وصف تفصيلي للتدفق الضوئي لمصابيح LED

عند تصميم أنظمة الإضاءة للمباني ، من الضروري الاسترشاد بقيم معينة من أجل توحيد إجراءات الحساب. نفس القيم العالمية مطلوبة للمستهلكين العاديين من أجل التنقل في أنواع مختلفة من مصادر الضوء. لفترة طويلة ، بالنسبة للمصابيح المتوهجة ، كانت هذه القيمة عبارة عن واط واحد من الطاقة الكهربائية المستهلكة. لكن هذه الأجهزة تخرج عن المنصة ، لذا يجب العثور على شيء آخر.

ما هو التدفق الضوئي

في الواقع ، لحساب الإضاءة ، استخدم المصممون سابقًا قيمة أخرى - الشمعة (الشمعة) ، والتي لها أيضًا تطابق مباشر مع الواط الذي يستهلكه المصباح المتوهج. في الأدبيات الفنية لبداية النصف الثاني من القرن الماضي ، يمكن للمرء أن يصادف عبارات "مصباح الألف شمعة" ، إلخ. يشير النصوع في الشمعة إلى قوة الضوء بالواط المنبعث في اتجاه معين. كإتحاد بصري ، يتم توفير هذا السطوع بواسطة شمعة بارافين محترق عادي أو شمعة إستيارين. ومن هنا الاسم.يوفر هذا الأسلوب تمثيلًا مرئيًا للسطوع على أنه عدد الشموع المشتعلة.

سطوع التوهج في شمعة واحدة

مهم! لا ترتبط الواط المستخدم لحساب الشمعة بالطاقة الكهربائية - قد لا يكون مصدر الضوء كهربائيًا (نفس الشمعة).

يوجد تعريف لمفهوم التدفق الضوئي - قوة طاقة الإشعاع ، والتي تقدر بالإحساس بالضوء. أو عدد الفوتونات المنبعثة لكل وحدة زمنية. من الناحية الحسابية ، يبدو الأمر كما يلي: إذا كان مصدر نقطة بقوة 1 شمعة يشع تدفقًا إلى زاوية صلبة تساوي واحدًا ستيراديان ، فإنه يخلق تدفقًا ضوئيًا بمقدار 1 لومن (lm).

تمثيل رسومي للستيراديان

مفهوم الستيراديان يحتاج إلى توضيح. لتمثيل زاوية صلبة مقدارها 1 sr ، عليك أن تأخذ مخروطًا برأسه في مركز كرة نصف قطرها R ، مما يقطع مساحة على سطح الكرة تساوي R² . زاوية فتح مثل هذا المخروط حوالي 65 درجة.

إذا تم وضع مصدر ضوء نقطي من شمعة واحدة ، يشع بالتساوي في جميع الاتجاهات ، في كرة نصف قطرها 1 متر ، فسيتم إنشاء إضاءة تساوي 1 لوكس (lx) على سطحها الداخلي. يتم استخدام هذه القيمة لتعيين معايير الإضاءة. لذلك ، بالنسبة للمباني المختلفة ، وفقًا لـ SNiP ، يجب استيفاء الشروط التالية:

• الفصول الدراسية في المدارس الثانوية - 500 لوكس ؛
• جمهور الجامعة - 400 لوكس ؛
• صالات رياضية - 200 لكس.

كما تم تحديد معايير الإضاءة للغرف الأخرى.

إذا وقع تدفق ضوئي قدره 1 لومن على 1 متر مربع. السطح ، فإنه يخلق إضاءة 1 لوكس. ومن هنا تأتي العلاقة بين اللومن واللوكس: 1 لوكس = 1 لومن / م 2. على سبيل المثال ، لتوفير إضاءة كافية في قاعة بمساحة 100 متر مربع ، هناك حاجة إلى تدفق ضوئي قدره 40000 لومن.يجب أيضًا مراعاة أن الإضاءة تتناقص بما يتناسب مع مربع المسافة من مصدر الضوء ، لذلك ارتفاع تعليق المصباح مهم.

مبدأ التشغيل

لفهم ملاءمة استخدام كل هذه الكميات ، من الضروري مراعاة اتجاه انبعاث LED والمفاهيم ذات الصلة.

زوايا LED مع عدسة

إن تصميم الصمام الثنائي الباعث للضوء لا يرسل الضوء بشكل موحد في جميع الاتجاهات - يتم تغطية النصف السفلي من الكرة الأرضية بالركيزة ، وتصميم العدسة بحيث لا يوفر إشعاعًا موحدًا في النصف العلوي من الكرة الأرضية. نتيجة لذلك ، يتركز تدفق الضوء الرئيسي في الاتجاه العلوي ويضعف تجاه محيط مخروط الضوء. عند زاوية رؤية معينة ، يتم تقليل شدة التوهج بمقدار النصف ، وعندما يتم الوصول إلى زاوية أكبر ، يصبح الضوء غير مرئي. تسمى الزاوية الأولى (bac) بزاوية نصف السطوع ، وتسمى الزاوية الثانية (fah) بزاوية السطوع الكامل.

زوايا تألق LED بالفوسفور

تنطبق نفس النقاط على LED مع الفوسفور. هناك ، يتم تحديد زاوية الإشعاع بواسطة الركيزة وزاوية أكبر نشاط للإشعاع البادئ للتقاطع pn. يجب أن يكون مفهوما أنه من المستحيل تحديد هذه الزوايا بدقة بالعين - هناك حاجة إلى أجهزة خاصة. ولكن يمكنك مقارنة مصباحي LED بصريًا - والتي لها زاوية فتح أكبر.

خرج الضوء من مصابيح LED

لا يعتمد ناتج الضوء من مصابيح LED على درجة تسخين البلورة. تصنع جميع أجهزة الإنارة البيضاء تقريبًا على أساس LED مع الفوسفور ، لذلك يعتمد ناتج الضوء على جودة هذا الفوسفور ، على التقنية التي يتم إنتاجه بها. من المهم أيضًا انبعاث الضوء من البلورة البادئة وقدرة هذا الإشعاع على التسبب في توهج الفوسفور في المنطقة المرئية من الطيف.

LED أبيض قوي مع الفوسفور

قوة التدفق الضوئي للإضاءة الخارجية

لحساب الإضاءة الخارجية ، يجب على المرء أن ينطلق من الحد الأدنى لمعايير الإضاءة ، والتي يمكن العثور عليها أيضًا في SNiP (SP) ذات الصلة. لذلك ، بالنسبة للملاعب ، يجب ألا يقل الحد الأدنى للإضاءة عن 10 لوكس.

تعطي المعايير القيم الدنيا للإضاءة ، في الحسابات يمكن زيادتها.

للحصول على العدد المطلوب من التركيبات (N) للحصول على الإضاءة المطلوبة ، تحتاج إلى ضبط البيانات الأولية:

• الحد الأدنى من الإضاءة (E) ، lx ؛
• مساحة الأرض (S) ، متر مربع ؛
• معامل تفاوت الإضاءة (ض) ، بالنسبة لمصابيح LED يساوي 1.2 ؛
• مضاعف يأخذ في الاعتبار ضعف التدفق الضوئي بنهاية عمر خدمة المصباح (k) ، بالنسبة لأجهزة LED هو 1.2 ؛
• التدفق الضوئي لمصباح واحد (F) ، لومن ؛
• معامل انعكاس الأجسام القريبة (ن) ، بالنسبة للأسفلت يمكن اعتباره 0.3.

ترتبط هذه الكميات بالصيغة N = E * S * z * k / (F * n).

إضاءة الملعب

فليكن مطلوبًا إضاءة ملعب بمساحة 150 مترًا مربعًا. بوجود مصابيح ينبعث منها تدفق ضوئي 1500 لومن لكل منها. بالتعويض عن القيم في الصيغة ، نحصل على العدد = 10 * 150 * 1.2 * 1.2 / (1500 * 0.3). تحصل على 4.8 أو 5 مصابيح. هذا هو الحد الأدنى للمبلغ ، في الواقع يمكنك تثبيت المزيد.

لا يمكنك ضبط نفسك من خلال التدفق الضوئي للمصابيح المتاحة ، ولكن من خلال عدد المصابيح التي يمكن تثبيتها في المنطقة. في هذه الحالة ، من الضروري حساب التدفق الضوئي لكل مصباح. سوف تأخذ صيغة الحساب النموذج F = E * S * k * z / (N * n). إذا كانت النتيجة النهائية لا تندرج ضمن السلسلة القياسية خصائص المصباح، يجب تقريبه.

العلاقة بين اللومن والواط

اعتاد المستهلكون في جميع أنحاء العالم على ربط سطوع الإضاءة بالطاقة الكهربائية المستهلكة خلال عقود من هيمنة المصابيح المتوهجة. بالنسبة لهذه الأجهزة القديمة ، كان هذا معقولًا - لقد وصل تطوير التقنيات في هذا الاتجاه إلى طريق مسدود منذ فترة طويلة. استقرت نسبة قوة وشدة الإضاءة وأصبحت عادة.

لإضاءة LED لا توجد علاقة مباشرة بين استهلاك الطاقة بالواط والتدفق الضوئي المتولد في اللومن. بتعبير أدق ، هو كذلك ، لكن في الوقت الحالي فقط. التقنيات لا تقف مكتوفة الأيدي ، ويتم تحسين إنتاج البلورات ، ويتم تطوير فوسفور جديد مع زيادة إنتاج الضوء. نسب الوقت الحاضر غدا ستكون عفا عليها الزمن بشكل ميؤوس منه.

جدول سطوع الضوء

في الوقت الحالي ، تبدو المراسلات بين التدفق الضوئي لمصابيح LED الحديثة والطاقة التي تستهلكها كما يلي:

يوضح الجدول القيم التقريبية ، حيث تم إنتاج المصابيح الموجودة في السوق لعدة سنوات من قبل جهات تصنيع مختلفة بتقنيات مختلفة. بالنسبة للإدراك "بالعين" ، فإن هذا الانتشار غير ملحوظ عمليًا.

وفي الختام بالفيديو: الفرق والعلاقة بين الواط واللومن والكلفن.

من خلال فهم واضح للعلاقة بين خصائص الإشعاع الضوئي ، يمكنك حساب إضاءة الغرفة أو المنطقة بشكل مستقل. للقيام بذلك ، تحتاج إلى معرفة معايير الإضاءة والخصائص التقنية لمصابيح LED.