Подробное описание светового потока светодиодных ламп

Мощность светодиодных ламп

При смене лампочек необходимо учитывать соответствие мощности ламп накаливания и светодиодных силе светового потока. Характеристики измеряются в одинаковых величинах. Чтобы сориентироваться в показателях и корректно перевести значения, можно руководствоваться следующей таблицей соотношений.

лампочка Ильича (Вт)светодиоды (Вт)сила потока (Лм) – значение приблизительное
202-3250
404-5400
608-10700
7510-12900
10012-151200
15018-201800
20025-302500

Например, лампе накаливания на 60 Вт соответствует светодиодная лампа на 7 Вт – чтобы пересчет был правильный, ориентируются по данным на упаковке. Представленные значения свидетельствуют об одном из главных преимуществ светодиодов – экономической выгоде.

Валера

Голос строительного гуру

Задать вопрос

По итогу лабораторных испытаний выяснилось, что с течением времени сила светового потока падает. Мощность потребления электрической энергии остается на прежнем уровне, но свечение меркнет. При постоянном использовании разницу заметить сложно. Но если заменить служившую лампу новой, отличие будет очевидным.

Расчет мощности светодиодных ламп для дома


Перед ремонтом, установкой электропроводки и светильников необходимо рассчитывать номинальные показатели мощности, чтобы избежать перегорания устройств, замыканий и других неполадок. Для определения конечных данных требуется знать:

  • уровень естественного освещения – А;
  • площадь помещения (комнаты, например) – В;
  • общее число осветительных приборов – С;
  • силу светового потока – D.

Чтобы посчитать световой поток, использую формулу: D = А * В / С. Уровень освещенности просчитывается следующим образом: А = С * D / В.

Срок службы: лет, часов (h, hrs)

Эта маркировка обозначает срок службы лампочки по расчетам производителя. Так, лампа на 30 000 часов должна проработать около 3,5 лет. На этот параметр ориентироваться не стоит: производители любят преувеличивать эту цифру в целях маркетинга, к тому же реальная «живучесть» зависит и от режима использования лампы. Кстати, недавно мы писали, как своими руками починить светодиодную лампочку.

Некоторые производители определяют гарантию не в часах работы, а во времени службы (например, 3 года). Советуем брать именно такие лампочки: если они сгорят раньше срока, лампу можно будет обменять по гарантии.

Что такое световой поток светодиодных и люминесцентных ламп

Световой поток (также сила света) – это мера, которая характеризует количество световой мощности в излучаемом потоке. У него есть отличие от электромагнитного излучения (включая инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый свет). От светового электромагнитный поток отличается тем, что световой регулируется для отражения в соответствии с чувствительностью человеческого глаза к различным длинам волн света.

Сила света (или поток света) – частый параметр измерения светодиодов с малым уровнем мощности. Сила света должна измеряться на расстоянии, на котором модель (устройство) можно рассматривать как точечный источник света. Расстояние детектора от испытуемого образца, необходимое для соответствия этому критерию, носит название фотометрического расстояния. Оно зависит от габаритов тестируемого источника света. Минимальный коэффициент, который определяется отношением расстояния до детектора и максимальной протяженности светоизлучающей поверхности, может быть от 5 до 15.

Многие светодиоды имеют довольно большую площадь излучения. Линзы, если таковые имеются, могут очень быстро показать видимое положение излучающего центра. Излучение, измеренное на детекторе, сложно связано с интенсивностью источника.

Данная концепция потеряла свою актуальность относительно физически точного определения силы света. Однако в большей степени, относится к измерению освещенности на фиксированном расстоянии и габаритах самого детектора. Сверхъяркий диод расположен таким образом, что его механическая ось находится прямо на линии с центральной точкой круглого детектора с активной площадью, равной 1 см квадратный, а поверхность детектора должна быть перпендикулярна этой оси.

Бывает, что ни сила света, ни световой поток не дают так называемого «полезного» света для конкретного применения. В этой связи, необходимо нечто компромиссное. Количество частичного светодиодного потока было впервые введено МКО. Сила света включает в себя поток и телесный угол и является отношением этих двух значений. Это означает, что его единицей является кандела. Она составляет произведение люмена на стерадиан. Канделы указывают, насколько яркий свет в данном направлении.

Термин «световой поток» также используется для измерения мощности видимого света ламп, когда свет не направлен. Он относится к видимому свету, который излучается во всех направлениях в данный момент. В свою очередь поток излучения – это общее излучение (ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное), распространяемое от света во всех направлениях.

Частичный световой поток светодиодов также включает в себя как поток, так и угол, но выражается как поток в пределах угла, а не как отношение. Таким образом, его единица измерения – люмен с указанным углом (Лм). Как и усредненная сила света светодиодов, она представляет собой меру ближнего поля и аналогичным образом определяется в терминах физической геометрии, а не является фундаментальной единицей. Вот почему термин «светодиод» включен в количество. Это отличает его от фрагментарного потока, который можно рассчитать по гониометрическим измерениям в дальней зоне.

Характеристика распределения силы света светодиодов и источников светодиодного освещения является чисто фотометрической задачей измерения. Она осуществляется при помощи гониометра, который используется вместе со спектрорадиометром или фотометром. Фотометр позволяет проводить очень быстрые измерения, буквально «на лету». Его рекомендуется использовать для сугубо фотометрических измерений. Спектрорадиометры дают явное преимущество в том, что все характеристики (радиометрические, колориметрические и фотометрические) могут определяться с максимальной точностью. Однако, гониоспектрорадиометры имеют более длительное время для измерения. Данные способы измерения потока света также характерны и для люминесцентных.

Когда лампа новая, ее световая мощность максимальна. По мере её использования её производительность и светоотдача снижается. Определение, которое используется для описания снижения светоотдачи, называется стабильностью светового потока.

Амортизация люменов газоразрядных ламп (люминесцентных и газосветных) и светодиодов значительно выше, чем у ламп накаливания или вольфрамовых ламп.

Состав лампы

Чипы, которые являются основной частью лампы, выполняют главную функцию. От качества зависит срок службы. Здесь есть небольшой минус. Если хоть один чип сломается, то перестанут работать и остальные. В одной лампе может быть, как одна лампочка, так и несколько десятков. Это зависит от самой лампы (её размеров и мощности потребляемой электроэнергии).

  • Радиатор – это ещё один очень важный элемент лампы. Его функция состоит в отведении тепла, соответственно в уменьшении температуры, от той части лампы, где установлены чипы. Материалом, из которого изготовляют радиатор, является алюминий или же различные сплавы. Радиатор состоит из огромного количества маленьких пластиночек. Их основной функцией является увеличение теплопроводности.
  • Печатная плата – это элемент прибора, который находится между чипами и радиатором. Изготовляется, в основном, из сплава металла алюминия. Алюминий – это метал обладающий высокой электропроводностью и теплопроводностью. Именно поэтому он используется при изготовлении печатной платы. Главной функцией этого элемента является отведение тепла от светодиодов к радиатору. Таким образом, печатная плата снижает температуру лампу. А температура в свою очередь является важным показателем эффективности работающей лампы.
  • Драйвер – это элемент, содержащийся в приборе. Основной задачей драйвера является преобразование переменного тока в постоянный. Следовательно, драйвер стабилизирует напряжение, которое подается светодиодам.
  • Конденсатор – это составная часть драйвера. Этот элемент нужен для сглаживания и стабилизации напряжения.
  • Цоколь – элемент, с помощью которого лампа прикрепляется к патрону. В основном на производствах выполняется из латуни, а покрывается никелем. Потому что никель обеспечивает отсутствие коррозии.
  • Полимерное основание цоколя — часть, которая служит для защиты корпуса от резкого переменного электрического тока.
  • Рассеиватель – элемент, от которого зависит форма. Служит для более равномерного рассеивания света, который исходит от чипов. В лампах накаливания рассеиватель, который состоит из стекла, очень быстро нагревается, а светодиодных нет. Эта часть не нагревается, потому что в производстве используются самые разные виды пластика. Благодаря этому она останется целой после падения с некоторой высоты.

Задача №1 — расчёт мощности светильника

Я столкнулся c первой задачей. То есть я решил, каким образом будут располагаться светильники и для осуществления моей задумки, я расположил девять светильников в виде буквы «П»:

Соответственно мне необходимо было определить, каким световым потоком должен обладать светильник, чтобы обеспечить требуемую освещённость на кухне, а по световому потоку выбрать марку и модель светильника.

Для расчёта требуемого количества светильников нам необходимо знать нормативную освещённость, которая устанавливается СНиП 23-05-95* — «Искусственное и естественное освещение». Согласно данного СНиПа для кухни Ен=150 лк

Площадь моей кухни равна 5 кв.м, S=5

Количество светильников: N=9

Теперь осталось разобраться с коэффициентами:

К – коэффициент запаса, также как и нормативная освещённость принимается по СНиП 23-05-95 (для жилых помещений 1,4 – 1,5), я принял К=1,4

Z – коэффициент неравномерности, принимается в зависимости от типа ламп и находится в пределах 1,0-1,2, для светодиодных светильников допускается принять Z=1,0

η – коэффициент использования светового потока, зависит от индекса помещения, отражающих поверхностей и типа ламп. Вообще данный коэффициент принимается по специальным таблицам, их можно найти на сайтах производителей ламп. На данный момент, я смог найти таблицы только для люминесцентных и ртутных ламп, всё-таки светодиодные лампы только набирают обороты, и информации для расчётов практически нет, но при всём этом, одну из таких таблиц активно используют сайты, продающие светодиодное оборудование: вот один из них — http://diode-system.com/kak-rasschitat-kolichestvo-svetilnikov.html А если используют профессионалы, то почему бы не воспользоваться и нам?

Таблица коэффициентов использования светового потока:

Теперь нужно понять, как ей пользоваться. Мы видим, что коэффициент использования светового потока зависит от индекса помещения и от коэффициентов отражения поверхностей потолка, стен и пола. Для коэффициентов отражения приведены наиболее распространённые варианты. Например: схема 0,7-0,5-0,3 (четвёртый столбик таблицы) соответствует помещению с белым потолком, светлыми обоями, и напольным покрытием, которое темнее обоев (это наиболее распространённый вариант)

Примерные коэффициенты отражения приведены в таблице ниже:

Согласно таблицы, для моей кухни подойдёт схема 0,7-0,5-0,3

Теперь рассчитаем индекс помещенияi. Этот параметр напрямую зависит от габаритов помещения и высоты рабочей поверхности. Если рабочей поверхностью считают стол, то обычно hраб=0,8 м. Для кухни рабочей поверхностью является: стол, плита, столешница, мойка, а они, как правило, имеют высоту 0,8-1,0 м, поэтому я принимаю hраб=0,8 м

Теперь рассчитаем расчётную высоту. Расчётная высота – это расстояние от светильника до рабочей поверхности, в моём случае светильники точечные встраиваемые, то есть расчётная высота будет измеряться от плоскости потолка до рабочей поверхности:

Сам индекс помещения рассчитывается по формуле:

a и b – соответственно ширина и длина помещения.

Округляем индекс помещения в большую сторону из ряда: 0,6; 0,8; 1,00; 1,25 и т.д. (смотрите второй столбец таблицы). Соответственно я принимаю 0,8

Теперь у нас есть все данные, чтобы определить коэффициент использования светового потока, пользуемся таблицей и получаем, что η = 0,39

И так, подставляем все данные в формулу для определения светового потока одного светильника:

То есть световой поток одного светильника будет равен 299 люмен. Это ориентировочно светодиодные светильники мощностью 3,5-4 Вт (см. таблицу ниже)

То есть для моей кухни подойдёт 9 светодиодных ламп мощностью 3,5 — 4 Вт (≈ 299 лм). Заходим в интернет и находим светильники соответствующей мощности, на всякий случай смотрим такой параметр, как световой поток (чтобы он был не менее нашего расчётного).

Вот, что удалось найти сразу:

Самое главное не ошибитесь с типом лампы, её цоколем и патроном. В своих точечных светильниках я использовал лампы с типоразмером MR16 и цоколем GU-5.3

Особенности и разница

Выяснить, какие лампы лучше выбрать для дома, поможет сравнение их по общим структурным элементам, принципу работы и различиям в эксплуатационных характеристиках (по функционированию, сроку службы, яркости света, потребляемой мощности, безопасности, удобству, экономической выгоде).

По функционированию

Светодиодные лампочки различаются от энергосберегающих их принципом работы. Освещение первых совершается благодаря свечению ярких светодиодов. Под воздействием тока полупроводниковым диодным переходом осуществляется излучение синего света. Для формирования окраски свечения на излучающие кристаллы наносят слой люминофора.

Энергосберегающие лампочки наполнены парами ртути, благодаря которым колба начинает сверкать в незаметном для зрения диапазоне, под действием электрического разряда между электродами. Воздействующие на люминофор ультрафиолетовые лучи, формируют светящийся эффект разнообразных цветов.

Энергосберегающая лампочка. Фото OZON

По сроку службы

Разработчики гарантируют срок службы ЭСЛ — 10000 — 15000 часов (приблизительно на 3-4 года непрерывной работы по 8-10 часов в день).

Справка! Светодиодная (LED) не подвержена выходу из строя из-за частых включений. Срок службы 45000-60000 часов (примерно 7 лет работы).

По экономичности

Энергосберегающие лампы электричества потребляют меньше в 5 раз ламп накаливания. Например, лампа накаливания в 100 Вт полностью соответствует ЭСЛ-лампе на 20 Вт. Т.е. горят они с одинаковой мощностью, а энергию потребляют по-разному.

Светодиодная лампа экономична более чем в 2 раза по сравнению с энергосберегающей. При сравнении с обыкновенной лампой накаливания, энергопотребление уменьшается в 12 раз. Эти лампы считаются самыми высокотехничными и экономичными в плане энергопотребления.

Соотношение по мощности КПД

Различие энергосберегающей лампы заключается в том, что в светодиодной никаких дополнительных трансформаций энергии не совершается, благодаря этому КПД таких ламп больше.

Отличия в значении КПД:

  • для ламп накаливания — 5-6 %;
  • для LED — 20-25%;
  • для ЭСЛ — до 99%, (полного комплекта светильника — до 90-95%).

Важно! Чем КПД источника выше, тем меньше потребляемой энергии расходуется в виде тепла

Сравнительная таблица лампочек накаливания, ЭСЛ и LED

Лампы накаливания

(Вт)

LED

(Вт)

ЭСЛ

(Вт)

Световой поток

(лм)

205-72-3250
4010-134-5400
6015-166-10700
7518-2010-12900
10025-3012-151200
15040-5018-201800
20060-8025-302500

По размеру и внешнему виду

Многие используют популярные по внешнему виду и размерам лампы накаливания: грушевидную форму колбы, цоколь 14 или 27 мм. В связи с этим разработчики вынужденно подстраиваются под стремления потребителей и нынешний стандарт цоколей.

LED лампочка. Фото OZON

У LED основная проблема — размеры. Для эффективного отвода тепла от платы этой лампе необходимо свободное пространство, поэтому для замены обычной лампочки светодиодной той же яркости, ее габариты будут больше.

Мощность ЭСЛ, которая влечет на разрабатываемую длину трубки, определяет размеры с формой: нужную длину приходится завертеть в спираль, либо придать U-образную форму. Эти лампы используют для светильников с закрытыми плафонами.

По стоимости

Цены на энергосберегающие лампы:

ЦокольМощность, ВтЦена минимальная, руб.Максимальная
Е271139150
Е271575200
Е2725145450
G13, Линейная1845150
G13, Линейная3668200

Средняя стоимость светодиодных ламп:

  • 6 Вт. — 75-150 руб.
  • 8 Вт. — 80-200 руб.
  • 15 Вт. — 100-200 руб.
  • 20 Вт. — 150-450 руб.

По безопасности и удобству

Энергосберегающие лампы могут разогреться до 81,7° C из-за теплоты нити накала. Светодиодные накаливаются не больше 30° C. Следовательно, у последних пожароопасность намного меньше. По причине отсутствия нити накала и тонкого стекла колбы, механическая прочность, ударопрочность, вибростойкость у LED-лампы намного выше.

Колба LED (если она есть), произведена из ударопрочного пластика, ЭСЛ — из стекла. При случайном повреждении трубки, лампочка перестает гореть. Многие лампы низкой стоимости содержат пары ртути, поэтому сломанная стеклянная трубка с люминофором может причинить существенный вред здоровью.

Внимание! Светодиодные осветительные устройства не содержат ядовитых для окружающей среды веществ

По особенностям использования

Многие пользователи ЭСЛ знают, что для достижения максимальной яркости им необходимо время — около 1 минуты (люминоформ светится при определенных условиях, на создание которых уходит время). LED-лампы «загораются» мгновенно после включения, поэтому они удобнее.

 Загрузка …

Устройство LED-ламп

Прежде всего, давай разберемся, что такое светодиодная лампочка и как она светит. В 1907 году британец Генри Раунд заметил, что полупроводниковый диод под действием электрического тока при некоторых условиях начинает излучать видимый свет. И хотя до применения этого эффекта на практике понадобилось более 60 лет, начало было положено. Сегодня технология производства сверхъярких диодов отлично отлажена, а световой поток полупроводников настолько велик, что диоды вполне в состоянии заменить обычные осветительные лампочки.

Конечно, мощности светового потока одного полупроводника недостаточно для освещения, скажем, комнаты, но эту проблему легко обойти, собрав «лампочку» из нескольких светодиодов. Конструкторы даже пошли дальше – они не стали снабжать каждый полупроводник своим корпусом, а поместили на одну подложку сразу несколько кристаллов. Такие сборки стали называть матрицами:

Как ты наверняка заметил, глядя на фото выше, и отдельные диоды, и матрицы имеют одну особенность – их световой поток направлен в одну сторону. Это очень удобно для сборки направленных осветительных приборов, к примеру, прожекторов, но мало подходит для приборов рассеянного света. Зачем тебе лампочка-прожектор, скажем, в люстре? Как конструкторы обошли эту проблему, я думаю, ты уже догадался: они просто расположили полупроводники под разными углами, направив световые потоки каждого прибора в определенную сторону.

Световой поток этих светодиодных ламп направлен практически во все стороны

Несмотря на то, что светоизлучающие диоды обладают очень высоким КПД, какая-то часть энергии все равно расходуется на тепло. Если мощность осветителя невелика, то в этом нет ничего страшного. Но для освещения того же помещения светового потока лампочки мощностью в ватт явно недостаточно. Поэтому практически все светодиодные осветители имеют в своем составе радиатор – металлическую ребристую пластину, отводящую тепло от кристаллов и отдающую его в воздух. В некоторых конструкциях радиатор находится внутри корпуса, в других его можно увидеть снаружи. То же самое касается и любых других осветительных устройств, работающих на полупроводниках, – они тоже имеют в своем составе радиатор.

И последний немаловажный штрих – питание. Диоды питаются постоянным и относительно невысоким напряжением, поэтому подключить их напрямую к обычной розетке не получится. Прежде чем подать напряжение  на кристалл, его нужно понизить и выпрямить (сделать постоянным). Эту задачу исполняет специальный блок – контроллер питания или драйвер. Обычно драйвер уже встроен в осветитель или лампочку, поэтому многие о существовании этого достаточно сложного электронного узла даже не подозревают.

Драйверы питания диодной лампочки (слева) и светодиодного прожектора

Кроме вышеуказанных функций, драйвер следит за током через диоды и защищает их от случайных бросков и колебаний напряжения.

Мощность светового потока

Световой поток характеризуется большой колючестью видимого света, который образуется при работе LED источника света. Складывается он из следующих показателей:

  • светоотдача;
  • мощность;
  • используемые химические составы;
  • качество линзы.

Основные формулы для вычисления светового потока

Яркость лампы диодного типа уменьшается в течение срока эксплуатации. Также он может теряться по мере прохождения через линзу или накладку, защищающую источник света. При этом потери остаются в пределах 5%.

Как определить порядок измерения

Световой поток представляет собой световое излучение, распространяющееся во всех направлениях, длину волн которого может воспринимать человеческий глаз. Единица измерения потока света лампы накаливания – люмен (Лм).

Светодиодный источник света излучает электромагнитные волны разной длины. Световой поток измеряется суммарным значением видимых глазом световых волн, а также волн инфракрасного и ультрафиолетового излучения, с учетом усредненной кривой чувствительности человеческого глаза к восприятию световых волн. По его значению определяется поток света светодиодных светильников.

Узнать больше можно просмотрев видео от всемирноизвестного производителя Philips. В видеоролике подробно рассказано о том, что такое люмен и как он поможет выбрать наиболее подходящий осветительный элемент.

Хозяйкам важно знать, что светодиодные лампы не так эффективны для выращивания цветов, как люминесцентные светильники для растений

Светоотдача светодиода

Сила света определяет интенсивность освещения источником света во множественных точках пространства. Единицей ее измерения является кандела (кд), зависящая от эталонного источника освещения. Световой поток светодиодной лампы рассчитывается как отношение потока света, равномерно распределенного в его пределах, к телесному углу.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать о том, как рассчитать освещенность помещения.

Подробнее о технических характеристиках светодиодных ламп читайте здесь.

Среди множества светодиодных светильников выделяют следующие виды:

  • для домашнего освещения (например длинные светодиодные лампы);
  • промышленные (светодиодные лампы используются для производственных площадей);
  • офисные (для общественных и торговых мест);
  • уличные.

Таблица яркости света

В таблице приведены соотношение мощности и уровня светоотдачи некоторых моделей диодных светильников.

Таблица – Характеристика яркости для LED-светильников
Тип (цоколь, назначение)Мощность, ВтСветовой поток, Лм
Е27/14 (домашний)5430 – 440
Е27/14 (домашний)10910
GX70 (домашний)10760 – 800
СПДК18 (производственный)181836
СДГ 120 / СДГ 150 / СДГ 180 (производственные)120 – 18012000 – 18000
СДП128 (производственные)12814900 – 17135
СДО30 (офисные)303000
СДО44 (офисные)444400
СДОТ10 (офисные)10340
СДУУ64 (уличные)644500
СДУ 80 (уличные)807850


Сравнение дальности и яркости свечения ламп галогенного и LED типов

Сравнение светодиодных и люминесцентных ламп

ЛЕД лампы превосходят по техническим характеристикам энергосберегающие лампы, в том числе и по яркости. Убедиться в этом поможет следующая таблица.

Таблица – Сравнение яркости люминесцентной и ЛЕД лампочек
Cветодиодная лампаЛюминесцентная лампа
Мощность ВтСветовой поток ЛмМощность ВтСветовой поток Лм
545015450
970020700
12900251000
151200301200
201800501800
302500802500

По приведенным выше сравнительным данным, можно сделать вывод, что светодиодные светильники более экономичны в потреблении электроэнергии. Световой поток таких источников света наиболее эффективен в применении в различных областях освещения.

Сравнение света разных источников

Например, часто на упаковке светодиодов мощностью 4Вт со световым потоком 400 лм изображают в качестве эквивалента лампу накаливания на 50Вт. На самом деле общий световой поток второй почти на четверть выше.

А вот если сравнить эффективную освещенность поверхности стола от настольного светильника с обыкновенной лампой и на диодах, выигрыш на стороне LED, поскольку у них меньший диаметр светового пятна и значительно меньшее рассеивание света.

Таблица светового потока ламп накаливания
Мощность, ВтМощность, Лм
40380
60610
1001200
Средний показатель лампочек накаливания 10-13 Лм/Вт
Таблица светового потока люминесцентных ламп
Мощность, ВтМощность, Лм
5260
8420
12630
15900
201200
241500
Средний показатель люминесцентных лампочек 50-60 Лм/Вт
Таблица светового потока светодиодных ламп
Мощность, ВтМощность, Лм
5380-500
9700-1000
121100-1200
151300-1400
Средний показатель светодиодов 80-120 Лм/Вт

Разброс параметров светового потока обусловлен его зависимостью от цветовой температуры. У диодов холодного белого света (цветовая температура 5000-7000 К) световой поток выше светодиодов тёплого света (2800-3500 К).

Давайте рассмотрим эту информацию с практической точки зрения.

При выборе обыкновенной лампочки накаливания мы интуитивно понимаем, что в ванную комнату надо 75 ватт, в коридоре можно обойтись 60 ваттами, а в гостиную придется вкручивать три по сто. И никто не задаётся вопросом, сколько там в них люмен.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookX
Напишите комментарий