Источники с СИД, HID, ацетиленом. Сравнение характеристик.

Тема в разделе "Свет", создана пользователем Dhaitya, 6 апр 2007.

  1. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Эксплуатация карбидных (ацетиленовых) ламп является на текущий момент одним из самых спорных вопросов "подземной" светотехники.
    Трудно найти обоснования доводов сторонников и противников, что порождает ещё большие, совершенно излишние споры и новые вопросы.
    Ответ на них, между тем, совсем рядом.
    Его даст математика.

    Мы будем рассматривать карбидные лампы только в качестве источников света. Также мы отбросим вопросы из областей психиатрии и психосоматики.

    Нам необходимо сравнить карбидные лампы с другими - электрическими источниками света. Для этого их необходимо привести к набору сравнимых параметров. Будем работать со значениями, округляемыми до 3-го знака после запятой.

    I. Введение.
    1. Ацетилен С2Н2, сгорающий со скоростью 1000л/ч, создаёт поток света 20690Лм. Плотность газа - 1.171 г/л.
    Максимальный технический выход с использованием химически чистого карбида кальция СаС2 составляет 348.7х0.92=320.804л/кг.
    Максимальный технический выход с использованием технического карбида кальция СаС2 составляет 348.7х0.92х0.8=256.643л/кг.

    2. Форсунка комплекта Petzl Aceto с максимальным расходом 21л/ч создаст световой поток 20690х21/1000=439.490Лм.
    Масса загружаемого карбида, для реактора Petzl Ariane: 0.4 кг, расход воды для оптимального реагирования: 1.6 л.
    Будет произведено 128.332 л ацетилена. Время работы составит 6.110 часа.

    3. Энергетические характеристики горения и освещения составят при этом, как и в других условиях:
    21 л/ч - 21х1.171=24.591 г/ч =6,83083e-6 кг/с - скорость сгорания. 1*
    (6,83083e-6)х49965000[Дж/кг]=341.302 Вт - производимая мощность. 2*
    Энерговооружённость составит: 341.302х60х60х6.110=7.507х106 [Вт*с] =7.5 МВт*сек.
    или 2085 Вт*ч. 3*
    Эффективность преобразования в свет: 439.490/683=0.636 Вт - преобразуется в свет. 4*
    КПД: (0.636/341.302)х100%=0.186% 5*
    Световая эффективность: 434.490/341.302=1.273 Лм/Вт 6*

    4. Характеристики образцового источника, при соотношении реагентов карбид кальция к воде 1:4, как пример:
    Масса: 0.4+0.4+0.4х4+0.095=2.495 кг (масса реактора + масса карбида + масса воды для его полного преобразования + масса горелки)
    Энергетический коеффициент [Вт*ч/кг] демонстрирует, какую мощность может развивать устройство, выполненное по данной технологии, в течение часа на каждый килограмм своей массы: 341.302х6.110/2.495=835.814 [Вт*ч/кг]. 7* Это конечная энергетическая характеристика для комплекта Petzl Ariane + Petzl Aceto-21.

    II. Принцип сравнения.
    Далее было необходимо вывести параметр, по которому можно было легко сравнить самые различные источники света. Очевидно, что источники характеризуются световым потоком, временем, в течение которого они могут этот поток производить и полной массой. Тогда размерность этой величины - Лм*ч/кг. Мне не встречалась эта величина до того, поэтому я считаю, что вывел её сам. Чем больше данная величина, тем легче источник, тем ярче его свет и больше время работы без обслуживания. Величину назовём светотехнологический коэффициет - СТК.

    III. Применение и выводы.
    Сравним по данному критерию несколько осветительных технологий.
    1. Сгорание чистого ацетилена, производимого из химически чистого карбида кальция в оптимальных условиях.
    348.700х1.171/(1000х4)=0.102 кг ацетилена будет произведено из 1-го килограмма реагентов. 8*
    0.102х49965000/(60х60)=1416 Вт*ч/кг - энергетический коэффициент. 9*
    1416х1.273=1803 Лм*ч/кг - СТК. 10*

    2. Карбидная лампа - комплект Petzl Ariane + Petzl Aceto-21.
    835.814х1.273=1064 Лм*ч/кг - СТК. 11* Как видим, добавление массы корпуса и горелки сократило эффективность почти в 2 раза.

    3. Светодиоды.
    Световой выход: 80 Лм/Вт.
    Будем считать, что на каждый килограмм батареи приходиться 0.3 кг корпуса и преобразователя. Это может быть больше, чем в действительности.
    3.1 С сернокислотной батареей 40[Вт*ч/кг]: 40х80/(1+0.3)=2462 Лм*ч/кг - СТК. 12*
    3.2 С никель-гидридной батареей 64[Вт*ч/кг]: 64х80/(1+0.3)=3938 Лм*ч/кг - СТК. 13*
    3.3 С полимерной тяговой батареей 180[Вт*ч/кг]: 180х80/(1+0.3)=11080 Лм*ч/кг - СТК. 14*
    Как видим, ацетиленовый процесс сильнейшим образом проигрывает даже устройствам на сернокислотных батареях. В основном, из-за эффективности новых светодиодов.
    Эффективность же процесса на полимерной батарее выше в 6 раз, что означает - для получения аналогичных ацетилену характеристик, устройство должно быть легче и меньше в 6 раз.
    Это в теории.
    Теперь применим эти данные к готовым устройствам.

    Каким же должен быть светодиодный источник света, чтобы светить так же и столько же, сколько и некоторая карбидная лампа?
    Поток, как мы помним, составляет 434.490Лм, тогда потребуется 434.490/145=2.996 СИД Luxeon Rebel® с потоком 145 люмен каждый.
    Мощность, которую они потребят для создания потока, составит 2.996х0.7х3.15=6.606 Вт, тогда преобразователь потребит 6.606/0.85=7.772 Вт. Следовательно, характеристики конечных устройств будут зависеть от массы батареи, которая сможет обеспечить мощность 7.772 Вт на протяжении 6.110 часов, 6.110х7.772=47.487 Вт*ч.
    1. сернокислотная батарея:
    Под условия выбираем батарею DT 12045, производителя Delta Battery, масса 1.6 кг.
    Тогда: 434.490х6.110/(1.6х(1+0.3))=1276 Лм*ч/кг - СТК. 15*
    2. никель-гидридная батарея:
    Под условия выбираем батареи GP1300FH, 3 штуки, производителя GPI International Ltd., масса 0.247 кг, ёмкость 13 А*ч, рабочее напряжение 1.25В, 0.247x3=0.741 кг - общая масса элементов.
    Тогда: 434.490х6.110/(0.741(1+0.3))=2756 Лм*ч/кг - СТК. 16*

    3. дополнительно.
    Для устройства на металлогалогеновой лампе и полимерном аккумуляторе СТК составит 180х140/(1+0.3)=19380 Лм*ч/кг (17*), это означает, что для обеспечения того же света то же время, устройство может быть легче и меньше в 18 раз.

    Выводы.
    Нет никакой необходимости рассматривать остальные недостатки карбидных ламп. Совершенно очевидно, что они проигрывают даже по основным эксплуатационным показателям, - как источники света.
    Они уступают системам на сернокислотных элементах в 1.2 раза, на никель-гидридных батареях - в 2.5 раза и устройству на полимерной батарее с металлогалогеновой лампой - в 18 раз.

    Вычисления производились несколькими способами для исключения ошибок. Расхождение составило 3-й знак после запятой.
    Буду признателен за исправления и дополнения.
     
  2. Все верно, но... Если я ухожу на 30 дней? Сколько киограмм аккумуляторов мне придется на себе тащить? Или сколько будут стоить батарейки (ибо их эффективность выше аков и их не надо тащить на себе в Москву). Рассчет для 6ти часов не имеет практического смысла. Для помосковных забросок нужно 30-40 часов света (до 60 резерв), для дальних выходов - 20 часов/сутки с учетом резерва на непредвиденные обстоятельства. Обычный выход - 15-20 дней, тоесть 300-400 часов света.

    з.ы. Светодиодам карбидка проиграет. Но есть еще одно но - карбидная лампа собирается из двух банок от тушенки и куска пенки буквально за 20-30 минут. Если что-то случится с электронной схемой...
     
  3. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Праздный вопрос. Это зависит от скорости их выхода из строя или от необходимого уровня освещённости.
    Данные никак не изменятся. В основе - произведение, являющееся константой.
    Сколько минут уйдёт у вас на синтез карбида кальция из подручных материалов? (можно не отвечать)
    1. Нет необходимости в электронной схеме. Можно применить сопротивление.
    2. Надёжность происходит из разумного проектирования. Самому старому из моих приборов 12 лет. Ни у одного поломок не было. Нет никакой необходимости в ненадёжной электронике, если можно применить надёжную.
     
  4. Разрешите высказаться не "карбидчику", и не "метелгалогенщику"?
    Я понял, что карбидка проигрывает по своим световым и массовым характеристикам электрическим источникам света, имеет так же и некоторые другие не затронутые DJ Сварщиком в своих расчётах недостатки, но по комфортности света карбидная лампа значительно превосходит все виденные мной под землёй электрические электрические источники света. И здесь, я считаю, это преимущество карбидки как "ходового" и "прогулочного" света значительно перекрывает большинство её недостатков. Разумеется, при наличае достаточных пространств.
    З.Ы. Сам хожу на достаточно тусклом светодиодном свете.
     
  5. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Это что за параметр такой?
    Что вы можете сказать про параметр [комфортность] применительно к солнечному свету?
    Считаете ли вы солнечный свет неприятным? Вы предпочитаете тёмное или светлое время суток? Есть ли у вас зависимость настроения от времени года? От времени суток?
    Понимаете ли вы, что идеальный для человеческого глаза и психики свет - солнечный?
    А вот я, например...
    А вот у меня...


    А если серьёзно, то так: я сотру все сообщения, страдающие недостатком обоснованности.
     
  6. Прочитал еще раз. Подумал. Фигня получается. И понятие комфортность не выкинуть. Поясню на примере.

    Выброска из моей любимой дырки. Шкурник 25 метров, пол - глина, потолок - камень. Кое-где грязный, нестами совсем белый. С карбидкой я выбрасываюсь без проблем, ее свет в шкурнике не напрягает. Но однажды генератор встал и мне было лень его заправлять. Включил налобный светодиод. Поставил примерно на половину мощности (2 ватта) чтобы уровень света был визуально такой же, как и у карбидки. Полез в шкурник. Первый же светлый камень перед носом очень сильно резанул по глазам. Снизил мощность, ползу дальше. А яркости и не хватает. Тоесть вдаль я вижу хуже.

    Потом я думал почему. Камни у нас преимущественно коричневые или чистобелые. Светодиод дает синий пик и зеленую полосу. Коричневый камень отразит такой свет хуже, чем свет карбидки - преимущественно оранжевый. С белым камнем наоборот, в свете СИДа его яркость будет выше. Тоесть светодиод визуально повышает контрастность кладки. Карбидка - уменьшает (по равнению с Солнечным светом).

    Понятие комфортность нельзя описать цифрами, но некомфортный свет вызывает утомление глаз очеь быстро. Весь кайф от отдыха теряется (и не я один такой привередливый)...
     
  7. Яркое бледно-желтое пламя ацетилена в любом случае больше похоже на солнечный свет, чем синевато-белый свет диодов. Даже у диодов с температурой теплого белого этот синеватый оттенок, по-моему, заметен.
     
  8. Ivan Stone

    Ivan Stone Moderator Команда форума

    В карстовых пещерах карбидка позволяет лучше читать рельеф камня за счет схожести цвета стен и желтоватого света. Картинка получается "объемной", при использовании светодиодов все резко "синеет" и становится трудно понять куда можно поставить ногу а кудя нельзя, а это ОЧЕНЬ важно.
     
  9. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Вы удивили меня. Сильно и неприятно.
    По существу вопроса - энергетическим характеристикам и введению универсального коэффициента, позволяющего сравнивать любые источники света, как и по сути подсчётов, не высказался ни один из вас.
    Тема ушла в сторону, некоторое время я позволю ей это свободное развитие.

    Darkcat
    Ага. Понятно. [Комфортность света] - такая штука, без которой теряется кайф. Ясно.
    Так. Свяжите это понятие с физическими величинами или больше не применяйте. Также смотрите сообщ. for Ivan_Stone, ч.2.

    штык
    Вы перепутали этот раздел с "Бредом Старейшин". Там допускались абсурдные заявления. Здесь - нет. Читайе школьную физику за 11-й класс.

    Ivan_Stone
    Ваша точка зрения представляет мнение эксплуатационщика, поэтому мы остановимся на ней подробно. Обоснование хорошее, у меня есть два неожиданных вопроса:
    1. Экстраполируем ситуацию. Было бы удобнее ориентироваться в ваших эксплуатационных условиях при солнечном свете с его яркостью и спектром, как если бы "внутренности" пещеры оказались на поверхности (непривычно - очевидно, но было бы удобнее после привыкания)?
    2. Возможно создать любой спектр из белого, оранжевого и цианового СИД. Это не повлияет на экономические и энергетические показатели - СТК останется прежним. Имитация спектра карбидной лампы может помочь?
     
  10. Человеческая психика не определяется физическими величинами. Можно сказать так - при свете СИДов работоспособность существенно уменьшается и увеличивается вероятность ошибки.

    Некоторые идеи по спектральному составу и его восприятию у меня есть, постараюсь придумать опыты и собрать некоторый статистический материал.
     
  11. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Здесь не обсуждаются соображения из области моей профессиональной деятельности. Диспут будет неуместен.
    Бездоказательно. Уровень обобщения недопустим.
    Буду признателен за публикацию результатов.
     
  12. Градусы Кельвина Источник света

    2000 Газовая лампа
    2500--3000 Бытовая лампа
    3000 Лампа проекционного аппарата
    3200 Галогеновая лампа или лампа с вольфрамовой нитью
    4100 Луна
    4700 Солнце туманный день
    5000 Солнце, слегка закрытое облаками
    6000 Солнце в зените, температура воздуха 50° С
    7200 Солнце, затянутое облаками
    Выше 10 000 Солнце при чистом небе

    Красный цвет соответствует самым низким температурам спектра, а голубой - наиболее высоким.
    http://www.diagram.com.ua/info/art_video/18.shtml
    Имхо газовым лампам до солнечного света еще пилить и пилить.

    Я видел как светит карбидка красно-желтым цветом. по яркости напоминает... эмм ну обычную керосиновую лампу. ну или зажигалку зиппо с большим пламенем.
    Не ну это конечно прикольно но за эти бапки можно купить "ксенонку".
     
  13. Хорошо, назовем это не психикой, а особенностями человеческого зрения.

    Сравнение наших источников света с солнцем неуместно. Не тот уровень освещенности. Под землей человеческий глаз адаптируется к полутьме и его восприятие цветов изменяется - хоже работают цветоразличающие рецепторы (колбочки), вся информация поступает через палочки (черно-белые рецепторы). А у них не такой равномерный охват спектра. Максимум их способности это зеленая зона. Отсюда и глюк с синеющим спектром - днем СИД выглядит белым, в полутьме - синим.
    СИД может и светит ярче, но его рваный спектр негативно действует на мозг.

    Это всеравно то сравнивать армейские берцы и адидасовские треккинги. Первые на порядок надежнее, стоят дешевле, но ходить в них не так удобно, как в мягких треккингах на гортексе.

    Тем более когда понятие "некомфортно" напрямую завязанно с понятием "безопасно". Меня свет диодов напрягает и это наиболее критичный аргумент против их постоянного использования. Однако в качестве запасного/дальнобойного/фотографического света - я обеими руками за.
     
  14. Спектр восприятия глаза -
    [​IMG]

    Спектр 5ти ваттного СИДа
    [​IMG]

    Тоесть треть колбочек глаза "в пролете".

    Почему это критично. Пример. Мы используем веревки разных цветов, типа таких -
    [​IMG]

    Как правило все перестежки провешиваются разными цветами и цвет страховки отличается от цвета основной веревки. Искажение цветов при восприятии может стоить человеку ошибочной навески (особенно когда веревки грязные).
     
  15. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Логично разделение вашего сообщения на 2.
    В 1-м вы всё же скатываетесь в мистицизм, начиняя "адидасовские треккинги" колбочками и палочками и прочтя заодно сверхкраткий курс физиологии зрения. Читая текст, не различаешь ни тезис, ни доказательства. В "Корзину".
    На мозг... На какие конкретно области? Какое воздействие? Кто ставил опыт и каковы были условия? Есть ли у вас данные по валидности и надёжности?

    Что мы имеем во 2-м? Спектры, замечание из области баллистики, затем - текстильная продукция, хорошо - не кулинарная.
    Вы предлагаете комплексный спектр видности, да ещё и неверный; спектр излучения СИД, а затем на основании этого делаете заявление из области офтальмологии, функция и генезис которого покрыты мраком.
    Но на этом ещё ничего не завершено. Развязка наступает, когда вы начинаете ловко противоречить сам себе:
    Следовательно, источник не должен искажать цвета. Как вы думаете, источник на низкотемпературном пламени цвета искажает?.. А спектр излучения для абсолютно чёрного тела вы видели?..
    Однако, применять вам ваши верёвки ещё рано. Ваши тезисы можно спасти. Нужно: CRID65 СИД и CRID65 ацетиленовой лампы. Кроме того, хорошо бы распечатать цветовую таблицу для фотоаппаратов или просто нанести на один лист белой бумаги цветные квадраты, как в тесте на CRI, например, и переснять их с выставленным по разным источникам балансом белого при свете СИД и ацетиленовой лампы, на равных экспозициях, конечно.
     
  16. блин. у ламп дневного света спект тоже "рваный" спектр, но тем не менее они используются повсеместно для освещения и никто не жалуется.
    то что кому-то нравится желтый свет карбидки или лампы накаливаения - не повод признавать например светодиоды вредными и опасными.


    офтоп:
    скажу за себя: немогу комфортно ходить ни на лампах ни на открытом пламени - желтый свет вселяет в меня чувство что "вот вот и погаснет" :) , а вот на нормальном чистом белом от светодиодов и лдс все просто отлично. так где же безопасность? :D :D :D
     
  17. Dhaitya

    Dhaitya Guest

    Николай, а вы обратили внимние на постоянные попытки отхода в сторону "неизмеримого", "духовного" и "нравственного"? В том и деле, что оперируя карбидным богословием можно "доказывать" что угодно.
    Технические данные пока предоставили только angel, Darkcat et Ivan_Stone (алф. пор.)
     
  18. вот приведу графики спектрального состава светодиода
    [​IMG]
    и лампы дневного света
    [​IMG]
    как видно - у обоих источников спектр "рваный".
    однако ЛДС является стандартом де-факто на освещение помещений, и ни у кого не возникает ни каких недовольных воплей и требований заменить "мёртвый" люминисцентный свет на лампу накаливания или газовый фонарь.

    похоже только подземщики обладают таким суперзрением, которое дохнет от того света, при котором живут все остальные... :D

    зы: по поводу моих любимых ЛДСок - вчера Курьер в гости приезжал - снимали с моей ЛДСкой в качестве накамерного света, отцифрую и выложу скрины, очень даже прилично можно снимать аналоговой камерой в пещерах при подсветке из 6вт люминисцентного света
     
  19. Уважаемый Darkcat и остальные "карбидчики", скажите, а что мешает вам комбинируя различные светодиоды получить оптимальный именно для вас спектр?
    Заодно вопрос к остальным участникам форума: какие т.н. "подводные камни" ожидаются при сведении нескольких пучков света? Мне пока видится только один: неполное совпадеие пятен, "уход" итогового пучка в различные цветам ближе к краям светового пятна.
     
  20. Вот пристали к бедому спелеологу. Тоесть для вас понятие комфорта вообще не имеет смысла? И ходите вы в берцах и кирзачах? (периодически натирая ноги. зато дешево и служит долго). Я так не могу. У меня начинают болеть глаза от светодиодов. И это приговор. Мой приятель так же хреново переносит свет ЛДС, меня они не очень напрягают. Свеодиодные фонарики у нас только в качестве резервного света.

    Починил оба генератора, сделал несколько фоток. Я не гарантирую что камера видит точно так, как мои глаза, но всетаки это очень похоже:
    http://wintel.ru/upload/light_compare.jpg
    [​IMG]
    Верхние 2 ряда и нижние 2 ряда сняты при уличном свете. 3 и 4 ряд - карбидка, 5 и 6 - СИД примерно на 1 ватте мощности (так, чтобы экспозиция совпадала с карбидкой). Это немного нечестно, так как СИД светит через линзу пучком в 10 градусов. Карбидка при этом освещает все вокруг. Яркости я сравню потом.

    Сразу оговорюсь, что я рассматриваю карбидный свет исключительно для пещер и каменоломен. Преобладающие цвета - желтый, коричневый, белый. Очень редко - серо-голубой (юрские глины, верхний ряд книжек, 7 слева - примерно так).

    Верхний ряд книжек (1, 3, 5 и 7), смотрим на 2, 3, 4 книжку справа и одну под ними. Разница по контрасту заметна? Это как раз наиболее популярные под землей цвета. СИД немного (почти незаметно) снижает контрастность ряда черный-коричневый-бежевый. Карбидка - очень сильно повышает.

    Так же карбидка повышает видимость тревожных цветов - оранжевого, желтого и красного.

    Теперь бонусы карбидки (то, чего не даст СИД):
    1. Карбидка излучает тепло. Как горящее пламя, так и работающий генератор. Этого хватит чтобы отогреть руки или поднять температуру в палатке ПБЛ на 5-6 градусов. Пустячок, а приятно.
    2. Карбидка очень капризна в плане наличия в воздухе кислорода. Если она погасла это сигнал, что нужно делать ноги как можно быстрее. Это пару раз спасало жизнь моим знакомым.
    3. Карбидка это компанейский свет. Света одного генератора хватает на 3-4х человек. СИД для этого нужно использовать без линзы/отражателя (что-то я не видел ни одного фонаря такого типа). Света двух карбидок достаточно, чтобы не напрягать глаза в среднем гроте. Со светодиодным фонариком такое непрокатит (если только делать фонарик специально без отражателя).
    4. Пламя карбидки это почти штатный способ оставлять маркера в незнакомых системах. Я не знаю ни одного настолькоже простого и удобного способа пометить направление на выход. Для мела нужна ровная сухая поверхность, баллончик с краской не может писать так тонко, маркера снесут или втопчут в грязь.
    5. Кусочек карбида это самый простой способ высушить спальник или комбез.

    Банальная лень. Карбидка уже есть и есть не первый (десяток) лет. Так же есть 100 кг карбида в гараже. Этого мне хватит на 10 лет вперед. С СИДами я поигрался, мне не слишком понравилось (хотя для документального фото СИД дает вполне приличный спектр, см. картинку с книжками). Чтобы сделать устраивающий меня источник света на СИДах нужно много времени или много денег (нужно спаять зарядник для LiIon, комбинировать СИДы разных цветов, испытывать это в реальных условиях - не будут ли у меня болеть глаза от такого винигрета).
     
    Последнее редактирование модератором: 16 авг 2016

Поделиться этой страницей