Descrizione dettagliata del flusso luminoso delle lampade a LED
Quando si progettano sistemi di illuminazione per locali, è necessario essere guidati da determinati valori per unificare le procedure di calcolo. Gli stessi valori universali sono richiesti per i consumatori ordinari per navigare in vari tipi di sorgenti luminose. Per molto tempo, per le lampade a incandescenza, questo valore è stato di un watt di energia elettrica consumata. Ma questi dispositivi stanno andando fuori scena, quindi è necessario trovare qualcos'altro.
Cos'è il flusso luminoso
Infatti, per calcolare l'illuminazione, i progettisti hanno precedentemente utilizzato un altro valore: la candela (candela), che ha anche una corrispondenza diretta con i watt consumati da una lampada a incandescenza. Nella letteratura tecnica dell'inizio della seconda metà del secolo scorso si possono incontrare le espressioni "lampada dalle mille candele", ecc. La luminanza in candela si riferisce alla potenza della luce in watt emessa in una particolare direzione. Come associazione visiva, tale luminosità è fornita da una normale candela di paraffina o stearina che brucia. Da qui il nome.Questo approccio fornisce una rappresentazione visiva della luminosità come numero di candele accese.
Importante! I watt utilizzati per calcolare la candela non sono correlati all'energia elettrica: la sorgente luminosa potrebbe non essere elettrica (stessa candela).
C'è una definizione per il concetto di flusso luminoso: la potenza dell'energia radiante, che è stimata dalla sensazione di luce. O il numero di fotoni emessi per unità di tempo. Matematicamente, si presenta così: se una sorgente puntiforme con una forza di 1 candela irradia un flusso in un angolo solido pari a uno steradiante, allora crea un flusso luminoso di 1 lumen (lm).
Il concetto di steradiano necessita di chiarimenti. Per rappresentare un angolo solido di 1 sr, devi prendere un cono con un vertice al centro di una sfera di raggio R, che ritaglia un'area sulla superficie della sfera uguale a R2 . L'angolo di apertura di un tale cono è di circa 65 gradi.
Se una sorgente luminosa puntiforme di 1 candela, che si irradia in modo uguale in tutte le direzioni, è collocata in una sfera con un raggio di 1 m, verrà creata un'illuminazione pari a 1 lux (lx) sulla sua superficie interna. Questo valore viene utilizzato per impostare le norme di illuminazione. Quindi, per vari locali, secondo SNiP, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:
- aule delle scuole secondarie - 500 lux;
- pubblico universitario - 400 lux;
- palestre - 200 lx.
Gli standard di illuminazione sono stabiliti anche per le altre stanze.
Se un flusso luminoso di 1 lm cade su 1 mq. superficie, crea un'illuminazione di 1 lux. Da qui il rapporto tra lumen e lux: 1 lux = 1 lm/mq. Ad esempio, per fornire un'illuminazione sufficiente in un auditorium con una superficie di 100 metri quadrati, è necessario un flusso luminoso di 40.000 lumen.Va inoltre tenuto conto che l'illuminazione diminuisce proporzionalmente al quadrato della distanza dalla sorgente luminosa, quindi L'altezza della sospensione della lampada è importante.
Principio di funzionamento
Per comprendere la comodità dell'utilizzo di tutte queste grandezze, è necessario considerare la direzione di emissione del LED e i relativi concetti.
Il design del diodo a emissione di luce è tale da non inviare luce in modo uniforme in tutte le direzioni: l'emisfero inferiore è coperto dal substrato e il design della lente è tale da non fornire una radiazione uniforme nell'emisfero superiore. Di conseguenza, il flusso luminoso principale si concentra nella direzione superiore e si indebolisce verso la periferia del cono di luce. Ad un certo angolo di campo, l'intensità del bagliore si riduce della metà, e quando si raggiunge un angolo ancora più grande, la luce diventa invisibile. Il primo angolo (bac) è chiamato angolo di mezza luminosità e il secondo (fah) è chiamato angolo di piena luminosità.
Gli stessi punti si applicano al LED con un fosforo. Lì, l'angolo di radiazione è limitato dal substrato e dall'angolo di massima attività della radiazione iniziale della giunzione p-n. Deve essere chiaro che è impossibile determinare con precisione questi angoli a occhio: sono necessari dispositivi speciali. Ma puoi confrontare visivamente due LED, che hanno un angolo di apertura maggiore.
Emissione luminosa delle lampade a LED
La resa luminosa delle lampade a LED non dipende dal grado di riscaldamento del cristallo. Quasi tutti gli illuminatori bianchi sono realizzati sulla base di LED con un fosforo, quindi l'emissione luminosa dipende dalla qualità di questo fosforo, dalla tecnologia con cui viene prodotto. Altrettanto importante è l'emissione di luce del cristallo iniziale e la capacità di questa radiazione di far brillare il fosforo nella regione visibile dello spettro.
La forza del flusso luminoso dell'illuminazione per esterni
Per calcolare l'illuminazione esterna si deve partire dagli standard minimi di illuminazione, che si trovano anche nel relativo SNiP (SP). Quindi, per i parchi giochi, l'illuminazione minima non dovrebbe essere inferiore a 10 lux.
Gli standard danno i valori minimi di illuminazione, nei calcoli possono essere aumentati.
Per ottenere il numero di apparecchi (N) desiderato per ottenere l'illuminazione richiesta, è necessario impostare i dati iniziali:
- illuminazione minima (E), lx;
- superficie territoriale (S), mq;
- coefficiente di disuniformità di illuminazione (z), per le lampade a LED è pari a 1,2;
- un moltiplicatore che tiene conto dell'indebolimento del flusso luminoso entro la fine della vita utile della lampada (k), per i dispositivi LED è 1,2;
- flusso luminoso di una lampada (F), lm;
- coefficiente di riflessione degli oggetti vicini (n), per l'asfalto può essere preso come 0,3.
Queste quantità sono correlate dalla formula N=E*S*z*k/(F*n).
Sia richiesto di illuminare un parco giochi con una superficie di 150 mq. In presenza di lampade che emettono un flusso luminoso di 1500 lm ciascuna. Sostituendo i valori nella formula, otteniamo N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Ottieni 4,8 o 5 lampade. Questo è l'importo minimo, infatti puoi installarne di più.
Puoi impostarti non dal flusso luminoso delle lampade disponibili, ma dal numero di lampade che possono essere installate sul territorio. In questo caso è necessario calcolare il flusso luminoso di ciascuna lampada. La formula di calcolo assumerà la forma F=E*S*k*z/(N*n). Se il risultato finale non rientra nella serie standard caratteristiche della lampada, deve essere arrotondato per eccesso.
Il rapporto tra lumen e watt
I consumatori di tutto il mondo si sono abituati a mettere in relazione la luminosità dell'illuminazione con l'energia elettrica consumata durante i decenni di dominio delle lampade a incandescenza. Per questi dispositivi obsoleti, questo era ragionevole: lo sviluppo di tecnologie in questa direzione ha da tempo raggiunto un vicolo cieco. Il rapporto tra potenza e intensità dell'illuminazione si è stabilizzato ed è diventato un'abitudine.
Per illuminazione a LED non esiste una relazione diretta tra il consumo di energia in watt e il flusso luminoso generato in lumen. Più precisamente, lo è, ma solo al momento. Le tecnologie non si fermano, la produzione di cristalli viene migliorata, vengono sviluppati nuovi fosfori con una maggiore emissione di luce. I rapporti del tempo presente domani saranno irrimediabilmente superati.
Tavolo luminoso
Allo stato attuale, la corrispondenza tra il flusso luminoso delle moderne lampade a LED e la potenza che consumano si presenta così:
| Flusso luminoso, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Consumo di energia della lampada a LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Potenza equivalente di una lampada a incandescenza, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
La tabella mostra valori approssimativi arrotondati, in quanto le lampade in commercio sono prodotte da diversi anni da diversi produttori con diverse tecnologie. Per la percezione "ad occhio" questa diffusione non è praticamente percettibile.
In conclusione, il video: La differenza e la relazione tra watt, lumen e kelvin.
Avendo una chiara comprensione della relazione tra le caratteristiche della radiazione luminosa, è possibile calcolare in modo indipendente l'illuminazione di una stanza o di un territorio. Per fare ciò, è necessario conoscere le norme di illuminazione e le caratteristiche tecniche delle lampade a LED.