Единица измерения светового потока
1 люмен – это свет, излучаемый источником с силой света в 1 канделу в пределах телесного угла в 1 стерадиан. 100-ваттная лампа накаливания создает поток света, примерно равный 1000 люменов. Чем ярче источник света, тем больше люменов он излучает.
Кроме люменов есть другие единицы измерения, позволяющие охарактеризовать свет. Можно измерить пространственную и поверхностную плотность потока – так мы узнаем силу света и освещенность. Сила света измеряется в канделах, освещенность – в люксах. Но для потребителя важнее разобраться, в каких единицах указывают яркость лампочек и прочих осветительных приборов при продаже. Некоторые производители сообщают количество люменов, деленных на ватт. Так измеряется световая эффективность (светоотдача): сколько света лампа выдает, затратив 1 ватт.
Измерение светового потока
Для измерения светового луча используются 2 вида приборов: сферические фотометры и фотометрические гониометры. Основная проблема заключается в необходимости определить параметры светового луча, движущегося сразу в нескольких направлениях.
Сферический фотометр – это сфера с коэффициентом отражения 1. Лампочкаа помещается в центр, рассеянный световой луч измеряет фотоэлемент, вставленный в стену. Результат сравнивается с показателями эталонного источника.
Фотометрический гониометр оснащен люксметром, который во время светового излучения перемещается по всем позициям сферы. Данные освещенности интегрируются, получается значение в люменах.
Определяющие формулы
При желании определить световой поток самостоятельно в доме должен быть люксметр. Измерение люксов проводится в нескольких точках одного помещения, потом используется формула:
П=О*Пл, где:
П – световой луч (лм);
О – освещенность (лк);
Пл – площадь помещения.
Значение П обозначается на упаковке лампы.
Узнать примерное значение светового потока возможно без приборов и формул из таблиц, размещенных в сети интернет.
Что такое кандела
Кандела (кд) – единица измерения силы света, равная световому излучению восковой свечи или 1/683 Вт/ср при частоте 540-1012 герц (соответствует зеленому цвету). При изменении частоты меняется объем потребляемой электроэнергии.
Силой света называется показатель, позволяющий определить часть светового потока, который источник излучает в одном направлении. Если световой луч определить как объем, то силу света можно назвать его пространственной плотностью.
Уравнение 1 кд = 1 лм верное только при условии, что световой луч распространяется под углом 65о в конусе.
Производная формула:
Люмены и люксы
Случается, что в процессе планирования системы освещения путаются два понятия: люмен и люк. Люмен – полный объем излучаемого светового потока, люкс – показатель уровня освещенности. Люкс – часть люмена, достигшая освещаемой площади и распределенная по ней. Так как до освещаемого объекта весь световой поток не доходит, прямой связи между этими двумя показателями нет. Отношение 1 лк = 1 лм/м2 можно считать верным только при распределении по одному метру квадратному всего люмена.
Если проводится расчет освещенности для конкретного помещения, используется формула:
Клк = Клм/Км2, где:
Клк – цифра, указывающая на количество лк;
Клм – цифра, указывающая на количество лм;
Км2 – площадь (цифра, указывающая количество м2).
Чтобы перевести лк и лм, используется формула:
Клм = Клк * Км²
Люмен и ватт
Совсем недавно лампы выбирались по мощности (количеству ватт). Чем больше ватт, тем выше интенсивность освещения. Сейчас даже отечественные производители на заводских упаковках обозначают люмены. Чем их больше, тем качественнее освещение.
По этой причине можно подумать, что Вт и лм свободно переводятся друг в друга. Это не совсем верно, так как Вт определяет мощность, лм – объем светового луча источника.
Пример: лампа накаливания излучает световой поток 1340 лм, если потребляет 100 Вт, а светодиод способен излучать 1000 лм, если потребляет 13 Вт.
То есть, сила света напрямую не зависит от мощности. Но эти параметры все же связаны между собой. Светоотдача, являющаяся показателем эффективности светового источника – это лм/Вт. Расчет светоотдачи требуется для определения экономичности.
Чтобы перевести люмены в ваты, необходимо учесть дополнительные параметры:
- вид лампы;
- светоотдачу (соотношение Вт/лм);
- эффективность светоотражателя светильника;
- потери из-за рассеивателя;
- объем светового потока, прошедший мимо.
Облегчить себе жизнь можно, если найти в сети интернет калькулятор и скачать на компьютер. Имеются так же стандартизированные показатели для разных видов лампочек, позволяющие определить, чем заменить, например, лампочку накаливания, не теряя в уровне освещенности.
Известны данные лампочек накаливания с различной мощностью:
- 200 Вт – 2500 лм;
- 150 Вт – 1800 лм;
- 100 Вт – 1100 лм;
- 75 Вт – 750 лм;
- 60 Вт – 550 лм;
- 40 Вт – 400 лм;
- 20 Вт – 250 лм.
При желании сэкономить лампу накаливания на 100 Вт можно заменить люминесцентным источником на 25-30 Вт или светодиодом на 12-15 Вт
Важно помнить, что энергосберегающей лампочке для создания определенного светового луча требуется в 3-4 раза меньше ватт, светодиодной – в 8-10 раз. Этого вполне достаточно, чтобы выбрать лампы в магазине при условии, что они качественные
Фотометр
Фотометр – это прибор-измеритель освещенности. Свет поступает на фотодетектор, затем преобразуется в электрический сигнал и измеряется. Встречаются фотометры, работающие по другому принципу. В основном фотометры показывают уровень света в люксах, но есть и такие, которые используют другие единицы. Те фотометры, которые также называют экспонометрами, участвуют в определении выдержки и диафрагмы, тем самым помогая фотографам и операторам. Помимо того, фотометры применяют для определения уровня безопасной освещенности в других областях, например, в растениеводстве, в музеях, там, где необходимо поддерживать нужную освещенность.
Безопасный поток света на работе
Работая в темном или слабоосвещенном помещении, могут возникнуть различные проблемы со здоровьем, будь это ухудшение зрения, депрессия или другие физиологические и психологические нарушения. По этой причине на рабочем месте, в рамках правил охраны труда, включаются требования о минимальной безопасной освещенности. В конечный результат измерения, который выдает фотометр, входит площадь распространения света. Эти показатели обеспечивают достаточную освещенность всего помещения.
Световой поток и экспонаты музея
От освещенности и силы потока от источника света зависит скорость, с которой будут ветшать и выцветать экспонаты музея. Работники музеев проводят работу по определению освещенности экспонатов. Это делается для того, чтобы убедиться в безопасном количестве светового потока на музейные единицы, а также для обеспечения достаточного уровня освещенности посетителям во время рассматривания экспоната.
Уровень освещенности можно измерить фотометром, что осуществить нелегко, так как его нужно устанавливать как можно ближе к экспонату, а это требует извлечения защитного стекла, выключения сигнализации и получения разрешения. Эту задачу облегчают другим способом, который часто используют сотрудники музея. Вместо фотометра применяют фотоаппарат, который не является заменой фотометра в ситуациях, где требуются более точные измерения найденной проблемы с освещением, но чтобы выявить отклонение от нормы вполне достаточно.
Определить экспозицию фотоаппаратом можно на основе показаний об уровне освещенности. Уровень освещенности экспозиции легко определить посредством нехитрых вычислений. Сотрудники музеев прибегают к формуле или пользуются таблицей, где экспозиция представлена в единицах освещенности. Производя вычисления, не нужно забывать о том, что камера поглощает некоторое количество света, поэтому следует это учитывать.
Световой поток в садоводстве и растениеводстве
Прежде чем обеспечить растение светом, который необходим для фотосинтеза, нужно знать, сколько требуется его каждой культуре. Садоводам и растениеводам это известно. Они измеряют уровень освещенности, чтобы удостовериться в том, что каждое растение получает необходимое ему количество света. Часто для таких процедур применяются фотометры.
Фотометры также широко применяются в лабораторной практике. Например, определяется спектр образцов, с помощью которых устанавливается химический состав. К особому классу таких приборов относится пламенный фотометр. Он выявляет в образцах щелочные металлы, такие как натрий, литий, калий. Чтобы их обнаружить, нужно сжечь образец при высокой температуре и с помощью фотометра проанализировать спектр пламени. Данная задача другими способами решается гораздо труднее.
Современные фотометры преобразуют световое излучение в электрические импульсы, они регистрируются по принципу амперметра и вольтметра, а после конвертируются в компьютерный формат.
Фотометр — это прибор, охватывающий многие области знаний, такие как химия, молекулярная биология, физика, материаловедение и другие. Фотометр широко применяется в промышленности, в лазерной и оптической продукции. Помимо химической лаборатории, фотометр находит применение в лабораториях судебно-медицинской экспертизы.
Таким образом, из вышеизложенного вы узнали о единицах измерения света, что лампы лучше покупать с указанным числом люменов, что понятия освещенности и яркости разнятся, а количество света можно измерить специальным прибором.
Два метода расчета количества светильников
Существует 2 способа определить количество светильников для нормального освещения комнаты:
- По электрической мощности.
- По световой мощности.
Первый вариант считается простым, но не таким точным. Во втором случае прибегают к аналогичному алгоритму расчета, но в формуле используют люмены.
Метод расчета по электрической мощности
Сколько ватт на квадратный метр? Нормой считается 20 Вт*м. кв. Для расчета освещенности используют следующую формулу: S*N/W, где S — площадь помещения, N — норма освещения, W — электрическая мощность лампы.
Пример
Имеется детская комната, площадью 17 кв. м. Этот тип помещений оборудуют светодиодными лампами, мощностью 60 Вт. Какое число осветительных приборов понадобится для создания комфортных условий проживания ребенка?
Расчет светильников:
17*20 = 340 Вт
340/60 = 5,6 ламп.
Электрики рекомендуют проводить округление в высшую сторону. Поэтому необходимо купить 6 светодиодных ламп.
Метод расчета по световой мощности
Расчет в люменах — более точный вариант при подборе осветительных приборов. Последовательность действий аналогична алгоритму расчета по электрической мощности. Единственное, в чем заключается разница — используют не Вт, а Люмены.
К примеру, для коридора в 10 кв. м. потребуется 500 Люменов (10 кв. м.*50 Люксов). Если вы планируете использовать приборы со световой мощностью 300 Люменов, то вам понадобится купить 2 светильника (500/300=1,7).
Что такое световой поток светодиодных и люминесцентных ламп
Световой поток (также сила света) – это мера, которая характеризует количество световой мощности в излучаемом потоке. У него есть отличие от электромагнитного излучения (включая инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый свет). От светового электромагнитный поток отличается тем, что световой регулируется для отражения в соответствии с чувствительностью человеческого глаза к различным длинам волн света.
Сила света (или поток света) – частый параметр измерения светодиодов с малым уровнем мощности. Сила света должна измеряться на расстоянии, на котором модель (устройство) можно рассматривать как точечный источник света. Расстояние детектора от испытуемого образца, необходимое для соответствия этому критерию, носит название фотометрического расстояния. Оно зависит от габаритов тестируемого источника света. Минимальный коэффициент, который определяется отношением расстояния до детектора и максимальной протяженности светоизлучающей поверхности, может быть от 5 до 15.
Многие светодиоды имеют довольно большую площадь излучения. Линзы, если таковые имеются, могут очень быстро показать видимое положение излучающего центра. Излучение, измеренное на детекторе, сложно связано с интенсивностью источника.
Данная концепция потеряла свою актуальность относительно физически точного определения силы света. Однако в большей степени, относится к измерению освещенности на фиксированном расстоянии и габаритах самого детектора. Сверхъяркий диод расположен таким образом, что его механическая ось находится прямо на линии с центральной точкой круглого детектора с активной площадью, равной 1 см квадратный, а поверхность детектора должна быть перпендикулярна этой оси.
Бывает, что ни сила света, ни световой поток не дают так называемого «полезного» света для конкретного применения. В этой связи, необходимо нечто компромиссное. Количество частичного светодиодного потока было впервые введено МКО. Сила света включает в себя поток и телесный угол и является отношением этих двух значений. Это означает, что его единицей является кандела. Она составляет произведение люмена на стерадиан. Канделы указывают, насколько яркий свет в данном направлении.
Термин «световой поток» также используется для измерения мощности видимого света ламп, когда свет не направлен. Он относится к видимому свету, который излучается во всех направлениях в данный момент. В свою очередь поток излучения – это общее излучение (ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное), распространяемое от света во всех направлениях.
Частичный световой поток светодиодов также включает в себя как поток, так и угол, но выражается как поток в пределах угла, а не как отношение. Таким образом, его единица измерения – люмен с указанным углом (Лм). Как и усредненная сила света светодиодов, она представляет собой меру ближнего поля и аналогичным образом определяется в терминах физической геометрии, а не является фундаментальной единицей. Вот почему термин «светодиод» включен в количество. Это отличает его от фрагментарного потока, который можно рассчитать по гониометрическим измерениям в дальней зоне.
Характеристика распределения силы света светодиодов и источников светодиодного освещения является чисто фотометрической задачей измерения. Она осуществляется при помощи гониометра, который используется вместе со спектрорадиометром или фотометром. Фотометр позволяет проводить очень быстрые измерения, буквально «на лету». Его рекомендуется использовать для сугубо фотометрических измерений. Спектрорадиометры дают явное преимущество в том, что все характеристики (радиометрические, колориметрические и фотометрические) могут определяться с максимальной точностью. Однако, гониоспектрорадиометры имеют более длительное время для измерения. Данные способы измерения потока света также характерны и для люминесцентных.
Когда лампа новая, ее световая мощность максимальна. По мере её использования её производительность и светоотдача снижается. Определение, которое используется для описания снижения светоотдачи, называется стабильностью светового потока.
Амортизация люменов газоразрядных ламп (люминесцентных и газосветных) и светодиодов значительно выше, чем у ламп накаливания или вольфрамовых ламп.
Что такое сила света
Для человека, не знакомого с основными физическими величинами, характеризующими распространение фотонов – источников света в окружающей среде, сила света определяется яркостью свечения электрической лампочки. Чем ярче она светит, тем сильнее сила света – широко распространенное мнение.
На самом деле сила света – это не так. Сила света – величина производная. Она рассчитывается по формуле, в которой определяющими являются световой поток (обозначается знаком Ф) и телесный угол (обозначается знаком ω).
Чтобы было понятнее, что сила света не зависит напрямую от мощности лампочки, приведем пример: все знакомы с устройством карманного фонарика или прожектора. В них используются лампы, помещенные в зеркальные конденсоры. Мощность лампочки фонарика обычно небольшая, редко превышающая 35 Вт (галогеновые). Если такую лампочку использовать без конденсора в темном помещении, то сила света, испускаемая ей равномерно во всех направлениях, будет небольшой. В помещении будет сумеречно и некомфортно. Чтобы усилить силу света используют параболический зеркальный конденсор, который направляет световые лучи в нужном направлении, одновременно ограничивая его распространение во все стороны.
Сила света в луче фонарика (прожектора) будет тем больше, чем уже будет телесный угол. Это явление конденсации светового потока на узком участке позволяет экономить электрическую энергию и использовать для получения требуемой освещенности маломощные источники света.
Сила света не указывается на упаковке лампочек, поскольку зависит от устройства осветительного прибора (люстры, плафона, бра). При одинаковой мощности двух лампочек, находящихся в одном помещении, сила света, исходящего от лампы, помещенной в параболический плафон, будет больше, чем у свободно висящей.
Для тех, кто не знает или забыл, напомним, чем измеряется свет. Единицей измерения служит кандела (кд.). В переводе с латинского — свеча. Она соответствует световому потоку в 1 лм (люмен) приходящемуся на освещаемую поверхность в 1 ср. (стерадиан).
Отличие освещенности от светового потока
Предельно просто объяснить разницу между этими понятиями можно сравнив их с простыми физическими величинами: давлением и силой. Используя небольшой по площади предмет (иголку) можно приложив минимум силы создать большое давление. Точно так же обстоит и со световым потоком. Используя лампочку, обеспечивающую невысокую освещенность, но сконцентрировав световой поток на ограниченном участке, можно добиться локальной освещенности в десятки раз превосходящей общую.
Следует помнить, что освещенность и световой поток измеряются различными единицами:
- освещенность – люксами (лк);
- световой поток – люменами (лм).
Измерение светового потока
Существует измеритель светового потока, называемый люксметром. Польза прибора для измерения светового потока неоценима в тех случаях, когда существуют заданные параметры освещенности в помещении. Например, освещенность детской комнаты должна быть 200 лк (люкс), а для спален, гостиных и кухонь комфортной считается освещенность в 150 лк.
Ориентироваться на характеристики, указываемые на упаковке лампочек, можно, допуская большую долю погрешности. Особенно указанием неточных данных светоотдачи грешат китайские производители, склонные завышать характеристики своей продукции.
Большинство смартфонов оснащены встроенными датчиками, автоматически изменяющими яркость свечения экрана, в зависимости от уровня освещенности. Достаточно установить на смартфон программу «Люксметр», чтобы иметь возможность измерить освещенность в помещении.
Единица измерения светового потока
Мощность светового потока измеряется в люменах (лм). 1 лм равен потоку света, излучаемому в пределах телесного угла, точечным источником с силой в 1 кд. (кандела).
Определяющие формулы
Многообразие величин, характеризующих источники света, невозможно уяснить, не вникнув в суть того, как одни физические характеристики переходят в другие, и какие зависимости существуют между ними. Для этого используют несколько определяющих формул:
Световой поток:
Сила света:
Освещенность общая:
Освещенность в конкретной точке поверхности, не перпендикулярной источнику света:
Освещенность горизонтальной поверхности:
Освещенность вертикальной поверхности:
Светимость (для определения количества света, излучаемого плафонами люстр):
Редкий потребитель будет досконально вникать в эти формулы, рассчитывая величины, перед тем, как купить лампочку.
Цветовая температура светового потока
Комфортность нахождения в помещении определяется не только уровнем его освещенности, но и оттенком света, который излучают источники света. Эта характеристика лампочек называется цветовой температурой.
Человеческий глаз более адаптирован к восприятию длинноволнового светового излучения, в котором расположены красные и оранжевые цвета. Гораздо хуже он воспринимает коротковолновое излучение, располагающееся в синем и фиолетовом участках спектра. Свет с голубоватым оттенком воспринимается глазом как резкий, надоедливый. Вызывает быстрое утомление.
Учитывая эти особенности, производители маркируют все источники света понятными потребителю наименованиями:
- теплый;
- дневной;
- холодный.
По существу, речь идет о коммерческом обозначении температуры цветового потока. Чем цветовая температура ниже – тем более «теплый», приятный для зрения свет излучает лампочка.
Наглядно представлено восприятие человеком одного и того же интерьера (пейзажа) при различной цветовой температуре на рисунке:
РИСУНОК 1
Различие восприятия картинки в зависимости от цветовой температуры
Как рассчитать количество точечных светильников?
Поскольку в точечных моделях осветительных приборов установлен один источник света, для расчета количества приборов используют формулу: Е/Ф, где Е — общая нормативная освещенность помещения, а Ф — световой поток излучения 1 диода.
Количество точечных светильников в 300 Люмен для гостиной в 18 кв. м. составит:
18*150/300=9 штук.
Какое количество светильников для потолка Армстронг действует на квадратный метр? С учетом стандартов на 5 кв. м. помещения требуется 1 такой светильник.
Расчет освещения без люстры: количество светильников в помещении
Не обязательно использовать люстру в помещении. Достаточно оборудовать потолок точечными светильниками, равномерно распределяющими свет по всей комнате.
С точки зрения комфорта не рационально использовать мощные светодиоды. Лучше приобрести больше лам с меньшей мощностью, но разместить их равномерно по всей комнате.
Расчет светодиодного освещения с люстрой
В данном случае лучше пойти следующим путем. Сформируйте схему освещения, в которой будет фигурировать люстра и точечные светильники.
Этапы процедуры:
- Определяют суммарный световой поток для зоны, освещаемой люстрой.
- Подбирают под зону прибор с учетом его мощности.
- Рассчитывают световой поток для других зон, подсвечиваемых светодиодами.
- Определяют количество led-ламп.
- Подбирают их мощность.
Возможные неточности и погрешности при расчете освещения
Случается так, что после самостоятельной замены классического освещения на LED света в помещении недостаточно. Дело в том, что на качество свечения влияет окрас потолка, стен и пола. При определении интенсивности светового потока учитывают коэффициент отражения: темный цвет — 10%, серый фон — 30%, светлый фон — 50%, а приближенный к белому или белый — 70%. Общий коэффициент отражения является усредненным показателем. Если у вас серый пол, белые стены и белый потолок, он будет равен 0,57 ((0,3+0,7+0,7)/3). Световой поток заданных осветительных приборов умножается на средний коэффициент.
Расчет уличного освещения светодиодными светильниками
Для наружного освещения (двор, сад, парк) используют следующую формулу:
n = E*S*k*Z/F*ȵ, где
n — количество осветительных приборов;
E — номинальное освещение;
S — площадь территории;
K — коэффициент длительного использования;
Z — коэффициент неравномерного распределения света;
F — показатель излучаемого света;
ȵ — коэффициент отражающих способностей на участке.
Пример
Для территории в 100 кв. м. действует норма освещения в 10 люксов на 1 кв. м. Мощность прожектора составляет 40 Вт, а светимость 90 лм/Вт. Коэффициент отражающей способности — 0,5, коэффициент длительности использования — 1,1, а показатель неравномерности распределения — 1,2.
Расчет:
F = 40*90= 3600 лм
n =10*100*1,1*1,2/(3600*0,5) = 0,7.
В таком случае нам понадобится 1 прожектор.
Таким образом, количество светильников подбирается с учетом величины светового потока. При выборе светодиодных ламп для помещений ориентируйтесь на их мощность, размер помещения, нормы освещения и высоту потолка.
Монтаж светодиодного оборудования проводят с учетом производимого светового потока. Чем он выше, тем на большем расстоянии друг от друга должны располагаться приборы. Эффективным считается угол освещения в 120 градусов. Свет в помещении должен быть равномерным.
Типовое значение светового потока для источников света
При приобретении осветительных устройств стоит обращать внимание на СП, который будет излучаться. На самих приборах и на упаковке не всегда проставлены значения этой величины
Всё зависит от фирмы изготовителя и достоверности информации. Лампочки накаливания продаются в картонном поясе и с численным обозначением напряжения и мощности на колбе. Сколько люмен выдаёт лампа, не написано. Однако присутствует связь между Р (Вт) и Ф (Лм).
Стандартные значения Ф для осветительных элементов
| Лампа накаливания, мощность, Вт | Светодиодная лампа, мощность, Вт | Люминесцентная лампа, мощность, Вт | Световой поток, Лм |
| 20 | 2-3 | 5-7 | ≈ 250 |
| 40 | 4-5 | 10-13 | ≈ 400 |
| 60 | 8-10 | 15-16 | ≈ 700 |
| 76 | 10-12 | 18-20 | ≈ 900 |
| 100 | 12-15 | 20-30 | ≈ 1200 |
Распространённые источники света
К сведению. Получившие популярность светодиодные лампы, как показывает таблица, устанавливать выгодно. При низком, по сравнению с другими источниками, энергопотреблении они отдают света больше.
Сравнение ламп
Вот данные световой отдачи разных источников освещения:
лампочка накаливания – от 10 до 12 Люмен/Ватт
люминесцентные лампы (но только у качественных производителей) – от 50 до 80 Люмен/Ватт
НЛ натриевая газоразрядная лампа, имеет очень хороший показатель – около 200Люмен/Вт
светодиоды – рекордсмены эффективности – до 300 Люмен/Ватт
Правда 300Лм/Вт это всего лишь пока лабораторное достижение, а не массовый продукт.
Световая отдача в энергосбережении является самым существенным параметром. И вся эволюция развития светильников – это по факту достижение его предельных теоретических значений в 683 Лм/Вт.
Хотя если быть реалистом, даже значения в 500 Лм/Вт на сегодняшний день просто физически не достижимы.
