светодиодной индустрии, а также описание основных компонентов, технологий и материалов, с которыми связаны её перспективы. Цель Корпорации – развитие в России массового производства светодиодов и светотехнических устройств на их основе. Это производство необходимо для внедрения освещения светодиодами (ОССД) – освещения будущего, призванного обеспечить значительную экономию электроэнергии и улучшение экологической обстановки в России. Конкретный экономический эффект от внедрения ОССД в России сейчас трудно оценить, но предварительные оценки показывают, что только экономия на высвобождении электрогенерирующих мощностей составит не менее 124 млрд. руб. Цель дорожной карты – определение перспектив развития светодиодных нанотехнологий, включая разработку технологических процессов изготовления, применение осветительных устройств с СД и проведение необходимых НИР в настоящем и будущем. Согласно этому требуется получить ответы на следующие вопросы: • каким образом появление различных нанотехнологий может улучшать качество осветительных устройств с СД?; • как изменятся технологические процессы, оборудование, материалы и осветительные устройства с СД при использовании нанотехнологий?; • какие проблемы являются ключевыми при изготовлении осветительных устройств с СД? Дорожная карта предполагает решение следующих основных задач: • определение текущего состояния технологий производства СД и тенденций развития существующих технологий; • оценка приоритетных направлений развития ряда технологий, позволяющих максимально быстро создавать конкурентоспособные продукты в светодиодной индустрии, а также выявление потенциальных рыночных ниш для применения светодиодной продукции; • определение «узких мест» технологических процессов и основных проблем дальнейшего развития технологии производства светодиодной продукции с целью формирования лотов для привлечения разработчиков к решению данных проблем. Структуру дорожной карты составляют разделы по: рынкам конечной продукции, СД и устройствам с СД, технологии, перспективам светодиодной индустрии, сырьевым и кадровым ресурсам. 4. Рынок светодиодов и осветительных устройств с ними Объём мирового рынка СД весьма значителен, составив в 2007 г. $4,2 млрд. Темп роста этого рынка составляет 23 % в год (рис. 1), при этом самый быстро растущий (37 % в год) и перспективный его сегмент – ОССД [2]. Основная доля рынка СД приходится на дисплеи и указатели. К основным движущим силам этого рынка относятся: • замещение ЛЛ и ЛН в традиционных сегментах ввиду повышения эффективности СД; • экономия электроэнергии ввиду высоких цен на топливо и, соответственно, электроэнергию; • государственная поддержка в развитых странах по экологическим и медицинским причинам; • высокая энергоэффективность, необходимая для мобильных приложений. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Продукты Системы Светосигнальные приборы * Срок службы 50 тыс. ч * Соответствие требованиям ОАО «РЖД» и ГИБДД Осветительные приборы * Световой поток1000 лм * Потребляемая мощность 12 Вт Светодиоды Стоимость единицы Световая отдача потока излучения 100 лм/Вт $5/Вт Цветовая температура 4000–7000 К Срок службы 50 тыс. ч Сырьё Подсистемы Гетероструктуры Однородность слоёв: 0,1 нм Диаметр: 50,8±0,05 мм Длина волны в максимуме излучения: от 380 до 460 нм Подложки Материалы • Сапфир • Карбид кремния • Нитрид галлия • Кремний Диаметр:50,8±0,05 мм Толщина: 0,43±0,025 мм Шероховатость: <7 мкм Металлоорганические соединения • Триметил алюминия, галлия, индия • Триэтил алюминия, галлия, индия • Арсин • Фосфин • Ср2Мg • Диэтилцинк Портативные электронные устройства и дисплеи * Низкое энергопотребление * Равномерность заднего освещения Электронная система Напр. 100–240 В/Ток 350 мА КПД > 90 % Срок службы 35 тыс. ч Кристаллы Размеры: 1×1 мм2 Плотность тока 100 А/см2 Поток излучения 1 Вт Квантовая эффективность 30 % Особо чистые газы • Аммиак • Моносилан • Водород • Азот • Кислород Оптическая подсистема Угол излучения (2 Θ1/2): 10–120 о Особо чистые металлы • Золото • Алюминий • Титан • Индий Чистота 99,999% Люминофоры Материалы: Алюмоиттриевые гранаты • Нитрид кремния • Сложные оксиды • Сульфиды Длина волны в максимуме поглощения 460 нм Срок службы 70 тыс. ч Рис. 3. «Уровни технологии» в светодиодной индустрии (для одного из типов светордиодов) В России СД обладают высоким потенциалом роста – они занимают только около 4 % от объёма рынка ИС для освещения (рис. 2), объём которого составляет 47 млрд. руб. и ежегодно возрастает на 13–15 % [3, 4]. Рис. 2. Структура российского рынка источников света для освещения (на 2006 г.) 5. Технология Дорожная карта касается технологии производства как неорганических СД, составляющих на сегодняшний день основу ОССД, так и более «молодых» органических СД. Дорожная карта выделяет четыре «уровня технологии» (рис. 3). На каждом из них существуют технологические проблемы, пути решения которых предлагает эта карта. На самом верхнем уровне находятся конечные продукты, ниже – системы и подсистемы, а на нижнем уровне – сырьё и материалы. Также дорожная карта определяет текущее состояние технологии на каждом из уровней. Среди продуктов можно выделить три большие группы – осветительные приборы, светосигнальные приборы, «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 портативные электронные устройства и дисплеи. На уровне систем дорожная карта выделяет в подгруппы СД и электронные системы управления и питания. Для этого уровня важны такие параметры как световая отдача и КПД, срок службы, который уже достиг 35 000 ч, а также себестоимость единицы потока излучения. На уровне подсистем выделяют гетероструктуры и кристаллы, для которых важ- ны размер, поток излучения и квантовая эффективность, а также оптическую подсистему, призванную обеспечивать требуемый угол излучения (2Θ1/2) СД и минимальные потери света в ней. В основные группы уровня сырья и материалов выделены подложки, особо чистые газы, особо чистые металлы и люминофоры. Производство СД предъявляет высокие требо11 Рис. 4. Прогнозы повышения световой отдачи светодиодов по планам Министерства энергетики США (1), Японской ассоциации производителей светодиодов (2) и Корпорации (3) стерство энергетики США [4] планирует достижение световой отдачи серийных СД в 164 лм/Вт (рис. 4). Японская ассоциация производителей СД ставит перед собой верхнюю планку по тому же показателю в 132 лм/ Вт к 2012 г. [5]. Учитывая существенное отставание российских производителей гетероструктур и кристаллов и массу технологических проблем, которые потребуется решить для создания собственного производства СД, дорожная карта Корпорации прогнозирует повышение световой отдачи серийных СД к 2012 г. до 120 лм/Вт. Основным конкурентным преимуществом российской светодиодной индустрии должна стать низкая стоимость единицы светового потока СД ($20/клм в 2010 г. (рис. 5)) при световых отдачах, сравнимых с достигнутыми ведущими мировыми производителями СД. 6. Перспективы светодиодной индустрии Рис. 5. Прогноз снижения стоимости светодиодов по планам Министерства энергетики США (1) и Корпорации (2) вания к качеству сырья: шероховатость подложек должна быть меньше 7 мкм, чистота металлов – 99,999 %, срок службы люминофоров – не менее 70 тыс. ч. Дорожная карта ставит задачу развития в России собственной сырьевой базы для неорганических и органических СД. Для неорганических СД – газы аммиак, водород, моносилан и др., металлорганические соединения, высокочистые металлы алюминий, серебро, титан, никель и др., люминофоры на основе гранатов и силикатов, подложки из карбида кремния, нитридов алюминия и галлия. Для органических СД – стеклянные подложки оптического качества, широкая полимерная база, низкомолекулярные органические полупроводники, изолирующие материалы для барьерных слоёв и покрытий, прозрачные катоды. Основные параметры, определяющие переход к ОССД, – световая отдача и стоимость единицы светового потока СД. Эти показатели – ключевые во всех дорожных картах светодиодных технологий. Так, к 2012 г. Мини12 Дорожная карта формулирует основные задачи развития светодиодных технологий. Во-первых, это повышение световой отдачи СД для достижения эффекта экономии электроэнергии путём создания новых гетероструктур, совершенствования технологии эпитаксиального роста, создания новой топологии кристаллов, разработки белых СД, работающих на принципе RGB-смешения света, и создания эффективных систем первичной оптики. Во-вторых, это повышение общего индекса цветопередачи и улучшение цветовой температуры СД (для возможности широкого применения СД в освещении) путём создания эффективных долговечных люминофоров и разработка интеллектуальных систем светорегулирования. В-третьих, одна из основных задач – снижение себестоимости СД и светодиодных систем путём повышения рабочей плотности тока, создания более производительного оборудования, разработки и производства дешёвых качественных подложек большого диаметра. И в-четвёртых, это создание производства эффективных безопасных систем электропитания и светорегулирования и систем вторичной оптики. Для органических СД необходимо решить задачи повышения световой отдачи и срока службы; соответству- ющие целевые ориентиры – 75 лм/ Вт и 10 тыс.ч, к 2015 г. При этом, как и для неорганических СД, остро стоят проблемы цветопередачи и себестоимости этих изделий. Дорожная карта как инструмент создания нового направления в промышленности определяет также основные методы технического и государственного регулирования светодиодной индустрии. В настоящее время отсутствуют национальные стандарты на конструкции светодиодных устройств, цветность их излучения и безопасность применения. Метрологическая база для испытания светодиодных устройств на предприятиях отсутствует или очень слаба, не хватает квалифицированных кадров и центров сертификации. Нормативная база, регулирующая проектирование, строительство и эксплуатацию производств значительно устарела и не предусматривает возможность применения светодиодной техники. Зарубежные сертификаты не действуют на территории Российской Федерации, таможенное законодательство не учитывает потребности отрасли. Учитывая эти и другие проблемы, с которыми столкнётся российская светодиодная индустрия, дорожная карта определяет пути их решения. Планируются формирование и реализация программы стандартизации в светодиодной индустрии и развитие соответствующих метрологической базы и диагностических центров. Планируется введение мер государственного регулирования спроса и стимулирования производств светодиодной продукции. Дорожная карта предусматривает разработку новой нормативной базы, доработку таможенного законодательства, разработку сертификатов. Особое внимание уделяется вопросу подготовки кадров в области метрологии и стандартизации. Отдельно дорожная карта учитывает проблемы кадров и пути их решения для разных категорий работников. Для исследователей это проблема низкой зарплаты и старения кадров. Для её решения планируется централизованная поддержка научных школ и создание новых научнообразовательных центров. Остро стоит проблема подготовки и переподготовки конструкторов и технологов из смежных отраслей. Для решения проблемы нехватки рабочих на производстве необходимы создание и поддерж«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 7. Образцы светильников со светодиодами Рис. 6. Светодиодный кристалл на основе GaN ка специализированных колледжей и техникумов. Корпорация ставит перед собой задачу формирования и запуска кластерного проекта в светодиодной индустрии. Для этого совместно с российским светодиодным сообществом создаётся специальная дорожная карта, которая определит ключевые направления развития светодиодной индустрии и сформулирует лоты по направлениям, которые должны полностью покрыть все проблемные участки светодиодной технологии. На основании этих лотов будет сформирован пул проектов по развитию технологии, созданию производств, подготовке кадров и развитию инфраструктуры. Дорожная карта Корпорации в области светодиодной индустрии – живой документ, для поддержки и постоянного обновления которого создаётся технический комитет. Планируется регулярное обсуждение этого документа на круглых столах, конференциях и семинарах. 7. Проект «Освещение светодиодами» 2 Первым шагом реализации инициативы Корпорации стал пилотный проект «Освещение светодиодами». Его цель – создание промышленного производства экологически чистого и энергосберегающего нового поколения сверхъярких СД и светотехнических систем на их основе. Реализация проекта подразумевает организацию в России соответствующего светотехнического производства полного цикла – от нано-гетероструктур до светильников с СД. Конечными про2 В рукописи – «Проект «Твердотельная светотехника». – Прим. ред. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 дуктами нового производства станут светодиодные кристаллы, светодиодные лампы и осветительные системы с СД, сравнимые по параметрам с лучшими мировыми аналогами. Участниками проекта выступают Корпорация, Группа ОНЭКСИМ как финансовый инвестор и ФГУП «ПО «Уральский оптико-механический завод» им. Э.С. Яламова (УОМЗ) как ведущее предприятие России в области проектирования и производства оптико-электронных комплексов. Разработчиками уникальной технологии производства светодиодных кристаллов стали ученики нобелевского лауреата академика Жореса Алфёрова Максим Одноблюдов и Владислав Бугров, основавшие немецко-финскую компанию «ОптоГаН», недавно приобретённую Группой ОНЭКСИМ. Создание нового предприятия позволит принести в Россию одну из перспективных разработок российских учёных. Технология защищена девятью семействами патентов на изобретение в области производства кристаллов, содержащими как международные, так и российские патенты и заявки на патенты. Получен также 21 российский патент на полезную модель в области производства светильников с СД. Общий объём инвестиций Корпорации составит 1 776 млн. руб., в том числе 323 млн. руб. в форме взноса в уставный капитал и 1 453 млн. руб. в форме займа. Общий объём инвестиций в проект составит 3 351 млн. руб. Доля Корпорации в данном проекте составит 17 %, доля УОМЗ – 33 % + 1 акция и доля Группы ОНЭКСИМ совместно с разработчиками – 50 % + 1 акция. Ожидается, что общий объём выручки участников проекта в 2013 г. составит порядка 6 млрд. руб. Промышленное производство гетеро структур будет размещено в Санкт-Петербурге на территории особой экономической зоны техниковнедренческого типа, а комплекс по производству светодиодных кристаллов, светодиодных ИС (ламп и модулей) и соответствующих светотехнических изделий разместится в Екатеринбурге, на базе светотехнического подразделения УОМЗ. На первом этапе проекта предполагается производство (по планарной технологии) светодиодных кристаллов (рис. 6) размером 0,44×0,44 мм2 с потоком голубого излучения 55 мВт (максимум на длине волны около 450 нм). В 2010 г. планируется переход на высокомощные кристаллы с активной площадью 1 мм2 и потоком голубого излучения 984 мВт. Объём их производства к 2013 г. составит 120 млн. шт. Светотехнические устройства (рис. 7), производство которых предусматривается проектом, предназначены для освещения промышленных объектов, супермаркетов, офисов и коммерческих заведений, объектов ЖКХ. Для выполнения НИР и ОКР к проекту будут привлечены ведущие научные центры страны, такие как Физико-технический институт РАН им. А.Ф.Иоффе (в С.- Петербурге), Российский федеральный ядерный центр (в Снежинске), Уральский политехнический университет (в Екатеринбурге) и др. Кадровые проблемы проекта будут решаться и привлечением специалистов Научно-образовательного центра при Физико-техническом институте РАН 13 им. А.Ф. Иоффе и Уральского политехнического университета. 8. Заключение Н ОВ Ы Е К Н ИГ И Соловьёв А.К. ФИЗИКА СРЕДЫ: Корпорация реализует инициативу по развитию перспективного направления нанотехнологической промышленности – светодиодной индустрии. Корпорация создала дорожную карту, предусматривающую подробный план решения научных, технологических и производственных проблем этой индустрии. Она утвердила первый проект по созданию полного цикла производства СД и осветительных устройств с СД и переходит к созданию пула новых проектов с реализацией их в виде кластерного проекта. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Стратегия деятельности Государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий» до 2020 года. – Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий», 2008. – Май. 2. High-Brightness LED: Market Review and Forecast. – Strategies Unlimited, 2007. 3. Исследование российского рынка светильников // Обзор. – Агентство «НВМ Бизнес Консалтинг» – 2006. – Вып. 2. 4. Оценка ёмкости рынка светотехнической продукции РФ в 2000–2006 гг. Прогноз на 2007 г. – Агентство «Дан энд Брэдстрит – Норд», 2007. 5. Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan FY’09-FY’14. – U.S. Department of Energy, 2008. – March. 6. Технологическая дорожная карта по белым светодиодам. – Японская ассоциация производителей светодиодов, 2008. – Апрель. Учебник. – М.: Издательство АСВ, 2008. 344 с. Учебник «Физика среды» написан в соответствии с требованиями разрабатываемого в настоящее время Государственного Образовательного Стандарта (ГОС) третьего поколения для многоуровневой полготовки по направлению «строительство» бакалавров, магистров, а также специалистов по специальности «Проектирование зданий». Кроме того, книга может быть использована как учебное пособие по специальности «Промышленное и гражданское строительство», где курс «Физика среды» должен быть включён в вариативную часть дисциплин по этой специальности. Она может также быть использована студентами архитектурных вузов и факультетов. В книге имеются разделы «Климат и архитектура», «Строительная теплотех- ника», «Свет в архитектуре и строительстве» и «Архитектурно-строительная акустика». Все разделы содержат примеры расчётов и указания по проектированию, основанные на современных нормативных источниках. В раздел «Свет в архитектуре и строительстве» впервые включены апробированные разработки автора в области расчётов естественного освещения и инсоляции. Учебник может быть использован студентами для изучения строительной физики, курсового и дипломного проектирования. Книга может быть использована также специалистамипроектировщиками при проектировании зданий и ограждающих конструкций. Обращайтесь в Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ): Адрес: 129337, Москва, Ярослаское ш., 26, оф. 511 Тел./факс: (499)183-56-83; E-mail: iasv@mgsu.ru; www.iasv.ru Поликарпов Сергей Сергеевич, инженер. В 1997 г. окончил Московский государственный технический университет гражданской авиации, а в 2006 г. – Гарвардскую школу бизнеса, став магистром управления бизнесом. Работал в компаниях «Ренесанс групп», «ЛВ Финанс», «Норильский никель» и «Интеррос». С декабря 2007 г. – управляющий директор Государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий» (PОСНАНО) 14 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Освещение органическими светодиодами – свет, где его никогда ещё не было М. КЛЯЙН, К. ХОЙЗЕР 1 Компания Osram Opto Semicondustors GmbH, Регенсбург, Германия Аннотация «Оптические технологии завоевали мир» – их ключевые экономические показатели значительно выросли за последнюю пару лет и соответствующие прогнозы на ближайшие годы весьма радужны. В случае освещения органическими светодиодами (ОСД), например, аналитическая фирма IDTechEx прогнозирует рост мирового рынка ОСД с $50 млн. в 2009 г. до $3,3 млрд. в 2012 г. Неорганические светодиоды (СД) и ОСД дополняют друг друга по своим характеристикам. Если СД – высокоэффективные точечные источники света, то ОСД имеют светящее тело большой площади и дают рассеянный свет, освещение которым может соответствовать растущей информированности населения в вопросе индивидуализации световой среды. Источники света большой площади на основе ОСД прекрасно подходят для общего окружающего и декоративного осве1 1 E-mail: d.soukup@osram.com Перевод с англ. Е.Т. Алиева. щения, прокладывая путь применениям, которые пока что нельзя было реализовать. Освещение ОСД «покоится на трёх китах» – основных характеристиках, таких как световая отдача и срок службы, уникальные особенности и стоимость ОСД. Они создают ключевые проблемы, влияние которых на различные аспекты применения ОСД в освещении и рассматривается в данной статье. Ключевые слова: органический светодиод, принцип действия, уникальные особенности, световая отдача, срок службы, качество цветопередачи, освещение, общее освещение, декоративное освещение. 1. Введение 1.1. Принцип действия органических светодиодов Со времени первого сообщения (в 1990 г.) об эффективной электролюминесценции в тонких аморфных плёнках и первых светоизлучающих полимерах органические светодио- ды (OСД) стали объектом интенсивных исследовательских работ. ОСД – сверхтонкие многослойные плёночные устройства с активной многослойной структурой общей толщиной менее 500 нм. Перенос носителей заряда в этих, обычно аморфных, плёнках, осуществляется согласно прыжковому механизму переноса заряда между локализованными состояниями с определённой π-электронной структурой под действием внешнего поля. Электроны и дырки мигрируют в противоположных направлениях и попадают в зону эмиссии, где они формируют излучательно распадающиеся экситоны (рис. 1). Доказано, что ОСД – эффективные полупроводниковые источники света (ИС), и их световая отдача должна стать намного выше, чем у ламп накаливания (благодаря улучшению архитектуры, использованию современной молекулярной техники синтеза новых материалов, улучшению световывода, введению проводящих примесей и использованию люминесцентных эмиттеров). В настоящее время белый свет может быть получен, например, путём смешения излучений зеленоватоголубого и оранжевого эмиттеров, наложенных друг на друга, или путём смешения излучений красного, зелёного и голубого цветов, или же, подобно СД, путём использования голубого излучения ОСД и внешнего светопреобразующего материала. От способа получения белого света зависят координаты цветности, световая отдача и общий индекс цветопередачи белых ОСД. На сегодня световая отдача белых ОСД при приемлемом сроке службы составляет не менее 25 лм/Вт (есть сообщения о белых ОСД со световыми отдачами в 62 и 64 лм/Вт) при яркости около 1000 кд/ м2 и определённых координатах цветности излучения. Технология производства белых ОСД привлекает к себе огромнейшее внимание и, наряду с прочими исследователями, развивается группой профессора Кидо из Университета Ямагаты. 1.2. Уникальные особенности освещения органическими светодиодами Рис. 1. Базовый принцип действия органических светодиодов (на некотором примере). (Firpic, Irppy, PtOEP, TNATA, SpTAC и др. – известные сокращённые названия органических соединений. Например, Irppy – один из хелатных комплексов ирридия.) «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Сверхтонкая и, обычно, прозрачная архитектура аморфных слоёв ОСД – 15 ниже таковой современного производства ОСД-дисплеев, которые явились первыми объектами массового применения ОСД. Стоимость производства ИС на ОСД, имеющих довольно низкую яркость по сравнению с такими точечными ИС света как СД, больше определяется их площадью, а не световым потоком. Главные цели дальнейшего развития – дешёвое формирование электродов, высокая скорость нанесения слоёв испарением и дешёвая герметизация «начинки» ОСД. 2.1. Рабочие характеристики органических светодиодов. Соответствие «обычным светотехническим требованиям» Рис. 2. Уникальные особенности органических светодиодов (тонкость, плоскостность, прозрачность и гибкость) Рис. 3. Белый свет – основной в освещении помещений, и его генерация находится в фокусе соответствующих исследований и разработок ключевое положительное качество, в наибольшей мере обеспечивающее уникальные коммерческие возможности освещения ОСД (рис. 2). Устройства с ОСД, обычно тонки, плоски, легки и потенциально прозрачны и гибки, а также легко управляемы по яркости и цветности излучения электронными регуляторами. Эти особенности создают совершенно новую парадигму искусственного освещения – «свет, где его никогда ещё не было». Новые средства освещения могут интегрироваться, например, в строительные материалы типа стекла или стали. А поскольку ОСД не содержат вредных веществ, таких как, например, ртуть, то они уже решили одну из главных проблем традиционных ИС. С совершенствованием технологии производства ОСД в плане производительности, получения уникальных характеристик ОСД и роста про16 изводственных мощностей диапазон применений ОСД будет расширяться от применений с невысокими требованиями (вывески, таблички, знаки и указатели, декоративное освещение) к применениям в архитектуре, на автотранспорте, в технике безопасности и заднем освещении ЖК-дисплеев, вплоть до применения их как гибких ИС большой площади (например, как светящих обоев) и средств общего освещения с повышенными требованиями к эффективности и надёжности при высоких уровнях яркости. 2. Основные проблемы освещения органическими светодиодами Освещение ОСД «покоится на трёх китах», одновременно представляющих три ключевые проблемы этого освещения. Во-первых, должны выполняться общие светотехнические требования, в основном, к надёжности, световой отдаче и качеству цветопередачи. Во-вторых, уникальным свойствам ОСД должны соответствовать производственный процесс и используемые материалы. Например, достижение световой отдачи белого ОСД в 50 лм/Вт с общим индексом цветопередачи более 80 и сроком службы в несколько тысяч часов требует использования гибких или прозрачных подложек, подходящих электродов и герметизации гибкими и (или) прозрачными тонкими плёнками. И в-третьих, стоимость производства ОСД должна быть на порядок Поскольку рабочие характеристики ОСД сильно зависят от их структуры, вкратце рассмотрим наиболее общие подходы к созданию последних. Для получения белого света (рис. 3) необходимо иметь широкополосное излучение или излучения двух или трёх цветов. Определённые смеси красного, зелёного и голубого излучений воспринимаются человеком как белое излучение. В дисплеях для создания широкой цветовой гаммы, обеспечивающей высокое качество экранных изображений, необходимо использовать насыщенные красное, зелёное и голубое излучения. По идее возможно устройство, которого реально нет, но которое могло бы генерировать белый свет путём смешения бирюзового и красного излучений, однако качество цветопередачи при этом невысоко. Соответственно, техническое решение белых ОСД основывается или на смешении двух или трёх цветных излучений, или на использовании материала с подходящим широкополосным излучением (рис. 4). Технически самый простой путь производства белых ОСД основывается на использовании однослойной структуры (например, полимерной) как эмиссионного слоя. Такая структура может представлять собой смесь различных излучающих полимеров или сополимеров, в которых центры излучений двух или трёх цветов расположены как сомономеры на одной полимерной цепи. Этот вариант технологически намного проще описанных ниже. Различные органические эмиссионные слои, расположенные друг на друге, обеспечивают возможность «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Только белое излучение Вертикальная RGB cтруктура Горизонтальная RGB cтруктура Голубое излучение и его стоксовское преобразование Рабочие характеристики 0 Рабочие характеристики, определяемые полимером – Разные скорости деградации + Высокая световая отдача – Разные скорости деградации слоёв – Сложная структура + Активная регулируемость + Каждая цветность может оптимизироваться раздельно + Одинаковые скорости деградации слоёв + Простая оптимизация 0 Зависимость от люминофора Процесс изготовления + Простой процесс (фотолитография) – Сложные многослойные структуры, осаждённые испарением в вакууме – Сложный процесс с низким коэффициентом заполнения – Необходимость выполнения топографии + Легко получаемые фотолитографией или осаждаемые испарением в вакууме слои как многослойной структуры, так и преобразующие голубое излучение + Высокий индекс цветопередачи + Высокий индекс цветопередачи + Активная регулируемость + Активная регулируемость + Индивидуализация + Использование в указателях, табличках и знаках Рис. 4. Возможные варианты технических решений органических светодиодов цветовой подстройки, но при отсутствии промежуточных электродов не очень эффективной. Меняя толщину каждого слоя, цвет можно подстраивать, получая разные оттенки белого. Из-за риска повторного разжижения нижних слоёв в случае полимеров наиболее перспективны для многослойных структур сшиваемые полимеры. Ещё один вариант – с последовательным горизонтальным расположением разноцветных многослойных структур. Значительным преимуществом такого расположения является возможность активной цветовой настройки раздельным регулированием яркости каждого цвета с помощью модулирования тока каждой указанной структуры. В зависимости от запросов пользователя цвет может регулироваться в широком интервале. Поэтому такие ОСД можно использовать в освещении, создающем нужную обстановку, а также в указателях, вывесках, знаках. Однако такая горизонтальность даёт большое тактовое время, требует большой точности формирования многослойных структур, и поэтому обусловливает дорогое производство. Многообещающей технологией, которая сыграла основную роль в успехе белых неорганических СД и уже апробирована на ОСД, является получение белого света путём преобразования голубого излучения в более длинноволновое с помощью специальных дополнительных слоёв. Боль«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 шим преимуществом данной технологии является лёгкость производства и параллельность старения отдельных цветов. Изменением толщины преобразующих излучение слоёв можно регулировать цветность белого излучения в широком диапазоне. Однако ограниченная пока что стабильность люминесцирующих под действием голубого излучения материалов сдерживает широкое использование такого подхода. Из-за большой важности для будущих светотехнических применений ОСД аспекты этой технологии более детально рассматриваются в следующем разделе. Другие более сложные идеи по генерации белого света, например, путём использования эксиплексного излучения или антистоксовского преобразования на рис. 4 не отражены, но также находятся в поле зрения исследовательских групп. Белые органические светодиоды с люминофорным преобразованием голубого излучения В устройствах со стоксовским преобразованием излучения люминесцентный преобразующий материал (люминофор) покрывает источник голубого света и поглощает часть фотонов, испускаемых данным ИС, переизлучая их в длинноволновом диапазоне. Непоглощаемые части фотонов, испускаемых источником голубого света, и фотонов, испускаемых люминофором, формируют спектр излучения таких устройств. В 1997 г. Шлоттер и др. первыми ввели концепцию стоксовского преобразования излучения в освещение неорганическими СД. В 2002 г. Даггал и др. продемонстрировали белый ОСД, работающий на том же принципе, с достаточным для освещения световым потоком. Нахождение подходящих люминофорных материалов, покрывающих дающую голубой свет структуру ОСД, – более сложная задача, чем в случае неорганических СД, поскольку спектр электролюминесценции ОСД обычно приблизительно вчетверо шире чем у неорганических СД. Например, в большинстве случаев невозможно достичь линии цветностей чёрного тела при нанесении стандартного YAG: Ce+3 люминофора на голубой ОСД (рис. 5). Для преодоления данного ограничения необходимо использовать более красноватые люминофоры, типа нитридосиликатов. Использование смесей люминофоров даёт больше свободы в создании отдельных цветов излучения ОСД (рис. 5). Этот подход позволяет производить белый свет и путём использования разных голубовато-зелёных OСД. Побочное положительное влияние стоксовского преобразующего слоя на верху голубого ОСД – это, повидимому, улучшенный вывод света, благодаря его рассеиванию на частицах люминофора. По модели трассировки лучей был проведён рас17 Таблица Основные особенности органических светодиодов для освещения Особенность Приятный рассеянный свет Возможность использования (когда) Уже имеется Трудности в достижении Масштабирование в сторону больших площадей светящей части Быстродействие Экологичность (безртутность) Возможность электронного управления цветностью излучения Уже имеется / Осуществимо в следующем поколении этих изделий Стабильность работы в режиме темнения Негоризонтальность архитектуры, позволяющая регулировать цветность излучения с помощью промежуточных электродов или использовать зависимость этой цветности от напряжения Прозрачность Прозрачность электродов, подложек и герметизирующих материалов. Тонкость, плоскостность, лёгкость Нахождение материала для подложки, альтернативного стеклу Реализация концепции тонкоплёночной герметизации, подходящей для массового дешёвого производства Гибкость конструкции: изменение формы (двумерное), полная гибкость чёт зависимости коэффициента вывода излучения ηs-а от нормированной толщины слоя люминофора для устройств с полимерной панельюисточником голубого света, покрытой преобразующими слоями, содержащими порошки YAG: Ce+3 с различным распределением размеров частиц: v1 (r) – v4 (r) (рис. 6). При этом ηs-a определяется как доля испускаемых фотонов, выводимая через подложку наружу. Увеличение ηs-a объём- Уже имеется / В будущем Гибкость подложек (барьерных слоёв). Гибкость электродов. Гибкость герметизации. ным рассеиванием света на частицах в рассеивающих слоях было исследовано Гэрдицом и др. и Сианем и др. Однако велики различия между преобразующими стоксовскими и рассеивающими слоями по физике процессов, и существует задача модификации поверхности подложки. Прежде всего, в то время как в идеально рассеивающем слое фотоны только рассеиваются частицами, в преобразующем стоксовском слое часть фотонов поглощается и изотропно переизлучается. Более того, основная задача люминофорного слоя состоит в преобразовании голубого излучения в белое. Для иллюстрации этого значения ηs- a, соответствующие одинаковым координатам цветности в области белых цветов (x/y = 0,32/0,38), отмечены кружком на каждой кривой по рис. 6. Наиболее подходит для эффективной генерации белого света распределение частиц люминофора по размерам v3 (r). Как видно из рисунка, достижимо равенство ηs-a =0,67, что практически подтвердилось в экспериментах. При оптимизации рассеивающих слоёв для максимизации ηs-a существует полная свобода выбора подходящих параметров этих слоёв (толщина, концентрация и размер частиц). В отличие от этого, оптимизация преобразующих стоксовских слоёв ограничивается достижением заданных координат цветности. При оптимальной конфигурации часть фотонов, необходимая для достижения этих координат, преобразуется указанными слоями и одновременно рассеивается на частицах люминофора, что увеличивает ηs-a. Средние сечения поглощения и рассеивания для данного люминофорного порошка – величины, определяемые распределением размеров частиц люминофора, комплексным коэффициентом преломле- Рис. 5. Имитированные и измеренные координаты цветности х, у люминофорных органических светодиодов (ОСД) с различными смесями жёлтого (YAG: Ce 3+) и красного (нитридосиликаты) люминофоров в едином слое, расположенном поверх голубого ОСД. Чисто жёлтый люминофор не даёт получения белого излучения, тогда как слой смеси люминофоров позволяет достигать широкого разнообразия координат цветности при одном и том же голубом ОСД («цветность по требованию») 18 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 6. Зависимость коэффициента вывода излучения ηs-a от толщины люминофорного слоя th, полученная имитацией при четырёх распределениях частиц люминофора по размерам v (r) ния люминофорного материала и коэффициентом преломления материала окружающей матрицы. Следовательно, представляется едва ли возможным разработать общие проектные нормативы в части оптимального распределения размеров частиц люминофора. Тем не менее представленные результаты указывают на необходимость тщательного выбора люминофорного порошка, так как распределение частиц люминофора по размерам оказывает существенное влияние на конечную световую отдачу ОСД. Масштабирование в сторону увеличения площади При масштабировании небольших высокоэффективных испытательных ОСД с известными световой отдачей и сроком службы в сторону увеличения площади светящей зоны приходится преодолевать много трудностей. Энергоэффективные ОСД обычно содержат несколько слоёв, некоторые из которых очень тонки и требуют соблюдения при их производстве очень малых допусков. Для получения ОСД большой площади необходима гарантия определённой точности по толщине для всей светящей зоны. Это обеспечивает требуемую однородность по яркости и цветности в течение всего срока службы изделия. Помочь созданию робастных ОСД, не очень чувствительных к разбросам по толщине, и тем самым возможно, упростить производственные процессы, может метод имитирования. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 7. Поперечный яркостный профиль органичного светодиода (ОСД) плиточного типа. На вставке схематически показана структура ОСД. «С» означает электрические подводки к слою оксида индий-олово (ITO) Ещё один вопрос указанного масштабирования – плотность дефектов (огромных напряжённостей поля поперёк сверхтонких органических слоёв). Например, в среднем 10 дефектов на 1 м2 позволяет всё ещё иметь высокие выходные параметры испытуемых ОСД с площадью в несколько см2, в то время ОСД площадью около 1 м2 почти все бракованные. Для производства ОСД большой площади с высоким выходом годного необходимы структуры ОСД, менее чувствительные к посторонним частицам и (или) методам постпроизводственного устранения указанных дефектов ОСД. Токораспределение Кроме цветовой стабильности, световой отдачи и срока службы, один из основных показателей жизнеспособности ОСД для освещения – их однородность по яркости. Сопротивление прозрачного электрода, обычно формируемого из прозрачных электропроводных оксидов, таких как оксид индий – олово (ITO), создаёт падение напряжения на активной области. Это продольное падение вызывает изменения локального питающего напряжения, что приводит к тому, что яркость (и, возможно, даже цветность) меняется, например уменьшаясь с удалением от весьма электропроводного участка подвода питающего напряжения. Для иллюстрации этого на рис. 7 показаны распределения яркости ОСД-плитки по толщине – экс- периментальное и имитированное по методу конечных элементов. При этом имитирование с использованием экспериментально определённых люменвольтамперных характеристик аналогичного испытательного ОСД малой площади, вводимых в модель ОСД, показали хорошее совпадение с экспериментом. Используя столь мощный инструмент, теперь можно прогнозировать и значительно улучшать указанную однородность яркости без создания нескольких испытательных ОСД большой площади. Наиболее прямой путь решения проблемы указанного падения напряжения – использование системы токораспределения, такой как система сборных шин. Другим фактором, влияющим на указанную однородность яркости и также должным учитываться при данном имитировании, является нагрев при работе ОСД. Это ведёт как к изменению характеристик ОСД, так и к дальнейшему ускорению спада яркости, а также к неравномерной деградации светящей зоны. 2.2. Особенности органических светодиодов прокладывают путь к их новым светотехническим применениям Структура ОСД сама по себе очень тонка, плоска и легка, потенциально прозрачна и гибка и может весьма легко регулироваться по яркости и цветности излучения посредством электронных устройств. К сожалению, современное производство ОСД, 19 Рис. 8. Полностью гибкие и одновременно высокопрозрачные источники света на основе органических светодиодов (ОСД) – заветная цель сообщества специалистов по ОСД. Для достижения её необходимы концепции гибких прозрачных подложек, электродов и герметизации Рис. 9. Гибкое устройство с органическим светодиодом, разработанное компанией Siemence CT, с неменяющейся при сгибании люмен-вольтамперной характеристикой включающее использование стеклянных подложек, металлического катода и концепции объёмной герметизации, мешает многим из этих особенностей воплотиться в продукте. Для получения желаемых гибкости и индивидуализации конструкции необходимо развивать технологии производства подложек (они должны быть тонкими и прозрачными) и прозрачных электродов (прозрачные электропроводные оксиды или тонкие металлические плёнки), а также концепцию дешёвой и гибкой герметизации, что обусловит статус освещения ОСД не только как небольшого сегмента искусственного освещения, но и как широкой области новой техники освещения. Приведённая выше таблица даёт представление о различных особенностях техники освещения ОСД, возможностях их использования и основных соответствующих проблемах. Гибкость Технология гибких ИС на основе ОСД в основном связана с обеспече20 нием достаточно малых протоков по воде прозрачных и гибких подложек (и (или) герметизации). Для современных ОСД допустимы протоки по воде менее 10–6 г/ м2 в сутки (при комнатной температуре), что осуществимо с подложками из стекла (но они не гибки) или металлической плёнки (но они непрозрачны). Одновременно гибкие и прозрачные подложки – это в основном полимерные плёнки, но даже у специальных из них протоки по воде составляют 10–1 г/ м2 в сутки (слишком много) (рис. 8 и 9). Покрытие структур ОСД полимерными плёнками (одно- или многослойное) – один из возможных путей решения этой проблемы, и первые устройства, созданные с использованием полиэтилентерефталатных и полиэфирсульфонных плёнок, показали потенциал возможностей данного подхода. Другая возможность заключается в том, чтобы сделать саму структуру ОСД менее чувствительной к кислороду и воде (так, органические фотоэлектрические устройства обычно допускают в 10–100 раз большие протоки по воде). Но для её реализации следует научиться получать менее реактивную инжекцию с катода. Другой проблемой, особенно связанной с герметизацией, является получение свободного от дефектов барьерного слоя. Она уже коснулась негибких ОСД и будет одной из важных на пути к гибким ОСД. Создание достаточно плотного барьерного слоя самого по себе – это одно, а создание того же площадью свыше 1 м2 без трещин и микроотверстий – другое. Для получения необходимо малых прото- ков по воде на больших площадях необходимо использовать технологии конформных покрытий, многобарьерную концепцию и хорошо выполняемые сглаживающие слои. При необходимости получения очень большой гибкости даже современные прозрачные проводящие оксиды, типа оксида индий-олово, больше не подходят и требуются альтернативные концепции по электродам (возможно, органическим). Прозрачность Наиболее общий подход к обеспечению прозрачности – использование стандартной прозрачной подложки с интегрированным прозрачным электродом (например, из оксида индийолово на стекле) и замена стандартного металлического верхнего электрода на прозрачный. Такой прозрачный верхний электрод не только позволяет создание прозрачных ОСД, но и использование непрозрачных (но гибких и (или) дешёвых) подложек, причём свет должен выводиться через противоположную от подложки сторону ОСД. Многие видеопроигрыватели с ОСД-дисплеями, например компаний Samsung SDI и Sony, уже продемонстрировали возможность верхнего вывода излучения и (или) реализуемость прозрачных дисплеев. Соответствующие методы основываются как на использовании прозрачных электропроводных оксидов (оксиды индий-олово, алюминий-олово, цинка и др.), так и на использовании тонких металлических плёнок (на поверхность которых может наноситься «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 антибликовое покрытие). Основные проблемы здесь связаны: с однородностью яркости и цветности как всей светящей поверхности, так и в пределах угла наблюдения; с созданием прозрачных достаточно электропроводных при рабочих токах структур и, наконец, с нахождением процесса осаждения, совместимого с чувствительной многослойной структурой ОСД, а также с робастностью и быстротой внедрения соответствующей технологии в массовое производство (рис. 10). Обычно OСД демонстрируют более или менее заметное изменение цвета в пределах углов наблюдения. В основном это обусловлено интерференционным взаимодействием между фотонами, испускаемыми в прямом направлении, и фотонами, отражаемыми от металлического электрода. В ОСД с широкополосным излучением с увеличением угла наблюдения регистрируется синее смещение спектра излучения, так как красная часть спектра подавляется паразитной интерференцией. Подобное влияние может наблюдаться также из-за зависимости коэффициента преломления от длины волны. Без принятия контрмер, таких как регулировка так называемой «μ-полости», тонкие металлические плёнки, у которых есть свои технологические плюсы, находились бы в проигрыше относительно прозрачных электропроводных оксидов. Другим недостатком тонких металлических плёнок является требование малости толщины (около 10 нм для серебра), что затрудняет точное регулирование толщины этих плёнок на большой площади и пропускание через электрод достаточного рабочего тока. На сегодня ещё неясно, что именно будет использоваться в массовом производстве – прозрачные электропроводные оксиды или тонкие металлические плёнки. 2.3. Заводская себестоимость органических светодиодов Следующий важный момент – сделать ОСД недорогими. Начавшиеся узкие применения ОСД, видимо, толерантны к их высокой заводской себестоимости, которая должна быть гораздо ниже чем для ОСД-дисплеев на единицу площади. При этом реальные «прорывные» концепции требуют ясности в возможностях соответ«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 10. Прозрачный испытательный органический светодиод. Достигнут коэффициент пропускания упаковки более 68 % (средний в интервале длин волн 450–750 нм). Подбором толщины прозрачного верхнего контакта из оксида индий-олово (th) можно менять отношение потоков излучения в нижнюю и верхнюю полусферы (r) более чем вдвое Рис. 11. Для снижения стоимости органических светодиодов (ОСД) необходимы повышение световой отдачи, срока службы и надлежащая концепция производства этих изделий. Например, экономичный вывод излучения независимо от его цветности значительно снижает стоимость люмена светового потока. Это видно из рисунка справа: левые половинки разных цветных ОСД-плиток имеют одинаковый коэффициент вывода излучения ствия стоимостных показателей ОСД диапазону их типичных светотехнических применений. Наряду с потребностью в подходящих начальных (создание подложек с начальными электродными структурами) и конечных (герметизация) процессов, ключевая проблема недорогого производства ОСД – высокая скорость осаждения при получении собственно многослойной структуры ОСД при высоком выходе годного без ущерба для молекулярного состава и рабочих характеристик преимущественно весьма сложных многослойных систем. Высокая скорость осаждения органических слоёв (по кинетике роста), вероятно, будет иметь основное влияние на конечную морфологию слоёв. Поскольку основные характеристики ОСД в основном определяются морфологией слоёв и свойствами поверх- ностей раздела, на работу ОСД (в начале и в течение срока службы), повидимому, должно влиять указанное осаждение, а следовательно – концепция производства (рис. 11). Для соответствия условиям дешёвого производства осветительных ОСД должны быть разработаны концепции альтернативных испарителей и (или) технологии подходящей обработки органических слоёв после осаждения. Другой существенный вклад в стоимость вносят начальный и конечный процессы формирования структур ОСД. Современная литографическая структура контактов из оксида индий-олово на стекле слишком дорога, чтобы использоваться вне опытного производства. Для этого есть две причины: дорогой процесс фотолитографии, который необходим для ОСД-дисплеев малого размера, но необязателен для осветительных ОСД, 21 Рис. 12. Прогноз развития применений освещения органическими светодиодами (ОСД) Рис. 13. Сводка необходимых технических параметров органических светодиодов для характерных областей их применения в освещении и при этом индий подорожал с менее чем $100/кг в 2003 г. до более чем $1000/ кг в 2005 г. Эта тенденция будет сохраняться, поскольку дефицитный индий также используется в производстве плоских панельных дисплеев. Необходимо разработать подложки, не требующие применения фотолитографии и оксидов индий-олово, с шероховатостью поверхности, приемлемой для осаждения сверхтонких многослойных структур ОСД. Кроме того, конечный процесс современного производства ОСД, в котором пустоты в стеклянных пластинах заполняются влагопоглотителем, должен быть заменён дешёвым решением. Для обеспечения допустимых пределов заводской себестоимости требуются конформные дешёвые тонкоплёночные процессы герметизации, которые разрабатываются, например, компаниями Vitex и OTB. Другими возможностями снижения указанной себестоимости явля22 ются: хорошо адаптированная испытательная концепция, выбор механических и электрических элементов для сборки модулей, стандартизация механических и электрических границ раздела, а также глубокое понимание механизмов образования дефектов в больших по площади ОСД. 3. Области применения освещения органическими светодиодами Освещение рассеянным светом ОСД больших зон прекрасно соответствует возросшей информированности в вопросах создания психологически благоприятного общего окружающего или декоративного освещения. Уникальные свойства ОСД, основанные на тонкости, гибкости и прозрачности их многослойной структуры, позволяют интегрировать их в конструктивные материалы, что позволя- ет дизайнерам и заказчикам рассчитывать на высочайшие уровни индивидуализации, специализации и ориентации на потребителя (рис. 12). Не все достоинства OСД реализуемы с самого начала их применения. Первое поколение применений будет основываться на наиболее легко реализуемых достоинствах ОСД. Это могут быть указатели, таблички, знаки и аксессуары, использующие тонкость и плоскостность ОСД, диффузность их излучения. По мере совершенствования ОСД будут добавляться области более «трудных» применений, такие как автотранспорт и светильники, что принципиально повысит проектные возможности в этих областях. В конечном счёте станут возможны и общее наружное, и общее внутреннее освещение ОСД, что вслед за переоценкой архитектурных материалов позволит сгладить известные недостатки искусственного освещения мягким зональным освещением ОСД, создающим комфортные условия. Уникальными достоинствами ОСД как ИС являются: • т о н ко с т ь , п л о с ко с т н о с т ь и лёгкость; • приятная мягкость рассеянного света; • прозрачность; • возможность электронного светорегулирования; • гибкость конструкции: изменяемость формы и гибкость; • безынерционность; • экологичность (безртутность). Эти достоинства ОСД создают основу для новых областей применения освещения, хотя и не все они востребуют эти достоинства сразу. Возможные области применения ОСД будут не только различаться своими особенностями, но и требованиями к основным рабочим характеристикам. На рис. 13 изображены три типичные области светотехнического применения ОСД со сводкой их технических характеристик. Если при применении ОСД в указателях, табличках и знаках необходимы яркости порядка 100 кд/ м2, то при применении их для заднего освещения ЖК экранов требуемые яркости на два порядка выше. Соответственно, в применениях, требующих высокой яркости, световая отдача ОСД будет играть большую роль, чем в применениях, требующих небольшой яркости. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 4. Резюме За щита д иссер та ции Освещение рассеянным светом ОСД с большой светящей зоной прекрасно соответствует возросшей информированности в вопросах создания психологически благоприятного общего окружающего или декоративного освещения. Уникальные свойства OСД, основанные на тонкости, гибкости и прозрачности их многослойной структуры, позволяют интегрировать их в конструктивные материалы, что позволяет дизайнерам и заказчикам рассчитывать на высочайшие уровни индивидуализации, специализации и ориентации «на потребителя». Однако до того как освещение ОСД станет доминировать, необходимо решить три ключевые проблемы. Во-первых, обеспечить соответствие ОСД обычным требованиям по надёжности, световой отдаче и качеству цвета излучения. Во-вторых, научиться использовать уникальность плёночных типов ОСД (например, гибкость и тонкость). И в-третьих, что не менее важно, добиться приемлемой стоимости ОСД. 25 ìàðòà 2009 ãîäà â ÌÈÔÈ (ÃÓ) çàùèòèë äèññåðòàöèþ íà ñîèñêàíèå ó÷¸íîé ñòåïåíè êàíäèäàòà íàóê À.Þ. Ùóêèí. Òåìà äèññåðòàöèè – «ÑÂ×-ðàçðÿä â àðãîí-ñåðíîé ñìåñè â âûñîêîýôôåêòèâíîì èñòî÷íèêå ñâåòà ñ ìàëîé ìîùíîñòüþ ïèòàíèÿ». Ðàáîòà âûïîëíåíà ïîä ðóêîâîäñòâîì ÷ë.-êîðð. ÐÀÍ À.Í. Äèäåíêî. Èçâåñòíî, ÷òî ó ÑÂ× èñòî÷íèêîâ ñâåòà (ÈÑ) âûñîêàÿ ñâåòîâàÿ îòäà÷à, è îòíîñèòåëüíûé ñïåêòð âèäèìîãî èçëó÷åíèÿ ñåðíûõ ÑÂ× ÈÑ áëèçîê ê îòíîñèòåëüíîìó ñîëíå÷íîìó. Âõîäíàÿ ìîùíîñòü ìíîãèõ ÑÂ× ÈÑ ñ àðãîíñåðíûì íàïîëíåíèåì ñîñòàâëÿåò îêîëî 800 Âò, è òðåáîâàëîñü ñîçäàòü ïîäîáíûé ÑÂ× ÈÑ ñ ìåíüøåé âõîäíîé ìîùíîñòüþ, íî ñ íå ìåíüøåé ñâåòîâîé îòäà÷åé.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì: • áûëî ïðîâåäåíî èññëåäîâàíèå ïðîöåññîâ â ïëàçìå, îáåñïå÷èâøåå âîçìîæíîñòü ðàçðàáîòêè ýíåðãîýêîíîìè÷íûõ ÑÂ× ÈÑ ïîíèæåííîé ìîùíîñòè íà îñíîâå ðàçðÿäà â àðãîíñåðíîé ñìåñè, ÷òî ðàñøèðÿåò ïðèìåíèìîñòü ÑÂ× ÈÑ, â òîì ÷èñëå è â áûòîâîé ñôåðå; • ðàçðàáîòàí îáðàçåö ýíåðãîýêîíîìè÷íîãî (ñâåòîâàÿ îòäà÷à îêîëî 85 ëì/Âò ïðè ñâåòîâîé îòäà÷å ãîðåëêè îêîëî 140 ëì/ Âò) ñðàâíèòåëüíî ìàëîìîùíîãî (âõîäíàÿ ìîùíîñòü îêîëî 400 Âò) ÑÂ× ÈÑ ñ îòíîñèòåëüíûì ñïåêòðîì èçëó÷åíèÿ â âèäèìîé îáëàñòè áëèçêèì ê îòíîñèòåëüíîìó ñîëíå÷íîìó.  ïðîöåññå îáñóæäåíèÿ ðàáîòû áûëè îòìå÷åíû àêòóàëüíîñòü, íàó÷íàÿ íîâèçíà è çíà÷èìîñòü äëÿ ïðàêòèêè òåìû äèññåðòàöèè, ïåðñïåêòèâíîñòü òàêèõ ÑÂ× ÈÑ. Маркус Кляйн (Markus Klein), доктор философии по электротехнике (Технический университет Карлсруэ). Возглавляет разработки и развитие применений светодиодной продукции в компании OSRAM Opto Semiconductors GmbH. Кроме того, вместе с Карстеном Хойзером отвечает за проведение ОКР по освещению органическими светодиодами Карстен Хойзер (Karsten Heuser), доктор философии по физике твёрдого тела (Университет Аугсбурга). Руководитель службы техники освещения органическими светодиодами в компании OSRAM Opto Semiconductors GmbH «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Поздравляем с юбилеем! Ðåäàêöèÿ, ðåäêîëëåãèÿ æóðíàëà è êîëëåãè ïîçäðàâëÿþò êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê, ãëàâíîãî ñïåöèàëèñòà ïî íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé ðàáîòå ÎÎÎ «Ñâåòîñåðâèñ» Таису Яковлевну Машковскую ñ þáèëååì è æåëàþò åé êðåïêîãî çäîðîâüÿ è äàëüíåéøèõ òâîð÷åñêèõ óñïåõîâ. 23 О работах НИИПП по светодиодам Н.Н. БАКИН 1 ОАО «НИИИП», Томск Аннотация В 2009 г. ОАО «HИИПП» (Томск) отмечает юбилей – 50 лет работы по созданию полупроводниковых приборов и изделий на основе соединений AIIIBV. В связи с этим статья посвящена достижениям ОАО «НИИПП» в создании и производстве светодиодных (полупроводниковых) источников света (модулей и ламп) и светотехнических устройств с ними. Ключевые слова: светодиод (СД), источник света (ИС), полупроводниковый ИС, полупроводниковая лампа, светосигнальная лампа, осветительная лампа, устройство светосигнальное. 1 В 2009 г. ОАО «НИИПП» отмечает юбилей – 50 лет работы по созданию полупроводниковых 1 По материалам доклада на 2-м Международном форуме по светодиодам 10 декабря 2008 г., Москва E-mail: chernov_niipp@mail.ru приборов и изделий на основе соединений AIIIBV. Основные объекты НИОКР ОАО «НИИПП»: • Полупроводниковые СВЧприборы на GaAs. • Интегральные схемы на GaAs для СВЧ-приборов. • Оптоэлектронные изделия: • ИК-диапазона; • индикаторные светодиоды (СД); • светодиодные (полупроводниковые) источники света (ИС): лампы и модули; • светотехнические устройства с этими ИС. Создана технологическая база и организовано серийное производство вышеуказанных изделий. В последние годы наибольшие успехи на предприятии достигнуты в области создания интегральных схем в гибридно-монолитном 2 «Полупроводниковая светотехника» – по терминологии автора. – Прим. ред. Рис. 1. Зависимость светового потока полупроводниковых ламп с многокристальными сборками (Фv) от тока кристалла (Iс): 1 – цепочка из 10 кристаллов UED-MBO28 SOL-AU-01; 2 – цепочка из 10 параллельно соединённых пар этих же кристаллов 24 исполнении для СВЧ-техники, что явилось основой интенсивно развивающегося направления «освещение светодиодами»2. Базой для проведения этих работ является опыт разработки и серийного выпуска изделий оптоэлектроники ИК и видимого диапазона. На предприятии развёрнута технологическая линейка производительностью 20 млн. СД в год. Основные направления в области разработки и промышленного выпуска полупроводниковых ИС: • Малогабаритные низковольтные сигнальные ИС для замены ламп накаливания (ЛН) со световым потоком до 30 лм. • Специализированные сигнальные лампы со встроенными драйверами • Осветительные лампы и устройства с ними со световым потоком 30, 100, 1000 лм. • Лампы для осветительных устройств с отражателями. Кроме того, создаются световые приборы с полупроводниковыми ИС, снабжённые драйверами и фотоавтоматами. Наши основные поставщики комплектующих для производства полупроводниковых ИС приведены в табл. 1. Рис. 2. Зависимость светового потока двух пар белых полупроводниковых ламп (Фv) от тока лампы (IL) без применения (1, 2) и с применением (3, 4) термопасты КПТ-8 для присоединения держателя кристаллов к радиатору «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Таблица 1 Комплектующие Производители Кристаллы на основе GaAlInP Epistar, TYNTEK, Osram, Arima Кристаллы на основе нитридных соединений SemiLed, Cree и ОАО «НИИПП» (на основе материалов ЗАО «Элма-Малахит», ЗАО«Светлана-Оптоэлектроника» и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ» им. Е.И. Забабахина) Люминофор и световыводящий компаунд Лаборатория физики полимеров СПбГТИ (ТУ) Драйверы и металлоконструкции ОАО «НИИПП» Цоколь Специализированные ламповые заводы Таблица 2 Производитель кристаллов SemiLed TYNTEK Материал для посадки кристаллов Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м·К) In - сплав Розе 45 ТОК-2 10 компании Diemat 35 In 60 сплав Розе Epistar (кремниевая подложка) Epistar (сапфировая подложка) Основные конструкторскотехнологические проблемы, решаемые нами в настоящее время: • О п т и м и з а ц и я ко н с т ру к ций полупроводниковых ИС и устройств с ними по критерию «минимизация стоимости люмена». • Выбор технологии и конструкционных материалов для промышленного производства полупроводниковых ИС. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 - ТОК-2 25 компании Diemat 50 In 58 сплав Розе - ТОК-2 15 компании Diemat 45 In - сплав Розе - ТОК-2 5 компании Diemat 10 Рис. 3. Рис. 4. 25 Для замены ламп накаливания СГВ в светосигнальных приборах кругового и направленного действия и в приборах ЭСП80Ю, ЭСП-90–2, ЭСП-105, ЭСПК-75 и ЭСПН-140 Для установки в азимутальный указатель взамен ламп накаливания МН-26–0,12. (Излучение в основном направлено перпендикулярно оси лампы (боковое излучение)) * Взамен ламп СМ 28–0,05 ** Для установки в спасательные буи Для световых приборов (огней) Для заградительных огней ЗОЛ, ЗОМ и др. **** Лампы полупроводниковые для навигационных огней Лампы полупроводниковые малогабаритные Лампа полупроводниковая самолётная СМП 28–0,02 Лампа полупроводниковая светосигнальная АБП-3,5–0,6 Лампы полупроводниковые осветительные ЛПОК-220 Лампы полупроводниковые светосигнальные ЛПСК 20 26 220 и 48 (50 Гц) 220 (50 Гц) 3,5 – *** 16 - Номинальное напряжение питания, В 28 Номинальный ток, мА - Цвет излучения красный белый белый белый, жёлтый красный жёлтый зелёный Максимальная сила света, кд, не менее *** 3 (вверх) 4 3 - Угол излучения, ° - 180 80 100 - Е27 Е10/13 S6s/10 Е10/13 B15s/18 макс. диаметр – 60 12 5,5 12 - 110 25 17,2 24 - Габаритные размеры, мм Масса, г, не более 150 7 3 6 - Срок службы, тыс. ч 50 50 - - - 60 –+ 50 - - 15 – + 50 Диапазон температур окружающей среды, °С 8 7 6 5 4 3 Примечания: * Основные преимущества: малое энергопотребление, большой срок службы, повышенная устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам. Лампы могут работать при напряжениях питания 24–28 В без существенного изменения светового потока. ** Основные преимущества: малое энергопотребление, большой срок службы, повышенная устойчивость к перепадам давления и пониженному давлению. *** Потребляемая мощность 9 Вт. Средние освещённости на круге, расположенном на расстоянии 2 м от лампы, при диаметрах круга в 1 и 0,5 м составляют не менее 20 и 45 лк (красн.) и 35 и 50 лк (бел.) соответственно. **** Лампы выполнены в климатическом исполнении УХЛ2.1. Адаптированы к работе на приёмо-передающих мачтах сотовой связи по электромагнитной совместимости. В них предусмотрена гальваническая развязка и они содержат стабилизатор тока. Назначение изделий Название изделий Тип цоколя Характеристики макс. длина Таблица 3 Номер рисунка 26 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Таблица 4 Устройства светосигнальные с полупроводниковым источником света ПСПК Тип устройства ЗОП-01 (ПСПК01–220) Напряжение питания, В 220 (50 Гц) Режим излучения постоянный ЗОП-02 (ПСПК02–220) проблесковый 5,2 (постоянное) постоянный ЗОП-05 (ПСПК05–5,2) от устройства потребителя автоматическое от встроенного фотоавтомата ЗОП-06 (ПСПК06–5,2) ЗОП-07 (ПСПК07–48) от устройства потребителя автоматическое от встроенного фотоавтомата ЗОП-03 (ПСПК03–220) ЗОП-04 (ПСПК04–5,2) Включение/отключение проблесковый 48 (50 Гц) постоянный • Повышение световой отдачи этих ИС и световой эффективности устройств с ними. Измерены коэффициенты теплопроводности ряда материалов для посадки кристаллов (табл. 2). Экспериментально исследовано влияние конструктивных особенностей многокристальных сборок на свеРис. 5. от устройства потребителя тотехнические характеристики полупроводниковых ИС (см., напр., рис. 1 и 2). Основные типы светотехнических изделий, выпускаемых в ОАО «НИИПП», с указанием их фотографий (рис. 3–8), приведены в табл. 3 и 4, а на рис. 9 показана относительная динамика роста объёма продаж полупроводниковых ламп в 2005–2008 гг. В заключение автор благодарит А.П. Абрамовского, Д.Д. Каримбаева, Т.И. Коханенко и П.Н. Тымчишина за участие в подготовке и обсуждении материалов статьи. Рис. 8. Бакин Николай Николаевич, Рис. 6. кандидат технических наук. Окончил в 1969 г. Томский институт радиоэлектроники и электронной техники по специальности «диэлектрики и полупроводники». Заместитель директора ОАО «НИИПП» по материаловедению, оптоэлектронике и полупроводниковой светотехнике Рис. 7. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 9. 27 Светодиодные модули на основе электродинамических систем с квантовыми нитями и точками Э.М. ГУТЦАЙТ 1 Московский энергетический институт (ТУ) Аннотация Рассматриваются возможности создания наноразмерных светодиодных модулей (СДМ) на основе электродинамических систем. Предложены разные варианты СДМ с квантовыми нитями и точками. Особое внимание обращается на то, что современные нанотехнологии позволяют использовать богатый опыт СВЧтехники применительно к устройствам оптического диапазона длин волн. Ключевые слова: светодиодный модуль (СДМ), квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки, квантовые диски, СВЧ-техника, электродинамическая система, четвертьволновые резонаторы. 1 Среди первых работ, посвящённых резонаторным структурам с оптически активными средами органических и неорганических полупроводников, в монографии [1] отмечены статьи [2–4], опубликованные в 1987–93 гг., и две главы посвящены 1 светодиодам (СД) с объёмными резонаторами (ОР), с обстоятельным обсуждением их преимущества перед «обычными» СД благодаря тому, что поток излучения СД при использовании высокодобротных ОР из-за сужения спектра люминесценции на порядок выше. Кроме того, отмечено, что у СД с ОР повышены чистота цвета, направленность и температурная стабильность потока излучения. В [1] также приводятся фотографии и структуры реальных СД с ОР, которые используются в волоконнооптических системах связи в красном и инфракрасном диапазонах длин волн. При этом структура наиболее коротковолнового СД с ОР с длиной волны в максимуме спек- тра излучения (λmax) 650 нм схематически представлена на рис. 1, а. ОР образован многослойными зеркалами Брэгга, а активная область содержит множественные квантовые ямы (МКЯ). На рис. 1, б приведены относительные спектры излучения этого СД с ОР и соответствующего «обычного» СД с λmax = 650 нм при разных прямых токах. При проектировании СД с ОР в [1] рекомендуется использовать ОР минимальной длины, возбуждаемые на фундаментальном виде колебаний (ВК) и имеющие максимальную собственную добротность, то есть минимальное поглощение (потери) в ОР. Однако реальные СД с ОР, содержащие распределённые зеркала Брэгга и работающие на высших ВК, не соответствуют этим рекомендациям. Стремительное развитие нанотехнологий в настоящее время позволяет использовать богатый опыт СВЧ-техники в оптическом диапазоне длин волн. Так, появились возможности изготовления металлических резонаторов и отрезков традиционных линий передач с размерами Рис. 2. Модели квантовых ям (а), нитей (б) и точек (в) E-mail: edgutzeit@mtu-net.ru Рис. 1. Структура (а) и спектры (б) светодиода (СД) с объёмным резонатором (ОР) на основе GaInP/AlInGaP с множественными квантовыми ямами (МКЯ) и зеркалами Брэгга из слоёв AlAs/AlGaAs 28 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Таблица Размеры (в нм) четвертьволновых цилиндрических резонаторов с видом колебаний Н111 Материал λmax, нм. Цвет излучения GaN InGaN ALInGaP ALInGaP ALGaAs 460 525 605 615 635 голубой зелёный янтарный оранжевый красный 356 435 457 482 Диаметр D 400 λкр, нм 682 Длина l (λв/4) 156 206 250 Длина l (λв/4) Диаметр D 328 304 362 446 Рис. 3. Отрезок коаксиальной линии (а), электромагнитные силовые линии волны Т в нём (б) и светодиодный модуль с красными (ККН), зелёными (ЗКН) и голубыми (ГКН) квантовыми нитями (в) менее 100 нм и создания на их основе светодиодных модулей (СДМ), использующих квантоворазмерные гетероструктуры. В настоящей работе рассматриваются некоторые варианты СДМ с СД с ОР на основе электродинамических систем с квантовыми нитями и точками, не представленные в [5]. (Наглядные модели квантовых ям, нитей и точек [6–8] (они различаются «локализацией фотонов») показаны в соответствии с [7] на рис. 2.) При этом рассматриваются полноцветные СДМ и СДМ с голубыми (или ультрафиолетовыми) излучателями с «жёлтым» люминофорным покрытием, предназначенные для получения высококачественного белого свечения. В качестве первого варианта представим СДМ, состоящий из СД в виде отрезков простых коаксиальных линий с катодом 1, прозрачным анодом 2 и структуры с квантовой нитью 3 (рис. 3, а и 3, б), причём квантовые нити в СДМ различ«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 4. Отрезок щелевой полосковой линии (а) и светодиодный модуль с голубыми квантовыми нитями (ГКН) и люминофором (б) ны по цвету излучения (рис. 3, в). Для существования только низших ВК на основе волны типа Т длиной λ должно приблизительно выполняться условие [9]: D + d < 2/3 λ, то есть, к примеру, при d = 50 нм и λ = λmax = 460 нм (голубая квантовая нить – ГКН) должно быть D < 250 нм. В качестве следующего варианта на рис. 4 приведён СДМ на основе щелевой полосковой линии (ЩПЛ) с ГКН (в виде щелей) и «жёлтого» люминофора. При этом в качестве анодов (А) и катодов (К) удобно использовать проводники ЩПЛ, а ширина щелей должна составлять менее половины λmax = 460 нм. На рис. 5 схематически показан аналогичный СДМ (с ГКН и люминофором) на основе электродинамической системы типа «встречные штыри», точнее «встречные пластины», образующие петляющий волновод. Расстояние между соседними ГКН по волноводу должно быть близко к волноводной длине волны. 29 Рис. 5. Светодиодный модуль с голубыми квантовыми нитями (ГКН) и люминофором на основе системы «встречные пластины» Далее, на рис. 6 и 7 представлены некоторые варианты СДМ на основе СД с ОР и квантовыми точками в виде квантовых дисков (КД). На рис. 6, а схематически изображена многорезонаторная штыревая система (МШС) с полупроводниковой гетероструктурой и люминофором [5], а на рис. 6, б показаны электрические силовые линии на входе МШС и КД на основе GaN с голубым излучением, возбуждающим «жёлтый» люминофор. Там же указаны предполагаемые размеры КД. Длина штырей l близка к четверти λmax = 460 нм. Пространственный период (шаг) МШС в 3–4 раза меньше l. КД расположены через один штырь в синфазных электрических полях противофазного вида колебаний (π-вида). (Этот вид колебаний, как известно из СВЧ-техники, наиболее устойчив.) Размеры КД заимствованы из доклада [10] (озвученного А.К. Журавлёвым), соответствуя случаю, когда структура с GaN квантовыми точками в AlN матрице выращивалась на сапфировой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Кроме того, добавим, что эпюры электрического поля (Е) в МШС и в районе КД показывают, что электромагнитное поле, проникающее из МШС в p – n-структуру, спадает экспоненциально, и поэтому важно выбирать размеры штырей и интервалы между ними таким образом, чтобы получать в КД максимальное элек- трическое поле – для обеспечения наиболее эффективного взаимодействия МШС с p – n-структурой. В настоящее время А.А. Курушиным при участии автора проводятся соответствующие расчёты, с учётом потерь в МШС, с использованием электродинамической программы HFSS [11]. При этом будет также проверено влияние на добротность резонаторной системы формы штырей: круглого или квадратного поперечного сечений. Кроме того, желательно, будет проверить, насколько размеры резонаторов будут отличаться от четвертьволновых, вследствие укорачивающего действия ёмкости полупроводниковых структур. В заключение рассмотрим ещё один вариант СДМ на основе ОР с КД, который схематически изображён на рис. 7 и содержит цилиндрические четвертьволновые резонаторы, использующие низший ВК Н111. Резонаторы выполнены в виде цилиндрических углублений в медной пластине. Система состоит из цепочек связанных резонаторов, следующих один за другим вдоль электрических силовых линий, а КД расположены через один резонатор в синфазных электромагнитных полях. Расстояния между резонаторами в цепочке связанных резонаторов L1 и L2 необходимо оптимизировать. При этом диаметры этих резонаторов (D) рассчитываются по известным (см., напр., [9]) формулам Рис. 6. Светодиодный модуль на основе многоштыревой четвертьволновой резонаторной системы с квантовыми точками в виде квантовых дисков (КД) 30 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 стей и результатов светотехнических измерений. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Рис. 7. Светодиодный модуль с квантовыми точками в виде квантовых дисков (КД) на основе четвертьволновых цилиндрических резонаторов с видом колебаний Н111 для волноводной (λв) и критической (λкр) длин волн в круглом волноводе с волной типа Н11: в max 1 max кр 2 ; кр 3,41 D. 2 Из формул видно, что диаметры резонаторов и их длинa l = λв/4 взаимосвязаны: для сохранения резонансной длины волны (равной λmax) при изменении D необходимо менять l. В таблице представлены размеры четвертьволновых резонаторов для различных λmax видимого диапазона спектра, рассчитанные по приведённым формулам в случаях, когда все резонаторы имеют одинаковые D (D1=D2) при разной длине или одинаковую l (l1=l2) при разных D. На рис. 7 изображены резонаторы для голубых и красных КД с разными диаметрами при одинаковой длине. Например, как видно из таблицы, возможен вариант D1 = 304 нм, D2 = 482 нм, l = λв/4 = 250 нм. Из приведённой таблицы так«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 же видно, что в СДМ с одинаковыми диаметрами четвертьволновых цилиндрических резонаторов на ВК Н111 для голубых и красных КД можно использовать следующие размеры: D = 400 нм, l1 = 156 нм, l2 = 435 нм. Заметим, что добавление красных КД к голубым при наличии люминофора позволяет повышать общий индекс цветопередачи белых СДМ. *** Рассмотренные здесь варианты СДМ на основе электродинамических систем с квантовыми нитями и точками ни в коей мере не являются исчерпывающими. Они лишь свидетельствуют о возможности использования обширного арсенала СВЧтехники и нанотехнологических достижений для улучшения параметров светодиодных источников света. На вопрос, какие из рассмотренных устройств наиболее перспективны, можно ответить после проведения глубокого сравнительного анализа с использованием электродинамических и экономических расчётов на современном уровне, а также с учётом нанотехнологических возможно- 1. Шуберт Ф. Светодиоды. Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. – 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 496 с. 2. De Martini, F., Innocenti, G., Jacobovitz, G. R., Mataloni, P. Anomalous spontaneous emission time in a microscopic optical cavity // Phys. Rev. Lett. – 1987. – Vol. 59. – P. 2955. 3. Yablonovitch, E., Gmitter, T. J., Bhat, R. Inhibited and enhanced spontaneous emission from optically thin AlGaAs / GaAs double heterostructures // Phys. Rev. Lett. – 1988. – Vol. 61. – P. 2546. 4. Nakayama, T., Itoh, Y., Kakuta, A. Organic photo- and electroluminescent devices with double mirrors // Appl. Phys. Lett. – 1993. – Vol. 63. – P. 594 5. Гутцайт Э.М., Маслов В.Э. Светодиод с квантовыми «точками» и многорезонаторной системой // Международный форум по нанотехнологиям, 3–5.12.2008, Москва: Тез. докл. научн.-технол. секц. Т.1. – С. 150–152. 6. Алфёров Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП. – 1998. – Т. 32, № 1. – С. 3–18. 7. Звездин А.К. Оптические микрорезонаторы, волноводы, фотонные кристаллы // Природа. – 2004. – № 10. 8. Демиховский В.Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? // СОЖ. – 1997. – № 5. – С. 80–86. 9. Гутцайт Э.М. Техника и приборы сверхвысоких частот. – М.: Радио и связь, 1994. 224 с. 10. Александров И.А., Журавлёв К.С., Мансуров В.Г., Никитин А.Ю. Безызлучательная рекомбинация в квантовых точках GaN/AlN // 6-я Всерос. конф. «Нитриды галлия, индия и алюминия – структуры и приборы», 18–20.06.2008, Санкт-Петербург: Тез. докл. – С. 210–211. 11. Банков С.Е., Курушин А.А., Разевиг В.Д. Анализ и оптимизация трёхмерных СВЧ- структур с помощью HFSS. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2005. 216 с. Гутцайт Эдуард Михайлович, доктор технических наук. Окончил МЭИ в 1954 г. Профессор кафедры «Светотехника» МЭИ (ТУ) 31 Светодиоды в наружном освещении М.И. КИПТИК 1 ГУП «Моссвет» Как известно, наружное освещение улиц городов имеет огромное значение в жизни людей. Более полугода жители городов едут на работу и с работы в тёмное время суток. И уличное (функциональное) освещение городов должно иметь самые высокие показатели как по экономии электроэнергии, так и по субъективному восприятию. Рациональному решению задач наружного освещения могут помочь современные светодиоды (СД). С появлением на рынке сверхъярких СД со световой отдачей 100 лм/Вт и более наружное освещение выходит на новый рубеж по экономии электроэнергии, особенно с учётом лёгкости регулирования светового потока этих источников света (что весьма актуально в освещении городов). ГУП «Моссвет» уже свыше двух лет занимается вопросом использования СД в освещении Москвы и уже достиг положительных результатов. В конце 2007 г. реализовано освещение светодиодами (ОССД) части пешеходного перехода на площади Рижского вокзала с прямой заменой светильников с НЛВД на светильники с СД. При снижении энергопотребления 1 32 По материалам доклада на 2-м Международном форуме по светодиодам 10 декабря 2008 г., Москва. E-mail: mossvet@mossvet.ru почти на 40 % получен тот же уровень освещения, что и с заменёнными светильниками. На основе этого светильника с СД разработан низкопрофильный встраиваемый потолочный светильник с СД с низким входным напряжением (48 В), повышающим его безопасность в подземных пешеходных переходах (обычно небольшой высоты). СД позволяют перейти на следующий уровень функционального освещения – интеллектуальный. Не за горами то время когда не улицах городов появятся «умные» светильники, меняющие не только свой световой поток, но и цветность излучения в зависимости от сезона, времени суток, погодных условий и др. Но это – будущее, а пока что – о сегодняшних проблемах. Большинство отечественных производителей, делающих первые шаги в области уличного ОССД, пытаются использовать корпуса существующих светильников с обычными лампами. Считаю это в корне неверным. СД изначально не такие как накальные и разрядные источники света, и потому конструкции светильников с СД должны быть иными. При этом для получения нужного светораспределения необходимы либо применение линз-насадок (вторичной оптики), меняющих сетораспределение каждого СД, либо расположение СД или светодиодных модулей на трёхмерной поверх- ности, рассчитанной с учётом светотехнических характеристик СД, либо комбинация первых двух способов. Названные варианты имеют свои достоинства и недостатки, но «дело мастера боится», и уже хочется видеть на улицах городов новые светильники с новыми дизайнерскими решениями. И в заключение, коснусь блоков вторичного питания СД и светодиодных модулей (так называемых «драйверов»). Некачественное исполнение драйверов приводит к колоссальному «загрязнению» сети питания и возникновению радиопомех. Поэтому проведение сертификации светильников с СД на предмет электромагнитной совместимости – обязательно. Один «фонящий» светильник с СД – это полбеды, а если их десятки и сотни. Представьте, что станет с радиоэфиром, как будут работать бытовые приборы и др. А высокоточная медицинская техника… (это может быть небезопасно для здоровья и жизни людей). Киптик Михаил Иванович, инженер. Окончил Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П. Горячкина (сейчас МГАУ) в 1993 г. Главный инженер ГУП «Моссвет» «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Измерение светового потока светодиодов О.В. КРУГЛОВ, В.Н. КУЗЬМИН, К.А. ТОМСКИЙ 1 ООО «НТП «ТКА», Санкт- Петербург Аннотация Рассмотрена специфика двух существенно разных методов измерения светового потока источников света со сложным пространственным светораспределением: гониометрического и «интегрирующей сферы». Отмечено, что измерения светового потока источников света гониометрическим методом, считаясь перспективными по точности и «информативности», требуют серьёзных затрат времени. Метод «интегрирующей сферы» позволяет проводить измерения светового потока источников света с произвольным светораспределением в пространстве на порядки быстрее, чем гониометрический метод. При использовании в качестве регистрирующего устройства спектрофотоколориметра «ТКА ВД» для определения цветовых характеристик источников света появляется возможность одновременно получать данные о спектральном составе, цветовых характеристиках и световом потоке светодиодов Ключевые слова: световой поток, светодиоды, гониофотометрический метод, метод «интегрирующей сферы». В результате успехов в производстве светодиодов (СД) они продолжают вытеснять «традиционные» источ1 E-mail: tka@mail.dux.ru ники света (ИС), такие как большинство ламп накаливания и разрядных. Важным параметром СД является его световой поток. Измерения этого параметра, часто приводимого в спецификациях на СД, мы и коснёмся. При этом необходимо отметить, что пространственное светораспределение СД может принимать самый причудливый вид (рис. 1), и эта особенность учитывалась нами в выборе пути построения приборов для измерения светового потока СД. Известны два существенно различных метода измерения этого параметра: гониометрический и «интегрирующей сферы». Гониометрический метод основан на пошаговой фиксации значений силы света СД при его повороте на известный угол на каждом шаге. Используемые для этих целей приборы – гониометр с достаточным угловым разрешением и фотометрическая головка с известным коэффициентом преобразования. Точность измерений светового потока и светораспределения СД с уменьшением шага углов поворота (полярного и азимутального) СД относительно фотометрической головки (или наоборот) возрастает. У современных гониофотометрических установок указанный шаг составляет несколько угловых минут. При этом выполняются измерения пространственного распределения силы света СД, по которому известным образом (см., напр., [1, с. 23– 25; 2]) рассчитывается световой поток СД. Cчитается, что измерение этого параметра СД гониометрическим методом, хотя и перспективно по точности и «информативности», но требует серьёзных затрат времени. Поэтому в дальнейшем нами был взят за основу второй метод определения Ф – метод «интегрирующей сферы» (см., напр., [3]). В нём сопоставляется неизвестный (измеряемый) световой поток с заведомо известным световым потоком эталонного осесимметричного ИС. Этот метод позволяет измерять световой поток ИС с произвольным светораспределением на порядки быстрее, чем гониометрический. Указанное сопоставление производится посредством интегрирующей сферы (иначе – фотометрический шар или шар Ульбрихта) достаточно большого диаметра, окрашенной изнутри матовой белой краской с ламбертовским диффузным отражением. Теоретически [3, 4], световой поток, рассеиваемый внутренней поверхностью (ВП) этой сферы, распределяется по ней весьма равномерно. И если в полость сферы, ВП которой всюду имеет одинаковый коэффициент отражения ρ, поместить ИС S со световым потоком Ф, то отражённый от ВП световой поток ρФ создаст во всех точках ВП одинаковую освещённость ( ) E1 = ρФ / 4π r 2 , где r – радиус ВП интегрирующей сферы. Вторично отражённый световой поток ρ2 Ф тоже равномерно распределится по ВП сферы, и дополнительная освещённость на ней E2 выразится как ( ) E 2 = ρ 2Ф / 4π r 2 , и т. д. до бесконечности. Результирующая освещённость на ВП интегрирующей сферы в некоторой точке М равна Es + Рис. 1. Пример асимметричной кривой силы света светодиода 34 Рис. 2. Измерение светового потока с помощью интегрирующей сферы Ф ρ ⋅ , 1 − ρ 4π r 2 где E s –освещённость в указанной точке М непосредственно от ИС S. Очевидно, что Es зависит как от поло«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 4. Оптическая схема прибора для измерения светового потока и цветовых характеристик светодиодов Рис. 3. Внешний вид опытного образца прибора «ТКА – ККТ», предназначенного для измерения светового потока светодиодов Рис. 5. Внешний вид спектрометрического комплекса «ТКА – ВД» (мод. П) жения ИС S в полости сферы, так и от его светораспределения. Если же малым непрозрачным экраном Э (рис. 2) защитить малый участок ВП с точкой М на нём от попадания света непосредственно от ИС S, то освещённость Е на этом участке составит Ф ρ ⋅ = αФ, 1 − ρ 4π r 2 где α – коэффициент, зависящий только от свойств шара. Поэтому если ИС S с измеряемым световым потоком Ф заменить на эталонный ИС S0 c известным световым потоком Ф0, то очевидно, освещённость ВП сферы в точке М (Ео) выразится как E о = αФ0 , Ф = Ф0E / E 0 . (1) И определив тем или иным способом отношение Е/Ео , получим измеряемый световой поток Ф интересующего ИС S. В связи с тем, что излучение CД направленное, возможно упрощение конструкции приборов с интегрирующей сферой путём установки измеряемых СД в стенке сферы. Это уменьшает количество элементов конструкции сферы, а следовательно, и её геометрические размеры. Сфера выполняется с двумя отверстиями. За первым устанавливается фотодиод с молочным стеклом и набором корриги«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 рующих светофильтров, а за вторым помещается измеряемый СД. Определив реакцию фотодиода на излучение, например фототоки в измерительной цепи i и io, соответствующие освещённостям Е и Ео, и считая справедливым равенство i/iо = Е/ Ео, находим световой поток Ф по формуле (1). На основе вышеизложенного метода нами разработано высокоточное рабочее средство измерения светового потока СД, показанное на рис. 3. При этом погрешность измерения светового потока белых СД составляет 7 %, а цветных – 10 %. Реальные геометрические размеры сферы не превышают 10 см. Измерения светового потока СД могут проводиться за считанные секунды операторами любого уровня квалификации. При работе над прибором показалось любопытным использовать в качестве регистрирующего устройства не фотодиод, а разработанный нами ранее спектрофотоколориметр «ТКА ВД», с целью определения цветовых характеристик ИС. Спектрофотоколориметр «ТКА ВД» предназначен для определения спектрального состава излучения ИС и последующего вычисления цветно- сти ИС в выбранной системе координат. Прибор может работать как в режиме измерения спектральной плотности яркости, так и в режиме измерения спектральной плотности освещённости. Оптическая схема прибора представляет собой полихроматор с дифракционной решёткой и регистрацией спектрально разложенного света фотодиодной линейкой (рис. 4). Основные технические характеристики полихроматора: рабочая спектральная область – (390–740) нм; спектральное разрешение при длине спектра порядка 7 мм – 5 нм. Блок обработки данных выполнен на микроконверторе ADuC831, в памяти которого содержатся данные об эталонном ИС. С его помощью рассчитываются координаты цветности любых ИС, как для стандартного наблюдателя МКО 1931 с полем зрения 2°, так и для дополнительного стандартного наблюдателя МКО 1964 г. (с полем зрения 10°). Указанная идея была реализована в опытном образце комплекса «ТКА – ВД» (мод. П), предназначенного для измерения светового потока и цветовых характеристик СД (рис. 5).Благодаря этому теперь появилась возмож35 ность одновременного получения данных о спектральном составе, цветовых характеристиках и световом потоке СД. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Мешков В.В. Основы светотехники: Учеб. пособие для вузов. Ч. 1. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1979. 368 с. 2. Сапожников Р.А. Теоретическая фотометрия. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1977. 262 с. 3. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). – 2 е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. 272 с. 4. Grather, М. Measuring LED Performance // Matherials of DOE SSL Market Introduction Workshop «Voices for SSL Efficiency 2008», July 9–11, 2008, Portland, Oregon, USA. URL: http: www.netl.doe.gov/ssl/PDFs/ Portland_2008/Day1_Grather.pdf (дата обращения: 02.12.2008). Круглов Олег Владимирович, инженер. В 2008 г. окончил факультет оптико-электронных приборов и систем СанктПетербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Инженер исследовательской группы ООО «НТП «ТКА», аспирант Кузьмин Владимир Николаевич, доктор техн. наук. В 1971 г. окончил КГУ по специальности «оптика и фотометрия». Заместитель генерального директора ООО «НТП «ТКА» по оптике и фотометрии Томский Константин Абрамович, доктор техн. наук, профессор. В 1973 г. окончил СЗПИ. Генеральный директор ООО «НТП «ТКА». Член редколлегии журнала «Светотехника» 36 ем я вл м! а др лее з По юби с Владимиру Семёновичу Мордюку – 75 лет Исполнилось 75 лет известному и уважаемому в светотехническом сообществе учёномуматериаловеду доктору технических наук, профессору, члену Нью-Йоркской Академии наук, заслуженному деятелю науки и образования Российской Академии Естествознания Владимиру Семёновичу Мордюку. После окончания в 1 957 г. физикоматематического факультета Черновицкого госуниверситета Владимир Семёнович два года проработал сельским учителем на Украине. В период 1959–1992 гг. он работал во ВНИИИС им. А.Н. Лодыгина (г. Саранск), где вырос до заведующего физическим отделом. С 1961 по 1992 гг. по совместительству, а с 1992 г. на постоянной основе, Владимир Семёнович – преподаватель Мордовского госуниверситета им. Н.П. Огарёва (МГУ). Читал спецкурсы: основы физики металлов, рентгеноструктурный анализ, физика твёрдого тела, специальные технологические процессы, основы структурного материаловедения, основы проектирования и конструирования и некоторые др. В 1966 г., ещё учась в аспирантуре МГУ, юбиляр защитил кандидатскую диссертацию на тему «Внутреннее трение и физические свойства тугоплавких металлов» в Воронежском политехническом институте. В 1996 г. защитил докторскую диссертацию «Физические модели, структурные механизмы и методы замедления процессов старения материалов в источниках света». С 1997 по 2006 гг. – профессор кафедры электронного машиностроения Светотехнического факультета МГУ. Владимиром Семёновичем с сотрудниками и учениками разработаны и внедрены в практику НИОКР по источникам света не менее двадцати физических методов исследования (метод внутреннего трения; методы оптической, электронной и автоионной микроскопии; масс-спектрометрические методы исследования газового наполнения источников света, методы исследования структурных превращений вольфрамовых проволок при отжиге, полигонизации, первичной и вторичной рекристаллизации применительно к производству ламп накаливания и др.) и не менее пяти технологических методов (методы спекания керамических разрядных трубок, получения монокристаллических проволок из вольфрама протягиванием через накаливаемую зону, ультразвукового волочения вольфрамовых проволок и др.). По результатам зарубежного (с фирмами «Тунгсрам», ВНР; «Того Киндзоку», Япония; «Тесла-Голешовице», ЧССР, и «Светлина», НРБ) и внутрисоюзного (с ИМЕТ им. А.А. Байкова АН СССР, Институтом металлургии АН Украины, НИИИН (Москва), Институтом металлургии и обогащения АН Казахстана и др.) сотрудничества в области производства и контроля качества вольфрамовых проволок В.С. Мордюк организовал при физическом отделе ВНИИИС собственное опытно-промышленное производство вольфрамовых проволок, в дальнейшем переданное в ОАО «Лисма» (Саранск). За время научной и педагогической деятельности Владимир Семёнович подготовил 6 кандидатов наук, и в настоящее время руководит диссертационными работами 3-х аспирантов. Под его непосредственным руководством защитили дипломные проекты и получили путёвку в сферу производства свыше 140 студентов-выпускников МГУ. В.С. Мордюк – автор или соавтор свыше 370 публикаций, в том числе двух монографий (Внутреннее трение и физические свойства тугоплавких металлов. – Саранск: Морд. книжн. изд-во, 1965 /в соавт. с Л.Н. Александровым/; Ростовые иррадиационные дефекты кристаллов люминофоров для источников света. – Новосибирск: Наука, СО, 1986 /в соавт. с Л.Н. Александровым и В.Д. Золотковым/), одного учебного пособия (Основы структурного материаловедения и специальные технологические процессы в электровакуумном производстве. – Саранск: Красный Октябрь, 2001) и 3-х томов межведомственного справочника по стойкости материалов и источников света к факторам космического пространства и наземных ядерных установок. – М.: Изд-во ВНИИЭМ (1980, 1986 и 1990 гг.) /в соавт. с учениками и сотрудниками ВНИИИС/, четырнадцати авторских свидетельств и двух патентов на изобретение. Владимир Семёнович вёл также большую научно-общественную работу. Только с 1974 г. ему довелось быть и председателем Мордовского республиканского совета научно-технических обществ, и членом секции «Проблемы преобразования электрической энергии в световую и эффективного использования её в светотехнических установках» при Научном совете АН СССР по комплексной проблеме «Научные основы электрофизики и электроэнергетики», и членом учёного совета Светотехнического факультета МГУ. Продолжает вести её и сейчас: он – член двух советов по защите докторских диссертаций при МГУ, соответственно по специальностям «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» и «Оптика и светотехника». Поздравляя Владимира Семёновича с замечательным юбилеем, желаем ему и его близким крепкого здоровья, удачи и новых творческих свершений. Редакция и редколлегия журнала, коллеги, друзья и ученики «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Софитные металлогалогенные лампы мощностью 70, 100, 150 вт для цветного декоративного и архитектурного освещения В.Г. ВДОВИН, Н.А ВДОВИНА 1 ОАО «Лисма-ВНИИИС им. А. Н. Лодыгина», Саранск Аннотация Представлены светотехнические и колориметрические характеристики недавно разработанных софитных маломощных металлогалогенных ламп (ММГЛ) цветного излучения, предназначенных для декоративного и архитектурного освещения. Характеристики ламп, в том числе чистота цвета и доминирующая длина волны, соответствуют мировому уровню. Приведены результаты регулирования светового потока и чистоты цвета этих ламп путём снижения напряжения сети по нелинейному временному алгоритму, обеспечивающему «щадящий» режим работы ламп и прямую, до 40 %, экономию электроэнергии в многоламповых осветительных установках. Ключевые слова: металлогалогенные лампы (МГЛ), маломощные МГЛ (ММГЛ), софитные ММГЛ, светотехнические параметры, колориметрические параметры, чистота цвета, длина волны (λ), доминирующая λ, регулирование (темнение), нелинейный алгоритм, экономия электроэнергии. 1 Открытие в сетчатке глаза нового фоторецептора, не относящегося ни к палочкам, ни к колбочкам [1–5], ответственного за циркадную регуляцию секреции мелатонина в организме человека, повышает роль свето- и цветорегулирования в освещении. Согласно [1,2], например, при дорожном освещении жёлтым светом может возникать ощущение спектральной «темноты» из-за отсутствия излучения в фиолетово-голубой области длин волн. Это может приводить к биологическому утомлению, повышению концентрации мелатонина и опасности засыпания за рулём. Наоборот, перемежающееся в пространстве и времени излучение разных цветов на фоне регулируемого 1 E-mail: mail@vniiis.ru «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 белого света способно создавать ощущение комфорта и гармонии, достижение которых так важно в светодизайне, декоративном и архитектурном освещении [4, 5]. К тому же, с развитием цивилизации границы труда, досуга и отдыха всё более сдвигаются в тёмное время суток, что очевидно, требует также соответствующей оптимизации условий освещения. Всё это и многое другое, безусловно, предъявляет новые требования к динамике и цветовой гамме излучения, в частности, разрядных ламп. В мире уже созданы разрядные белые и цветные металлогалогенные лампы (МГЛ) всего мощностного ряда и исполнений, существуют светотехнические установки с регулируемыми яркостью и чистотой цветов, обеспечивающие, в том числе, прямую (по счётчику) экономию электроэнергии. И для таких МГЛ2 разработано около 100 типов светильников. Кажется очевидным, что удовлетворение потребности в цветном освещении объектов и циркадной динамике световых и цветовых параметров с помощью МГЛ белого и цветных излучений является задачей актуальной и, кроме прямой экономии электроэнергии, отвечает биологическим условиям жизнеобеспечения [4]. 2 По нашему мнению, пока что не существует альтернативы МГЛ как источникам света, близкого к солнечному. Поэтому объёмы их выпуска, номенклатура и области применения постоянно возрастают. Например, в каталоге фирмы Osram 2/3 раздела «Источники совершенного света» занимают именно МГЛ. По компактности светящего тела и материалоёмкости на Вт мощности они не уступают светодиодам, а срок службы МГЛ с керамической горелкой может достигать 20–60 тыс. ч. По световой отдаче МГЛ перешагнули рубеж 100 лм/Вт: в электродных МГЛ реально получено до 135 лм/Вт, а в безэлектродных СВЧ-МГЛ белого излучения – до 170 лм/Вт [6]. В ОАО «Лисма-ВНИИИС» проводятся исследования и разработки МГЛ белого и цветного излучений (пурпурно-красного, синего, зелёного). В данной работе речь идёт только о маломощных (70, 100, 150 Вт) МГЛ (ММГЛ), предназначенных для внутреннего и наружного общего, декоративного и архитектурного освещения и рассчитанных на возможность их регулирования по яркости и чистоте цвета изменением мощности, а также, дополнительно, с применением цветных стёкол в светильнике. В сравнении с ММГЛ белого света, например с Тц ≈ 4200 К, в которых заданные светотехнические и колориметрические параметры [7] достигаются введением в горелку сплавленной композиции галогенидов сравнительно большой массы (≥ 10 мг) [7], в цветных ММГЛ масса компонента, обеспечивающего данную доминирующую длину волны λd и соответствующую чистоту цвета р, может составлять не более 0,3 мг, что находится на грани технологической возможности производства таких ламп. Далее, наши эксперименты по созданию цветных ММГЛ проводились на оборудовании и по методам, подробно изложенным в [8], а методы определения р и λd приведены, например, в [9]. Использование спектрального комплекса «Спринт-1» с выводом данных на компьютер и их программной обработкой позволило выявить следующую зависимость: p =γ I max , I ф ( Δλ + Δλ э ) (1) где γ – коэффициент размерного согласования; Imax – пиковая сила излучения в спектральной линии с учётом поглощения в разряде; Iф – сила излучения фона вблизи линии; Δλ – ширина контура линии в оптически тонкой среде – функция давления буферного газа (Hg, Xe); Δλэ – эквивалентная ширина контура самообращения – функция концентрации и неоднородности радиального распределения излучающих атомов (Tl, In, Na, Li) металлогалогенидных добавок. Как видно из (1), р растёт с уменьшением Iф и Δλэ и повышением Imax, что может обеспечиваться снижением мощности ММГЛ в процессе её светорегулирования,. При этом Δ λэ практически постоянна, поскольку разряд 37 ритным и присоединительным размерам соответствуют международному стандарту. Как видно из рис. 1, в квазимонохроматическое голубое излучение со спектральным пиком на длине волны (450÷480 нм) способно оказывать максимально эффективное циртопическое воздействие, отличаясь в этом от зелёного и пурпурно-красного излучений. В [8, 10, 11] нами сообщались результаты разработки нелинейного алгоритма темнения МГЛ белого света ступенчатым снижением напряжения сети Uc в диапазоне от номинального значения 230÷220 до 170÷160 В. Рациональное темнение МГЛ может экономить в многоламповых установках с автономно регулируемым Uc до 40÷50 % электроэнергии [11]. За рубежом, кроме того, перспективным считается раздельное темнение ламп с помощью программируемых электронных светорегуляторов. Результаты исследований по темнению МГЛ затем были распространены на цветные ММГЛ. При этом также оказался эффективен указанный алгоритм, соответствующий следующей динамике остывания лампы при снижении мощности: d (ln ΔT ) K ⎛ 1⎞ = −⎜ ⎟ ≈ − , ⎝τ⎠ dt C Рис. 1. Относительные спектры излучения софитных маломощных металлогалогенных ламп мощностью 150 Вт цветного излучения: а – пурпурно-красного (координаты цветности x = 0,3883 и y = 0,2665; доминирущая длина волны λd = 514 нм; чистота цвета р = 37; световой поток ФL =11000 лм); б – голубого (x = 0,1967 и y = 0,1320, λd = 465 нм; р = 69; ФL =4200 лм); в – зелёного (x = 0,2415 и y = 0,5737; λd = 529 нм; р = 50; ФL = 14000 лм); пунктиром показана функция относительной спектральной световой эффективности циртопическая, согласно [2]. сохраняет диффузно контрагированную форму при работе лампы в светильнике, в имитаторе светильника и без светильника. С учётом этого были определены оптимальные дозировки иодидов TlI, NaI, LiI и InI, каждого в отдельности, в ММГЛ соответствующего цвета излучения – зелёного, пурпурнокрасного (magenta) и голубого – с параметрами, указанными в таблице. В последней приведены средние значения параметров 10 образцов ММГЛ каждого типа, взятых из опытной пар38 тии, и, для сравнения, параметры лучших софитных цветных ММГЛ компании BLW (Германия). На рис. 1 приведены относительные спектры излучения цветных ММГЛ мощностью 150 Вт пурпурнокрасного, зелёного и голубого излучений, полученные на измерительном комплексе «Спринт-1». Спектры остальных ламп, мощностью 100 и 70 Вт, аналогичны. Разработанные цветные ММГЛ конструктивно унифицированы с ММГЛ белого света [7] и по габа- (2) где ΔТ – изменение температуры горелки лампы Т в процессе её ступенчатого остывания; t – время; τ, К и С – обобщённая постоянная времени термической релаксации (остывания), коэффициент теплопроводности и теплоёмкость системы «лампасветильник» соответственно [11]. Согласно (2) скорость снижения Т по мере остывания лампы нелинейно замедляется ввиду уменьшения энергосодержания: требуется всё большее время для понижения температуры и релаксации ведущего параметра – напряжения на лампе Uл к равновесному меньшему значению на каждой ступени регулирования Uс [11]. Эта закономерность, соответствует данным [12] и составляет основу для «щадящего» ступенчатого режима темнения, в данном случае, цветных ММГЛ. При этом все физические процессы в системе «лампа-светильник» успевают приходить в равновесное стабильное состояние, готовое к сле«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 дующему шагу регулирования. Таким образом удаётся значительно расширить круг ламп с Uл от 85 до 125 В, способных стабильно работать без ущерба для срока службы в экономичных, с пониженными до 160÷170 В Uс, режимах. На рис. 2 приведён экспериментальный график ступенчатого амплитудно-временного нелинейного алгоритма указанного темнения (снижением Uс ), использованного для стабильного, воспроизводимого и «щадящего» режима темнения без погасания и мерцаний яркости МГЛ белого и цветного излучений, в т.ч. в световом приборе [13]. Как видно из рисунка, при технически оптимальной градации по напряжению (ΔUс = 10 В) время пребывания лампы на каждой ступени Uс последовательно увеличивается в соответствии с (2), тем самым обеспечивается равновесный переход системы на каждую следующую ступень темнения. Более мелкие градации (ΔUс < 10 В) заметно удорожают систему автономного регулирования Uс [14]. Грубые градации (ΔUс > 10 В) ведут к ухудшению рассмотренных показателей. Как показали испытания при температурах окружающей среды от – 45 до + 45 оС образцов новых ламп и ламп после 6000 ч испытаний на срок службы, в т.ч. в светильниках, МГЛ удовлетворительно соответствуют нелинейному алгоритму темнения снижением Uс с 220÷230 до 160÷170 В. При этом в многоламповых ОУ следует применять стабилизированный автономный преобразователь напряжения сети автотрансформаторного типа с отводами по числу ступеней регулирования [14]. Для успешного пользования данным алгоритмом необходимо учитывать следующее: • перед началом темнения зажигание и переход ламп в рабочий режим должны осуществляться при их стандартной схеме включения с дросселем и импульсным зажигающим устройством (ИЗУ) при номинальном во многих странах Uс = 230 В (рекомендуется применять трёхпроводные последовательно-параллельные ИЗУ двухполупериодного действия с частотой пачек импульсов 100 Гц); • не рекомендуется осуществлять зажигание и переход ламп в рабочий режим при Uс < 220 В, так как из-за технологического разброса параме«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 2. Ступенчатый амплитудновременной нелинейный алгоритм светорегулирования (темнения) металлогалогенных ламп путём снижения напряжения сети Uc тров не все лампы при этом могут темниться по данному алгоритму; • на любой ступени по Uс процесс темнения может быть программно остановлен в соответствии с требованиями по яркости и чистоте цвета на любое требуемое время и далее продолжен по алгоритму в зависимости от номера ступени, на которой находилась лампа; • возврат к любой более высокой ступени по Uс может производиться программно с любой скоростью переключения. Далее, известно, что с помощью цветных светофильтров можно выделять зелёную, красную или голубую составляющие спектра излучения. Некоторые фирмы комплектуют светильники набором цветных защитных стёкол. Однако это малоэффективно в случае обычных МГЛ ввиду больших световых потерь. Применительно же к цветным МГЛ по рис. 1 с «основными» линиями Tl 535 нм (зелёный цвет), In 451 нм (голубой цвет) и с комбинацией линий In 451 нм, Na 589/590 нм и Li 610 нм (пурпурнокрасный цвет) с помощью соответствующих цветных стёкол можно, в принципе, снижать Iф и, согласно выражению (1), повышать этим чистоту цвета р без заметных потерь светового потока. Итак, результаты данной работы вкратце характеризуются следующим. • Разработаны софитные ММГЛ ДРИСф мощностью 70, 100 и 150 Вт голубого, зелёного и пурпурнокрасного цветов излучения, не уступающие лучшим зарубежным аналогам, а по начальному световому потоку даже превосходящие их. • Эти ММГЛ допускают снижение мощности на 40÷50 % от номинальной путём снижения Uс с 230 до 170÷160 В по нелинейному алгоритму темнения. При этом на нижнем пределе Uс световые потоки ММГЛ снижены на 50÷60 % от соответствующих значений, приведённых в таблице. • Повышения р при темнении разработанных ММГЛ снижением U с с 230 до 170 В согласуются с нашими оценками по (1): • для ММГЛ голубого излучения р повышается с 30 до 70 и λd возрастает c 465 до 485 нм; • для ММГЛ зелёного излучения р повышается с 35 до 75 и λd уменьшается с 535 до 510 нм; • д л я М М ГЛ п у р п у р н о красного излучения р повышается с 18 до 45 и λd возрастает c 500 до 540 нм. • Использование цветных стёкол с максимумами спектрального пропускания на соответствующих λd (например, СС-8, ЗС-3, ОС-5 и КС-11) в качестве защитного стекла светильников с разработанными ММГЛ может повышать р на 5÷10 единиц. • Применение для цветорегулирования цветных МГЛ экономически целесообразнее использования комбинаций стандартных МГЛ белого света с цветными защитными стёклами светильников. • ММГЛ цветного и белого излучений позволяют получать достаточ39 Таблица Мощность РL, напряжение UL, ток IL и световой поток ФL софитных цветных маломощных металлогалогенных ламп и координаты цветности х и у, доминирующая длина волны λd и чистота цвета р излучения этих ламп Параметры РL, Вт UL , В IL , A х у λd, нм р ФL, лм средние 150 87 2,0 0,378±0,01 0,266±0,03 522±20* 35±3 9850±500 BLV (Герм.) 150 100 1,8 0,370 0,270 515* 33 8000 средние 150 87 2,0 0,252±0,01 0,566±0,03 533±5 51±5 12240±320 BLV (Герм.) 150 100 1,8 0,250 0,570 530 50 9500 средние 150 91 1,9 0,200±0,02 0,146±0,02 468±8 66±6 4760±400 BLV (Герм.) 150 100 1,8 0,220 0,180 465 56 3000 ДРИСф-100/К (пурпурно-красная) средние 100 99 1,1 0,375±0,02 0,265±0,01 525±20* 35±3 8040±500 ДРИСф-100/Зл (зелёная) средние 100 92 1,2 0,269±0,02 0,537±0,03 534 ±5 45±5 9330±700 ДРИСф-100/С (голубая) средние 100 89 1,3 0,210±0,02 0,171±0,02 471 ±5 59±6 3320±700 ДРИСф-70/К (пурпурно-красная) средние 75 98 1,0 0,347±0,03 0,250±0,03 547±40* 34±4 5040±500 BLV (Герм.) 75 100 0,9 0,380 0,310 500* 18 3500 Среднее 75 87 1,0 0,259±0,01 0,560±0,01 533±5 48±7 6850±500 BLV (Герм.) 75 100 0,9 0,310 0,470 545 35 3600 Среднее 75 90 1,0 0,204±0,01 0,160±0,02 470±8 63±6 2420±500 BLV (Герм.) 75 100 0,9 0,200 0,180 475 60 1700 Тип лампы ДРИСф-150/К (пурпурно-красная) ДРИСф-150/Зл (зелёная) ДРИСф-150/С (голубая) ДРИСф-70/Зл (зелёная) ДРИСф-70/С (голубая) * Дополнительная λd но полную гамму регулируемых спектров излучения, пригодных для декоративного и архитектурного освещения, в том числе с учётом ряда практических следствий открытия нового фоторецептора человека. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ван Боммель В. Биологическое воздействие света, не воспринимаемое зрением, и его значение для практики освещения // 6-я Межд. светотехн. конф., 19–22.09.2006, Калининград – Светлогорск: Тез. докл. – С. 21. 2. Шанда Я. Свет как актиничное (фотохимически активное) излучение // Светотехника. – 2006. – № 3. – С. 51–53; Берман С.М., Клиер Р.Д. Недавно открытый фоторецептор человека и предыдущие исследования в области зрения // Светотехника. – 2008. – № 3. – С. 49–53. 3. Брейнард Дж. К., Провенсио И. Восприятие света как стимула незрительных реакций человека человека // Светотехника. – 2007. – № 1. – С. 6–12. 4. Эйхед Я. Архитектурный световой дизайн – тенденция будущего // 6-я Межд. светотехн. конф., 19–22.09.2006, Калининград – Светлогорск: Тез. докл. – С. 22–23. 5. Дехофф П. Воздействие изменяющегося света на здоровье людей во время работы // Светотехника. – 2006. – № 3. – С. 54–57. 6. Вдовин В. Г., Корочков Ю.А. Проблемы и перспективы создания высокоэффективных безэлектродных разрядных ламп СВЧ-возбуждения // Светотехника. – 2006. – № 4. – С. 28–32. 40 7. Вдовин В. Г., Вдовина Н.А., Корочков Ю.А. Импортозамещающие разрядные маломощные металлогалогенные лампы // 4-я Респ. науч.-практ. конф. «Наука и инновации в Республике Мордовия», 22–24.12.2004, Саранск: Материалы. – Саранск: Изд-во МГУ, 2005. – С. 347–349. 8. Вдовин В.Г., Вдовина Н.А., Корочков Ю.А., Сидорова Н.В. Исследование характеристик работы МГЛ при регулировании (темнении) светового потока напряжением сети // 3-я Всерос. НТК «Проблемы и перспективы развития светотехники и энергетики»: Сб. науч. тр. – Саранск, 2005. – С. 52–64. 9. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. – Москва: Мир, 1978. 592 с. 10. Вдовин В.Г., Вдовина Н.А. Исследования и разработка нелинейного алгоритма регулирования светового потока (темнения) МГЛ напряжением сети // 5-я Респ. науч.-практ. конф. «Наука и инновации в Республике Мордовия», 08–09.02.2006, Саранск. – Саранск, 2006. – С. 566–569. 11. Вдовин В.Г., Вдовина Н.А. Нелинейный алгоритм светорегулирования МГЛ напряжением сети // 6-я Межд. светотехн. конф., 19–22.09.2006, Калининград – Светлогорск: Тез. докл. – С. 128–129. 12. Bachmann R. Heat Capacity Measurement on Small Samples at Low Temperatures // Review of Scientific Instruments. Н. – 1972. – Vol. 43, № 2. – P. 21–31. 13. Исследование и разработка алгоритмов регулирования светового потока разрядных ламп высокого давления напряжением сети // Научтехн. отчёт по контр. № 05/05–02.447.11.5008 РФ от 03.10.2005 / Отв. исп. Вдовин В. Г., Меркушкин В. В. – ОАО «Лисма-ВНИИИС» им. А. Н. Лодыгина. – Саранск, 2005. – 70 с. 14. Преобразователь напряжения сети ПНТТЕ-125–380–50-УХЛ4: Руководство по эксплуатации ДЖИЦ.435344.01.РЭ. – Саранск: ОАО «Электровыпрямитель», 2004. Вдовин Владимир Георгиевич, кандидат физикоматематических наук. Окончил Мордовский госуниверситет в 1963 г. Ведущий специалист по разрядным источникам света. Старший научный сотрудник ОАО «ЛисмаВНИИИС им. А. Н. Лодыгина». Почётный машиностроитель РФ Вдовина Надежда Аркадьевна, инженер. Окончила Петрозаводский госуниверситет в 1971 г. Специалист по физике и технологии разрядных источников света. Научный сотрудник ОАО «Лисма-ВНИИИС им. А. Н. Лодыгина» «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Влияние цветового контраста и типа заполнителя дорожных покрытий на характеристики дорожного освещения Л. ХАЛОНЕН, А. ЭКРИАС 1, М. ЭЛОХОЛМА Технологический университет Хельсинки, Эспоо, Финляндия Аннотация Статья посвящена исследованию влияния цветового контраста и типа заполнителя дорожных покрытий на рабочие характеристики дорожного освещения. Проведены эксперименты по видимости ахроматических и цветных мишеней в условиях дорожного освещения металлогалогенными лампами (МГЛ) и натриевыми лампами высокого давления (НЛВД). Было экспериментально исследовано влияние светлоты и цвета заполнителя на отражательные характеристики дорожных покрытий. В заключение обсуждается влияние лобового автостекла автомобилей на видимость при вождении и рабочие характеристики дорожного освещения. Результаты экспериментов по видимости мишеней показывают, что цвет мишеней существенно влияет на их видимость при освещении источниками света (ИС) с достаточно высоким качеством цветопередачи. При проектировании дорожного освещения не всегда можно считать объекты на дороге ахроматическими и видными водителю только из-за их достаточного яркостного контраста. Как и ожидалось, при освещении МГЛ цвет мишеней более существенно влияет на их видимость, чем при освещении НЛВД. Результаты светотехнических измерений дорожных покрытий показывают, что цвет их заполнителя и особенно его светлота существенно влияют на отражательные характеристики покрытий. Относительные коэффициенты отражения большинства измеренных покрытий оказались выше в длинноволновой части видимого спектра. В соответствии с этими результатами можно заключить, что дорожное покрытие является очень важным фактором оптимизации и повы1 1 42 E-mail: aekrias@cc.hut.fi Перевод с англ. Л.В. Ерашовой. шения энергоэффективности дорожного освещения. Ключевые слова: дорожное освещение, видимость мишени, ахроматические мишени, цветные мишени, спектральный, относительный, коэффициент отражения, дорожное покрытие, светлота заполнителя, цвет заполнителя, коэффициент пропускания, лобовое автостекло. 1. Введение Главная цель дорожного освещения состоит в том, чтобы обеспечить водителю условия видимости людей, автотранспортных средств и объектов на дороге. При разработке проектных критериев систем дорожного освещения предполагалось, что объекты видны водителю только при их достаточном яркостном контрасте с фоном [1, 2]. Однако можно утверждать, что и цветовой контраст может быть эффективен при различении объекта и фона, особенно в случае использования систем дорожного освещения с хорошей цветопередачей. В настоящей работе проведены эксперименты по видимости ахроматических и цветных мишеней – для изучения влияния различных цветов объектов на их видимость. Основной постулат в этих экспериментах состоял в том, что все мишени, находящиеся на дороге в условиях дорожного освещении нельзя считать ахроматическими, и что разные цвета мишеней по-разному влияют на их видимость в разных режимах освещения. Для ощущения цветового контраста важно, чтобы дорога освещалась ИС с хорошей цветопередачей. С внедрением в дорожное освещение МГЛ и светодиодов влияние цвета на различимость дорожных объектов возросло. В стандартах по дорожному освещению в Европе и Северной Америке в основном используются три яркостные характеристики: средняя яркость дорожной поверхности, коэффициент общей равномерности распределения яркости, коэффициент равномерности продольного распределения яркости [3, 4]. Яркость любой точки дорожной поверхности – функция уровня освещения и отражательных характеристик этой поверхности [5]. С другой стороны, эти характеристики определяются материалом и заполнителем покрытия. В настоящей работе проводились исследования влияния светлоты и цвета заполнителя на отражательные характеристики дорожного покрытия при освещении МГЛ и НЛВД. Основной постулат в светотехнических исследованиях дорожных покрытий – светлота заполнителя существенно влияет на отражательные свойства дорожного покрытия и, таким образом, на рабочие характеристики дорожного освещения. Можно утверждать, что, несмотря на повышенную цену светлых заполнителей, их использование в дорожных покрытиях могло бы давать значительную экономию электроэнергии в дорожном освещении. Конечно, это требует, чтобы показатели качества светлого заполнителя, например износостойкости, соответствовали интенсивности дорожного движения. Другой постулат в светотехнических исследованиях дорожных покрытий – цвет заполнителя тоже влияет на рабочие характеристики дорожного освещения и одно и то же покрытие может иметь разные показатели отражения при разных ИС. Влияние на зрительную работоспособность водителя оказывают и характеристики пропускания лобового автостекла, и изменения последним спектра пропускаемого им света. В настоящей работе вводится в рассмотрение влияние спектрального пропускания лобового автостекла на видимость при вождении и рабочие характеристики дорожного освещения. 2. Организация измерений Для моделирования условий зрения на дорогах в тёмное время суток сотрудники светотехнического подразделения (юнита) Технологического университета Хельсинки установили две идентичные установки дорожного освещения в подземном тоннеле. Длина, высота и ширина тоннеля – 200; 3,5 и 5 м соответственно. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Преимущество тоннеля – постоянство внешних условий. Поэтому были возможны испытания на видимость тест-объектов в совершенно идентичных условиях видимости [6]. Дорожное покрытие в тоннеле состояло из крупного песка. Светильники обеих ОУ устанавливались с шагом 8 м. Первая ОУ содержала четыре светильника с МГЛ типа HCI-TS 70 W/942 NDL фирмы Osram, а вторая – четыре светильника с НЛВД типа NAV-TS Super 70 W (SON-TS Plus) этой же фирмы. НЛВД были выбраны потому, что они весьма обычны для дорог Финляндии, а МГЛ – из-за их хорошей цветопередачи и существенно иного, чем у НЛВД, спектра излучения. Обе ОУ позволяли понижать их световой поток. В работе использовалось четыре условия дорожного освещения – два спектра излучения света (НЛВД/ МГЛ) и два уровня светового потока (рис. 1). Измеренные средние яркости дорожной поверхности для ОУ с МГЛ составляли 1,35 кд/м2 (световой поток в 100 %) и 0,52 кд/м2 (световой поток в 40 %), а для ОУ с НЛВД – 1,71 кд/м2 (световой поток в 100 %) и 0,27 кд/м2 (световой поток в 15 %). Следует добавить, что в обеих ОУ использовались совершенно одинаковые светильники с одинаковой оптикой. Однако МГЛ и НЛВД имели известные конструктивные различия, которые могли бы влиять на светораспределение и уровни блёскости этих ОУ. Но в настоящей работе считалось, что эти влияния пренебрежимо малы по сравнению с освещением МГЛ и НЛВД. Для минимизации отражения от стен тоннеля, которое отсутствует в реальном наземном движении, светораспределение светильников в поперечном направлении было ограничено. С учётом данных по рис. 2, в ОУ с МГЛ использовались управляющие напряжения 10 В (световой поток в 100 %) и 1,5 В (световой поток в 40 %), а в ОУ с НЛВД – 10 В (световой поток в 100 %) и 1 В (световой поток в 15 %). Как видно из рис. 3, коррелированная цветовая температура (Тц) МГЛ со световым потоком в 100 % составляла 4182 K, а при снижении светового потока до 40 % – 6134 K. При этом общий индекс цветопередачи (Ra) составлял 93 и 70 соответственно. Тц «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 1. Относительное спектральное распределения потока излучения МГЛ с относительным световым потоком в 100 и 40 % (а) и НЛВД с относительным световым потоком в 100 и 15 % (б) Рис. 2. Экспериментально полученные зависимости мощности и светового потока МГЛ (а) и НЛВД (б) от управляющего напряжения U Рис. 3. Зависимости коррелированной цветовой температуры (Tц) и общего индекса цветопередачи (Ra) МГЛ (а) и НЛВД (б) от светового потока лампы (Фv) НЛВД со световым потоком в 100 % составляла 1942 K, а при световом потоке в 15 % – 1777 K. Ra при этом снижался с 23 до –10. Измерения выполнялись спектрорадиометром CS-2000 и яркомером LMK Mobile Advanced (с ПЗС датчиком изображения). 43 Рис. 4. Координаты цветности голубой, красной и зелёной мишеней на цветовом графике х, у (а) и спектры отражения белого эталона (BaSO4, коэффициент отражения 0,97) и цветных мишеней (б). Измерения проведены при естественном освещении (6800 К) спектрорадиометром CS-2000 Рис. 5. Организация экспериментов в подземном тоннеле и две установки дорожного освещения, использованные в них: а – две ахроматические и три цветные мишени, освещаемые светильниками с МГЛ; б – ахроматическая и зелёная мишени, освещаемые светильниками с НЛВД. Относительные световые потоки ламп равны 100 % 3. Эксперименты по видимости ахроматических и цветных мишеней 3.1. Организация экспериментов Задачей наблюдателей в четырёх сериях испытаний было определение относительной видимости двух мишеней на дороге. Эти серии соответствовали четырём вышеуказанным условиям дорожного освещения. Эксперименты по видимости мишеней проводились при двух расстояниях наблюдения – 50 и 83 м. Мишенями служили ахроматические и цветные плоские квадраты площадью 20×20 см2, устанавливаемые перпендикулярно к поверхности дороги. Выбранные размеры мишеней (небольшие) соответствовали критическим размерам объектов, наиболее трудно различимых на дороге и ещё опасных для авто44 мобилей обычных габаритов [7, 8]. В США, согласно [4], аналогичные ахроматические квадратные мишени фигурируют в расчётах видимости так называемых «малых мишеней». При разработке существующих рекомендаций по дорожному освещению за основу брались аналогичные плоские ахроматические объекты с разными коэффициентами отражения [1]. С учётом данных по рис. 4, в каждой серии испытаний устанавливались две мишени (ахроматическая и цветная) по оси дороги на расстоянии 10 см друг от друга в поперечном направлении. Наблюдателю следовало определить, какая из мишеней лучше видна по пятиальтернативной шкале оценок: 1. Левая мишень видна существенно лучше правой (SMV); 2. Левая мишень видна немного лучше правой (MV); 3. Разница отсутствует, не знаю (S); 4. Правая мишень видна немного лучше левой (MV); 5. Правая мишень видна существенно лучше левой (SMV). Наблюдатель всегда располагался на расстоянии 50 или 83 м от мишеней. Наблюдатель наблюдал мишень фовеальным зрением, и угол зрения в обоих случаях составлял около 1°. Время реакции наблюдателя равнялось 2 с. В промежутках между испытаниями мишени закрывались, чтобы наблюдатель не знал, какая цветная и какая ахроматическая мишени будут предъявлены и с какой стороны появится цветная мишень. Эксперименты с каждым наблюдателем рандомизировались. Рандомизировались тип установки дорожного освещения (с МГЛ или с НЛВД), световой поток, мишень и расстояние наблюдения. В экспериментах участвовали 12 молодых наблюдателей (7 мужчин и 5 женщин) в возрасте 20–29 лет, не работавших в области освещения и не знакомые с теорией дорожного освещения. Они имели нормальное цветовое зрение (по тесту Исихары) и нормальную остроту зрения. Перед экспериментами наблюдатель адаптировался к освещению в тоннеле 30 мин. Он также адаптировался по 5 мин. к каждому из последующих условий освещения, применённых в сериях испытаний. Перед экспериментами испытуемого просили вообразить себя за рулём автомобиля в тёмное время суток. Наглядное дополнению к сказанному даёт рис. 5. 3.2. Результаты На рис. 6 показаны изменения относительной яркости цветных мишеней в разных условиях освещения. В качестве эталона использовалась белая поверхность (слой BaSO4) с коэффициентом отражения 0,97. Относительная яркость цветных мишеней в каждом режиме освещения рассчитывалась как отношение их яркости к яркости эталона. Относительная яркость голубой мишени как при полном (100 %), так и при сниженном (40 %) световом потоке МГЛ была существенно выше, чем при освещении НЛВД. Относительная яркость красной мишени, с другой стороны, была выше при освещении НЛВД и существенно сни«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Таблица 1 Результаты экспериментов с осветительной установкой с МГЛ. Яркостные контрасты ахроматической и цветных мишеней были приблизительно одинаковы. AC, BC, RC и GC – яркостные контрасты ахроматической, голубой, красной и зелёной мишеней соответственно. Расстояния наблюдения 50 и 83 м. SMV слева – ахроматическая мишень видна существенно лучше цветной; MV слева – ахроматическая мишень видна немного лучше цветной; S – разница отсутствует, не знаю; MV справа – цветная мишень видна немного лучше ахроматической; SMV справа – цветная мишень видна существенно лучше ахроматической: a) средняя яркость дорожного полотна 1,35 кд/м2 (световой поток в 100 %, полный) Ахроматическая AC = –0,57 б) средняя яркость дорожного полотна 0,52 кд/м2 (световой поток в 40 %) ВС = –0,55 Голубая SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 6 6 83 м 0 0 1 9 2 RC = –0,61 Красная Ахроматическая AC = –0,64 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 4 8 83 м 0 0 1 7 4 GC = –0,51 Зелёная Ахроматическая AC = –0,53 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 10 2 83 м 0 0 4 8 0 жалась при снижении светового потока МГЛ со 100 до 40 %. Относительная яркость зелёной мишени возрастала при снижении светового потока МГЛ и существенно снижалась при освещении НЛВД. Эти изменения относительной яркости цветных мишеней связаны с различиями спектров излучения ламп в разных режимах освещения. В экспериментах ахроматическая и цветная мишени устанавливались на дороге вблизи друг друга, и ис- Ахроматическая ВС = –0,52 Голубая SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 9 3 83 м 0 0 4 8 0 RC = –0,65 Красная Ахроматическая AC = –0,70 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 7 5 83 м 0 0 2 8 2 Ахроматическая AC = –0,53 GC = –0,49 Зелёная SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 1 11 0 83 м 0 0 6 6 0 следовалось влияние цвета мишени на её относительную видимость. Первые эксперименты проводились с ахроматическими и цветными мишенями приблизительно одного яркостного контраста относительно фона. За этим последовали эксперименты с ахроматическими мишенями с большим яркостным контрастом, чем у цветных мишеней. Вследствие различий яркости цветных мишеней в разных условиях дорожного освещения в экспериментах использовалось множество ах- Рис. 6. Относительная яркость (яркость мишени / яркость эталона) цветных мишеней при освещении МГЛ со световым потоком в 100 и 40 % и НЛВД со световым потоком в 100 % «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 AC = –0,56 роматических мишеней с разными коэффициентами отражения. В каждой зрительной задаче измерялись яркости мишеней и фона. Яркостный контраст между мишенью и фоном (С) рассчитывался по формуле C= Lt − Lb , Lb где Lt – яркость мишени и Lb – яркость фона. Он отрицателен, если яркость мишени ниже яркости фона. В этом случае мишень выглядит темнее фона, и чем ниже яркостный контраст, тем мишень видна лучше. С другой стороны, если яркость мишени выше яркости фона и мишень выглядит светлее фона, яркостный контраст мишени положителен. Нулевой яркостный контраст соответствует условию Lt = Lb; при этом в отсутствие цветового контраста мишень не видна. В табл. 1 и 2 приведены реакции наблюдателей в двух сериях испытаний с использованием ОУ с МГЛ 45 Таблица 2 Результаты экспериментов с осветительной установкой с МГЛ. Яркостные контрасты цветных мишеней были ниже, чем у ахроматических: a) средняя яркость дорожного полотна 1,35 кд/м2 (световой поток в 100%, полный) Ахроматическая AC = –0,72 RC = –0,61 Красная SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 5 7 83 м 0 0 3 6 3 RC = –0,10 Красная Ахроматическая AC = –0,52 SMV MV S MV SMV 50 м 0 1 1 0 10 83 м 0 1 3 1 7 GC = –0,51 Зелёная Ахроматическая AC = –0,59 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 3 7 2 83 м 0 0 7 5 0 GC = –0,03 Зелёная Ахроматическая AC = –0,32 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 8 4 83 м 0 0 2 6 4 со световым потоком в 100 и 40 %. В табл. 1 эти реакции относятся к ахроматическим и цветным мишеням приблизительно одного яркостного контраста. В табл. 2 сведены аналогичные результаты экспериментов с цветными мишенями с яркостным контрастом (близким к нулю), меньшим, чем у ахроматических мишеней. Представленные результаты соответствуют пятиальтернативной шкале оценок при расстояниях наблюдения 50 и 83 м. Результаты показывают, что при расстоянии наблюдения 50 м все цветные мишени видны существенно или немного лучше ахроматических несмотря на то, что яркостные контрасты обеих мишеней приблизительно равны (табл. 1, а). Половина наблюдателей оценила голубую мишень видимой существенно лучше, а другая половина – немного лучше ахроматической. Что касается красной мишени, то 67 % наблюдателей ответили, что она существенно лучше видна, 46 б) средняя яркость дорожного полотна 0,52 кд/м2 (световой поток в 40%) Ахроматическая AC = –0,75 RC = –0,85 Красная SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 1 8 3 83 м 0 0 5 7 0 RC = –0,32 Красная Ахроматическая AC = –0,53 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 4 8 83 м 0 0 4 4 4 Ахроматическая AC = –0,60 GC = –0,45 Зелёная SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 5 7 0 83 м 0 0 8 4 0 GC = 0,04 Зелёная Ахроматическая AC = –0,31 SMV MV S MV SMV 50 м 0 0 0 9 3 83 м 0 1 1 9 1 чем ахроматическая. Разница в оценках видимости ахроматической и зеленой мишеней была наименьшей. Влияние цвета мишеней на их видимость с увеличением расстояния наблюдения до 83 м уменьшилось. Так, лишь 17 % наблюдателей нашли, что голубая мишень видна существенно лучше ахроматической, тогда как при расстоянии наблюдения 50 м так ответила половина наблюдателей. Кроме того, в случаях красной и зелёной мишеней различия оценок видимости ахроматической и цветной мишеней были ниже, чем при расстоянии наблюдения 50 м. Даже в этом случае цветные мишени оценивались как лучше видимые, чем ахроматические, несмотря на то, что яркостные контрасты мишеней были примерно одинаковы. Кроме того, при расстоянии наблюдения 83 м красный цвет наиболее сильно влиял на относительную видимость мишеней. Влияние цвета мишени на её видимость уменьшалось при снижении светового потока МГЛ до 40 % от полного потока (табл. 1, б). Цветные мишени в основном оценивались как видимые немного лучше ахроматических. Например, при расстоянии наблюдения 50 м 25 % наблюдателей оценили голубую мишень и 42 % наблюдателей оценили красную мишень как видимые существенно лучше ахроматической, тогда как в случае полного (100 %) светового потока соответствующие показатели были 50 и 67 %. Изменения можно объяснить в основном различиями спектров излучения и пониженными Ra и уровнем яркости. Всё же при расстоянии наблюдения 50 м все цветные мишени оценивались как видимые существенно или немного лучше ахроматических. При расстоянии наблюдения 83 м влияние цвета мишеней на их видимость было значительно меньшим, чем при полном (100 %) световом потоке и расстоянии наблюдения 50 м. Яркостные контрасты мишеней лежали в пределах от –0,70 до –0,49. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Таблица 3 Результаты экспериментов с осветительной установкой с НЛВД (световой поток в 100%, средняя яркость дорожного полотна 1,71 кд/м2) для красной и зелёной мишеней. Таблица также показывает предпочтения наблюдателей в отношении типа установки дорожного освещения согласно опросу, проведённому по окончании экспериментов Ахроматическая AC = –0,65 GC = –0,60 Зелёная SMV MV S MV SMV 50 м 0 2 9 1 0 83 м 0 2 9 1 0 GC = –0,60 Зелёная Ахроматическая AC = –0,73 SMV MV s MV SMV 50 м 0 7 5 0 0 83 м 0 6 6 0 0 GC = –0,21 Зелёная Ахроматическая AC = –0,42 Ахроматическая AC = –0,64 MV S MV SMV 50 м 0 0 0 10 2 83 м 0 0 1 11 0 RC = –0,59 Красная Ахроматическая AC = –0,69 SMV MV S MV SMV 50 м 0 3 2 7 0 83 м 0 2 3 7 0 Какую установку дорожного освещения Вы больше предпочитаете? MV S MV SMV 50 м 1 6 5 0 0 MH S HPS 83 м 0 7 5 0 0 8 2 2 «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Красная SMV SMV Эти значения можно считать достаточно обычными для небольших мишеней на дороге в условиях дорожного освещения [9, 10]. В табл. 2 представлены результаты экспериментов при тех же режимах освещения МГЛ тех же мишеней, что и по табл. 1. Однако в этих экспериментах яркостные контрасты ахроматических мишеней были выше, чем у цветных мишеней. При ярко стных контрастах – 0,72 и – 0,61 ахроматической и красной мишеней соответственно и полном световом потоке (100 %) МГЛ 58 % наблюдателей нашли красную мишень как видимую существенно лучше (табл. 2, a). Никто из наблюдателей не оценил ахроматическую мишень видимой столь же хорошо, как красную, не говоря уж при этом о более высокой видимости ахроматической мишени. На большем расстоянии наблюдения (83 м) различия между оценками видимости мишеней не были столь большими, как при расстоянии наблюдения 50 м. При снижении яркостного контраста мишеней почти до 0 (путём смены положения мишеней относительно светильников) красная мишень всё ещё оставалась видимой существенно лучше ахроматической, несмотря на RC = –0,59 большую разницу яркостных контрастов. Хотя яркостный контраст красной мишени составлял –0,10, а ахроматической – –0,52, 83 % наблюдателей нашли красную мишень видимой существенно лучше ахроматической; 8 % наблюдателей оценили ахроматическую мишень видимой немного лучше красной. Несмотря на то, что яркостный контраст красной мишени был очень низок, яркость его была велика и красный цвет был хорошо виден. Следовательно, красная мишень характеризовалась по большей части лучшей видимостью по сравнению с ахроматической. Для зеленой мишени были получены аналогичные результаты. Если яркостный контраст зеленой мишени был близок к 0 и она была видима лишь благодаря цветовому контрасту, то зелёная мишень оценивалась как видимая существенно или немного лучше ахроматической, хотя яркостный контраст ахроматической мишени составлял – 0,32 (табл. 2, a). Во всех случаях увеличение расстояния наблюдения снижало влияние цвета мишеней на её относительную видимость. Как и ожидалось, влияние цвета мишени на её видимость снизилось со снижением светового потока ОУ с МГЛ до 40 % (табл. 2, б). При этом Тц возросла и цвет излучения превратился из натурального белого в зеленоватый, что снижает видимость зеленой мишени. Тем не менее, красная и зелёная мишени в основном видимы лучше, несмотря на больший яркостный контраст последних. В табл. 3 сведены результаты оценки относительной видимости зелёной и красной мишеней при освещении ОУ с НЛВД (при световом потоке в 100 %). При таком освещении зелёный цвет был едва заметен. Если зелёная и ахроматическая мишени имели близкие яркостные контрасты, то 75 % наблюдателей не могли определить, какая из них лучше видна. 17 % наблюдателей ответили, что ахроматическая мишень видна немного лучше зелёной, что объяснимо несколько большим яркостным контрастом первой. Только один наблюдатель из двенадцати нашёл зелёную мишень видимой несколько лучше ахроматической. Расстояние наблюдения на результаты не влияло. При изменении яркостного контраста ахроматической мишени с –0,65 на –0,73 58 % наблюдателей оценили её как видимую немного лучше зелёной. Увеличение расстояния наблюдения до 83 м понизило это значение до 50 %. 47 Повышение яркости мишеней и понижение их яркостного контраста не усиливало влияния зелёного цвета мишени на её относительную видимость. 50 % наблюдателей ответили, что ахроматическая мишень (с яркостным контрастом –0,42) видна немного лучше зеленой (с яркостным контрастом –0,21). 42 % наблюдателей не смогли ответить, какая из этих мишеней лучше видна; а 8 % из них сочли ахроматическую мишень видимой существенно лучше зеленой. Указанные результаты говорят о том, что при освещении НЛВД зелёные мишени в основном выглядят как ахроматические и что при таком освещении зелёный цвет мишени не оказывает большого влияния на её видимость. Вследствие спектральных особенностей излучения и низкого Ra НЛВД голубая мишень при освещении этими лампами выглядела ахроматической. При одинаковых яркостных контрастах, в итоге, видимость голубой мишени равнялась видимости ахроматической. Результаты по красной мишени показывают, что при освещении НЛВД красный цвет (в отличие от зелёного и голубого) на относительную видимость мишени влияет. Когда хроматическая и красная мишени имели почти одинаковый яркостный контраст, то 83 % наблюдателей оценили красную мишень видимой немного, а 17 % – существенно лучше, ахроматической. При расстоянии наблюдения 83 м влияние красного цвета на видимость мишени несколько ниже. Когда яркостный контраст ахроматической мишени был снижен с –0,64 до –0,69, наблюдатели столкнулись с трудностью определения, какая из мишеней лучше видна, и разброс оценок оказался значителен. Результаты, соответствующие ОУ с НЛВД, показывают, что при освещении НЛВД красный цвет несколько теряет в эффективности обеспечения видимости мишеней. При снижении светового потока ОУ с НЛВД до 15 % от максимума (в 100 %) влияние цвета мишеней на их видимость становилось незначительным и все цветные мишени в основном казались ахроматическими, имеющими некоторый яркостный контраст (с фоном). По окончании экспериментов по видимости мишеней наблюдателей спрашивали, какую установку дорож48 ного освещения они бы предпочли (при световом потоке в 100 %). 67 % наблюдателей предпочли ОУ с МГЛ. Основная причина этого заключалась в Тц, которая в этом случае оценивалась как более естественная и приятная. 17 % наблюдателей предпочли ОУ с НЛВД из-за привычности и большей «теплоты» их света. Еще 17 % наблюдателей не смогли определиться со своими предпочтениями. Результаты экспериментов по видимости мишеней свидетельствуют, что, если дорога освещается ИС с достаточно хорошей цветопередачей, основное влияние на эту видимость оказывают цвета мишеней. Причём при освещении МГЛ видимость определяется не только яркостным контрастом, а скорее его сочетанием с цветовым контрастом. И можно полагать, по-видимому, что это сочетание способствует видимости мишеней дороге. При освещении МГЛ и расстоянии наблюдения 50 м все цветные мишени были существенно или немного лучше видны, чем ахроматические, несмотря на то, что яркостные контрасты сравниваемых мишеней были примерно одинаковы. Снижение светового потока и увеличение расстояния наблюдения уменьшали влияние цвета мишеней на её видимость. Если ахроматические мишени имели больший яркостный контраст по сравнению с цветными, последние всё же оценивались как видимые лучше первых. При освещении НЛВД лишь красный цвет мишени влиял на её видимость. Вообще, цвета лучше различимы фовеальным зрением и хуже периферическим (на периферии сетчатки глаза колбочек меньше). Однако различение цветов очень маленьких объектов (в 1/3º и менее) фовеальным зрением не слишком совершенно, так как в середине фовеа мало колбочек, чувствительных к коротковолновому свету [11]. С увеличением расстояния наблюдения угловые размеры мишени, воспринимаемой фовеа, уменьшаются, и это одно из объяснений того, почему увеличение расстояния наблюдения снижало влияния цвета (особенно голубого) мишени на её видимость. Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что красный цвет оказывает особенно большое влияние на видимость мишени. Одно из объяснений этого может состоять в том, что красный цвет обычно воспринимается как сильный стимул и что он используется в дорожных знаках и светофорах как запрещающий свет. Зеленый цвет меньше всего влияет на относительную видимость мишени, что отчасти объяснимо тем, что в светофорах зеленый цвет – разрешительный. Как и ожидалось, цвет мишеней влиял на их видимость при освещении МГЛ больше, чем при освещении НЛВД. 4. Влияние типа заполнителя на отражательные характеристики дорожных покрытий 4.1. Измерения Для исследования влияния светлоты и цвета заполнителя на спектральные отражательные характеристики дорожных покрытий нами проведены светотехнические измерения восьми различных дорожных покрытий. Были также измерены относительные яркости образцов дорожных покрытий, причём измерения проводились с двумя разными ИС в четырёх режимах освещения, создаваемых использованием НЛВД или МГЛ и двумя уровнями светового потока ламп. Для испытаний образцов дорожных покрытий на износостойкость использовался метод Пралла, соответствующий евростандарту EN12697– 16 [12]. Измерялись образцы покрытий из щебёночно-мастичной смеси (ЩМС – SMA). Дорожные покрытия из ЩМС имеют высокое содержание грубодисперсного заполнителя, который формирует каменный остов, препятствующий появлению остаточной деформации. Остов заполняют мастикой из битума и наполнителя, в которую для получения требуемой стабильности битума и предотвращения отвода связующего вещества при транспортировании и укладке добавляют волокна. Типичная ЩМС содержит 70−80 % грубодисперсного заполнителя, 8−12 % наполнителя, 6,0−7,0 % связующего вещества и 0,3 % волокон [13]. Основное назначение ЩМС – получение деформационно стойкого и долговечного покровного материала, пригодного для улиц жилых районов и автострад. Измерялись по два образца (диаметром 100 мм) каждого покрытия. Покрытия (рис. 7) отличались светлотой, цветом и размером заполнителя. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Измерения проводились на спектрорадиометре CS-2000 при расположении образца относительно визирной линии под углом (α) 30° (угол наблюдения), и зона измерения занимала большую часть поверхности образца [14]. Измерения проводились при значениях угла β 90, 55, 35, 25, 20, 13º (угол между вертикальной плоскостью падения и вертикальной плоскостью наблюдения) и угла γ 50, 46, 40, 35, 30, 25, 20, 13º (угол падения относительно вертикали) [15, 16]. При измерениях включался только один светильник. В качестве эталона использовалась белая поверхность слоя BaSO4 (коэффициент отражения 0,97) с однородным спектральным отражением. Погрешность измерений спектрорадиометра CS-2000 составляет ±2 % [17]. Рис. 7. Измерительные образцы пяти разных дорожных покрытий: a – SMA 16 White (с белым заполнителем); б – SMA 16 (с немного красноватым заполнителем); в – SMA 8 Grey (тихий асфальт с сероватым заполнителем); г – SMA 8 Hiltti (тихий асфальт); д – SMA 6 Рис. 8. Относительные спектральные коэффициенты отражения восьми дорожных покрытий, измеренные при освещении их МГЛ со спектром излучения по рис. 1, а. Эталон – белая поверхность слоя BaSO4 (коэффициент отражения 0,97). Значения углов β и γ равнялись 90 и 25ºсоответственно 4.2. Результаты На рис. 8 показаны измеренные спектральные коэффициенты отражения восьми указанных дорожных покрытий. Относительные коэффициенты отражения большинства измеренных покрытий росли с ростом длины волны. Результаты показывают, что ИС с большим энергетическим КПД в длинноволновой части видимого спектра (например, НЛВД) более эффективны, чем ИС большим энергетическим КПД в коротковолновой части этого спектра. Согласно рис. 8, покрытие SMA 16 White (с белым заполнителем) имеет наибольший относительный спектральный коэффициент отражения. Образец покрытия SMA 16 White лучше отражает в длинноволновой области отчасти потому, что его мелкодисперсный заполнитель несколько красноват. Сравнивая этот образец с образцом покрытия SMA 16, имевшего ту же дисперсность заполнителя, видим, что у SMA 16 White значительно больший спектральный коэффициент отражения из-за разницы в светлоте заполнителя. SMA 16 являет обычный (по светлоте и цвету) тип тихого заполнителя, используемый в дорожных покрытиях в Финляндии. Таким образом, результаты показывают, что применение белого заполнителя вместо обычно используемых позволяет получать значительно большие яркости дорожной поверхности при тех же энергозатратах на дорожное освещение. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Образец покрытия SMA 18 со светлым заполнителем оказался вторым по уровню спектрального отражения. Он тоже лучше отражает в длинноволновой части видимого спектра, чем в коротковолновой. Относительный коэффициент отражения шумопонижающего тихого асфальта SMA 8 Hilja был аналогичен тому же для образца SMA 16. Однако форма кривой относительного спектрального коэффициента образца SMA 8 Hilja отличалась от формы соответствующей кривой образца SMA 16 из-за разных цветов заполнителей. Покрытия SMA 6, SMA 11 и тихий асфальт SMA 8 Hiltti имели весьма близкие спектральные отражения. Шумопонижающий тихий асфальт SMA 8 Grey показал очень слабое относительное спектральное отражение. Кроме того, благодаря серому заполнителю покрытие SMA 8 Grey имело почти постоянный спектральный коэффициент отражения во всём видимом диапазоне длин волн. Как следует из рис. 9, одно и то же дорожное покрытие может иметь разные уровни яркости при освещении ИС с разными спектрами излучения. Как и ожидалось, у большинства из- меренных покрытий относительная яркость была выше при освещении НЛВД, чем МГЛ. При снижении светового потока МГЛ до 40 % относительные яркости дорожных покрытий снизились, а при снижении светового потока НЛВД до 15 % относительные яркости возросли. Это обусловлено различиями спектров излучения (рис. 1) и спектральных отражательных способностей этих покрытий. Значительного разброса форм кривых относительного спектрального коэффициента отражения между образцами одного и того же типа покрытий обнаружено не было. Однако имелся некоторый небольшой разброс коэффициентов отражения этих образцов. При расчётах относительной яркости каждого типа покрытий использовались измеренные значения яркости одного образца покрытия (из двух). При освещении НЛВД образцы покрытия SMA 16 White имели на 3 % большую относительную яркость, чем при освещении МГЛ. При вышеуказанных снижениях светового потока МГЛ и НЛВД относительные яркости образцов при освещении НЛВД были на 6 % выше. Как показано на 49 Рис. 9. Относительная яркость восьми образцов разных дорожных покрытий. Эталон – белая поверхность слоя BaSO4 (коэффициент отражения 0,97). Измерения проведены в четырёх режимах освещения: с помощью МГЛ со световым потоком в 100 и 40 % и с помощью НЛВД со световым потоком в 100 и 15 %. Значения углов β и γ равнялись 90 и 25 ºсоответственно Рис. 10. Относительные спектральные коэффициенты отражения образца покрытия SMA 18, измеренные при разных значениях углов β и γ, град. Эталон – белая поверхность слоя BaSO4 (коэффициент отражения 0,97). рис. 9, покрытие SMA 16 White имело существенно большую относительную яркость, чем другие покры50 тия. Относительная яркость покрытия SMA 16 White была выше относительной яркости покрытия SMA 16 на 68 % при освещении МГЛ и на 61 % выше при освещении НЛВД. Покрытие SMA 16 White имело втрое большую относительную яркость, чем покрытие SMA 8 Grey (рис. 7, а и 7, в). Это означает, что при одной и той же яркости дорожной поверхности использование дорожного покрытия SMA 8 Grey требует втрое большего уровня освещения, чем использование покрытия SMA 16 White. Образцы покрытия SMA 16 при освещении НЛВД имели на 8 % большую относительную яркость при освещении НЛВД, чем при освещении МГЛ. При вышеуказанных снижениях светового потока ламп относительная яркость при освещении НЛВД (световой поток 15 %) была на 16 % выше, чем при освещении МГЛ (40 % световой поток). Для обоих образцов покрытия SMA 18 соответствующие показатели составили 6 и 14 %. Относительные яркости обоих образцов покрытия SMA 8 Hilja при этом менялись сильнее других, и, при освещении НЛВД возросли по сравнению с освещением МГЛ на 11 и 18 %. Относительная яркость покрытия SMA 8 Grey существенно не зависела от условий освещения. Измерения образцов покрытий проводились при разных значениях углов β и γ. На рис. 10 приведён пример зависимости относительного спектрального коэффициента отражения образца покрытия SMA 18 от углов β и γ. Как видно из рис. 10, никаких существенных различий форм кривых относительного спектрального коэффициента отражения при разных углах β и γ не было. Однако коэффициенты отражения и полный коэффициент отражения образцов покрытий существенно зависели от β и γ. Это означает, что спектральные отражательные характеристики относительно неизменны, но полный коэффициент отражения покрытий зависит от положения ИС относительно рассматриваемой точки дорожной поверхности. Указанные измерения дорожных покрытий показывают, что светлота заполнителя и дорожного покрытия – очень важные факторы в проектировании систем дорожного освещения. Цвет заполнителя, по-видимому, тоже заметно влияет на характеристики дорожного освещения. Можно утверждать, что дорожное покрытие – важный фактор в оптимизации и повышении энергоэффективности дорожного «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 освещения. Таким образом, для оптимизации рабочих характеристик дорожного освещения необходимо всестороннее сотрудничество между дорожными административными органами и специалистами по дорожному освещению. Рис. 11. Полные спектральные коэффициенты пропускания четырёх типов лобовых автостёкол [8]: зелёные тонированные Windshield A, Windshield B и Windshield C и отражающее ИК излучение IRR Windshield 5. Спектральное пропускание лобового стекла автомобилей Важный фактор, обычно не учитываемый в проектировании и эксплуатации дорожного освещения, – спектральное пропускание лобового стекла автомобилей. При вождении большая часть зрительной информации поступает через лобовое стекло. Поэтому его спектральное пропускание влияет на условия видимости для водителя. На рис. 11 показаны кривые спектрального коэффициента пропускания четырёх типов лобовых стекол, используемых в Европе. При этом Windshield A, Windshield B и Windshield C – зелёные тонированные лобовые стекла, а IRR Windshield – лобовое стекло с металлическим покрытием, отражающее ИК излучение [8]. Согласно рис. 11, пропускание всех четырёх типов лобовых стёкол максимально в зелёном и жёлтом диапазонах видимого спектра. Пропускание зелёных тонированных стекол значительно снижается в более длинноволновом диапазоне этого спектра, а стекла IRR Windshield – не столь значительно. Можно утверждать, что данное обстоятельство оказывает большое влияние на видимость для водителя в разных условиях дорожного освещения. На практике и такие факторы, как чистота лобового стекла и его наклон к водителю, тоже влияют на его пропускание. На рис. 12 представлены эффективные полные спектральные коэффициенты пропускания лобовых автостёкол для дневного и ночного зрения. Результаты показывают, что условиях дневного зрения стёкла Windshield B, Windshield C и IRR Windshield имеют весьма близкие характеристики пропускания, несмотря на различия в спектральном пропускании согласно рис. 11. Стекло Windshield A имеет несколько большее пропускание в зелёно- жёлтом диапазоне по сравнению с тремя другими. В условиях ночного зрения видны некоторые различия лобовых стёкол разных типов по про«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 пусканию в зелёно-голубом диапазоне длин волн. Кривые эффективных полных спектральных коэффициентов полного спектрального коэффициента пропускания для дневного зрения слегка сдвинуты влево относительно кривой V (λ) (рис. 12), а – для ночного зрения слегка сдвинуты вправо относительно кривой V΄ (λ). В соответствии с этими результатами можно утверждать, что спектральные коэффициенты пропускания данных лобовых стёкол вполне оптимальны для условий сумеречного зрения, промежуточного между дневным и ночным зрением [19]. Влияние пропускания лобовых стёкол не учитывалось в наших экспериментах по видимости мишеней из-за ограниченных размеров входа в подземный тоннель. Это обстоятельство можно считать основным недостатком данного исследования. Спектральное пропускание лобовых стёкол влияет на видимость цветных мишеней, на условия видимости для водителя при разных типах ИС и характеристиках дорожной поверхности, и, наконец, на зрительную работоспособность в условиях сумеречного зрения. Таким образом, при оценке условий зрения водителей должно также учитываться влияние лобовых стекол и возможных изменений их спектрального пропускания. 6. Обсуждение результатов Эксперименты по видимости мишеней показывают, что цвета мишеней значительно влияют на их видимость при дорожном освещении ИС с хорошей цветопередачей. Однако очень трудно определимо, как это влияние связано с безопасностью во- ждения в разных условиях дорожного движения. Неизвестно, может ли применение ИС с хорошей цветопередачей действительно снижать частоту дорожно-транспортных происшествий вследствие улучшения видимости цветных объектов. Для определения полного влияния цветов и цветовых контрастов на видимость мишеней в условиях дорожного освещения потребуются целый ряд расширенных полевых измерений и дорожная статистика. Очевидно, однако, при дальнейшим развитии дорожного освещения уже невозможно считать, что все объекты на дороге ахроматическими и видимыми водителю лишь благодаря соответствующему яркостному контрасту. Одна из важных проблем подобных экспериментов по видимости мишеней состоит в том, что точно не известно, какие объекты могут появляться на дороге и какие из них критичны для безопасности вождения. При вождении яркостные и цветовые контрасты объектов постоянно меняются, и не следует ожидать, что объекты меняться не будут. Кроме того, объекты могут быть неоднородны по цветовому и яркостному контрастам (относительно фона). Условия дорожного освещения, использованные в наших экспериментах по видимости мишеней, частично отличались от реалий. Геометрические параметры обеих установок дорожного освещения ограничивались размерами подземного тоннеля, и поэтому высота опор и расстояние между ними были меньше обычно используемых в расчётах дорожного освещения. Однако средние яркости дорожной поверхности и равномерности распределения на ней яркости под51 в условиях транспортного движения. Кроме того, для исследования фактического влияния шипованых шин на отражательные характеристики дорожных покрытий эти измерения следует проводить в разное время года. При этом следует учитывать влияние характеристик пропускания лобового автостекла на видимость при вождении. Рис. 12. Функции относительной световой эффективности для дневного (V (λ)) и ночного (V΄ (λ)) зрения и произведения спектральных коэффициентов пропускания четырёх типов лобовых автостёкол на V (λ) и V΄ (λ) бирались в соответствии с обычными условиями дорожного освещения (МГЛ: средняя яркость 1,35 кд/м2, коэффициент общей равномерности распределения яркости 0,40, коэффициент равномерности продольного распределения яркости 0,61; НЛВД: средняя яркость 1,71 кд/м2, коэффициент общей равномерности распределения яркости 0,38, коэффициент равномерности продольного распределения яркости 0,59) [3]. Дорожное покрытие тоннеля состояло из крупного песка, отличавшегося от обычных дорожных покрытий цветом и отражательными характеристиками (рис. 5). Расчёты «видимости малых мишеней» по американскому стандарту [4] основываются на видимости ахроматических квадратных мишеней площадью 18×18 cм2 с коэффициентом отражения 0,5. Имеющиеся рекомендации по дорожному освещению [1] тоже основываются на плоских ахроматических мишенях такого рода с разными коэффициентами отражения. Но экспериментальные результаты настоящей работы показывают, что видимости цветной мишени на дороге и аналогичной ахроматической мишени с одинаковыми яркостными контрастами не обязательно одинаковы. Возникает вопрос: можно ли считать, что цвет влияет только положительно на видимость мишени и что цветные мишени всегда видны лучше ахроматических при одинаковых яркостных контрастах? Если это верно, то можно заключить, что, если условия дорожного освещения позволяют водителю видеть ахроматический объект, он сможет увидеть и цветной объект. В Финляндии использование белого заполнителя в дорожных покрыти52 7. Заключение ях довольно дорого и может утраивать затраты на заполнитель. В основном это связано с тем, что белый заполнитель приходится импортировать, например из Норвегии. Полагая, что затраты на заполнитель составляют около 15 % от суммы затрат на покрытие и мощение, полные затраты на белое дорожное покрытие приблизительно возрастут на 30 % по сравнению с обычными покрытиями. Но, вместе с тем, использование белых дорожных покрытий вместо обычных может сокращать затраты на дорожное освещение более чем наполовину. И добавим, что данная экономия может быть получена за полный срок эксплуатации покрытия. Всё же, несмотря на большие возможности светлых дорожных покрытий по энергосбережению, использование покрытий с белым заполнителем в Финляндии сталкивается с двумя следующими основными проблемами. И во-первых, белые заполнители необходимого качества в Финляндии очень редки. Во-вторых, использование шипованых шин зимой предъявляет высочайшие требования к износостойкости дорожных покрытий, которым удовлетворяют не все белые заполнители. Одно из возможных продолжений наших измерений состоит в исследовании отражательных характеристик влажных дорожных покрытий. Кроме того, наши измерения проводились на совершенно чистых образцах покрытий, тогда как на отражательные характеристики дорожных покрытий влияют и такие факторы как грязь, гравий и резина шин. Поэтому светотехнические измерения покрытий следует проводить на реальных дорогах Результаты экспериментов по видимости мишеней показывают, что цвета оказывают большое влияние на эту при дорожном освещении лампами с достаточно хорошей цветопередачей. Итак, при проектировании систем дорожного освещения нельзя всегда считать, что при вождении объекты на дороге видны благодаря лишь их достаточному яркостному контрасту, но следует учитывать и цветовой контраст объектов (с фоном). Цвета имеют, безусловно, большее влияние на видимость мишеней при освещении МГЛ, чем при освещении НЛВД. Снижение светового потока ламп и увеличение расстояния наблюдения уменьшают влияние цвета объектов на их относительную видимость. Результаты светотехнических измерений дорожных покрытий показывают, что цвет заполнителя и особенно степень его светлоты значительно влияют на отражательные характеристики покрытий. Образец ЩМС с белым заполнителем показал значительно больший уровень отражения, чем образцы других покрытий. Поэтому можно утверждать, что степень светлоты заполнителя и покрытия – очень важные факторы в проектировании дорожного освещения. Относительные коэффициенты отражения большинства измеренных дорожных покрытий оказались выше в длинноволновой части видимого спектра. При снижении светового потока МГЛ относительные яркости покрытий падали, а при снижении светового потока НЛВД – возрастали. Результаты измерений свидетельствуют, что из-за большего, чем у МГЛ, энергетического КПД НЛВД в длинноволновой части видимого спектра, они эффективнее МГЛ в плане светоотражения дорожных покрытий. Сумма результатов настоящей работы указывает на очень сложное «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 взаимодействие между видимостью цветных объектов, отражательными характеристиками дорожной поверхности, спектральным коэффициентом пропускания лобового автостекла автомобиля и зрительной работоспособностью в условиях сумеречного зрения. Все эти факторы по-своему влияют на рабочие характеристики дорожного освещения. В основном же можно заключить, что для обнаружения объектов на дороге МГЛ более пригодны, чем НЛВД. Это же справедливо и для освещения в условиях сумеречного зрения. Однако стоит отметить, что сумеречное зрение сильно зависимо от эксцентричности фиксации зрения (фовеальное или периферическое зрение) и преобладающих уровней освещения. С другой стороны, из-за лучшего отражения покрытиями длинноволнового видимого излучения НЛВД обычно более эффективны, чем МГЛ. Спектральные характеристики и степень светлоты дорожного покрытия тоже влияют на видимость цветных объектов и сумеречное зрение. Цвет и степень светлоты покрытия влияют на яркостный и цветной контрасты объектов и, тем самым, влияют на их видимость. В то же время отражательные характеристики дорожного покрытия или окружающей среды определяет спектр отражаемого ими света, и потому влияют на соответствующие расчёты для сумеречного зрения и на зрительную работоспособность при уровнях освещения для сумеречного зрения. Характеристики пропускания лобового стекла автомобилей и вносимые им спектральные изменения освещаемых сцен тоже влияют на зрительную работоспособность. С другой стороны, «сумеречные» уровни освещения влияют на видимость цветных мишеней только при нефовеальном зрении. Наконец, все эти факторы существенно зависят от преобладающих погодных условий. Поэтому для определения полного влияния цветового контраста и типа заполнителя дорожных покрытий на рабочие характеристики дорожного освещения необходимо провести множество расширенных полевых измерений и экспериментов. Настоящая работа – часть исследовательского проекта «ValOT», проводимого светотехническим подразделением (юнитом) Технологического университета Хельсинки. Проект под«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 держивается Финским фондом технологий и инноваций и финской светотехнической промышленностью. Авторы благодарят также Аспирантуру по электротехнике, Технологический фонд Финляндии, Финский культурный фонд, Фонд Улла Туоминена, Фонд корпорации Fortum и Фонд Генри Форда за поддержку настоящего исследования. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Public lighting / de Boer, J.B. (ed.). – Eindhoven: Philips Technical Library, 1967. 2. Van Bommel, W.J.M., de Boer, J.B. Road Lighting. – Eindhoven: Philips Technical Library, 1980. 3. European standard EN 13201–2, 2003 Road lighting – Part 2: Performance requirements // Publication 269–2003. Ref. No. EN 13201–2:2003 E, 16 p. 4. Roadway Lighting, RP-8–00, American National Standard Practise for Roadway Lighting. – New York, United States of America: Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), 2005. 5. Calculation and measurement of luminance and illuminance in road lighting // Technical report, Pub. CIE № 30–2 (TC – 4–6). – Paris, France: Commission International de l’Éclairage (CIE), 1982. 6. Eloholma, M. Development of visual performance based mesopic photometry // Doctoral Thesis. – Espoo, Finland: Helsinki University of Technology, Lighting Laboratory, 2005. 7. Güler, Ö., Onaygil, S. The effect of luminance uniformity on visibility level in road lighting // Lighting Res. Technol. – 2003. – Vol. 35, № 3. – Р. 199–215. 8. Narisada, K., Karasawa, Y. New method of road lighting design based on revealing power // Proc. 26 th Session of the CIE, July 4–11, 2007, 1 C-P7, Presented paper, D: 10–13. – Beijing, China, 2007. 9. Hansen, E., Larsen, J. Reflection factors for pedestrian’s clothing // Lighting Res. Technol. – 1979. – Vol. 11, № 3. – Р. 154–157. 10. Smith, F. Reflection factors and revealing power // Trans. Illum. Eng. Soc. (London). – 1938. – Vol. 3. – P. 196–206. 11. Lighting Handbook. Reference & Application, Eighth Edition. – New York, United States of America: Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), 1993. 12. European standard EN 12697–16 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Abrasion by studded tyres, Standard. No EN 12697–16:2004. 13. Troutbeck, R., Kennedy, C. Review of the use of Stone Mastic Asphalt (SMA) surfacings by the Queensland Department of Main Roads // Report. – Australia, 2005. 14. Gibbons, R.B., Adrian, W.K. Influence of Observation Angle on Road Surface Re- flection Characteristics // Journal of the Illuminating Engineering Society. – 1997. – Vol. 26, № 2. – Р. 139–149. 15. Road surfaces and lighting // Technical report CIE/PIARC, CIE Pub. № 66. – Paris, France: Commission International de l’Éclairage (CIE), 1984. 16. Crabb, G.I., Beaumont, R.J., Steele, D.P., Darley, P., Burtwell, M.H. Visual performance under CMH and HPS lighting systems // NumeLiTe project final report, PPR043. – United Kingdom: TRL Limited, 2005. 17. Spectroradiometer CS-2000 // Catalogue: Konica Minolta, 2008 http://www.konicaminolta.com/. 18. Bolton, C. Windshield spectral transmittance, Pilkington Automotive // E-mail correspondence [received 02.06.2008]. 19. Viikari M., Ekrias A., Eloholma M., Halonen L. Modelling spectral sensitivity at low light levels based on mesopic visual performance // Clinical Ophthalmology. – 2008. – Vol. 2, № 1. – Р. 173–185. Лииза Халонен (Liisa Halonen), доктор наук (1993 г.). Руководитель Лаборатории освещения Технологического университета Хельсинки. Отвечает за учебную и научную деятельность Лаборатории Алексантери Экриас (Aleksanteri Ekrias), магистр (2005 г.). Докторант Лаборатории освещения Технологического университета Хельсинки. Область интересов – дорожное освещение и программы для светотехнических расчётов Марьюкка Элохолма (Marjukka Eloholma), доктор наук (2005 г.). Руководитель группы дорожнотранспортного освещения и зрения в Лаборатории освещения Технологического университета Хельсинки. Область интересов – дорожное освещение и видимость при слабом освещении 53 Аспекты естественного освещения интерьерных растений М. НАВВАБ 1 Мичиганский университет, Энн-Арбор, Мичиган, США Аннотация Рассматриваются вопросы проектирования естественного освещения комнатных растений. Растения, как освещение и мебель, – объекты современного дизайна интерьеров. Проектирование большинство зданий, особенно, с естественным освещением, предусматривает наличие постоянных зон для интерьерных растений. Необходимо уже в начале проектирования согласовывать между собой виды этих растений и условия их содержания. В статье говорится о влиянии характеристик искусственного и естественного освещения на растения, в том числе динамики уровня и спектрального состава естественного освещения. Рассматриваются основные особенности освещения и вопросы архитектурного проектирования в части остекления, которое влияет на жизнедеятельность интерьерных растений и могло бы должным образом 1 1 По материалам доклада на 4-й Балканской светотехнической конференции Balkan Light, 7–9 октября 2008 г., Любляна. E-mail: moji@umich.edu Перевод с англ. Е.Т. Алиева. учитываться в проектировании освещения последних. Ключевые слова: естественное освещение, растения, остекление, декалюкс (длк)2. 1. Введение Растения, как и освещение и мебель, – объекты современного дизайна интерьеров. Проектирование большинство зданий, особенно, с естественным освещением, предусматривает наличие постоянных зон для растений. Необходимо уже в начале проектирования согласовывать между собой виды этих растений и условия их содержания. От 20 до 40 % интерьерных растений каждый год гибнет в связи с такими факторами как почва, вода, дренаж, рабочиесажальщики, системы освещения и имеющееся естественное освещение с его динамикой. 2. Освещение растений Уровень энергетической освещённости на земле от солнца зависит от воздушной массы атмосферы. Считая 2 1 декалюкс = 10 лк, что приблизительно равно 1 фут-свече. Рис. 1. Зависимость спектральной плотности энергетической освещённости от солнца на поверхности земли Ee (λ) от воздушной массы m 54 естественный свет источником естественного света для растений в интерьере, проектировщик освещения должен обеспечить требуемые характеристики этих источников света (ИС) – оконных проёмов и фонарей верхнего света – и их совмещение с системой электрического освещения. Поскольку вход фонарей верхнего света полностью обращён к небу, важно иметь полностью автоматизированные или управляемых вручную устройства затенения. Естественный свет в основном поступает от фонарей верхнего света, сверху, или из окон. Растения в основном располагаются вертикально, и потому вертикальная освещённость должна быть не меньше горизонтальной, причём источники естественного света освещают их сверху и сбоку. Это создаёт разные условия освещения – желательные или нежелательные, в зависимости от целей проектировщиков освещения. За последние 10 лет индустрия внутреннего озеленения выросла на порядок. В настоящее время не строится ни одного здания без проекта интерьерного озеленения. В освещении интерьерных растений должны учитываться следующие факторы: доступность прямого солнечного и естественного света; его пространственное распределение; конструкция остекления; ИС; температурная среда и виды растений. 2.1. О прямом солнечном и естественном свете Поток солнечного излучения, падающего на землю, уменьшается в зави- Рис 2. Пример значений горизонтальной освещённости на земле (Еv) от открытого солнца (1), неба (2) и общей (3) в зависимости от высоты солнца «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 3. Типичное остекление для атриумов (а), составляющие естественной освещённости (б) и направления падения света на дерево в интерьере (в) симости от состояния атмосферы, её воздушной массы m3. 96 % солнечной постоянной, равной 1367 Вт/м2, приходится на интервал длин волн 270– 2600 нм, а 49,6 % – на интервал 400– 760 нм. На рис. 1 приведены стандартные спектры солнечного излучения (НАСА / Американское общество по испытанию материалов) при m=0 (за земной атмосферой), 1 и 2, приведённые к поверхности земли. Видно, что половина солнечного излучения приходится на спектральный интервал, используемый для зрения, человека и для растений. Хотя современные изменения климата и стратосферы (из-за глобального потепления) могут вызвать, вероятно, лишь небольшое увеличение общей солнечной энергии, приходящей на землю, непропорциональное увеличение доли излучения в интервале длин волн короче 340 нм повысило бы опасность УФ излучения солнца. Это было бы очень опасно для животных, растений и человека. На рис. 2 приведён пример зависимостей от высоты солнца горизонтальных освещённостей на земле от открытого солнца, неба и от них обоих (согласно [1–6]). 2.2. Пространственное распределение света Использование фонарей верхнего света с окрашенными или фриттованными системами остекления в сочета3 Воздушная масса – это отношение оптической толщины слоя воздуха в данном направлении (здесь – в направлении на солнце) и в направлении на зенит. – Прим. ред. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 нии с автоматической системой затенения и освещения позволяет управлять распределением, интенсивностью и длительностью естественного освещения, но не может предотвратить воздействия на растения УФ и ИК излучений. При падении света сверху вниз он поглощается кроной, мало доходя до нижних листьев, что приводит к их опадению. При падении света сбоку (горизонтально) растения тянутся к его источнику. Форма дерева зависит от пространственного распределения естественного света. При этом необходимо обычно каждый второй-третий день поворачивать горшочные растения на 90о для поддержания их естественной формы. Для создания нужного распределения света в случае высоких растений необходимо грамотно спроектированное дополнительное освещение интерьера. Уровень естественного освещения снижают тонированное остекление, занавеси, архитектурные выступающие элементы здания и деревья за окном (особенно вечнозелёные). Если при проектировании с использованием световых проёмов естественное освещение неравномерно, необходимо использовать системы электрического освещения с их возможностями светораспределения. Следует тщательно выбирать варианты остекления и специальных покрытий. На рис. 3 схематично показано типичное сечение стеклянной части трёх наиболее часто используемых конструкций остекления атриумов, а также показывает элементы системы естественного освещения и то, как происходит освещение растений в интерьере [7–9]. 2.3. Остекления Допускаются три варианта остекления: 1) трёхслойный ламинированный стеклопакет, состоящий из внутреннего и наружного стёкол толщиной 1,9 мм и поливинилбутиральной прослойкой между ними толщиной 0,762 мм; 2) изделие компании DuPont «Sentry Glass», содержащее поливинилбутиральный слой толщиной 0,762 мм с защитной плёнкой и стекло тощиной 3 мм (1/8''); 3) двухслойный стеклопакет толщиной не более 12 мм с поливинилбутеральным слоем. На рис. 4 показано спектральное пропускание данных систем остекления. При этом пропускание УФ излучения необходимо для животных и некоторых цветов и является ключевым критерием в выборе системы остекления [8]. 2.4. Источники света Электрические системы освещения отвечают части или большинству требований по уровню освещения интерьерных растений. Уровень освещённости, по справочнику [10], должен составлять 250 –750 длк, в зависимости от видa растений. Однако эти требования не менялись при трёх переизданиях справочника. Для активации всех жизненных функций растения желателен широкий спектр излучения (по крайней мере, 400–800 нм). Наблюдения и измерения не обнаружили видимого преимущества использования специальных растениеводческих ИС в атриумах или внутренних пространствах в случае акклиматизированных растений, а их 55 Рис 4. Ламинированный стеклопакет (а), Ботанический сад Мичиганского университета (б) и спектральный коэффициент пропускания τ (λ) четырёх вариантов остекления (в) цветопередача оставляет желать лучшего. И вообще, некоторые выбираемые для данной цели ИС могут создавать проблемы с цветопередачей. Листья селективно поглощают излучение. ЛЛ имеют хорошую цветопередачу, а НЛНД, НЛВД и лампы ДРЛ плохую. Последние страдают голубизной, а первые (натриевые) – желтизной света. (Кстати, при прямом солнечном освещении листья могут казаться серыми или чёрными.) Вообще же, для освещения атриумов предпочтительнее РЛВД, как более эффективные в высоких помещениях, а их спектральные характеристики могут корректироваться с помощью светофильтров для театрального освещения, посредством которых может реализовываться нужный растениям темновой период. Таблица 1 Зоны морозоустойчивости растений и минимальные зимние температуры (МЗТ) Зона 1 56 МЗТ, оС 2.5. Температурная среда Идеальная температурная среда соответствует интервалу температур 16– 22 ºC при относительной влажности воздуха минимум 50 %. При температурах выше 29 ºC ускоряется размножение насекомых, снижается живучесть растений и растёт их заболеваемость. Температуры ниже 12 ºC могут вызывать переохлаждение и повреждать тропические растения. У разных растений разная морозоустойчивость: некоторые растения могут выживать при более низких минимальных зимних температурах (МЗТ), чем другие. По концепции средней МЗТ, здание Ботанического сада в Энн-Арбор находится в зоне 5. И если сказать «растение морозоустойчиво в Мичигане (зона 5)», то это означает, что оно может выживать при МЗТ от –29 до –23 ºC. На рис. 5 приведена карта характерных зон морозоустойчивости растений в Северной Америке (по концепции средней МЗТ), а в табл. 1 – их температурные границы [7, 11]. 2.6. Виды растений ≤ –46 2 от –46 до –40 3 от –40 до –34 4 от –34 до –29 5 от –29 до –23 6 от –23 до –18 7 от –18 до –12 8 от –12 до –7 9 от –7 до –1 10 от –1 до +4 Классификация растений в интерьерном озеленении: деревья: растут поодиночке в контейнерах, минимальный размер 1–2 м, максимальный размер 5–8 м. Примеры: фикус Бенджамина, лаурель Индия и японский локвей; напольные растения: высота 0,4– 1,5 м. Располагаются поодиночке или группами. Примеры: норфолкская сосна, леди-пальма и плеомеле «зелёная»; горшечные растения: разного вида растения, растущие в горшках, высотой до 0,2 м. Примеры: аспара- гус ферн, виноградный плющ, японская лаурель. 3. Реакция растений на свет Растения преобразуют энергию излучения в питательные вещества. И поэтому архитекторы и проектировщики интерьерного озеленения должны уделять особое внимание потребностям растений в освещении. Основное назначение систем освещения в растениеводстве – обеспечение фотосинтеза и фотопериодизма. Зелёные растения поглощают углекислый газ (УГ) из атмосферы, а воду и неорганические вещества из почвы, и под действием естественного или искусственного света синтезируют углеводы. Листва и световая энергия для растений – одновременно источники энергии и потери энергии. Питание обеспечивается фотосинтезом (синтезом углеводов). Потери обусловлены дыханием, расходующим энергию как в световой, так и темновой периоды. 3.1. Фотосинтез Фотосинтез ассоциируется с облучением растений в теплицах. Сезонные изменения освещения играют ограничительную роль, и недостаток освещения должен компенсироваться дополнительным освещением с учётом местоположения и архитектурного дизайна здания. Теплицы широко используются не только в исследованиях по растениеводству, но и реализуются в виде оранжерей в гостиницах, пансионатах, универмагах и торговых центрах. Системы освещения в этих оранжереях плохо управляемы в плане фотопериодизма, поскольку использование данных объ«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 6. Относительные спектральные зависимости S (λ): 1 – квантовой эффективности (RQE); 2 – концентрации фитохрома в состоянии поглощения красного излучения (Ar); 3 – концентрации фитохрома в состоянии поглощения дальнего красного излучения (Afr); 4 – теплового ослабления растения (PTR); 5 – V (λ); 6 – V΄ (λ) Рис 5. Карта зон морозоустойчивости растений в Северной Америке (по концепции средних минимальных зимних температур) ектов связано с регламентацией пребывание в них людей, что требует использования электрических ИС с разными спектрами излучения. Применение светорегуляторов и светофильтров обеспечивает получение требуемой спектральной полосы и временной режим освещения растений с чередованием светового и тёмного периодов, необходимым для цветения и имитации естественного цикла фотосинтеза, требуемого для интерьерных растений. Солнечное излучение влияет на все фазы роста растений. Фотосинтез – основная фаза. При нём как побочный продукт выделяется кислород. Некоторое количество кислорода при фотосинтезе используется для дыхания. Хотя дыхание продолжается и в темновой период, фотосинтез в нём прекращается. Зелёная пигментация или зелёное окрашивание растений хлорофиллом – основной показатель действия излучения по фотосинтезному связыванию углерода. Исследования показывают, что спектр действия для фотосинтеза имеет два максимума, в диапазонах длин волн 435–445 нм и 650–675 нм, и что если оставить растение на несколько дней в темноте, то хлорофилл распадётся и пожелтевшие листья укажут на деградацию растения. Высоким растениям надо втрое больше световой энергии, чем низкорослым, из-за разного количества хлорофилла [9,11]. Фотореакция растений инициируется действием фитохрома, который участвует в регулировании процесса роста растений. Молекула фитохрома – голубой растительный пигмент белковой природы, который действует как фермент, существующий в двух взаимопревращаемых формах. Одна форма известна как Pr или P660, «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 а вторая – Pfr или P735, что определяется различием максимумов их спектров поглощения (660 и 735 нм соответственно). При этом вторая форма не может сколько-нибудь долго поглощать красное излучение. Это обусловлено потребностями в возвращении фитохрома в форму Pr или P660, которое происходит в темновой период и протекает медленно. Скорость этого процесса зависит от температуры и влажности (рис. 6). В табл. 2 приведены требования к уровню освещения некоторых растений [10, 11]. Естественный свет для растений предпочтительнее электрического, и его можно было бы использовать для освещения интерьерных растений. Одно из основных преимуществ использования естественного света для освещения растений – высококачественность его спектрального состава и временных характеристик. Растения адаптируются к наиболее экстремальным условиям освещения, однако весьма заметную проблему создаёт разноспектральность ИС для освещения растений. Это вызывает искажения цветопередачи, что особенно очевидным при прямом освещении растений ИС с разной цветовой температурой. 3.2. Фотопериодизм и нужная энергия излучения Энергия излучения через ключевые фотореакции в растении преобразуется в химическую. Эти реакции определяют требования к уходу за растениями. Исследования показывают, что длительность темнового периода влияет на растение сильнее, чем светового. Красное излучение с максиму- мом на длине волны 660 нм – основной фактор, влияющий на реакции, связанные с фотопериодизмом. Свет разрушает гормон цветения флориген, который необходим для стимулирования цветения. Концентрация флоригена, необходимая для короткодневных растений, достигается при длительном темновом периоде. Соответствующий световой период для интерьерных растений длится 12–16 ч и предполагает их смешанное (естественное и электрическое) освещение. Предпочтительно каждые 24 ч иметь темновой период длительностью 8–12 ч, что обеспечивает нормальные «работу» хлорофилла. Согласно работам [6, 11–16], рекомендуется использовать следующие параметры среды и соображения по содержанию растений: длительность фотопериода (ДФП), фотосинтетически активная радиация (ФАР) и плотность фотосинтетически активных фотонов для фотосинтеза (ПФАФ). (Освещённость в 100 лк от ЛЛ холодно-белого света приблизительно соответствуют ПФАФ в 1,3 мкмоль/ (м2·с). При этом: • минимально требуемая ДФП равна 6 ч, но идеальнее – 8–12 ч; • для получения суточной дозы фотосинтетически активных фотонов в 15 моль при минимальной ДФП (6 ч) необходима ПФАФ минимум в 694 мкмоль/(м 2·с) (соответствует энергетической освещённости152 Вт/ м2); • для получения растениями с малым коэффициентом затенения суточной дозы фотосинтетически активных фотонов в 10 моль минимальная ПФАФ в течение 12 ч должна составлять 230 мкмоль/ (м2·с) (50 Вт/м2); • для получения растениями с высоким коэффициентом затенения суточной дозы фотосинтетически актив57 Рис. 7. Зависимость концентрации углекислого газа от времени суток [9] Таблица 2 Минимальные требования к уровню освещения некоторых растительных культур Растительная культура Освещённость, длк или футсвечи Bambusa Old Hamii 200–250 Cycas Circilalis 150–250 Cyalhea Species (Australian Tree Fern) 200–250 Caryota Species 110–250 Ficus Lyrala 100–250 Ficus Species 150–250 Howea Forestetiana 100–250 Licuala Species 150–250 Moms Alba "Pendula" 250+ Pandanus Tectorius 150–250 Pandanus Utilis 150–250 Philodendron Selloum 75–250 Philodendron Species 75–250 Phoenix Roebelinii (Pygmy Date Palm) 150–250 Podocarpus Macrophyllus 150–250 Plycosperma Macarthuri 150–250 Rhapis Species 100–250 Salix Babylonica 250+ Strelitzia Nicolai 150–250 Vetchia Merrilli 150–250 58 Рис. 8. Зависимость скорости фотосинтеза от уровня освещённости при объёмных концентрациях углекислого газа 0,14 (1); 0,1 (2); 0,06 (3) и 0,03 (4) % [9] ных фотонов в 15 моль минимальная ПФАФ в течение 12 ч должна составлять 350 мкмоль/ (м2. с) (77 Вт/м2). 3.3. Углекислый газ Экспериментальные исследования показывают, что обогащение атмосферы теплиц УГ способствует росту растений. Обычный наружный воздух содержит УГ в объёмной концентрации 0,025–0,030 %. В воздухе теплиц при фотосинтезе концентрация УГ ниже. Рост культуры замедляется при концентрация УГ ниже 0,02 %, а при концентрация УГ ниже 0,0125 % прекращается. На рис 7 показана концентрация УГ в теплице зимой при выключенной вентиляции. С повышением в теплице уровня естественного освещения концентрация УГ в воздухе снижается из-за фотосинтеза и затем вновь повышается с окончанием светового дня. В течение светового дня концентрация УГ в теплицах зимой намного ниже чем снаружи. Результаты этих же исследований показывают, что с увеличением концентрации УГ скорость фотосинтеза увеличивается. Для получения максимальных результатов и оптимального использования естественного и электрического света необходимо поддерживать объёмную концентрацию УГ в 0,10–0,14 %. На рис. 8 показан характер зависимости скорости фотосинтеза от уровня освещения растений (согласно работам [9–11]). 4. Уровень освещения Существуют три основных фактора, которые следует учитывать проектировщикам естественного освеще- ния с начала проектирования. Это – лучистая энергия и поток излучения (1); длительность фотоэкспозиции (2); спектральные характеристики естественного света (3). Уровни потока излучения и достаточность уровней энергетической освещённости во многом влияют на создание энергетического запаса в растении дополнительного к энергии, необходимой для дыхания. В противном случае на дыхание уходила бы вся энергия, полученная в результате фотосинтеза, и растения будут деградировать и гибнуть. Новейшие сканирующие системы измерения яркости позволяют получать детальное абсолютное распределение яркости по растению (рис. 9 и 10). При световом периоде в 14 ч большинство растений требует уровней искусственной освещённости 250–750 длк [10]. Использование естественного света и архитектурных элементов позволяет без ущерба не только снижать уровень освещения растений, но и его продолжительность. Под действием света отдельные части растения движутся. Это явление называется фототропизмом. Термин «положительный тропизм» означает, что растение изгибается к ИС, а «отрицательный тропизм» – от ИС. Следуя за солнцем, головки подсолнухов утром поворачиваются на восток а вечером – на запад. Фототропические реакции спектрально-зависимы. Некоторые исследователи показали, что наиболее эффективен спектральный диапазон 400–480 нм (рис. 6). Фототропический эффект не наблюдается в красной области спектра. Поэтому количественные характеристики ауксинов (натуральных ростовых «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 гормонов растений) определяются при красном свете. В зелёной области спектра фототропический эффект очень слаб. Фототропизм может проявляться и при очень низких освещённостях. Следует напомнить, что фотохимическое действие света на растения определяется их энергетической экспозицией. Фонари верхнего света весьма подходят растениям с точки зрения фотоморфогенеза, способствующего росту растений в сторону ИС, и расположение ИС сверху от растения способствует поддержанию его естественной формы. Вертикально направленный свет способствует гармоничности формы растений, но доминирование вертикального освещения не исключает возможности дополнительного электрического освещения для компенсации односторонности освещения. Другим приёмом может быть поворачивание растения для равномерности роста всех его сторон. 4.1. Акклиматизация растений Типичная освещённость в помещениях составляет 50–200 длк. Освещённость в 1 длк (10 лк, приблизительно 1 фут-свеча) эквивалентна (98–99)-процентному уровню затенения. При этом уровень затенения – термин, используемый производителями тканевых или пластиковых покрытий, особенно применяемых для регулирования солнечной экспозиции растений, и проектировщиками интерьерного озеленения для выражения степени ослабления солнечного света в процентах. Выпускаемые покрытия имеют разные уровни затенения, подходящие для акклиматизации разных растений. Затенение в 47 % означает, что покрытие пропускает 53 % потока солнечного излучения. Акклиматизация растения в месте его установки в интерьере не отличается от его акклиматизации в условиях сильного затенения. В обоих случаях опадает много листвы (подобно опадению листвы, например, фикуса Бенджамина и актинофиллы Брассайа). И это приводит к тому, что растение истощает свои пищевые запасы для восстановления потерянной листвы. Если растения продолжают оставаться при слабом освещении, то никогда не смогут восстановить свои истощённые пищевые запасы. Настоятельно рекомендуется не начинать аккли«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис 9. Внешний вид интерьерного тропического растения Рис. 10. Яркостное изображение растения по рис. 9 при естественном освещении матизацию растений в месте их установки до тех пор пока не обеспечено их дополнительное освещение в адаптационный период. 2) средний (150–250 длк или футкандел): аспарагус ферн, драцена зелёная, фикус каучуконосный; 3) высокий (250–350 длк или футкандел): норфолкская сосна, зонтичная пальма, подокарпус. 4.2. Требуемая освещённость Важнейший фактор в интерьерном озеленении – уровень освещения растений. При этом, например, достаточное количество света должно доходить не только до деревьев, но и до почвопокровных растений под ними. Энергию излучения, нужную интерьерным растениям, даёт их освещение в течение 12 ч в сутки при уровнях освещённости минимум в 70–100 длк. В плане естественного освещения, это возможно, например, при коэффициенте естественной освещённости 10–20 % и освещённости (на открытой площадке) от стандартного неба пасмурного зимнего дня в 1500 длк. Это не может обеспечиваться всегда, необходимо применять дополнительные ИС. Желательно, чтобы они на ночь выключались, поддерживая нормальный суточный ритм. От того, как естественный свет поступает в помещение, зависит уровень естественного освещения и характер роста растений. Яркость неба в зените выше, чем у горизонта, и фонари верхнего света дают поэтому в 2–3 раза большую естественную освещённость, чем вертикальное остекление. Уровни освещённости для поддержания жизнедеятельности интерьерных растений подразделяют на три группы: 1) низкий (100–150 длк или футкандел): филодендрон, золотая аглаонема, драцена душистая; 4.3. Методы расчёта и их применение Продолжительность зимнего светового дня приблизительно втрое меньше летнего при более низком солнце и более частой облачности. Удлинение светового дня с помощью электрических ИС значительно устраняет дефицит естественного света зимой. (Общая суточная экспозиция равна произведению освещённости (длк) на время освещения (ч). Пример: 200 длк×12 ч/сут. = 2400 длк·ч/ сут.) Основная проблема состоит в том, что листопадным растениям для восстановления листвы требуется гораздо больше времени при данном режиме освещения, чем если бы они прошли акклиматизацию при более оптимальных уровнях освещения (с добавлением 50-процентного затенения). Кроме того, температура и относительная влажность в месте расположения растения для их выращивания менее важны, чем условия его пребывания в питомнике (рассаднике). В последнем обычно больше условий для роста растения и легче может стимулироваться новый подрост. Следует напомнить, что после акклиматизации растения к условиям более слабого освещения, его уже непросто переакклиматизировать обратно. Посредством акклиматизации структура хлорофилла переходит в более функци59 ональное высокочувствительное состояние и может быть очень опасным для растения подвергать эту структуру сильному освещению. Фактически, исследованиями показано, что даже освещённости в 2000– 3000 длк или фут-кандел могут губить экспонируемый хлорофилл. Растения могут получать солнечный ожог при нахождении на открытом солнце или обжигать верхушку при слишком близком расположении от мощного светильника. Чем ближе растение к ИС, тем слабее должно быть освещение, что специально должно учитываться при определении высоты подвеса светильника над растением. Некоторые акклиматизированные растения могут переакклиматизироваться к условиям прямого солнечного освещения. Однако это должно осуществляться постепенно с изменением освещённости от нескольких сотен до тысяч декалюкс и это может занимать до шести месяцев. Использование фильтров могло бы помогать в этом процессе. Для поддержания нужного режима освещения деревьев в местах их расположения в качестве расписания работы системы освещения с учётом тёмного/ночного периода суток (с применением светофильтров и светорегуляторов) должна использоваться годовая таблица восходов и заходов солнца. Некоторую сложность представляют интегральные измерения параметров видимого и общего излучений неба и солнца (реальных или имитируемых). В светотехнической литературе в основном критерием уровня освещения растений считается освещённость (в люксах, декалюксах или фут-канделах). Как отмечено выше, растения особенно чувствительны к излучению на длинах волн короче 550 нм (хотя атриумы и торговые зоны с фонарями верхнего света или оконным остеклением рассчитываются на отсутствие в них излучений только с длинами волн короче 400 нм). Корригированные фотоэлементы имеют меньшую чувствительность в районе 400 нм, чем – 550 нм. Использование измерителей энергетической освещённости повышает как точность дозирования электрического освещения в случае ИС с разными спектрами излучения, так и точность оценки эффективности осветительных систем со смешанным излучением. 60 5. Заключительные замечания Ключевые факторы содержания растений в интерьере: 1) акклиматизированные растения; 2) отсутствие заболеваний и насекомых; 3) отсутствие повреждений при транспортировке; 4) отсутствие побегов и поверхностных капель воды. Для получения выгоды от смешения электрического и естественного освещения в выращивании интерьерных растений и достижения успехов в проектировании интерьерного озеленения необходимы надлежащие: 1) консультации бригады проектировщиков (архитектор, проектировщик интерьерного озеленения, проектировщик-строитель, фотобиолог); 2) отбор растений (в соответствии с уровнем освещения и культурной средой); 3) акклиматизация (адаптирование растений к внутренней среде); 4) размещение растений; 5) цветоводческий уход за растениями (квалифицированный садовник для ухода за растениями). Разработки новых систем освещения окажут большое влияние на интерьерное озеленение, и уже создан новый рынок растениеводства в коммерческих зданиях. Рост числа базовых исследований в этой области проектирования вносит вклад в новые области применения естественного освещения и прикладных исследований по выращиванию растений. Данный проект финансируется Исследовательской лабораторией по проектированию устойчиво развивающихся систем при Колледже архитектуры и градостроительства им. А.А. Таубмана Мичиганского университета. Отдельная благодарность выражается Майку Хоммелу за его помощь в обеспечении возможности работы в Ботаническом саду Мичиганского университета. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Pitts, D. G., et al. Environmental Vision. – Bullerworth Heinmann. ISBN0750690518. 2. Navvab, M., M. Karayel, M., Ne'eman, E., Selkowitz, S. Luminous Efficacy of Daylight // National Lighting Conference Proceedings. – CIBSE, 1988. – Р. 409–420. 3. Navvab, M., Karayel, M., Ne'eman, E., Selkowitz, S. Daylight Availability Data for San Francisco // Energy and Buildings. – 1984 а. –Vol. 6. – Р. 273–281. 4. Karayel, M., Navvab, M., Ne'eman, E., Selkowitz, S. Zenith Luminance for Daylighting Cal- culations // Energy and Buildings. – 1984. –Vol. 6. – Р. 283–291. 5.Navvab, M., Karayel, M., Ne'eman E., Selkowitz, S. Analysis of Atmospheric Turbidity for Daylight Calculation // Energy and Buildings. – 1984 b. –Vol. 6. – Р. 293. 6. Sliney, DH, Marshall, W.J, Carothers, ML, Kaste, RC. Hazard Analysis of Broad-band Optics Sources. – Aberdeen Proving Ground, MD: US Army Environmental Hygiene Agency, 1980. 7. Bush-Brown, L. American garden Book. – N.Y.: Macmillan Inc.,1996. ISBN0–02–860995–6. 8. Navvab, M., et al. Solar and daylighting and airflow performance of botanical garden. – ASES, 2005. 9. Mpelkas, C. Horticultural Light Sources // Sylvania Engineering Bulletin. – 1981. – Мау, O-352. 10. IESNA Handbook. – New York, 1994; New York, 2001. 11. Bickford, Elwood D., Stuart, D. Lighting for Plants Growth. – The Kent State University Press, 1973. ISBN 0–87338–116–5. 12. Thimijan, R.W., Heins, R.D. Photometric radiometric and quantum light units of measure: A review of procedures for introversion // Hort Science. – 1983. – Vol. 18, № 6. – Р. 818–822. 13. Hirota, Н., Shiozawa, К. Influence of Shading on the Initial Growth of Turf (in Japanese) // Turf Studies. – 1984. – Vol. 1305, № 1. 14. Tazawa, S. Application of Artificial Luminous Source to Growing Plants (in Japanese) // Journal of The Illuminating Engineering Institute of Japan. – 1996. – April. 15. Rogers, N. J. Methods for growing turf grass indoors under reduced light conditions // USP № 5,617,671. 16. Rogers, N. J., еt аl. The Sport Tutf Management and Research Program at Michigan State University // Safty in American Football. – E. Hoemer (еd.). – ASTM, STP, 1996. – Р. 132–144. 17. Navvab, M., Prayhoonang, C. Application of the New Standards for the Evaluation of Daylight and Solar Availability Measurements // Journal of the Illuminating Engineering Society. – 1995. – August. – Р. 113–1304. 4 Ссылка на эту статью в тексте отсутствует. – Прим. ред. Мойтаба Навваб (Mojtaba Navvab), доктор философии. Преподаватель Колледжа архитектуры и градостроительства им. А.А. Таубмана Мичиганского университета. Член Североамериканского светотехнического общества (IESNA). Член Международного редсовета журнала Lighting Research and Technology. Лауреат многочисленных премий IESNA и Американского института архитектуры (AIA) «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 О категориях надёжности электроснабжения жилых и общественных зданий Ниже приводится справочный материал по категориям надёжности электроснабжения жилых и общественных зданий с комментариями автора. Таблица № п. 1 Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ [1, табл. 5.1] В жилых домах лифты независимо от количества этажей относятся к первой категории надёжности электроснабжения. [2, п. 1.2.18] В отношении обеспечения надёжности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие три категории: электроприёмники первой категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства; электроприёмники второй категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей; электроприёмники третьей категории – все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. [3, п. 4.8] Предусматривать лифты следует в жилых зданиях с отметкой пола верхнего жилого этажа, превышающей уровень отметки пола первого этажа на 11,2 м. В жилых зданиях, начинаемых строительством после 01.01.2010 г., в климатических подрайонах IА, IБ, IГ, IД и IVА лифты следует предусматривать в зданиях с отметкой пола верхнего этажа, превышающей уровень отметки пола первого этажа на 9,0 м. Допускается при обосновании не предусматривать лифты при надстройке существующих 5-ти этажных жилых зданий одним этажом. [4, ст. 4 (п. 3)] Федеральные органы исполнительной власти вправе издавать в сфере технического регулирования акты только рекомендательного характера, за исключением случаев, установленных ст. 5 настоящего Федерального закона (оборонной продукции). «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Комментарии автора 1. Из [2, п. 1.2.18] следует, что лифты относятся ко второй категории надёжности электроснабжения, а именно: – остановка лифтов приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества городских жителей, – лифты не относятся к особо важным элементам коммунального хозяйства. 2. Из [4, ст. 4] следует, что классификация в [1] электроприёмников лифтов как потребителей первой категории надёжности электроснабжения носит рекомендательный характер. В п. 3 предисловия к [1] отмечается, что этот документ «ОДОБРЕН и РЕКОМЕНДОВАН к применению в качестве нормативного документа Системы нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 26 октября 2003 г. № 194. 3. Из [3, п. 4.8] следует, что лифты следует предусматривать в жилых домах высотой 6 и более этажей, а с 2010 г. – в жилых домах 5 и более этажей. 4. Очевидно, что с учётом вышеизложенного обеспечивать электроснабжение лифтов по первой категории надёжности электроснабжения на всей территории нашей страны технически и экономически нецелесообразно. 5. Целесообразно для электроснабжения лифтов применять требования, изложенные по пп. 9 и 10 данного справочного материала для противопожарных устройств, а именно: При невозможности по местным условиям возможности осуществлять питание электроприёмников лифтов от двух независимых источников допускается осуществлять их питание от одного источника – от разных трансформаторов двухтрансформаторной подстанции или от двух близлежащих однотрансформаторных подстанций, подключённых к разным питающим линиям с устройством автоматического ввода резерва на стороне низкого напряжения. Это решение целесообразно: – указывать в задании на проектирование электроустановки здания, – согласовывать с МТУ Ростехнадзора и электроснабжающей организацией. 6. При двух наружных питающих вводах в главный распределительный щит (ГРЩ, ВРУ) жилого дома или общественного здания питание лифтов целесообразно выполнять от отдельного устройства автоматического включения резервного питания (АВР), присоединяемого в схеме ГРЩ (ВРУ) в соответствии с [1, п. 7.10] 61 Продолжение таблицы № п. Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора 2 [5, п. 6.11] Энергоснабжение лифтов для пожарных подразделений производится как для электроприёмников 1 категории согласно п. 1.2.19 ПУЭ. При этом в общественных зданиях высотой более 50 м от уровня подъезда пожарных машин до уровня верхнего этажа (не считая технических этажей) электроснабжение лифтов для пожарных производится как для особой группы электроприёмников 1 категории. 1. Лифты для транспортирования пожарных подразделений предусматриваются в архитектурной и технологической частях проектов зданий в соответствии с действующими нормами. 2. Электроснабжение лифтов для пожарных подразделений должно выполняться как для особой группы электроприёмников I категории: – в общественных зданиях высотой более 50 м [5]; – в многоквартирных жилых зданиях высотой более 50 м [3]; – в многоквартирных жилых зданиях, в которых на этажах выше первого предусматривается размещение квартир для семей с инвалидами, использующими для передвижения кресла-коляски [3]. [5, п. 5.2.6] Шахты лифтов для пожарных, а также их лифтовые холлы (тамбуры) в подземных и цокольных этажах зданий (сооружений) должны быть оснащены автономными системами приточной (противодымной) вентиляции для создания избыточного давления при пожаре. [3, п. 4.8] В жилых зданиях, в которых на этажах выше первого предусматривается размещение квартир для семей с инвалидами, использующими для передвижения кресла-коляски, должны быть предусмотрены пассажирские лифты или подъёмные платформы в соответствии с требованиями СНиП 35–01, ГОСТ 51631 и НПБ-250. [3, п. 7.4.6] В жилых зданиях высотой более 50 м один из лифтов должен обеспечивать транспортирование пожарных подразделений и соответствовать требованиям НПБ 250. 3 [1, табл. 5.1] В жилых домах аварийное освещение (независимо от количества этажей и количества квартир) относится к первой категории надёжности электроснабжения. [6, п. 7.74] Эвакуационное освещение следует предусматривать в лестничных клетках жилых зданий высотой 6 этажей и более. [7, п. 3.9] СОУЭ должна функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации людей из здания. Провода и кабели соединительных линий СОУЭ следует прокладывать в строительных конструкциях, коробах или каналах из негорючих материалов. 4 62 [2, п. 6.1.21] Аварийное освещение разделяется на освещение безопасности и эвакуационное. Освещение безопасности предназначено для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Светильники рабочего освещения и светильники освещения безопасности в производственных и общественных зданиях и на открытых пространствах должны питаться от независимых источников. 1. Данные, приведённые в [1, табл. 5.1] в части аварийного освещения, не отменяют требования [6, п. 7.74] в части эвакуационного освещения, а именно «эвакуационное освещение следует предусматривать в лестничных клетках жилых зданий высотой 6 этажей и более». 2. Целесообразно для питания эвакуационного освещения принимать решение по установке АВР, изложенное в п. 1 данного материала. Это решение целесообразно указывать в задании на проектирование электроустановки здания. 3. Для потребителей третьей категории надёжности электроснабжения целесообразно для питания эвакуационного освещения (если оно требуется) предусматривать в светильниках рабочего освещения установку конверсионных модулей (блоков аварийного питания), автоматически включаемых при отсутствии питания от внешнего источника электроснабжения. 4. Отметим, что питание светильников ВЫХОД, предусматриваемых в системе оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах, должно обеспечиваться по первой категории надёжности электроснабжения. Оптимальным является применение светильников ВЫХОД с индивидуальными встроенными конверсионными модулями (блоками аварийного питания), автоматически включаемыми при отсутствии питания от внешнего источника электроснабжения. 1. Отмечается следующее: – освещение безопасности следует предусматривать также в помещениях насосных, тепловых пунктов, бойлерных, станциях пожаротушения общественных зданий, в водомерах жилых зданий; – проектировщик-электрик определяет помещения, в которых, в дополнение к [1, п. 4.2], следует предусматривать освещение безопасности. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Продолжение таблицы № п. 5 Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора [1, п. 4.2] Освещение безопасности следует устраивать: – в помещениях диспетчерских, операторских, в залах вычислительных центров, киноаппаратных, узлах связи, электрощитовых, здравпунктах, дежурных пожарных постах, на постах постоянной охраны, в гардеробах с числом мест хранения 300 и более; – в главных кассах, в детских комнатах и дебаркадерах магазинов, в торговых залах магазинов самообслуживания; – в помещениях групповых и игральных-столовых детских дошкольных учреждений; – в вестибюлях гостиниц, залах ресторанов, помещениях спасательного фонда гостиниц и турбаз; – в операционных блоках, реанимационных, родовых отделениях, перевязочных, манипуляционных, процедурных, приёмных отделениях, лабораториях срочного анализа, на постах дежурных медицинских сестёр учреждений здравоохранения; – в помещениях оперативной части, хранения ящиков выездных бригад, аптечных комнатах станций (отделений) скорой (неотложной) медицинской помощи; – в машинных отделениях лифтов, а также в тепловых пунктах и насосных жилых зданий; – в помещениях для хранения опасных веществ (кислот, ядохимикатов, дезинфицирующих средств, горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, баллонов со сжиженными газами, радиоактивных веществ и т. п.). 2. При отсутствии двух внешних независимых источников питания и АВР на стороне низкого напряжения необходимо применять светильники безопасности с индивидуальными встроенными конверсионными модулями (блоками аварийного питания) или встраивать конверсионные модули в светильники рабочего или эвакуационного освещения. [1, табл. 5.1] Отдельно стоящие и встроенные центральные тепловые пункты (ЦТП), индивидуальные тепловые пункты (ИТП) многоквартирных жилых домов относятся к первой категории надёжности электроснабжения. 1. В соответствии с определением по приложению Б к [3], блокированный жилой дом из двух и более квартир считается многоквартирным. В соответствии с [1, табл. 5.1] электроприёмники 1–8 – квартирных жилых домов с электроплитами, а также жилых домов до 5 этажей с плитами на газовом и твёрдом топливе, с большим количеством квартир относятся к третьей категории надёжности электроснабжения. В этих домах индивидуальные тепловые пункты вероятнее всего могут быть также отнесены к третьей категории надёжности электроснабжения, а в северных районах – к первой категории. В указанных домах резервирование питания пожарной сигнализации осуществляется блоками резервного питания. 2. Исходя из вышеизложенного, необходимо, с учётом количества квартир и категории надёжности основных электроприёмников зданий, документально определить жилые дома, а также общественные здания, в которых индивидуальные тепловые пункты следует относить: – к первой категории надёжности электроснабжения; – ко второй или третьей категории надёжности электроснабжения. При этом нужно учитывать назначение здания, технические, эксплуатационные и экономические возможности, географическое положение здания (северные или южные районы). 3. При определении категории надёжности индивидуальных тепловых пунктов целесообразно: – руководствоваться письмом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 10–05/2329 от 03.10.2008 года по вопросу применения в проектах электрооборудования положений технических циркуляров Ассоциации «Росэлектромонтаж», – руководствоваться положением о том, что [1] является рекомендательным документом. [8, п. 7.2] Тепловые пункты в части надёжности электроснабжения следует относить к электроприёмникам II категории при установке в них подкачивающих смесительных и циркуляционных насосов систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также запорной арматуры при телеуправлении. [9] При проектировании электроснабжения тепловых пунктов необходимо руководствоваться следующим: 1. Основное оборудование центральных тепловых пунктов жилых и общественных зданий и индивидуальных тепловых пунктов многоквартирных жилых домов такое как: подкачивающие, смесительные и циркуляционные насосы систем отопления, а также запорную арматуру систем отопления при автоматическом управлении (телеуправлении) следует относить к первой категории надёжности электроснабжения. 2. К первой категории в отношении надёжности электроснабжения при отсутствии постоянного квалифицированного дежурного персонала следует относить основное оборудование ИТП общественных зданий с постоянным пребыванием людей: гостиницы, дома отдыха, пансионаты, лечебные учреждения с постоянным пребыванием людей, а также детские дошкольные учреждения и образовательные учреждения. 3. В остальных случаях категория надёжности электроснабжения основного оборудования ИТП устанавливается заданием на проектирование. 4. В случае отсутствия в схеме внешнего электроснабжения объекта второго независимого источника питания для обеспечения первой или второй категории надёжности электроснабжения оборудования тепловых пунктов следует использовать автономные источники питания. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 63 Продолжение таблицы № п. Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора Письмо Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 10–05/2329 от 03.10.2008 года по вопросу применения в проектах электрооборудования положений технических циркуляров Ассоциации «Росэлектромонтаж». Управление Государственного энергетического надзора Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) рассмотрело Ваше обращение и сообщает: Технические циркуляры Ассоциации «Росэлектромонтаж», согласованные Госэнергонадзором Минтопэнерго России (Ростехнадзором), носят рекомендательный характер. Их содержание уточняет отдельные положения ранее утверждённых документов и может использоваться до их пересмотра или официального утверждения изменений. Целесообразность применения указаний Технических циркуляров «Росэлектромонтажа» в конкретных проектах устанавливает проектная организация. Заместитель начальника Управления Государственного энергетического надзора А.В. Цапенко. 4. Категорию надёжности электроснабжения индивидуальных тепловых пунктов следует указывать в задании на проектирование электроустановки. 5. В проекте организации, выполняющей рабочие чертежи ИТП, предусматриваются: – щит автоматики; – сети от щита автоматики к силовым электроприёмникам ИТП; – сети автоматики; – дополнительная система уравнивания потенциалов в помещении ИТП; – щит учёта ИТП; – задание на электропитание ИТП с указанием расположения щита ИТП и щита учёта ИТП, напряжения сети, установленной мощности электроприёмников, коэффициентов спроса и мощности, назначения и количества электродвигателей; – задание на диспетчеризацию. Проектировщик, выполняющий проект внутреннего электрооборудования здания, предусматривает в соответствии с полученным заданием: – питание щита ИТП и щита учё-та ИТП от главного распределительного щита здания; – рабочее и аварийное освещение ИТП. [3, Прил. Б] 1.1.Жилое здание многоквартирное – это жилое здание, в котором квартиры имеют общие внеквартирные помещения и инженерные системы, в том числе: 1.1 а. Жилое здание секционного типа. 1.1 б. Жилое здание галерейноготипа. 1.1 в. Жилое здание коридорного типа. 1.1 г. Блокированный жилой дом – здание, состоящее из двух и более квартир, каждая из которых имеет непосредственно выход на приквартирный участок. 6 [1, табл. 5.1] Предприятия торговли: – электроприёмники противопожарных устройств и охранной сигнализации, лифтов универсамов, торговых центров и магазинов относятся к первой категории надёжности электроснабжения, – остальные электроприёмники относятся ко второй категории надёжности электроснабжения. [1, примеч. к табл. 5.1] Для временных сооружений, выполняемых в соответствии с п. 7.12 ПУЭ, а также встроенных помещений площадью до 100 м2 – третья категория надёжности электроснабжения. [10, п. 3.1]: – электроприёмники противопожарных устройств, охранной сигнализации и лифтов универсамов, торговых центров и магазинов с торговыми залами общей площадью свыше 2000 м2 относятся к первой категории надёжности электроснабжения; – комплекс остальных электроприёмников относится ко второй категории надёжности электроснабжения; – комплекс электроприёмников предприятий с торговыми залами общей площадью: – – свыше 250 м2 до 2000 м2 относится ко второй категории надёжности электроснабжения; – – до 250 м2 относится к третьей категории надёжности электроснабжения. 64 1. Целесообразно пересмотреть рекомендации [1] по определению категорий надёжности электроснабжения предприятий торговли и вернуться к определению категорий надёжности в зависимости от общей площади торговых залов, указанных в [10, п. 3.1], при этом: – электроприёмники противопожарных устройств предприятий торговли и лифтов универсамов и торговых центров следует относить к первой категории; – остальные электроприёмники предприятий с торговыми залами общей площадью свыше 250 м2: следует относить ко второй категории; – при отсутствии двух независимых источников питания электроснабжение предприятий торговли следует предусматривать от одного независимого источника с выполнением требований по пп. 9 и 10 данного справочногоматериала; – электроприёмники временных сооружений предприятий торговли и предприятий торговли с общей площадью торговых залов до 250 м (кроме противопожарных устройств) следует относить к третьей категории. 2. В [1, примеч. к табл. 5.1] дана ссылка на несушествующий п. 7.12 ПУЭ, а требование об отнесении встроенных помещений торговли площадью до 100 мко второй категории технически и экономически нецелесообразно. 3. При конкретном определении категории надёжности электроснабжения целесообразно учитывать: – назначение магазина: продовольственный или промтоварный; – конкретные возможности электроснабжения в сельской местности, в посёлках. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Продолжение таблицы № п. Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора 4. Отступления от [1, табл. 5.1] в части категорий надёжности электроснабжения следует: – указывать в задании на проектирование электроустановки предприятия торговли; – согласовывать с МТУ Ростехнадзора и электроснабжающей организацией. 7 [1, табл. 5.1] Предприятия общественного питания: – электроприёмники противопожарных устройств и охранной сигнализации относятся к первой категории надёжности электроснабжения, – комплекс остальных электроприёмников относится ко второй категории надёжности электроснабжения. [1, примеч. к табл. 5.1] Для временных сооружений, выполняемых в соответствии с п. 7.12 ПУЭ, а также встроенных помещений площадью до 100 м2 – третья категория надёжности электроснабжения. [10, п. 3.1]: – столовые, кафе и рестораны с количеством посадочных мест свыше 500: – электроприёмники противопожарных устройств и охранной сигнализации – первая категория надёжности электроснабжения; – комплекс остальных электроприёмников – вторая категория надёжности электроснабжения; – комплекс электроприёмников столовых, кафе и ресторанов с количеством посадочных мест: – свыше 100 до 500 – вторая категория надёжности электроснабжения; – до 100 – третья категория надёжности электроснабжения. 8 [1, п. 17.1.24] Автоматизированная система коммерческого учёта потребления энергоресурсов (АСКУЭ) и автоматизированная система управления и диспетчеризации инженерным оборудованием (АСУД) должны обеспечивать работоспособность входящих в них устройств в случае отключения электропитания на время до 60 минут. 1. Целесообразно пересмотреть рекомендации [1] по определению категорий надёжности электроснабжения предприятий общественного питания и вернуться к определению категорий надёжности в зависимости от количества посадочных мест, указанных в [10, п. 3.1], при этом: – электроприёмники противопожарных устройств предприятий общественного питания следует относить к первой категории; – остальные электроприёмники предприятий общественного питания с количеством посадочных мест свыше 100 следует относить ко второй категории; – при отсутствии двух независимых источников питания электроснабжение предприятия общественного питания следует предусматривать от одного независимого источника с выполнением требований по пп. 9 и 10 данного справочного материала; – электроприёмники временных сооружений предприятий общественного питания и предприятий общественного питания с количеством посадочных мест до 100 (кроме противопожарных устройств) следует относить к третьей категории. 2. В [1, примеч. к табл. 5.1] дана ссылка на несушествующий п. 7.12 ПУЭ, а требование об отнесении встроенных предприятий общественного питания площадью до 100 м2 ко второй категории технически и экономически нецелесообразно. 3. При определении категории надёжности электроснабжения целесообразно учитывать конкретные возможности электроснабжения в сельской местности, в посёлках. 4. Отступления от [1, табл. 5.1] следует – указывать в задании на проектирование электроустановки предприятия общественного питания; – согласовывать с МТУ Ростехнадзора и электроснабжающей организацией. Электроприёмники АСКУЭ и АСУД следует относить к I категории надёжности электроснабжения. [1, п. 17.1.25] Питание технических средств АСКУЭ и АСУД следует выполнять: – в зданиях, имеющих АВР, – от панели АВР; – в зданиях, не имеющих АВР, – двумя линиями от разных вводов с устройством АВР. 9 [11, п. 14.1] По степени обеспечения надёжности электроснабжения электроприёмники автоматических установок пожаротушения и систем пожарной сигнализации следует относить к I категории согласно Правилам устройства электроустановок, за исключением электродвигателей компрессора, насосов дренажного и подкачки пенообразователя, относящихся к Ш категории электроснабжения, а также случаев по пп. 14.3 и 14.4*. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 65 Продолжение таблицы № п. Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ [11, п. 14.2] Питание электроприёмников следует осуществлять согласно ПУЭ с учётом требований по пп. 14.3 и 14.4*. [11, п. 14.3] При наличии одного источника электропитания (на объектах Ш категории надёжности электроснабжения) допускается использовать в качестве резервного источника питания электроприёмников, указанных в пункте 14.1, аккумуляторные батареи или блоки бесперебойного питания, которые должны обеспечивать питании указанных электроприёмников в дежурном режиме в течение 24 ч и в режиме «Тревога» не менее 3 ч. Комментарии автора Это решение целесообразно: – указывать в задании на проектирование электроустановки здания, – согласовывать с МТУ Ростехнадзора, с электроснабжающей организацией и органом Государственной противопожарной службы. [11, п. 14. 4*] При отсутствии по местным условиям возможности осуществлять питание электроприёмников, указанных в п. 14.1, от двух независимых источников допускается осуществлять их питание от одного источника – от разных трансформаторов двухтрансформаторной подстанции или от двух близлежащих однотрансформаторных подстанций, подключённых к разным питающим линиям, проложенным по разным трассам, с устройством автоматического ввода резерва, как правило, на стороне низкого напряжения. [11, п. 14.5] Место размещения устройства автоматического ввода резерва централизованно на вводах электроприёмников автоматических установок пожаротушения и системы пожарной сигнализации или децентрализованно у электроприёмников I категории надёжности электроснабжения определяется в зависимости от взаиморасположения и условий прокладки питающих линий до удалённых электроприёмников. [11, п. 14.6] Для электроприёмников автоматических установок пожаротушения 1 категории надёжности электроснабжения, имеющих включаемый автоматически технологический резерв (при наличии одного рабочего и одного резервного насосов), устройство автоматического ввода резерва не требуется. [11, п. 14.7] В установках водопенного пожаротушения в качестве резервного питания допускается применение дизельных электростанций. [11, п. 14.8] В случае питания электроприёмников автоматических установок пожаротушения и системы пожарной сигнализации от резервного ввода допускается при необходимости обеспечивать электропитание указанных электроприёмников за счёт отключения на объекте злектроприёмников II и Ш категории надёжности электроснабжения. [11, п. 14.9] Защиту электрических цепей автоматических установок пожаротушения и системы пожарной сигнализации необходимо выполнять в соответствии с ПУЭ. Не допускается устройство тепловой и максимальной защиты в цепях управления автоматическими установками пожаротушения, отключение которых может привести к отказу подачи огнетушащего вещества к очагу пожара. 10 66 [12, п. 12.2] Электроприёмники систем отопления, вентиляции и кондиционирования следует предусматривать той же категории, которая устанавливается для электроприёмников технологического или инженерного оборудования здания. Электроснабжение систем аварийной вентиляции и противодымной защиты, кроме систем для удаления газов и дыма после пожара (п. 8.12), следует предусматривать первой категории. Системы для удаления газов и дыма после пожара допускается проектировать первой категории по заданию на проектирование. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Продолжение таблицы № п. 11 Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора При невозможности по местным условиям осуществлять питание электроприёмников первой категории от двух независимых источников допускается осуществлять питание их от одного источника от разных трансформаторов двухтрансформаторной подстанции или от двух близлежащих однотрансформаторных подстанций. При этом подстанции должны быть подключены к разным питающим линиям, проложенным по разным трассам, и иметь устройства автоматического ввода резерва, как правило, на стороне низкого напряжения. Для приточных систем вентиляции электропитание цепей управления защиты от замораживания следует выполнять по первой категории. Допускается выполнение электропитания по второй категории при организации раздельного питания электропривода вентилятора и щита автоматизации приточной системы. В цепях управления электроприёмников тепловую и максимальную защиту не следует предусматривать. 1. Решение о питании систем аварийной сигнализации и противодымной защиты от одного независимого источника целесообразно: – указывать в задании на проектирование электроустановки здания; – согласовывать с МТУ Ростехнадзора, электроснабжающей организацией и органом Государственной противопожарной службы. 2. Требование [12, п. 12.2] (о том, что «в цепях управления электроприёмников тепловую и максимальную защиту не следует предусматривать) следует относить к системам аварийной вентиляции и противодымной защиты. [13, п. 1. 5*] Высота здания, кроме специально оговорённых случаев, определяется высотой расположения верхнего этажа, не считая верхнего технического этажа, а высота расположения этажа определяется разностью отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижней границей открывающегося проёма (окна) в наружной стене. [14, п. 14.1] Мероприятия по обеспечению противопожарных требований распространяются на проектирование многофункциональных высотных зданий и комплексов высотой более 50 м, а при наличии жилой части – высотой более 75 м. [14, п. 12.1] Степень надёжности электроснабжения встроенных в высотное здание других потребителей (тепловые пункты, диспетчерские, магазины и.т. п.) определяется СП 31–110–2003. [14, п. 12.2] По степени обеспечения надёжности электроснабжения электроприёмники высотных зданий относятся к следующим категориям: –1-й особой – электроприёмники в соответствии с пунктом 14.72, –1-ой – электроприёмники, связанные с работой инженерных систем здания, связи, аварийного освещения, лифты, работающие при пожаре и т. п, –2-ой – электроприёмники, не вошедшие в перечень 1-й и 1-й особой категорий. [14, п. 14.72] К электроприёмникам особой группы первой категории по надёжности электроснабжения относятся: – лифты для транспортирования пожарных подразделений; – электроприёмники системы противодымной защиты; – системы автоматической пожарной сигнализации, оповещения и управления эвакуацией; – аварийное и эвакуационное освещение, освещение площадок для вертолётов и спасательных кабин; – электроприёмники систем автоматического пожаротушения и противопожарного водопровода; – электроприёмники противопожарных устройств систем инженерного оборудования; – электроприёмники аварийно-спасательного оборудования и специальной пожарной техники, предусмотренные оперативным планом пожаротушения. Для потребителей этой категории должен быть предусмотрен третий независимый источник питания, обеспечивающий работу электроприёмников в течение 3 ч. В качестве такого источника могут быть использованы автономные электростанции. [15, п. 11.1] По степени надёжности электроснабжения электроприёмники высотных зданий относятся к I и II категориям. К электроприёмникам I категории надёжности электроснабжения относятся: – противопожарные устройства (пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, системы автоматического пожаротушения, пожарной сигнализации и оповещения о пожаре); 1. К высотным зданиям относятся: – многоквартирные жилые дома высотой более 75 м; – общественные здания высотой более 50 м. Высота здания указывается в архитектурной части проекта. 2. Отмечаются расхождения в определении категорий надёжности электроснабжения электроприёмников высотных зданий в Москве и СанктПетербурге, что абсолютно недопустимо. В соответствии требованием [5, п. 6.11] электроснабжение лифтов для пожарных в общественных зданиях должно выполняться как для особой группы электроприёмников первой категории, т. е. с применением третьего независимого источника питания. Это требование должно распространяться и на лифты в жилых домах высотой более 50 м [3]. Однако в ТСН 31–332–2006 лифты для зданий высотой до 100 м отнесены к первой категории. 3. Необходимо, с учётом возрастающего объёма строительства высотных зданий, принять единое централизованное решение по определению категорий надёжности электроснабжения высотных зданий и единые требования по электроснабжению и электрооборудованию этих зданий, в том числе по электробезопасности и пожарной безопасности. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 67 Окончание таблицы № п. Нормативный материал со ссылкой на соответствующий документ Комментарии автора – аварийное и эвакуационное освещение; – огни светового ограждения; – лифты; – центральные тепловые пункты и индивидуальные тепловые пункты; – системы вентиляции и кондиционирования воздуха среднего и верхнего вертикальных надземных пожарных отсеков, включая цепи управления этими системами; – автоматизированные системы учёта, контроля и управления; – усилители телевизионных сигналов; – домофоны; – прочие системы, требования к которым изложены в разделе 16. Остальные электроприёмники являются потребителями II категории надёжности электроснабжения. [15, п. 11.1.2] Для зданий высотой более 100 м для электроприёмников I категории надёжности электроснабжения следует предусматривать третий независимый (аварийный) источник электроснабжения – ТЭП. Резервуары запаса топлива необходимо рассчитывать на работу в течение 3 часов. Резервуары запаса топлива и ТЭП следует размещать вне габаритов здания. [15, п. 11.1.6] Электроснабжение встроенных и пристроенных автостоянок должно выполняться отдельными линиями от ТП по I категории надёжности электроснабжения. [15, п. 12.1.1] Все оборудование систем связи и сигнализации должно быть отнесено к I категории электроснабжения. [15, п. 12.2.4] Комплекс автоматизированной системы учёта контроля и управления должен обеспечиваться электроснабжением от источников гарантированного питания по I категории ПУЭ и установкой источников бесперебойного питания. [15, п. 16.5.10] На каждом этаже (в жилых зданиях – на каждом этаже каждой секции здания) среднего и верхнего надземных вертикальных отсеков следует предусматривать помещение безопасности. Электроснабжение всех токоприёмников помещения безопасности и обслуживающего его оборудования (включая электроосвещение, цепи управления и сигнализации) должно выполняться по I категории надёжности. [15, п. 16.6.3] Электроприёмники систем противопожарной защиты следует относить к потребителям I категории надёжности. Для пожарных лифтов в случаях, предусмотренных в п. 11.1.2, дополнительно следует предусматривать электроснабжение от ТЭП. [15, п. 16.10.3] По степени обеспечения надёжности электроснабжения электроприёмники системы оповещения о пожаре и управления эвакуацией людей СОУЭ следует относить к I категории. В заключение отмечу следующее: 1. Целесообразно решить вопрос о создании единого документа по категориям надёжности электроснабжения жилых и общественных зданий, и эти решения должны вводиться в действие государственной организацией. Уточнения и разъяснения категорий надёжности электроснабжения 68 также должны исходить от государственной организации. Категории надёжности электроснабжения, указываемые в Строительных Нормах и Правилах и в Сводах Правил, должны утверждаться в государственной организации. Необходимо исключить ситуации, когда изменение категории надёжности электроснабжения здания в одном документе не отменяет категории на- дёжности электроснабжения, указанные в ранее выпущенном этом или другом документе. 2. Отступления от категорий надёжности электроснабжения, например, указанные в [11, пп. 14.3 и 14.4*] и [12, п. 12.2], и принимаемые соответствующие проектные решения целесообразно согласовывать с электроснабжающей организацией, с территориальным управлением Ростехнад«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 зора и, при необходимости, с органом Государственной противопожарной службы. При этом целесообразно учитывать назначение здания, технические, эксплуатационные и экономические возможности, географическое положение здания, обеспечение надёжности электроснабжения противопожарных систем. Приведу два примера: 2.1. В посёлке или в сельской местности все потребители получают питание по третьей категории надёжности электроснабжения. Для школы в этой местности, в соответствии с [1, табл. 5.1], противопожарные устройства и охранная сигнализация относятся к первой категории надёжности электроснабжения, а остальные электроприёмники – ко второй. Целесообразно согласовать следующее решение этого вопроса: – электроприёмники первой категории – противопожарные устройства и охранная сигнализация – получают резервное питание от независимого источника – блока бесперебойного питания с соблюдением требования [11, п. 14.3]; – в светильниках ВЫХОД предусматривается установка индивидуальных встроенных конверсионных модулей (блоков аварийного питания); – остальные электроприёмники получают питание по третьей категории надёжности электроснабжения. 2.2. В посёлке или в сельской местности все потребители получают питание по третьей категории надёжности электроснабжения. Предприниматель инвестирует в этой местности строительство магазина площадью 110 м2. Для магазина в этой местности, в соответствии с [1, табл. 5.1], противопожарные устройства и охранная сигнализация относятся к первой категории надёжности электроснабжения, а остальные электроприёмники – ко второй. Целесообразно согласовать решение этого вопроса по аналогии с п. 2.1 данного справочного материала. 3. В каждом здании, как правило, имеются электроприёмники первой (противопожарные устройства и другие) и второй категорий надёжности электроснабжения. При этом добавлю: 3.1. Электроприёмники второй категории в нормальном режиме долж«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 ны, как правило, обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприёмников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Причём электроприёмники первой категории в здании получают питание от устройств АВР, автоматически переключаемых на резервное питание. 3.2. При невозможности по местным условиям осуществлять питание электроприёмников второй категории от двух независимых источников допускается осуществлять их питание от одного источника – от разных трансформаторов двухтрансформаторной подстанции или от двух близлежащих однотрансформаторных подстанций, подключённых к разным питающим линиям с устройством автоматического ввода резерва на стороне низкого напряжения для установленных в этом здании электроприёмников первой категории. 3.3. При отсутствии в здании противопожарных систем дымоудаления, подпора воздуха, пожарных насосов, выполнения резервирования питания остальных противопожарных систем источниками бесперебойного питания и невозможности по местным условиям осуществлять питание электроприёмников второй категории от двух независимых источников допускается осуществлять их питание от одного источника – от однотрансформаторной подстанции с прокладкой двух питающих линий 0,4 кВ и устройством автоматического ввода резерва на стороне низкого напряжения для установленных в этом здании электроприёмников первой категории. При этом электроприёмники первой категории получают резервное питание от блоков бесперебойного питания, а светильники ВЫХОД от встроенных конверсионных модулей (блоков аварийного питания). 4. Категорию надёжности электроснабжения здания заказчик должен указывать в задании на проектирование электроустановки. лых и общественных зданий». – М., ФГУ ЦПП, 2003. 2. Правила устройства электроустановок. – М., НЦ ЭНАС, 2002. 3. Строительные Нормы и Правила СНиП 31–01–2003 «Здания жилые многоквартирные».- М., ФГУП ЦПП, 2003. 4. Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 года № 184-ФЗ. – М., Издательство ОМЕГА-Л, 2008. 5. Нормы пожарной безопасности НПБ 250–97 «Лифты для транспортирования пожарных подразделений в зданиях и сооружениях». – М., ВНИИПО, 1997. 6. Строительные Нормы и Правила СНиП 23–05–95* «Естественное и искусственное освещение». – М., ФГУП ЦПП, 2003. 7. Нормы пожарной безопасности НПБ 104–03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях (СОУЭ)». – М., ВНИИПО, 2003. 8. Свод Правил СП 41–101–95 «Проектирование тепловых пунктов». – М., ФГУП ЦПП, 1996. 9. Ассоциация «Росэлектромонтаж». Технический циркуляр № 18/2007 от 22 октября 2007 года «О категорировании оборудования центральных тепловых пунктов (ЦТП) и индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) многоквартирных жилых домов и общественных зданий». – М., МИЭЭ, 2008. 10. Ведомственные строительные нормы ВСН 59–88 «Электрооборудование жилых и общественных зданий». – М., Стройиздат, 1989. 11. Нормы пожарной безопасности НПБ 88–2001* «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования». – М., ВНИИПО, 2003. 12. Строительные Нормы и Правила СНиП 41–01–2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М., ФГУП ЦПП, 2004. 13. СНиП 21–01–97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений». – СПб, Издательство «ДЕАН», 2003. 14. Временные Нормы и Правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий – комплексов в городе Москве МГСН 4.19 –2005. – М., ГУП «НИАЦ», 2006. 15. Территориальные строительные нормы ТСН 31–332–2006 Санкт-Петербург «Жилые и общественные высотные здания». – СПб, Стройиздат СПб, 2006. Р.И. Пашковский, корреспондент журнала «Светотехника» в Санкт-Петербурге СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Свод Правил СП 31–110–2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жи- 69 Технология работы Биржи инновационных решений и опыт Программы развития ООН в создании системы коллективной работы экспертов (на примере Индии) Проект Программы развития ООН (ПРООН) в Индии был рассчитан на сближение интересов и поиск инновационных решений широким сообществом профессионалов в области государственного и муниципального управления – органов власти, бизнеса, некоммерческих организаций и научного сообщества. По тематическим (профессиональным) областям деятельности были организованы «сообщества практики» (тематические сообщества). Об успешности реализации данного проекта свидетельствует тот факт, что удалось объединить более чем 12 тысяч экспертов, разработавших инновационные решения более 600 актуальных задач в области экономической политики и стратегии развития (более подробную информацию можно найти на сайте http://www. solutionexchanqe-un.net. in/en/). Подобная технология коллективной работы пространственно распределённой группы экспертов существовала в офисах ПРООН и использовалась для обсуждения и поиска позитивного опыта решения внутренних задач. Индийские партнёры, ознакомившиеся с этой формой работы, инициировали его адаптацию к условиям своей страны и более широкому спектру тематик. В Индии, в связи с относительно слабым развитием систем связи и привлечением в тематические сообщества специалистов из удалённых и не самых развитых регионов, работа вначале опиралась на технологии электронной почты. Переход на технологию Интернет-портала был начат позже. Каждое тематическое сообщество (сейчас их 19) включает от 150 до 2000 участников, взаимодействие с которыми осуществляют модератор и его помощник. Это специалисты, включённые в штат и получающие вознаграждение за свою работу. Модератор подбирается на старте работ по каждому тематическому направлению из числа людей, хорошо знакомых не только с тематикой, но и с людьми, работающими в стране по «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 данной тематике. Одним из условий выбора модератора является предложение им списка экспертов, с которых начинается формирование тематического сообщества. Желательно, чтобы модератор лично знал специалистов из разных секторов (госорганы, наука, муниципалитеты, бизнес, НПО) и располагал их контактной информацией. Для запуска процесса формирования тематического сообщества проводилась очная встреча (круглый стол). На этой встрече приглашённые не только знакомились друг с другом, с целями и методами работы будущего тематического сообщества, но и предлагали для него новые кандидатуры и дополнения к созданному инициаторами первичному списку. По практике разных тематических групп определена нижняя планка численности, при которой группа становится способной к саморазвитию, – около 100 человек. Условием успешности дальнейшего развития процесса является высокая мотивация первой группы участников. Поэтому приглашение должно исходить от авторитетных для большинства участников первой встречи структур (статус ООН в Индии отвечал этому условию). Кроме того, практика деятельности была такова, что большая часть стартового пула участников тематического сообщества впоследствии формировала состав его «ресурсной группы», то есть, фактически, Наблюдательного совета. Существует и ещё один мотив участия в тематическом сообществе – высокий государственный уровень «читателей», то есть гарантированное методикой и практикой работы прочтение руководителями соответствующих госструктур и профильного бизнеса обзоров опыта, созданных в сообществах. Механизм обеспечения этого типа мотивации, реально сработавший в Индии, представляется нам наиболее важным элементом их успеха. После очного семинара модератор сам или через тех, кто дал рекомендацию, связывался с дополнительно ре- комендованными специалистами, которые в большинстве случаев давали согласие на участие в тематическом сообществе. Собственно это участие предполагало включение в лист рассылки и получение от модератора (а не от ВСЕХ участников) формулировок обсуждаемых проблем (вопросов) и обзоров опыта решения этих проблем, присланных модератору теми участниками, которые такой опыт имели или могли назвать источники, содержащие описания опыта их решения. Условия, которые дали позитивный результат: • Штатный статус модератора и его помощника. • Технический характер обсуждаемых проблем и опыта их решения. Оценки, мнения, эмоции и личностные характеристики устранялись из материалов коллективной работы. Именно для их исключения из материалов и т ребует ся модератор, по скольку при прямых контактах участников появление неприятных для части сообщества слов невозможно предотвратить никакими правилами. • Отсеивание модератором большого числа «информационных шумов», которые немногим лучше обыкновенного спама. Вот этот момент рассматривается участниками проекта как принципиально важный для того, чтобы руководители высокого уровня давали своё согласие на вхождение в состав тематического сообщества. Дело в том, что такие руководители в принципе не имеют возможности работать с первичным потоком информации, и эту работу для них обычно делает штатная референтная группа. Соответственно, тематическое сообщество (как поставщик первичной информации) и модератор (как референт, отбирающий из этого потока самую суть) выполняют для всех членов указанной группы работу, к которой руководители не просто привыкли, а воспринимают как наиболее удобную схему знакомства с новыми проблемами. Именно эта особенность организации работы обеспечивала согласие руководителей получать обзоры материалов тематического сообщества. Соответственно все члены сообщества получали информацию о том, кто является потребителем их экспертной продукции, что создавало дополнитель71 ную (в Индии очень важную) систему мотивации для тех, кто хочет довести свои знания и опыт решения проблем до высшего руководства и бизнеса (помимо их доведения до сообщества таких же, как и он, экспертов). Все эти особенности работы тематического сообщества и другие элементы мотивации используются при формировании круга участников перед запуском первых обсуждений, чтобы привлечь к ним уже на старте максимальное число заинтересованных экспертов и представителей структур, способных быть потребителями услуг экспертов. Работа начинается с выбора темы (проблемы), которая, по мнению участников стартовой очной встречи, представляется наиболее актуальной (значимой). Модератор формулирует соответствующую проблему и вопрос об опыте её решения, который направляется всем членам тематического сообщества, которые к тому моменту подтвердили свою заинтересованность в обсуждениях. В Индии одна из групп начала работу с обсуждения опыта решения конфликтов, возникающих в сфере использования воды и доступа к водопользованию. Модератор указывает срок, в течение которого желательно прислать описания опыта. Обычно это не более двух недель. На первый вопрос в Индии было получено 19 ответов. Для каждого содержательного ответа модератор делал резюме (не более 1,5 с.) в котором всегда указывал, какой именно специалист прислал описание соответствующего опыта. Полный список всех ответивших размещался в начале обзора. Кроме того, в отдельный раздел собирались сведения обо всех экспертах, которые располагали знаниями этой темы или были упомянуты членами тематического сообщества. Также был оформлен раздел с библиографией публикаций и раздел с гиперссылками на материалы по теме, имеющиеся в Интернете. Для каждого нового эксперта обязательно указывается, кем он рекомендован. Модератор может предлагать таким новичкам войти в состав тематического сообщества. Фактически получался дайджест экспертных знаний по проблеме (значительная часть таких дайджестов позже издавалась как отдельная брошюра). Дайджест по обсуждаемой проблеме рассылается модератором всем 72 членам тематического сообщества. Сейчас, по мере развития портала, дайджесты присутствуют на сайте и, по мере индексации страниц поисковыми системами, становятся элементами общедоступной базы знаний. Также на сайте выкладываются файлы тех документов, которые присланы участниками обсуждения и упомянуты в дайджесте. Членам сообщества файлы не рассылаются: каждый сам решает, скачать ли их ему по указанной в дайджесте ссылке или не делать этого. На каждое тематическое сообщество работает «ресурсная группа» (оргкомитет), преимущественно из числа первых участников. Она определяет приоритетные проблемы (темы обсуждения) на год вперёд. В ряде случаев, когда результат первого цикла обсуждения проблемы (мозговой штурм + инвентаризация опыта) заинтересовывал структуры, располагающие собственными ресурсами, они инициировали более основательную работу. В Индии это были государственные заказы или заказы от бизнес-структур, представленных в «ресурсной группе» (наблюдательном совете). В этих случаях формировалась численно меньшая, но уже обеспеченная ресурсами на проведение работы команда, включающая как положительно проявивших себя членов тематического сообщества, так и экспертов, приведённых в команду заказчиком. Предварительные результаты таких работ также поступали на обсуждение тематического сообщества. Организаторы говорят о данной, второй итерации как о весьма распространённой процедуре. Если разосланный вопрос (предложение поделиться опытом) не получает ответов вообще или их явно недостаточно (такие примеры хотя и редки, но есть) применяется особая технология решения. Модератор начинает обзванивать некоторых членов сообщества и искать специалистов, которые по обсуждаемой теме могут что-то сообщить коллегам. Достаточно регулярно (до 2-х раз в год) проводятся очные встречи участников тематической группы. Они организуются путём совмещения с научными конференциями, тематическими семинарами и другими форумами. Расширение тематического сообщества происходит не только че- рез рекомендации уже участвующих в нём экспертов, но и инициативно, через сайт. Для этого заинтересованное лицо должно подтвердить своё согласие с принципами работы тематического сообщества и зарегистрироваться с теми электронным адресом и телефоном, по которым с ним может связываться модератор. Обязательным элементом включения в списки рассылки при этом является личный звонок модератора. При этом выясняется правильность понимания сути деятельности, проверяется, действительно ли данный человек готов участвовать в тематическом сообществе (да и просто – существует ли он физически). Вот приблизительный перевод семи пунктов соглашения, размещённого на сайте тематических сообществ. Специфическими особенностями, которые могут отличать наш проект от существующей ПРООН в Индии, могут быть, с одной стороны, наличие острых разногласий будущих участников по обсуждаемым проблемам и более высокая, с другой стороны, готовность к использованию программных средств управления Интернет-порталом. Острота разногласий по обсуждаемой теме требует обязательного выполнения условия о штатном модераторе (или двух модераторах) и техническом помощнике. Вариант прямой рассылки материалов «от каждого всем» и «от всех каждому» необходимо исключить из рассмотрения. Опыт электронных рассылок, в которых данный принцип используется, свидетельствует о быстром возникновении в среде участников совершенно неожиданных споров, а порой и оскорблений, которые как ржавчина разъедают сообщество даже единомышленников, не говоря о сообществе с принципиально различными взглядами. Более высокий уровень программно-технического обеспечения режимов работы позволяет шире использовать возможности портала в дополнение к системе почтовых групп, которая для части тематического сообщества останется основной. Принципиально почтовые и Webрежимы между собой не конфликтуют ни содержательно, ни по программнотехническому оснащению. «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Новая кафедра светотехники – в Санкт-Петербурге В Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения (СПбГУ КиТ) на факультете аудиовизуальной техники (ФАВТ), официально открыта кафедра светотехники. В этом, 2009 г., состоится уже 3-й набор студентов на выпускающую специальность «Светотехника и источники света», но специальные дисциплины начинают читаться только с 3-го курса. Среди специальных дисциплин можно выделить следующие: теория оптических систем, электропитающие устройства, источники оптического излучения, фотометрия, фотография, световые приборы, осветительные установки, светотехника кино и телевидения. В процессе обучения студентам будет предоставлена возможность ознакомиться с научно-техническими до- НОВЫЕ КНИГИ ЗАО «ДОМ СВЕТА» Энергосбережение в осветительных установках Доктор техн. наук, проф. Ю.Б. Айзенберг В книге, являющейся сборником статей автора за период 1995–2007 годов по вопросам энергосбережения в осветительных установках, дан анализ состояния проблемы в мире и России и показаны возможности двукратного снижения расхода электроэнергии на цели освещения при улучшении его качества за счёт применения современных средств и методов освещения. Объём книги – 90 с. Элементарная светотехника стижениями известных санктпетербургских организаций и предприятий. Большая часть лабораторных и практических работ будет выполняться на оборудовании базового предприятия – ООО «НТП «ТКА». Заведующим кафедры светотехники назначен проф. К.А. Томский. Специальные дисциплины, в основном, будут вести сотрудники кафедры В.Н. Кузьмин и проф. О.М. Михайлов. СПРАВОЧНАЯ КНИГА ПО СВЕТОТЕХНИКЕ (3-е переработанное издание) под редакцией доктора техн. наук, проф. Ю.Б. Айзенберга Книга содержит полную информацию о физических принципах работы и технических характеристиках основных групп светотехнических изделий, нормативные и справочные данные по источникам излучения, пускорегулирующим ап- Л.П. Варфоломеев В книге рассмотрены практически все стороны современной светотехники: природа света, световые величины и единицы их измерения, источники света, аппаратура включения и управления источниками света, светотехнические материалы, осветительные приборы, нормирование освещения, автоматизированные системы управления освещением. Даны некоторые практические рекомендации по расчёту осветительных установок и по рациональному выбору средств освещения. Материал даётся в популярном изложении. Объём книги – 220 с. Брошюры немецкого Общества содействия хорошему освещению (FGL) (на русском языке) № 2 – «Хорошее освещение учебных заведений» Содержание: •Учебные помещения и жизненное пространство. •Человек и свет. •Свет для учения. •Учебные классы. •Мастерские. •Аудитории. •Библиотеки. •Фойе и выставки. •Кафетерии и столовые. •Учительские. •Коридоры и лестницы. •Дворы и парковки. •Спортивные залы и площадки. •Реконструкция-экономичность. •Аварийное освещение-надёжность. •Системы управления освещением. •Источники света. •Светильники.•Нормы. •Литература/наглядные пособия. •Информация об Обществе содействия хорошему освещению. Полноцветная брошюра (49 с., А4) Заказать и приобрести книги можно в ЗАО «Дом Света» по адресу: 129626, г. Москва, пр-кт Мира, 106, а/я 49, офис 346 Тел./факс: (495) 682–19–04; E-mail: Light-house@list.ru «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 паратам, электроустановочным устройствам, световым приборам и светотехническим установкам. Содержит сведения об основных понятиях и величинах светотехники, метрологии излучения, нормировании, расчёте проектировании и эксплуатации светотехнических установок различного назначения, а также о естественном освещении, облучательных установках, подводном освещении. Рассмотрены проблемы «Свет и здоровье», «Энергосбережение и экология». В приложениях даны действующие нормативные документы России и МКО. Объём книги – 972 стр. 73 День светотехника Москвы 3 марта 2009 г. в Доме Оптики состоялся 11-й традиционный День светотехника Москвы (ДСМ). В этом году он был посвящён энергосберегающим инновационным технологиям освещения в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ). В работе ДСМ приняли участие около 200 человек, представлявших не только Москву, но и многие регионы России, и зарубежные фирмы. Доклад «Роль и масштаб проблемы, основные задачи энергосбережения в ЖКХ» сделал генеральный директор Дома Света проф. Ю.Б. Айзенберг. В основном было сказано следующее. На освещение расходуется в среднем 19 % от всей вырабатываемой в мире электроэнергии (в США – до 30 % от вырабатываемой электроэнергии в стране, а в России – около 14 %). 28 % от расходуемой на освещение энергии приходится на жильё (в ряде развивающихся стран – до 86 %), где всё ещё доминируют ЛН. В ряде стран (Австралия, Великобритания, КНР, Куба, США, Украина) на уровне правительств принимаются меры по постепенному отказу от ЛН и переходу на более экономичные ИС. Так, в США с 2011 г. запрещается производство и продажа ЛН мощностью 100 Вт и более, с 2012 г. – мощностью 75 Вт и с 2014 г. – мощностью более 60 Вт. Во всём мире вопросам энергосбережения уделяется самое пристальное внимание, причём не только со стороны правительств, но и общественных организаций и крупных компаний. Во многих странах действуют государственные программы Green Light («Зелёный свет»), ставящие целью сокращение потребления энергии на освещение на 30–50 % за несколько лет. Заменой ЛН служат, прежде всего, КЛЛ. Сегодня в КНР в год производится около 80 КЛЛ на 100 жителей, в странах Евросоюза – 35, а в России – менее 2-х! В то же время даже простая замена ЛН на КЛЛ только в ЖКХ Москвы позволила бы ежегодно экономить более 1 млрд. кВт·ч электроэнергии. Другая альтернатива для ЛН – светодиоды (СД), параметры которых постоянно улучшаются. В настоящее время уже серийно выпускаются СД со световой отдачей 100 лм/Вт (фирма Cree, США). Подсчитано, что в США, стране с повышенной долей энергии, идущей на освещение (см. выше), массовое применение СД со световой отдачей 150 лм/Вт позволит снизить эту долю до 3 %, то есть в 10 раз! Кроме использования высокоэффективных ИС, важнейший путь снижения энергозатрат на освещение – применение автоматизированных систем управления освещением с датчиками естественного света и присутствия. Так, замена ЛЛ диаметром 26 мм (Т8) на ЛЛ диаметром 16 мм (Т5), применение светильников с зер- Рис. 1. Фрагмент стенда ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» Рис. 2. Светильник со светодиодами ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» 74 кальными экранирующими решётками, переход с ЭмПРА на ЭПРА и использование датчиков освещённости и присутствия позволяют экономить в существующих ОУ до 80 % электроэнергии. Следует также отметить, что расходы на модернизацию освещения окупаются достаточно быстро – срок окупаемости (по расчётам немецких специалистов) составляет от полугода до двух лет. С докладами о новых средствах и методах освещения на ДСМ выступили представители крупнейших российских («Световые Технологии», «Галад», «СветланаОптоэлектроника», «Уральский оптико-механический завод», «Прософт», «ЦЕРС») и ведущих мировых (Philips, Osram, General Electric Lighting, Thorn) фирмпроизводителей светотехнических изделий, а также представитель российской Центральной энергосервисной компании. Фактически все докладчики представляли новые энергосберегающие СП своих фирм и данные расчётов сроков окупаемости этих изделий. Особо отмечалось, что экономия энергии приводит и к улучшению экологической обстановки, так как при производстве доли электроэнергии, идущей на освещение, в атмосферу ежегодно выбрасывается около 1,8 млрд. т углекислого газа. А только от замены ЭмПРА на ЭПРА в одном светильнике с двумя ЛЛ мощностью 36 Вт сокращается выброс в атмосферу углекислого газа почти на 1,5 т за 15 лет (время эксплуатации светильника). Представитель Центральной энергосервисной компании С.В. Степанов отметил, что замена ЛН на Рис. 3. Светильники со светодиодами. Фрагмент стенда ЗАО «Светлана-Оптоэлекроника» «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Рис. 4. Светильники со светодиодами. Фрагмент стенда фирмы «Прософт» КЛЛ только на лестничных площадках жилых домов даёт экономию до 6000 руб. в год в каждом подъезде 12-этажного дома. Однако при этом очень важная проблема – защита светильников от вандализма и хищения. Ещё одна проблема применения КЛЛ – утилизация выходящих из строя ламп, так как они содержат ртуть, а различные ДЭЗы, ЖЭУ и другие подобные организации заниматься этим не хотят. Представитель Международной группы компаний «Световые Технологии» А.В. Варфоломеев рассказал о новых светильниках для объектов ЖКХ, выпускаемых этой группой. И в частности обратил внимание слушателей на то, что замена ЭмПРА на ЭПРА как минимум экономит до 30 % электроэнергии, идущей на освещение (при равенстве световых потоков светильников в обоих случаях). Весьма интересным и информативным был доклад представителя ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» (Санкт-Петербург) А.А. Богданова. Он рассказал о новых светодиодных модулях и об ассортименте СП с этими модулями (рис. 1–3), всё – собственного производства, а также о крупных ОУ со светильниками с СД на платформе «Сортировочная» в Санкт-Петербурге и железнодорожной станции «Кириши» Октябрьской железной дороги и др. Представитель фирмы General Electric Lighting М.Г. Медведев информировал о мощных СД серии Vio, выпускаемых фирмой (мощность 1,2 или 3,6 Вт, световая отдача – 55 лм/Вт, срок службы – 50 тыс. ч), о светильниках с этими СД, а также о ЛЛ Т5 и Т8 со сниженной на 5 % мощностью при том же световом потоке и с повышенным сроком службы (26 и 36 тыс. ч соответственно). Интересны также выпускаемые фирмой светильники с СД для витрин«СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 ных холодильников. Произведённая фирмой замена газоразрядных трубок на СД в вывесках 655 гостиниц дала экономию электроэнергии в 62 % и снижение выброса углекислого газа на 1000 т в год. Фирма расходует до $500 млн. в год на создание новой энергосберегающей продукции. В 2010 г. она планирует начать серийное производство органических СД. Представитель фирмы Philips Н. Кухтин в своём выступлении подчеркнул, что некачественное освещение всегда затратно. Малые капитальные затраты, связанные с использованием дешёвых СП, оборачиваются большими эксплуатационными расходами (оплата электроэнергии, замена и утилизация выходящих из строя ламп). Он отметил также, что использование СД для архитектурного и дорожного освещения приводит к экономии энергии, идущей на освещение, втрое по сравнению с традиционными ИС. Обширную номенклатуру СП для ЖКХ, выпускаемых фирмой «Галад», представил А.М. Жевлаков. Интересны светильники ЛПО/ДПО 56 и ЛБО/ ДБО 64 в антивандальном исполнении для освещения лестничных клеток и площадок. Светильники снабжены датчиками освещённости и звука, срабатывающими от звука шагов или разговора при появлении на площадке людей. Использование таких светильников с КЛЛ мощностью 11 Вт в четырёхподъездном девятиэтажном доме позволяет экономить в год свыше 150 тыс. руб. по сравнению со светильниками с ЛН. Он рассказал также об опыте освещения СД Графского переулка в Москве, показавшем, что использование СД для освещения улиц и дворов пока нерационально. Представитель фирмы Osram С.В. Гвоздев-Карелин рассказал об интересной новинке фирмы: ГЛН Рис. 5. Фрагмент стенда ФГУП «ПО «Уральский оптико-механический завод» им. Э.С. Яламова Рис. 6. Фрагмент стенда фирмы Osram Рис. 7. Фрагмент стенда фирмы «Космос» с внутренним теплоотражающим покрытием (технология IRC) и наружной колбой, похожей на колбу обычной ЛН с цоколем Е27. Световая отдача при этом увеличивается более, чем на 30 %, а срок службы – вдвое. Учитывая инерцию привычек населения, такие лампы могут прижить75 ся в быту, что может заметно экономить электроэнергию. Фирма Osram довела срок службы КЛЛ до 15 тыс. ч, а ЭПРА – до 100 тыс. ч. Выпускаемые фирмой НЛВД для прямой замены ламп ДРЛ (без замены дросселей) позволяют снижать мощность ОУ более, чем в полтора раза. Фирма «Прософт» (эксклюзивный дистрибьютор американской фирмы Cree в России) подсчитала реальный потенциал экономии электроэнергии в Москве при использовании СД. Выступавший от фирмы А.Н. Туркин сказал, что только в ЖКХ полная замена ЛН на СД позволила бы экономить 1,4 млрд. кВт·ч в год, а в функциональном уличном освещении – 450 млн. кВт·ч в год. Хотя срок окупаемости может быть достаточно большим (до 5 лет), работы по массовому внедрению СД надо начинать уже сейчас. Был представлен также довольно широкий ассортимент выпускаемых фирмой светильников с СД (рис. 4). Представитель холдинга «Нация» А.В. Дудин рассказал о продукции фирмы «ЦЕРС» (Ростов-на-Дону), входящей в холдинг. В 2006 г. фирма первой в России освоила промышленное производство светильников с СД и сегодня выпускает широкий ряд этих светильников для освещения подъездов, улиц, промышленных территорий, теплиц и рекламных щитов, для архитектурного освещения. Реализованы проекты освещения светильниками с СД в Ростове-на-Дону и других городах. Все доклады на ДСМ были выслушаны с большим вниманием. Кроме того, в фойе Дома Оптики была развёрнута небольшая выставка энергосберегающих СП, в основном СП с СД для объектов ЖКХ. Большой интерес вызвал стенд ФГУП «ПО «Уральский оптико-механический завод» им. Э.С. Яламова, на котором были представлены выпускаемые заводом осветительные и светосигнальные СП (рис. 5). Весьма интересны были и стенды фирм «СветланаОптоэлектроника» (рис. 1–3), «Прософт» (рис. 4), Osram (рис. 6) и «Космос» (рис. 7). У стендов проходили оживлённые дискуссии по энергоэкономичному освещению. Л.П. Варфоломеев, канд. техн. наук 76 Поздравляем с юбилеем! Ðåäàêöèÿ, ðåäêîëëåãèÿ æóðíàëà è êîëëåãè ïîçäðàâëÿþò êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê, ãåíåðàëüíîãî äèðåêòîðà ÎÎÎ «Ðåôëàêñ», èçâåñòíîãî èçîáðåòàòåëÿ è îðãàíèçàòîðà ïðîèçâîäñòâà, ïðåäñåäàòåëÿ ÐÃ8 Èíòåðýëåêòðî Владимира Михайловича Пчелина ñ 60-ëåòèåì è æåëàþò åìó êðåïêîãî çäîðîâüÿ è äàëüíåéøèõ òâîð÷åñêèõ óñïåõîâ. ÏÈÑÜÌÎ Â ÐÅÄÀÊÖÈÞ Дорога в провинции Хубэй в центре КНР, которая на протяжении десятков километров освещена светильниками со светодиодами. Вторая подобная дорога находится на побережье близ Даляня. Световой поток светильников – около 12 клм (чуть-чуть не дотянули до 100 лм на одноваттный кристалл). Расположены на стандартной высоте (более 12 м) и с лихвой обеспечивают освещённость на поверхности дороги свыше 20 лк. Поражает стоимость светильника – около $300 и гарантированная долговечность – 5 лет, с последующим продлением на несколько трёхлетних сроков. Завод, производящий светодиоды для этих светильников (на наших люминофорах), имеет достаточный портфель заказов и полон оптимизма. Всё это пока сделано на средних кристаллах компании Epistar мощностью 350 мВт. Н.П. Сощин, канд. техн. наук «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 РОССИЙСКИЕ И МЕЖДУНАРОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ И ВЫСТАВКИ В 2009 ГОДУ (II ПОЛУГОДИЕ) Дата Название мероприятия Место проведения 1. ДАЛЬНЕЕ ЗАРУБЕЖЬЕ 16.07 18.07.2009 PALME Asia 2009 Крупная международная выставка звуковых, осветительных технологий, радиоэлектроники и средств развлечения www.palme-asia.com г. Сингапур, Сингапур 09.09 11.09.2009 Lux Europe 2009 11-ая Европейская светотехническая конференция (под девизом «Освещение и окружающая среда») www.luxeuropa2009.org.tr г. Стамбул Турция 24.09 27.09.2009 Renexpo – 2009 Международная торговая ярмарка в области источников возобновляемой энергии г. Аугсбург, Германия 27.09 29.09.2009 Light Middle East Средневосточная региональная светотехническая ярмарка www.messefrankfurtme.com г. Дубай, ОАЭ 19.10 21.10.2009 LEDs 2009 10-я ежегодная конференция по светодиодам www.ledjournal.com г. Сан-Диего, Калифорния, США 29.10 31.10.2009 PLDC 2009 2-й Всемирный конгресс профессиональных светодизайнеров www.pld-a.org г. Берлин, Германия 2. СТРАНЫ СНГ 03.09 05.09.2009 Электроника и энергетика – 2009 8-я Международная выставка энергетического и электротехнического оборудования, энергосберегающих технологий г. Одесса 30.09 03.10.2009 Ваш умный дом – 2009 5-я Специализированная экспозиция г. Харьков 27.10 30.10.2009 Энергетика. Электротехника. Энергосбережение – 2009 12-я Специализированная выставка г. Харьков 03.11 05.11.2009 Энергия и энергетика – 2009 8-я Международная выставка генерации, распределения и сохранения энергии, альтернативных источников энергии г. Киев 3. РОССИЯ 13.10 15.10.2009 Наноиндустрия – 2009 Международная специализированная выставка 19.10. 22.10.2009 CITYBUILD-2009 Международный форум «Строительство городов», включая выставку «Свет в городе» и «Электроснабжение и электросбережение городов» www.city-build.ru 28.10 03.11.2009 Полиграфинтер 2009 22-я Международная выставка полиграфического оборудования, технологий, материалов и услуг www.crocus-expo.ru 10.11 12.11.2009 Светотехника – 2009 11-я Специализированная выставка г. Екатеринбург 10.11 13.11.2009 ИНТЕРСВЕТ-2009 14-я Международная специализированная выставка по светотехнике и осветительной технике и Интеллектуальный Дом г. Москва 11.11.2009 3-й Московский Международный форум по светодиодным технологиям в светотехнике (в ходе выставки ИНТЕРСВЕТ-2009) www.interlight-moscow.com 12.11 15.11.2009 Ландшафтная архитектура. Флористика-2009 8-я Международная специализированная выставка www.crocus-expo.ru Источник информации, если он не указан во 2-й колонке, – www.exponet.ru г. Москва Критика и библиография Правила оформления рукописей, представляемых в журнал «Светотехника» 1. Журнал публикует оригинальные и обзорные статьи по различным направлениям светотехники. Если коллектив авторов включает сотрудников разных учреждений, то следует указать место работы каждого автора, адрес электронной почты и контактный телефон. Каждый автор (соавтор) опубликованной статьи получает 1 экземпляр журнала с этой статьёй. 2. Все статьи публикуются на русском языке. Рукописи статей принимаются на русском и (или) английском языках. 3. Статья представляется в двух экземплярах с обязательной электронной версией. На отдельных листах следует приложить краткие сведения об авторах (когда и какой вуз окончен, настоящее место работы и занимаемое положение, учёная степень и учёное звание, почётное звание, занятие научнообщественной деятельностью, область научных интересов и т. п.). Следует также представить цветную фотографию каждого автора (в электронном виде). 4. Максимально допустимый объём статьи, как правило , – 12 машинописных страниц и 8 рисунков, включая рисунки с буквенными обозначениями (например, рис. 1, а и рис. 1, б считаются как два рисунка). 5. Статья должна излагаться в следующем порядке: название, авторы [в алфавитном порядке (инициалы, фамилия) и не более трёх от одного учреждения], аннотация и ключевые слова (на русском и, желательно, на английском языках), текст статьи, список литературы. Желательно, на отдельных листах представляются таблицы, иллюстрации (рисунки, фотографии) и подписи к иллюстрациям. Для оперативной связи с авторами указывается адрес электронной почты сноской при фамилии автора-корреспондента. 6. Аннотация – «визитная карточка» статьи. В ней не должно быть аббревиатур и ссылок на другие работы. Она должна быть краткой (не более 10– 11 строк), но ёмкой. Аннотация печатается на отдельной странице вместе со следующими за ней ключевыми словами (не более 3 строк). 7. Во «Введении» следует оценить мировой уровень работ по данной тематике, нерешённые проблемы по направле- 78 нию публикуемой работы, чётко сформулировать основную цель и задачи работы. При описании техники эксперимента (расчёта) следует опускать подробности общеизвестных методик, ссылаясь на приведённые в других работах сведения, но обязательно подчёркивать принципиальные особенности собственных измерений (расчётов). В «Заключении» следует выделить основные результаты и обратить внимание читателей на те изменения и дополнения, которые вносит работа в современное состояние рассматриваемой проблемы или вопроса. 8. На последней странице печатной версии текста (после списка литературы) должны быть подписи всех авторов. 9. Каждый рисунок располагается на отдельном листе формата А4 с указанием (в печатной версии) карандашом на обороте его номера фамилий авторов и названия статьи. 10. Таблицы набираются на отдельных страницах и нумеруются по порядку упоминания их в тексте арабскими цифрами. Название пишется после номера таблицы. Все графы в таблице имеют заголовки и разделяются вертикальными линиями. Сокращение слов в таблицах не допускается. При наличии в тексте одной таблицы таблица не нумеруется. В таблице без заголовка (что нежелательно) пишется только слово «Таблица». 11. Авторам следует избегать повторения одних и тех же данных на рисунках, в таблицах и в тексте. 12. Используемые в работе термины, единицы измерения и условные обозначения должны быть общепринятыми (использоваться физические величины, единицы и обозначения, в частности, принятые в Международной системе СИ и Международном светотехническом словаре (М.: Русский язык, 1979)). 13. Все употребляемые в статье обозначения (за исключением общеизвестных констант типа e, h, с, π и т. п.) и аббревиатуры должны быть определены при их первом появлении в тексте, с учётом следующих принятых в журнале сокращений: ВД – высокое давление ВЧ -высокая частота ЗУ – зажигающее устройство ИЗУ – импульсное зажигающее устройство ИК – инфракрасный ИС – источник света КЕО – коэффициент естественной освещённости КЛЛ – компактная люминесцентная лампа КПД -коэффициент полезного действия КСС – кривая силы света ЛН – лампа накаливания ЛЛ – люминесцентная лампа ГЛН – галогенная лампа накаливания ГЛН НН – галогенная лампа накаливания низкого напряжения МГЛ – металлогалогенная лампа НЛ – натриевая лампа НЛВД – натриевая лампа высокого давления НД – низкое давление НЛНД – натриевая лампа низкого давления НН – низкое напряжение НО – наружное освещение ОУ – осветительная установка ПРА – пускорегулирующий аппарат РЛ – разрядная лампа РЛВД – разрядная лампа высокого давления СД – светодиод СВД – сверхвысокое давление СП – световой прибор УФ – ультрафиолетовый ПРА – пускорегулирующий аппарат ЭмПРА – электромагнитный ПРА ЭПРА – электронный ПРА ЭУИ – электроустановочное изделие Тц – цветовая температура Ra – общий индекс цветопередачи Ф – световой поток I – сила света L – яркость E – освещённость λ – длина волны V (λ) – функция относительной спектральной световой эффективности для дневного (если не оговаривается иное) зрения 14. При наборе статьи на компьютере все латинские и греческие обозначения физических, фотометрических и колориметрических величин набираются курсивом (P, I, W, V (λ), Ra и т. д.). Желательно использование латинских обозначений индексов (в общеупотребительных вариантах). 15. Формулы нумеруются в круглых скобках (2), литературные ссылки – в прямых [2], При этом нумеруются только те формулы, которые упоминаются в тексте. 16. Библиографические ссылки оформляются с учётом ГОСТ Р 7.0.5– «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 Поздравляем с юбилеем! Ðåäàêöèÿ, ðåäêîëëåãèÿ, êîëëåãè ïî ðàáîòå, äðóçüÿ ïîçäðàâëÿþò èçâåñòíîãî ñïåöèàëèñòà ïî ðàçðÿäíûì èñòî÷íèêàì ñâåòà êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê Ивана Фёдоровича Минаева ñ 60-ëåòèåì è æåëàþò åìó âñåãî ñàìîãî äîáðîãî 2008 «Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления». (При этом к ссылкам на материал из Интернета следует относиться осторожно, предпочитая «долгоживущие сайты»; и обязательно указывать дату последнего обращения к этому материалу; в иных случаях интернет-ссылку желательно продублировать.) Например: Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники: Учеб. пособие для вузов: В 2-х ч. Ч. 2. Физиологическая оптика и колориметрия. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 432 с. Шуберт Ф. Светодиоды. Пер. с англ. под ред. А.Э.Юновича. – 2-е изд. -М: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 496 с.; Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б.Айзенберга. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Знак, 2006. 972 с. Beam, A.R., Simons, R.H. Lighting fittings performance and design. – Oxford: Pergamon Press, 1969. E l m e r, W. B . O p t i c a l d e s i g n of reflectors. – 2nd ed. – New York: John Wiley & Sons, 1983. Schanda, J., Lanyi, C. Color reproduction of prints in case of LED illumination // Proc. Int. Conf. «Lux Pacifica`2002», 9–11.09.2002, New Delhi. – Р. 131–134. Никифоров Б.Н. Новое в светотехнике подводных лодок // Светотехника. – 2001. – № 3. – С. 25. Kokoschka, S. Zur Berechnung von Schwellenkontrasten für die Detektion einfacher Schobjekte // Licht. – 1988. – 40, № 4. – S. 305–308. Каршенбойм С.Г. Новые рекомендованные значения фундаментальных физических постоянных (КОДАТА «СВЕТОТЕХНИКА», 2009, № 3 2006) // УФН. – 2008. – Т. 178, № 10. – С. 1057–1064. Патент РФ № 2159021, 04.12.2000. Сысун В.В. Светомаскировочная фара на светодиодах // Патент России № 2266466. 2005. Бюл. № 35. Официальные периодические издания: электронный путеводитель / Рос. нац. б-ка, Центр правовой информации. [СПб], 2005–2007. URL: http://www. nlr.ru/lawcenter/izd/index.html (дата обращения: 18.01.2007). Малышев В.В. Повышение эффективности облучательных установок для теплиц // Автореф. дис. … к-та техн. наук. – М.: ГНУ «ВИЭСХ», 2007. При этом нежелательно давать ссылки на труднодоступные широкому читателю издания (например, на труды студенческих и ведомственных конференций). 17. Всем авторам предоставляется возможность ознакомиться с корректурой рукописи (в электронной версии) до передачи её для набора. Авторы имеют возможность устранить обнаруженные опечатки и небольшие неточности, оперативно направляя перечень исправлений по электронной почте научному редактору или редколлегии нашего журнала (svetlo-nr@yandex.ru). При этом дополнения в тексте не допускаются. Корректура рукописи передаётся в набор только после её согласования автором(ами) 18. Если при доработке рукописи (по замечаниям рецензента, редактора или по собственной инициативе) она находилась у авторов больше трёх недель, статья получает статус «после доработки». Если срок доработки превышает два месяца, статья рассматривается как вновь поступившая. 19. Редакция не согласовывает с авторами изменения и сокращения рукописи, имеющие редакционный характер и не затрагивающие принципиальных вопросов. 20. Рукописи, в которых не соблюдены данные правила, отклоняются. Датой поступления в редакцию считается день повторного получения рукописи. 21. Редакция просит авторов учитывать, что рецензенты дают заключение по следующим пунктам: а) соответствует ли статья тематике журнала; б) есть ли в статье чётко сформулированные новые научные результаты; в) достаточно ли надёжно обоснованы выводы статьи; г) понятно ли изложен материал статьи, соблюдено ли при этом единообразие в терминах и обозначениях; д) для какого круга читателей она представляет интерес. При этом следует избегать введения «от себя» новой терминологии и пользоваться жаргонными выражениями. Куда направлять рукописи статей в журнал «Светотехника» Печатные версии рукописей следует направлять в адрес редакции журнала: 129626, РФ, Москва, проспект Мира, д. 106, а/я 34, ВНИСИ, Редакция журнала «Светотехника», тел: +7 (495) 682–26–54, тел./факс: +7 (495) 682–58–46; электронные версии присылать по электронной почте: werannik@ mail. ru (в теме указать «Статья для журнала «Светотехника») в форматах doc (тексты) и tif (иллюстрации, не менее 300 dpi), причём графические файлы дублируются в формате doc. 79 ПАМЯТИ НИКОЛАЯ ВЛАДИМИРОВИЧА ОБОЛЕНСКОГО (20.07.1927–22.03.2009) 22 марта 2009 г. после продолжительной болезни скончался Николай Владимирович Оболенский. Н.В. Оболенский родился 20 июля 1927 г. в Москве. После окончания в 1950 г. Московского архитектурного института Н.В. Оболенский в течение десяти лет работал в проектном институте ГИПРОВУЗ, пройдя путь от архитектора до руководителя группы. Он принимал непосредственное участие в проектировании 15 крупных вузов и других объектов в СССР и за рубежом, и в частности, является автором проектов Института инженеров гражданской авиации в Киеве, Политехнического института в Ханое (Вьетнам), жилого городка Казанского университета, Технологического института в Рангуне (Бирма). Столкнувшись на практике с проблемами солнца и климата, он в 1960 г. «ушёл в науку» о свете в архитектуре, поступив в аспирантуру и перейдя на работу в НИИСФ Госстроя СССР к проф. Н.М. Гусеву, с которым тесно и плодотворно сотрудничал до 1980 г. В 1965 г. успешно защитил кандидатскую диссертацию «Метод расчёта инсоляции и естественного освещения зданий в южных районах (на примере высших учебных заведений)». В 1983 г. им была защищена докторская диссертация «Светотехнические аспекты инсоляции и солнцезащиты в строительстве», увенчавшаяся присуждением учёной степени доктора технических наук в 1984 г. В НИИСФ Н.В. Оболенский в 1970–1982 гг. – главный инженер, руководитель сектора, зав. лабораторией строительной климатологии. Профессия и практический опыт архитектора помогли ему в 1968– 1980 гг. возглавить работы по проектированию и строительству корпуса архитектурной светотехники НИИСФ с уникальной по размерам установкой «Искусственный небосвод купольного типа» диаметром 18 м. Под его руководством и при непосредственном участии развивалась экспериментальная база строительной светотехники, включавшая созданный инсолятор с «движущимся солнцем» и «Гелиоклиматрон», обеспечивавшие крупномасштабное физическое моделирование инсоляции и естественного освещения помещений с широким диапазоном авто- матической настройки яркости полусферического неба. На этих установках проведены многочисленные исследования, результаты которых использованы при разработке нормативно-методической базы в архитектуре и строительстве. С 1961 г. Н.В. Оболенский делился своим богатым опытом творческой, научной и практической работы со студентами вечернего факультета МАрхИ и слушателями ФПК. В 1982 г. он перешёл в институт на постоянную работу, возглавив после Н.М. Гусева кафедру строительной, при нём ставшей архитектурной, физики. Здесь он в 1985 г. получил учёное звание профессора. Активно занявшись делами кафедры, Н.В. Оболенский приобретал современные образцы светотехнического оборудования, выпустил вместе с С.В. Непомнящим группу дипломников с интересными идеями архитектурного формообразования под воздействием света солнца и неба, воплощёнными в их проектах. Им воспитано 10 кандидатов наук. Будучи членом Союза архитекторов с 1959 г., Николай Владимирович был избран председателем бюро самой большой секции в СА СССР – секции МАрхИ. Многие годы он вёл общественную работу в качестве члена научных и научно-технических советов МАрхИ, НИИСФ, МИСИ, московского отделения ВООПИК, Головного совета КНТП «Человек и свет» Минвуза РСФСР, редколлегии журнала «Светотехника» и в последние годы – Градостроительного совета Москомархитектуры. В 1989 г. решением Исполкома Моссовета Н.В. Оболенский был назначен первым заместителем начальника Мосгосэкспертизы, где проработал до 2001 г. Под его руководством рассмотрено свыше 10 ты- сяч проектов, сэкономлены миллиарды бюджетных рублей, им лично подготовлены экспертные заключения на строительство и реконструкцию важнейших городских объектов – комплексов на Поклонной горе и Манежной площади, храма Христа Спасителя, стадиона в Лужниках, Большого театра и др. В 1980– 90-х годах он активно участвовал в крупных архитектурных конкурсах («Реконструкция Сухаревской площади» – 1-я премия; «Реконструкция Манежной площади» – 2-я и др.). За 47 лет проектно-творческой, педагогической и научной деятельности им было опубликовано более 100 работ. Результаты исследований отражены в монографии «Архитектура и солнце» (1989 г.), в учебнике для вузов «Архитектурная физика» (1997 г.) и в важнейших нормативных документах союзного, федерального и регионального значения: СНиП 23–05–95 «Естественное и искусственное освещение», СНиП 11–60–75 «Планировка и застройка городов» и др. Высокий профессионализм доктора наук, профессора Н.В. Оболенского увенчан званиями Заслуженного архитектора РФ, академика Международной академии наук высшей школы и Академии творчества, члена-корреспондента Международной академии архитектуры и Академии информатики, премией имени Баженова, медалью Академии творчества, дипломами и медалями международных симпозиумов и конкурсов. Прямой потомок одного из древнейших и славнейших российских аристократических родов (как сказал на отпевании в Нижнем храме комплекса Храма Христа Спасителя священник – «один из последних рюриковичей»), Николай Владимирович был удивительно мирным, многогранно талантливым, трудолюбивым, интеллигентным человеком с широкой, открытой душой и добрым сердцем. Он всегда был готов помочь и всегда помогал, чем мог, людям. Поэтому мы, его друзья и коллеги, помним его, благодарны ему и искренне скорбим о его кончине, разделяем печаль и выражаем сердечные соболезнования его родным. Светлая ему память. Редакция и редколлегия журнала, коллеги и друзья Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № 77-1080 от 9 ноября 1999г., выданное Министерством российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций. Тираж 2000. Цена свободная. Следующий номер журнала выйдет 06.08.2009 г.
