Detaillierte Beschreibung der LED-Lampen mit Lichtstrom
Bei der Planung einer Raumbeleuchtungsanlage müssen bestimmte Werte berücksichtigt werden, um die Berechnungsverfahren zu harmonisieren. Die gleichen universellen Werte sind für den allgemeinen Verbraucher erforderlich, um sich in den verschiedenen Arten von Lichtquellen orientieren zu können. Bei Glühbirnen entsprach dieser Wert lange Zeit dem Stromverbrauch von einem Watt. Aber diese Geräte verlassen die Szene, so dass etwas anderes erforderlich ist.
Was ist der Lichtstrom?
Für die Berechnung der Beleuchtungsstärke haben die Konstrukteure früher eine andere Größe verwendet, nämlich Candela (Kerze), die auch direkt mit der von einer Glühlampe verbrauchten Wattzahl korrespondiert. In der Fachliteratur zu Beginn der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts findet man Ausdrücke wie "Tausend-Kerzen-Lampe" usw. Die Leuchtdichte in Candela bezieht sich auf die Leistung in Watt des in eine bestimmte Richtung ausgestrahlten Lichts. Als visuelle Assoziation wird diese Helligkeit durch eine gewöhnliche brennende Paraffin- oder Stearinkerze erzeugt. Daher auch der Name. Dieser Ansatz bietet eine visuelle Darstellung der Helligkeit als die Anzahl der brennenden Kerzen.
Wichtig! Die zur Berechnung der Candela verwendeten Watt haben nichts mit der elektrischen Leistung zu tun - die Lichtquelle muss nicht elektrisch sein (dieselbe Kerze).
Es gibt eine Definition für den Begriff des Lichtstroms - die Leistung der Strahlungsenergie, die durch Lichtempfinden gemessen wird. Oder die Anzahl der pro Zeiteinheit emittierten Photonen. Mathematisch gesehen sieht es so aus: Wenn eine Punktlichtquelle mit einer Leistung von 1 Candela einen Lichtstrom in einem Raumwinkel von einem Steradiant aussendet, dann erzeugt sie einen Lichtstrom von 1 Lumen (lm).
Das Konzept des Steradians bedarf der Klärung. Um einen Raumwinkel von 1 sf darzustellen, muss man einen Kegel mit der Spitze im Zentrum einer Kugel mit dem Radius R nehmen, der eine Fläche von R2 . Der Öffnungswinkel eines solchen Kegels beträgt etwa 65 Grad.
Eine punktförmige Lichtquelle von 1 Candela, die in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlt, erzeugt in einer Kugel mit einem Radius von 1 m eine Beleuchtungsstärke von 1 Lux (lx) auf ihrer Innenfläche. Dieser Wert wird zur Festlegung von Beleuchtungsstärkenormen verwendet. Für verschiedene Räume sollten also laut SNiP die Bedingungen erfüllt sein:
- Klassenräume von Gesamtschulen - 500 Lux;
- Klassenzimmer von Hochschuleinrichtungen - 400 Lux; - Hörsäle von Hochschuleinrichtungen - 400 Lux;
- Sporthallen - 200 Lux.
Auch für andere Räume werden Beleuchtungsstandards festgelegt.
Fällt ein Lichtstrom von 1 lm auf 1 qm Fläche, so erzeugt er eine Beleuchtungsstärke von 1 Lux. Daraus ergibt sich das Verhältnis zwischen Lumen und Lux: 1 Lux = 1 lm/qm. Um zum Beispiel einen 100 Quadratmeter großen Klassenraum ausreichend zu beleuchten, ist ein Lichtstrom von 40000 lm erforderlich. Es ist auch zu berücksichtigen, dass die Leuchtdichte proportional zum Quadrat des Abstands von der Lichtquelle abnimmt, so dass die Höhe, in der die Leuchte aufgehängt wird, ist wichtig.
Prinzip der Arbeitsweise
Um die Verwendbarkeit all dieser Größen zu verstehen, ist es notwendig, die Emissionsrichtung der LED und die damit verbundenen Konzepte zu berücksichtigen.
Eine Leuchtdiode ist so konstruiert, dass sie das Licht nicht gleichmäßig in alle Richtungen aussendet - die untere Halbkugel ist von einem Substrat bedeckt, und die Linse ist so konstruiert, dass sie in der oberen Halbkugel keine gleichmäßige Emission liefert. Infolgedessen konzentriert sich der Hauptlichtstrom in der oberen Richtung und schwächt sich zum Rand des Lichtkegels hin ab. Bei einem bestimmten Blickwinkel halbiert sich die Lichtstärke, und bei einem noch größeren Winkel wird das Licht unsichtbar. Der erste Winkel (bac) wird als Winkel der halben Leuchtdichte und der zweite Winkel (fah) als Winkel der vollen Leuchtdichte bezeichnet.
Das Gleiche gilt für eine LED mit Leuchtstoff. Dort ist der Emissionswinkel durch das Substrat und den Winkel der größten Aktivität der initiierenden Strahlung des p-n-Übergangs begrenzt. Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass es unmöglich ist, diese Winkel mit dem Auge genau zu bestimmen - man braucht spezielle Instrumente. Aber Sie können zwei LEDs visuell vergleichen - welche hat einen größeren Öffnungswinkel.
Lichtleistung von LED-Lampen
Die Lichtleistung von LED-Lampen hängt nicht vom Grad der Erwärmung des Kristalls ab. Praktisch alle weißen LED-Leuchten werden auf der Grundlage von LED-Phosphor hergestellt, so dass die Lichtleistung von der Qualität des Phosphors und der Technologie, mit der er hergestellt wird, abhängt. Von Bedeutung ist auch die Lichtemission des Initiator-Kristalls und die Fähigkeit dieser Emission, den Leuchtstoff im sichtbaren Bereich des Spektrums zum Leuchten zu bringen.
Lichtstrom des äußeren Lichts
Bei der Berechnung der Außenbeleuchtung sind die Mindestanforderungen an die Beleuchtung zu berücksichtigen, die auch in den einschlägigen SNiP (Baunormen und -vorschriften) zu finden sind. Bei Spielplätzen beispielsweise sollte die Mindestbeleuchtungsstärke nicht unter 10 Lux liegen.
In den Vorschriften sind die Mindestbeleuchtungsstärken angegeben, die bei der Berechnung erhöht werden können.
Um die erforderliche Anzahl von Leuchten (N) zur Erreichung der gewünschten Beleuchtungsstärke zu erhalten, müssen Sie die Ausgangsdaten angeben:
- Mindestbeleuchtungsstärke (E), Lux;
- Fläche des Gebietes (S), m²;
- Koeffizient der Unregelmäßigkeit der Beleuchtung (z), bei LED-Leuchten ist er gleich 1,2;
- Multiplikator, der die Schwächung des Lichtstroms am Ende der Lampenlebensdauer (k) berücksichtigt; bei LED-Leuchten ist er gleich 1,2;
- Lichtstrom einer Lampe (F), lm;
- ist ein Reflexionskoeffizient von Objekten in der Nähe (n), für Asphalt kann er mit 0,3 angenommen werden.
Diese Werte sind durch die folgende Formel miteinander verbunden N=E*S*z*k/(F*n).
Lassen Sie uns einen Spielplatz von 150 m² beleuchten. Es sind Leuchten erhältlich, die jeweils einen Lichtstrom von 1500 lm abgeben. Setzt man die Werte in die Formel ein, erhält man N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Das Ergebnis sind 4,8 oder 5 Leuchten. Dies ist die Mindestanzahl, es können auch mehr installiert werden.
Es ist nicht möglich, den Lichtstrom der vorhandenen Leuchten anzugeben, sondern die Anzahl der Leuchten, die in einem Gebiet installiert werden können. In diesem Fall ist der Lichtstrom jeder Lampe zu berechnen. Die Berechnungsformel sieht wie folgt aus F=E*S*k*z/(N*n). Wenn das Endergebnis nicht in die Standardreihe passt Lampeneigenschaftenes muss aufgerundet werden.
Verhältnis von Lumen und Watt
Verbraucher auf der ganzen Welt haben sich über Jahrzehnte an Glühbirnen gewöhnt und sind daran gewöhnt, dass die Leuchtdichte mit dem Stromverbrauch zusammenhängt. Für diese veralteten Geräte war dies eine vernünftige Entscheidung - die technologische Entwicklung in dieser Richtung ist längst zum Stillstand gekommen. Das Verhältnis von Wattzahl und Lichtstärke hat sich eingebürgert und ist zur Gewohnheit geworden.
Für LED-Beleuchtung es besteht kein direkter Zusammenhang zwischen der Leistungsaufnahme in Watt und der Lichtleistung in Lumen. Um genau zu sein, ist sie da, aber nur im Moment. Die Technologie schreitet voran, die Kristallproduktion wird verbessert und es werden neue Leuchtstoffe mit höherer Lichtausbeute entwickelt. Die Beziehungen von heute sind morgen schon hoffnungslos überholt.
Lichtstärketabelle
Der Lichtstrom moderner LED-Lampen und ihr Stromverbrauch entsprechen bisher folgendermaßen:
| Lichtstrom, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Leistungsaufnahme der LED-Lampe, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Äquivalente Leistung einer Glühlampe, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Es handelt sich um gerundete Näherungswerte, da die auf dem Markt erhältlichen Lampen im Laufe der Jahre von verschiedenen Herstellern mit unterschiedlichen Technologien hergestellt wurden. Für das Auge ist dieser Unterschied kaum wahrnehmbar.
Das folgende Video zeigt die Unterscheidung und Korrelation von Watt, Lumen und Kelvin.
Mit einem klaren Verständnis der Beziehung zwischen den Merkmalen der Lichtemission ist es möglich, die Beleuchtung eines Raums oder einer Fläche selbst zu berechnen. Dazu müssen Sie die Beleuchtungsnormen und Spezifikationen der LED-Lampen kennen.