Лампа накаливания или светодиодная лампа? Выбираем между сохранением зрения и экономичностью / Комфортный дом и бытовая техника / iXBT Live

Измерьте, насколько хорошо источник света излучает видимый свет

Световая отдача

это мера того, насколько хорошо источник света излучает видимый свет. Это соотношение световой поток к мощность, измеряется в люмен на ватт в Международная система единиц (SI). В зависимости от контекста мощность может быть либо лучистый поток мощности источника, или это может быть полная мощность (электрическая, химическая или др.), потребляемая источником.[1][2][3]Какое значение этого термина предполагается, обычно следует выводить из контекста, и иногда это неясно. Первый смысл иногда называют
световая отдача излучения
, а последний
световая отдача источника
или же
общая световая отдача
.[4][5]

Не все длины волн света одинаково видимы или одинаково эффективны для стимуляции зрения человека из-за спектральная чувствительность из человеческий глаз; радиация в инфракрасный и ультрафиолетовый части спектра бесполезны для освещения. Световая эффективность источника зависит от того, насколько хорошо он преобразует энергию в электромагнитное излучение и насколько хорошо излучаемое излучение обнаруживается человеческим глазом.

Световая отдача излучения

Объяснение

В реакция типичного человеческого глаза на свет, как это стандартизовано CIE в 1924 году. По горизонтальной оси отложена длина волны в нм.
Длины волн света за пределами видимый спектр бесполезны для освещения, потому что они не видны человеческий глаз. Более того, глаз больше реагирует на световые волны одних длин, чем на другие, даже в видимом спектре. Эта реакция глаза представлена функция светимости. Это стандартизированная функция, которая представляет реакцию «типичного» глаза при ярком освещении (фотопическое зрение). Можно также определить аналогичную кривую для нечетких условий (скопическое зрение). Если ничего не указано, обычно предполагаются фотопические условия.

Световая эффективность излучения измеряет долю электромагнитной мощности, которая используется для освещения. Он получается путем деления световой поток посредством лучистый поток. Свет с длинами волн за пределами видимый спектр снижает светоотдачу, поскольку способствует лучистому потоку, в то время как световой поток такого света равен нулю. Длины волн вблизи пика отклика глаза вносят больший вклад, чем длины волн вблизи краев.

Фотопическая световая эффективность излучения имеет максимально возможное значение 683.002 лм / Вт, для случая монохроматического света на длине волны 555 нм (зеленый). Скотопическая световая эффективность излучения достигает максимума 1700 лм / Вт для монохроматического света на длине волны 507 нм.

Математическое определение

Световая отдача

, обозначенный
K
, определяется как[6]
K = Φ v Φ е = ∫ 0 ∞ K ( λ ) Φ е , λ d λ ∫ 0 ∞ Φ е , λ d λ , { displaystyle K = { frac { Phi _ { mathrm {v}}} { Phi _ { mathrm {e}}}} = { frac { int _ {0} ^ { infty} K ( lambda) Phi _ { mathrm {e}, lambda} , mathrm {d} lambda} { int _ {0} ^ { infty} Phi _ { mathrm {e}, лямбда} , mathrm {d} lambda}},}
куда

Φv это световой поток;
Φе это лучистый поток;
Φе, λ это спектральный лучистый поток;
K
(
λ
) =
K
м
V
(
λ
) это спектральная световая отдача.

Примеры

Фотопическое зрение

Тип	Световая отдача излучения (лм / Вт)	Светящийся эффективность[примечание 1]
Лампа накаливания вольфрамовая, типовая, 2800 К	15[7]	2%
Звезда класса М (Антарес, Бетельгейзе), 3000 K	30	4%
Черное тело, 4000 К, идеальный	54.7[8]	8%
Звезда класса G (солнце, Капелла), 5800 K	93[7]	13.6%
Черное тело, 7000 К, идеально	95[8]	14%
Черное тело, 5800 K, усеченное до 400–700 нм (идеальный «белый» источник)[заметка 2]	251[7][заметка 3][9]	37%
Черное тело, 5800 K, усечено до ≥ 5% диапазона фотопической чувствительности[примечание 4]	348[9]	51%
Идеальный монохромный источник: 555 нм	683.002[10]	100%

Скотопическое видение

Тип	Световая отдача излучения (лм / Вт)	Светящийся эффективность[примечание 1]
Идеальный монохроматический источник 507 нм	1699[11] или 1700[12]	100%

Спектральное сияние из черное тело. Энергия за пределами видимая длина волны диапазон (~ 380–750 нм, показано серыми пунктирными линиями) снижает светоотдачу.

Упрощенная версия порогов цветоразличия. Предоставлено: Xicato

В отношении светодиодов также введена новая метрика; «пороги цветоразличия» (McAE). Это стало необходимо из-за несоответствия цветовых характеристик светодиодов после того, как они миллионами штук выходят с промышленных сборочных линий. Параметр «порогов цветоразличения» основан на принципе «едва заметной разницы» между светодиодными чипами. Когда партия чипов имеет одинаковую светоотдачу, их относят к одному порогу цветоразличения. Чем больше разброс показателей, тем большее количество порогов цветоразличения получается.

Хороший производитель, как правило, поставляет продукцию, имеющую два или три порога цветоразличения. Если заявленное количество порогов превышает шесть, ищите другой светодиод.

Опять же, по мере того, как светодиоды приобретают большой срок службы и их цветовые характеристики ухудшаются, количество порогов цветоразличения увеличивается, показывая деградацию изначально заданных показателей цветопередачи. Таким образом, еще одна метрика была бы ценной: отклонение показателя порогов цветоразличения в течение номинального срока службы.

Эффективность освещения

Основная статья: Эффективность розетки

Источники искусственного света обычно оцениваются с точки зрения световой эффективности источника, также иногда называемого эффективность розетки

. Это соотношение между общим световым потоком, излучаемым устройством, и общим количеством потребляемой им мощности (электрической и т. Д.). Световая отдача источника является мерой эффективности устройства с выходной мощностью, настроенной с учетом кривой спектрального отклика (функция яркости). Выраженное в безразмерной форме (например, как часть максимально возможной световой отдачи), это значение может называться
световая отдача источника
,
общая световая отдача
или же
эффективность освещения
.

Основное различие между световой эффективностью излучения и световой эффективностью источника заключается в том, что последний учитывает входящую энергию, которая теряется как высокая температура или иным образом выходит из источника как нечто иное, чем электромагнитное излучение. Световая эффективность излучения — это свойство излучения, испускаемого источником. Световая отдача источника — это свойство источника в целом.

Примеры

В следующей таблице перечислены световая отдача источника и эффективность для различных источников света. Обратите внимание, что все лампы, требующие электрический / электронный балласт если не указано иное (см. также напряжение), указаны без убытки для этого снижается общая эффективность.

Категория	Тип	Общий светящийся эффективность (лм / Вт)	Общий светящийся эффективность[примечание 1]
Горение	Газовая мантия	1–2[13]	0.15–0.3%
Лампа накаливания	15, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (230 В)	8.0, 10.4, 13.8[14][15][16][17]	1.2, 1.5, 2.0%
Лампа накаливания	5, 40, 100 W лампа накаливания вольфрама (120 В)	5, 12.6, 17.5[18]	0.7, 1.8, 2.6%
Галогенная лампа накаливания	100, 200, 500 W вольфрам-галогенный (230 В)	16.7, 17.6, 19.8[19][17]	2.4, 2.6, 2.9%
	2.6 W вольфрам-галоген (5,2 В)	19.2[20]	2.8%
	Галоген-ИК (120 В)	17.7–24.5[21]	2.6–3.5%
	Вольфрам-кварцевый галоген (12–24 В)	24	3.5%
	Фотографические и проекционные лампы	35[22]	5.1%
Светодиод	ВЕЛ винтовая основа лампа (120 В)	102[23][24][25]	14.9%
	5–16 Светодиодная лампа на винтовой цоколе W (230 V)	75–120[26]	11–18%
	21.5 Модернизация W LED для люминесцентной лампы T8 (230 V)	172[27]	25%
	Теоретический предел для белого светодиода со смешением цвета фосфоресценции	260–300[28]	38.1–43.9%
Дуговая лампа	Угольная дуговая лампа	2–7[29]	0.29–1.0%
	Ксеноновая дуговая лампа	30–50[30][31]	4.4–7.3%
	Меркурий-ксенон дуговая лампа	50–55[30]	7.3–8%
	Сверхвысокое давление (UHP) пары ртути дуговая лампа, свободная установка	58–78[32]	8.5–11.4%
	Дуговая лампа на парах ртути сверхвысокого давления (СВД) с отражателем для проекторы	30–50[33]	4.4–7.3%
Флуоресцентный	32 Трубка W T12 с магнитным балластом	60[34]	9%
	9–32 W компактный флуоресцентный (с балластом)	46–75[17][35][36]	8–11.45%[37]
	Трубка Т8 с электронным балластом	80–100[34]	12–15%
	PL-S 11 W U-образная труба, без учета балластных потерь	82[38]	12%
	Трубка Т5	70–104.2[39][40]	10–15.63%
	70–150 W система безэлектродного освещения с индуктивной связью	71–84[41]	10–12%
Сброс газа	1400 W серная лампа	100[42]	15%
	Металлогалогенная лампа	65–115[43]	9.5–17%
	Натриевая лампа высокого давления	85–150[17]	12–22%
	Натриевая лампа низкого давления	100–200[17][44][45]	15–29%
	Панель плазменного дисплея	2–10[46]	0.3–1.5%
Катодолюминесценция	Электронно-стимулированная люминесценция	30–110[47][48]	15%
Идеальные источники	Усеченный черный корпус 5800 K[заметка 3]	251[7]	37%
Идеальные источники	Зеленый свет в 555 нм (максимально возможная световая отдача по определению)	683.002[10]	100%

Источники, которые зависят от теплового излучения твердой нити накала, например лампы накаливания, как правило, имеют низкую общую эффективность, потому что, как объяснил Дональд Л. Клипштейн, «идеальный тепловой излучатель наиболее эффективно излучает видимый свет при температуре около 6300 ° C (6600 K или 11500 ° F). Даже при такой высокой температуре много Излучение бывает инфракрасным или ультрафиолетовым, а теоретическая световая [эффективность] составляет 95 люмен на ватт. Ни одно вещество не является твердым и может использоваться в качестве нити накала лампочки при температурах, близких к этой. поверхность солнца не так уж и жарко «.[22] При температурах, когда вольфрам нить накала обычной лампочки остается твердой (ниже 3683 кельвина), большая часть ее излучения находится в инфракрасный.[22]

Настраиваемые белые цвета

То, что не так давно стало важным — это цветовые характеристики «настраиваемых источников белого цвета». Это многоканальные источники светодиодного света, где настройки белого света можно смещать в диапазоне между «теплыми» и «холодными» температурами. Что редко указывают — это влияние на цветопередачу, когда идут по всему диапазону. В идеале, изменяющиеся цветовые температуры будут следовать за кривой «идеального излучателя» в соответствующем цветовом диапазоне температур. Появятся системы освещения, для которых эта информация будет чрезвычайно важна.

Единицы фотометрии СИ

SI фотометрические величины

Количество		Единица измерения		Измерение	Примечания
Имя	Символ[nb 1]	Имя	Символ	Символ	Примечания
Световая энергия	Q v[№ 3]	просвет второй	⋅s	ТJ	Секунду просвета иногда называют талбот .
Световой поток, сила света	Φ [№ 3]	просвет (= кандела стерадианы)	lm (= cd⋅sr)	J	Световая энергия в единицу времени
Интенсивность света	я v	кандела (= люмен на стерадиан)	(= лм / ср)	J	Световой поток на единицу телесный угол
Яркость	L v	кандела на квадратный метр	кд / м2 (= лм / (ср⋅м2))	L −2 J	Световой поток на единицу телесного угла на единицу прогнозируемый исходная область. Канделу на квадратный метр иногда называют гнида .
Освещенность	E v	люкс (= люмен на квадратный метр)	(= лм / м2)	L −2 J	Световой поток инцидент на поверхности
Световая отдача, световой поток	M v	люмен на квадратный метр	лм / м2	L −2 J	Световой поток испускается с поверхности
Световая экспозиция	ЧАС v	люкс второй	лкс	L −2 ТJ	Интегрированная по времени освещенность
Плотность световой энергии	ω v	люмен-секунда на кубический метр	лм⋅с / м3	L −3 ТJ
Световая отдача (излучения)	K	люмен на ватт	лм /	M −1 L −2 Т 3 J	Отношение светового потока к лучистый поток
Световая отдача (источника)	η [№ 3]	люмен на ватт	лм /	M −1 L −2 Т 3 J	Отношение светового потока к потребляемой мощности
Световая отдача, световой коэффициент	V	1	Световая отдача, нормализованная по максимально возможной световой отдаче
Смотрите также: · Фотометрия · Радиометрия

Организации по стандартизации рекомендуют обозначать фотометрические величины индексом «v» (от «визуального»), чтобы избежать путаницы с радиометрическими или фотон количества. Например: Стандартные буквенные символы США для светотехники
USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
Символы в этом столбце обозначают размеры; «L
«, «
Т
» и «
J
«обозначают длину, время и силу света соответственно, а не символы для единицы литр, тесла и джоуль.
^ абc
Иногда встречаются альтернативные символы:
W
для световой энергии,
п
или же
F
для светового потока, и
ρ
для световой отдачи источника.

От чего зависит

Теоретически считается, что эти данные должны относиться только к самому источнику света и никоим образом не влиять на весь светильник.

Однако практика показывает, что огромный вклад в конечный результат значения светоотдачи вносят:

несколько прожекторов

форма динамиков

водитель

светодиодный температурный режим

единообразные условия измерения

Поэтому правильнее было бы называть этот термин «светоотдача светильника». При покупке всегда спрашивайте именно об этом параметре, например, какова мощность группы осветительных приборов, а не ее светодиодов внутри.

Примечания

^ абc
Определен таким образом, чтобы максимально возможная световая
эффективность
соответствует светящемуся
эффективность
100%.
Самый эффективный источник, имитирующий солнечный спектр в пределах зрительной чувствительности человека.
^ аб
Интеграл усеченного Функция Планка раз фотопик функция светимости раз 683,002 лм / Вт.
Опускает часть спектра, где чувствительность глаза низкая (≤ 5% пика).