Расчет светодиодного освещения: просто о сложном

На фото — светодиодное освещение крытого склада

Сегодня нам предстоит научиться выполнять расчет освещения светодиодными светильниками. Мы ознакомимся с санитарными нормами освещения и со световым потоком, характерным для светодиодного освещения на единицу мощности. Но сначала — пара слов об особенностях интересующего нас класса светильников.

Почему светодиоды

А в самом деле, чем светодиоды превосходят привычные нам лампы накаливания, галогенки и энергосберегающие лампы, и в чем проигрывают им?

Преимущества

• Первое и главное преимущество светодиодов — небольшой расход электроэнергии на единицу светимости. Чтобы не быть голословными, приведем конкретные значения для популярных видов светильников:

Изображение	Описание и светимость на ватт потребляемой мощности
Лампа накаливания	Лампа накаливания: вакуумная колба с вольфрамовой спиралью, нагретой до белого свечения. Отдает 8-10 люменов на ватт.
Галогенка под стандартный патрон Е27	Галогенная лампа: колба заполнена парами брома или йода. Галогены препятствуют оседанию испарившихся атомов вольфрама на колбе и тем самым помогают повысить температуру спирали, одновременно увеличив срок службы лампы. Светоотдача достигает 12-15 люменов на ватт.
Компактный люминесцентный светильник с преобразователем питания в цоколе	Компактная люминесцентная (она же энергосберегающая) лампочка — классическая люминесцентная лампа с встроенным в цоколь компактным драйвером. Светоотдача достигает 50-70 лм/Вт.
Led-лампочка	Светодиодный светильник — объединенные в одном корпусе светодиоды, распаянные на жесткой подложке, и драйвер (преобразователь питания). Светоотдача современных led-светильников превышает 100-120 лм/Вт.

Заметьте: светимость отдельно взятых светодиодов последних поколений вплотную подходит к 200 люменам на ватт. Показатели бытовых и промышленных светильников уступают этим значениям из-за потерь на преобразователе питания.

• Нагрев светодиодного светильника заметно ниже, чем компактного люминесцентного или галогенного, не говоря уже о старой доброй лампочке Ильича. Логично: чем больше КПД, тем меньше энергии выделяется в виде тепла. Отсюда — возможность монтажа светильников в условиях ограниченной вентиляции и внутри плохо переносящих нагрев конструкций (натяжных и пластиковых подвесных потолков, гипсокартонных ниш и т.д.);

Врезной led-светильник для подвесного или натяжного потолка

• Благодаря значительной площади мощные светильники и светодиодные ленты дают меньше теней. Это важно при работе с мелкими деталями, при наборе текста, в работе визажиста и парикмахера;

Тени? Не, не слышали

• Срок службы ламп и светильников оценивается в 30-50 тысяч часов. Лампы накаливания служат около 1000 часов, галогенки — 3-5 тысяч, люминесцентные светильники — 10-12.

Темная сторона светодиода

Нет-нет, мы не имеем в виду обсуждение структуры подложки led-кристалла. Увы, светодиодное освещение имеет пару… скажем тактично — особенностей на фоне альтернатив.

• Цена: в среднем она все еще выше, чем у прочих видов светильников. Хотя разрыв стремительно сокращается: автор не больше недели назад закупал партию светодиодных ламп светимостью 800 люменов по 68 рублей. Для сравнения — мало-мальски качественные галогенки стоят 50-60 рублей.
• Цветопередача: индекс цветопередачи (CRI) лучших led-светильников достигает 85-90%. У галогенок он близок к 100%, у большинства ламп накаливания выше 90%.

Внешний вид объекта при одинаковой цветовой температуре и разных индексах цветопередачи освещения

Справка: от цветопередачи зависит, насколько натурально выглядят цвета. Индекс цветопередачи освещения важен в оформительской работе, а также для пресловутых парикмахеров и визажистов. Макияж, выполненный при освещении с низким CRI, при дневном свете может выглядеть неестественно.

• Диапазон рабочих напряжений: у последних поколений светильников он гораздо меньше, чем у ламп накаливания и галогенок. Причина — в упомянутом выше снижении рыночных цен.

Оно влечет за собой упрощение схемотехники драйвера. Если у первых поколений светильников он представлял собой полноценный импульсный преобразователь питания со стабильным напряжением на выходе — вне зависимости от того, что творится на входе, то у новейших filament ламп (на светодиодных нитях) роль драйвера выполняет… диодный мост — простейший преобразователь переменного тока в постоянный.

Препарирование недорогой filament лампочки: роль драйвера выполняет простейший выпрямитель тока

Узнать о них больше вам поможет прикрепленное к статье видео.

Нормы освещенности

Если вас не отпугнули несовершенства светодиодного освещения — двинемся дальше.

В зависимости от назначения помещения для него действуют свои нормы освещенности, прописанные в нормативных документах. Несложно догадаться, что в цехе, где паяют электронные платы, должно быть светлее, чем в общественном туалете или межкомнатном коридоре.

Некоторые помещения не нуждаются в ярком свете

Вот действующие нормативы освещенности:

Что это за единица — люкс, и как он соотносится со светимостью источников света? Все очень просто: освещенность в один люкс соответствует светимости в люмен на 1 м2. 1000-люменовая лампочка в спальне площадью 10 квадратных метров в общем случае даст освещенность в 100 Лк.

Взаимосвязь между единицами светимости и освещенности

Почему «в общем случае»? Этот вопрос вплотную подводит нас к следующему разделу статьи.

Коэффициент поправки

В абсолютном большинстве случаев светильники располагаются на потолке. Чем выше потолок, тем больше света рассеивается по пути к полу и рабочим поверхностям, поглощается материалом стен, мебелью и т.д.

Поэтому освещение — светодиодное и любое другое — рассчитывается с учетом коэффициента поправки:

• Для потолка высотой до 2,7 метра он равен единице (читай — не применяется);
• При высоте потолка 2,7-3 м коэффициент принимается равным 1,2;
• Если потолок поднят на 3-3,5 метра, норма освещенности вырастает в 1,5 раза;
• В зданиях с высотой потолков 3,5-4,5 метра (некоторые сталинки, частные дома с вторым светом, кинотеатры и прочие общественные заведения) применяется коэффициент 2.

Чем выше потолок, тем больше потребность в свете

Алгоритм расчета

Итак, все части головоломки разложены перед читателем. Осталось собрать их воедино. Выполнить расчет своими руками поможет простая и очевидная инструкция.

Суммарная светимость источников света должна быть равной произведению трех величин:

1. Нормы освещенности для соответствующего типа помещений;
2. Площади помещения;
3. Коэффициента поправки на высоту потолка.

Так, для детской комнаты площадью 19,6 м2 с потолком высотой 2,7 метра потребность в освещении составляет 19,6х200х1=3920 лм.

При использовании нескольких источников света их светимость суммируется

Как рассчитать светимость led-светильника, если производитель не снизошел до любезности указать ее на упаковке?

Обратите внимание на потребляемую мощность. Ее можно грубо пересчитать в люмены, зная примерную светоотдачу соответствующего поколения светодиодов с поправкой на потери в драйвере. Для сравнительно новой продукции (выпущенной после 2014 года) можно ориентироваться на значения, приведенные в таблице строчкой ниже.

Пересчет мощности в светимость для последних поколений led-светильников

Заключение

Как видите, расчет освещения помещения светодиодными источниками света не представляет особой сложности. Успехов!