Detaljeret beskrivelse af LED-pærer med lysstrøm
Ved planlægning af et rumbelysningssystem skal der tages hensyn til visse værdier for at harmonisere beregningsprocedurerne. Disse samme universelle værdier er nødvendige for den almindelige forbruger for at kunne orientere sig i de forskellige typer lyskilder. I lang tid var denne værdi for glødepærer en watt elforbrug for en glødepære. Men disse enheder er ved at forlade scenen, så der er brug for noget andet.
Hvad er lysstrøm
Faktisk har designerne tidligere brugt en anden størrelse til at beregne belysningsstyrke - candela (stearinlys), som også har en direkte sammenhæng med wattforbruget i en glødelampe. I den tekniske litteratur i begyndelsen af anden halvdel af sidste århundrede kan man finde udtryk som "tusind lyslampe" osv. Luminans i candela henviser til effekten i watt af det lys, der udsendes i en bestemt retning. Som en visuel association leveres denne lysstyrke af et almindeligt brændende paraffin- eller stearinlys. Deraf navnet. Denne fremgangsmåde giver en visuel repræsentation af lysstyrken som antallet af brændende lys.
Vigtigt! De watt, der bruges til at beregne candela, har intet at gøre med elektrisk effekt - lyskilden er måske ikke elektrisk (det samme stearinlys).
Der findes en definition af begrebet lysstrøm - strålingsenergien, som vurderes ved hjælp af lysfølelsen. Eller antallet af fotoner, der udsendes pr. tidsenhed. Matematisk ser det således ud: Hvis en punktkilde med en effekt på 1 candela udsender en lysstrøm i en fast vinkel svarende til en steradian, skaber den en lysstrøm på 1 lumen (lm).
Begrebet steradian kræver en afklaring. For at repræsentere en rumvinkel på 1 sf skal man tage en kegle med toppunktet i centrum af en kugle med radius R, som skærer et areal svarende til R2 . Åbningsvinklen for en sådan kegle er ca. 65 grader.
Hvis en punktlyskilde på 1 candela, der stråler lige meget i alle retninger, placeres i en kugle med en radius på 1 m, vil den give en belysningsstyrke på dens indre overflade svarende til 1 lux (lx). Denne værdi bruges til at fastsætte standarder for belysningsstyrke. Ifølge SNiP skal betingelserne således være opfyldt for de forskellige rum:
- klasseværelser i grundskoler - 500 lux;
- klasseværelser i højere uddannelsesinstitutioner - 400 lux - auditorier i højere uddannelsesinstitutioner - 400 lux;
- gymnastiksale - 200 lux.
Der er også fastsat belysningsstandarder for andre rum.
Hvis en lysstrøm på 1 lm falder på en overflade på 1 m2 , skaber det en belysningsstyrke på 1 lux. Heraf følger forholdet mellem lumen og lux: 1 lux = 1 lm/kvm. For at give tilstrækkeligt lys i et klasseværelse på 100 kvadratmeter er der f.eks. behov for en lysstrøm på 40000 lm. Det skal også tages i betragtning, at luminansen falder i forhold til kvadratet på afstanden fra lyskilden, så den højde, hvor armaturet hænger, er vigtig.
Princippet for drift
For at forstå anvendeligheden af alle disse størrelser er det nødvendigt at overveje LED'ens emissionsretning og de begreber, der er forbundet med den.
En lysdiode er konstrueret således, at den ikke sender lyset jævnt i alle retninger - den nederste halvkugle er dækket af et substrat, og linsen er konstrueret således, at den ikke giver en ensartet emission i den øverste halvkugle. Som følge heraf er den største lysstrøm koncentreret i den øvre retning og svækkes mod lyskeglens periferi. Ved en bestemt synsvinkel reduceres lysstyrken til det halve, og ved en endnu større vinkel bliver lyset usynligt. Den første vinkel (bac) kaldes vinklen for halv luminans, og den anden vinkel (fah) kaldes vinklen for fuld luminans.
De samme punkter gælder for en LED med fosfor. Her er emissionsvinklen begrænset af substratet og vinklen for den største aktivitet af den initierende stråling fra p-n-forbindelsen. Man skal være klar over, at det er umuligt at bestemme disse vinkler nøjagtigt med øjet - man har brug for specielle instrumenter. Men du kan visuelt sammenligne to lysdioder - hvilken har en større åbningsvinkel.
Lysudbytte fra LED-lamper
LED-lampernes lysudbytte afhænger ikke af krystallets opvarmningsgrad. Stort set alle hvide LED-belysningsudstyr er fremstillet på basis af LED-fosfor, så lysudbyttet afhænger af fosforets kvalitet og den teknologi, hvormed det er fremstillet. Af betydning er også lysemissionen fra initieringskrystallen og dens evne til at få fosforen til at gløde i den synlige del af spektret.
Lysstrøm af eksternt lys
Ved beregning af udvendig belysning skal man tage hensyn til minimumskravene til belysning, som også kan findes i de relevante SNiP (byggestandarder og -regler). For eksempel bør belysningen på legepladser ikke være mindre end 10 lux.
De mindste belysningsværdier er angivet i forskrifterne, som kan øges ved beregningen.
For at få det nødvendige antal armaturer (N) til at opnå den ønskede belysningsstyrke skal du angive de oprindelige data:
- mindste belysningsstyrke (E), lux;
- areal af området (S), i m²;
- koefficient for uregelmæssighed i belysningen (z), for LED-armaturer er den lig med 1,2;
- multiplikator, der tager højde for svækkelsen af lysstrømmen ved lampens levetid (k); for LED-armaturer er den lig med 1,2;
- lysstrøm fra en lampe (F), lm;
- er en refleksionskoefficient for objekter, der befinder sig i nærheden (n), for asfalt kan den tages som 0,3.
Disse værdier er forbundet ved hjælp af formlen N=E*S*z*z*k/(F*n).
Lad os belyse en legeplads på 150 kvm. Der findes armaturer, der hver udsender en lysstrøm på 1500 lm. Ved at indsætte værdierne i formlen får vi N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Resultatet er 4,8 eller 5 armaturer. Dette er det mindste antal; der kan faktisk installeres flere.
Det er ikke muligt at angive lysstrømmen af de eksisterende lamper, men antallet af armaturer, der kan installeres i et område. I så fald beregnes lysstrømmen for hver enkelt lampe. Beregningsformlen vil se således ud F=E*S*k*z/(N*n). Hvis det endelige resultat ikke passer ind i standardserien lampens egenskaberdet skal afrundes opad.
Forholdet mellem lumen og watt
Forbrugere verden over har gennem årtier med glødepærer vænnet sig til at forbinde lysstyrke med elforbrug. For disse forældede apparater har dette været en fornuftig beslutning - den teknologiske udvikling i denne retning er for længst gået i stå. Forholdet mellem watt og intensitet er blevet fast etableret og er blevet en vanesag.
Til LED-belysning der er ingen direkte sammenhæng mellem strømforbrug i watt og lysudbytte i lumen. For at være helt præcis er den der, men kun i øjeblikket. Teknologien udvikler sig, krystalproduktionen forbedres, og der udvikles nye fosforer med højere lysstyrke. De nuværende relationer vil i morgen være håbløst forældede.
Tabel over lysintensitet
Til dato er der følgende overensstemmelse mellem lysstrømmen i moderne LED-lamper og deres strømforbrug:
| Lysstrøm, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| LED-lampeens strømforbrug, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Ækvivalent effekt af en glødelampe, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Der er tale om omtrentlige afrundede værdier, da de lamper, der findes på markedet, er blevet produceret af forskellige producenter med forskellige teknologier i årenes løb. For øjet er denne forskel næppe mærkbar.
Følgende video afslutter: Sondring og sammenhæng mellem watt, lumen og kelvin.
Med en klar forståelse af forholdet mellem lysemissionens egenskaber er det muligt selv at beregne belysningen af et rum eller et område. For at gøre dette skal du kende belysningsstandarderne og de tekniske egenskaber ved LED-lamperne.