Люмен (лм, lm) - единица измерения светового потока в СИ. Где СИ - система единиц физических величин, (фр. Le Syst?me International d"Unit?s, SI).
Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд? ср). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4? люменам.
Обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1300 лм. Компактная люминисцентная лампа дневного света мощностью 26 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1600 лм. Световой поток Солнца равен 3,63·10 в 28 степени лм.
Люмен - полный световой поток от источника. Однако, это измерение обычно не принимает во внимание сосредотачивающую эффективность отражателя или линзы и поэтому не является прямым параметром оценки яркости или полезной производительности луча . У широкого светового луча может быть тот же самый показатель люмен, как и у узкосфокусированного. Люмены не могут использоваться, чтобы определить интенсивность луча, потому что оценка в люменах включает в себя весь рассеянный бесполезный свет.
Люкс (лк, lx) - единица измерения освещённости в системе СИ.
Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 кв м при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен.
100 люменов собрали и спроецировали на 1-метровую квадратную область. Освещенность области составит 100 люкс. Те же самые 100 люменов, направленные на 10 квадратных метров, дадут освещенность 10 люкс.
Кандела (кд, cd) - одна из семи основных единиц измерения системы СИ, равна силе света, испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой 540·10 в 12 степени Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср. Стерадиа?н (русское обозначение: ср, международное: sr) - единица измерения телесных углов.
Выбранная частота соответствует зелёному цвету. Человеческий глаз обладает наибольшей чувствительностью в этой области спектра. Если излучение имеет другую частоту, то для достижения той же силы света требуется бо"льшая энергетическая интенсивность.
Ранее кандела определялась как сила света, излучаемого чёрным телом перпендикулярно поверхности площадью 1/60 кв см при температуре плавления платины (2042,5 К). В современном определении коэффициент 1/683 выбран таким образом, чтобы новое определение соответствовало старому.
Сила света, излучаемая свечой, примерно равна одной канделе (лат. candela - свеча), поэтому раньше эта единица измерения называлась «свечой», сейчас это название является устаревшим и не используется.
Сила света типовых источников:
| Источник | Мощность, Вт | Примерная сила света, кд |
| Свеча | 1 | |
| Современная (2016 г) лампа накаливания | 100 | 100 |
| Обычный светодиод | 0,015 | 5 мкд |
| Сверхъяркий светодиод | 1 | 25 |
| Сверхъяркий светодиод с коллиматором | 1 | 1500 |
| Современная (2016 г) люминесцентная лампа | 20 | 100 |
Black Diamond – фирма-законодатель мирового профессионального альпинистского и скалолазного снаряжения. Бренд выпускает высококачественные налобные и подвесные фонари, которые можно использовать даже на глубине одного метра под водой в течение получаса. BD предлагает туристические осветительные приборы с показателями светового потока до 200 люмен при сравнительно небольшом весе. Многие фонари наделены несколькими режимами освещения для удобства работы на альпинистском маршруте и в быту. Яркие, легкие, аккуратные и практичные, фонари БлекДиамонд не подведут даже в самой экстремальной ситуации.
Световой поток фонарей (лм)
big LED-high, big LED-med, big LED-low, 5 MM - High, 5 MM - medium, 5 MM - low
| Фонарь Black Diamond (BD) | Световой поток, (лм) |
| Icon | 200 |
| Spot new | 200 |
| Cosmo new | 90 |
| Wiz new | 30 |
| Ion | 80 |
| Ember Power Light | 150 |
| Orbit Lantern | 105 |
| Voyager Lantern | 140 |
| Фонарь Petzl | Световой поток (лм) |
| Tikka XP | 180 |
| MYO XP | 140 |
Вокруг понятия «люмен» возникает множество мифов, поэтому, чтобы развеять некоторые из них, рассмотрим наиболее часто задаваемые вопросы, вроде таких, как: сколько люмен в лампе накаливания, в светодиодной лампе, сколько люмен содержит 1Вт светодиодной лампы, как определить ее световой поток, и какие светодиодные лампы аналогичны лампам накаливания.
Для начала разберемся, что подразумевает под собой понятие «люмен». Люмен является единицей измерения светового потока, исходящего от источника света, которым может быть лампа накаливания, светодиодная лампа, светодиод или другой осветительный прибор.
Чтобы проще было проводить сравнительный анализ, можно обратиться к таблице, где приведены соотношения СП (люмен) к мощности осветительного прибора (Вт) для ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Исходя из этих данных, видно, что светодиодные лампы в 10раз эффективнее, чем лампы накаливания, и в 2раза – чем люминесцентные. К тому же, в отличие от люминесцентных ламп и ламп накаливания, светодиодная лампа, следовательно, и светодиод, испускает направленный свет, из чего можно заключить, что и освещенность от светодиодной лампы будет значительно выше. Поэтому, используя светильник светодиодный уличный в качестве освещения, можно достичь гораздо лучшей освещенности, чем при использовании других ламп.
Что касается количества люмен в 1Вт светодиодной лампы.
У светодиодов световой поток колеблется от 80 до 150Лм из 1Вт. Это обуславливается некоторыми отличиями вольтамперных характеристик светодиодов и систем охлаждения. Световой поток экспериментальных светодиодов доходит до 220Лм/Вт, но такие светодиоды не встречаются в массовом производстве.
Как можно определить количество люмен в светильнике или лампочке.
Обычно эта информация указана на упаковке или в инструкции к товару, но можно воспользоваться и табличными данными.
Для самостоятельного определения люменов нужен люксметр, определяющий уровень освещенности на каждом участке помещения. Люкс в данном случае – это количественное отношение люмен на площадь освещения (1люкс-1люмен на м2). При силе света, исходящего от изотропного источника, равного 1 кандела, полный световой поток равен 4
Самое привычное для нас световое устройство это обычная лампочка накаливания. Она представляет собой источник освещения, состоящий из стеклянной колбы, тела накаливания, электродов, цоколя и изолятора.
В наше время стали популярны . Они просты, надежны, и приобрести их можно по очень невысокой цене. Несмотря на популярность ламп накаливания, они обладают рядом недостатков. КПД такого прибора около 2%, низкая светоотдача в пределах 20 Лм/Вт и короткий, около 1000 часов, срок службы.
Принцип работы
При подключении к электрической сети лампа накаливания преобразует электрическую энергию в световую , посредством нагревания проводника (нити) накала. Изготовленная из тугоплавкого вольфрама или его сплавов, нить находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом или вакуумом (для маломощных ламп до 25 Вт).
Устройство работы лампочки “Ильича”
Колба служит для защиты от воздействия внешних факторов, а инертный газ (криптон, азот, ксенон, аргон и их смеси) не позволяет вольфрамовому проводнику окислиться и уменьшает теплопотери. Нить раскаляется под действием проходящего через нее тока до температуры порядка 3000ºС (такая высокая температура со временем приводит к истончению и перегоранию проводника).
В результате нагрева происходит электромагнитное излучение, небольшая доля которого находится в видимом спектре, основная часть представляет собой инфракрасное излучение. возникает, когда очень высокая температура нити накала преобразует электромагнитное излучение в видимый .
Потребляемая лампой энергия частично преобразуется в видимое глазом излучение. Основная часть под действием конвекции внутри колбы рассеивается в процессе теплопроводности.
Возникающий в лампах накаливания свет находится в части желтого и красного спектра лучей, поэтому близок к дневному свету.
Световой поток
Прямое назначение любого светового прибора – освещение. В лампе накаливания оно создается путем преобразования тепловой энергии в световой поток.
Люксметр – прибор для измерения светоотдачи и пульсации лампочки
Определение и правила измерения
Световой поток - величина, которая характеризует световую мощность (световая энергия, которая переносится через некоторую поверхность за единицу времени излучением) видимого излучения в потоке этого излучения, то есть по производимому на глаз человека световому ощущению.
Чувствительность этого ощущения можно определить по кривой спектральной эффективности, которая утверждена МКО. Единицей измерения светового потока в Международной системе единиц является люмен (лм или lm) , который рассчитывается по формуле:
1 лм = 1 кд*ср (1 лк × м2) , где:
- кд – кандела;
- телесный угол, 1 стерадиан.
Энергия в пучке света имеет временное и пространственное распределение. Источники, излучающие световой поток, различают по распределению цветов спектра:
- линейчатый спектр (отдельные линии);
- полосатый спектр (рядом расположенные разграниченные линии);
- сплошной спектр.
Спектральная плотность светового пучка характеризуется распределением лучистого потока по спектру. Измеряется в Вт/нм.
Соотношение с мощностью элемента
Возрастание светового потока напрямую зависит от мощности лампы. На графике (см. рисунок ниже) прослеживается четкая зависимость возрастания яркости пропорционально возрастанию мощности.
График зависимости светового потока ламп различного типа от потребляемой мощности
| Лампа накаливания, Вт | Световой поток (лм) | Напряжение на лампе, В |
|---|---|---|
| 40 | 610 | 12 |
| 40 | 570 | 36 |
| 40 | 340 | 230 |
| 40 | 400 | 240 |
| 60 | 955 | 36 |
| 60 | 735 | 225 |
| 60 | 645 | 230 |
| 60 | 711 | 235 |
| 60 | 670 | 240 |
| 75 | 940 | 220 |
| 75 | 960 | 225 |
| 100 | 1581 | 36 |
| 100 | 1381 | 225 |
| 100 | 1201 | 230 |
| 100 | 1361 | 235 |
| 150 | 2151 | 230 |
| 150 | 2181 | 240 |
| 200 | 2951 | 225 |
| 200 | 3051 | 230 |
| 300 | 3361 | 225 |
| 300 | 4801 | 230 |
| 300 | 4851 | 235 |
| 500 | 8401 | 220 |
| 750 | 13100 | 220 |
| 1000 | 18700 | 220 |
Лампы накаливания одинаковой мощности могут излучать разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.
Сравнение с другими типами ламп
Сравнительный анализ светового потока ламп накаливания с более совершенными люминесцентными и позволяет оценить его эффективность.
Уровень светоотдачи для различных типов осветительных элементов
Видео
Данное видео расскажет Вам о том, что такое световой поток.
Несмотря на преимущества лампочек накаливания, таких, как моментальное включение, низкая стоимость, большой выбор форм и мощности, отсутствие мерцания, эффективность светового потока по отношению к потребляемой мощности очень низкая, по сравнению с изделиями нового поколения. За рубежом доля вольфрамовых элементов в общем потоке составляет порядка 10 %.
Споры на тему сравнения светового потока диодных и других типов ламп, постоянно возникают на необъятных просторах интернета. Виной тому уникальность технических параметров светодиодов как источника света, а именно специфика точечных источников.
Все источники света, будь то лампочка накаливания либо люминесцентная, имеют круговую диаграмму рассеивания света, когда у светодиода это луч с углом рассеивания около 120 0 . Поэтому и характеристики освещения диода зависят от того под каким ракурсом их оценивать.
Сравнение света разных источников
Например, часто на упаковке светодиодов мощностью 4Вт со световым потоком 400 лм изображают в качестве эквивалента лампу накаливания на 50Вт. На самом деле общий световой поток второй почти на четверть выше.
А вот если сравнить эффективную освещенность поверхности стола от настольного светильника с обыкновенной лампой и на диодах, выигрыш на стороне LED, поскольку у них меньший диаметр светового пятна и значительно меньшее рассеивание света.
| Таблица светового потока люминесцентных ламп | |
|---|---|
| Мощность, Вт | Мощность, Лм |
| 5 | 260 |
| 8 | 420 |
| 12 | 630 |
| 15 | 900 |
| 20 | 1200 |
| 24 | 1500 |
| Средний показатель люминесцентных лампочек 50-60 Лм/Вт | |
| Таблица светового потока светодиодных ламп | |
|---|---|
| Мощность, Вт | Мощность, Лм |
| 5 | 380-500 |
| 9 | 700-1000 |
| 12 | 1100-1200 |
| 15 | 1300-1400 |
| Средний показатель светодиодов 80-120 Лм/Вт | |
Разброс параметров светового потока обусловлен его зависимостью от цветовой температуры. У диодов холодного белого света (цветовая температура 5000-7000 К) световой поток выше светодиодов тёплого света (2800-3500 К).
Давайте рассмотрим эту информацию с практической точки зрения.
При выборе обыкновенной лампочки накаливания мы интуитивно понимаем, что в ванную комнату надо 75 ватт, в коридоре можно обойтись 60 ваттами, а в гостиную придется вкручивать три по сто. И никто не задаётся вопросом, сколько там в них люмен.
Что такое люмены в светодиодных лампах
С переходом на LED понятие яркости и освещенности приходится рассматривать совершенно в другом ракурсе. Как видно из таблиц, мощность светодиодов при замене лампы накаливания должна быть примерно в десять раз меньше. Но тут необходимо учитывать целевое назначение освещения.
Если говорить об освещении помещений, сто ватт накаливания дают столько люмен, сколько и десяти ваттные светодиоды. С единственной оговоркой – в качестве диодной лампочки используются изделия радиальной конструкции . Как на рисунке.
Освещение рабочей поверхности
Для освещения рабочих поверхностей используют плоские LED модули, поскольку освещать внутреннюю поверхность плафона нет резона.
В такой системе эффективная яркость накаливания не превышает 60% от номинального показателя. Чистый световой поток от 60Вт будет около 350 люмен (630 * 0,6). А вот КПД светодиодов в такой системе практически 100%.
Соответственно расчётная мощность светодиодов не превысит 5Вт.
Освещённость и световой поток
Для рядового потребителя не столь важно, сколько люксов выдаёт источник света. Важнее что бы при этом уровне освещенности было комфортно зрению при чтении либо письме.
Все санитарные правила нормируют освещение рабочей поверхности в люксах. Будь то страничка книги либо лист бумаги, для комфортной работы на их поверхности должно быть 300 люкс, что соответствует 30Лм/м.кв.
Сколько люмен в лампе накаливания 100Вт важно, например, для организации рабочего места ребёнка, где он будет делать уроки либо заниматься другими делами.
Рассчитать освещенность поверхности, даже зная, сколько люмен в лампочке 100Вт, крайне сложно, поскольку большая часть этого потока доходит в виде отражённого света. Для диодов же достаточно элементарной формулы из школьного курса геометрии.
H – расстояние от светодиодов до поверхности;
D – диаметр светового пятна;
D = 2 * Tg60 0 * h = 1.16 * h;
Площадь круга = 3,14 * D 2 / 4 = 0,785 * D * D;
Освещённость = световой поток / площадь круга .
Итого: светодиодный источник света мощностью 15Вт и световым потоком 800Лм, размещённый на потолке над столом, обеспечит около 300 люкс.
Люмен – единица измерения яркости излучения. Является световой величиной в международной системе единиц. Люмен характеризует количество светового излучения, отдаваемого источником. Является более точной величиной, чем мощность, поскольку источники света с одинаковой мощностью, но различными КПД и спектральными характеристиками, излучают неодинаковый поток света.
Что такое люмен?
Существует несколько единиц измерения освещенности. Основные величины – люкс и люмен. Их отличие заключается в том, что люкс показывает освещенность единицы площади поверхности, а люмен это единица измерения всего потока излучения источника света. Таким образом, чем больше величина люкс, тем ярче освещена поверхность, а чем больше люмен, тем ярче сам светильник. Данное различие помогает оценить эффективность осветительных устройств различной конструкции.
Необходимо рассмотреть, что такое люмены в светодиодных лампах. Это поможет понять тот факт, что такие источники света характеризуются направленным излучением. Лампы накаливания и люминесцентные излучают свет во всех направлениях. Для получения одинаковой освещенности поверхности необходимы светодиодные элементы меньшей яркости, поскольку излучение сосредоточено в одном направлении.
Лампы накаливания и экономичные дают ненаправленное излучение, что требует применения рефлекторов (отражателей), перенаправляющих поток света в необходимом направлении. При использовании светодиодных устройств необходимость в рефлекторах отсутствует.
Параметры, определяющие показатель светового потока и его расчет
На параметры освещенности влияет не только уровень яркости источников освещения. Следует принимать в расчет:
- Длину волны излучаемого света. Освещение с цветовой температурой 4200 К, которая соответствует естественному белому цвету, лучше воспринимается зрением, чем более приближенное к красному или синему участку спектра.
- Направление распространения света. Узконаправленные осветительные приборы позволяют сконцентрировать излучение света в нужном месте, не устанавливая более яркие светильники.
Световой поток в люменах производителями указывается редко, поскольку большинство покупателей ориентируются на мощность светильников и их цветовую температуру.
Сколько люмен в 1 Вт светодиодной лампочки
Производители осветительной аппаратуры не всегда наносят на упаковку товара полный перечень характеристик. Это может быть по нескольким причинам:
- привычка покупателей оценивать яркость лампочек по потребляемой мощности;
- недобросовестные производители не утруждают себя проведением необходимых измерений.
Проблема заключается в том, что уровень излучения светодиодов и конструкций, выполненных на их основе, неравнозначный:
- часть потока задерживается защитной колбой;
- в светодиодной лампе несколько светодиодов;
- часть мощности рассеивается на драйвере светодиода;
- яркость зависит от величины тока через светодиод.
Точное определение возможно только при помощи измерительных приборов (люксометров), но для некоторых типов светодиодов удастся привести примерные данные:
- светодиоды в матовой колбе – 80-90 Лм/Вт;
- светодиоды в прозрачной колбе – 100-110 Лм/Вт;
- единичные светодиоды – до 150 Лм/Вт;
- экспериментальные модели – 220 Лм/Вт.
Перечисленные данные можно использовать для определения потребляемого тока при использовании светодиодных устройств, для которых определена величина яркости. Если установлен светодиодный прожектор с прозрачным защитным стеклом и его параметр яркости заявлен как 3000 люмен, то потребляемая мощность составит 30 Вт. Зная мощность и напряжение питания, легко определить потребляемый ток.
Перевод люменов в ватты
Для сравнения эффективности работы источников света различных типов и конструкций удобно иметь перед собой таблицу, где собраны данные о мощности осветительных приборов с одинаковыми значениями яркости.
Норма освещенности жилого помещения
Освещенность помещений разного назначения неодинакова и может различаться на порядок. Количество люмен на квадратный метр по типам жилых помещений таково:
- кабинет, библиотека, мастерская – 300;
- детская комната – 200;
- кухня, спальня – 150;
- баня, сауна, бассейн – 100;
- гардероб, коридор – 75;
- холл, коридор, ванная, санузел – 50;
- лестница, подвал, чердак – 20.
Расчет освещенности для помещений
Для определения освещенности помещения необходимо знать следующие параметры:
- Е – нормативное значение освещенности (сколько люменов нужно на 1 кв метр).
- S – площадь помещения.
- k – коэффициент высоты:
- k = 1 при высоте потолка 2.5 – 2.7м;
- k = 1.2 при высоте потолка 2.7 – 3.0м;
- k = 1.5 при высоте потолка 3.0 – 3.5м;
- k = 2 при высоте потолка 3.5 – 4.5м;
Формула для расчета простая:
Зная освещенность, можно подобрать требуемый световой поток и мощность осветительных ламп с учетом их различий по технологиям производства и принципу работы. Следует учитывать особенность зрения человека, для которого источники света с синеватым оттенком (начиная с цветовой температуры 4700К и выше) кажутся менее яркими.
Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной лампы
Выше была приведена таблица, в которой сравнивалась мощность разнотипных устройств для одной величины яркости. Из таблицы видно, сколько люмен в лампе накаливания, в люминесцентной и светодиодной лампах.
Эффективность устройств различается более чем на порядок. Сразу видно, что сравнение – в пользу современных источников света. И это даже без учета большой долговечности светодиодных источников освещения. По заявлениям некоторых производителей, срок работы LED-элементов может исчисляться десятками тысяч часов. Экономия электроэнергии за срок службы многократно окупает высокую стоимость светодиодных источников света.
Лампы накаливания 100 Вт являются наиболее подходящими для освещения бытовых помещений. Неудовлетворительная эффективность, низкий срок службы привели к тому, что источники света с нитью накаливания вытесняются более современными эффективными и долговечными устройствами. Светодиодная лампа 12 Вт дает поток света такой же яркости, сколько люмен в лампе накаливания 100 Ватт.
