Szczegółowy opis żarówek LED o strumieniu świetlnym
Przy planowaniu systemu oświetlenia pomieszczeń należy wziąć pod uwagę pewne wartości, aby zharmonizować procedury obliczeniowe. Te same uniwersalne wartości są niezbędne dla ogółu konsumentów, aby mogli orientować się w różnych typach źródeł światła. Przez długi czas w przypadku żarówek wartość ta odpowiadała jednemu watowi zużywanej energii elektrycznej. Jednak te urządzenia odchodzą już do lamusa, więc potrzebne jest coś innego.
Co to jest strumień świetlny
W rzeczywistości, aby obliczyć natężenie oświetlenia, projektanci używali wcześniej innej wielkości - kandeli (świecy), która również ma bezpośredni związek z watami zużywanymi przez żarówkę. W literaturze technicznej z początku drugiej połowy ubiegłego wieku można znaleźć takie wyrażenia, jak "lampa na tysiąc świec" itp. Luminancja w kandelach odnosi się do mocy w watach światła emitowanego w określonym kierunku. Jako wizualne skojarzenie, jasność tę zapewnia zwykła paląca się świeca parafinowa lub stearynowa. Stąd nazwa. Takie podejście zapewnia wizualną reprezentację jasności jako liczby palących się świec.
Ważne! Waty używane do obliczania kandeli nie mają nic wspólnego z mocą elektryczną - źródło światła może nie być elektryczne (ta sama świeca).
Istnieje definicja pojęcia strumienia świetlnego - mocy energii promieniowania, która jest oceniana przez wrażenia świetlne. Lub liczba fotonów wyemitowanych w jednostce czasu. Matematycznie wygląda to następująco: jeżeli źródło punktowe o mocy 1 kandeli emituje strumień świetlny w kącie bryłowym równym jednemu steradianowi, to wytwarza strumień świetlny o wartości 1 lumena (lm).
Pojęcie steradian wymaga wyjaśnienia. Aby przedstawić kąt bryłowy 1 sf, należy wziąć stożek o wierzchołku w środku kuli o promieniu R, która przecina obszar równy R2 . Kąt rozwarcia takiego stożka wynosi około 65 stopni.
Jeżeli punktowe źródło światła o mocy 1 kandeli, promieniujące jednakowo we wszystkich kierunkach, zostanie umieszczone w kuli o promieniu 1 m, to na jej wewnętrznej powierzchni wytworzy natężenie oświetlenia równe 1 luksowi (lx). Wartość ta służy do określania norm natężenia oświetlenia. Tak więc dla różnych pomieszczeń, według SNiP, powinny być spełnione określone warunki:
- sale lekcyjne w szkołach ogólnokształcących - 500 luksów;
- sale lekcyjne szkół wyższych - 400 luksów; - aule szkół wyższych - 400 luksów; - sale gimnastyczne - 200 luksów;
- sale gimnastyczne - 200 luksów.
Normy oświetlenia ustalane są także dla innych pomieszczeń.
Jeżeli strumień świetlny o natężeniu 1 lm pada na 1 m2 powierzchni, to wytwarza on natężenie oświetlenia równe 1 luksowi. Stąd wynika zależność między lumenem a luksem: 1 luks = 1 lm/m kw. Na przykład, aby zapewnić wystarczające oświetlenie w sali lekcyjnej o powierzchni 100 m2 , wymagany strumień świetlny wynosi 40000 lm. Należy również wziąć pod uwagę, że luminancja maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości od źródła światła, a więc Ważna jest wysokość, na której zawieszona jest oprawa.
Zasada działania
Aby zrozumieć użyteczność wszystkich tych wielkości, należy rozważyć kierunek emisji diody LED i związane z nim pojęcia.
Konstrukcja diody elektroluminescencyjnej jest taka, że nie wysyła ona światła równomiernie we wszystkich kierunkach - dolna półkula jest pokryta podłożem, a konstrukcja soczewki jest taka, że nie zapewnia równomiernej emisji w górnej półkuli. W rezultacie główny strumień świetlny jest skoncentrowany w górnym kierunku i ulega osłabieniu na obrzeżach stożka świetlnego. Przy pewnym kącie widzenia natężenie światła zmniejsza się o połowę, a przy jeszcze większym kącie światło staje się niewidoczne. Pierwszy kąt (bac) jest nazywany kątem połowy luminancji, a drugi kąt (fah) jest nazywany kątem pełnej luminancji.
Te same punkty odnoszą się do diod LED z luminoforem. W tym przypadku kąt emisji jest ograniczony przez podłoże i kąt największej aktywności promieniowania inicjującego złącza p-n. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że nie jest możliwe dokładne określenie tych kątów na oko - potrzebne są specjalne przyrządy. Można jednak wizualnie porównać dwie diody LED - która z nich ma większy kąt rozwarcia.
Strumień świetlny lamp LED
Strumień świetlny lamp LED nie zależy od stopnia nagrzania kryształu. Praktycznie wszystkie białe oświetlacze LED są produkowane na bazie luminoforu LED, a zatem strumień świetlny zależy od jakości luminoforu i technologii jego wytwarzania. Istotna jest również emisja światła z kryształu inicjującego i zdolność tej emisji do powodowania świecenia luminoforu w widzialnej części widma.
Strumień świetlny światła zewnętrznego
Przy obliczaniu oświetlenia zewnętrznego należy wziąć pod uwagę minimalne wymagania dotyczące oświetlenia, które można znaleźć w odpowiednich normach i przepisach budowlanych (SNiP). Na przykład w przypadku placów zabaw minimalne natężenie oświetlenia nie powinno być mniejsze niż 10 luksów.
W przepisach podane są minimalne wartości natężenia oświetlenia, które można zwiększyć podczas obliczeń.
Aby uzyskać wymaganą liczbę opraw (N) w celu uzyskania wymaganego natężenia oświetlenia, należy określić dane początkowe:
- minimalne natężenie oświetlenia (E), luksy;
- powierzchnia terenu (S), m kw;
- współczynnik nieregularności oświetlenia (z), dla opraw LED wynosi on 1,2;
- mnożnik uwzględniający osłabienie strumienia świetlnego pod koniec okresu trwałości lampy (k); dla opraw LED wynosi on 1,2;
- strumień świetlny jednego światła (F), lm;
- to współczynnik odbicia obiektów znajdujących się w pobliżu (n), dla asfaltu można przyjąć wartość 0,3.
Wartości te są powiązane wzorem N=E*S*z*k/(F*n).
Oświetlmy plac zabaw o powierzchni 150 m². Dostępne są oprawy, z których każda emituje strumień świetlny o wartości 1500 lm. Podstawiając te wartości do wzoru, otrzymujemy N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). W rezultacie otrzymujemy 4,8 lub 5 opraw. Jest to liczba minimalna; w rzeczywistości można zainstalować ich więcej.
Nie jest możliwe określenie strumienia świetlnego istniejącego oświetlenia, lecz liczby opraw, które można zainstalować na danym obszarze. W takim przypadku należy obliczyć strumień świetlny każdej lampy. Formuła obliczeniowa będzie wyglądać następująco F=E*S*k*z/(N*n). Jeśli wynik końcowy nie pasuje do serii standardowej charakterystyka lampymusi być zaokrąglona w górę.
Zależność między lumenami a watami
Konsumenci na całym świecie przez dziesiątki lat stosowania żarówek przyzwyczaili się do utożsamiania luminancji ze zużyciem energii elektrycznej. W przypadku tych przestarzałych urządzeń była to rozsądna decyzja - rozwój technologiczny w tym kierunku już dawno się zatrzymał. Stosunek mocy do natężenia światła utrwalił się i stał się kwestią przyzwyczajenia.
Do oświetlenia LED nie ma bezpośredniej korelacji między zużyciem energii w watach a strumieniem świetlnym w lumenach. Dokładnie rzecz ujmując, jest tam, ale tylko na razie. Technologia idzie do przodu, produkcja kryształów jest coraz lepsza i opracowywane są nowe luminofory o wyższej skuteczności świetlnej. Dzisiejsze relacje staną się jutro beznadziejnie przestarzałe.
Tabela natężenia światła
Dotychczasowa zależność strumienia świetlnego nowoczesnych lamp LED i ich poboru mocy jest następująca:
| Strumień świetlny, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Pobór mocy przez lampę LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Moc ekwiwalentna dla żarówki, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Są to przybliżone, zaokrąglone wartości, ponieważ lampy dostępne na rynku zostały wyprodukowane przez różnych producentów z zastosowaniem różnych technologii na przestrzeni lat. Dla oka różnica ta jest ledwo zauważalna.
Poniższy film podsumowuje: Rozróżnienie i korelacja watów, lumenów i kelwinów.
Mając jasną wiedzę na temat zależności między charakterystykami emisji światła, można samodzielnie obliczyć oświetlenie pomieszczenia lub obszaru. Aby to zrobić, należy znać normy oświetleniowe i parametry techniczne lamp LED.