Световой поток светодиодных ламп и накаливания. Что такое люмены, люксы, кельвины, ватты в применении к освещению

Световой поток - мощность светового излучения, т. е. видимого излучения, оцениваемого по световому ощущению, которое оно производит на глаз человека. Световой поток измеряется в люменах.

Например лампа накаливания (100 Вт) излучает световой поток, равный 1350 лм, а люминесцентная лампа ЛБ40 - 3200.

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 4π люменам.

Существует и другое определение: единицей светового потока является люмен (лм), равный потоку, излучаемому абсолютно черным телом с площади 0,5305 мм 2 при температуре затвердевания платины (1773° С), или 1 свеча·1 стерадиан.

Сила света - пространственная плотность светового потока, равная отношению светового потока к величине телесного угла, в котором равномерно распределено излучение. Единицей силы света является кандела.

Освещенность - поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен.

Единицей освещенности является люкс (лк) , равный освещенности, создаваемой световым потоком в 1 лм, равномерно распределенным на площади в 1 м 2 , т. е. равный 1 лм/1 м 2 .

Яркость - поверхностная плотность силы света в заданном направлении, равная отношению силы света к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную тому же направлению.

Единица яркости - кандела на квадратный метр (кд/м 2).

Светимость (светность) - поверхностная плотность светового потока, испускаемого поверхностью, равная отношению светового потока к площади светящейся поверхности.

Единицей светимости является 1 лм/м 2 .

Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI)

Наименование величины	Наименование единицы	Выражение через единицы СИ (SI)	Обозначение единицы
			русское	между- народное
Сила света	кандела	кд	кд	cd
Световой поток	люмен	кд·ср	лм	lm
Световая энергия	люмен-секунда	кд·ср·с	лм·с	lm·s
Освещенность	люкс	кд·ср/м 2	лк	lx
Светимость	люмен на квадратный метр	кд·ср/м 2	лм·м 2	lm/m 2
Яркость	кандела на квадратный метр	кд/м 2	кд/м 2	cd/m 2
Световая экспозиция	люкс-секунда	кд·ср·с/м 2	лк·с	lx·s
Энергия излучения	джоуль	кг·м 2 /с 2	Дж	J
Поток излучения, мощность излучения	ватт	кг·м 2 /с 3	Вт	W
Световой эквивалент потока излучения	люмен на ватт		лм/Вт	lm/W
Поверхностная плотность потока излучения	ватт на квадратный метр	кг/с 3	Вт/м 2	W/m 2
Энергетическая сила света (сила излучения)	ватт на стерадиан	кг·м2/(с 3 ·ср)	Вт/ср	W/sr
Энергетическая яркость	ватт на стерадиан-квадратный метр	кг/(с 3 ·ср)	Вт/(ср·м 2)	W/(sr·m 2)
Энергетическая освещенность (облученность)	ватт на квадратный метр	кг/с 3	Вт/м 2	W/m 2
Энергетическая светимость (излучаемость)	ватт на квадратный метр	кг/с 3	Вт/м 2	W/m 2

Примеры:

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК"
Под общей ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.
М.: Издательство МЭИ, 1998

За последние годы плавно и безболезненно изменились подходы к организации освещения в быту и общественных помещениях. Светодиодными лампами теперь никого не удивишь.

Магазины продают светодиодные и люминесцентные светильники, но покупатель продолжает держать в уме «мощность», как главный показатель для источников освещения. Предусмотрительные производители, конечно, указывают мощность на упаковках светодиодных изделий, что это может значить. Стоит ли ориентироваться на мощность и как определить соответствие между типами приборов?

Больше об уровне освещения, который производит светодиодный источник света, скажет излучение, указанное в люменах. Что обозначают люмены в светодиодных лампах, разберемся в этой статье.

Что такое люмен

Понятие люмен было установлено международной системой измерений в середине ХХ века.

В люменах измеряют количество всего света, излучаемого источником. Параметр напрямую связан с понятием люкс, но существует между ними и разница.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Важно понимать! Люмен (lumen) – полное количество света, которое способен излучать источник во всех направлениях. Люкс призван обозначать, сколько света попадает на квадратный метр поверхности.

Следовательно, если лампа, излучающая 100 Лм, освещает 1 м2 поверхности, то на нее будет падать поток равный 100 Лк. Если та же лампочка светит в помещении 10 м2, то его освещенность будет значительно ниже. Важно знать, что при расчетах следует учитывать весь световой поток, во всех направлениях.

В понимании этого скрывается одно из преимуществ светодиодных приборов перед лампами накаливания и люминесцентными устройствами, светящиеся во всех направлениях. У диодных светильников угол освещения приближается к 120 или 180 градусам. С помощью встроенных или наружных линз получают лучи любой ширины.

Светодиодная лампочка изнутри

Вывод: световой поток направляется и используется в нужном направлении, увеличивая свою концентрацию.

Эту особенность производители активно применяют при разработке светодиодных ламп, устанавливаемых вместо галогеновых и ксеноновых, d2s lamp, приборов в автомобильные фары. Они дешевле ксенона, меньше нагружают электрику машин, чем галогеновые, не уступая по уровню освещенности.

Современные диоды используются для изготовления и замены ламп 20 Вт в габаритных фонарях и 55 W в фарах авто.

Параметры, определяющие показатель светового потока и его расчет

Для восприятия человеком важны несколько показателей светового потока:

• Количество всего исходящего от источника света.
• Длина волны. От нее зависит то, как глаз воспринимает яркость света. Излучение в средней, зеленой части спектра кажется более ярким, чем синие или красные участки, при одинаковой мощности ламп.
• Цветовая температура, измеряется в кельвинах и обязательно указывается на упаковках и паспортах изделий. На картинке показана шкала цветовых температур и цвет испускаемого света.

Обратите внимание! Теплые тона воспринимаются человеческим глазом как менее яркие, чем холодный цвет. При покупке «теплых» ламп делайте небольшой запас в сторону увеличения мощности для создания комфортных условий в помещении.

Цветовая температура в сравнении

Сколько в 1 Вт светодиодной лампочки люмен

Узнать правдивый ответ на вопрос не так просто. Дело в том, что производители указывают мощность и световой поток, для светодиодов, а не лампочки. Измерить действительные значения можно только специальными приборами. Ориентироваться стоит на средние показатели.

В целом при потреблении 1 Вт мощности светодиоды излучают 90–100 Лм. Дорогие образцы способны «отдать» 130–140 Лм с одного Вт.

В лабораторных условиях получены светодиоды, выдающие 220 Лм/Вт, но в промышленных масштабах устройства не выпускаются из-за высокой стоимости.

Уменьшает коэффициент полезного действия встроенный драйвер питания светодиодов, снижая соотношение светового потока к мощности на 5–10%. Важно учитывать это при выборе и покупке источников света.

Перевод люменов в ватты

Для пользователей, которые не хотят изучать характеристики электроприборов и проводить вычисления, в сети интернет существует множество ресурсов со встроенными калькуляторами. Достаточно подставить данные представленные производителем (люмены) и выбрать тип светильника, чтобы получить требуемый показатель мощности.

Способ расчета освещенности для помещений

Расчет необходимого количества осветительных приборов применяется несложная методика.

Расчеты проводятся в два этапа:

• Расчет требуемой интенсивности светового потока.
• Определение количества ламп, способных обеспечить нужную освещенность.

Формула для приблизительного расчета уровня освещения, Лм.

Световой поток=нормативный показатель освещенности в люксах (приведен в таблице) * площадь помещения в м2 * коэффициент высоты потолков.

Таблица 1. Нормы освещенности

Для потолков до 2,7 м применяется коэффициент 1, при высоте помещения от 2,7 до 3 м – коэффициент 1,2, от 3 до 3,5 м – 1,5.

Пример расчета. В детской норматив освещенности устанавливается в 200 Лк. Площадь комнаты 12 м2 Высота 3,1 м – применяем коэффициент 1,2.

Перемножив 200*12*1,2, получают требуемый световой поток 2880 Лм.

Зная световой показатель, выбирают способные его обеспечить приборы. Для приведенной комнаты достаточно одной светодиодной лампы мощностью 25–30 Вт, или трех 10-ваттных источников.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Для лучшего освещения помещения разумно использовать несколько светильников. Это позволит равномерно осветить комнату и избавиться от тени.

Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной лампы

Использование мощности различными типами лампочек

При сравнении технических характеристик все параметры говорят в пользу диодных приборов.

Таблица 2. Сравнение характеристик светодиодных и .

Регулярно снижающаяся цена на светодиодные лампы, и экономическая выгода от их применения делают устройства популярными среди покупателей.

Сколько люмен в светодиодах по отношению к другим источникам света

Таблица 3. Средние показатели светового потока для разной мощности потребления.

Светодиодные лампы проверенных производителей имеют неоспоримые преимущества при использовании в быту и на производстве. Они долговечны, экономичны, быстро окупаются. Возможность подобрать любой оттенок свечения сделают пребывание в помещении комфортным и безопасным.

Чтобы быстро и качественно выполнялась любая производственная задача, обязательно должно быть правильно организовано освещение рабочего места специалиста. Для этого подбираются светильники с определёнными фотометрическими показателями.

Освещение на рабочем месте определяется разными физическими величинами, основной из которых является освещённость. Её показатели рассчитаны для рабочего места любого специалиста и регламентируются соответствующими СНиПами.

Освещённость – это характеристика, которая определяется как световой поток, приходящийся на единицу площади.

Световой поток (Ф)

Данный физический параметр определяется как мощность видимого излучения источника или световая энергия, которая излучается светильником за единицу времени.

В то же время, световая энергия представляет собой энергию, распространяющуюся по всем направлениям и вызывающую зрительные ощущения. У каждого человека на одни и те же источники излучения разные зрительные ощущения, поэтому для расчётов берутся усреднённые показатели.

В физике для расчёта используется формула:

Ф = W/t, где:

• W – энергия, излучаемая источником, измеряется в ваттах,
• t – время работы прибора в секундах.

Также это величина, которая характеризует количество света, излучаемое осветительным прибором во всех направлениях.

Таким образом, вторая формула расчёта имеет вид:

Ф = I · w, где:

• I – сила света, измеряется в канделах,
• w – телесный угол, рассчитывается в стерадианах.

Люмен

Единицей измерения светового потока является люмен.

Для того чтобы определить, какой источник выгоднее приобрести, рассмотрим сначала, что такое люмен.

Слово lumen в переводе с латинского обозначает свет.

Люмен определяется как световой поток, который излучается точечным источником, имеющим силу света 1 кандела в телесный угол, равный 1 стерадиану:

1лм = 1Вт / 1с.

С другой стороны, единица измерения люмен (лм) может быть найдена как:

1 лм = 1 кд · 1 ср.

Если телесный угол равен 4π радиан, а сила света – 1 кд, то в этом случае говорят о полном световом потоке, который равен 4π лм или 4 · 3,14 лм.

Рассчитали, что этот показатель для солнечного излучения соответствует 8 лм, а звёздного неба – всего 0,000000001 лм.

Для любого искусственного источника освещения имеются таблицы расчёта этого фотометрического параметра.

В светотехнике используются производные величины, которые образуются с помощью стандартных приставок международной системы СИ, например:

• 1 клм = 103 лм или 1клм = 103 лм;
• 1 Млм = 106 лм;
• 1 слм = 10-3 лм;
• 1 мклм = 10-6 лм.

Измерительные приборы

Для измерения фотометрических величин в промышленности используются специальные устройства, которые называются сферическими фотометрами и гониофотометрами. Они позволяют определять, как световой поток, так и силу света от различных светильников.

Фотометры бывают визуальными и объективными.

Принцип действия визуальных приборов основан на способности глаза определять одинаковость яркости освещения двух сравниваемых поверхностей, освещённых одинаковым цветом.

В настоящее время популярными являются объективные электрические фотометры, которые позволяют выполнять измерение световых параметров не только в видимой зоне, но и за её пределами.

Гониофотометры позволяют получать данные о величине светового потока, силе света, а также показатели других фотометрических величин, например, яркости, распределения освещённости и др.

Рекомендации по организации правильного освещения рабочего места

При освещении рабочих мест используют два вида источников: искусственные и естественные.

Искусственные представляют собой приборы с лампами различного типа: люминисцентные, накаливания, светодиодные и т.д.

Для каждого типа ламп существуют таблицы с указанием количества люменов, излучаемых данным светильником.

Эта величина указывается на упаковке товара, поэтому при покупке обязательно нужно подбирать лампочку, руководствуясь информацией, размещённой производителем на коробке. На упаковке светильника указывается полный световой поток, в который входит и рассеянный свет.

Внимание! При приобретении светильника важно помнить, что этот показатель не отражает полностью его яркость, так как она может повышаться за счёт использования системы отражателей, линз и зеркал, размещённых в приборе.

Подбор электроламп

Перед приобретением электролампочек нужно сначала выбрать, какие приборы вам нужны для создания правильного освещения рабочего места. Если комната прямоугольная, то расчёт нужного количества люменов выполняется следующим образом: нужно перемножить показатели нормы освещённости объекта (определяется согласно СНиП), площади помещения и коэффициента, зависящего от высоты потолка помещения.

Освещённость – самая распространённая фотометрическая величина, в повседневной жизни определяется простыми терминами: светло, темно, сумерки и т. д. Уровень освещённости оказывает значительное влияние на самочувствие и трудоспособность человека, его возможность получать информацию от самых разных источников с помощью зрения. Для создания комфортных условий необходимо измерить освещённость и определить оптимальные величины.

Понятие освещённости

Определение освещённости невозможно без применения других параметров видимого света – световых единиц:

• Кандела (кд). Сила света относится к основным единицам международной системы СИ. Ранее применявшееся название – свеча, служившая эталоном для измерений. Сейчас одна кандела – это световая эффективность монохромного излучателя на строго определённой частоте, с заданной энергией. В бытовом применении одной канделе соответствует сила света одной обычной свечи, 100 кд – лампа накаливания мощностью100 Вт;
• Световой поток – люмен (лм), производная единица измерения. Определение тесно связано с силой света. 1 люмен – это световой поток излучателя силой в одну канделу, распределённый в один стерадиан (телесный угол): 1 лм = 1 кд ∙ 1 ср. Типичное значение для ламп накаливания 100 Вт с прозрачной колбой составляет 1300-1400 лм.

Освещённость зависит от этих характеристик источника света и указывает на величину светового потока, падающего на некоторую площадь, измеряется в люксах (лк). За единицу освещённости принимается люкс – это световой поток в один люмен, падающий перпендикулярно на 1 м2 освещаемой площади и равномерно по ней распределённый. Так же определяется как освещённость сферы радиусом 1 метр, находящимся внутри излучателем с силой света 1 кд. Находится в прямо пропорциональной зависимости от интенсивности источника и в обратной – от квадрата расстояния до него. За источник принимается равномерно испускающий свет во все стороны (изотропный) точечный излучатель.

Вычисление конкретного значения кандел, люменов и люксов производится по формулам:

E = F / S, где Е – освещённость, люкс; S – площадь, м2.

E = I / R2, где R – расстояние до источника.

Из этих соотношений понятно, как перевести люксы в люмены, рассчитать требуемый поток при определённой освещённости:

F = E × S, где F – искомый световой поток в люменах, E – известная освещённость, люкс, S – площадь, м2 .

Величина уменьшается в том случае, если свет падает под углом, тогда результат необходимо умножить на значение косинуса угла падения лучей:

E = (F / S) × cos i;

E = (I / R2) × cos i.

В традиционной английской и американской системе измерений применяется понятие фут – кандела. Определяется как освещённость на расстоянии один фут, создаваемая источником силой света в одну канделу. Больше одного люкса приблизительно в десять раз, для пересчёта удобно использовать онлайн калькуляторы.

Средние значения для некоторых распространённых естественных и искусственных источников освещения:

• Солнце, в средних широтах, полдень – до 400000 лк;
• Пасмурная погода – 3000 лк;
• Восход солнца – 1000 лк;
• Полная луна без облаков – до 1 лк;
• Стадион при искусственном освещении – до 1300 лк.

Указанные величины ориентировочные и не могут применяться для расчётов – разница в измерениях бывает очень велика.

Основные требования

Освещённость любого объекта, на который падает световой поток, никак не зависит от его свойств – они определяют только отражающую способность поверхности, которую принято называть светимостью или яркостью. Отражённый свет от потолка, зеркал и других конструкций часто используется для усиления эффективности основного освещения, так в большинстве конструкций подвесных светильников предусмотрено направление части света в верхнюю полусферу.

• Гостиная – 200 лк;
• Санузел, душевая – 80 лк;
• Кабинет – 300 лк;
• Подсобные помещения – 50 лк.

Для производственных и служебных объектов установлены нормированные величины, указанные в своде правил СНиП.

Расчёт освещения производится с помощью громоздких формул, куда входит множество параметров: люксы и люмены, площадь, различные коэффициенты, сколько светильников и пр. Для простых применений в Интернете существует множество калькуляторов, значительно облегчающих вычисления.

Измерение

Прямое измерение освещённости производится специальным прибором – люксметром, который отображает результат непосредственно в люксах. Работает на принципе фотоэффекта, свойственного некоторым материалам: селеновый элемент или полупроводники. В фотографии применяются экспонометры, дающие результат в экспозиционных числах EV.

Люксметр регистрирует световой поток в конкретном месте, с учётом всех видов освещения: искусственного, естественного, отражённого.

Обозначения на источниках света

Способность светотехнического изделия создать определённый уровень освещённости указывается в виде значения светового потока в люменах.

В советские времена выбирая лампочку, потребители ориентировались на количество ватт в ней. Чем их больше - тем ярче светило данное устройство. Однако сегодня (когда на прилавках магазинов появилось множество новых разновидностей ламп) все чаще приходиться сталкиваться с таким понятием, как «люмен». Что такое это, чем отличается от ватта и что за единица называется люмен на ватт? Давайте найдем ответы на эти вопросы.

Что такое «люмен»

В средине ХХ в. для избегания путаницы в единицах измерения между различными странами была введенная универсальная система СИ. Именно благодаря ей мы имеет ватты, амперы, метры, килограммы и т.п.

Согласно ей, (видимое электромагнитное излучения) является Фактически в этих единицах измеряют количество света, исходящего от его источника.

Так же на вопрос о том, что такое «люмен, можно ответить, что это название известной российской рок-группы из Уфы. Начав свою деятельность в 1998 г., она уже почти двадцать лет продолжает оставаться любимой многими слушателями в Российской Федерации и за ее пределами.

Происхождение слова

Узнав, что такое люмен, стоит уточнить, откуда пришло данное слово в российский язык.

Как и большинство названий единиц измерения в системе СИ, рассматриваемый термин является латинизмом. Он образован от слова «свет» (lūmen).

При этом отдельные лингвисты утверждают, что существительное могло быть образовано и от праиндоевропейского слова leuk (белый) или от lucmen (значение точно не установлено).

Чем отличается люмен от люкса

Рассматривая значение слова «люмен», стоит упомянуть о таком близком к нему понятии, как «люкс».

Оба этих термина относятся к световым энергетическим единицам, однако люмен - это весь излученный источником свет, а люкс - то его количество, которое дошло до освещаемой поверхности, а не было остановлено какими-то преградами с образованием теней.

Взаимозависимость данных единиц можно отразить при такой формуле: 1 люкс = 1 люмен/1 квадратный метр.

Например, если лампа, освещающая территорию размером в 1 м 2 , излучает 50 люменов, то освещенность данного места равна 50 люксам (50лм/1м 2 = 50 лк).

Однако если все та же лампа с аналогичным количеством света используется для помещения в 10 м 2 , то освещенность в нем будет меньшей, нежели в предыдущем случае. Всего 5 люксов (50лм/10м 2 = 5 лк).

Кроме того, при таких подсчетах не бралось во внимание наличие различных преград, препятствующих достижению световых лучей поверхности, что существенно снижает уровень освещенности.

В связи с такой ситуацией в любой стране мира существуют нормы освещенности для различных зданий. Если она ниже их, зрение человека недополучает света и ухудшается. По этой причине, задумав делать ремонт или перестановку в своем жилище, всегда важно учитывать данный нюанс.

Также существует целый ряд дизайнерских программ, в которых производятся подобные расчеты автоматически.

Люмен и ватт

Узнав отличие и значение люмена и люкса, стоит обратить внимание на еще одну единицу системы СИ - ватт.

Из-за того, что их используют для лампочек, некоторые полагают, что можно свободно соотносить между собою данные единицы. Однако это не совсем так.

Дело в том, что в ваттах измеряется мощность энергии, которую потребляет лампочка, а в люменах - количество света, которое она излучает.

Во времена существования только ламп накаливания высчитать количество света от такого прибора было проще. Так как 100 Вт лампочка выдавала около 1600 лм света. В то время как аналогичный прибор в 60 Вт - 800 лм. Получалось, чем больше потреблено энергии - тем лучше освещение.

Но сегодня все не так. В последние десятилетия изобретено несколько новых видов источников освещения люминесцентные и т.п.). Их преимуществом является экономичность. То есть они светят ярче при меньшем количестве использованной энергии.

В связи с этим при необходимости составить соотношения между ваттами и люменами нужно учитывать тип лампы и искать ее светосилу в специальных таблицах.

Стоит отметить, что обычному человеку иногда не хочется перестраиваться и разбираться во всех этих тонкостях. Поэтому большинство отечественных производителей лампочек нового типа на этикетках указывают не только количество люменов, а насколько меньше ватт потребляет данный прибор (по сравнению с лампой накаливания). Например: лампа в 12 ватт выдает свет как при 75 Вт.

Единица измерения «люмен на ватт»: значение ее и сфера применения

Например, классическая лампа накаливания в 40 Вт имеет светоотдачу в 10,4 лм/Вт. При этом у индукционной лампочки с такой же мощностью этот показатель гораздо выше - 90 лм/Вт.

По этой причине, выбирая себе осветительный прибор в дом, все-таки стоит не полениться, а узнать уровень его световой отдачи. Как правило, такие данные есть на этикетках.