Содержание

Как правильно рассчитать светодиодное освещения комнаты в квартире или доме

Как правильно рассчитать светодиодное освещения комнаты в квартире или доме

Светодиод или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

При ремонте квартиры к вопросам расчёта освещения обычно относятся без особой ответственности, и устанавливают светильники, как хочется, прикидывая яркость света "на глаз". Однако освещение это важная часть любой стройки, как с дизайнерской, так и с инженерной точки зрения. Более того, существуют государственные документы, нормирующие эти вопрос, как например, СНИП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение".

В этой статье пойдет речь о том, как рассчитать светодиодное освещение для дома. Хотя расчеты для производственных и других типов помещений, а также с применением других типов источников света, в общем аналогичны.

Освещенность и световой поток

Целью расчётов и проектирования освещения является достижение нормированной освещенности для определённого помещения. Для каждого помещения есть свой норматив освещенности. Её можно вычислить исходя из класса зрительной работы, то есть из того как много и с деталями какой величины вы будете работать, какой цвет фона на котором располагается деталь, цвет самой детали и другие факторы.

Обычно это пугает людей далёких от темы, но не переживайте мы не будем углубляться в такие дебри. Есть таблицы с усредненными, типовыми значениями освещенности для, каждого из типов помещений, поэтому можно ими воспользоваться, ниже приведена одна из таких таблиц.

Но знать необходимую освещенность недостаточно.

Во-первых, освещенность это величина светового потока на 1 кв. м. освещаемой площади. Она измеряется в Люксах (Лк). Есть и закон обратных квадратов, который гласит, что при удалении источника света на определённое расстояние освещенность освещаемой поверхности снижается в квадрат раз. Т.е. если настольную лампу поднять над столом на высоту 2 метра, то освещенность стола снизится в 2 в квадрате раза или в четыре раза.

Е=Ф/S,

где E – освещенность, Ф – световой поток, S освещаемая площадь.

Во-вторых, в технической документации или на упаковках источников света (ламп, светильников) указывают величину в Люменах (Лм) - так измеряют световой поток.

Типы, схемы освещения

Освещение может быть искусственным и естественным. Если на естественное освещение мы слабо можем влиять, то на искусственное - легко. В свою очередь, искусственное делят на три типа, иногда говорят три схемы освещения:

1. Общее. Когда нормированная освещенность на высоте рабочей поверхности достигается по площади всего помещения. Преимуществом этого типа является то, что вы получаете яркий свет во всей комнате, в некоторых случаях это же может являться и недостатком.

К недостаткам относят высокую первоначальную стоимость, ведь светильники и лампы такой мощности и в таких (в зависимости от площади) количествах нужно для начала купить, обслуживание (любые лампы рано или поздно сгорают и их нужно менять), а также энергопотребление мощной системы освещения.

2. Местное. Здесь нормированная освещенность достигается только по площади рабочей поверхности.

3. Комбинированное. Такой компромисс, когда рабочие поверхности освещаются местными светильниками, типа брат, настольных ламп и прочего, а проходы, остальное пространств комнаты освещается в разы слабее потолочными светильниками (люстрами, если говорить о жилой комнате).

Расчёт освещенности

Точность расчетов освещения, как обычно, зависит от их сложности, но в большинстве случаев можно пользоваться описанным ниже методом расчёт освещения по коэффициенту использования светового потока. Также стоит отметить, что на количество светильников влияет не только излучаемый ими световой поток, но и форма распределения света.

Если рассуждать просто, то парой направленных источников света вы не добьетесь равномерного освещения, в лучшем случае получите пару мощных пучков света и отраженный от стен рассеянный свет. А вот если светильники дают рассеянный примерно равномерный свет во все стороны, то добьетесь очень легко и равномерной освещенности.

Допустим, что мы рассчитываем освещение гостиной, из таблицы, приведённой в начале статьи видно, что нормированная освещенность должна быть 450 Лк. Для гостиной лучше использовать общую схему освещения, ведь локальные пересветы вряд ли добавят интерьеры красоты, а освещению функциональности.

Исходя из формулы:

E = Ф/S

Выразим необходимый световой поток:

Ф = E*S

А так также введем два коэффициента, один поправочный, связанный с высотой потолков, а второй тоже поправочный, но связанный с типом источников света.

Если высота потолков до 2.7 метров – то Кз1 = 1, если от 2.7 до 3 – то Кз1=1.2. Для светодиодных ламп Кз2=1.1-1.2, возьмем 1.2, этот коэффициент предусматривает снижение светового потока от светодиодных ламп в течение срока их эксплуатации.

Допустим, что наша гостиная следующих размеров – 3х4м с потолками высотой в 2.7 метра. Тогда:

Ф=450Лк*12кв.м*1*1.2 = 6480 Лм

То есть нам нужен такой источник света, чтобы обеспечить световой поток 5400 Лм. У светодиодных ламп в среднем светоотдача находится на уровне 80-120 Лм/Вт, возьмем усреднено 100 лм/Вт, тогда нам нужно 54 Вт светодиодного света.

С первого взгляда может показаться, что это много, но фактически вы можете добиться, установив 5 ламп на 12-14 Вт в люстру с пятью рожками. А ведь согласитесь, что в гостиной таких размеров, такая люстра отлично впишется, и будет создавать достаточное количество света.

Мы привели пример на первой попавшейся нам люстре. Однако для подбора количества светильников и количества ламп в них есть и другой, более технический метод.

Примем за N – количество светильников, n – количество ламп.

Чтобы посчитать, сколько светильников со светодиодными лампами нужно разместить в комнате, нужно определиться с его световым потоком. Здесь есть два варианта.

1. Если вы будете вешать готовые светильники, где лампы не заменяются, то нужно посмотреть документацию на него, или найти такой же в любом интернет магазине и посмотреть его световой поток, также это должно быть написано на упаковке. Для примера возьмем вот такие врезные светильники, их заявленная мощность 12Вт, а световой поток при этом 1000 Лм.

Тогда: N = Фобщее/Фсветильника

N = 6480/1000 = 6.48 светильников

Здесь лучше округлить в большую сторону, тогда нужно приобрести и установить 7 светодиодных светильников.

2. Если у вас уже есть люстра с несколькими рожками, например с пятью, то вы можете рассчитать, лампы, какой мощности нужно вкрутить в неё:

w = Фобщ/(кол-во рожков*100)

Фобщ – общий световой поток, который мы рассчитали выше – 6480, w – мощность лампы, 100 – это количество Лм/Вт выдаваемые светодиодами

W = 6480/5*100 =12.96

В принципе, мощность ламп совпала, выше мы примерно указали 12-14 Вт. Расчеты верны.

В приведенных расчетах мы не учитывали коэффициентов отражения, это приблизительные величины позволяющие оценить примерное количество света которое нужно для ламп. Я нарочно опустил эту информацию, исходя из того, что вряд ли кто-то будет так серьезно подходить к расчету освещения для дома, а выбрать светильник и лампы такой расчет поможет.

Автоматизация расчетов освещения

В 21 век, большую часть проектной работы автоматизировали, для ПК есть большое количество программного обеспечения. Его называют «системы автоматизированного проектирования» или сокращенно САПР.

И для освещения есть отличные решения, например, программа Dialux поможет рассчитать светодиодное и другие типы освещения, кроме того в ней есть примеры готовых проектов, сильной стороной этой программы является визуализация примерного итогового результата, если вам интересно, пишите в комментариях и мы сделаем подробный обзор этого ПО.

В этом видео продемонстрирована работа в Dialux.

Для проверки расчетов можно использовать онлайн-калькулятор. Их множество в сети.

Кстати, наши расчеты оказались достаточно точны, и количество светильников совпало, я выбрал подобные светильники тем, что приведены в примере.

Ранее ЭлектроВести писали, что сейчас производители смартфонов и смарт-часов вынуждены адаптировать дизайн устройств под параметры аккумуляторов. Скоро об этом можно будет забыть: аккумулятор любой формы можно создать при помощи дешевого 3D-принтера, используя полимерные «чернила» с функцией проводимости.

По материалам: electrik.info.

Быстрый расчет освещения в помещении

Как всего за 2 шага рассчитать необходимую освещенность помещения.

Для начала напомним, что освещенность измеряется в люксах (Лк), а величина светового потока в люменах (Лм). Чтобы быстро и правильно выбрать светильники и их количество воспользуйтесь следующей формулой:

СП (световой поток) = А х Б х В

где:

А - нормативное значение освещенности помещения (см. Таблицу) или воспользуйтесь документом;

Б - площадь помещения (комнаты) в м. кв.;

В - коэффициент высоты потолка (до 2,7 м - 1,0; 2,7-3,0 м - 1,2; 3,0-3,5 м - 1,5; 3,5-4,0 - 2,0)

Получившееся значение - это общий световой поток, необходимый на данное помещение. Теперь легко определить количество выбранных осветительных приборов.

Специалисты нашей компании подготовят для вас точный расчет освещения.

Некоторые нормативные значения освещенности, согласно СНиП:

Тип офисных помещений Норма освещенности согласно СНиП, Лк Типы жилых помещений Норма освещенности согласно СНиП, Лк
Офис общего назначения с использованием компьютеров 300 Жилая комната, кухня 150
Офис в котором осуществляются чертежные работы 500 Детская комната 200
Зал для конференция, переговорная комната 200 Ванная комната, санузел, душевая, квартирные коридоры и холлы 50
Экскалатор, лестница 50-100 Гардеробная 75
Холл, коридор 50-75 Кабинет, библиотека 300
Архив 75 Лестница
20
Подсобные помещения, кладовая 50 Сауна, бассейн 100

СНиПы разрабатывались в советские времена, когда о комфорте и здоровье граждан не очень заботились. Поэтому добавьте небольшой коэффициент запаса в расчет вашей освещенности (светового потока).

Также помните о том, что поверхности имеют свойство отражать свет. Чем светлее поверхность – тем больше света она отражает и освещает помещение дополнительно. Если преобладают темные тона, то стоит увеличить значение светового потока, так как темные поверхности помещения поглощают большое количество света.

Вернуться к списку

Как правильно рассчитать освещенность комнаты

Расчет освещения

Освещение регулируется нормативными актами, согласно которым в каждой комнате должно быть определенное количество света. Нормы освещенности определяются в Люксах. Один Люкс равен 1 люмену, умноженному на 1 м².

Таблица норматива освещенности комнат в жилом доме 

ЖИЛОЕ ПОМЕЩЕНИЕ ЛЮКСЫ (российские нормы)
Кухня, столовая, спальня, гостиная 150
Детская комната 200
Кабинет, библиотека 300
Коридор 50
Ванная 250
Кладовка 300
Прихожая, чердак, подвал 60
Баня, бассейн 100
Тренажерный зал 150
Вестибюли 30


Для определения характеристик всех приборов освещения в комнате, используется формула Р = pS/N, в которой р – удельное значение мощности на освещение Вт/м2 – оно будет иметь среднее значение 20, S – площадь комнаты, N это количество ламп.

Для расчета оптимального количества света, например, в спальне, нужно умножить рекомендуемое число из таблицы норм освещенности жилого помещения на квадратные метры комнаты. Если спальня составляет 18 м², то умножаем 18 на 150. Получается 2700 Люкс. Это необходимое количество света для комнаты.

Таким образом, 3 лампы накаливания по 75 Вт как раз будут составлять необходимое количество света. Значение различных используемых ламп есть в таблице соответствия мощности источников света.

Таблица соответствия мощности источников света

 Лампа накаливания, Вт  Светодиодная лампа, Вт Люминесцентная лампа, Вт  Люмены (примерное значение) 
 40  4-5  10-13  400
 60  8-10  15-16 700
 75  10-12  18-20  900
 100  12-15  25-30  1200
 150  18-20  40-50  1800
 200  25-30  60-80  2500

Из таблицы видно, что светодиодные лампы потребляют минимум энергии при максимальном освещении, кроме этого являются одним из самых экологически чистых источников света.

Для точного расчета нужно учитывать такие нюансы, как отражающие способности поверхностей в комнате (столы, зеркала, пол и др.) и не забывать, что на освещенность помещения влияет и количество потока от естественного освещения.

Применение приборов освещения

Можно пользоваться таблицей для подбора подходящего источника света или приобрести люксометр. С его помощью точно высчитывается какой поток света будет в выбранных точках помещения.

Для правильного подбора осветительных приборов нужно помнить, что у всех ламп есть световые потери, которые проявляются с продолжительностью времени использования лампы. Этот показатель может ухудшатся при некачественном изделии.

Одни из самых больших потерь светового потока зафиксированы у газоразрядных ламп. Самые малые потери у светодиодных ламп (менее 5%), для сравнения у ламп накаливания – до 15%.

На нашем сайте представлен широкий ассортимент различных искусственных источников освещения, в том числе и светодиодных ламп 220В с самыми разными типоразмерами, формами колбы и величиной светового потока.

Пример замены люстры на светодиодные лампы в комнате - кабинете с 17 м².

По таблице видим, что количество Люксов в библиотеке и кабинете составляет 300. Умножаем 17 м² на 300 Люксов, получается 5100 люменов. Далее надо определиться сколько ламп мы хотим в помещении. Если необходимо несколько приборов освещения и плюс лампа настольная светодиодная, то из таблицы соответствия мощностей ламп находим, что к нашим требованиям подходит светодиодные лампы с 8-10 Вт.

Рекомендуемая мощность настольной светодиодной лампы составляет 7 Вт, но это так же зависит от предпочтений. То есть мы можем разместить в комнате 6-8 источников света. При использовании ламп с 10-12 Вт, их необходимое количество для комфортного времяпровождения в комнате составит 5-6 штук (5100/900).

На освещение, безусловно, будет влиять и температура светового потока лампы. Мы предлагаем светодиодные лампы с белым естественным, теплым или холодным свечением. Чем выше цветовая температура (холодный свет), тем ярче будет светить лампочка. Для комфортных условий рекомендуется натуральный белый свет с температурой 4000-4500 кельвинов.

Расчет освещенности

     Рассмотрим три наиболее часто используемые осветительные системы с люминесцентными лампами.

1). Светильники с отражателями и экранирующей решеткой из анодированного алюминия. Оптическая схема светильника показана на Рис. 1. Световой поток нижней полусферы ламп непосредственно направлен на освещаемую поверхность, а для направления светового потока верхней полусферы ламп используется отражатель. Это наиболее распространенная конструкция светильников для офисных помещений, встраиваемых в подвесные потолки.

 Оптическая схема светильника с отражателем

Рис.1 Оптическая схема светильника с отражателем

    Графики зависимостей коэффициентов использования светового потока светильника от индекса помещения при разных коэффициентах отражения показаны на Рис.2.

 Коэффициенты использования светильника с отражателем

Рис. 2 Коэффициенты использования светильника с отражателем

2). Светильники отраженного света, в которых световой поток как нижней, так и верхней полусфер ламп попадает на освещаемую поверхность после отражения от отражателей светильника. Оптическая схема светильника показана на Рис. 3. Данный светильник так же предназначен для подвесных потолков. Они имеют низкие значения коэффициентов использования за счет потерь светового потока в конструктивных элементах светильника, но по показателям ослепленности они значительно превосходят другие типы осветительных приборов.

 Оптическая схема светильника отраженного света

Рис. 3 Оптическая схема светильника отраженного света

    Графики коэффициентов использования для таких светильников показаны на Рис. 4

 Коэффициенты использования светильника отраженного света

Рис. 4 Коэффициенты использования светильника отраженного света

3). Светильники прямого и отраженного света, в которых световой поток нижней полусферы ламп направлен на освещаемую поверхность, а верхней полусферы – на потолок. В таких светильниках можно добиться коэффициентов использования светового потока, близких к 1, при большой отражающей способности потолка. Оптическая схема светильника показана на Рис. 5. Данный осветительный прибор относится к классу подвесных светильников.

 Оптическая схема светильника прямого и отраженного света

Рис. 5 Оптическая схема светильника прямого и отраженного света

Графики коэффициентов использования представлены на Рис. 6.

Коэффициенты использования светильника прямого и отраженного света

Рис. 6 Коэффициенты использования светильника прямого и отраженного света

   

    Чаще задача заключается в нахождении количества светильников N, обеспечивающих требуемую освещенность. Для этого выражение (1) представим в виде:

N= Eср S k/U n Фл    (3),

    В выражении (3) использована средняя освещенность, но нормируется минимальная освещенность Eн в помещении, поэтому в выражение (3) добавим коэффициент z=Eср/Emin, который можно принять равным 1,1 при количестве светильников более 4 в помещениях с отношением длины к ширине менее 3; 1,2 при количестве светильников 2 – 4 и 1,4 при использовании одного светильника в помещении, либо в помещениях с большим отношением длины к ширине (в длинных коридорах).

N= Eн S k z/U n Фл       (4),

При проектировании освещения всегда необходимо контролировать суммарную мощность использованных источников света и удельную мощность, измеряемую как отношение суммы мощностей всех ламп к площади освещаемого помещения:

Рудсумм/S, Вт/м2        (5),

    Для однотипных помещений иногда расчет освещенности выполняют по величине удельной мощности, хотя точность такого расчета, как правило, не высока.

    При использовании светильников с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА), мощность, потребляемая светильниками от электрической сети, всегда будет больше, чем суммарная мощность ламп вследствие потерь в ПРА.

    При проведении вычислений удобно пользоваться электронными таблицами Excel. Для расчетов необходимо использовать формулы 2, 4 и 5. Применение электронных таблиц позволяет оперативно выполнить расчеты при использовании различных светильников.

    В приложенном к статье файле «Примеры расчета освещенности» представлены результаты вычислений освещенности при использовании светильников, содержащих четыре люминесцентных лампы с улучшенной цветопередачей мощностью 18 Вт, которые имеют длину 600 мм, диаметр 26 мм, цоколь G13 и световой поток 1350 лм. Расчеты выполнены для помещений площадью 24 м2, 40 м2, 80 м2, 150 м2 и 300 м2. Рассмотрен вариант помещений со светлыми поверхностями (коэффициенты отражения потолка, стен и пола 80, 50 и 30 %) и темными (коэффициенты отражения потолка, стен и пола 30, 30 и 10 %). Результаты вычислений показаны на рисунках 7, 8 и 9. Данный файл можно скачать и пользоваться им для своих расчетов, вводя в его поля свои данные. Что бы файл случайно не «испортить», его желательно хранить в отдельной папке, а для выполнения расчетов копировать в другую папку.

 Результаты вычисления освещенности – светильники с отражателем

Рис. 7 Результаты вычисления освещенности – светильники с отражателем

 

 

Рис. 8 Результаты вычисления освещенности – светильники отраженного света

 

 

Рис. 9 Результаты вычисления освещенности – светильники прямого и отраженного света

 

    Как видно из представленных результатов вычислений, по энергоэффективности светильники прямого и отраженного света превосходят светильники с отражателями только в помещениях со светлыми поверхностями, имеющих площадь не менее 50 – 80 м2. Хотя их часто используют для освещения небольших кабинетов ввиду их оригинального дизайна.

    Светильники отраженного света чаще используют для освещения помещений с нормированной освещенностью не более 300 лк.

    При проектировании освещения иногда необходимо учитывать устанавливаемую в помещениях мебель, так как она коренным образом может повлиять на отражающую способность стен, и, как правило, снизить освещенность в помещении.

    В больших помещениях светильники необходимо располагать максимально равномерно по потолку, если нет необходимости осуществлять их привязку к проходам и оборудованию. В каждом конкретном случае индивидуально выбирают места установки осветительных приборов.

17 июля  2013 г.

    К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)

    К разделу  СВЕТИЛЬНИКИ 

Расчет светового потока Лм. (Киров, Россия)

 

Мы рас­­смот­рим от­ве­ты на по­­пу­­ляр­­ные воп­­ро­сы о свето­­ди­од­­ных све­­тиль­­ни­­ках и раз­­ве­ем ми­­фы во­­круг по­­ня­­тия “лю­­мен”.

 

В последнее время мы все чаще слышим вопросы:

- Сколько люмен в лампе накаливания?

- Сколько люмен в лампочке?

- Сколько люмен у светильника?

- Сколько люмен в светодиодной лампе?

- Сколько люмен в 1 Вт светодиодной лампы?

- Как определить световой поток лампы?

- Какие светодиодные ламы  являются аналогами ламп накаливания?

 

Давайте попробуем разобраться. Для начала ответим на вопрос: что такое люмен?

Люмен – это единица измерения светового потока источника света, в нашем случае источником света будет являться светодиодная лампа, лампа накаливания, сам светодиод или любой другой светильник.

Мы подготовили сравнительную таблицу соотношения светового потока (люмен) к мощности светильника (Вт) для светодиодных ламп, ламп накаливания и люминесцентных ламп.

 

Лампа накаливания,
 мощность в Вт

Люминесцентная лампа,
 мощность в Вт

Светодиодная лампа,
 мощность в Вт 

Световой поток, Лм

20 Вт

5-7 Вт

2-3 Вт

Около 250 Лм

40 Вт

10-13 Вт

4-5 Вт

Около 400 Лм

60 Вт

15-16 Вт

8-10 Вт

Около 700 Лм

75 Вт

18-20 Вт

10-12 Вт

Около 900 Лм

100 Вт

25-30 Вт

12-15 Вт

Около 1200 Лм

150 Вт

40-50 Вт

18-20 Вт

Около 1800 Лм

200 Вт

60-80 Вт

25-30 Вт

Около 2500 Лм

  

Как видно из таблицы, в среднем светодиодные лампы эффективнее ламп накаливания в 10 раз, а люминесцентных -  в 2 раза.

Стоит отметить, что светодиод, а, следовательно, и светодиодная лампа, испускает направленный свет, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, и значит, на прямой освещенность от светодиодной лампы будет выше. При использовании светодиодных светильников в качестве точечного освещения эффективность такого освещения будет выше по сравнению с аналогами.

Сколько люмен в 1 Вт светодиодной лампочке?

Световой поток у современных светодиодов варьируется от 80 до 150 Лм  с 1 Вт. Обусловлено это различиями в системах охлаждения и вольт-амперными характеристиками самих светодиодов. 

У экспериментальных светодиодов световой поток может доходить до 220 Лм / Вт, но на практике светильники с такими показателями пока не производятся.

Как определить, сколько же люмен в нашей лампочке или светильнике?

Световой поток указывается на коробке или в спецификации к товару. Можно так же воспользоваться сравнительной таблицей выше.

Если мы хотим определить сами, то нужно воспользоваться люксметром и определить освещенность в каждой точке помещения. Люкс - это отношение количества люмен на освещаемую площадь (1 люкс - 1 люмен на квадратный метр). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света 1 кандела, равен 4π люменам.

Что такое люкс?

Люкс – это единица измерения освещенности. Люкс равен освещенности поверхности площадью 1 кв.м. при световом потоке от источника в 1 лм.

На практике основное значение имеет показатель освещенности на рабочей поверхности, измеряемый в Лк (Люкс) с помощью специального прибора - люксметра. Более того, освещенность рабочих поверхностей и помещений для различных сфер деятельности должна соответствовать государственным нормативам, указанным в СНиП 23.05.2010.

 

 

Сколько люмен в светильнике с лампой ДРЛ, Днат и светодиодами?

Светильник, в отличие от лампы, имеет оптическую систему для более эффективного использования светового потока. В дешевых светильниках, не имеющих специальных отражателей и качественных рассеивателей, световой поток при использовании мощных ламп ДРЛ и Днат значительно ниже и может упасть до 50-60 % от общего светового потока отдельной лампы, тогда как у светодиодных светильников, имеющих более направленный световой поток, эти потери будут значительно меньше - до 5% в зависимости от оптической системы.

Светильник с лампой ДРЛ

Светильник с лампой Днат

Светодиодный светильник

Световой поток, Лм

125 Вт

70 Вт

30-40 Вт

Около 3 500 Лм

250 Вт

100 Вт

40-60 Вт

Около 8 000 Лм

400 Вт

150 Вт

80-120 Вт

Около 12 000 Лм

700 Вт

250 Вт

140-160 Вт

Около 20 000 Лм

1000 Вт

400 Вт

180-200 Вт

Около 30 000 Лм

 

Как рассчитать количество и мощность ламп по метражу комнаты

Появление светодиодных источников света внесло серьезную неопределённость в расчеты необходимого количества ламп для освещения жилых помещений. Принятый ранее стандарт в 15-20 Вт на 1 м² комнаты больше не работает, а указание на упаковках светодиодных ламп об эквиваленте ее мощности и лампы накаливания часто носит рекламный характер и не соответствует действительности.


Основным параметром светодиодных источников света выступает световой поток, у которого нет прямой зависимости от мощности светодиодов. Отношение светового потока к мощности светодиодов называется световой отдачей. Именно от световой отдачи зависит мощность устанавливаемых источников света, количество которых определяет приведенная ниже упрощенная методика расчета.

Исходные данные для расчета

Основным параметром для расчета количества светодиодных ламп служит минимальный уровень освещенности, значения которого устанавливают строительные или санитарные нормы и правила. Так для гостиной или спальни этот показатель устанавливается в 150 люкс, для детской — 200 лк, а для освещения коридора достаточно 50 лк.

Также исходными данными для расчетов являются высота установки светильников над полом, цветовое решение комнаты и необходимый коэффициент запаса.

Алгоритм расчета количества и мощности ламп

Для определения требуемого уровня освещенности в выбранной комнате необходимо просто умножить нормативную освещенность на количество квадратных метров. Так, например, для детской комнаты площадью 20 м², необходимый уровень освещенности равен 4000 люкс (20 м²*200 лк).

В стандартном случае для комнаты с белыми стенами и высотой потолков 2,5 метра, количество светильников определяется простым делением полученной величины на световой поток одной выбранной лампы. Например вы выбрали лампу мощностью 8 Вт и световым потоком 800 люмен. Разделив 4000 люкс на 800 люмен получим 5 необходимых ламп. Общая их мощность составляет 40 Вт (5*8 Вт).

В случае расчетов при уже известном количестве ламп в одной люстре или светильнике, требуемую освещенность нужно просто разделить на количество осветительных приборов. Полученная величина покажет необходимый световой поток одной лампы.

Необходимо помнить, что поправочный коэффициенты запаса, отличное от белого цветовое решение стен и высота подвеса больше 2,5 метров всегда увеличивают мощность и световой поток выбранных приборов освещения.

Заключение

Учет всех светотехнических параметров помещения приводит к появлению достаточно громоздкой формулы, расчет которой требуются определенного объема технических знаний.

В перечень услуг компании Inventrade входит бесплатный расчет освещенности, что существенно упрощает получение необходимого результат без сложных светотехнических вычислений.

Расчет освещения в доме и квартире

ОСК Лампы.РФ представляет широкий ассортимент прожекторов, светодиодов и ламп разных типов. Перед выбором моделей и их количества нужно произвести расчет освещения. В этой статье мы расскажем о нескольких распространенных способах, их особенностях и целях. Данная информация будет полезна электрикам, дизайнерам и проектировщикам объектов разных типов: как производственных, так и жилых и офисных.

Для чего надо проводить расчет освещения?

Основная цель такого планирования — грамотный расход ресурсов, иными словами, экономия. При составлении проекта нужно ответить на вопрос: как обеспечить необходимое количество света при минимуме затрат? При этом освещенность может быть разной — учитывается специфика помещения, его форма, размеры, предназначение, наличие/отсутствие естественных источников света: стеклянных потолков, окон и т. д. С целью получения данных, необходимых для установки светильников, производится расчет освещения. С его помощью можно определить:

  • мощность ламп, требуемую для получения заданной освещенности при известном типе, числе и месте размещения приборов;
  • расположение и количество — в случае, если известны тип осветительных конструкций и их мощность;
  • расчетную освещенность: когда указаны тип, мощность и место размещения ламп.

Первый пункт позволяет решить указанный ранее вопрос экономичного расхода ресурсов. Это первостепенная задача при проектировании и расчете освещения. Второй пункт подходит лишь в том случае, когда уже известны используемые приборы (например, нужно применить светильники с лампочками люминесцентного типа, мощность которых 80 Вт). Третий пункт актуален, когда измерить освещенность невозможно, или в качестве проверки расчетов освещения и готовых проектов.

Методы расчета освещения

Получить необходимые для работы данные можно разными способами. В некоторых случаях достаточно обратиться к нормативам. Они указывают точную мощность ламп для определенных помещений (жилых комнат, коридоров, лестниц и т. д.). В других ситуациях актуальны методы расчета освещения.

  • Коэффициент использования светового потока. Подходит для приборов любого типа, если нужно осветить горизонтальную поверхность равномерно. Расчет освещения производится по формуле: F = (Емин х S х kз х z) / (n х η). F здесь обозначает световой поток, Емин — освещенность по нормативам СанПиН, kз — коэффициент запаса (зависит от загрязненности помещения и типа ламп), z — это поправочный коэффициент, а n — число ламп, η — коэффициент использования потока, S — площадь помещения в м2.
  • Метод удельной мощности: необходим для предварительного приближенного расчета мощности освещения конкретной осветительной установки. Он определяется по формуле Руд = (P л х n) / S. Здесь первое — удельная мощность в Вт/м2, Р л — это мощность лампы, n — их количество, S — площадь в кв. метрах. При известных других показателях в процессе расчета освещения можно вычислить необходимую мощность 1 лампы: (Pуд х S) / n. Для этого берется тип приборов, определяется расчетная высота, в таблицах нормированности берется удельная мощность, после чего производятся расчеты.
  • Точечный метод подходит для светильников прямого света.Применяется при расчете освещения локализованного и общего равномерного освещения вне зависимости от расположения поверхности. Сначала выясняется тип и размещение ламп на чертеже, определяется расчетная высота Hр. На план наносится контрольная точка и высчитывается расстояние от нее до светильников. Затем находится освещенность е от каждого из них. После определяется общая условная освещенность ∑е. В итоге осуществляется расчет освещения. Выясняется горизонтальная освещенность в месте, обозначенном А: (F х μ / 1000х kз) х ∑е.

Есть еще и комбинированный метод расчета освещения. Он используется, если метод коэффициента использования не подходит, но лампы не относятся к виду прямого света.

Световой поток

Световой поток (Φ v ) - это энергия в единицу времени (dQ / dt), излучаемая источником в видимых длинах волн. Более конкретно, это энергия, излучаемая на длинах волн, чувствительных к человеческому глазу, от примерно 330 до 780 нм. Таким образом, световой поток представляет собой средневзвешенное значение лучистого потока в видимой области спектра. Это средневзвешенное значение, поскольку человеческий глаз не реагирует одинаково на все видимые длины волн.

Чувствительность глаза достигает максимума при 555 нм и падает примерно до 10 -4 при 380 и 750 нм.Это диапазон чувствительности к дневному свету или фотопического зрения. Ночная чувствительность глаза, называемая скотопическим зрением, смещается в сторону синего конца видимого диапазона, достигая максимума при 507 нм и снижаясь до 10 -4 при 340 и 670 нм. Этот весовой коэффициент или световая отдача (V λ ) позволяет преобразовывать лучистый поток в световой поток на любой длине волны. В фотопической области пику при 555 нм соответствует значение преобразования 683 люмен на ватт. Люмен - это единица светового потока, которая определяется в канделах, базовой единице СИ, такой как метр или секунда.1 люмен определяется как 1 / 4π кандела, базовая единица измерения силы света в системе СИ.

Поскольку глаз не видит все длины волн одинаково хорошо, кривая эффективности является очень важным способом определения светового потока от источника. Световой поток от монохроматического источника, излучающего свет на одной длине волны, определить проще всего.

Φ v = Φ * V λ * (683 лм / Вт)

Например, лазерная указка мощностью 5 мВт, использующая длину волны 680 нм, дает

.005 Вт * 0,017 * 683 лм / Вт = 0,058 лм

В то время как лазерная указка мощностью 5 мВт на длине волны 630 нм дает

0,005 Вт * 0,265 * 683 лм / Вт = 0,905 лм, значительно больший световой поток.

Определить световой поток от источника, излучающего по спектру, сложнее. Необходимо определить спектральное распределение мощности для конкретного источника. Как только это будет сделано, необходимо рассчитать световой поток на каждой длине волны или через равные промежутки времени для непрерывных спектров.Суммирование потока на каждой длине волны дает общий поток, создаваемый источником в видимом спектре.

С некоторыми источниками это сделать проще, чем с другими. Стандартная лампа накаливания излучает непрерывный спектр в видимом диапазоне, и для определения светового потока необходимо использовать различные интервалы. Однако для таких источников, как ртутная лампа, это немного проще. Меркурий излучает свет в основном в линейчатом спектре. Он излучает лучистый поток на 6 основных длинах волн. Это упрощает определение светового потока этой лампы по сравнению с лампой накаливания.

Как правило, самостоятельно определять световой поток не нужно. Обычно это значение указывается для лампы на основании лабораторных испытаний во время производства. Например, световой поток лампы накаливания мощностью 100 Вт составляет примерно 1700 лм. Мы можем использовать эту информацию для экстраполяции на аналогичные лампы. Таким образом, средняя световая отдача лампы накаливания составляет около 17 лм / Вт. Теперь мы можем использовать это как приближение для аналогичных источников накаливания при различной мощности.Часто производитель указывает «начальные люмены» в своих данных для лампы. Это световой поток лампы. Он указан таким образом, потому что по мере старения лампы ее распределение мощности немного меняется и больше не излучает точно на тех длинах волн, которые были в то время, когда она была новой. Однако для всех намерений и целей «начальные люмены» могут использоваться для светового потока для любых необходимых вычислений.

Индекс

Концепции фотометрии

Концепции Vision

Световой поток - обзор

19.1.5.9 Величины и единицы света

Следующие определения основаны на Международном словаре освещения.

Световой поток (символ ϕ): свет, излучаемый таким источником, как лампа, или принимаемый поверхностью, независимо от направления. Люмен (аббревиатура лм): единица светового потока в системе СИ, используемая для описания общего света, излучаемого источником или принимаемого поверхностью. (Лампа накаливания мощностью 100 Вт излучает около 1200 люмен.)

Освещение: процесс освещения объекта.

Величина освещенности (символ E): световой поток, падающий на поверхность, на единицу площади.

Люкс (сокращение lx): единица измерения освещенности в системе СИ; он равен одному люмену на квадратный метр.

Люмен на квадратный фут (сокращение lm ft −2 ): неметрическая единица измерения освещенности, равная 10,76 люкс. (Ранее назывался фут-свечой, этот термин все еще используется в некоторых странах.) Эксплуатационная ценность освещения: среднее значение освещенности на протяжении всего срока службы установки, усредненное по рабочей зоне.

Начальное значение освещенности: Среднее значение освещенности, усредненное по рабочей зоне до начала амортизации, то есть когда лампы и арматура новые и чистые, и когда комната недавно декорирована.

Среднее сферическое освещение (скалярное освещение): среднее освещение по поверхности небольшой сферы с центром в данной точке; точнее, это поток, падающий на поверхность сферы, деленный на площадь сферы. Термин «скалярная» освещенность

означает люкс: необходимо соблюдать осторожность, чтобы не путать единицу с освещением на плоскости, которое измеряется в той же единице.

Вектор освещения: термин, используемый для описания потока света. У него есть и величина, и направление. Величина определяется как максимальная разница в величине освещенности на диаметрально противоположных элементах поверхности небольшой сферы с центром в рассматриваемой точке. Направление вектора - это диаметр, соединяющий более яркий элемент с более темным.

Сила света: величина, которая описывает силу освещения источника в определенном направлении.Точнее, это световой поток, излучаемый внутри очень узкого конуса, содержащего это направление, деленное на телесный угол конуса.

Кандела (аббревиатура cd): единица измерения силы света в системе СИ. Термин «сила свечи» означает силу света, выраженную в канделах.

Понять, как измерить световой поток и мощность излучения (ЖУРНАЛ)

В этом отрывке из готовящегося к выпуску справочника под названием Handbook of LED and SSL Metrology, GÜNTHER LESCHHORN и RICHARD YOUNG объясняются основы светового потока и излучения. Измерение мощности - важнейшая задача при разработке продуктов твердотельного освещения (SSL).

Обычно световой поток и мощность излучения являются наиболее важными оптическими параметрами для светодиодов, хотя иногда также требуется пространственное распределение интенсивности. Для небольших устройств средняя интенсивность светодиода в состоянии B по-прежнему является обычным явлением. Частичный световой поток светодиодов - это величина, которая получает все большее признание, но все еще широко не измеряется. Для источников SSL важны фотометрические и колориметрические характеристики излучения.

Заинтересованы в статьях и объявлениях о тестировании / метрологии светодиодов и SSL?

Двумя основными методами измерения общей мощности излучения и светового потока являются использование либо интегрирующей сферы, либо гониофотометра / гониоспектрорадиометра. В следующих двух разделах объясняются эти два метода измерения с учетом типичных задач измерения.

Метод интегрирующей сферы и геометрия измерения

Величину светового потока иногда называют общим световым потоком, чтобы подчеркнуть тот факт, что он является суммой для всех направлений. Его также называют потоком 4π, поскольку полная сфера имеет 4π стерадиана телесного угла. Чтобы собрать весь свет в пределах 4π стерадианов, источник должен находиться в центре сферы.Эта 4π-геометрия является стандартной конфигурацией для измерения светового потока (см. Рис. 1a). Улавливается излучение, испускаемое во всех направлениях, и измеряется общий световой поток.

Для источников света, которые имеют пренебрежимо малое излучение или не имеют никакого излучения, направленного назад, общий поток может быть измерен в более удобном прямом потоке или геометрии 2π. Здесь источник света расположен в отверстии в стенке сферы. Для измерения регистрируется только световое излучение, испускаемое в передней полусфере (см. Рис.1б). Это прямое излучение типично для большинства светодиодных продуктов. Интегрирующая сфера должна быть откалибрована абсолютно на основе геометрии измерения в соответствии с принципом замещения. Этот принцип гласит, что тестовый источник света всегда следует измерять путем сравнения со стандартным источником, имеющим аналогичные пространственные и спектральные распределения.

Рекомендации по выбору правильного размера

Испытуемый образец всегда должен быть значительно меньше внутреннего диаметра сферы, чтобы фактор интерференции, вызванный самим образцом, был как можно ниже.Однако интенсивность падающего света на детектор уменьшается по мере увеличения сферы. Как показывает практика, светопропускная способность интегрирующей сферы является функцией обратного квадрата радиуса сферы. Поэтому выбор правильного соотношения между размером тестового объекта и размером сферы имеет решающее значение для эффективного баланса между высоким качеством измерения и хорошей пропускной способностью (см. Также рис. 2).

Существуют рекомендации по выбору правильного размера сферы для данного размера тестового образца.При использовании геометрии 4π общая поверхность испытуемого образца должна быть меньше 2% поверхности сферы. Длина линейной лампы должна быть менее 2/3 диаметра шара. При использовании геометрии 2π диаметр измерительного порта и, следовательно, максимальное удлинение испытуемого образца не должны превышать 1/3 диаметра сферы.

РИС. 1. Рекомендуемая CIE геометрия сфер для всех источников (a) и для источников без обратного излучения (b).

Поправка на самопоглощение

Тестовый объект сам способствует поглощению светового излучения в интегрирующей сфере.Эта форма помех, известная как самопоглощение, может привести к значительному ослаблению светового излучения и к отклонениям в измерениях. Это затухание становится более выраженным, когда испытуемый образец становится больше и темнее. На рис. 3 показаны два типичных примера испытуемого образца и полученная зависимость пропускания от длины волны. Самостоятельное поглощение может привести к коррекции до нескольких десятков процентов.

РИС. 2. Сфера диаметром 1 м (слева) идеально подходит для измерения большинства светодиодов и модулей с рекомендованной геометрией 4π и 2π.Сфера 2 м (справа) идеально подходит для больших светильников и продуктов SSL.

Коррекция самопоглощения с помощью подходящего вспомогательного источника света поэтому необходима для точных измерений. Для этой цели обычно используется галогенная лампа с широким спектральным диапазоном. Вспомогательный источник света должен быть расположен за перегородкой, чтобы избежать прямого освещения образца, и он должен работать от стабильного источника питания. Этот источник света используется для определения характеристик спектрального поглощения испытуемого устройства, держателя образца и соединительных кабелей, а затем смещения с фактическим измерением.Эффект самопоглощения увеличивается по мере увеличения отражательной способности покрытия и уменьшения отношения площади сферы к исследуемому образцу.

Поглощение в ближнем поле

Любой объект (например, розетка), находящийся в непосредственной близости от источника света, значительно поглощает свет и может вызвать большие ошибки. Это так называемое поглощение в ближнем поле не может быть исправлено измерением самопоглощения. Таким образом, следует избегать причины этого эффекта. Предмет следует размещать как можно дальше от лампы, избегая образования полостей.Кроме того, рекомендуется покрытие поверхности объекта материалом с высоким коэффициентом отражения. В качестве примера на рис. 4 показано хорошее решение линейного держателя трубки.

Рис. 3. Спектры собственного поглощения для двух типичных ИУ (тестируемых устройств).

Положение горения

Как описано в другой главе книги, измерения пассивно охлаждаемых источников SSL следует выполнять в положении горения, определенном производителем. Это также относится к сферической фотометрии.При измерении в геометрии 4π удобно использовать внутренний фонарный столб, который может быть установлен вверх-вниз или вниз-вверх, чтобы реализовать проектное положение горения источника света. В случае 2π-геометрии предпочтительным методом является вращающаяся сфера (см., Например, рис. 5). Вся сфера может вращаться внутри монтажной рамы. Таким образом, измерительный порт расположен сбоку, сверху или снизу.

Учет ошибок измерения

Вклады в ошибки измерения многочисленны.Анализ ошибок при использовании спектрорадиометра в качестве детектора можно найти в другой главе книги. Широкий диапазон характеристик излучения, отображаемый светодиодами, может привести к ошибкам калибровки при измерении светового потока. Отклонение 5% может быть получено для компонентов с диффузным излучением, но отклонения более 10% возможны для светодиодов с узким углом наклона.

Как описано выше, выбор правильного размера шара, выполнение коррекции самопоглощения, предотвращение поглощения ближнего поля и измерение в заданном положении горения источника света имеют решающее значение для высокоточного измерения.

Узнайте, как измерить световой поток и мощность излучения для светодиодов и продуктов SSL

РИС. 4. Пример исключения эффектов поглощения в ближней зоне. Держатель линейной трубки размещен как можно дальше от источника света и покрыт материалом с высоким коэффициентом отражения.

Еще одна большая часть ошибки вносит вклад при запуске измерения до того, как источник станет термически стабильным. Кроме того, при испытаниях в соответствии с CIE S 025 или EN 13032-4 рекомендуется температура окружающей среды 25 ° C.Если поместить источник тепла в корпус (интегрирующий шар), температура окружающей среды (температура в сфере) повысится, и она будет отличаться от «нормальных» рабочих условий. Поэтому при измерениях в конфигурации 4π рекомендуется стабилизировать источник с открытыми полусферами сфер. Сфера должна быть закрыта непосредственно перед измерением. Таким образом, можно лучше всего смоделировать окружающие условия при нормальной работе. Следует проявлять осторожность и аккуратно закрыть сферу, чтобы избежать движения воздуха, которое может нежелательным образом способствовать регулированию температуры.

Метод гониофотометра

Хотя измерение светового потока или мощности излучения с помощью гониофотометра занимает больше времени по сравнению с использованием интегрирующих сфер, оно намного точнее. Эта процедура измерения не требует эталонных ламп светового потока в качестве эталонного значения, как это имеет место при сферической фотометрии. Это метод выбора, если необходимо измерить лампы с различным распределением силы света, и это базовый уровень для калибровки эталонных ламп светового потока, который обеспечивает эталонное значение для других процедур испытаний.Еще одна отличительная черта гониофотометрии по сравнению со сферической фотометрией - это возможность измерения парциального светового потока и угла половинной интенсивности. Эти значения необходимо определять при измерении характеристик, относящихся к энергоэффективности и соответствию спецификациям Zhaga.

Метод лучше всего описать воображаемой сферой, окружающей светодиод. Детектор с косинусной коррекцией движется по поверхности сферы по определенным траекториям на расстоянии r (радиус сферы).Детектор используется для определения энергетической освещенности E , возникающей в результате парциального лучистого потока d Φ, падающего на область детектора dA в зависимости от θ и φ.

Чтобы определить полную мощность излучения, детектор перемещают постепенно под углом θ. Для каждого угла θ выполняется несколько измерений, причем угол φ изменяется от 0 ° до 360 °. Сканируются отдельные зоны, соответствующие постоянной широте сферы. Общая мощность излучения Φ тогда составляет

В качестве альтернативы, вместо перемещения детектора, которое может потребовать значительных механических усилий, можно использовать стационарный детектор, и светодиод сканируется вокруг его конца.Однако для модулей и светильников с конвекционным охлаждением это может не применяться, и может быть указана поправка на положение светильника.

РИС. 5. Вращающаяся сфера длиной 1 м. Позиционно-чувствительные источники света могут быть измерены в их расчетном рабочем положении.

На рис. 6 показана установка для этого типа светодиодного гониофотометра. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ - поворотом вокруг его наконечника. Детектор установлен на оптической рейке, что позволяет проводить измерения на различных расстояниях.

РИС. 6. Гониоспектрорадиометр в компактном светозащитном кожухе. Светодиод перемещается вместо извещателя. Угол φ регулируется поворотом светодиода вокруг его механической оси, а угол θ - поворотом вокруг его наконечника.

Большие расстояния необходимы для распределения силы света в условиях дальнего поля. Для измерения полного потока с помощью гониометра большие расстояния не требуются. При условии, что детектор имеет хороший косинусный отклик, энергетическую освещенность можно точно измерить под всеми углами. Освещенность - это не свойство лампы, а свет, падающий на поверхность. Измеряя энергетическую освещенность в достаточных местах вокруг виртуальной сферы, окружающей лампу, можно вычислить общий поток путем интегрирования. При условии отсутствия взаимодействия между источником и детектором размер источника может быть почти размером с виртуальную сферу.

Эффективность и эффективность

Если общая оптическая мощность, излучаемая светодиодом, модулем или светильником, известна, то ее можно объединить с электрической мощностью P [Вт или ватт], подаваемой на устройство, для повышения эффективности:

Эффективность безразмерная (единицы в числителе и знаменателе отменяют) и зависит от условий измерения.Эффективность драйвера может быть включена или исключена, и для практических применений может потребоваться снижение номинальных значений температуры в соответствии с условиями эксплуатации.

Световая отдача рассчитывается аналогично, но с использованием общего светового потока:

Световая отдача выражается в лм / Вт. Как и эффективность, значения световой отдачи зависят от условий измерения и могут включать или исключать эффективность драйвера и температурные эффекты.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Этот текст взят из Справочника по метрологии светодиодов и SSL , который будет опубликован компанией Instrument Systems в конце 2016 года.Ссылки на рисунки были изменены по сравнению с оригиналом для ясности.


ГЮНТЕР ЛЕШХОРН - руководитель отдела управления продуктами в компании Instrument Systems (instrumentsystems.com). РИЧАРД ЯНГ недавно ушел на пенсию с должности главного научного сотрудника и теперь работает консультантом в компании Instrument Systems.

Конвертер силы света и светового потока

Конвертер силы света и светового потока

Введение

Много лет назад, когда лампы накаливания широко использовались и почти не использовались. стандартный источник света для повседневного использования, выбор подходящей лампы был довольно просто: нужно было «всего лишь» выбрать наиболее подходящую мощность для предполагаемое приложение.Сегодня все намного сложнее: есть стандартные лампочки накаливания, галогенные лампы, компактные люминесцентные лампы, люминесцентные лампы и светодиоды лампы самых разных видов. Все эти лампы имеют разный КПД и разные формы свечения, что позволяет выбор намного сложнее.

Просто глядя на мощность лампы в ваттах, мало что можно сказать об эффективном светоотдача. Для решения этой проблемы сила света I v (выраженная в канделах) и световой поток F (в люменах) являются лучший выбор, но, к сожалению, лишь немногие люди привыкли к этим агрегатам и их значение иногда неверно истолковывают.Производители ламп часто указывают на упаковке одну из этих цифр, но редко и то и другое, поэтому сравнивая лампу мощностью 1000 лм с другой произвести 250 кд непросто: будут ли они светиться такая же яркость? Цель этого калькулятора - помочь преобразовать люмены в канделы для выбор подходящего источника света.


Эта компактная люминесцентная лампа потребляет 20 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 1'300 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с с помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить силу света около 103 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 65 лм / Вт. (нажмите для увеличения)


Эта светодиодная лампа потребляет 4 Вт электроэнергии и производит (номинальную) сила света 350 кд в конусе с полным углом 36 °. С помощью калькулятора, представленного ниже, вы можете оценить световой поток около 108 лм. Вы можете рассчитать эффективность лампы 27 лм / Вт. (нажмите для увеличения)


Почему фотометрические единицы?

В физике используется радиометрических единиц: например, заданное излучение (свет) источник излучает количество мощности P (измеряется в ваттах) и мы можем легко вычислить интенсивность излучения Дж (измеряется в Вт / стер) или освещенность E (измеренная в Вт / м 2 ), если мы хотим знать количество мощности, излучаемой в заданном направлении (телесный угол) или в заданном поверхность соответственно.

Но когда мы говорим о видимом свете, мы должны учитывать чувствительность человеческого глаза, потому что ощущение яркости зависит от цвета (спектра) света. Поэтому предпочтительны фотометрические единицы .

Фотометрический эквивалент мощности излучения - световой поток. (или сила света) F (измеряется в люменах). Тогда сила света I v (выражена в канделах) соответствует световому потоку в заданном телесном угле Ом (1 кд = 1 лм / стер), а освещенность E v (измеряется в люксах) соответствует световому потоку на заданной площади (1 лк = 1 лм / м 2 ).

Радиометрические единицы Фотометрические единицы
Мощность излучения
P
Вт
[Вт]
Световой поток
F
Люмен
[лм]
Интенсивность излучения
Дж
Ватт на стерадиан
[Вт / стер]
Сила света
I v
Кандел
[cd = лм / стер]
Энергия излучения
E
Ватт на квадратный метр
[Вт / м 2 ]
Освещенность
E v
Люкс
[лк = лм / м 2 ]

Зависимость силы света от светового потока

В фотометрии световой поток является мерой всего воспринимаемого света. сила света, тогда как сила света является мерой воспринимаемого мощность, излучаемая источником света в определенном направлении на единицу твердого тела угол.Это означает, что максимальная сила света зависит от общей световой поток источника света, но также и его диаграмма направленности (то, как свет источник излучает во всех направлениях).


Общий световой поток - это сумма всех излучаемых потоков направления, независимо от диаграммы направленности источника света.


Сила света - это световой поток в заданном телесном угле. Вот два примера разной силы света в двух произвольных конусах, предположим, что диаграмма направленности этой лампы неоднородна.

Итак, один и тот же источник света, излучающий одинаковый световой поток (одинаковые люмены) может давать разную силу света (разные свечи) в зависимости от его способность концентрировать свет. Если поставить линзу перед лампой, чтобы сосредоточить свет в одном направлении, сила света в этом направлении увеличится, а общая световой поток остается прежним. Чем выше способность концентрировать свет в одном направлении, тем терка сила света.


Эти 2 светодиода имеют один и тот же чип, обеспечивающий одинаковый световой поток 0.2 лм при токе 30 мА. У того, что слева, есть линза, которая концентрирует свет в узком конусе. 15 °, в то время как тот, что справа, имеет другую линзу, концентрирующую свет в конусе 30 °. В результате сила света светодиода слева составляет 3,7 кд. и 0,9 кд для правого. (нажмите, чтобы увеличить)


Те же 2 светодиода, которые проецируются на экран на расстоянии около 5 см. Обратите внимание, что светодиод слева дает меньшее и яркое пятно.К сожалению, на этом HDR-изображении разница в яркости едва заметна. видимый. (нажмите для увеличения)


Точное преобразование силы света в световой поток

Чтобы точно рассчитать общий световой поток F , нам необходимо: учитывать диаграмму направленности I (θ) светового источник. Без диаграммы направленности выполнить преобразование невозможно. Точные числовые данные диаграммы направленности доступны очень редко, но если у кого-то есть шанс иметь таблицу с красивым графиком диаграммы направленности, бесплатную программу, такую ​​как Engauge Digitizer, можно использовать для преобразования графика в числовые значения.Практически все источники света имеют симметричную диаграмму направленности, поэтому мы используйте только данные от 0 ° до 180 ° (от 0 до π), и мы предполагаем, что это будет остается неизменным, если устройство вращается вокруг своей оптической оси.

Зная I (θ) , мы можем вычислить эквивалентный телесный угол Ом (в стерадианах):

Чтобы вычислить этот интеграл, вам понадобится числовая вычислительная программа, например MATLAB, бесплатный Scilab или, возможно, даже электронная таблица. В любом случае это недоступно для простого калькулятора JavaScript, такого как тот, который вы найдете на этих страницах.

Обратите внимание, что I (θ) необходимо нормировать по амплитуде перед вычисляя вышеуказанный интеграл, что означает, что макс (I (θ)) = 1 .

Ом представляет собой телесный угол, пропускающий постоянную и однородную поток равен потоку, передаваемому I (θ) в 4π стерадианах (вся поверхность сферы).

На самом деле это должен быть двойной интеграл в θ и φ . покрывая всю сферу вокруг источника света, но из-за симметричная диаграмма направленности большинства источников света, интеграл в φ можно упростить до коэффициента 2π.

Теперь легко рассчитать световой поток F в люменах:

Где I v - максимальная сила света, измеренная в кандела (компакт-диск).


Простой преобразователь силы света / потока

Очень часто диаграмма направленности лампы неизвестна, но если мы знаем ширина луча (расходимость луча) , которая представляет собой угол конуса свет излучаемый, мы можем сделать приблизительный расчет.Это приближение, поскольку предполагается, что вся мощность равномерно распределена. распределяется внутри этого конуса, и снаружи не излучается энергия. Ширина луча обычно определяется как полный угол конуса , что составляет удвоение угла конуса θ между осью и конусом.


На этом чертеже вы можете видеть синим цветом угол конуса θ и в красный конус полный угол .

В этом приближении мы предполагаем, что весь поток равномерно распределен в указанный конус и что снаружи нет излучения. Это, конечно, не очень точно. Имейте в виду, что реальные цифры могут значительно отличаться, но это лучшее, что вы можете получить только с углом конуса. Но обычно порядок величины правильный. Преимущество в том, что преобразование теперь легко и может быть выполнено с помощью карманный калькулятор или этот конвертер JavaScript.

Зная ширину луча , мы можем легко вычислить соответствующий телесный угол Ом в стерадианах с:

Затем мы можем использовать то же уравнение, что и раньше, для преобразования между светящимися поток F и максимальная сила света I v :

Следующий калькулятор выполнит вычисления за вас:

Мобильная версия доступна здесь, если вы нужно делать преобразования при покупке ламп...

Введите все известные данные в калькулятор ниже и оставьте поля вычислить пустое значение, затем нажмите кнопку "вычислить", чтобы вычислить и заполнить бланки. Возможны не все комбинации; если данных недостаточно; всплывающее окно коробка предупредит вас. Убедитесь, что неизвестные поля полностью пусты: пробел не будет Работа.


А как насчет силы излучения?

Теперь, когда мы знаем световой поток F , можем ли мы вычислить мощность излучения P или наоборот? Что ж, теоретически да, но это не так просто, потому что вам нужно знать спектр P (λ) излучаемого света для расчета соответствующий коэффициент преобразования.Иногда производители предоставляют вам красивый график спектра, в противном случае вам нужно измерить его с помощью оптического спектрометра (и если он у вас есть, вы, вероятно, не нужны пояснения на этой странице). Без точных спектральных данных преобразование из F в П .

Предполагая, что вы знаете P (λ) (измерено, оцифровано с графика предоставлено производителем), первое, что вам нужно сделать, это нормализовать его в поверхности (поверхность под кривой должна быть равна единице):

Опять же, это недоступно для этого калькулятора JavaScript, и вам понадобится мощная числовая вычислительная программа.

Убедившись, что P (λ) нормализовано, вы можете рассчитать коэффициент преобразования лучистого потока в световой η v :

Где В (λ) - стандартное функция яркости (фотопическое зрение), и вы должны интегрироваться для весь видимый спектр (скажем, от λ мин = От 380 нм до λ макс. = 770 нм) или не менее часть, где P (λ) отлична от нуля.

Зная η v , теперь возможно преобразование между лучистый и световой поток со следующим соотношением:

Обратите внимание, что η v выражается в лм / Вт, но не эффективность лампы, это просто мера видимости света для человеческого глаза. Эффективность лампы, выраженная также в лм / Вт, также учитывает потери лампы.

Другими словами, если у вас есть точные спектральные данные и подходящий числовой вычислительное программное обеспечение, вы можете это сделать, но все же вам нужно много мотивации чтобы преодолеть эти два препятствия.И не нужно просто покупать лампочку…


Световая отдача лампы

Световая отдача лампы - это соотношение между производимой световой отдачей. поток и используемая электрическая мощность и выражается в люменах на ватт. (лм / Вт), чем выше, тем лучше. В основном это зависит от технологии изготовления ламп: у старых ламп накаливания очень низкий эффективности, галогенные лампы немного лучше, люминесцентные лампы и светодиоды имеют лучшая эффективность (для белого света) на сегодняшний день (2013 г.).

Обратите внимание, что используемая электрическая мощность отличается от (и всегда выше, чем) мощность излучения обсуждалась ранее. Чтобы вычислить эффективность лампы, нет необходимости вычислять или знать лучистая сила.


Эта старинная лампа накаливания потребляет 75 Вт электроэнергии и обеспечивает (номинальный) световой поток 950 лм. Предположим, что диаграмма направленности направлена ​​во всех направлениях (угол конуса 360 °), с С помощью калькулятора, приведенного выше, вы можете оценить силу света около 76 кд.Вы также можете рассчитать эффективность лампы 13 лм / Вт. (нажмите для увеличения)

Лампы накаливания, независимо от того, галогенные они или нет, лучше подходят для большие силы, потому что чем горячее нить накала генерирует более видимый свет. Таким образом, одна лампочка мощностью 75 Вт и ее 13 лм / Вт эффективнее. чем две лампы мощностью 40 Вт с мощностью всего 10 лм / Вт.

Цветные лампы накаливания имеют очень низкий КПД, потому что большинство свет отфильтровывается цветным стеклом, оставляя только одну часть спектр.С другой стороны, цветные газоразрядные лампы или светодиоды обладают очень высокой эффективностью. потому что излучается только требуемый цвет и не делается никаких компромиссов получить белый свет. По этой причине во многих странах уличные фонари желтые: натриевые лампы. имеют очень хорошую светоотдачу, но излучают уродливый желтый свет.

Для белых ламп, как правило, наиболее эффективны газоразрядные или светодиодные лампы. излучают холодный (голубоватый) свет и плохо передают цвета; это может изменения в будущем.

Наконец, прозрачные лампы имеют лучшую эффективность, чем диффузные, но они иногда тревожно смотреть. Добавление диффузора к прозрачной лампе, конечно, снизит ее эффективность.

В следующей таблице приведены обычные значения световой отдачи обыкновенного белого цвета. домашние лампы:

Тип лампы: Световая отдача:
Эталонные лампы накаливания 8 ... 15 лм / Вт
Галогенные лампы накаливания 15...20 лм / Вт
Компактные люминесцентные лампы 30 ... 60 лм / Вт
Люминесцентные лампы 60 ... 110 лм / Вт
Современные светодиодные лампы 60 ... 100 лм / Вт

Практически для всех типов ламп, кроме светодиодных, световая отдача больше или меньше. менее стабильный уже много лет, и здесь нет больших сюрпризов. Для светодиодов эффективность постоянно повышается: десять лет назад эффективность Светодиодные лампы были сравнимы с галогенными лампами, первые эффективные светодиоды имели очень низкие уровни мощности и были практически бесполезны.Сегодня (в 2013 году) можно купить хорошие светодиодные лампы с превышением КПД. 100 лм / Вт в местном универсальном магазине, и эта цифра продолжает расти.


Заключение

Два основных фотометрических понятия, световой поток и сила света, имеют были кратко описаны и простой примерный калькулятор для преобразования между два доступны на этой странице. Чем отличаются некоторые аспекты преобразования лучистого потока в световой поток. было объяснено, но, к сожалению, нет простого способа конвертировать между их.Наконец, была обсуждена световая отдача лампы. Цель состоит в том, чтобы помочь сравнить лампы или источники света в целом после завершения технические данные отсутствуют.


Библиография и дополнительная литература

[1] Уоррен Дж. Смит. Современная оптическая инженерия - Дизайн оптических систем. 3 rd Edition, McGraw-Hill, 2000 г., Глава 8.
[2] А.Даешлер, Г. Кампоново. Elettrotecnica. Edizioni Casagrande, Беллинцона, 1974 г., capitolo 11.


Как рассчитать освещенность | Sciencing

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор S. Hussain Ather

При установке лампочек или регулировке яркости экрана компьютера понимание яркости света может помочь вам определить, насколько они эффективны.

Освещенность поверхности, характеристика, отличная от яркости , измеряет, сколько света падает на нее, а яркость - это количество света, отраженного или испускаемого от нее.Четкое понимание терминологии, касающейся яркости и электричества, может помочь вам принять более правильные решения.

Расчет освещенности

Освещенность измеряется как количество света, падающего на поверхность в единицах фут-свечей или люкс . 1 люкс (единица СИ) равен примерно 0,0929030 фут-канделе. 1 люкс также равен 1 люмен / м 2 , в котором люмен является мерой светового потока , количества видимого света, излучаемого источником в единицу времени, и 1 люкс также равен.0001 фот (ph). Эти устройства позволяют использовать широкий диапазон шкал для определения освещенности для различных целей.

Вы можете рассчитать освещенность E относительно светового потока «phi» Φ , используя

E = \ frac {\ Phi} {A}

над заданной площадью A . Это уравнение обозначает световой поток с Φ , тот же символ для магнитного потока, и показывает сходство с уравнением для магнитного потока

\ Phi = BA

для площади поверхности, параллельной магниту A и напряженность магнитного поля B .Это означает, что освещенность параллельна магнитному полю в том, как его рассчитывают ученые и инженеры, и вы можете преобразовать единицы освещенности (поток / м 2 ) непосредственно в ватты, используя интенсивность (в единицах кандел).

\ Phi = I \ times \ Omega

для потока Φ , интенсивности I и углового диапазона «Ом» Ом для углового диапазона в стерадиан (ср) , или квадратный радиан, а полная сфера имеет угловой размах .Свет, рассчитанный по освещенности, падает на поверхность и распространяется, заставляя объект становиться ярким, поэтому освещенность можно использовать в качестве меры яркости.

Например: Освещенность поверхности составляет 6 люкс, а поверхность находится в 4 метрах от источника света. Какова интенсивность источника?

Поскольку свет распространяется по излучающей схеме, вы можете представить, что источник света - это центр сферы с радиусом, равным расстоянию между источником света и объектом.Это означает, что соответствующая площадь поверхности для использования - это площадь поверхности сферы, которая соответствует этому расположению.

Умножение площади поверхности сферы на радиус 4 как 4π4 2 м 2 на освещенность 6 люмен / м 2 дает 1206,37 люмен потока Φ . Свет распространяется прямо на поверхность, поэтому угловой размах Ом составляет кандел, а, используя Φ = I x Ом, интенсивность I составляет 15159.69 люмен / м 2 .

Расчет других значений

Кандела, используемая в угловом диапазоне, используется для измерения количества света, излучаемого источником света в диапазоне в трехмерном диапазоне. Как показано в примере, угловой диапазон измеряется через стерадиан по площади поверхности, на которую распространяется свет. Стерадиан полной сферы составляет кандел. Не перепутайте люкс и канделу.

В то время как кандела - это измерение углового диапазона, люкс - это освещенность самой поверхности.В точках, более удаленных от источника света, яркость в люксах ниже, поскольку в эту точку попадает меньше света. Это важно в реальных приложениях и точных расчетах, которые должны учитывать точный источник света, который может быть, например, в вольфрамовой проволоке лампочки, а не в самой лампочке. Для небольших лампочек, таких как определенные светодиодные источники света, расстояние может быть более незначительным в зависимости от масштаба ваших расчетов.

Один стерадиан сферы радиусом в один метр будет охватывать поверхность размером 1 м 2 .Вы можете получить это, зная, что полная сфера покрывает кандел, поэтому для площади поверхности (из 4πr 2 с радиусом 1) стерадиан поверхность равна сфера покрывает 1 м 2 . Вы можете использовать эти преобразования, вычислив реальные примеры лампочек и свечей, излучающих свет, используя площадь поверхности сферы для учета геометрии света. Затем их можно связать с яркостью.

В то время как освещенность измеряет свет, падающий на поверхность, яркость - это свет, излучаемый или отраженный этой поверхностью в канделах / м. 2 или «нит».Значения яркости L и люкс E связаны через идеальную поверхность, излучающую весь свет, уравнением E = L x π .

Использование таблицы измерения люкс

Если вам может показаться сложным иметь столько разных способов измерения одних и тех же величин, онлайн-калькуляторы и диаграммы выполняют вычисления для преобразования между разными единицами, чтобы упростить задачу. RapidTables предлагает калькулятор люмен в ватт, который рассчитывает мощность для различных стандартов освещения.В таблице на веб-сайте показаны эти значения, поэтому вы можете увидеть, как они соотносятся друг с другом. Обратите внимание на единицы люмен и ватт при выполнении этих преобразований, которые также используют световую отдачу по «eta» η.

EngineeringToolBox также предлагает методы расчета освещенности и освещенности для эталонов лампочек и ламп наряду с таблицей измерения люкс. Освещение - это еще один метод расчета освещенности, в котором используются электрические эталоны лампы или источника света вместо экспериментальных измерений испускаемого света.Он задается уравнением для освещенности I как

I = \ frac {L_I \ timesC_u \ timesL_ {LF}} {A_I}

для яркости лампы L l (в люменах), коэффициент коэффициент использования C u , коэффициент световых потерь L LF и площадь лампы A l (в м 2 ).

Эффективность освещения

Согласно расчетам веб-сайта RapidTables, световая эффективность излучения является распространенным способом описания того, как лампочка или другой источник света хорошо использует свои энергоресурсы, но это официальный метод определения эффективности света Источники - это световая эффективность источника, а не радиация.

Ученые и инженеры обычно выражают эффективность освещения в процентах с максимальным теоретическим значением эффективности освещения 683,002 лм / Вт, что соответствует длине волны света 555 нм. В качестве одного примера, типичный современный белый ватт, «освещенный», может достигать эффективности более 100 лм / Вт с эффективностью 15%, что на самом деле больше, чем у многих других типов источников света.

При измерении яркости и освещенности в науке и технике учитываются способы, которыми сами глаза воспринимают яркость света, чтобы получить более точные и объективные измерения.Изучая распределение яркости света с помощью экспериментов, попытайтесь понять, вызвана ли реакция на яркость сигналами конических или стержневых фоторецепторов в человеческом глазу.

Другие исследования, такие как фотометрические, направлены на обнаружение определенных форм излучения на основе линейности их отклика. Если два световых потока Θ 1 и Θ 2 должны были дать два разных сигнала, фотометрические детекторы измеряют сигнал, генерируемый в результате линейного сложения обоих потоков.Линейность отклика является мерой этой зависимости.

световой поток - Calculator.org

Что такое световой поток?

Световой поток - это мера воспринимаемой мощности света или силы света. Поскольку световой поток является мерой свойства в воспринимаемом смысле, он регулируется с учетом того факта, что человеческий глаз чувствителен ко многим различным длинам волн света и по-разному. Световой поток может учитывать эту чувствительность путем взвешивания мощности на каждой длине волны света с функцией яркости, которая представляет, как человеческий глаз реагирует на разные длины волн.Другими словами, поскольку человеческий глаз не имеет единообразного отклика на все длины волн света, мы должны взвесить наши расчеты светового потока с нашим пониманием того, как глаз реагирует на разные длины волн видимого света.

Чтобы определить общий световой поток от данного источника, мы вычисляем взвешенную сумму мощности для всех длин волн света в пределах полосы света, видимой человеческим глазом. Поскольку световой поток зависит только от человеческого восприятия света, всеми другими длинами волн за пределами видимого диапазона можно пренебречь.Единицами СИ для светового потока являются люмены, где люмен определяется как сила света в одну канделу в пределах телесного угла в один стерадиан.

Световой поток часто используется для сравнения мощности освещения лампочек. Это особенно важно при сравнении эффективности различных технологий освещения, например, при сравнении энергосберегающих ламп с лампами накаливания, которые они заменяют. Это также важно при проектировании систем освещения для офисов, общественных мест или домов.

Световой поток часто путают или ассоциируют с лучистым потоком. Важно подчеркнуть, что, хотя лучистый поток является мерой общей мощности излучаемого света, лучистый поток не корректируется с учетом чувствительности человеческого глаза через уравнение светимости и, следовательно, не то же самое. Однако существует концепция, известная как световая отдача, которая представляет собой отношение общего светового потока к лучистому потоку. Кто-то может захотеть рассчитать световую отдачу, чтобы определить, производит ли какой-либо источник света нужный вид света в нужном количестве для освещения пространства.

Функция яркости, как описано выше, будет определять световой поток относительно данной длины волны света на основе данных о том, как человеческий глаз реагирует на разные длины волн света. Математически это взвешенный интеграл спектрального распределения мощности излучения (или мощности на единицу длины волны). Весовая функция известна как функция яркости y (λ), которая безразмерна и где λ - длина волны света. Границы интеграла - это верхняя и нижняя границы видимой части спектра.

Существует также разница между функциями фотопической и скотопической светимости. Человеческий глаз реагирует на свет не только на основе его длины волны, но и на основе его интенсивности. При нормальном освещении функция фотопической яркости лучше всего описывает реакцию человеческого глаза на свет, в то время как функция скотопии лучше работает в условиях низкой освещенности. Причина этого кроется в дизайне глаза, который выбрала природа. При слабом освещении сетчатка глаза переключится с передачи светочувствительности колбочками на использование стержней, что приведет к сдвигу в сторону фиолетового цвета (с пиком около 507 нанометров для молодых глаз).

Добавьте эту страницу в закладки в своем браузере, используя Ctrl и d или используя одну из следующих служб: (открывается в новом окне)

Общие сведения о световом потоке (люмен) и освещенности (люкс) _ YUJILEDS

Мы часто видим данные о световом потоке или освещенности на упаковке лампочек или других ламп. Возможно, вы знаете, что эти два параметра используются для описания яркости света. Но каковы конкретные определения светового потока и освещенности? В чем разница между ними?

Что такое световой поток?

Световой поток - это мера общего количества видимого света, излучаемого лампой.Он отличается от лучистого потока. Поток излучения - это измерение всего испускаемого электромагнитного излучения (включая инфракрасное, ультрафиолетовое и видимое), которое представляет собой общее количество света объектива. Световой поток - это количество света, которое воспринимает человеческий глаз. Он отражает чувствительность человеческого глаза путем взвешивания каждой длины волны с помощью функции яркости. Таким образом, это взвешенная сумма всех длин волн мощности в диапазоне видимого света, исключая инфракрасный и ультрафиолетовый.

Что такое функция яркости?

Функция яркости описывает относительную чувствительность человеческих глаз к свету с разной длиной волны путем субъективной оценки яркости света разных цветов.Его не следует считать абсолютно точным, но он дает хорошее представление о зрительной чувствительности человеческого глаза и является ценным исходным показателем для экспериментальных целей.

Рисунок 1: Фотопическая (черная) и скотопическая (зеленая) функции светимости

Единица светового потока - Люмен

Единицей светового потока в системе СИ является люмен (лм). Люмен определяется по отношению к канделе, которая является единицей силы света, как

1 лм = 1 кд sr

То есть, когда световой угол источника света равен одному телесному углу, а световой поток равен 1 люмену, его сила света составляет 1 канделу.Когда световой поток источника света также составляет 1 люмен, но световой угол становится 1/2 телесного угла, сила света этого источника света считается равной 2 канделам.

И наоборот, когда сила света точечного источника света, излучающего свет во всех направлениях, равна 1 канделе, поскольку полная сфера имеет телесный угол 4π стерадиан, световой поток этого источника света составляет 4π люмен или 12,56 люмен.

Рисунок 2: Графическое представление 1 стерадиана.

Что такое освещенность?

В фотометрии освещенность - это полный световой поток света, падающий на единицу площади. Другими словами, световой поток представляет собой общее количество света, излучаемого источником, а освещенность - это общее количество света, получаемого объектом.

Связь между освещенностью и световым потоком аналогична соотношению между энергетической яркостью и потоком излучения, то есть потоком излучения, принимаемым на единицу площади.Однако освещенность взвешивается в соответствии с чувствительностью человеческих глаз к свету с разными длинами волн, что представляет собой интенсивность света, воспринимаемого человеческими глазами.

Единица освещенности - люкс

Единица освещенности в системе СИ - люкс (лк).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *