- Для чего нужен рефлектор?
- Моделирование различных конфигураций рефлекторов
- Изготовление рефлектора
- Использование рефлекторных ламп
Обратите внимание на copyright параграф выше. В отличие от большинства материалов данный раздел запрещен к распространению без моего предварительного согласия
Для чего нужен рефлектор
Ответ достаточно простой - чтобы получить больше света без увеличения количества ламп. Например, хороший рефлектор может увеличить количество падаемого на поверхность воды света почти в два раза. С другой стороны, плохой рефлектор может испортить все дело - из-за перегрева люминесцентной лампы ее светоотдача резко падает.
Далее рассмотрены рефлекторы, используемые вместе с люминесцентными лампами. В качестве материала можно использовть алюминизированные рефлекторы. Например, специальное Альзак-покрытие имеет коэффициент отражения до 85%. В принципе, можно использовать и металлическую фольгу, коэффициент отражения которой равен - 60-70%.
Также рассмотрены и так называемые рефлекторные (или апертурные) лампы, которые имеют отражающее покрытие на поверхности лампы.
| к началу страницы
назад к оглавлению
|
Моделирование различных конфигураций рефлекторов.
Для того, чтобы рассмотреть различные формы рефлектора, с точки зрения их оптимальности я провел моделирование на компьютере (используя, свою собственную программу для расчета осветительных систем - OptCom). Для моделирования был выбран мой аквариум, длиной 36" (91 см) и шириной 12" (30 см). Лампы были выбраны длиной 24" (61 см). Условно световой поток каждой лампы принимался за 1000 Лм. Коэффициент отражения зеркального рефлектора равен 80%. В зависимости от типа используемого материала, коэффициент отражения алюминированного рефлектора может доходить до 85% (обычное зеркало имеет коэффициент отражения около 90%). Для моделирования шероховатости материала рефлектора было принято, что отраженный свет рассеивается в пределах малого угла по косинусному закону и это рассеяние зависит от угла падения.
Учитывался только лишь свет, попадающий на поверхность воды. Потери на отражение от поверхности воды, рассеяние света и т.д. не учитывались. Следует отметить, что полученные данные не характеризуют эффективность рефлектора, которая будет выше, поскольку часть света, вышедшего из рефлектора, не достигает воды, из-за небольшой ширины аквариума. Это надо иметь в виду, поскольку часто изготовители рефлекторов дают значение эффективности рефлектора, т.е. количеcтва света, вышедшего из рефлектора.
Светораспределение на поверхности воды не учитывалось. Например, иногда желательно иметь равномерную освещеность по поверхности или, наоборот, иметь больше света спереди.
Тщательной оптимизации рефлекторов не производилось, поэтому можно ожидать, что при дальнейшей оптимизации можно получить 5-10% эффективности. Однако, из-за погрешностей изготовления рефлектора, ошибки в положении ламп, относительно рефлектора, вариации в световом потоке ламп, которые могут достигать 10%, зависимость светоотдачи ламп от температуры, питающего напряжения и т.д. данная оптимизация представляется нецелесообразной.
Различные рефлекторы дают световой поток с различными углами падения к поверхности воды. Для минимизации потерь на отражение следует стараться, чтобы угол падения был как можно ближе к 90 градусам. С другой стороны, если поверхность воды находится в движении, например фильтр или компрессор создают волны, то такая оптимизация не имеет особого смысла.
Я промоделировал стандартные лампы диаметром T12 и T5, для ламп диаметром T8 результат будет где-то посередине. Лампы полагались излучающими равномерно по длине и с поверхностью излучающей по закону Ламберта (кто не знает этого, вполне могут пропустить). Свет попадающий обратно в лампу переизлучается с эффективностью 10% (в реальности, наверное, еще меньше). Лампы размещались на высоте 8 см от поверхности воды.
Никакой зависимости температуры ламп от их взаимного расположения не учитывалось. хотя этот фактор очень важен, поскольку при нагревании ламп их эффективность падает.
Было промоделировано 4 типа рефлекторов. В таблице приведены округленные значения светого потока. Конфигурации рефлекторов даны на рисунках ниже.
Диаметр лампы |
Количество ламп(каждая лампа - 1000 Лм) |
Световой поток на поверхности воды (Лм) |
|||
|---|---|---|---|---|---|
Без рефлектора |
"Короб" |
"Полукруглый" |
"М" |
||
| T5 (16 мм диаметр) |
1 | 340 | 720 | 750 | 800 |
| 2 | 680 | 1180 | 1220 | 1400 | |
| 3 | 1050 | 1650 | 1620 (лампы близко к друг другу) |
1860 | |
| 4 | 1350 | 1980 | 1860 (лампы близко к другу) |
2200 | |
| T12 (38 мм диаметр) |
1 | 340 | 660 | 690 | 750 |
| 2 | 680 | 1000 | 1020 | 1120 | |
| 3 | 930 | 1260 | 1280 | 1410 | |
| 4 | 1200 | 1520 | 1480 | 1600 | |
Из этого можно сделать следующие выводы:
- Как и следовало ожидать, при отсутствии рефлектора, количество света, попадающего на поверхность воды, определяется углом между направлениями на края аквариума и с вершиной в лампе u=2 atan (15/8) = 124° . Количество света равно (лампа излучает в полный угол 360°) 124/360 = 34%. Эффективность не зависит от количества и диаметра ламп, при условии, что лампы размещены примерно посередине. Если разместить лампы близко к краю, то часть светового потока будет теряться.
- Не имеет смысла использовать много ламп, особенно большого диаметра. При расположении их близко к друг другу теряется много света, при этом они нагреваются, что приводит к еще большим потерям.
- Использование даже самого простого рефлектора приводит к увеличению полезного светового потока почти вдвое. Поэтому лучше использовать меньшее количсетво ламп, но с рефлектором.
- Самый "хороший" рефлектор ненамного (10-20%) лучше самого плохого.
- Моделирование показало, что если рефлектор расположен невысоко над водой, то использование диффузного рефлектора (покрытого белой краской с коэффициентом отражения 0.8 - 0.9) приводит к снижению его эффективности на 10-15% при 1-2 лампах и к намного большим потерям при 3-4 лампах.
Если рассматривать эффективность рефлектора совместно с водой в аквариуме, то различные рефлекторы отличаются эффективностью, но этот вопрос тут не рассматривается (это несложно, но в другой раз)
|
Рефлектор "M"- типа. Каждая из половинок имеет достаточно сложную форму профиля. |
|
Полукруглый рефлектор. На самом деле - это форма не круглая, а достаточно сложный профиль - параболический или гиперболический |
|
Все рефлекторы "полукруглой" формы и одинаковой высоты оказались практически одинаковы в своей эффективности, вне зависимости от конкретного профиля рефлектора (конечно, всегда можно выбрать никудышный профиль). Это можно понять из рисунка. Рефлектор определенной высоты захватывает примерно одинаковое количсетво света, вне зависимости от его формы. Весь этот свет направляется в воду, кроме той части света, которая излучается лампами вертикально вверх на отражается обратно на лампы.
|
|
Как понятно, лампы меньшего диаметра более эффективны, поскольку менее экранируют свет. На изображенном на рисунке рефлекторе, значительная часть света теряется - те лучи, которые лежат выше граничного луча от лампы к краю аквариума и нижэ тех которые перехватываются рефлектором. |
|
Такой вот рефлектор, в виде короба. оказался практически не хуже, чем рефлекторы "полукруглой" формы. |
|
Следует отметить необходимость удаления верхней плоскости рефлектора
от ламп, особенно при наличии нескольких ламп.
Во первом случае свет, излученный левой лампой, из-за близости верхней поверхности рефлектора, отражается во вторую лампу. Во втором случае, свет проходит мимо второй лампы. Помиомо этого, близкое расположение рефлектора вызывает перегрев ламп и снижение их светоотдачи. |
|
Рефлектор, напоминающий букву "М". Такая конфигурация является одной из наиболее оптимальной (на рисунке изображен не самый оптимальный рефлектор, поэтому не имеет особого смысла его копировать), позволяя получить на 10-15% света больше и под более выгодным углом к поверхности воды. Если пренебречь конечностью длины лампы и считать ее бесконечно длинной, то задача проектирования рефлектора сводится к двумерной, которая достаточно хорошо изучена. Такой рефлектор лучше предыдущих, поскольку лучи, излучаемые вверх, не отражаются обратно в лампы, а как бы "огибают" их. |
|
На рисунках показано относительное распределение освещенности на поверхности воды для различных рефлекторов. Данные лампы являются явно короткими для такого аквариума. У меня они были размещены со сдвигом, чтобы компенсировать продольную неравномерность. |
|
Как видно, меняя форму рефлектора, можно менять распределение света, например перераспределяя его так, чтобы большее количество света падало на переднюю часть аквариума (поскольку рыбы смотрятся более ярко окрашенными в отраженном свете) |
В итоге, можно сделать вывод:
Если вы не гонитесь за последними 5% (как известно, последние 5% требуют 95% усилий), то принципиального значения форма поверхности рефлектора не имеет. Любой "хороший" рефлектор будет давать примерно одинаковое количество света. Вариации в световом потокое ламп, положения ламп относительно рефлектора и т.д. делают дальнейшую оптимизацию не имеющей особого смысла.
| к началу страницы
назад к оглавлению
|
Изготовление рефлектора
Рефлектор для лампы достаточно несложно изготовить самому. Если у вас нету материала с отражающим покрытием, то каркас можно изготовить из пластика, дерева и обклеить фольгой. Помните о том, что температура на поверхности рефлектора может быть достаточно высокой и вам необходимо обеспечить вентиляционные отверстия и не использовать легковозгораемые пластики и т.д.
|
Как было показано выше, форма рефлектора, особенно для одной-двух ламп не имеет принципиального значения, поэтому любая "хорошая" форма будет иметь примерно одинаковую эффективность в пределах 10-15%. Под "хорошей" формой понимается та форма, у которой число отражений не более одного и возврат лучей в лампу минимален. на рисунке предствалено двумерное сечение рефлектора. Видно, что высота рефлектора должна быть такой, чтобы все лучи выше того, который идет от лампы в край аквариума (или другую точку на воде), перехватывались рефлектором. Задавшись примерным направлением отраженного граничного луча (например, вниз или под углом), можно построить перпендикуляр к поверхности рефлектора в этой точке (точка 1 на рисунке). Аналогично определяется перпендикуляр и в точке 2. рекомендуется взять еще несколь точек, для проверки, чтобы не получилась ситуация, изображенная на точке 3, где отраженный луч не идет вниз. После этого можно либо сделать многоугольный каркас, либо построить плавную кривую и по шаблону выгнуть рефлектор. Не следует размещать верхнюю точку рефлектора близко к лампе, поскольку лучи будут попадать обратно в лампу. К тому же лампа будет греться.
Такой самодельный рефлектор будет иметь эффективность ненамного хуже фирменного.
| к началу страницы
назад к оглавлению
|
Использование рефлекторных ламп
|
Рефлекторная лампа. иногда называемую апертурной, представляет
собой обычную люминесцентную лампу, на часть поверхности которой нанесено отражающее
покрытие. За счет этого световой поток направляется в одну сторону. Такие лампы
удобны, поскольку при их использовании ненужно делать дополнительный рефлектор.
Однако, ничего не бывает на свете просто так. В этом случае приходится платить
меньшим световым потоком лампы, который составляет примерно 60% потока обычной
лампы.
Это можно понять, если предположить покрытие зеркально отражающим (для диффузного покрытия результат получается аналогично фотометрическому шару). |
В таком случае, часть света, сгенерированного лампой, которая вышла из апертуры при первом проходе, полагая лампу бесконечно длинной:
F1 = F w0, где w0 = w/360° - относительная площадь апертуры лампы. Часть потока отразится обратно - (F-F1) = u F. где u=1-w0
Полагая коэффициент отражения и коэффицицент потерь при прохожении через лампу- r, получим, что при втором проходе количество света, вышедшее через апертуру равно: F2 = r u F w0, а отразится обратно: r u2 F
После второго отражения, через апертуру выйдет свет: F3 = r2 u2 F w0. И так далее, в итоге получается бесконечная геометрическая прогрессия, сумма которой равна:
Fаперт = F w0 /(1- ru)
Положим коэффициент отражения r=0.8 и определим эффективность такой лампы:
Угол апертуры |
Эффективность |
|---|---|
| 30° | 31% |
| 60° | 50% |
| 90° | 63% |
| 120° | 71% |
Как и следовало ожидать, эффективность такой лампы не слишком высока. Иначе потери света можно обьяснить тем, что чем меньше апертура лампы, тем больше свет "бегает" внутри лампы, отражаясь от зеркального покрытия.
Из этого можно сделать вывод, что рефлекторная лампа по своей эффективности примерно равна обычной лампе с внешним рефлектором
| к началу страницы назад к оглавлению |