Gedetailleerde beschrijving van de lichtstroom LED lampen

Bij de planning van een ruimteverlichtingssysteem moet met bepaalde waarden rekening worden gehouden om de berekeningsprocedures te harmoniseren. Deze zelfde universele waarden zijn nodig voor de algemene consument om zich te kunnen oriënteren in de verschillende soorten lichtbronnen. Voor gloeilampen was die waarde lange tijd één watt opgenomen elektrisch vermogen. Maar deze apparaten verlaten het toneel, dus is er iets anders nodig.

Wat is lichtstroom

Om de verlichtingssterkte te berekenen, gebruikten ontwerpers vroeger een andere grootheid - candela (kaars), die ook rechtstreeks overeenkomt met het wattageverbruik van een gloeilamp. In de technische literatuur van het begin van de tweede helft van de vorige eeuw vindt men uitdrukkingen als "lamp met duizend kaarsen", enz. Luminantie in candela verwijst naar het vermogen in watt van het licht dat in een bepaalde richting wordt uitgestraald. Als visuele associatie wordt deze helderheid geboden door een gewone brandende paraffine- of stearinekaars. Vandaar de naam. Deze aanpak geeft een visuele voorstelling van de helderheid als het aantal brandende kaarsen.

de lichtsterkte van een kaars

Belangrijk! De watts die worden gebruikt om candela te berekenen hebben niets te maken met elektrisch vermogen - de lichtbron mag niet elektrisch zijn (dezelfde kaars).

Er is een definitie voor het begrip lichtstroom - de kracht van stralingsenergie, die wordt beoordeeld door lichtgevoel. Of het aantal uitgezonden fotonen per tijdseenheid. Wiskundig ziet het er als volgt uit: als een puntbron met een vermogen van 1 candela een lichtstroom uitstraalt in een ruimtehoek gelijk aan één steradiaal, dan creëert hij een lichtstroom van 1 lumen (lm).

Grafische voorstelling van de steradiaal

Het concept van de steradiaal behoeft verduidelijking. Om een ruimtehoek van 1 sf voor te stellen, moet men een kegel nemen met het hoekpunt in het middelpunt van een bol met straal R, die een oppervlakte snijdt gelijk aan R² . De openingshoek van een dergelijke kegel is ongeveer 65 graden.

Indien een puntlichtbron van 1 candela, die in alle richtingen gelijkelijk straalt, in een bol met een straal van 1 m wordt geplaatst, zal deze op het binnenoppervlak een verlichtingssterkte produceren die gelijk is aan 1 lux (lx). Deze waarde wordt gebruikt om verlichtingssterkte-normen in te stellen. Voor verschillende kamers moet volgens SNiP dus aan de voorwaarden worden voldaan:

• klaslokalen van scholengemeenschappen - 500 lux;
• leslokalen van instellingen voor hoger onderwijs - 400 lux; - aula's van instellingen voor hoger onderwijs - 400 lux; - gymnastiekzalen - 200 lux;
• sportzalen - 200 lux.

Ook voor andere ruimten worden verlichtingsnormen vastgesteld.

Als een lichtstroom van 1 lm op 1 m2 oppervlak valt, creëert dit een verlichtingssterkte van 1 lux. Vandaar het verband tussen lumen en lux: 1 lux = 1 lm/sq.m. Om bijvoorbeeld een klaslokaal van 100 vierkante meter van voldoende licht te voorzien, is een lichtstroom van 40000 lm vereist. Er moet ook rekening mee worden gehouden dat de luminantie afneemt met het kwadraat van de afstand tot de lichtbron, dus de hoogte waarop de armatuur wordt opgehangen is belangrijk.

Principe van werking

Om de bruikbaarheid van al deze grootheden te begrijpen, moet worden gekeken naar de emissierichting van de LED, en de daarmee samenhangende begrippen.

Hoeken van licht uitgestraald door een LED met een lens

Het ontwerp van een lichtdiode is zodanig dat het licht niet gelijkmatig in alle richtingen wordt uitgestraald - de onderste hemisfeer wordt bedekt door een substraat en het lensontwerp is zodanig dat het geen gelijkmatige emissie in de bovenste hemisfeer oplevert. Dientengevolge is de belangrijkste lichtstroom geconcentreerd in de bovenste richting en verzwakt naar de periferie van de lichtkegel. Onder een bepaalde gezichtshoek wordt de lichtsterkte met de helft verminderd, en onder een nog grotere hoek wordt het licht onzichtbaar. De eerste hoek (bac) wordt de hoek van halve luminantie genoemd en de tweede hoek (fah) wordt de hoek van volle luminantie genoemd.

Luminescentiehoeken van een LED met fosfor

Dezelfde punten gelden voor een LED met fosfor. Daar wordt de emissiehoek beperkt door het substraat en de hoek van de grootste activiteit van de initiërende straling van de p-n-overgang. U moet beseffen dat het onmogelijk is deze hoeken precies op het oog te bepalen - daarvoor hebt u speciale instrumenten nodig. Maar je kunt twee LED's visueel vergelijken - welke heeft een grotere openingshoek.

Lichtopbrengst van LED lampen

De lichtopbrengst van LED lampen is niet afhankelijk van de mate van verhitting van het kristal. Vrijwel alle witte LED-verlichtingstoestellen worden gemaakt op basis van LED-fosfor, zodat de lichtopbrengst afhangt van de kwaliteit van de fosfor en van de technologie waarmee deze wordt geproduceerd. Eveneens van belang is de lichtemissie van het initiërende kristal en het vermogen van die emissie om de fosfor te doen gloeien in het zichtbare deel van het spectrum.

Krachtige witte LED met fosfor

Lichtstroom van buitenlicht

Voor de berekening van de buitenverlichting moet men rekening houden met de minimumeisen voor verlichting, die ook te vinden zijn in de desbetreffende SNiP (Construction Norms and Regulations). Voor speelplaatsen bijvoorbeeld mag de minimale verlichtingssterkte niet minder dan 10 lux bedragen.

In de voorschriften zijn minimum verlichtingssterkten aangegeven, die bij de berekening kunnen worden verhoogd.

Om het aantal armaturen (N) te verkrijgen dat nodig is om de vereiste verlichtingssterkte te verkrijgen, moet u de begingegevens opgeven:

• minimale verlichtingssterkte (E), lux;
• oppervlakte van het grondgebied (S), in sq.m;
• onregelmatigheidscoëfficiënt van de verlichtingssterkte (z), voor LED-armaturen is deze gelijk aan 1,2;
• vermenigvuldigingsfactor die rekening houdt met de verzwakking van de lichtstroom aan het einde van de levensduur van de lamp (k); voor LED-armaturen is deze gelijk aan 1,2;
• lichtstroom van één lamp (F), lm;
• is een reflectiecoëfficiënt van objecten die zich dichtbij (n) bevinden, voor asfalt kan deze worden genomen als 0,3.

Deze waarden zijn gerelateerd door de formule N=E*S*z*k/(F*n).

Speelplaats verlichting

Laten we een speelplaats van 150 vierkante meter verlichten. Er zijn armaturen beschikbaar die elk een lichtstroom van 1500 lm uitstralen. Door de waarden in de formule in te vullen, verkrijgen we N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Het resultaat is 4,8 of 5 armaturen. Dit is het minimumaantal; in feite kunnen er meer worden geïnstalleerd.

Het is niet mogelijk de lichtstroom van de bestaande verlichting te specificeren, maar wel het aantal armaturen dat in een gebied kan worden geïnstalleerd. Bereken in dat geval de lichtstroom van elke lamp. De berekeningsformule ziet er als volgt uit F=E*S*k*z/(N*n). Als het eindresultaat niet in de standaardreeks past lampkenmerkenmoet het naar boven worden afgerond.

Verhouding tussen lumen en watt

Consumenten over de hele wereld zijn er door het gebruik van gloeilampen al tientallen jaren aan gewend om de lichtsterkte te relateren aan het stroomverbruik. Voor deze verouderde toestellen was dit een verstandige beslissing - de technologische ontwikkeling in deze richting is al lang tot stilstand gekomen. De verhouding tussen wattage en lichtintensiteit is ingeburgerd en een kwestie van gewoonte geworden.

Voor LED-verlichting er is geen rechtstreeks verband tussen het energieverbruik in watt en de lichtopbrengst in lumen. Om precies te zijn, het is er wel, maar alleen voor het moment. De technologie gaat vooruit, de kristalproductie wordt verbeterd en er worden nieuwe fosforen ontwikkeld met een grotere lichtopbrengst. De huidige verhoudingen zullen morgen hopeloos verouderd zijn.

Lichtintensiteitstabel

Tot op heden is de overeenkomst tussen de lichtstroom van moderne LED-lampen en hun stroomverbruik als volgt:

Dit zijn bij benadering afgeronde waarden, aangezien de op de markt verkrijgbare lampen in de loop der jaren door verschillende fabrikanten zijn vervaardigd met gebruikmaking van verschillende technologieën. Voor het oog is dit verschil nauwelijks waarneembaar.

De volgende video besluit: Onderscheid en correlatie van watts, lumen en Kelvin.

Met een duidelijk inzicht in het verband tussen de kenmerken van lichtemissie is het mogelijk zelf de verlichting van een ruimte of een gebied te berekenen. Daartoe moet u de verlichtingsnormen en de technische kenmerken van de LED lampen kennen.