Люмен

Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной

Разница «в возрасте» этих типов ламп составляет почти сотню лет. Тем не менее, «старушка» с вольфрамовой нитью в колбе до сих пор остается самой востребованной на рынке.

Светодиодные лампы Navigator Filament

Давайте проведем небольшой сравнительный анализ основных технических характеристик двух типов ламп – накаливания и светодиодной. Ведь не только мощностью отличаются равные по световому потоку изделия.

Светоотдача

Светоотдача лампы определяется как отношение светового потока к мощности. Измеряется этот параметр в Лм/Вт. Светоотдача лампы накаливания колеблется в пределах 8-10 Лм/Вт. Ее светодиодный сородич имеет диапазон 90-110 Лм/Вт. Следовательно, эффективность последнего явно выше.

Цветовая температура

При проектировании освещения дома или офиса специалисты рекомендуют руководствоваться следующей таблицей:

Теплоотдача

Не менее важной характеристикой, подлежащей сравнению, является теплоотдача от изделия. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов

Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов.

Правда, в основном этот параметр держится в пределах 170 градусов.

Разогретая стеклянная колба является потенциальным источником пожара, поэтому при монтаже осветительной сети в деревянном доме использовать традиционную лампочку не рекомендуют.

В этом плане светодиодная ламп находится в более выигрышном положении: она может нагреться не выше 50 градусов. Следовательно, никаких ограничений в ее применении не существует.

В этой статье речь идет об общих случаях. Для помещений категории повышенной взрыво-пожароопасности выпускаются соответствующая продукция, имеющая высокую степень защищенности.

Срок службы

Светодиодные лампы характеризуются отменной живучестью. Производители утверждают, что прослужить их изделие может более 50 тысяч часов. Лампы накаливания живут намного меньше – всего 1000 часов. Поэтому гораздо выгоднее один раз купить дорогую лампочку, которая прослужит несколько лет, чем каждые 3 месяца менять дешевую.

Типы светодиодных ламп

Однако долговечность светодиода не отражает одного прискорбного факта: со временем интенсивность его свечения снижается. Примерно через 4000 часов работы свет от него заметно потускнеет.

Деградация светодиода тем выше, чем ниже его качество. Много нареканий в этом плане возникает у потребителей к китайской продукции.

КПД

Коэффициент полезного действия ламп освещения говорит о том, какой процент потребленной электроэнергии превращается в свет, а какой – в тепловую энергию. КПД светодиодов составляют примерно 90%, лампа накаливания может похвастаться лишь семью-девятью процентами.

Thomson Filament — светодиодные лампы нового поколения

Цена

В интернете бурно спорят противники и сторонники светодиодов. Предмет их спора – стоимость. Ведь стоят светодиодные лампы более чем в 10 раз выше обычных. В пользу первых говорит малая мощность, а, следовательно, низкое энергопотребление.

Для наглядности сведем показатели экономичности ламп разного типа в таблицу:

Таблица составлена на основе следующих исходных данных: в среднем лампочка горит около 8 часов в сутки или 8 х 365 = 2920 часов; стоимость 1 кВт*ч принята за 3 рубля.

Из таблицы видно, что даже без учета долговечности ламп светодиодная по сравнению с лампой накаливания занимает явно выигрышное положение.

Прочие характеристики

• силе тока;
• механической прочности;
• цветовой температуре и некоторым другим показателям.

Давайте сравним две лампы:

• светодиодную мощностью 9 Вт;
• накаливания на 60 Вт.

Результаты сравнения сведем в таблицу:

Все вышеприведенные таблицы позволяют составить общее представление о преимуществах и недостатках светодиодов и лампочек накаливания.

Определяющие формулы

Поскольку любой источник света излучает его неравномерно, число люменов не дает полной характеристики осветительного прибора. Вычислить силу света в канделах можно, разделив его поток, выраженный в люменах, на телесный угол, измеряемый в стерадианах. Используя эту формулу, удастся учесть совокупность лучей, идущих от источника, когда они пересекают поверхность воображаемой сферы, образуя на ней круг.

Но возникает вопрос, что дает на практике число кандел, которое мы найдем; найти подходящий светодиод или фонарь только по параметру силы света невозможно, нужно учитывать еще соотношение угла рассеивания, зависящего от конструкции прибора

Выбирая лампы, равномерно светящие во все стороны, важно понять, подходят ли они для целей покупателя

Если раньше лампочки в разные помещения подбирали, ориентируясь на количество ватт, то перед покупкой светодиодных ламп придется посчитать их суммарную яркость в люменах, а потом разделить эту цифру на площадь комнаты. Так вычисляется освещенность, которая измеряется в люксах: 1 люкс – это 1 люмен на 1 м². Существуют нормы освещенности для помещений разного назначения.

Люмен и ватт

Энергосберегающие лампы при той же светоотдаче потребляют в 5-6 раз меньше электрической энергии, чем лампы накаливания. Светодиодные – в 10-12 раз меньше. Мощность светового потока уже не зависит от количества ватт. Но производители всегда указывают ватты, так как использование слишком мощных лампочек в не предназначенных для такой нагрузки патронах приводит к порче электроприборов или короткому замыканию.

Если расположить самые распространенные виды лампочек в порядке возрастания светоотдачи, можно получить такой список:

1. Лампа накаливания – 10 люмен/ватт.
2. Галогенная – 20 люмен/ватт.
3. Ртутная – 60 люмен/ватт.
4. Энергосберегающая – 65 люмен/ватт.
5. Компактная люминесцентная лампа – 80 люмен/ватт.
6. Металлогалогенная – 90 люмен/ватт.
7. Светодиодная (LED) – 120 люмен/ватт.

Но большинство людей привыкли при покупке лампочек смотреть на количество ватт, указанное производителем. Чтобы подсчитать, сколько нужно ватт на квадратный метр, сначала стоит определиться, насколько ярким должен быть свет в помещении. 20 ватт лампы накаливания на 1 м² – такое освещение подойдет для рабочего места или гостиной; для спальни будет достаточно 10-12 ватт на 1 м². При покупке энергосберегающих ламп эти цифры делят на 5

Важно учесть и высоту потолка: если он выше 3 м, общее количество ватт следует умножить на 1,5

Приборы для измерения уровня освещенности

Прибор, которым измеряются показатели освещенности, называется люксметром. Он может быть аналоговый или цифровой.

Световой поток падает на фотоэлемент, освобождая электроны, что вызывает проводимость тока. Его величина, которая отражается на шкале (градуированной в люксах), пропорциональна уровню освещенности фотоэлемента. Если люксметр аналоговый, результат виден по отклонению стрелки.

В цифровых люксметрах результат виден на ж/к дисплее. У большинства из них часть, которая измеряет показатель, отдельная, с дисплеем связана при помощи провода, пределы измерений регулируемые. Такая конструкция дает возможность измерить освещенность в местах, недоступных для аналогово люксметра.

Фотографы используют более точное оборудование:

• экспонометры (измеряют освещенность экспозиции);
• флешметры (применяются вместе с фотовспышками);
• фотометры (сочетает в себе характеристики флешметра и экспонометра).

При выборе лампочек для светильников не стоит ориентироваться на один показатель. У светового потока множество характеристик, в последнее время одной из самых важных считается коэффициент пульсации.

Существуют приборы, позволяющие одновременно измерить освещенность, яркость и пульсацию. Они называются люксметром-пульсометром-яркомером. Свет улавливает фотоэлемент, результат виден на дисплее. Для определения коэффициента пульсации данные обрабатываются специальной программой, установленной на компьютер.

Разбираемся в теории освещённости

Любой источник света испускает определённый поток световой энергии, попадающий на поверхность. Интересующая нас освещённость измеряется в люксах (лк). Единица измерения светового потока — люмен (лм). Один люкс — это освещённость, при которой на поверхность площадью один квадратный метр падает световой поток равный одному люмену.

Освещённость бывает горизонтальная, вертикальная, цилиндрическая и др.

Чаще всего в оценках применяется горизонтальная освещённость, а цилиндрическая в большей мере относится к качественным показателям системы освещения. Цилиндрическая освещённость характеризует качество отображения объёмных предметов сложной формы и фактурной поверхности. Горизонтальная же является основным количественным показателем осветительной установки, который можно рассчитать на стадии проектирования и произвести замер освещённости в существующем помещении с помощью приборов.

Чем измеряют степень освещенности

Как мы уже выяснили, единица измерения освещенности — Люкс. Несложно догадаться, как называется прибор, которым измеряют уровень света. «Люкс» плюс «метр» (с древнегреческого переводится как «мера», «измеритель») равно люксметр. Принцип работы этого портативного устройства схож с работой фотометра.

Попадающий на элемент световой поток выпускает электроны в теле полупроводника, из-за чего электроток начинает проводиться фотоэлементом. Величина электрического тока прямо пропорциональна степени освещения фотоэлемента, который и отображается на шкале или на электронном дисплее, если это современная модель люксметра. Аналоговые аппараты снабжены специальной шкалой с градусами. По движению стрелки определяются окончательные результаты замеров.

Цифровые устройства.

На смену аналоговым люксметрам пришли цифровые — маленькие компьютеры. Параметры можно увидеть на небольшом жидкокристаллическом экране. Часть, с помощью которой измеряют свет, часто содержится во внешнем корпусе и соединяется с основным устройством гибким проводом. Из-за такой конструкции можно измерять освещение в любых местах, даже труднодоступных. Согласно ГОСТ, погрешность аппарата не должна превышать 10 процентов.

Важные моменты.

При расчете сравнительной световой интенсивности можете сделать замер интенсивности освещения аналоговым или цифровым устройством. Современные измерители отображают параметры в люксах, а устаревшие аналоговые – те, которые со стрелочкой, – в фут-канделах. 1 фут-кандела равняется 10.76 люкс.

Связь с другими радиометрическими и фотометрическими величинами

Индекс «е» используется для отличия от фотометрических величин. Его можно не указывать.

Фотометрические величины — это радиометрические величины, взвешенные с фотометрическим эквивалентом излучения K , который указывает на чувствительность человеческого глаза.

Нормы и порядок расчета

Требования к освещенности зависят от назначения конкретного помещения и вида деятельности человека. Стандарты, по которым измеряется показатель, установлены в ГОСТ Р 54944-2012, нормы – в СНиП. Все параметры относятся не только к полу, но и к плоскостям столов. Доступны таблицы, по которым можно определить люксы для любого объекта.

При разработке системы освещения для жилого дома (квартиры) можно воспользоваться данными из этой таблицы:

Расчет осуществлятеся из 2-х этапов:

• определения требуемого уровня свечения;
• определения количества лампочек.

Формула для расчета свечения:

Н*П*К, где:

Н – норма (согласно таблице);

П – площадь помещения;

К – коэффициент, зависящий от высоты потолков (1 для 2,5-2,7 м, 1,2 для 2,7-3 м, 1,5 для 3-3,5 м, 2 для 3,5-4,4 м).

Чтобы рассчитать количество ламп, полученный результат нужно разделить на люмены, указанные в их технической документации выбранных для монтажа лампочек.

Если проводятся работы по капитальному ремонту или реконструкции, расчетами занимаются сотрудники подрядчика.

Они учитывают особенности конструкции и материалов светильников, световое отражение от стен, полов, потолков, предметов интерьера в зависимости от характеристик облицовочного материала. Вид светильников предварительно обозначаются в проектной документации и техническом задании.

Советуем изучить Резонанс в электрической цепи

При подсчетах используется формула:

К=(Е*к*S*к1)/(Ф*к2), где:

Е – норма для горизонтально расположенных плоскостей;

к – коэффициент, рассчитанный с учетом отклонений в работе системы при перегорании отдельных источников света и перемещении предметов интерьера;

S – площадь помещения;

к1 – коэффициент неравномерности;

Ф – световой поток от одной лампочки (зависит от мощности и типа);

к2 – коэффициент в долях.

При самостоятельном проведении измерений и подсчетов следует учесть, что отраженный свет по мощности может мало отличаться от прямого.

Что такое кандела?

Еще одной важной характеристикой источника света является кандела, входящая в 7 величин Международной системы единиц (СИ), принятых Генеральной конференцией по мерам и весам. Изначально 1 кандела равнялась излучению 1 свечи, принятой за эталон

Отсюда и возникло название этой единицы измерения. Сейчас ее определяют по специальной формуле.

Кандела – это сила света, измеряемая исключительно в заданном направлении. Распространение лучей на часть сферы, очерченную телесным углом, позволяет вычислить величину, равную отношению светового потока к этому углу. В отличие от люменов эта величина используется для определения интенсивности лучей. При этом не учитывается бесполезный, рассеянный свет.

У карманного фонаря и потолочного светильника световой конус будет разным, так как лучи падают под разным углом. Канделы (точнее, милликанделы) используют для обозначения силы света источников с направленным свечением: индикаторных светодиодов, карманных фонариков.

Особенности определения освещенности для светодиодных приборов

Этот тип оборудования пользуется самой большой популярностью, поэтому надо использовать несколько рекомендаций при выборе оборудования и его эксплуатации. После того, как определены нужные показатели, следует подобрать конкретные лампочки или светильники и высчитать нужное для помещения количество

Важно распределить их равномерно, чтобы не было плохо освещенных участков

Проводить замеры показателей следует после того, как оборудование проработает как минимум 2 часа. Это связано с тем, что диоды нагреваются, что влияет на их рабочие характеристики

Повторять измерения там, где это важно, надо 1-2 раза в год. Со временем рабочие показатели диодов, особенно низкокачественных, могут сильно снизиться

Разобраться в единицах измерения освещенности несложно, так как вариантов немного. А для практического использования хватит и одного, поэтому проще всего выбрать подходящую систему измерения и применять ее.

Формулы вычисления конкретного значения кандел, люменов и люксов

В настоящее время существует множество программ для гаджетов, позволяющих переводить люмены в люксы. Калькулятор может пересчитать и выполнить необходимый перевод одной величины в другую в режиме онлайн. Однако это не помешает узнать, как перевести люкс в люмен и, наоборот, с помощью формул.

Первое определение, которое необходимо знать, – что такое телесный угол. Это угол, вырезающий из сферы поверхность в виде круга с площадью R2 и имеющий центр в сфере с радиусом R. Он обозначается буквой Ω, единица его измерения – 1 стерадиан (sr).

Угол находится по формуле:

Ω = S/ R2,

где:

• S – площадь поверхности шарового сегмента сферы;
• R – радиус сферы.

После преобразования получится:

Ω = S/ R2 = 4π R2/ R2 = 4π.

Телесный угол Ω, графическое изображение

Второе определение, характеризующее источник освещения, – сила света. Эта физическая величина обозначается буквой I и измеряется в канделах (кд, сd).

Формула силы света выглядит так:

I = F/ Ω,

где:

• I – сила света, (сd);
• F – световой поток (lm);
• Ω – телесный угол, (sr).

Определение силы света

Следующая величина, вступающая в соотношение с предыдущими свойствами света, – световой поток. Имеет буквенное обозначение F, измеряется в люменах (лм, lm) и высчитывается по формуле:

F = I* Ω.

Определение светового потока

В люксах измеряют величину освещённости, которая обозначается буквой Е, с единицей измерения люкс (лк, lk). Её формула имеет вид:

E = F/S,

где:

• E – освещённость, лк;
• F – поток, лм;
• S – площадь освещаемой поверхности, м2.

Пользуясь этими формулами, можно без электронной программы «онлайн-калькулятор» переводить одни величины в другие.

Определение величины освещённости

Внимание! Основное физическое различие между люменом и люксом в том, что по мере удаления от источника излучения значение освещённости (лк) снижается, значение светового потока (лм) остаётся неизменным. Физические различия между люксом и люменом

Физические различия между люксом и люменом

Ограничения на расчеты освещенности

При первичных расчётах учитываются следующие значения:

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

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

Примеры [ | ]

Сила света, излучаемая свечой , примерно равна одной канделе, поэтому раньше эта единица измерения называлась «свечой», сейчас это название является устаревшим и не используется.

Для бытовых ламп накаливания сила света в канделах приблизительно равна их мощности в ваттах.

Сила света различных источников

Что такое световой поток

На самом деле для расчета освещенности проектантами ранее использовалась другая величина – кандела (свеча), также имеющая прямое соответствие потребляемым ваттам лампой накаливания. В технической литературе начала второй половины прошлого века можно встретить выражения «тысячесвечовая лампа» и т.п. Яркость в канделах означает мощность света в ваттах, излучаемых в определенном направлении. В качестве визуальной ассоциации – такую яркость обеспечивает обычная горящая парафиновая или стеариновая свечка. Отсюда и название. Такой подход обеспечивает визуальное представление яркости, как количество горящих свечей.

Яркость свечения в одну канделу

Для понятия светового потока существует определение – мощность энергии излучения, которая оценивается по световому ощущению. Или количество фотонов, испускаемых в единицу времени. Математически это выглядит так: если точечный источник силой в 1 канделу излучает поток в телесный угол, равный одному стерадиану, то он создает световой поток в 1 люмен (лм).

Графическое изображение стерадиана

Требует пояснение понятие стерадиана. Чтобы представить телесный угол в 1 ср, надо взять конус с вершиной в центре сферы радиуса R, который вырезает на поверхности сферы площадь, равную R2 . Угол раскрыва такого конуса составляет около 65 градусов.

Если точечный источник света в 1 канделу, излучающий одинаково во все стороны, поместить в сферу, радиусом 1 м, то на ее внутренней поверхности создастся освещенность, равная 1 люксу (лк). Эта величина используется для задания норм освещенности. Так, для различных помещений, согласно СНиП, должны выполняться условия:

• классные комнаты общеобразовательных школ – 500 лк;
• аудитории ВУЗов – 400 лк;
• спортзалы – 200 лк.

Нормы освещенности установлены и для других помещений.

Если световой поток в 1 лм падает на 1 кв.м. поверхности, то он создает освещенность в 1 лк. Отсюда связь между люменом и люксом: 1 лк = 1 лм/кв.м. Например, чтобы обеспечить достаточную освещенность в аудитории, площадью 100 кв.м., нужен световой поток в 40000 люмен. Также надо учесть, что освещенность убывает пропорционально квадрату расстояния от источника света, поэтому высота подвеса светильника имеет значение.

Особенности использования светодиодных ламп

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

LED-лампы обладают рядом достоинств:

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

К недостаткам можно отнести следующие пункты:

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

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

Светодиодные лампы

Итоги: как сделать выбор

Выбор электрической лампочки для бытовых нужд не представляет сложности, если покупатель представляет себе, в каком осветительном приборе она будет использоваться, и какой уровень светоотдачи должна обеспечивать. Высокая светоотдача светодиодных ламп позволяют заменить любой из ранее существовавших источников света, значительно экономя при этом на потреблении электроэнергии.

Исключения составляют дизайнерские «лампы Эдисона», которые невозможно имитировать с использованием светодиодов, хотя, некоторые попытки к этому предпринимаются. Тонкую вольфрамовую нить заменяют филаментными светящимися стержнями.

Похожие записи:

Выбор импульсных зарядных устройств для автомобильного аккумулятора Как подключить бра с выключателем шнурком, цепочкой Гофрированная труба для вытяжки и ее преимущества Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности Какой дифавтомат поставить? Рекани анжело люстры