Descripción detallada del flujo luminoso de las lámparas LED.
Al diseñar sistemas de iluminación para locales, es necesario guiarse por ciertos valores para unificar los procedimientos de cálculo. Se requieren los mismos valores universales para los consumidores comunes para navegar en varios tipos de fuentes de luz. Durante mucho tiempo, para las lámparas incandescentes, este valor era un vatio de potencia eléctrica consumida. Pero estos dispositivos están saliendo del escenario, por lo que se necesita encontrar algo más.
¿Qué es el flujo luminoso?
De hecho, para calcular la iluminación, los diseñadores utilizaron anteriormente otro valor: la candela (vela), que también tiene una correspondencia directa con los vatios consumidos por una lámpara incandescente. En la literatura técnica de principios de la segunda mitad del siglo pasado, se pueden encontrar las expresiones "lámpara de mil velas", etc. La luminancia en candela se refiere a la potencia de la luz en vatios emitida en una dirección particular. Como asociación visual, tal brillo lo proporciona una vela ordinaria de parafina o estearina encendida. De ahí el nombre.Este enfoque proporciona una representación visual del brillo como el número de velas encendidas.
¡Importante! Los vatios utilizados para calcular la candela no están relacionados con la energía eléctrica: la fuente de luz puede no ser eléctrica (la misma vela).
Existe una definición para el concepto de flujo luminoso: el poder de la energía de radiación, que se estima mediante la sensación de luz. O el número de fotones emitidos por unidad de tiempo. Matemáticamente, se ve así: si una fuente puntual con una fuerza de 1 candela irradia un flujo en un ángulo sólido igual a un estereorradián, entonces crea un flujo luminoso de 1 lumen (lm).
El concepto de un estereorradián necesita aclaración. Para representar un ángulo sólido de 1 sr, necesitas tomar un cono con un vértice en el centro de una esfera de radio R, que recorta un área en la superficie de la esfera igual a R2 . El ángulo de apertura de dicho cono es de unos 65 grados.
Si una fuente de luz puntual de 1 candela, que irradia por igual en todas las direcciones, se coloca en una esfera con un radio de 1 m, se creará una iluminación igual a 1 lux (lx) en su superficie interior. Este valor se utiliza para establecer las normas de iluminación. Entonces, para varias premisas, según SNiP, se deben cumplir las siguientes condiciones:
- aulas de escuelas secundarias - 500 lux;
- público universitario - 400 lux;
- gimnasios - 200 lx.
Los estándares de iluminación también se establecen para otras habitaciones.
Si un flujo luminoso de 1 lm cae sobre 1 m2. superficie, crea una iluminación de 1 lux. De ahí la relación entre lumen y lux: 1 lux = 1 lm/m2. Por ejemplo, para proporcionar una iluminación suficiente en un auditorio con una superficie de 100 metros cuadrados, se necesita un flujo luminoso de 40.000 lúmenes.También se debe tener en cuenta que la iluminación disminuye en proporción al cuadrado de la distancia a la fuente de luz, por lo tanto La altura de la suspensión de la lámpara es importante.
Principio de funcionamiento
Para comprender la conveniencia de usar todas estas cantidades, es necesario considerar la dirección de emisión del LED y los conceptos relacionados.
El diseño del diodo emisor de luz es tal que no envía luz uniformemente en todas las direcciones: el hemisferio inferior está cubierto por el sustrato y el diseño de la lente es tal que no proporciona una radiación uniforme en el hemisferio superior. Como resultado, el flujo de luz principal se concentra en la dirección superior y se debilita hacia la periferia del cono de luz. En un cierto ángulo de visión, la intensidad del brillo se reduce a la mitad, y cuando se alcanza un ángulo aún mayor, la luz se vuelve invisible. El primer ángulo (bac) se llama ángulo de brillo medio y el segundo (fah) se llama ángulo de brillo total.
Los mismos puntos se aplican al LED con un fósforo. Allí, el ángulo de radiación está limitado por el sustrato y el ángulo de mayor actividad de la radiación iniciadora de la unión p-n. Debe entenderse que es imposible determinar con precisión estos ángulos a simple vista; se necesitan dispositivos especiales. Pero puede comparar visualmente dos LED, que tienen un ángulo de apertura mayor.
Salida de luz de las lámparas LED
La salida de luz de las lámparas LED no depende del grado de calentamiento del cristal. Casi todos los iluminadores blancos están hechos a base de LED con fósforo, por lo que la salida de luz depende de la calidad de este fósforo, de la tecnología con la que se produce. También es importante la emisión de luz del cristal iniciador y la capacidad de esta radiación para hacer que el fósforo brille en la región visible del espectro.
La fuerza del flujo luminoso de la iluminación exterior
Para calcular la iluminación exterior, se debe partir de los estándares mínimos de iluminación, que también se pueden encontrar en el SNiP (SP) correspondiente. Entonces, para los parques infantiles, la iluminación mínima no debe ser inferior a 10 lux.
Los estándares dan los valores mínimos de iluminación, en los cálculos se pueden aumentar.
Para obtener el número deseado de luminarias (N) para obtener la iluminación requerida, debe configurar los datos iniciales:
- iluminación mínima (E), lx;
- área territorial (S), m2;
- coeficiente de desigualdad de iluminación (z), para lámparas LED es igual a 1.2;
- un multiplicador que tiene en cuenta el debilitamiento del flujo luminoso al final de la vida útil de la lámpara (k), para dispositivos LED es 1,2;
- flujo luminoso de una lámpara (F), lm;
- coeficiente de reflexión de objetos cercanos (n), para asfalto se puede tomar como 0.3.
Estas cantidades están relacionadas por la fórmula N=E*S*z*k/(F*n).
Que sea necesario iluminar un parque infantil con un área de 150 m2. En presencia de lámparas que emitan un flujo luminoso de 1500 lm cada una. Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Obtienes 4.8 o 5 lámparas. Esta es la cantidad mínima, de hecho puedes instalar más.
Puede establecerse no por el flujo luminoso de las lámparas disponibles, sino por la cantidad de lámparas que se pueden instalar en el territorio. En este caso, es necesario calcular el flujo luminoso de cada lámpara. La fórmula de cálculo tomará la forma F=E*S*k*z/(N*n). Si el resultado final no cae en la serie estándar características de la lámpara, debe redondearse.
La relación entre lúmenes y vatios
Los consumidores de todo el mundo se han acostumbrado a relacionar el brillo de la iluminación con la energía eléctrica consumida durante las décadas de dominio de las lámparas incandescentes. Para estos dispositivos obsoletos, esto era razonable: el desarrollo de tecnologías en esta dirección ha llegado a un callejón sin salida durante mucho tiempo. La relación de potencia e intensidad de la iluminación se ha establecido y se ha convertido en un hábito.
Para iluminación LED no existe una relación directa entre el consumo de energía en vatios y el flujo luminoso generado en lúmenes. Más precisamente, lo es, pero solo por el momento. Las tecnologías no se detienen, se está mejorando la producción de cristales, se están desarrollando nuevos fósforos con mayor salida de luz. Las proporciones del tiempo presente mañana estarán irremediablemente obsoletas.
Tabla de brillo de luz
En el momento actual, la correspondencia entre el flujo luminoso de las lámparas LED modernas y la potencia que consumen se ve así:
| Flujo luminoso, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Consumo de energía de la lámpara LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Potencia equivalente de una lámpara incandescente, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
La tabla muestra valores redondeados aproximados, ya que las lámparas del mercado han sido producidas durante varios años por diferentes fabricantes con diferentes tecnologías. Para la percepción "a simple vista" esta dispersión prácticamente no se nota.
En conclusión, el video: La diferencia y relación entre vatios, lúmenes y kelvins.
Al tener una comprensión clara de la relación entre las características de la radiación de luz, puede calcular de forma independiente la iluminación de una habitación o territorio. Para hacer esto, debe conocer las normas de iluminación y las características técnicas de las lámparas LED.