Podrobný popis světelného toku LED žárovek
Při plánování systému osvětlení místnosti je třeba vzít v úvahu určité hodnoty, aby bylo možné harmonizovat postupy výpočtu. Stejné univerzální hodnoty jsou potřebné i pro běžného spotřebitele, aby se mohl orientovat v různých typech světelných zdrojů. Dlouhou dobu byla tato hodnota u žárovek rovna jednomu wattu spotřeby elektrické energie. Tato zařízení však opouštějí scénu, a proto je zapotřebí něco jiného.
Co je světelný tok
Konstruktéři totiž dříve používali k výpočtu osvětlenosti jinou veličinu - kandelu (svíčku), která také přímo odpovídá spotřebě wattu žárovky. V technické literatuře se na počátku druhé poloviny minulého století objevují výrazy jako "lampa s tisíci svíčkami" apod. Svítivost v kandelách udává výkon světla vyzařovaného v určitém směru ve wattech. Jako vizuální asociace je tento jas zajištěn obyčejnou hořící parafínovou nebo stearinovou svíčkou. Proto ten název. Tento přístup poskytuje vizuální znázornění jasu jako počtu hořících svíček.
Důležité! Watty používané pro výpočet kandely nemají nic společného s elektrickým výkonem - zdroj světla nemusí být elektrický (stejná svíčka).
Existuje definice pojmu světelný tok - výkon energie záření, který je vyhodnocován světelným vjemem. Neboli počet fotonů vyzářených za jednotku času. Matematicky to vypadá takto: pokud bodový zdroj o výkonu 1 kandela vyzařuje světelný tok v úhlu rovném jednomu steradiánu, pak vytváří světelný tok 1 lumen (lm).
Pojem steradián vyžaduje vysvětlení. Abychom mohli znázornit tělesový úhel 1 sf, musíme vzít kužel s vrcholem ve středu koule o poloměru R, která vyřezává plochu rovnou R2 . Úhel otevření takového kužele je přibližně 65 stupňů.
Je-li bodový zdroj světla o intenzitě 1 kandela, který vyzařuje rovnoměrně do všech směrů, umístěn v kouli o poloměru 1 m, vytvoří na svém vnitřním povrchu intenzitu osvětlení rovnou 1 luxu (lx). Tato hodnota se používá k nastavení norem osvětlení. Podle SNiP by tedy měly být splněny podmínky pro různé místnosti:
- učebny obecných škol - 500 luxů;
- učebny vyšších vzdělávacích institucí - 400 lx; - posluchárny vyšších vzdělávacích institucí - 400 lx; - tělocvičny - 200 lx;
- tělocvičny - 200 luxů.
Normy osvětlení jsou stanoveny i pro ostatní místnosti.
Pokud světelný tok 1 lm dopadá na 1 m2 plochy, vytváří osvětlení 1 lux. Z toho vyplývá vztah mezi lumenem a luxem: 1 lux = 1 lm/m2. Například pro zajištění dostatečného světla v učebně o rozloze 100 m2 je zapotřebí světelný tok 40000 lm. Je také třeba vzít v úvahu, že jas klesá úměrně čtverci vzdálenosti od zdroje světla, takže je důležitá výška, ve které je svítidlo zavěšeno.
Princip činnosti
Abychom pochopili použitelnost všech těchto veličin, je třeba vzít v úvahu směr vyzařování LED a pojmy s ním spojené.
Konstrukce světelné diody je taková, že nevysílá světlo rovnoměrně do všech směrů - spodní polokoule je pokryta substrátem a konstrukce čočky je taková, že nezajišťuje rovnoměrné vyzařování v horní polokouli. V důsledku toho se hlavní světelný tok soustřeďuje v horním směru a směrem k okraji světelného kužele slábne. Při určitém úhlu pohledu se intenzita světla sníží na polovinu a při ještě větším úhlu je světlo neviditelné. První úhel (bac) se nazývá úhel polovičního jasu a druhý úhel (fah) se nazývá úhel plného jasu.
Stejné body platí i pro LED s luminoforem. Zde je emisní úhel omezen substrátem a úhlem největší aktivity iniciačního záření p-n přechodu. Musíte si uvědomit, že tyto úhly nelze přesně určit od oka - potřebujete k tomu speciální přístroje. Můžete však vizuálně porovnat dvě LED diody - která má větší úhel otevření.
Světelný výkon LED žárovek
Světelný výkon LED žárovek nezávisí na stupni zahřátí krystalu. Prakticky všechny bílé LED osvětlovače jsou vyrobeny na bázi LED luminoforu, takže světelný výkon závisí na kvalitě luminoforu a technologii, kterou je vyroben. Důležitá je také emise světla z iniciačního krystalu a schopnost této emise způsobit, že luminofor svítí ve viditelné části spektra.
Světelný tok vnějšího světla
Při výpočtu vnějšího osvětlení je třeba vzít v úvahu minimální požadavky na osvětlení, které lze rovněž nalézt v příslušných SNiP (stavební normy a předpisy). Například u dětských hřišť by minimální osvětlení nemělo být nižší než 10 luxů.
V předpisech jsou uvedeny minimální hodnoty osvětlenosti, které lze při výpočtu zvýšit.
Abyste získali potřebný počet svítidel (N) pro získání požadované osvětlenosti, musíte zadat počáteční údaje:
- minimální osvětlenost (E), lux;
- rozloha území (S), m2;
- koeficient nerovnoměrnosti osvětlení (z), pro LED svítidla je roven 1,2;
- násobitel, který zohledňuje zeslabení světelného toku na konci životnosti (k); u LED svítidel se rovná 1,2;
- světelný tok jedné svítilny (F), lm;
- je koeficient odrazu objektů nacházejících se v blízkosti (n), pro asfalt může být 0,3.
Tyto hodnoty jsou vztaženy podle vzorce N=E*S*z*k/(F*n).
Osvětlíme hřiště o rozloze 150 m2. K dispozici jsou svítidla se světelným tokem 1500 lm. Dosazením hodnot do vzorce získáme následující hodnoty N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Výsledkem je 4,8 nebo 5 svítidel. Jedná se o minimální počet; ve skutečnosti jich může být instalováno více.
Není možné určit světelný tok stávajících svítidel, ale počet svítidel, která lze v oblasti instalovat. V tomto případě vypočítejte světelný tok každé svítilny. Výpočetní vzorec bude vypadat takto F=E*S*k*z/(N*n). Pokud konečný výsledek neodpovídá standardní řadě vlastnosti svítilenmusí být zaokrouhlena nahoru.
Vztah lumenů a wattů
Spotřebitelé na celém světě si za desítky let používání žárovek zvykli spojovat svítivost se spotřebou elektrické energie. U těchto zastaralých zařízení to bylo rozumné rozhodnutí - technologický vývoj v tomto směru se již dávno zastavil. Poměr výkonu a intenzity se ustálil a stal se věcí zvyku.
Pro osvětlení LED neexistuje přímá úměra mezi spotřebou energie ve wattech a světelným výkonem v lumenech.. Přesněji řečeno, je tam, ale jen prozatím. Technologie jde kupředu, výroba krystalů se zdokonaluje a vyvíjejí se nové luminofory s vyšší svítivostí. Současné vztahy budou zítra beznadějně zastaralé.
Tabulka intenzity světla
K dnešnímu dni odpovídá světelný tok moderních LED světelných zdrojů a jejich spotřeba energie následujícím způsobem:
| Světelný tok, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Spotřeba energie LED žárovky, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Ekvivalentní výkon žárovky, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Jedná se o přibližné zaokrouhlené hodnoty, protože světelné zdroje dostupné na trhu byly v průběhu let vyráběny různými výrobci za použití různých technologií. Na první pohled je tento rozdíl sotva patrný.
Následující video uzavírá: Rozdíl a korelace wattů, lumenů a kelvinů.
S jasnou představou o vztahu mezi charakteristikami vyzařování světla je možné si osvětlení místnosti nebo prostoru vypočítat sám. K tomu je třeba znát normy pro osvětlení a technické vlastnosti LED žárovek.