Λεπτομερής περιγραφή των λαμπτήρων LED φωτεινής ροής
Κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος φωτισμού χώρου, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη ορισμένες τιμές προκειμένου να εναρμονιστούν οι διαδικασίες υπολογισμού. Αυτές οι ίδιες καθολικές τιμές απαιτούνται για τον γενικό καταναλωτή, προκειμένου να μπορεί να προσανατολιστεί στους διάφορους τύπους πηγών φωτός. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, για τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, η τιμή αυτή ήταν ένα βατ κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά αυτές οι συσκευές εγκαταλείπουν τη σκηνή, οπότε απαιτείται κάτι άλλο.
Τι είναι η φωτεινή ροή
Στην πραγματικότητα, για τον υπολογισμό της φωτεινότητας, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούσαν νωρίτερα ένα άλλο μέγεθος - το candela (κερί), το οποίο έχει επίσης άμεση αντιστοιχία με τα Watt που καταναλώνει ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως. Στην τεχνική βιβλιογραφία στις αρχές του δεύτερου μισού του περασμένου αιώνα, μπορείτε να βρείτε εκφράσεις όπως "λάμπα χιλίων κεριών" κ.λπ. Η φωτεινότητα σε καντέλα αναφέρεται στην ισχύ σε Watt του φωτός που εκπέμπεται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ως οπτική συσχέτιση, αυτή η φωτεινότητα παρέχεται από ένα συνηθισμένο κερί παραφίνης ή στεατίνης που καίγεται. Εξ ου και το όνομα. Αυτή η προσέγγιση παρέχει μια οπτική αναπαράσταση της φωτεινότητας ως τον αριθμό των κεριών που καίγονται.
Σημαντικό! Τα βατ που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των candela δεν έχουν καμία σχέση με την ηλεκτρική ισχύ - η πηγή φωτός μπορεί να μην είναι ηλεκτρική (το ίδιο κερί).
Υπάρχει ένας ορισμός για την έννοια της φωτεινής ροής - η ισχύς της ενέργειας ακτινοβολίας, η οποία αξιολογείται από την αίσθηση του φωτός. Ή ο αριθμός των φωτονίων που εκπέμπονται ανά μονάδα χρόνου. Μαθηματικά έχει ως εξής: αν μια σημειακή πηγή με ισχύ 1 candela εκπέμπει ροή σε στερεά γωνία ίση με ένα στεραδιον, τότε δημιουργεί φωτεινή ροή 1 lumen (lm).
Η έννοια της στεραδιανής απαιτεί διευκρίνιση. Για να αναπαραστήσουμε μια στερεά γωνία 1 sf, πρέπει να πάρουμε έναν κώνο με κορυφή στο κέντρο μιας σφαίρας ακτίνας R, η οποία κόβει μια επιφάνεια ίση με R2 . Η γωνία ανοίγματος ενός τέτοιου κώνου είναι περίπου 65 μοίρες.
Εάν μια σημειακή φωτεινή πηγή 1 candela, που ακτινοβολεί εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις, τοποθετηθεί σε σφαίρα ακτίνας 1 m, θα παράγει φωτισμό ίσο με 1 lux (lx) στην εσωτερική της επιφάνεια. Αυτή η τιμή χρησιμοποιείται για τον καθορισμό προτύπων φωτισμού. Έτσι, για διαφορετικά δωμάτια, σύμφωνα με το SNiP, πρέπει να πληρούνται οι προϋποθέσεις:
- αίθουσες διδασκαλίας σε σχολεία - 500 lux,
- αίθουσες διδασκαλίας ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων - 400 lux- - αμφιθέατρα ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων - 400 lux,
- γυμναστήρια - 200 lux.
Τα πρότυπα φωτισμού καθορίζονται επίσης για άλλα δωμάτια.
Εάν φωτεινή ροή 1 lm πέσει σε 1 τ.μ. επιφάνειας, δημιουργεί φωτισμό 1 lux. Ως εκ τούτου, η σχέση μεταξύ lumen και lux: 1 lux = 1 lm/τ.μ. Για παράδειγμα, προκειμένου να παρέχεται επαρκής φωτισμός σε μια αίθουσα διδασκαλίας 100 τετραγωνικών μέτρων, η απαιτούμενη φωτεινή ροή είναι 40000 lm. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι η φωτεινότητα μειώνεται ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή φωτός, οπότε το ύψος στο οποίο αναρτάται το φωτιστικό είναι σημαντικό.
Αρχή λειτουργίας
Για να γίνει κατανοητή η χρηστικότητα όλων αυτών των μεγεθών, είναι απαραίτητο να εξεταστεί η κατεύθυνση εκπομπής της λυχνίας LED και οι έννοιες που σχετίζονται με αυτήν.
Ο σχεδιασμός μιας διόδου εκπομπής φωτός είναι τέτοιος που δεν στέλνει το φως ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις - το κάτω ημισφαίριο καλύπτεται από ένα υπόστρωμα και ο σχεδιασμός του φακού είναι τέτοιος που δεν παρέχει ομοιόμορφη εκπομπή στο άνω ημισφαίριο. Ως αποτέλεσμα, η κύρια φωτεινή ροή συγκεντρώνεται στην άνω κατεύθυνση και εξασθενεί προς την περιφέρεια του φωτεινού κώνου. Σε μια ορισμένη γωνία θέασης η φωτεινή ένταση μειώνεται στο μισό, ενώ σε ακόμη μεγαλύτερη γωνία το φως καθίσταται αόρατο. Η πρώτη γωνία (bac) ονομάζεται γωνία μισής φωτεινότητας και η δεύτερη γωνία (fah) ονομάζεται γωνία πλήρους φωτεινότητας.
Τα ίδια σημεία ισχύουν και για ένα LED με φώσφορο. Εκεί η γωνία εκπομπής περιορίζεται από το υπόστρωμα και τη γωνία της μεγαλύτερης δραστηριότητας της ακτινοβολίας έναυσης της επαφής p-n. Πρέπει να συνειδητοποιήσετε ότι είναι αδύνατον να προσδιορίσετε αυτές τις γωνίες με το μάτι - χρειάζεστε ειδικά όργανα. Αλλά μπορείτε να συγκρίνετε οπτικά δύο LED - ποια έχει μεγαλύτερη γωνία ανοίγματος.
Έξοδος φωτός των λαμπτήρων LED
Η φωτεινή απόδοση των λαμπτήρων LED δεν εξαρτάται από το βαθμό θέρμανσης του κρυστάλλου. Σχεδόν όλοι οι λευκοί φωτιστές LED κατασκευάζονται με βάση τον φώσφορο LED, οπότε η απόδοση φωτός εξαρτάται από την ποιότητα του φωσφόρου και την τεχνολογία με την οποία παράγεται. Σημαντική είναι επίσης η εκπομπή φωτός από τον αρχικό κρύσταλλο και η ικανότητα αυτής της εκπομπής να προκαλεί λάμψη του φωσφόρου στο ορατό τμήμα του φάσματος.
Ισχύς της φωτεινής ροής του εξωτερικού φωτισμού
Για τον υπολογισμό του εξωτερικού φωτισμού, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ελάχιστες απαιτήσεις για τον φωτισμό, οι οποίες μπορούν επίσης να βρεθούν στο σχετικό SNiP (Construction Norms and Regulations). Για παράδειγμα, για τις παιδικές χαρές, ο ελάχιστος φωτισμός δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 10 lux.
Οι ελάχιστες τιμές φωτισμού δίνονται στους κανονισμούς, οι οποίες μπορούν να αυξηθούν κατά τον υπολογισμό.
Για να λάβετε τον απαιτούμενο αριθμό φωτιστικών (Ν) για να επιτύχετε την απαιτούμενη φωτεινότητα, πρέπει να καθορίσετε τα αρχικά δεδομένα:
- ελάχιστη φωτεινότητα (E), lux,
- έκταση του εδάφους (S), τ.μ,
- συντελεστής ακανόνιστου φωτισμού (z), για τα φωτιστικά LED είναι ίσος με 1,2,
- πολλαπλασιαστής που λαμβάνει υπόψη την εξασθένηση της φωτεινής ροής στο τέλος της ζωής του λαμπτήρα (k)- για τα φωτιστικά LED είναι ίσος με 1,2,
- φωτεινή ροή ενός λαμπτήρα (F), lm,
- είναι ο συντελεστής ανάκλασης των αντικειμένων που βρίσκονται κοντά (n), για την άσφαλτο μπορεί να ληφθεί ως 0,3.
Οι τιμές αυτές συνδέονται με τον τύπο N=E*S*z*k/(F*n).
Ας φωτίσουμε μια παιδική χαρά 150 τ.μ. Διατίθενται φωτιστικά που εκπέμπουν φωτεινή ροή 1500 lm το καθένα. Αντικαθιστώντας τις τιμές στον τύπο, λαμβάνουμε N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Το αποτέλεσμα είναι 4,8 ή 5 φωτιστικά σώματα. Αυτός είναι ο ελάχιστος αριθμός- στην πραγματικότητα, μπορούν να εγκατασταθούν περισσότεροι.
Δεν είναι δυνατόν να καθοριστεί η φωτεινή ροή των υφιστάμενων φώτων, αλλά ο αριθμός των φωτιστικών σωμάτων που μπορούν να εγκατασταθούν σε μια περιοχή. Στην περίπτωση αυτή, υπολογίστε τη φωτεινή ροή κάθε λαμπτήρα. Ο τύπος υπολογισμού θα μοιάζει με F=E*S*k*z/(N*n). Εάν το τελικό αποτέλεσμα δεν ταιριάζει στην τυπική σειρά χαρακτηριστικά του λαμπτήραπρέπει να στρογγυλοποιηθεί προς τα πάνω.
Σχέση lumens και watts
Οι καταναλωτές σε όλο τον κόσμο έχουν συνηθίσει, κατά τη διάρκεια δεκαετιών λαμπτήρων πυρακτώσεως, να συσχετίζουν τη φωτεινότητα με την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Για αυτές τις απαρχαιωμένες συσκευές αυτή ήταν μια λογική απόφαση - η τεχνολογική ανάπτυξη προς αυτή την κατεύθυνση έχει προ πολλού σταματήσει. Η αναλογία της ισχύος προς την ένταση του φωτός έχει καθιερωθεί και έχει γίνει θέμα συνήθειας.
Για φωτισμό LED δεν υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας σε Watt και της φωτεινής απόδοσης σε lumens. Για την ακρίβεια, υπάρχει, αλλά μόνο προς το παρόν. Η τεχνολογία εξελίσσεται, η παραγωγή κρυστάλλων βελτιώνεται και αναπτύσσονται νέοι φωσφορίζοντες με υψηλότερη φωτεινή απόδοση. Οι σημερινές σχέσεις θα είναι απελπιστικά ξεπερασμένες αύριο.
Πίνακας έντασης φωτός
Μέχρι σήμερα, η αντιστοιχία της φωτεινής ροής των σύγχρονων λαμπτήρων LED και της κατανάλωσης ισχύος τους έχει ως εξής:
| Φωτεινή ροή, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Κατανάλωση ισχύος του λαμπτήρα LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Ισοδύναμη ισχύς λαμπτήρα πυρακτώσεως, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Πρόκειται για προσεγγιστικές στρογγυλοποιημένες τιμές, καθώς οι λαμπτήρες που διατίθενται στην αγορά έχουν παραχθεί από διαφορετικούς κατασκευαστές που χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες με την πάροδο των ετών. Με το μάτι, η διαφορά αυτή είναι ελάχιστα αισθητή.
Το ακόλουθο βίντεο καταλήγει: Διάκριση και συσχέτιση των βατ, των lumens και των Kelvin.
Με σαφή κατανόηση της σχέσης μεταξύ των χαρακτηριστικών της εκπομπής φωτός, είναι δυνατόν να υπολογίσετε μόνοι σας το φωτισμό ενός δωματίου ή μιας περιοχής. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να γνωρίζετε τα πρότυπα φωτισμού και τις προδιαγραφές των λαμπτήρων LED.