Podrobný popis světelného toku LED svítidel
Při navrhování osvětlovacích soustav pro prostory je nutné se řídit určitými hodnotami, aby se sjednotily postupy výpočtu. Stejné univerzální hodnoty jsou vyžadovány pro běžné spotřebitele, aby se mohli orientovat v různých typech světelných zdrojů. Po dlouhou dobu byla tato hodnota u žárovek jeden watt spotřebované elektrické energie. Tato zařízení ale odcházejí z jeviště, takže je třeba najít něco jiného.
Co je světelný tok
Ve skutečnosti pro výpočet osvětlení konstruktéři dříve použili jinou hodnotu - kandela (svíčku), která také přímo odpovídá wattům spotřebovaným žárovkou. V odborné literatuře počátku druhé poloviny minulého století se lze setkat s výrazy „lampa tisíce svíček“ atd. Jas v kandelách se týká výkonu světla ve wattech emitovaného v určitém směru. Jako vizuální asociaci takový jas poskytuje obyčejná hořící parafínová nebo stearinová svíčka. Odtud název.Tento přístup poskytuje vizuální reprezentaci jasu jako počet hořících svíček.
Důležité! Watty použité pro výpočet kandel nesouvisí s elektrickým výkonem - zdroj světla nemusí být elektrický (stejná svíčka).
Existuje definice pro pojem světelný tok - síla energie záření, která se odhaduje podle světelného vjemu. Nebo počet fotonů emitovaných za jednotku času. Matematicky to vypadá takto: pokud bodový zdroj o síle 1 kandely vyzáří tok do prostorového úhlu rovného jednomu steradiánu, pak vytvoří světelný tok 1 lumen (lm).
Pojem steradián potřebuje objasnění. Chcete-li reprezentovat prostorový úhel 1 sr, musíte vzít kužel s vrcholem ve středu koule o poloměru R, který vyřízne plochu na povrchu koule rovnou R.2 . Úhel otevření takového kužele je asi 65 stupňů.
Pokud je bodový světelný zdroj o síle 1 kandely, vyzařující rovnoměrně všemi směry, umístěn do koule o poloměru 1 m, vznikne na její vnitřní ploše osvětlení rovné 1 luxu (lx). Tato hodnota se používá k nastavení norem osvětlení. Takže pro různé prostory musí být podle SNiP splněny následující podmínky:
- učebny středních škol - 500 luxů;
- univerzitní publikum - 400 luxů;
- tělocvičny - 200 lx.
Standardy osvětlení jsou stanoveny i pro ostatní místnosti.
Pokud na 1 m2 dopadne světelný tok 1 lm. povrch, vytváří osvětlení 1 lux. Proto vztah mezi lumenem a luxem: 1 lux = 1 lm/m2. Například pro zajištění dostatečného osvětlení v hledišti o ploše 100 metrů čtverečních je potřeba světelný tok 40 000 lumenů.Je třeba také vzít v úvahu, že osvětlení klesá úměrně druhé mocnině vzdálenosti od zdroje světla, proto Důležitá je výška zavěšení lampy.
Princip činnosti
Pro pochopení výhodnosti použití všech těchto veličin je nutné zvážit směr vyzařování LED a související pojmy.
Konstrukce světelné diody je taková, že nevysílá světlo rovnoměrně do všech směrů - spodní polokoule je pokryta substrátem a konstrukce čočky je taková, že neposkytuje rovnoměrné záření v horní polokouli. V důsledku toho se hlavní světelný tok koncentruje v horním směru a slábne směrem k obvodu světelného kužele. Při určitém úhlu pohledu se intenzita záře sníží na polovinu a při dosažení ještě většího úhlu se světlo stane neviditelným. První úhel (bac) se nazývá úhel polovičního jasu a druhý (fah) se nazývá úhel plného jasu.
Stejné body platí pro LED s luminoforem. Tam je vyzařovací úhel omezen substrátem a úhlem největší aktivity iniciačního záření p-n přechodu. Je třeba si uvědomit, že je nemožné přesně určit tyto úhly okem - jsou zapotřebí speciální zařízení. Ale můžete vizuálně porovnat dvě LED - což má větší úhel otevření.
Světelný výkon LED žárovek
Světelný výkon LED lamp nezávisí na stupni zahřátí krystalu. Téměř všechny bílé iluminátory jsou vyrobeny na bázi LED s fosforem, takže světelný výkon závisí na kvalitě tohoto fosforu, na technologii, kterou je vyroben. Důležitá je také světelná emise iniciačního krystalu a schopnost tohoto záření způsobit záři fosforu ve viditelné oblasti spektra.
Síla světelného toku venkovního osvětlení
Pro výpočet venkovního osvětlení je třeba vycházet z minimálních standardů osvětlení, které lze také nalézt v příslušném SNiP (SP). U dětských hřišť by tedy minimální osvětlení nemělo být menší než 10 luxů.
Normy uvádějí minimální hodnoty osvětlení, ve výpočtech je lze zvýšit.
Chcete-li získat požadovaný počet svítidel (N), abyste získali požadované osvětlení, musíte nastavit počáteční data:
- minimální osvětlení (E), lx;
- plocha území (J), m2;
- koeficient nerovnoměrnosti osvětlení (z), u LED žárovek je roven 1,2;
- násobič, který zohledňuje zeslabení světelného toku koncem životnosti svítilny (k), u LED zařízení je to 1,2;
- světelný tok jedné žárovky (F), lm;
- koeficient odrazu blízkých objektů (n), pro asfalt lze brát jako 0,3.
Tyto veličiny jsou vztaženy vzorcem N=E*S*z*k/(F*n).
Nechte si osvětlit dětské hřiště o rozloze 150 m2. V přítomnosti lamp vyzařujících světelný tok 1500 lm každá. Dosazením hodnot do vzorce dostaneme N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Získáte 4,8 nebo 5 lamp. Toto je minimální množství, ve skutečnosti můžete nainstalovat více.
Můžete se nastavit nikoli podle světelného toku dostupných lamp, ale podle počtu lamp, které lze nainstalovat na území. V tomto případě je nutné vypočítat světelný tok každé lampy. Výpočtový vzorec bude mít formu F=E*S*k*z/(N*n). Pokud konečný výsledek nespadá do standardní série vlastnosti lampy, musí být zaokrouhleno nahoru.
Vztah mezi lumeny a watty
Spotřebitelé na celém světě si během desetiletí dominance žárovek zvykli dávat do souvislosti jas osvětlení s elektrickou energií spotřebovanou. U těchto zastaralých zařízení to bylo rozumné – vývoj technologií v tomto směru už dávno dospěl do slepé uličky. Poměr výkonu a intenzity osvětlení se ustálil a stal se zvykem.
Pro LED osvětlení neexistuje přímý vztah mezi spotřebou energie ve wattech a generovaným světelným tokem v lumenech. Přesněji je, ale pouze v tuto chvíli. Technologie nestojí na místě, zdokonaluje se výroba krystalů, vyvíjejí se nové fosfory se zvýšeným světelným výkonem. Poměry současného času budou zítra beznadějně zastaralé.
Tabulka jasu světla
V současné době vypadá korespondence mezi světelným tokem moderních LED žárovek a energií, kterou spotřebovávají, takto:
| Světelný tok, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Příkon LED žárovky, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Ekvivalentní výkon žárovky, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
V tabulce jsou uvedeny přibližné zaokrouhlené hodnoty, protože lampy na trhu již několik let vyrábí různí výrobci s různými technologiemi. Pro vnímání "okem" je toto šíření prakticky nepostřehnutelné.
Na závěr video: Rozdíl a vztah mezi watty, lumeny a kelviny.
S jasným pochopením vztahu mezi charakteristikami světelného záření můžete nezávisle vypočítat osvětlení místnosti nebo území. K tomu potřebujete znát normy osvětlení a technické vlastnosti LED žárovek.