Descrizione dettagliata delle lampadine LED a flusso luminoso
Quando si progetta un sistema di illuminazione di una stanza, si devono prendere in considerazione alcuni valori per armonizzare le procedure di calcolo. Questi stessi valori universali sono necessari per il consumatore generale per potersi orientare nei diversi tipi di fonti di luce. Per molto tempo, per le lampadine a incandescenza, questo valore era un watt di consumo di energia elettrica. Ma questi dispositivi stanno uscendo di scena, quindi è necessario qualcos'altro.
Cos'è il flusso luminoso
Infatti, per calcolare l'illuminamento, i progettisti hanno usato prima un'altra quantità - candela (candela), che ha anche una corrispondenza diretta con i watt consumati da una lampada a incandescenza. Nella letteratura tecnica dell'inizio della seconda metà del secolo scorso, si possono trovare espressioni come "lampada a mille candele", ecc. La luminanza in candela si riferisce alla potenza in watt della luce emessa in una certa direzione. Come associazione visiva, questa luminosità è fornita da una normale candela di paraffina o stearina che brucia. Da qui il nome. Questo approccio fornisce una rappresentazione visiva della luminosità come il numero di candele che bruciano.
Importante! I watt utilizzati per calcolare la candela non hanno niente a che vedere con la potenza elettrica - la fonte di luce può non essere elettrica (la stessa candela).
C'è una definizione per il concetto di flusso luminoso - la potenza dell'energia di radiazione, che è valutata dalla sensazione di luce. O il numero di fotoni emessi per unità di tempo. Matematicamente è così: se una sorgente puntiforme con potenza di 1 candela emette un flusso in un angolo solido uguale a uno steradiante, allora crea un flusso luminoso di 1 lumen (lm).
Il concetto di steradiante richiede un chiarimento. Per rappresentare un angolo solido di 1 sf, bisogna prendere un cono con il vertice al centro di una sfera di raggio R, che taglia un'area uguale a R2 . L'angolo di apertura di un tale cono è di circa 65 gradi.
Se una fonte di luce puntiforme di 1 candela, che irradia ugualmente in tutte le direzioni, è posta in una sfera con un raggio di 1 m, produrrà un illuminamento pari a 1 lux (lx) sulla sua superficie interna. Questo valore è usato per impostare gli standard di illuminamento. Così, per diverse stanze, secondo SNiP, le condizioni dovrebbero essere soddisfatte:
- aule di scuole complete - 500 lux;
- aule di istituti di istruzione superiore - 400 lux; - auditorium di istituti di istruzione superiore - 400 lux;
- palestre - 200 lux.
Gli standard di illuminazione sono fissati anche per altre stanze.
Se un flusso luminoso di 1 lm cade su una superficie di 1 mq, crea un illuminamento di 1 lux. Da qui la relazione tra lumen e lux: 1 lux = 1 lm/mq. Per esempio, per fornire una luce sufficiente in un'aula di 100 metri quadrati, il flusso luminoso richiesto è di 40000 lm. Bisogna anche considerare che la luminanza diminuisce in proporzione al quadrato della distanza dalla fonte di luce, quindi l'altezza a cui l'apparecchio è sospeso è importante.
Principio di funzionamento
Per capire l'utilizzabilità di tutte queste quantità, è necessario considerare la direzione di emissione del LED, e i concetti associati ad essa.
Il design di un diodo ad emissione luminosa è tale che non invia la luce in modo uniforme in tutte le direzioni - l'emisfero inferiore è coperto da un substrato e il design della lente è tale che non fornisce un'emissione uniforme nell'emisfero superiore. Di conseguenza, il flusso di luce principale è concentrato nella direzione superiore e si attenua verso la periferia del cono di luce. Ad un certo angolo di vista l'intensità luminosa è ridotta della metà, e ad un angolo ancora più alto la luce è resa invisibile. Il primo angolo (bac) è chiamato l'angolo di mezza luminanza e il secondo angolo (fah) è chiamato l'angolo di piena luminanza.
Gli stessi punti si applicano a un LED con fosforo. Lì l'angolo di emissione è limitato dal substrato e dall'angolo di massima attività della radiazione iniziatrice della giunzione p-n. Bisogna rendersi conto che è impossibile determinare questi angoli esattamente a occhio - sono necessari strumenti speciali. Ma è possibile confrontare visivamente due LED: quale ha un angolo di apertura maggiore.
Emissione di luce delle lampade a LED
La potenza luminosa delle lampade a LED non dipende dal grado di riscaldamento del cristallo. Praticamente tutti gli illuminatori a LED bianchi sono fatti sulla base del fosforo del LED, quindi la resa luminosa dipende dalla qualità del fosforo e dalla tecnologia con cui è prodotto. È importante anche l'emissione di luce dal cristallo iniziatore e la capacità di questa emissione di far brillare il fosforo nella parte visibile dello spettro.
Flusso luminoso della luce esterna
Per il calcolo dell'illuminazione esterna, si deve tener conto dei requisiti minimi per l'illuminazione, che si possono trovare anche nel relativo SNiP (Norme e regolamenti di costruzione). Per esempio, per i campi da gioco, l'illuminazione minima non dovrebbe essere inferiore a 10 lux.
I valori minimi di illuminamento sono indicati nei regolamenti, che possono essere aumentati durante il calcolo.
Per ottenere il numero necessario di apparecchi (N) per ottenere l'illuminamento richiesto, è necessario specificare i dati iniziali:
- illuminamento minimo (E), lux;
- area del territorio (S), mq;
- fattore di irregolarità dell'illuminazione (z), per gli apparecchi a LED è uguale a 1,2;
- moltiplicatore che tiene conto dell'indebolimento del flusso luminoso a fine vita della lampada (k); per gli apparecchi a LED è uguale a 1,2;
- flusso luminoso di una lampada (F), lm;
- è un coefficiente di riflessione degli oggetti situati nelle vicinanze (n), per l'asfalto può essere preso come 0,3.
Questi valori sono correlati dalla formula N=E*S*z*k/(F*n).
Illuminiamo un parco giochi di 150 mq. Sono disponibili apparecchi che emettono ciascuno un flusso luminoso di 1500 lm. Sostituendo i valori nella formula, otteniamo N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Il risultato è 4,8 o 5 apparecchi. Questo è il numero minimo; infatti, se ne possono installare di più.
Non è possibile specificare il flusso luminoso delle luci esistenti, ma il numero di apparecchi che possono essere installati in una zona. In questo caso, calcolate il flusso luminoso di ogni lampada. La formula di calcolo sarà simile a F=E*S*k*z/(N*n). Se il risultato finale non rientra nella serie standard caratteristiche della lampadadeve essere arrotondato per eccesso.
Rapporto tra lumen e watt
I consumatori di tutto il mondo si sono abituati, dopo decenni di lampadine a incandescenza, a mettere in relazione la luminanza con il consumo di energia elettrica. Per questi dispositivi obsoleti questa è stata una decisione sensata - lo sviluppo tecnologico in questa direzione si è fermato da tempo. Il rapporto tra potenza e intensità si è consolidato ed è diventato una questione di abitudine.
Per l'illuminazione a LED non c'è una correlazione diretta tra il consumo di energia in watt e l'emissione di luce in lumen. Per essere precisi, c'è, ma solo per il momento. La tecnologia va avanti, la produzione di cristalli migliora e si sviluppano nuovi fosfori con un'efficacia luminosa maggiore. Le relazioni attuali diventeranno irrimediabilmente obsolete domani.
Tabella dell'intensità della luce
Ad oggi, la corrispondenza del flusso luminoso delle moderne lampade a LED e il loro consumo energetico è la seguente:
| Flusso luminoso, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Consumo di energia della lampada a LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Potenza equivalente di una lampada a incandescenza, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Si tratta di valori approssimativi arrotondati in quanto le lampade disponibili sul mercato sono state prodotte da diversi produttori utilizzando diverse tecnologie nel corso degli anni. All'occhio, questa differenza è appena percettibile.
Il seguente video conclude: Distinzione e correlazione di watt, lumen e kelvin.
Con una chiara comprensione della relazione tra le caratteristiche di emissione della luce, è possibile calcolare da soli l'illuminazione di una stanza o di una zona. Per fare questo, è necessario conoscere gli standard di illuminazione e le caratteristiche tecniche delle lampade a LED.