Что значит световой поток и сила света для светильников и ламп: разбираем в общих чертах

Многие люди традиционно при выборе лампы учитывают только ее мощность. Однако сегодня это неактуальный подход, поскольку кроме ватт нужно знать и люмены — этот показатель до конца понимают не все покупатели. Разберемся, о чем идет речь, как люмены отражаются на экономичности, качестве света и какие лампы с учетом этого показателя необходимо выбирать.

Что такое «световой поток»

Физики световым потоком обозначают мощность видимого глазами светового излучения (его электромагнитную энергию), которая проходит через тело или поверхность за определенное время. Человеку, не имеющему определенного уровня знаний в физике, это понятие ни о чем не говорит. В быту световой луч определяет свойства и качество освещения в зависимости от вида лампы. Для промышленных, общественных и офисных зданий значения регламентированы, в частном доме показатели можно использовать при расчете системы освещения.

Физики знают, что световая энергия – это электромагнитные волны, глаза человека их видят только в определенном диапазоне длины.

Качество светового луча зависит от:

• мощности источника;
• химического состава лампы;
• особенностей колбы (линзы);
• уровня светоотдачи.

В быту важно знать, что световой поток прямо пропорционален мощности лампы.

Внимание! Речь идет не о мощности, потребляемой лампочкой из сети, а о мощности излучения, то есть, яркости света.

Еще одно определение понятия «световой поток» – общий объем света, не зависящий от установленной вокруг лампы оптической системы. Например, лампа с нитью накаливания излучает 415 люмен независимо от конструкции и материала абажура.

Принцип работы и основные характеристики

Производство LED светильников можно разделить на три этапа:

• выращивание кристалла при помощи метода металлоорганической эпитаксии;
• создание чипа методом планарной обработки пленок;
• сортировка чипов с помощью бинирования;
• сборка всех частей светодиода.

Принцип функционирования LED лампы

Принцип работы светодиода можно описать как взаимодействие двух противоположно заряженных полупроводников, создающих p-n-переход (контакт электронов). В процессе взаимообмена электронами на его границе создается световое излучение.

Основные характеристики, позволяющие оценить качество светодиодного светильника:

• мощность (количественное измерение потребляемой электроэнергии);
• цветовая температура (цвет света, испускаемого элементом);
• световой поток (количество производимого света).

Поток света в светодиодном светильнике узконаправленный.

Отличие освещенности от светового потока

При этом многие путают единицы измерения Люмены с Люксами. Запомните, в люксах измеряется именно освещенность.

Как наглядно объяснить их разницу? Представьте себе давление и силу. С помощью всего лишь маленькой иголки и небольшой силы, можно создать высокое удельное давление в отдельно взятой точке.

Также и с помощью слабого светового потока, можно создать высокую освещенность в отдельно взятом участке поверхности.

1 Люкс – это когда 1 Люмен попадает на 1м2 освещаемой площади.

Допустим, у вас есть некая лампа со световым потоком в 1000 Лм. Внизу этой лампы стоит стол.

На поверхности этого стола должна быть определенная норма освещенности, чтобы вы могли комфортно работать. Первоисточником для норм освещенности служат требования сводов правил СП 52.13330

Для обычного рабочего места это 350 Люкс. Для места, где производятся точные мелкие работы – 500 Лк.

Данная освещенность будет зависеть от множества параметров. К примеру, от расстояния до источника света.

От посторонних предметов рядом. Если стол находится около белой стены, то и люксов соответственно будет больше, чем от темной. Отражение обязательно скажется на общем итоге.

Любую освещенность можно замерить. Если у вас нет специальных люксометров, воспользуйтесь программами в современных смартфонах.

Правда заранее приготовьтесь к погрешностям. Но для того, чтобы сделать навскидку первоначальный анализ, телефон вполне сгодится.

А как узнать примерный светопоток в люменах, вообще без измерительных приборов? Здесь можно воспользоваться значениями светоотдачи и их пропорциональной зависимости к потоку.

• для светодиодных ламп с матовой колбой — мощность лампы умножьте примерно на 80лм/Вт и узнаете сколько в ней люмен

• для филаментных – умножайте мощность лампы на 100

• энергосберегайки КЛЛ – на 60лм/Вт

Безусловно, свет от разных источников распространяется не равномерно. Один светильник бьет очень узким пучком света, а другой наоборот максимально широким.

Но если сравнить их паспортные данные, оба они могут иметь одновременно одинаковое количество люмен.

Именно поэтому ориентироваться только на люмены, в корне не правильно.

Например, при покупке светильника через интернет, можно получить вовсе не то освещение, на которое изначально рассчитывали.

Еще раз запомните, световой поток показывает только КОЛИЧЕСТВО света, без учета направления его распространения.

Поэтому здесь еще нужно учитывать и другую характеристику – силу света. Что это такое?

Это величина светового потока разделенного на телесный угол, внутри которого он распространяется.

Проще говоря, если световой поток это количество света, то сила света – это его ”плотность”.

Измеряется сила света в канделах – Кд.

1 кандела – это 1 люмен распространяющийся в пределах конуса с углом в 65 градусов.

Чтобы визуально представить себе силу в 1 канделу, посмотрите опять же на обыкновенную свечу. Именно поэтому определение кандела произошло от латинского слова ”candela” – что в переводе означает свеча.

Кстати, теоретически человеческий глаз может увидеть свет от такого источника на расстоянии почти 50км!

Однако из-за кривизны поверхности земли, данное расстояние фактически сокращается до 5км.

Виды обмана

Недобросовестные производители активно пользуются незнанием соответствия люмен и энергопотребления. Например, указывают в характеристиках:

1. мощность 7W;
2. светопоток 500лм;
3. аналог лампы накаливания на 70вт.

Пожилой покупатель ориентируется только на последний пункт, где указан аналог. Светопоток аналогичной 70W должен быть 700-800лм., а не 500лм. После покупки оказывается, что новая лампочка светит хуже, поэтому требуется покупать новые, если покупали сразу комплект для люстры.

Хорошо, если производитель не обманул и указал светопоток честно. Изготовители самой дешевой светотехники завышают параметры своих светильником, лампочек и прожекторов. По результатам  моего тестирования реальные мощность и светопоток бывают ниже  до 30-40%.

Правила выбора лампы с учетом этого показателя

С выбором типа лампы мы разобрались, но теперь встает другой вопрос: каким должен быть световой поток с учетом размеров помещения. Санитарные нормы предполагают, что он должен быть и не слишком низким, и не слишком высоким. Оба варианта отклонения от нормы плохо отражаются на людях, вынужденных постоянно находиться в помещениях. В этом контексте мы будем говорить про освещенность.

Пояснения

Спектральные зависимости относительной чувствительности среднего человеческого глаза для дневного (красная линия) и ночного (синяя линия) зрения

Значение фотометрического эквивалента излучения Km однозначно задаётся определением единицы силы света канделы, являющейся одной из семи основных единиц системы СИ. По определению одна кандела — это «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540⋅1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683  Вт/ср». Частоте 540⋅1012 Гц соответствует в воздухе длина волны 555 нм, на которой располагается максимум спектральной чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. Поэтому коэффициент Km находится из равенства

1 кд = Km·Vλ(555)·1/683 Вт/ср, откуда следует Km = 683 (кд·ср)/Вт = 683 лм/Вт.

Для случая ночного зрения значение фотометрического эквивалента излучения изменяется.

Человеческий глаз считается светлоадаптированным при яркостях более 100 кд/м². Ночное зрение наступает при яркостях менее 10−3 кд/м². В промежутке между этими величинами человеческий глаз функционирует в режиме сумеречного зрения.

Освещенность и световой поток

Освещённость – это показатель силы светового потока, ложащегося на объект заранее известной площади. Связь между этими физическими величинами прослеживается при рассмотрении формулы:

Е=Ф/S, где:

• Е – освещённость, Лк;
• Ф – поток света, Лм;
• S – площадь поверхности, м².

Из формулы видно, что освещённость зависит от силы светового потока.

Приступая к проектированию освещения в служебном помещении или квартире, сначала определяется необходимое значение освещённости рассматриваемой площади поверхности, потом выполняется расчёт необходимого светового потока:

Ф=Е*S.

Соответствие

Приличный вклад в запутывание по соответствию мощности и светопотока внесли китайцы. В советские времена светотехника соотвествовала государственным стандартам. Трудолюбивые китайцы стали производить светотехнику по собственным стандартам и импортировать в Россию. Теперь стандартная лампочка на 60W в зависимости от производителя может быть от 500лм до 700лм. По отечественным гостам этот параметр был от 600 до 650лм.

Мне попадались такие китайские, покупал 15 штук самых простых и недорогих. Вроде бы обычная, даже не мог представить, как её можно сделать плохо. В течение 1 месяца всё вышли из строя, у всех отвалилась стеклянная колба, одна даже попала мне в голову, хорошо что не разбилась.

Большие люминесцентные лампочки

К большим относятся люминесцентные трубки длиной 47см и 120см  от потолочных и настенных светильников. Обозначаются T5 и T8, цоколь у них G13, G23. Наиболее популярны на 18 вт и 36 вт

При замене на светодиодные трубки  учитывайте, что у них может быть матовый рассеиватель. Изготовитель запросто может указать светопоток без этого рассеивателя, на котором теряется 10-20%. Влияет и количество слоёв люминофора на стенках, от него зависит цветовая температура.

Таблица для простых

Люминесцентные	LED аналог, Ватт	Люмены
10 вт	5	400
15 вт	8	700
16 вт	9	800
18 вт	11	900
23 вт	15	1350
30 вт	20	1800
36 вт	23	2150
38 вт	25	2300
58вт	35	3350
Информация получена с официального сайта Osram для серии Стандарт

Кроме недорогих бюджетных моделей производятся и дорогие улучшенные. Цена отличается значительно,  но это окупается повышенной светоотдачей, которая больше на 50%. Светоотдача улучшенных моделей на 58вт получается, как у светодиодов, 90 лм/вт. Недостатком является высокое реактивное потребление энергии, которое зависит от показателя «коэффициент мощности».

Таблица для улучшенных

Люминесцентные	LED аналог, Ватт	Люмены
10 вт	7	650
15 вт	10	950
16 вт	14	1250
18 вт	15	1350
23 вт	20	1900
30 вт	25	2400
36 вт	35	3350
38 вт	35	3300
58 вт	55	5200
Информация получена с официального сайта Osram для серии Стандарт

Срок службы обычных 15-20 тыс. часов, но есть модели  со сроком работы в 75.000 – 90.000 часов, например из серии Osram LUMILUX XXT T8.

Еще один из существенных недостатков, это снижение светового потока при низких температурах. Давление в трубке снижается и светоотдача уменьшается.

Для потолочных  светильников Армстронг обычно указывают потребление энергии и световой поток, например 36W и 2800лм. Производитель умалчивает, что 2800лм это светопоток ламп без самого светильника. Ведь в нём одна сторона трубки светит в корпус, другая в помещение. Чтобы свет на стенке не терялся, ставят отражатель. Но он расположен близко к трубке, поэтому корпус трубки затеняет часть отраженного света от 15 до 20%. Поэтому реальное количество люмен для светильника Армстронг ниже, вместо 2800лм будет только 2200лм.

У светодиодных трубок T5 T8 такой проблемы нет, отражатель не требуется. Светодиоды установлены с одной стороны и светят только в сторону помещения.

Примечания

1. Иногда коэффициент называют фотометрическим эквивалентом излучения.
2. Более точное значение — 555,016 нм. Учёт отличия этого значения от величины 555 нм приводит лишь к незначительным для практики поправкам и поэтому здесь не производится. Подробности имеются в статье «Кандела».

Источники

Есть ли погрешности в вычислениях?

Поскольку мы уже делали скидку на особенности каждой отдельной лампы, справедливо уточнить, что погрешности в вычислениях будут. Максимально точные показатели требуемой освещенности можно получить при помощи специального прибора — люксометра.

Но приведенные нами таблицы позволяют добиться минимального уровня погрешности — он точно не скажется ни на комфорте, ни на здоровье. Если нет возможности воспользоваться профессиональными вычислениями, вы можете сами все посчитать и выбрать оптимальное решение.

Дата публикации: 03.05.2018

Освещенность и требования стандартов

Там, где в дневное время недостаточно солнечного света, а также в вечерние и ночные часы, пользуются искусственными источниками. На предприятиях каждое рабочее место проходит аттестацию на соответствие допустимым санитарным нормам. В эти нормы укладывают и уровень освещённости. Неправильное освещение или его недостаток влияет на здоровье работников.

Основным нормативным документом, регламентирующим стандарты этого параметра, выступает СНИП 23-05-95 – это нормы, принятые к исполнению в 1995 году. Откорректированный его вариант в виде СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 г. действует и поныне.

В перечне отражены границы степени освещённости для помещений:

• производственных и складских;
• рабочих площадок вне зданий;
• жилых и общественных помещений;
• уличного освещения населённых пунктов;
• архитектурных подсветок;
• витринной и рекламной иллюминации;
• специального освещения.

Важно! Вреден как недостаток, так и избыток света. Яркие пятна люминесцентных реклам и витринных окон, выполненных с превышением требований, загрязняют световой фон улиц.

Освещённость

Ограничения на расчеты освещенности

При первичных расчётах учитываются следующие значения:

• световой поток источников в светильнике;
• нормируемая освещённость;
• коэффициент запаса, зависящий от загрязнённости объекта и типа ламп;
• поправочный коэффициент – отношение средней освещённости к освещённости нормируемой;
• количество ламп;
• коэффициент использования светового потока;
• S помещения.

Теоретические расчёты содержат погрешность до 30%, значит, необходимы дополнительные измерения люксметром. При этом необходимо учитывать время суток и длительность пребывания человека в расчётном месте. Учитывается и конструктивное исполнение осветительного устройства: плафоны, крышки, стёкла. Защитные покрытия вносят искажения в характеристики ламп.

ДРЛ и ДНАТ

В промышленном и уличном освещении применяются лампы ДРЛ и ДНАТ, которые имеют приличную светоотдачу. При таком большом энергопотреблении используется цоколь Е40, E40.

• ДНАТ- это дуговые натриевые трубчатые;
• ДРЛ – это дуговая ртутная люминесцентная.

Эффективность лм/ватт  у них на уровне  простых светодиодов, но срок службы в 3-4 раза ниже. К тому же светопоток снижается быстрее, чем  у диодного освещения.

Таблица аналогов для натриевых

ДНАТ	Светодиодный аналог	Люмены
ДНАТ 70	50вт	4.600
ДНАТ 100	75вт	7.300
ДНАТ 150	110вт	11.000
ДНАТ 250	190вт	19.000
ДНАТ 400	350вт	35.000

Таблица аналогов для ртутных

ДРЛ	Светодиодный аналог	Люмены
ДРЛ 125	65вт	6000
ДРЛ 250	150вт	13000
ДРЛ 400	250вт	23000
ДРЛ 700	450вт	40000
ДРЛ 1000	600вт	58000

У современных светодиодных аналогов светильников на хороших диодах, например Osram Duris, срок службы около 100.000ч. Из строя быстрее выйдет блок питания, чем LED чипы. Хороший блок питания (драйвер, преобразователь) на японских комплектующих служит до 70.000ч. Многое зависит от конденсаторов, которые теряются свою емкость и параметры питания светодиодов меняются.

Особенности использования светодиодных ламп

Лидирующее место занимают LED-лампы, применяемые в современном освещении. В конструкцию входят от одного до нескольких светодиодов сразу. На первый взгляд это обычная лампа, но наличие электрической схемы и светоизлучающих элементов в сочетании с оптической системой обеспечивает иное качества излучения света. Изменяя количество светодиодов, можно менять мощность, применение разных оптических решений линзы позволяет фокусировать или рассеивать поток.

LED-лампы обладают рядом достоинств:

• отсутствие ультрафиолетовой части спектра;
• пульсация некоторых моделей менее 1%;
• экономичность;
• низкая теплоотдача;
• срок службы 100 000 ч.;
• минимальные размеры;
• мгновенное включение в полноценный режим.

К недостаткам можно отнести следующие пункты:

• стоимость;
• спектр излучения требует тщательного подбора;
• деградация кристалла;
• нейтральный и холодный оттенки в некоторых случаях влияют на регуляцию сна.

Параметры дешёвых китайских изделий нарушают все допустимые нормы качества освещения. При выборе ЛЭД-ламп следует тщательно изучить характеристики и приобретать изделия проверенных производителей.

Светодиодные лампы

Световой поток светодиодных светильников

Большинство современных уличных и промышленных светильников сейчас производят на качественных светодиодах, типа NationStar, Osram Duris, Cree, LG, Samsung. Светоотдача у них на уровне 110 -120 лм/ватт.

Промышленные, уличные, производственные

Энергопотребление, ватт	Люмены
10вт	1100-1200лм
20вт	2200-2400лм
30вт	3300-3600лм
50вт	5500-6000лм
70вт	7700-8400лм
100вт	11000-12000лм

Бытовые прожекторы для дома

Энергопотребление, ватт	Люмены
10вт	800-900лм
20вт	1600-1800лм
30вт	2400-2700лм
50вт	4000-4500лм
70вт	5600-6300лм
100вт	8000-9000лм

Для бытовых прожекторов ставят LED диоды попроще, условия эксплуатации у них легче и заменить гораздо проще. Китайцы как всегда экономят и могут ставить низкокачественные ЛЕДы. Мне попадались светильники для квартиры и других жилых помещений  с эффективностью 60 лм. на ватт, вместо обычных 80-90 лм/вт. По замерам получалось, что он потребляет энергии прилично,  но не светит. Сперва подумал оборудование сломалось, но после калибровки ничего не изменилось, освещение было плохое.

Нормы освещения помещений по использованию (СНиП)

Подробные нормы для различных зданий и объектов можно посмотреть в СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 года. Для комфортного и безопасного освещения желательно знать, какие параметры должны иметь бытовые помещения. Некоторые из них отражены в таблице.

Таблица параметров

Грамотно подобранное искусственное освещение по своему спектру приближается к дневному солнечному свету. Знание физических характеристик светового потока позволяет правильно выбрать и разместить источники этого вида излучения для обеспечения комфортной среды обитания.

Цветовая температура

Большинство из нас привыкли к теплому свету источников с нитью накаливания, переходить на нейтрально белый на хотят Как показывает практика, стоит попробовать в течение двух дней нейтрально белый свет, и потом уже никто не соглашается переходить обратно на теплый.

На фото вы видите наглядные примеры отличия цветовой температуры:

1. теплый 2700К, 2900К;
2. нейтральный белый 4000К;
3. слегка холодноватый 5500К и 6000К.

Видео

Как вычислить светопоток

Чтобы  узнать сколько люмен у источника, используйте средние значения светоотдачи:

1. для диодных умножьте мощность на 80-90 лм/вт для лампочек с матовой колбой и получите светопоток;
2. для диодных филаментных  умножайте энергопотребление на 100 лм/вт, филаментные прозрачные с диодами в виде желтых полосок;
3. люминесцентные КЛЛ умножайте на 60 лм/вт, для дорогих он может быть выше, но они гораздо быстрее теряют яркость, поэтому это значение будет более точным;
4. ДНАТ 66 лм/вт для 70W, 74 лм/вт для 100W 150W 250W, 88 лм/вт у 400W;
5. ДРЛ множитель будет 58 лм/вт при среднем срок службы от 12 до 18т часов, китайские могут иметь другие характеристики, они всегда умудряются сэкономить даже там, где это практически не возможно.

Итоги

Как вы видите из выше расположенных таблиц, бывают простые  и улучшенные модели лампочек. Перед тем как их менять на новые, узнайте точную модель старых, обычно маркировка нанесена на корпусе. По маркировке ищите в сети сайт производителя, на котором должна находится информация о технических характеристиках. Если этого не сделать, то новое освещение может оказаться хуже старого.

Другой вариант, это взять образец с собой в магазин и показать продавцу, некоторые из них хорошо разбираются в этом. В случае с интернет-магазином, отправьте фото консультанту по электронной почте.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...