Люмен: что это за величина, соответствие ваттам, параметры светового потока

Люмен — это 📕 что такое люмен

Что такое люмен

Люмен входит в международную систему единиц и обозначает силу светового потока, который исходит из определенного источника. Световой поток в люменах обозначается Лм или Lm. Он равняется световому потоку, исходящему из изотропного источника с силой света в 1 канделу.

Этот показатель универсален и используется для всех видов ламп и светильников, что упрощает расчеты. Вариант, когда источники света в дом или квартиру подбирали по ваттам, давно прошли. Намного удобнее и точнее использовать люмены, так как они отражают силу светового потока, а не потребляемую энергию.

Кстати! Сила света не зависит от его температуры, измеряемой в Кельвинах. Освещение может быть теплым, нейтральным или холодным, но при этом иметь одинаковые показатели в люменах.

Единицы физических величин в освещении  (гост 8.417-81)

• сила света — в Канделах или кд;
• яркость – количество света, излучаемого единицей площади тела, измеряют в кд/м² или Канделах на квадратный метр;
• световой поток – в люменах или Лм;
• мощность света, как потока электромагнитного излучения – в ваттах (Вт);
• освещенность – количество света, попавшего на единицу площади – в люксах (или Лк);
• светимость – количество света, излучаемого с единицы площади – в люменах на кв. м или Лм/м².

Измерение световых характеристик

Исторически складывалось так, что только глаз в течение 200 лет, был тем самым эталонным приемником света, на основе которого и проводились все оценки и измерения силы света, яркости и освещенности.Из всей огромной оптической области излучения (10 нм — 1 мм) лишь узкая полоса спектра от 380 до 780 нм (световое излучение) может восприниматься человеческим глазом.

Ориентируясь на глаз, как на приемник света была введена система измерений, в которой равными принимаются такие воздействия, которые вызывают одинаковое зрительное ощущение.

Была построена функция V(

Рисунок 1

Из таблицы видно, что при значении 550Нм (длина волны зеленого цвета) энергоэффективность самая высокая. Физиологическое действие в 1лм одинаково во всем спектре, но его энергетическая «цена» для зеленой области составляет 1/683 Вт, для фиолетовой — 1/62 Вт, а для малино-красной — 1/6 Вт. Поэтому глазу комфортнее в зеленой области, здесь физической воздействие («давление») на него наименьшее.

Различные эксперименты давали результаты, которые показали, что на длине волны

Использование кандел в тех. характеристиках источников света

В Канделах, зачастую, измеряется сила света направленных источников света, например, таких как светодиод в 5мм корпусе имеющий как правило линзу от 10 до 160 градусов, если быть точнее то измерение ведется в милиКанделах 1Кд=1000мКд. Количество Кандел указывает, сколько света испускает точечный источник света в одном направлении, в котором она светит наиболее интенсивно.

Например, светодиод ARL-4008UWC , при токе 20 мА имеет диапазон яркости 1,2 – 1,6 кд;

светодиод ARL-10080PGC4-15 диаметром 10 мм имеет яркость 30-40 кд;

модель красного светодиода ARL-10603URD-150mcd имеет яркость 0,15 кд.

История канделы

Измерение в «свечах» началось в 1893 году в Германии.

Наименование «свеча Хефнера», было предложено в 1884 Ф. Хефнер-Альтенеком. Эталоном при этом служила фитильная лампа специальной конструкции. В качестве горючего в ней использовался амилацетат.

Три года спустя, в 1896 году на Международным электротехническом конгрессе была принята «десятичная свеча», равная 1,12 свечи Хефнера.

В 1909 г. «десятичная свеча» была откорректирована на одну десятую — заменена «международной свечой», равной 1,11 свечи Хефнера. Международная свеча воспроизводилась не с помощью фитильной лампы, а при помощи специальных ламп накаливания

В 1948г. состоялось решение о принятии новой единицы— Канделы. Канделу привязали к световому эталону, обладающему свойствами, близкими к свойствам абсолютно чёрного тела (Планковский излучатель). В расчетах были задействованы, как писалось ранее, окись тория, платина, находящаяся при температуре отвердевания (2046,6 К), ;

Привязка Канделы к видимому человеческим глазом спектру — наиболее логичный на тот момент времени вариант. Хотя на данный момент ведутся работы над новой версией формулировки.

Как правильно выбирать лампы в зависимости от количества люменов

Рассчитать освещенность в люменах несложно, если использовать рекомендации из СНиП и помнить несколько советов:

1. Для каждого помещения установлены санитарные нормы освещенности. Для ванных, санузлов, подсобных помещений, коридоров и прихожих показатель составляет 50 Лк. Для жилых комнат и кухонь он равен 150 Лк. В детских комнатах и игровых зонах нужно не менее 200 Лк. Рабочие кабинеты, домашние офисы и библиотеки освещаются по норме в 300 люксов.
2. Выбранную норму надо умножить на площадь помещения. Результат покажет суммарную освещенность, которая нужна для той или иной комнаты. На этот показатель и стоит ориентироваться.
3. Продумывается количество лампочек и их расположение. Для небольших помещений хватит люстры посередине, равномерно распределяющей свет. А если комната большая или вытянутая, лучше использовать больше ламп с меньшей яркостью и расположить их равномерно или поставить 2-3 люстры.

Рассчитать оптимальный световой поток в люменах несложно, если знать соотношение этого показателя к мощности у основных видов ламп. При выборе оборудования надо помнить, что нельзя сильно превышать рекомендованные нормы.

Канделы

В 1979 году 16-й Генеральной Конференции по Мерам и Весам было принято определение Канделы Канде́ла (от лат. candela — свеча) — одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ). Кандела — сила света в данном направлении от источника монохроматического излучения с частотой 540*10 Гц, имеющего интенсивность излучения в этом направлении равную 1 / 683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану. Частота излучения 540*10¹² Гц соответствует длине волны

( Оно отменяло предыдущее сложное измерение, зависящее ранее от черного тела, температуры затвердевания платины (2042 К) и давления 101 325 Н/м2)

Люксы

Люкс (от лат. lux — свет) — единица измерения освещённости в системе СИ.

Люкс равен освещённости поверхности площадью 1 кв м при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 люмен.

Освещённость прямо пропорциональна силе света источника света. При удалении его от освещаемой поверхности её освещённость уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Другими словами, если 100 люменов собрать и спроецировать на 1-метровую квадратную область,освещенность области составит 100 люкс.

Те же самые 100 люменов, направленные на 10 квадратных метров, дадут освещенность 10 люкс. Или, если мы возьмём источник света, подвесим его в центре комнаты и померим освещённость люксметром на расстоянии от него 1м, люксметр покажет, например, 100Лк, а на расстоянии 2м от лампочки люксметр покажет 25Лк.

Когда лучи света падают наклонно к освещаемой поверхности, освещённость уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей.

Для измерения уровня светового излучения и фактической освещенности окружающего пространства используют люксметр – специализированный электронный прибор. Он имеет спектральную характеристику, совпадающую со спектральной характеристикой глаза обычного человека.

Хотелось бы отметить, что в компании Новолампа есть спектрометр UPRTEK MK350N-PREMIUM-HANDHELD с помощью которого можно проверить верность данных по расчетной освещенности. Спектрометр учитывает, в том числе, косинусную коррекцию.

Параметры светового потока

В светотехнике используются следующие понятия:

1. Оптическое излучение, занимающее длины волн от 380 до 760 нм. По краям этого участка располагаются ИК (инфракрасный) и УФ (ультрафиолетовый) диапазоны.
2. Поток света (Ф), выражаемый в люменах (лм). Он характеризует силу воздействия волн на зрение человека. Величина потока не зависит от своей направленности.
3. Люмен (лм), это излучение, созданное калиброванным источником при заданных условиях окружающей среды. Поверочные и контрольные измерения проводятся при температуре 25 °C.
4. Освещенность (Е), описываемая соотношением излучения, падающего на плоскость, к охватываемой площади и измеряемая в люксах (лк). Формула Е=Ф/А, где, А — площадь. При полной луне освещенность составляет 0,2 лк, уличные фонари поднимают E до 20 лк, в помещении величина достигает 5000 лк, E в пасмурный день колеблется в пределах 5 000 — 10 000 лк и на солнце E может достигать 100 000 лк.
5. Сила света (I) характеризует световой поток, проходящий внутри объемного угла, I=Ф/ω. Ее единицей измерения установлена кандела (кд). Вольфрамовая лампа 100 Вт создает излучение, соответствующее 100 кд. Распределение освещенности в пространстве характеризуется кривой силы света (КСС).
6. Яркость (L) показывает соотношение потока излучения, проходящего в телесном углу, к своему сечению. Выражение L производится в кд/м² по формуле L=I/A (L=I/Cos A). Восприятие яркости находится под влиянием субъективных ощущений. Человек в темноте способен регистрировать яркость в микроканделах на кв.м. (мкд/м²). Обычный газоразрядный источник создает яркость до 11000 кд/м².
7. Световая отдача (H) есть световой поток, деленный на мощность источника по формуле Н=Ф/Р. Единица измерения определяется как лм/Вт. Она характеризует энергетическую эффективность источника. Замена вольфрамовой лампы (светоотдача 10-20 лм/Вт) на газоразрядную (90 лм/Вт) сокращает расход электрической энергии в 7 раз при сохранении уровня освещенности.
8. Цветовая температура (Тц) задает тональность источника излучения и освещаемых объектов. Измеряется в Кельвинах (К), которые соотносятся со шкалой Цельсия по формуле Тс = Тц -273.
9. Индекс передачи цветности (Ra или CRI) определяет воспроизводимость различными материалами излучения с разной длиной волн. Сравнение производится с калибровочным источником. Индекс CRI имеет сверху максимальное ограничение равное 100.

Показатель Ra делится на градации:

• 90 и более — отличная передача цвета, уровень 1А;
• 80-89 — 1В, хорошая передача цвета;
• 70-79 — лучше среднего, уровень 2А;
• 60-69 — средний показатель, 2В;
• 40-59 — достаточный уровень, 3;
• до 39 — низкий показатель, <3.

Для распространенных источников света Тц в градусах Кельвина:

• огонь свечи — 1900;
• вольфрамовая лампа — 2700;
• лампа газоразрядная с парами ртути — от 3000 до 6500;
• солнце — 5000;
• небо, закрытое облаками — 6500;
• солнечный день — от 10 000 до 20 000.

Color rendering index (CRI) введен в оборот для сопоставления источника излучения с непрерывным спектром. Приемлемая для глаз величина индекса располагается в диапазоне от 80 до 100 CRI.

Перевод люменов в ватты

Чтобы не ошибиться в выборе мощности лампы, не следует смотреть на этот показатель, но нужно принимать во внимание количество излучения, величину потока, выраженную в люменах. Соотношение ватт и люмен зависит от технологии получения потока излучения.

Для вольфрамовых ламп 1 Вт соответствует 10 лм, а для светодиодных ламп на основе LED 1 Вт эквивалентен потоку света в 80 — 100 лм.

Газоразрядная лампа мощностью 18 Вт создает поток величиной 1350 лм, при удвоении расхода электроэнергии до 36 Вт — пропорционально растет излучение до 3350 лм. При частой необходимости в таких операциях лучше прибегать к услугам онлайн-калькулятора или заранее составить подсказку.

Производные единицы от канделы

Международная система единиц (СИ) определила набор из семи основных единиц, из которых в дальнейшем формируются все другие единицы измерения. Эти другие единицы называются производными единицами СИ, они также считаются частью стандарта.

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций — умножения и деления.

Через Канделы выражаются такие фотометрические единицы измерения, как Люмены и Люксы.

Световой поток в люменах различных источников света

В таблице ниже приведены сравнительные параметры в Канделах и люменах некоторых источников света, но в зависимости от конкретного экземпляра ( производитель, материалы) значения могут отличаться.

Сила света в канделах типовых источников света:

Сколько люменов в 1 вт лампочки

Проще всего использовать таблицу люменов для самых распространенных видов ламп и вариантов их мощности. Разновидностей не так много, поэтому можно быстро сориентироваться и подобрать оптимальное значение. Все данные усреднены, так как значения могут меняться в зависимости от особенностей конструкции и производителя.

Со временем показатели у ламп накаливания снижаются из-за истончения спирали. У люминесцентных и светодиодных вариантов яркость тоже снижается, но на так сильно.

Лучше всего изучать информацию на упаковке, там обычно есть точные данные, от которых можно отталкиваться. Соотношение может меняться, так как сейчас появляются новые типы диодов с увеличенной яркостью, которые намного эффективнее, но при этом потребляют меньше электроэнергии.

Если нет данных, сколько люмен в лампе накаливания 100 Вт, что бывает часто, можно самостоятельно провести вычисления. Даже если таблицы не окажется под рукой, несложно запомнить соотношение. В 1 ватте мощности примерно 12 люмен светового потока.

Используя эту информацию не составит труда определить показатели для вариантов любого типа. Фактические цифры могут отличаться, но несущественно. Обычно изделия с нитью накала берутся с запасом по яркости в 20-30%, чтобы исключить любые проблемы.

Определить люмены в светодиодных лампах намного сложнее. Тут все зависит от вольтамперных характеристик используемых диодов, а также от типа рассеивателя, расположения элементов и системы охлаждения. Поэтому надо изучить информацию на упаковке или во вкладыше при его наличии.

Обычно у этого типа ламп есть все необходимые данные. Но при этом важно помнить, что фактические значения могут отличаться от заявленных, особенно у дешевых изделий. Поэтому стоит приобретать изделия известных фирм, которые хорошо зарекомендовали себя.

Чтобы узнать соотношение Лм в светодиодных лампах и других типах изделий, проще всего использовать таблицу из этого раздела. С ее помощью можно быстро сориентироваться, чтобы понять, какая мощность светодиодного варианта нужна вместо лампы накаливания или люминесцентной.

Определить показатели на глаз сложно, так как яркость может восприниматься по-разному в зависимости от высоты расположения светильника. Также на показатели влияет цвет стен, пола и потолка, в зависимости от этого меняется отражение света.

Замеры производятся в нескольких местах помещения, так как значение имеет не только яркость, но и равномерность освещения. Для жилых комнат нужно проверять показатели на уровне пола, для офисов и производств измерения делают на рабочих поверхностях. Так можно быстро проверить, соответствуют ли указанные данные фактическим показателям.

В видео рассказываем что такое ватты, люксы и люмены в контексте LED света.

Таблица соответствия мощности и светового потока ламп

В быту распространены 3 технологии получения светового излучения.

В таблице приведены их соответствия, чтобы покупатель не ошибся при выборе осветительных ламп.

Видно, что затраты электроэнергии на создание потока в 400 лм различаются на порядок для вольфрамовых ламп и LED. Их люминесцентный аналог занимает промежуточное положение по энергетической эффективности.

При необходимости постоянно замеряйте освещенность помещения. Полагайтесь не только на заявленные значения, приобретите люксометр и самостоятельно оценивайте интересующий параметр.