nzdv › Блог › Как пересчитать люмены в ватты
Изучая спецификации популярной серии светодиодов Cree XT-E, обратил внимание, что для «белых» световой поток на номинальном токе дается в люменах, а для чисто синего варианта той же серии без люминофора — в привычных ваттах.
И для синего легко можно посчитать КПД светодиода как преобразователя электрической энергии в световую. Полезная мощность — вот она указана в спецификации — около 500мВт, а мощность потребления — произведение номинального тока 350 мА на падение напряжение при этом токе — грубо 1 Ватт. То есть КПД целых 50%. И это немало. А какой же процент мощности у белых люминофорных светодиодов улетает со светом, и какой остаётся на нагревание светильника? Ведь для них световой поток указывается в люменах.
Световой поток — это «количество переносимой световой энергии в единицу времени». Практически такая же формулировка как у Ватта — «количество энергии в единицу времени». Тогда может быть есть какой-то простой коэффициент для пересчёта одного в другой? Есть! 683лм/Вт.
То есть можно было бы считать, что каждые 683лм светового потока соответствуют одному одному ватту потока излучения. Но дело в том люмен — это единица привязанная к физическим особенностям человека, в частности к чувствительности глаза к разным цветам — свету с разной длиной волны. И значение 683лм/Вт взято для длины 555нм, где чувствительность максимальна.
А для других видимых цветов есть такой график:
То есть, в сравнении c 555нм, чтобы создать такое же ощущения освещенности от монохромного источника лазурного цвета (длина волны около 470нм ) соответствующую световому потоку 683лм нужно, чтобы из светильника «вылетала» в световом диапазоне мощность 10Вт.
А если взять с другой стороны спектра оттенок ещё не самого глубокого красного 700нм, то по табличным данным ему соответствует коэффициент 0,0041. И можно сосчитать какой световой поток будет давать монохромный источник излучающий таким светом 100Вт мощности:
100Вт * 683лм/Вт * 0,0041 = 280лм.
Ну, и возвращаясь к исходному вопросу, поставим пример так. Дано: монохромный источник света с длиной волны 530нм дающий световой поток 1000лм. Найти излучаемую в световом диапазоне мощность.
Находим по не приведённой здесь таблице коэффициент для 530нм — 0,862.
Соотношение ватт к люменам для этой длины волны: 683лм/Вт * 0,862 = 589лм/Вт.
1000лм / 589лм/Вт = 1,7Вт
Ответ: монохромный источник света с длиной волны 530нм и световым потоком 1000лм излучает 1,7 Вт мощности в виде света.
Но обычные светильники имеют сложный спектр, включающий свет с разными длинами волн, чтобы в смеси создать ощущение белого.
Чтобы найти коэффициент пересчёта светового потока в люменах в лучистый поток в ваттах, нужно использовать их спектр. И для наиболее распространенных типов световых преобразователей найденные здесь данные такие:
Здесь, во-первых, видно, что лампы накаливания имеют хороший непрерывный спектр. Прочие типы могут иметь рваный спектр, и при этом это всё белый свет. Для оценки непрерывности и широты оттенков для таких источников принято указывать индекс цветопередачи. Он закодирован в первой цифре в числе после названия. Остальные две — цветовая температура. Например, «750» — это CRI70 5000K, а «830» — это CRI80 3000K. Интересно, что приведено три спектра с этими одинаковыми сводными характеристиками: люминесцентная лампа, металлогалогенная и наш светодиод.
В своих светильниках я использую светодиоды со спектром CRI80 3000K, и в этой таблице есть для такого источника искомое число — 327,6 лм/Вт. Здесь оно названо «теоретический максимум светоотдачи». То есть, если бы КПД преобразования был 100%, то на каждый подведённый ватт электрической энергии мы получили бы 327,6 люмен света с таким спектром.
А если реальный светильник имеет световой поток 13000лм, то в пересчёте это значит, что почти 40Вт он излучает в виде света. И если это получается при 96 Вт подведенной электрической мощности, то КПД устройства 41%, а на нагрев корпуса остаётся всего 56 Вт, что уже легче рассеять.
Ну, и как вывод, можно сказать, что применяя высокоэффективные светодиодные решения мы не только экономим электричество в машине, но и можем использовать компактные корпуса без выступающих радиаторов. Пример: LED-балка в корпусе 25х25мм
Люмены и ватты — в чём разница и на что смотреть при выборе лампы
Покупая в магазине очередную лампу для домашнего осветительного прибора, мы задаемся традиционным вопросом — а сколько ватт? В голове у большинства потребителей есть чёткая зависимость между ваттами и яркостью света.
Такая зависимость в мыслях потребителей появилась со времён СССР, когда в домашнем обиходе были в основном лампы накаливания. При таком скудном выборе типов ламп действительно можно было ориентироваться на ватты, чтобы понять, насколько ярко светит лампочка. Тогда мы понимали, что лампа в 40 ватт светит тускло, а лампа в 100 ватт — ярко.
С приходом современности появились другие типы ламп, которые стали легко доступны каждому потребителю. Теперь любой может приобрести себе для дома и люминесцентную, и светодиодную лампу без особо удара по семейному бюджету.
И вот тут то и появляется вопрос — как выбрать яркую лампу, смотреть на ватты или на люмены? И что такое вообще эти люмены? В этой статье разберемся с данной задачей.
Что такое ватты
Из уроков физики за 5 класс мы все должны помнить, что ваттами измеряется мощность, а никак не степень яркости света.
Будет немного не правильно говорить о стоватной лампочке накаливания, что её мощность составляет 100 ватт. Гораздо правильнее сформулировать, что её потребляемая мощность равна 100 ватт.
Говоря простыми словами — если вы видите на лампе показатель, который измеряется ваттами, то это потребляемая мощность лампы, то, сколько ей нужно энергии, чтобы должным образом светить.
Что такое люмены
И вот как раз таки, когда мы хотим узнать то, насколько лампа яркая, нужно смотреть на люмены. Как никакая другая единица измерения, люмен покажет яркость лампы наиболее точно и объективно. Этот параметр называется световая величина или световой поток.
Световой поток измеряется в люменах, их коротко записывают как “лм” или в международном формате “lm”. Чем ярче лампа, тем больше у неё люмен. И ватты тут не причём.
Зависимость между ваттами и люменами
Есть ли зависимость между люменами и ватами? И да, и нет.
Например, если говорить только о лампах накаливания, то да, зависимость есть. Так, очевидно, что лампа накаливания с потребялемой мощность 100 вт будет иметь световой поток больше, чем лампа накаливания с потребялемой мощность 40 вт, и меньше, чем такая же лампа накаливания с помтребляемой мощность 120 вт.
Но если говорить о разных типах ламп, то зависимости между световой величиной и потребляемой мощности абсолютно нет, то есть 100 вт в лампе одного типа не будут светить так же, как те же 100 вт в лампе другого типа. Например, лампа накаливания в 20 вт даёт света в 250 лм, а люминесцентная лампа с аналогичной потребялемой мощностью в 25 вт даст уже в разы больше света — 1 200 лм. Светодиодная лампа с потребялемой мощностью в 25 вт излучается 2 500 лм света.
Становится очевидно, что разные типы ламп с одинаковой потребляемой мощностью могут давать разное количество света. И лидерами в примере выше оказались светодиодные лампы, которые при минимальной потребляемой мощности дают максимум света. На втором месте люминесцентные. И оба этих типа образуют так называют группу “экономок”. И на последнем месте пережиток прошлого — лампы накаливания, которые при потреблении значительного количества мощности дают минимум света. Поэтому они и перестают повсеместно использоваться.
Ниже вы можете познакомиться с таблицей зависимости потребляемой мощности и светового потока у разных типов ламп.
Кроме описанного выше есть ещё один показатель, который называется световая отдача, и он показывается эффективность источника света и измеряется в лм/вт. То есть, он высчитывается из того, сколько света может дать лампа при определённой затраченной мощности и получается её эффективность.
Чаще на упаковках указывают именно ватты и люмены. И если вы хотите выбрать яркую лампу, то выбирайте как можно больше люменов. А если экономную, то как можно меньше ватт.
Сколько люмен выбрать
После того, как разница между ваттами и люменами стала понятна, возникает следующий очевидный вопрос — так сколько же люмен выбрать в дом? Давайте разберёмся.
Итак, комнаты в доме по степени освещённости можно разделить на три типа — комнаты с приглушенным, средним и ярким светом.
- Для комнат, где нужен свет приглушенный может потребоваться 100-150 лк на кв.м. площади. Например, в спальне.
- Для комнат со средним светом — ванны, детские, рабочие комнаты — 100-200 лк на кв.м.
- Для комнат, где нужен яркий свет — 200-300 лк на кв.м. Например, мастерская или гостиная.
Данные выше приведены в люксах (лк) — количество люмен на кв.м.
Ниже вы можете увидеть таблицу освещённости в люксах для других комнат.
Это примерные данные, которые подойдут для комнат с высотой потолка до 3 метров. Обратите также внимание и на то, что тем больше тёмных тонов в интерьере комнаты, тем больше нужно люменов для должного освещения.
ЛЮКСЫ, ЛЮМЕНЫ, ВАТТЫ? Понимаем за 5 минут..
Вы не можете понять, как взаимосвязаны эти величины? Я объясню простыми словами. Читайте далее о взаимосвязи самых важных светотехнических единиц.
1. Люксы — освещенность
То сколько света вы хотите получить, например, на вашем рабочем столе. Вам может быть еле видно или даже слепить глаза. Люксы определяют освещенность на рабочей поверхности — это может быть пол в торговом зале, рабочий стол в офисе или доска в учебном классе.
2. Сколько люксов надо?
На этот вопрос можно четко и точно ответить, воспользовавшись СП 52.13330.2016. Для краткости скажу:
- торговые залы супермаркетов 500 люкс
- косметические кабинеты 500 люкс
- учебные классы 500 люкс
- медицинские кабинеты 500 люкс
- офисы 400 люкс
- выставочные залы 300 люкс
- залы заседаний 200 люкс
- обеденные залы 200 люкс
- кладовые 75 люкс
- коридоры жилых домов 50 люкс
- лестничные площадки 20 люкс
Измерить освещенность можно с помощью специального прибора — люксметра. С помощью него можно получить точное значение освещенности.
3. Люмены — световой поток
Каждый источник света имеет свой световой поток. Не усложняя световой поток — это весь свет который выходит из лампы в единицу времени.
На каждой современной лампе производители пишут значение светового потока в Люменах, сокращенно Лм или Lm.
Обратите внимание — одинаковой мощности и технологии лампа у разных производителей дает разный световой поток! И об этом пишут на упаковке.
Подробнее о характеристиках ламп читайте в нашей статье —
4. Светильники — направляют световой поток лампы
Если часть лампы мы закроем или закрасим — в ту сторону свет очевидно не пройдет, и мы уменьшим световой поток. Если поставим зеркало — направим в противоположную сторону.
Светильник перенаправляет и распределяет световой поток лампы. Для неспециалиста достаточно понимать, что светильник может «съесть» часть света от лампы, если он снаружи покрыт пылью или просто имеет низкую прозрачность.
Практически всегда матовое стекло немного ослабляет свет лампы, но делает его более приятным.
5. Ватты — сколько лампа потребляет электроэнергии
Ватты дают представление о световом потоке лампы лишь косвенно. Это похоже на то, как мощность автомобиля измерять по потреблению бензина. Далеко не всегда более «прожорливая» лампочка оказывается лучше освещающей. В данном вопросе все зависит от технологии. В настоящее время распространены лампы следующих видов:
- Светодиодные — около 60-120 Лм на ватт
- Металлогалогеновые — около 60-120 Лм на ватт
- Люминесцентные — 40-90 Лм на ватт
- Галогеновые — 14-22 Лм на ватт
- Накаливания — 10-16 Лм на ватт
6. Как подобрать количество ламп?
Точным способом будет — заказать светотехнический расчет у специалистов. Именно таким образом можно точно учесть отражения от стен, достичь необходимой равномерности и освещенности.
Другой способ — разместить несколько светильников и провести измерения с помощью люксметра. Вы получите точные значения и понимание насколько у вас «светло».
Ввиду того, что человеческий глаз адаптируется к разной освещенности, а также освещенность меняется в зависимости от удаления от источника света и отражений от стен — оперируют понятиями «средней освещенности» и «равномерности».
Заключение
На улице в дневное время освещенность может достигать нескольких тысяч люксов, и это не под прямым солнцем, а в тени. И никто не слепнет. Поэтому для помещений выбирайте освещенность от 300 до 500 люксов. Этого будет в целом достаточно. Не бойтесь сделать «слишком ярко», это достаточно трудно осуществить. Обычно более яркое освещение дает более хорошее самочувствие и работоспособность.
Хорошие магазины делают освещенность 1000 люксов, это помогает лучше видеть товар и меньше уставать при длительных покупках. В бутиках бывает достигают освещенности 2000 люксов — для особо акцентируемых товаров.