Что такое коэффициент использования светового потока и как его рассчитать

Сила светового потока наружного освещения

Для расчета наружного освещения надо исходить из норм минимальной освещенности, которые также можно найти в соответствующих СНиП (СП). Так, для детских площадок минимальная освещенность не должна быть менее 10 лк.

Чтобы получить искомое количество светильников (N) для получения необходимой освещенности, надо задаться исходными данными:

• минимальной освещенностью (E), лк;
• площадью территории (S), кв.м.;
• коэффициентом неравномерности освещения (z), для LED-светильников он равен 1,2;
• множителем, учитывающим ослабление светового потока к концу службы светильника (k), для светодиодных приборов он равен 1,2;
• световой поток одной лампы (F), лм;
• коэффициент учета отражения предметов, расположенных рядом (n), для асфальта его можно принять 0,3.

Эти величины связаны формулой N=E*S*z*k/(F*n).

Освещение детской площадки

Пусть требуется осветить детскую площадку площадью 150 кв.м. В наличии светильники, излучающие световой поток в 1500 лм каждый. Подставив значения в формулу, получим N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Получится 4,8 или 5 светильников. Это минимальное количество, по факту можно установить и больше.

Можно задаться не световым потоком имеющихся фонарей, а количеством светильников, которое можно установить на территории. В этом случае надо вычислить световой поток каждой лампы. Формула расчета примет вид F=E*S*k*z/(N*n). Если итоговый результат не попадает в стандартный ряд характеристик ламп, его надо округлить в большую сторону.

Понятие освещенности

Световой поток измеряется в специальных лабораторных условиях и самопроизвольно его определить невозможно. Поэтому СНиП учитывает величину освещенности, которую, в отличие от светового потока, каждый может измерить самостоятельно. Она представляет собой показатель отношения светового потока, измеряемого в люменах, к площади поверхности, на которую попадают фотоны. Угол падения при этом должен равняться 90°. Единица измерения освещенности — люкс (lux).

Советуем изучить Правило буравчика

Единица освещенности поверхности

Давно уже установлена зависимость психологического и физического состояний человека от света. Если при слабом освещении происходит угнетение мозговых процессов, то при ярком свете они возбуждаются. Но в любом случае сетчатка глаза и ресурсы организма изнашиваются. При проектировании осветительных приборов определяют коэффициент запаса (КЗ), который должен учитывать вероятный спад освещенности установки. Для искусственного света в показателе предусматривается уменьшение яркости по причине износа оптических компонентов устройства и их естественного загрязнения. Коэффициент естественной освещенности снижается вследствие изменения отражающих свойств окружающих предметов.

Измерение освещенности проводится на рабочих местах вместе с определением уровня загрязненности, звуковых колебаний, электромагнитного излучения, а на некоторых производствах и гамма излучения

Важность знания этих параметров трудно переоценить при создании оптимальных условий труда, и все они соответствуют санитарным правилам и нормам. Например, освещенность должна быть:

• в рабочем кабинете — 300 лк;
• в офисе для постоянной работы с компьютером — 500 лк;
• для технических и конструкторских бюро — 750 лк.

В чем измеряется световой поток

Грубо говоря, это своеобразный КПД. Единица измерения светоотдачи – Люмен/Ватт.

Простые лампочки накаливания, люминесцентные, ДРЛ, НЛ и светодиодные одной и той же мощности, имеют различную световую отдачу.

Больше всего этот параметр у светодиодных элементов. А у простой 100 ваттной лампочки самый низкий КПД. У нее всего 2% из всей затрачиваемой энергии идет на освещение.

Однако здесь многое зависит и от самого светильника, его формы, конструкции, производителя и т.д.

Если большинство параметров у различных светильников одинаковые, то главный фактор выбора того или иного источника света – это его световая отдача.

Многие из вас наверняка задумывались, а что лучше и экономичнее – повесить в комнате просто лампочку или лампочку в светильнике? Как раз на помощь здесь и приходит такой параметр, как светоотдача.

Чтобы его узнать, необходимо световой поток источника света разделить на мощность светильника. В итоге и получим данные, измеряемые в Лм/Вт.

Большие люминесцентные лампочки

К большим относятся люминесцентные трубки длиной 47см и 120см  от потолочных и настенных светильников. Обозначаются T5 и T8, цоколь у них G13, G23. Наиболее популярны на 18 вт и 36 вт

При замене на светодиодные трубки  учитывайте, что у них может быть матовый рассеиватель. Изготовитель запросто может указать светопоток без этого рассеивателя, на котором теряется 10-20%. Влияет и количество слоёв люминофора на стенках, от него зависит цветовая температура.

Таблица для простых

Люминесцентные	LED аналог, Ватт	Люмены
10 вт	5	400
15 вт	8	700
16 вт	9	800
18 вт	11	900
23 вт	15	1350
30 вт	20	1800
36 вт	23	2150
38 вт	25	2300
58вт	35	3350
Информация получена с официального сайта Osram для серии Стандарт

Кроме недорогих бюджетных моделей производятся и дорогие улучшенные. Цена отличается значительно,  но это окупается повышенной светоотдачей, которая больше на 50%. Светоотдача улучшенных моделей на 58вт получается, как у светодиодов, 90 лм/вт. Недостатком является высокое реактивное потребление энергии, которое зависит от показателя «коэффициент мощности».

Таблица для улучшенных

Люминесцентные	LED аналог, Ватт	Люмены
10 вт	7	650
15 вт	10	950
16 вт	14	1250
18 вт	15	1350
23 вт	20	1900
30 вт	25	2400
36 вт	35	3350
38 вт	35	3300
58 вт	55	5200
Информация получена с официального сайта Osram для серии Стандарт

Срок службы обычных 15-20 тыс. часов, но есть модели  со сроком работы в 75.000 – 90.000 часов, например из серии Osram LUMILUX XXT T8.

Для потолочных  светильников Армстронг обычно указывают потребление энергии и световой поток, например 36W и 2800лм. Производитель умалчивает, что 2800лм это светопоток ламп без самого светильника. Ведь в нём одна сторона трубки светит в корпус, другая в помещение. Чтобы свет на стенке не терялся, ставят отражатель. Но он расположен близко к трубке, поэтому корпус трубки затеняет часть отраженного света от 15 до 20%. Поэтому реальное количество люмен для светильника Армстронг ниже, вместо 2800лм будет только 2200лм.

У светодиодных трубок T5 T8 такой проблемы нет, отражатель не требуется. Светодиоды установлены с одной стороны и светят только в сторону помещения.

Взаимосвязь люменов и ватт

Потребители во всем мире за десятилетия доминирования ламп накаливания привыкли соотносить яркость освещения с потребляемой электрической мощностью. Для этих устаревших приборов это было резонно – развитие технологий в этом направлении давно зашло в тупик. Соотношение мощности и интенсивности освещения устоялось и вошло в привычку.

Для светодиодного освещения прямой взаимосвязи потребляемой мощности в ваттах и создаваемого светового потока в люменах не существует. Точнее, она есть, но только на текущий момент. Технологии не стоят на месте, совершенствуется производство кристаллов, разрабатываются новые люминофоры с повышенной светоотдачей. Соотношения настоящего времени завтра окажутся безнадежно устаревшими.

Что такое световой поток

Соотношение мощности лампы со светоотдачей

Под потоком света понимается мощность излучения, которое может увидеть человек или световая энергия, поступающая от поверхности (свечение или отражение луча). Полный поток без учета сосредоточенной эффективности приборов, но с учетом бесполезного света, замеряется в люмен-секундах.

Световая величина не является аналогом энергетической, характеризующей свет без зрительных ощущений. Световая, или лучистая энергия может измеряться в джоулях. Единица измерения светового потока – люмен, что значит свечение от одного источника с силой 1 кандела. Телесный угол в данном случае составляет 1 стерадиан.

Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной

Разница «в возрасте» этих типов ламп составляет почти сотню лет. Тем не менее, «старушка» с вольфрамовой нитью в колбе до сих пор остается самой востребованной на рынке.

Светодиодные лампы Navigator Filament

Давайте проведем небольшой сравнительный анализ основных технических характеристик двух типов ламп – накаливания и светодиодной. Ведь не только мощностью отличаются равные по световому потоку изделия.

Светоотдача

Светоотдача лампы определяется как отношение светового потока к мощности. Измеряется этот параметр в Лм/Вт. Светоотдача лампы накаливания колеблется в пределах 8-10 Лм/Вт. Ее светодиодный сородич имеет диапазон 90-110 Лм/Вт. Следовательно, эффективность последнего явно выше.

Цветовая температура

При проектировании освещения дома или офиса специалисты рекомендуют руководствоваться следующей таблицей:

Площадь помещения, кв. м	Требуемая мощность лампы, Вт
Накаливания	Светодиодная
Менее 6	150	18
10	250	28
12	300	33
20	500	56
30	700	80

Теплоотдача

Не менее важной характеристикой, подлежащей сравнению, является теплоотдача от изделия. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов

Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов.

Правда, в основном этот параметр держится в пределах 170 градусов.

Разогретая стеклянная колба является потенциальным источником пожара, поэтому при монтаже осветительной сети в деревянном доме использовать традиционную лампочку не рекомендуют.

В этом плане светодиодная ламп находится в более выигрышном положении: она может нагреться не выше 50 градусов. Следовательно, никаких ограничений в ее применении не существует.

В этой статье речь идет об общих случаях. Для помещений категории повышенной взрыво-пожароопасности выпускаются соответствующая продукция, имеющая высокую степень защищенности.

Срок службы

Светодиодные лампы характеризуются отменной живучестью. Производители утверждают, что прослужить их изделие может более 50 тысяч часов. Лампы накаливания живут намного меньше – всего 1000 часов. Поэтому гораздо выгоднее один раз купить дорогую лампочку, которая прослужит несколько лет, чем каждые 3 месяца менять дешевую.

Типы светодиодных ламп

Однако долговечность светодиода не отражает одного прискорбного факта: со временем интенсивность его свечения снижается. Примерно через 4000 часов работы свет от него заметно потускнеет.

Деградация светодиода тем выше, чем ниже его качество. Много нареканий в этом плане возникает у потребителей к китайской продукции.

КПД

Коэффициент полезного действия ламп освещения говорит о том, какой процент потребленной электроэнергии превращается в свет, а какой – в тепловую энергию. КПД светодиодов составляют примерно 90%, лампа накаливания может похвастаться лишь семью-девятью процентами.

Thomson Filament — светодиодные лампы нового поколения

Цена

В интернете бурно спорят противники и сторонники светодиодов. Предмет их спора – стоимость. Ведь стоят светодиодные лампы более чем в 10 раз выше обычных. В пользу первых говорит малая мощность, а, следовательно, низкое энергопотребление.

Для наглядности сведем показатели экономичности ламп разного типа в таблицу:

Наименование показателя	Лампа накаливания	Люминесцентная	Светодиодная
Мощность, Вт	60	12	5
Стоимость изделия, руб.	30	150	300
Энергопотребление за год, кВт*ч	175	35	14
Стоимость потребленной энергии*, руб./год	526	105	44

Таблица составлена на основе следующих исходных данных: в среднем лампочка горит около 8 часов в сутки или 8 х 365 = 2920 часов; стоимость 1 кВт*ч принята за 3 рубля.

Из таблицы видно, что даже без учета долговечности ламп светодиодная по сравнению с лампой накаливания занимает явно выигрышное положение.

Прочие характеристики

• силе тока;
• механической прочности;
• цветовой температуре и некоторым другим показателям.

Давайте сравним две лампы:

• светодиодную мощностью 9 Вт;
• накаливания на 60 Вт.

Результаты сравнения сведем в таблицу:

Наименование параметра	Светодиодная, 9 Вт	Накаливания, 60 Вт
Сила тока, А	0,072	0,27
Эффективность светоотдачи, Лм/Вт	53,4	10,3
Световой поток, Лм	454,2	612
Цветовая температура, К	5500-7000	2800
Рабочая температура, С	70	180
Чувствительность к низким температурам	отсутствует	Присутствует у некоторых ламп
Чувствительность к влажности	отсутствует	Присутствует у некоторых
Механическая прочность	Высокая – можно трясти	Низкая – при сотрясении может оборваться нить или лопнуть стекло
Тепловое излучение, БТЕ/ч	3,4	85

Все вышеприведенные таблицы позволяют составить общее представление о преимуществах и недостатках светодиодов и лампочек накаливания.

Понятие освещенности

Световой поток измеряется в специальных лабораторных условиях и самопроизвольно его определить невозможно. Поэтому СНиП учитывает величину освещенности, которую, в отличие от светового потока, каждый может измерить самостоятельно. Она представляет собой показатель отношения светового потока, измеряемого в люменах, к площади поверхности, на которую попадают фотоны. Угол падения при этом должен равняться 90°. Единица измерения освещенности — люкс (lux).

Советуем изучить Дистанционное управление яркостью света

Единица освещенности поверхности

Давно уже установлена зависимость психологического и физического состояний человека от света. Если при слабом освещении происходит угнетение мозговых процессов, то при ярком свете они возбуждаются. Но в любом случае сетчатка глаза и ресурсы организма изнашиваются. При проектировании осветительных приборов определяют коэффициент запаса (КЗ), который должен учитывать вероятный спад освещенности установки. Для искусственного света в показателе предусматривается уменьшение яркости по причине износа оптических компонентов устройства и их естественного загрязнения. Коэффициент естественной освещенности снижается вследствие изменения отражающих свойств окружающих предметов.

Измерение освещенности проводится на рабочих местах вместе с определением уровня загрязненности, звуковых колебаний, электромагнитного излучения, а на некоторых производствах и гамма излучения

Важность знания этих параметров трудно переоценить при создании оптимальных условий труда, и все они соответствуют санитарным правилам и нормам. Например, освещенность должна быть:

• в рабочем кабинете — 300 лк;
• в офисе для постоянной работы с компьютером — 500 лк;
• для технических и конструкторских бюро — 750 лк.

Сила света – основной показатель

Сила света относится к одной из первичных характеристик любого излучателя в установленном оптическом диапазоне. Она точно определяет, какое количество мощности переносится в тех или иных направлениях, ограниченных условным телесным углом. Поэтому на графическом изображении конфигурация силы света не будет иметь вид прямой линии.

Вершина телесного угла располагается в центре сферы. Единицей измерения этого угла служит стерадиан. Для его вычисления необходимо площадь воображаемого шара соотнести с квадратом радиуса. Поэтому стерадиан является безразмерной величиной, как и сам телесный угол. Согласно определения, на площадь сферы помещается 12,56 стерадиана или 4 Пи.
Телесный угол является объемным и выглядит в виде конуса, вершина которого расположена в центре воображаемого шара. Однако его основание нельзя считать плоскостью, поэтому сравнение телесного угла и конуса будет не совсем корректным. В качестве основания рассматривается та часть сферы, которая отсекается боковой поверхностью. Вместе с тем, следует отметить, что сила света для проведения практических расчетов используется крайне редко. Вместо него стали пользоваться таким интегральным параметром как световой поток, значение которого наносится на все этикетки приборов освещения.

Характеристики

Для описания характеристики применяются названия показателя и его значение.

Данные характеристики приведены в таблице:

Наименование	Показатель
Мощность, Вт	бытовое применение – 25-150Вт, другое – до 1000
Накаливание нити, градусов	до 2000-2800
Напряжение, В	220-330
Световая отдача, Лм/1Вт	9-19
Размер и маркировка цоколя	Е 14, Е 27, Е 40
Тип цоколя	Резьбовой, штифтовой
Часы работы, часов	до 1000
Вес, г	15

Устройство и схема

Устройство лампочки накаливания у всех ее видов практически одинаковое:

• Основная рабочая деталь – вольфрамовая спираль. Обладает сопротивлением в три раза больше, чем медный материал. Из него достигается выплавка максимально тонких элементов. Электроды поддерживают данную спираль и переводят ток.
• Стеклянная колба. Она заполнена инертным газом. Именно он не дает сгореть нити и препятствует окислению металлических элементов.
• Цокольная часть. Она присутствует во всех видах, кроме автомобильных. По цоколю нарезана резьба, ее шаг может отличаться у каждого вида.

Подробная схема составляющих отображена на рисунке:

Принцип действия

Принцип работы лампы накаливания заключается в нагревании вещества, через который протекает ток. Веществом выступает сама нить накаливания, ее температура нарастает в момент замыкания электроцепи. При этом возникает результат электромагнитного термического испускания. Видимым для глаза оно становится при прогревании более 570 градусов, при этом начинается красное свечение.

Нить накаливания нагревается до 2800 градусов. В процессе прогревания вольфрам преобразовывается в оксид (белый поверхностный налет), для этого и происходит закачка в полость нейтральных газов. При монтаже лампочки (закручивания ее в патрон), замыкается цепь и происходит процесс разогрева нити, и происходит подача света.

Цоколь

Распространенными считаются лампочки с маркировкой цоколя E14, E27, E40. Где цифра означает диаметр самого цоколя. Без резьбовые элементы встречаются в автомобильных производствах.

Есть страны, где другое напряжение в сети и, соответственно, применяются лампочки с другим диаметром цоколя – Е12, Е17, Е26, Е39.

Маркировка

Перед покупкой надо изучить маркировку. Она представлена буквенным и цифровым сочетанием. Буквенная маркировка и значение представлены в таблице:

Буквенная маркировка	Значение
Б	биспиральная
БО	Биспиральная с опаловой колбой, наполненной аргоном
БК	Биспиральная, наполнение колбы криптоном
ДБ	Диффузная с матированием внутри колбы
В	Вакуумная
Г	Газонаполненная
О	Опаловая колба
М	Молочная колба
Ш	Шаровидная
З	Зеркальная
МО	Для местного освещения

Цифры указывают на пределы напряжения, мощности.

Коэффициент полезного действия

У данных ламп низкий КПД (коэффициент полезного действия). Он выражается соотношением мощности излучением, заметным человеку. При прогревании нити до 2700 К, КПД до 5 процентов. Остальная энергия затрачивается на инфракрасное излучение, которое не просматривается человеческим глазом, только чувствуется теплом. Если повышать КПД хотя бы до 20 процентов, необходимо увеличить прогревание нити до 3400 К.

Свет при этом будет светить в два раза ярче, но срок службы лампы сократится на 95 процентов. И наоборот, снижение напряжения, увеличит период работы во много раз. Все это учитывается при производстве дежурного освещения, которое требует надежности.

Таблица соотношения люменов и ватт в лампочке

Световой поток измеряется в люменах (Лм). В светодиодах световые потоки колеблются в зависимости от производителя, его качества товара, напряжения. Примерное значение для одного Вт составляет 80-150 Лм. В таблице приведено соотношение Лм и Вт для лампочек накаливания по отношению к светодиодной лампе:

Светодиодная лампа, Вт	Лампа накаливания, Вт	Световой поток, Лм
4-5	40	400
8-10	60	700
10-12	75	900
13-15	100	1200

Сколько люменов в 1 Вт лампочки

Проще всего использовать таблицу люменов для самых распространенных видов ламп и вариантов их мощности. Разновидностей не так много, поэтому можно быстро сориентироваться и подобрать оптимальное значение. Все данные усреднены, так как значения могут меняться в зависимости от особенностей конструкции и производителя.

Световой поток в Лм	Лампы накаливания (Вт)	Светодиодные варианты (Вт)	Люминесцентные лампы (Вт)
200	20	2-3	5-7
400	40	4-5	10-13
700	60	8-10	15-16
900	75	10-12	18-20
1200	100	12-15	25-30
1800	150	18-20	40-50
2500	200	25-30	60-80

Чем выше мощность лампы – тем больше световой поток, это правило действует для всех видов.

Лучше всего изучать информацию на упаковке, там обычно есть точные данные, от которых можно отталкиваться. Соотношение может меняться, так как сейчас появляются новые типы диодов с увеличенной яркостью, которые намного эффективнее, но при этом потребляют меньше электроэнергии.

Если нет данных, сколько люмен в лампе накаливания 100 Вт, что бывает часто, можно самостоятельно провести вычисления. Даже если таблицы не окажется под рукой, несложно запомнить соотношение. В 1 ватте мощности примерно 12 люмен светового потока. Используя эту информацию не составит труда определить показатели для вариантов любого типа. Фактические цифры могут отличаться, но несущественно. Обычно изделия с нитью накала берутся с запасом по яркости в 20-30%, чтобы исключить любые проблемы.

Определить люмены в светодиодных лампах намного сложнее. Тут все зависит от вольтамперных характеристик используемых диодов, а также от типа рассеивателя, расположения элементов и системы охлаждения. Поэтому надо изучить информацию на упаковке или во вкладыше при его наличии. Обычно у этого типа ламп есть все необходимые данные

Но при этом важно помнить, что фактические значения могут отличаться от заявленных, особенно у дешевых изделий. Поэтому стоит приобретать изделия известных фирм, которые хорошо зарекомендовали себя

Показатели светодиодной лампы во многом зависят от ее конструкции.

Чтобы узнать соотношение Лм в светодиодных лампах и других типах изделий, проще всего использовать таблицу из этого раздела. С ее помощью можно быстро сориентироваться, чтобы понять, какая мощность светодиодного варианта нужна вместо лампы накаливания или люминесцентной.

Определить показатели на глаз сложно, так как яркость может восприниматься по-разному в зависимости от высоты расположения светильника. Также на показатели влияет цвет стен, пола и потолка, в зависимости от этого меняется отражение света. Измерить люмены в лампах проще всего с помощью люксометра, так называется специальное приспособление, которое показывает фактическую освещенность в люксах.

Замеры производятся в нескольких местах помещения, так как значение имеет не только яркость, но и равномерность освещения. Для жилых комнат нужно проверять показатели на уровне пола, для офисов и производств измерения делают на рабочих поверхностях. Так можно быстро проверить, соответствуют ли указанные данные фактическим показателям.

Диапазон измерения освещенности

Специальный прибор для измерения освещенности, люксметр, выбирают с учетом предполагаемой рабочей области. Нет смысла в избыточной трате энергетических ресурсов без действительной необходимости. Профессиональные расчеты выполняют с учетом особенностей отдельных операций: от общего наблюдения до действий с мелкими деталями высшей точности.

Нормативная освещенность объектов

Объект	Нормативная освещенность в люксах (лк)
Кухня	150
Детская комната	200
Гостиная, столовая	150
Входная группа, коридоры между комнатами	50
Библиотека, кабинет	300
Межэтажные лестничные пролеты	20
Площадка перед лифтом	30
Тепловой пункт	20
Фойе, приемные	150
Проектные организации	500
Ремонтные и сервисные мастерские	300
Серверная комната, операционный зал в банке	400
Помещение для сейфа	150
Аудитории высших учебных заведений	400
Спортивные залы	200
Бильярдные комнаты	300
Бассейн	150
Торговый зал в магазине	500
Склад в прачечной	50
Муниципальная автомобильная дорога с проходимостью 500-1000 транспортных средств за час	15
Центральные аллеи на выставках	10

Существенное значение имеет чувствительность человеческого глаза к определенным участкам спектра. Современные приборы для измерения света создают с учетом соответствующих особенностей. Обычно проверяют видимый диапазон. Однако надо помнить о том, что незаметное ультрафиолетовое излучение при большой интенсивности оказывает негативное влияние на сетчатку.

Также проверяют пульсации с частотой до 300 Гц. Они заметны для человеческого зрения. Подобные изменения амплитуды излучения вызывают дискомфорт, вплоть до болезненных ощущений. Необходимо помнить о вреде избыточной освещенности. В подобных условиях значительно возрастают общие нагрузки, так как активизируются обменные процессы в организме.

Интересно. Отдельно следует упомянуть уход за растениями. Освещенность для роз и пальм устанавливают выше 14 000-16 000 люкс. Неприхотливым фикусам достаточно 8 000-11 000 люкс.

Советуем изучить Постоянный и переменный ток

Контроль освещения позволяет при разумных затратах энергии получать хорошие показатели урожайности в круглогодичном режиме