КПД светильника
Поговорим о КПД светильника. Что это такое, как вычисляется и применимо ли это определение к светодиодным светильникам? Какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность светильника. Ответы на эти вопросы в нашем ролике.
Согласно определению которое дано в ГОСТ (55392-2012). Коэффициент полезного действия — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к суммарному световому потоку установленных в нем ИС.
Не секрет, что отражатели в светильнике возвращают не 100% падающего на них света, а рассеиватели пропускают не весь световой поток. При чем, все это усугубляется с течением времени. В результате лампы без светильника имеют значительно более высокий световой поток, чем у собранного прибора.
Итак, разделив световой поток собранного светильника на суммарный световой поток ламп мы получим КПД светильника.
Все вышесказанное имеет отношение только к светильникам с заменяемыми лампами, но теперь перейдем к светодиодным.
О них можно прочесть в примечании о КПД в том же ГОСТе
«Характеристику, имеется ввиду кпд, НЕ применяют для ОП, у которых оптическая система и ИС, представляют собой единое целое, например лампы-светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Нельзя отделять световой поток светодиодов от светового потока светильника с рассеивателем. В таком случае как же определить эффективность этого самого неразборного ОП со светодиодами.
Ответ прост — использовать величину светоотдачи.
Мы о ней уже говорили, но тем не менее, световая отдача ОП — это величина, определяемая отношением светового потока ОП к потребляемой им электрической мощности. А вот тут как раз нужное нам примечание:
«Характеристику применяют, как правило, для ОП у которых оптическая система и источник света представляет собой единое целое, например лампы светильника, неразборного ОП со светодиодами.»
Госты гостами, но все же интересно, какой вклад вносят те или иные компоненты в конечную эффективность.
Светодиодная плата питается через блок питания, он же драйвер. На его работу тратится порядка 10, 20% поступающей энергии.
Это означает, что светильник мощностью 100 Вт, отдает на светодиоды около 85 Вт, 15 Ватт теряются в самом драйвере.
Кстати, чем мощнее блок питания, тем эффективнее он работает.
Далее энергия идет к светодиодам. Именно выбор правильного режима работы светодиодов определяет их эффективность. Какой он должен быть, смотрите в предыдущих роликах.
(Если питать светодиод на 30% его максимальной мощности, то у него будет очень высокая светоотдача, но для высокого светового потока светодиодов потребуется больше.)
Наверно стоит рассказать про световой поток указанный на упаковке со светодиодами. Зачастую этот поток указывается производителем для температуры кристалла 25 градусов.
Измерение производится следующим образом: подается короткий импульс тока, и в этот момент фиксируется значение светового потока. Температура кристалла при этом не успевает вырасти.
Этот процесс вы видели в ролике о производстве светодиодов Оптоган.
При реальной эксплуатации, в процессе работы, температура кристалла может достигать 80 и более градусов. Хочу подчеркнуть, температура именно кристалла, а не корпуса светодиода. А с каждым десятком градусов, свыше 25, светоотдача падает на 2,5 — 3 %. Перейдем к рассеивателям и линзам.
В зависимости от типа они могут задерживать от 5 до 50% светового потока. Меньше всего задерживает стекло. Это значит что задерживаемая энергия выделится в виде тепла на самой оптике, тем самым нагревая ее.
Подведя итог попробуем собрать общую картину эффективности начиная от светодиода и заканчивая собранным светильником.
Для примера возьмем светодиоды с заявленной светоотдачей 160 лм/Вт.
При температуре кристалла в 70 градусов она упадает на 11,3% и составит 142 лм/Вт.
Подключив плату со светодиодами к источнику питания с КПД 87%, она снизится до 123,5 лм/Вт.
А поместив всю электронику в корпус и закрыв рассеивателем мы потеряем еще 10% светового потока. В итоге из 160 лм/Вт мы получим светоотдачу светильника около 111,2 лм/Вт.
Проследив всю цепочку снижения светоотдачи от значения на упаковке до реального устройства, попробуйте ответить на вопрос: насколько важна информация которая указанная на упаковке со светодиодами, если известна светоотдача готового устройства?
Она вообще не нужна, ни по ГОСТу ни по здравому смыслу.
Главное, чтобы это была именно светоотдача готового устройства на свой температурный режим работы, без всяких звездочек и оговорок.
Введите Ваш адрес электронной почты и нажмите кнопку «Подписаться», чтобы всегда быть в курсе новостей АО «ВИЛЕД»
Кпд светильника формула расчета
Основы светотехники. Терминология.
Свет — это излучение, способное возбуждать сетчатку глаза и создавать зрительный образ в мозге человека. Считается, что свет имеет природу электромагнитных волн, амплитуда которых выражается в интенсивности зрительного образа, а длина волны λ и частота колебаний ƒ определяют цвет образа. Эти величины связаны формулой скорости распространения света в вакууме (300 000 км/сек): v = λ ƒ.
Кривая спектральной чувствительности глаза
Спектр видимого электромагнитного излучения находиться в интервале от 380 нм до 780 нм (1 нм = 1/1 000 000 мм). Глаз человека наиболее чувствителен к излучению с длиной волны 550 нм (желто-зеленый цвет) (эта чувствительность принимается равной 1). В ультрафиолетовой и инфракрасной областях чувствительность резко падает. Все компоненты видимого света вместе дают ощущение белого света.
Световой поток — это количество света, т.е. световая энергия, излучаемая источником света в течение 1 сек в видимом диапазоне спектра.
Единица измерения: люмен (лм); люмен — это световой поток, излучаемый в единичном телесном угле равнонаправленным точечным источником, расположенным в центре сферы единичного радиуса, и имеющий интенсивность, равную 1 канделе.
Световая эффективность (светоотдача (е)
Световая эффективность — это отношение светового потока (F), излучаемого источником света, к потребляемой этим источником мощности (e = F/P).
Фактически, эта величина выражает КПД лампы, т.е. то, насколько эффективно лампа способна преобразовать потребленную электроэнергию в видимый свет.
Освещенность — это количество света, падающего на данную поверхность.
Единица измерения: люкс (= лм/м 2 ).
Средняя освещенность поверхности: E = F/S, где F — световой поток и S — площадь поверхности, на которую падает этот поток.
Интенсивность света — это световой поток в единичном телесном угле в заданном направлении: I = dF/dQ. Единица измерения: кд (кандела).
Идеальный излучатель (абсолютно черное тело — АЧТ) излучает свет различной цветовой окраски при различных температурах нагрева.
Цветовой температурой лампы считается температура, до которой необходимо нагреть АЧТ, чтобы оно излучало свет примерно того же спектрального состава и цветовой окраски, что и данная лампа.
Единица измерения: K (кельвин).
Кельвин — это единица измерения абсолютной температуры: T = t + 273 (t = 273 (t = температура в °С).
Яркость выражает силу зрительного ощущения, вызываемого источником света.
Яркость — это отношение интенсивности света, излучаемого объектом в заданном направлении к проекции поверхности этого объекта на плоскость, перпендикулярную к этому направлению.
-
- свеча: 5 000 кд/м 2 ;
- люминесцентная лампа: 8 000 кд/м 2 ;
- натриевая лампа низкого давления: 100 000 кд/м 2 ;
- ртутные лампа высокого давления: 150 000 кд/м 2 ;
- лампа накаливания: 6000 000 кд/м 2 ;
- солнце: 1550 000 000 кд/м 2 .
Метод коэффициента использования
Применяется для расчета «средней» освещенности на рабочей поверхности:
-
- Е = средняя освещенность (люкс);
- Fu = световой поток на S (люмен);
- S = площадь освещаемой поверхности (м 2 ).
Так как S известно, а E можно определить из требуемой освещенности, то остается вычислить только Fu — «полезный световой поток». Это количество света, попадающее на поверхность S.
Величина U называется «коэффициентом использования» (меньше, чем 1).
Коэффициент использования U можно определить экспериментально из
-
- фотометрических и физических характеристик светильника;
- коэффициентов отражения окружающих поверхностей;
- коэффициента К — «коэффициент помещения».
Этот параметр определяет то, как величина U зависит от геометрических характеристик комнаты и высоты светового центра светильника. Вычисляется по следующей формуле:
-
- A и В — длина и ширина комнаты соответственно;
- Hu — расстояние между световым центром светильника и рабочей плоскостью.
Величина U берется из таблиц значений коэффициентов использования, полученных экспериментальным путем. Для этого необходимо знать коэффициенты отражения поверхностей.
После вычисления общего светового потока F, можно определить необходимое количество светильников:
-
- Fl — номинальный световой поток предварительно выбранной лампы.
Точечный метод расчета освещенности
Величина освещенности, создаваемой точечным источником света С в любой точке плоскости определяется по следующей формуле:
-
- I — интенсивность света в выбранном направлении (прямая линия между С и Р);
- D — расстояние между выбранной точкой Р и световым центром С.
Однако величины освещенности, определяемые с использованием вышеприведенной формулы, относятся к нормальной плоскости,проходящей через точку P, перпендикулярно линии С-P. На практике, величины «горизонтальной освещенности» (Er) и «вертикальной освещенности» (Ев) определяются по формулам:
Eb = (I/d 2 )sin α = (I/h 2 )cos 2 α sin α
Фотометрическое тело и фотометрическая диаграмма
Светораспределение источника света описывается его фотометрическим телом или фотометрической диаграммой (кривой силы света — КСС).
Фотометрическим телом считается геометрическое место точек, образованное набором векторов интенсивности источника света в различных направлениях.
Фотометрическая диаграмма получается путем сечения фотометрического тела двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через ось светильника.
Во внутреннем и уличном освещении используется система координат С — у и полярная диаграмма. Диаграмма дает в двух плоскостях интенсивность света: С = 0°-180° (поперечная) и С = 90°-270° (продольная). На практике дается интенсивность света для лампы со световым потоком 1000 люмен.
Однако для прожекторов используются система координат В — в (или V-H) и диаграмма в декартовых координатах. Такой метод позволяется лучше показать светораспределение светильников этого типа. Измерения проводятся в двух перпендикулярных плоскостях -продольной и поперечной относительно лампы.
| ПОЛЯРНАЯ ДИАГРАММА | ДИАГРАММА В ДЕКАРТОВЫХ КООРДИНАТАХ |
 |  |
Номограмма ограничения слепящего действия
Степень блескости светильника определяется сравнением граничных кривых «а»-«b» блескости, которые характеризуют класс зрительной работы и величину освещенности, с характеристическими кривыми установленного светильника. Необходимо убедиться, чтобы характеристическая кривая светильника находилась слева от граничной кривой и не пересекала ее ни в какой точке на номограммах «А» и «В» в интервале, определяемом вертикальным углом зрения у (от 45° до 85°) и отношением а/hs. Уровень ограничения яркости зависит как от типа, расположения и зоны излучения светильника, так и от класса выполняемой работы и требуемой освещенности в помещении. Номограммы типа «А» относятся к светильникам без поперечных экранирующих элементов или с экранирующими элементами, параллельными наблюдателю. Номограммы типа «В» относятся к светильникам с экранирующими, элементами, установленными перпендикулярно направлению света.
| НОМОГРАММА ОГРАНИЧЕНИЯ ЯРКОСТИ «А» | НОМОГРАММА ОГРАНИЧЕНИЯ ЯРКОСТИ «В» |
 |  |
 |  |
Светильник может быть описан 5 «относительными» значениями светового потока: