Description détaillée du flux lumineux des lampes à LED
Lors de la conception de systèmes d'éclairage pour locaux, il est nécessaire d'être guidé par certaines valeurs afin d'unifier les procédures de calcul. Les mêmes valeurs universelles sont requises pour les consommateurs ordinaires afin de naviguer dans différents types de sources lumineuses. Pendant longtemps, pour les lampes à incandescence, cette valeur était d'un watt de puissance électrique consommée. Mais ces appareils sortent de la scène, il faut donc trouver autre chose.
Qu'est-ce que le flux lumineux
En fait, pour calculer l'éclairage, les concepteurs utilisaient auparavant une autre valeur - la candela (bougie), qui a également une correspondance directe avec les watts consommés par une lampe à incandescence. Dans la littérature technique du début de la seconde moitié du siècle dernier, on peut rencontrer les expressions « lampe à mille bougies », etc. La luminance en candela fait référence à la puissance de la lumière en watts émise dans une direction particulière. En tant qu'association visuelle, une telle luminosité est fournie par une bougie brûlante ordinaire à la paraffine ou à la stéarine. D'où le nom.Cette approche fournit une représentation visuelle de la luminosité sous forme de nombre de bougies allumées.
Important! Les watts utilisés pour calculer la candela ne sont pas liés à la puissance électrique - la source lumineuse peut ne pas être électrique (même bougie).
Il existe une définition du concept de flux lumineux - la puissance de l'énergie de rayonnement, qui est estimée par la sensation lumineuse. Soit le nombre de photons émis par unité de temps. Mathématiquement, cela ressemble à ceci : si une source ponctuelle avec une force de 1 candela rayonne un flux dans un angle solide égal à un stéradian, alors elle crée un flux lumineux de 1 lumen (lm).
Le concept de stéradian doit être clarifié. Pour représenter un angle solide de 1 sr, il faut prendre un cône dont le sommet est au centre d'une sphère de rayon R, qui découpe une aire à la surface de la sphère égale à R2 . L'angle d'ouverture d'un tel cône est d'environ 65 degrés.
Si une source lumineuse ponctuelle de 1 candela, rayonnant de manière égale dans toutes les directions, est placée dans une sphère d'un rayon de 1 m, un éclairement égal à 1 lux (lx) sera créé sur sa surface intérieure. Cette valeur est utilisée pour définir les normes d'éclairement. Ainsi, pour divers locaux, selon SNiP, les conditions suivantes doivent être remplies:
- salles de classe des écoles secondaires - 500 lux;
- public universitaire - 400 lux;
- gymnases - 200 lx.
Des normes d'éclairage sont également fixées pour les autres pièces.
Si un flux lumineux de 1 lm tombe sur 1 m². surface, il crée un éclairement de 1 lux. D'où le rapport entre lumen et lux : 1 lux = 1 lm/m². Par exemple, pour fournir un éclairage suffisant dans un auditorium d'une superficie de 100 mètres carrés, un flux lumineux de 40 000 lumens est nécessaire.Il faut également tenir compte du fait que l'éclairement diminue proportionnellement au carré de la distance à la source lumineuse, donc La hauteur de la suspension de la lampe est importante.
Principe d'opération
Pour comprendre la commodité d'utiliser toutes ces grandeurs, il est nécessaire de considérer la direction d'émission de la LED et les concepts associés.
La conception de la diode électroluminescente est telle qu'elle n'envoie pas la lumière uniformément dans toutes les directions - l'hémisphère inférieur est recouvert par le substrat et la conception de la lentille est telle qu'elle ne fournit pas de rayonnement uniforme dans l'hémisphère supérieur. De ce fait, le flux lumineux principal se concentre vers le haut et s'affaiblit vers la périphérie du cône de lumière. À un certain angle de vue, l'intensité de la lueur est réduite de moitié et lorsqu'un angle encore plus grand est atteint, la lumière devient invisible. Le premier angle (bac) est appelé angle de demi-luminosité et le second (fah) est appelé angle de pleine luminosité.
Les mêmes points s'appliquent à la LED avec un luminophore. Là, l'angle de rayonnement est limité par le substrat et l'angle de la plus grande activité du rayonnement d'amorçage de la jonction p-n. Il faut comprendre qu'il est impossible de déterminer avec précision ces angles à l'œil nu - des dispositifs spéciaux sont nécessaires. Mais vous pouvez comparer visuellement deux LED - qui ont un angle d'ouverture plus grand.
Rendement lumineux des lampes LED
Le rendement lumineux des lampes à LED ne dépend pas du degré de chauffage du cristal. Presque tous les illuminateurs blancs sont fabriqués à base de LED avec un luminophore, de sorte que le rendement lumineux dépend de la qualité de ce luminophore, de la technologie par laquelle il est produit. L'émission de lumière du cristal d'amorçage et la capacité de ce rayonnement à faire briller le luminophore dans la région visible du spectre sont également importantes.
La force du flux lumineux de l'éclairage extérieur
Pour calculer l'éclairage extérieur, il faut partir des normes minimales d'éclairage, qui peuvent également être trouvées dans le SNiP (SP) correspondant. Ainsi, pour les aires de jeux, l'éclairement minimum ne doit pas être inférieur à 10 lux.
Les normes donnent les valeurs minimales d'éclairage, dans les calculs, elles peuvent être augmentées.
Pour obtenir le nombre de luminaires souhaité (N) pour obtenir l'éclairage requis, vous devez définir les données initiales :
- éclairement minimal (E), lx ;
- superficie du territoire (S), m² ;
- coefficient d'irrégularité d'éclairage (z), pour les lampes à LED, il est égal à 1,2 ;
- un multiplicateur qui prend en compte l'affaiblissement du flux lumineux à la fin de la durée de vie de la lampe (k), pour les appareils à LED, il est de 1,2 ;
- flux lumineux d'une lampe (F), lm ;
- coefficient de réflexion des objets proches (n), pour l'asphalte, il peut être pris égal à 0,3.
Ces quantités sont liées par la formule N=E*S*z*k/(F*n).
Qu'il soit nécessaire d'éclairer une aire de jeux d'une superficie de 150 m². En présence de lampes émettant un flux lumineux de 1500 lm chacune. En substituant les valeurs dans la formule, nous obtenons N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Vous obtenez 4,8 ou 5 lampes. C'est le montant minimum, en fait vous pouvez en installer plus.
Vous pouvez vous définir non pas par le flux lumineux des lampes disponibles, mais par le nombre de lampes pouvant être installées sur le territoire. Dans ce cas, il est nécessaire de calculer le flux lumineux de chaque lampe. La formule de calcul prendra la forme F=E*S*k*z/(N*n). Si le résultat final n'entre pas dans la série standard caractéristiques de la lampe, il doit être arrondi.
La relation entre les lumens et les watts
Les consommateurs du monde entier se sont habitués à relier la luminosité de l'éclairage à la puissance électrique consommée pendant les décennies de domination des lampes à incandescence. Pour ces appareils obsolètes, c'était raisonnable - le développement de technologies dans cette direction est depuis longtemps dans une impasse. Le rapport puissance/intensité de l'éclairage s'est stabilisé et est devenu une habitude.
Pour éclairage LED il n'y a pas de relation directe entre la puissance consommée en watts et le flux lumineux généré en lumens. Plus précisément, oui, mais seulement pour le moment. Les technologies ne s'arrêtent pas, la production de cristaux s'améliore, de nouveaux luminophores à rendement lumineux accru sont en cours de développement. Les ratios du temps présent demain seront désespérément dépassés.
Tableau de luminosité lumineuse
À l'heure actuelle, la correspondance entre le flux lumineux des lampes à LED modernes et la puissance qu'elles consomment ressemble à ceci :
| Flux lumineux, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Consommation électrique de la lampe LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Puissance équivalente d'une lampe à incandescence, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Le tableau montre des valeurs approximatives arrondies, car les lampes sur le marché sont produites depuis plusieurs années par différents fabricants avec différentes technologies. Pour la perception "à l'œil", cette propagation n'est pratiquement pas perceptible.
En conclusion, la vidéo : La différence et la relation entre les watts, les lumens et les kelvins.
Ayant une compréhension claire de la relation entre les caractéristiques du rayonnement lumineux, vous pouvez calculer indépendamment l'éclairage d'une pièce ou d'un territoire. Pour ce faire, vous devez connaître les normes d'éclairage et les caractéristiques techniques des lampes à LED.