Podrobný opis LED žiaroviek so svetelným tokom
Pri plánovaní systému osvetlenia miestnosti je potrebné zohľadniť určité hodnoty, aby sa harmonizovali postupy výpočtu. Rovnaké univerzálne hodnoty sú potrebné aj pre bežného spotrebiteľa, aby sa dokázal orientovať v rôznych typoch svetelných zdrojov. Dlhý čas bola táto hodnota pre žiarovky jeden watt spotreby elektrickej energie. Tieto zariadenia však opúšťajú scénu, takže je potrebné niečo iné.
Čo je svetelný tok
V skutočnosti sa na výpočet intenzity osvetlenia už skôr používala iná veličina - kandela (sviečka), ktorá tiež priamo zodpovedá wattom spotrebovaným žiarovkou. V technickej literatúre zo začiatku druhej polovice minulého storočia možno nájsť výrazy ako "lampa s tisíckou sviečok" atď. Svietivosť v kandelách označuje výkon svetla vyžarovaného v určitom smere vo wattoch. Ako vizuálnu asociáciu poskytuje tento jas obyčajná horiaca parafínová alebo stearínová sviečka. Preto ten názov. Tento prístup poskytuje vizuálne znázornenie jasu ako počtu horiacich sviečok.
Dôležité! Watty používané na výpočet kandely nemajú nič spoločné s elektrickým výkonom - zdroj svetla nemusí byť elektrický (tá istá sviečka).
Existuje definícia pojmu svetelný tok - výkon energie žiarenia, ktorý sa hodnotí svetelným vnemom. Alebo počet fotónov vyžiarených za jednotku času. Matematicky to vyzerá takto: ak bodový zdroj s výkonom 1 kandela vyžaruje tok v pevnom uhle rovnom jednému steradiánu, potom vytvára svetelný tok 1 lumen (lm).
Pojem steradián si vyžaduje vysvetlenie. Aby sme mohli znázorniť uhol 1 sf, musíme vziať kužeľ s vrcholom v strede gule s polomerom R, ktorý pretína plochu rovnú R2 . Uhol otvorenia takéhoto kužeľa je približne 65 stupňov.
Ak sa bodový zdroj svetla s intenzitou 1 kandela, ktorý vyžaruje rovnako do všetkých smerov, umiestni do gule s polomerom 1 m, vytvorí na jej vnútornom povrchu intenzitu osvetlenia rovnú 1 luxu (lx). Táto hodnota sa používa na nastavenie noriem osvetlenia. Podľa SNiP by teda mali byť splnené podmienky pre rôzne miestnosti:
- učebne všeobecných škôl - 500 luxov;
- učebne vysokých škôl - 400 luxov; - posluchárne vysokých škôl - 400 luxov; - telocvične - 200 luxov;
- telocvične - 200 luxov.
Normy osvetlenia sú stanovené aj pre ostatné miestnosti.
Ak svetelný tok 1 lm dopadá na 1 m2 plochy, vytvára osvetlenosť 1 lux. Z toho vyplýva vzťah medzi lumenom a luxom: 1 lux = 1 lm/m2. Napríklad na zabezpečenie dostatočného osvetlenia v učebni s rozlohou 100 metrov štvorcových je potrebný svetelný tok 40000 lm. Treba tiež vziať do úvahy, že jas klesá úmerne štvorcu vzdialenosti od zdroja svetla, takže je dôležitá výška, v ktorej je svietidlo zavesené.
Princíp fungovania
Na pochopenie využiteľnosti všetkých týchto veličín je potrebné zvážiť smer vyžarovania LED a pojmy s ním spojené.
Konštrukcia svetelnej diódy je taká, že nevysiela svetlo rovnomerne do všetkých smerov - spodná pologuľa je pokrytá substrátom a konštrukcia šošovky je taká, že nezabezpečuje rovnomerné vyžarovanie v hornej pologuli. V dôsledku toho sa hlavný svetelný tok sústreďuje v hornom smere a smerom k okraju svetelného kužeľa slabne. Pri určitom uhle pohľadu sa intenzita svetla zníži na polovicu a pri ešte väčšom uhle je svetlo neviditeľné. Prvý uhol (bac) sa nazýva uhol polovičného jasu a druhý uhol (fah) sa nazýva uhol plného jasu.
Rovnaké body platia aj pre LED s luminoforom. Tam je emisný uhol obmedzený substrátom a uhlom najväčšej aktivity iniciačného žiarenia p-n prechodu. Musíte si uvedomiť, že tieto uhly nie je možné presne určiť od oka - potrebujete špeciálne prístroje. Môžete však vizuálne porovnať dve LED diódy - ktorá má väčší uhol otvorenia.
Svetelný výkon LED žiaroviek
Svetelný výkon LED žiaroviek nezávisí od stupňa zahriatia kryštálu. Prakticky všetky biele LED svietidlá sú vyrobené na báze LED luminoforu, takže svetelný výkon závisí od kvality luminoforu a technológie jeho výroby. Dôležitá je aj emisia svetla z iniciačného kryštálu a schopnosť tejto emisie spôsobiť žiarenie luminoforu vo viditeľnej časti spektra.
Svetelný tok vonkajšieho svetla
Pri výpočte vonkajšieho osvetlenia je potrebné zohľadniť minimálne požiadavky na osvetlenie, ktoré sa nachádzajú aj v príslušných STN (stavebné normy a predpisy). Napríklad v prípade detských ihrísk by minimálna intenzita osvetlenia nemala byť nižšia ako 10 luxov.
V predpisoch sú uvedené minimálne hodnoty osvetlenia, ktoré sa môžu pri výpočte zvýšiť.
Aby ste získali potrebný počet svietidiel (N) na získanie požadovanej osvetlenosti, musíte zadať počiatočné údaje:
- minimálna osvetlenosť (E), lux;
- rozloha územia (S), m2
- koeficient nepravidelnosti osvetlenia (z), pre LED svietidlá sa rovná 1,2;
- násobiteľ, ktorý zohľadňuje oslabenie svetelného toku na konci životnosti (k); pre LED svietidlá sa rovná 1,2;
- svetelný tok jedného svietidla (F), lm;
- je koeficient odrazu objektov nachádzajúcich sa v blízkosti (n), pre asfalt sa môže považovať za 0,3.
Tieto hodnoty sú spojené vzorcom N=E*S*z*k/(F*n).
Osvetlíme detské ihrisko s rozlohou 150 m2. K dispozícii sú svietidlá, z ktorých každé vyžaruje svetelný tok 1500 lm. Dosadením hodnôt do vzorca dostaneme N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Výsledkom je 4,8 alebo 5 svietidiel. Toto je minimálny počet; v skutočnosti ich možno nainštalovať viac.
Nie je možné určiť svetelný tok existujúcich svietidiel, ale počet svietidiel, ktoré možno v oblasti nainštalovať. V tomto prípade vypočítajte svetelný tok každého svietidla. Výpočtový vzorec bude vyzerať takto F=E*S*k*z/(N*n). Ak konečný výsledok nezapadá do štandardného radu vlastnosti svietidlamusí sa zaokrúhliť nahor.
Vzťah lúmenov a wattov
Spotrebitelia na celom svete si za desaťročia používania žiaroviek zvykli spájať svietivosť so spotrebou elektrickej energie. V prípade týchto zastaraných zariadení to bolo rozumné rozhodnutie - technologický vývoj v tomto smere sa už dávno zastavil. Pomer výkonu a intenzity svetla sa ustálil a stal sa vecou zvyku.
Pre osvetlenie LED medzi spotrebou energie vo wattoch a svetelným výkonom v lumenoch neexistuje priama úmera. Presnejšie povedané, je tam, ale len zatiaľ. Technológia napreduje, výroba kryštálov sa zlepšuje a vyvíjajú sa nové luminofory s vyššou svietivosťou. Súčasné vzťahy budú zajtra beznádejne zastarané.
Tabuľka intenzity svetla
K dnešnému dňu zodpovedá svetelný tok moderných LED žiaroviek a ich spotreba energie nasledovne:
| Svetelný tok, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Spotreba energie LED svietidla, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Ekvivalentný výkon žiarovky, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Ide o približné zaokrúhlené hodnoty, pretože svetelné zdroje dostupné na trhu vyrábali rôzni výrobcovia s použitím rôznych technológií v priebehu rokov. Na prvý pohľad je tento rozdiel sotva viditeľný.
Nasledujúce video obsahuje: Rozdiel a korelácia wattov, lúmenov a kelvinov.
S jasným pochopením vzťahu medzi charakteristikami vyžarovania svetla je možné vypočítať osvetlenie miestnosti alebo priestoru. Na to je potrebné poznať normy osvetlenia a technické vlastnosti LED žiaroviek.