Формулы освещения. Как рассчитать освещение с помощью светодиодных светильников

Несмотря на все достижения современности, наилучшее освещение нам предоставляет солнце. Нам же остается достичь показателя естественного света как можно ближе к идеалу. Комфортное освещение в доме создает благоприятную среду для творчества, для отдыха, для работы. К тому же неправильный свет может пагубно отразиться на здоровье. И чтобы избежать неблагоприятных последствий, нужно с умом подойти к данной теме.

При расчете освещенности помещения учитывается количество светильников и ламп, точнее, рассчитывается мощность объектов освещения. Но не стоит забывать, что существует ряд некоторых факторов, влияющих на значение мощности.

В этой статье:

Какие факторы нужно учитывать при расчете

Наиболее распространенные обстоятельства, которые учитываются при подсчете. Мы подготовили их в виде вопросов. Итак:

1. Для чего используется помещение (детская комната, кухня, ванная, рабочий кабинет или другое)?
2. Какова высота потолка?
3. Из чего сделан пол и его цветовая гамма? Также важно знать какой расцветки мебель в помещении?
4. Имеются ли в помещении зеркала?

Теперь разберемся с каждым пунктом в отдельности. Для того чтобы свет в комнате был приятным и не резал зрение, необходимо рассчитывать мощность освещения, исходя от назначения комнаты. Так, схема ламп, используемых в гостиной или кухне, точно не подойдет для спальной комнаты. Обусловлено это тем, что в спальне попросту будет слишком ярко. И наоборот, свет, используемый в спальной комнате, будет слишком тусклым для кухни.

Высота потолка играет немаловажную роль. Стандартная высота потолка достигает 3 метров. Если потолок выше этой отметки и достигает 4 метров, при вычислениях все результаты умножаются на 1,5. Для потолков, чья высота превышает 4 метров, результаты умножаются на 2.

Цветовая гамма комнаты также учитывается. Помещению, где преобладает темная палитра красок, потребуется больше источников освещения. При подсчете используются специальные индексы. Лишь с их помощью можно правильно вычесть нужное количество ватт.

Зеркала имеют свойство отражать свет. И чтобы свет, отраженный от зеркал, не мешал комфортному пребыванию в комнате, их нужно учитывать при расчете.

Что следует знать при расчете?

Сперва, определимся каким методом будет производиться расчет. Существуют два метода :

Отличаются методы формулами и определенными нормами. И главное их отличие друг от друга – это единица измерения. В первом случаи единицей измерения является ватт, во втором – люмен.

Метод расчета по электрической мощности

Данный метод хоть и используется чаще, чем световой, но, тем не менее он является не самым точным. Его популярность обусловлена тем, что он достаточно прост в вычислении. Все что нужно знать это:

1. Площадь помещения;
2. Необходимая мощность.

Итак, сколько же ватт на квадратный метр освещения необходимо? Приступим к вычислению. Площадь вычисляется по школьной формуле. Площадь равна произведению двух сторон. Дальше следует умножить площадь на количество требуемых ватт (стандартно берется 20 Вт). Полученное число считается общей мощностью.

Чтобы рассчитать, сколько потребуется лампочек, нужно разделить общую мощность на показатель мощности самой лампы.

К примеру: показатель общей мощности скажем, равен 300, а используемые лампочки мощностью 60 Вт. 300/60=5 лампочек необходимы для правильного освещения.

Здесь приведены мощности для ламп накаливания, с которыми мы все знакомы. Это не значит что пользователям более современных и экономичных ламп нужно большее их количество. Следует помнить, что на упаковке экономных лампочек, указанно какова соответствующая мощность с точки зрения ламп накаливания.

Метод расчета по световой мощности

Расчет в люменах, безусловно, ближе и точнее, но практичным его почему-то не считают. Многие отказываются от него из-за его сложности. Но если вникнуть в суть, то можно заметить, что сложность его заключается в единицах измерения. Измерение ведётся в люменах. То есть, этот метод показывает, сколько светового потока придется на один квадратный метр.

Вычисление происходит по тому же принципу, что и ранее. Берется площадь, умножается на нужную нам освещенность, так мы узнаем мощность светового потока, приводимую на один квадратный метр (однако, теперь она считается в люксах). Дальше, чтобы узнать общую мощность, мы умножаем площадь на уже известную мощность светового потока. Общая мощность теперь обозначается как люмен. Теперь сами видите, что метод является сложным, лишь из-за того, что измерения производятся в люменах и люксах.

Если ответ при вычислении равен не целому числу, то его необходимо округлить в большую сторону. Так, если ответ равен 4,6, то его округляют 5. Связанно это с тем, что лучше превысить немного норму, чем в дальнейшем прибегать к дополнительным приборам освещения.

Равномерное расположение осветительных приборов по периметру положительно влияет на качество освещенности. В таком случаи берется большее количество лампочек, но меньшей мощности.

Как вы уже заметили, с расчетами справится и пятиклассник. Но главное в этом деле - знать все факторы, влияющие на освещение. Таким образом, при помощи правильного подхода и верных расчетов, можно комфортно и приятно осветить дом.

Насколько ярко Вы хотите осветить помещение? Воспользуйтесь нашими рекомендациями, чтобы определить, какой мощности лампы нужно выбрать, чтобы правильно осветить помещение.

Зависимость яркости освещения от размера помещения (для лампочек накаливания):

Воспользуйтесь нашим калькулятором, чтобы определить, какой мощности должны быть лампочки (для разных видов ламп):

Калькулятор мощности освещения

Освещенностью называется физическая величина, которая численно равняется световому потоку, попадающему на единицу рассматриваемой поверхности. Или, другими словами, освещенность представляет собой поверхностную плотность потока света, падающего на площадь. Измеряется освещенность в люксах.

Что же касается внутренней освещенности помещений, то она жестко регламентируется сегодня нормами охраны труда для любого предприятия (в частности, СНиП 23-05-95). При этом производственные помещения обязательно должны иметь естественное освещение (для чего они оборудуются окнами), а также разнообразные источники искусственного света достаточной мощности. Также должна быть внутренняя освещенность помещений не более чем на 5% ниже внешней освещенности здания.

В данной формуле: p – удельная мощность на освещение помещения, измеряется в Вт/м2 (зачастую используется в расчетах в данном качестве стандартная величина, равная 20 Вт/м2),
S – площадь рассматриваемого помещения, измеренная в квадратных метрах,
а N – количество установленных здесь светильников.

Естественно, что данный способ совершенно не точен и имеет множество погрешностей. Результаты, которые можно получить с его помощью, будут лишь приблизительными – хотя бы потому, что для помещений различного назначения степень освещенности также должна быть различной.

Кроме того, разные виды ламп, которых на сегодня существует немало, конечно также имеют разные показатели освещенности. А значит, использовать стандартное значение удельной мощности на освещение, равное двадцати, попросту нецелесообразно. Во всяком случае, тогда, когда речь идет об использовании светодиодных современных источников искусственного света.

Таким образом, для расчета освещенности, как производственного, так и жилого помещения, при условии использования здесь любых типов ламп: от обыкновенных ламп накаливания до светодиодных, намного полезнее и удобнее будет воспользоваться нашим специализированным калькулятором. Для того чтобы освещенность того или иного помещения была рассчитана правильно, следует задать необходимые параметры для калькулятора.

Используемые при расчете параметры, это:

• размеры помещения, в котором необходимо установить достаточное освещение. Длина, ширина, высота и коэффициенты отражения пола, стен и потолка;
• светильники. Расстояние между какой-либо рабочей поверхностью и источником света, коэффициент использования светильника:
• тип и мощность ламп;
• нормы освещенности для того или иного помещения.

При расчете освещенности помещения следует обратить внимание на то, что освещение разделяется на основное и местное. Основное освещение - это верхний свет, который дает освещение на все пространство помещения. Местное освещение - это торшеры, настольные лампы или бра, разнообразные светильники. Интенсивность светового потока, а также яркость и сила света у разных источников искусственного освещения значительно отличаются друг от друга.

Если речь идет об освещении жилых помещений, в качестве источников главного (или основного) света целесообразнее всего использовать люстры и светильники с универсальными плафонами, выполненными из матового стекла, которые делают свет немного рассеянным и мягким, равномерно распространяя его по всей комнате. Ну а в том случае, если необходимо осветить отдельную часть помещения, идеальным вариантом может стать специально подобранная лампа, на колбу которой был нанесен слой отражательной поверхности. Освещение, создаваемое такой лампой, благодаря этой поверхности будет носить более локальный характер. Если же в доме живут люди со слабым зрением, желательно также учесть это еще в процессе расчета освещенности помещений, увеличив значение требуемой мощности источника света.

Высокие коэффициенты отражения пола, стен и потолка способствуют созданию комфортных условий для работы и жизни. При расчете освещенности также следует помнить о том, что слишком сильная интенсивность и яркость света плохо влияет на зрение, и работать, и жить в таком помещении будет сложно и неудобно.

При условии четкого соблюдения всех этих требований и нюансов, можно произвести максимально верный и точный расчет освещенности любого производственного или жилого помещения, и на его основе оптимально подобрать типы светодиодных светильников, которые будут в данном помещении устанавливаться.

На комфортное пребывание человека в квартире особое внимание оказывает свет. Ему любой дизайнер и домашний мастер уделяют особое внимание. Начинать это необходимо еще на стадии создания проекта, используя научные данные и разработанные методики расчета.

Конечно, можно положиться на собственный вкус и выполнить освещение комнаты своими руками, учитывая индивидуальные пристрастия и наклонности или использовать в интерьере одну с пультом дистанционного управления. Но, будет ли это правильно? Ведь одни люди любят яркий свет, а другие - полумрак.

• знания основ фотометрии - прикладного раздела оптики, учитывающего энергетические характеристики света;
• применение научных методик по выбору подходящих светильников и способов их распределения.

Основные физические величины фотометрии

Для правильного выбора оборудования освещения необходимо учитывать его характеристики:

• направление телесного угла;
• величину светового потока;
• значение освещенности;
• силу света;
• форму кривой силы света.

Телесный угол источника и световой поток в нем

Это два основополагающих термина фотометрии.

Телесный угол

Является безразмерной величиной. Он представлен конусом, который образован частью пространства, исходящим из центра сферы. В его вершине расположен источник, испускающий свет.

Если мысленно смотреть по направлению лучей, то внутренний объем, видимый из центра и ограниченный кривой пересечения со сферой, как раз и будет телесным углом. Когда площадь основания конуса составляет величину R 2 , а R - радиус сферы, то это выделенное пространство в системе СИ называют «стерадиан» и используют для сравнения с другими углами.

Наиболее характерно использование телесного угла для .

Световой поток источника F

Это количество энергии, которую излучает светильник в пространство телесного угла за определённое время. Единицей измерения является люмен.

Необходимо четко разделять мощность излучения, измеряемую в ваттах и световой поток. Первая характеристика является чисто техническим параметром энергии источника, а вторая (поток) - учитывает особенности восприятия его значения нашим организмом.

Свет представляет собой поток электромагнитных волн различной частоты. Человеческое зрение воспринимает их спектр не одинаково. Лучшей восприимчивостью обладает светло желтый фон на границе с зеленым.

При оценке световой восприимчивости значение этого участка принимается за единицу.

С помощью этого критерия, измеряемого в люксах, оценивают степень освещения поверхности от попадающего на нее светового потока.

Расположение поверхности под прямым углом обеспечивает наилучшее освещение, а под косым - изменяется в зависимости от ее наклона. При удалении от источника она снижается обратно пропорционально квадрату расстояния.

В расчете следует учитывать, что различные типы источников света, потребляя одинаковую мощность, способны по разному создавать поток, освещать рабочую поверхность.

Сила света источника I

Это величина световой энергии, заключенной внутри телесного угла распространения светового потока. Ее измеряют в канделах.

Для ее анализа приведена зависимость источника с мощностью 80 ватт, распределяющего световой поток на три позиции.

Приведенная картинка наглядно демонстрирует, что при удалении от источника площадь освещения возрастает, а освещенность падает. Свет тускнеет.

Формы кривых силы света

Внутри жилых помещений светильники распространяют свет не вкруговую, как обычно принято рассматривать в фотометрии, а в половине сферы, ограничивая проникновение светового потока на верхнюю часть потолка в у или на заднюю часть стены у настенного бра.

С учетом этих особенностей и рассмотрим кривые силы света. Они представляются графическим изображением световых линий в пространстве, зависящих от радиальных углов.

По части светового потока, освещающего рабочее место, светильники классифицируют на источники с:

1. прямым светом, направляющими более 80% потока в заданном направлении;
2. преимущественно прямым - 60÷80%;
3. рассеянным - 40÷60%;
4. отраженным - менее 20%.

Они создают различное направление максимальной силы света и характеризуются семью различными кривыми характеристик. Для домашнего мастера важно знать две:

1. косинусную закономерность, выражаемую кривой света Д;
2. равномерную - кривая М.

По кривой силы света оценивают:

• возможности светильников;
• их способность создавать зону максимального освещения;
• удаление высоты подвеса;
• расстояния между источниками;
• общее количество.

Например, светильники с характеристикой Д при подвешивании на высоте 2÷3 метра обеспечивают яркое и ровное освещение довольно большой площади.

Критерии выбора осветительных приборов

Хорошие условия для искусственного освещения создаются при комплексном учете трех критериев:

1. комфорта;
2. безопасности;
3. эстетики.

Обеспечение комфорта

Техническими характеристиками светильников по этому показателю являются:

• цветовая температура;
• показатель дискомфорта;
• индекс цветопередачи.

Что такое цветовая температура

Этим показателем характеризуют интенсивность излучения волны света оптического диапазона, зависящую от ее частоты колебаний.

Измеряют в градусах Кельвина.

Показатель дискомфорта

С его помощью оценивают слепящее действие светильника, когда создается блескость, формирующая неприятное восприятие света из-за неравномерного распределения яркостей.

Для выравнивания блескости используют экраны, фильтры, рассеиватели или светильники с отраженным светом.

Индекс цветопередачи

Это показатель соответствия между уровнем восприятия цвета предметов при нормальном, естественном освещении и при использовании конкретного искусственного источника. Он характеризует степень отклонения цветов светильниками от обычного состояния.

Для солнечного спектра принят коэффициент цветопередачи Ra=100. Чем он ниже у светильника, тем больше происходит искажение цвета.

Критерии безопасности

По условиям воздействия на зрение человека они делятся на:

• коэффициент пульсаций;
• уровень освещенности, который мы уже рассмотрели выше.

Что такое коэффициент пульсаций

Рассмотрим на примере работы светодиода, который излучает свет только при соблюдении полярности подключенного напряжения.

Пульсации образуются за счет прохождения тока сменяющегося направления. Таким же эффектом обладают отдельные конструкции люминесцентных ламп.

Законодательство требует использовать в офисных помещениях светильники, создающие пульсации не более 10%. Для жилых помещений и рабочих мест с компьютерной техникой этот показатель жестче - до 5%.

Критерии эстетики

Они влияют на:

• оформление;
• распределение света.

Обычно этими вопросами занимаются дизайнеры и художники-осветители. Домашний мастер вполне может перенять их опыт и сделать расчет средств, посмотрев несколько выставленных в свободный доступ работ.

Как выполнить расчет освещения

Для его проведения можно воспользоваться:

1. популярными ручными методиками:
2. специализированными компьютерными программами.

Способы ручного расчета освещения

Наиболее доступными являются методы:

1. коэффициентов;
2. удельной мощности;
3. точечного распределения;
4. использования прототипов.

Способ использования коэффициентов

Он позволяет вычислить количество необходимых для хорошего освещения светильников N по выражениям, представленным на картинке.

Числитель Е∙S∙Kз характеризует отсвечивание, а знаменатель U∙n∙Фл - яркость.

Коэффициент отражения учитывает состояние поверхностей, выражается в процентах и принимается:

• 70÷80 - для белых оттенков;
• 50 - светлых цветов;
• 30 - серых;
• 20 - темно-серых;
• 10 - темных поверхностей.

Коэффициент запаса выражается в единицах от идеальных условий, зависит от типа помещения и принимается:

• 1,25 - внутри очень чистых пространств и осветительных установок с небольшим временем эксплуатации;
• 1,50 - в чистых помещениях;
• 1,75 - для наружного освещения;
• 2,00 - при сильном загрязнении наружного или внутреннего освещения.

Подставив в верхнюю формулу все выбранные коэффициенты, можно простыми арифметическими действиями вычислить количество светильников.

Расчет по удельной мощности

Для использования этой методики необходимо пользоваться специальной справочной документацией. Такой способ обычно предусматривает создание определённого запаса светильников. За счет этого он не является экономным.

Расчет точечным методом

Способ основан на составлении плана или эскиза помещения и графического нанесения на нем рабочей поверхности и светильников для ее освещения.

Метод довольно непростой, он применяется в основном для потолков или стен различных сложных форм и конфигураций, создаваемых дизайнерами. Расчет выполняется точно, считается экономным в плане электроснабжения.

Расчет на основе прототипов

Метод использует таблицы в справочниках, подготовленные для типовых помещений. Расчеты многократно опробованы на практике и в них внесены коррективы. За счет этого получается довольно хорошая точность.

Способы расчета освещения компьютерными программами

Довольно доступный метод, рассчитанный на уровень учеников, представлен в видеоролике владельца Mordovskysvet “on-line калькулятор”. Рекомендуем ознакомиться с ним для использования в домашних целях.

Профессионально выполнять эти же действия можно с помощью популярной программы DIALux.

Особенности применения расчетов на практике

• учесть задачи комфорта, надежности и безопасности;
• выполнить требования строительных нормативов и .

При этом также учитывают специфику помещения. Например, в детской комнате для ребенка оптимальное освещение делают на меньшей высоте, чем в гостиной. При подсветке рабочих мест берут во внимание особенности приготовления пищи.

Расчет освещения, как и , лучше всего делать при составлении проекта здания или квартиры. Тогда материальные затраты на его создание будут минимальными.

Различные светотехнические решения, предназначенные для повторения домашним мастером своими руками, представлены в видеоролике владельца «Для себя, для дома, для семьи» “Дизайн освещения в квартире”.

Если у вас остались вопросы по теме статьи, то задавайте их в комментариях.

С ростом цены на электроэнергию, популяризацией экологических тенденций в мире, а также снижением цены светодиодов, LED-освещение приобретает все большую популярность. Благодаря низкому потреблению энергии, долговечности, безопасности и широкому ассортименту представленной продукции, этот вид осветительных приборов стремительно укрепляет позиции на рынке и занимает должное место в большом количестве домов.

В силу того, что характеристики LED-приборов отличаются от классических ламп накаливания и газоразрядных устройств, при переходе на них часто возникает вопрос, . Сложности добавляет и засилие в продаже бюджетных диодных ламп, которые обладают низкой мощностью. Как следствие, некоторые пользователи могут сформировать ложное мнение о технологии в целом, недооценивая реальный ее потенциал. Исправить сложившуюся ситуацию и призван этот материал. Его цель – помочь выяснить, как рассчитать площадь освещения светодиодных ламп , определиться с наиболее подходящим типом светильников и понять, чего нам часто недоговаривают китайцы, формируя некорректное мнение о LED.

Принципиальные отличия LED от классических технологий

Краткий экскурс в историю

Светодиодные приборы были изобретены более восьмидесяти лет назад, параллельно несколькими инженерами (среди них – и русский физик Олег Лосев). За счет особых свойств отдельных полупроводников учеными был достигнут эффект их свечения при прохождении электрического тока. Однако первые образцы отличались высокой стоимостью изготовления, имели очень низкую яркость и такой же срок службы. Позже, в 50-80-х годах XX века, первые светодиоды, которые могли использоваться на практике, были созданы в США и Японии. Учеными были разработаны красные, зеленые, синие, белые, а также ультрафиолетовые и инфракрасные полупроводниковые источники света. Лишь в 70-х годах технология стала относительно доступной, до этого стоимость каждого диода могла составлять сотни долларов.

В 90-х, когда появились сравнительно недорогие LED-элементы и оборудование для их массового тиражирования (тысячами и миллионами экземпляров), стало возможным внедрение их в качестве источников бытового освещения. До этого они применялись, в основном, как индикаторы в различной электротехнике. И только в 2000-х, когда массовое производство дешевых светодиодов наладили во всем мире, а главное, в Китае, стоимость мощной LED-лампы (достаточно яркой, чтобы служить в качестве основного источника света в доме) снизилась с десятков долларов до единиц. После этого и начался бум на LED-светильники в мире.

Устройство светодиодной лампы

Конструкция светодиодной лампы принципиально отличается от других источников света. Главное отличие – это многоэлементная компоновка. «Лампочка Ильича» испускает свет в видимом диапазоне за счет накала до сверхвысоких температур (около 3000 °C) вольфрамовой нити. Газоразрядный (люминесцентный) светильник делает это благодаря свечению слоя люминофора, нанесенного на внутренние стенки стеклянной трубки, заполненной газом, при пропускании тока через него. Оба вида таких осветительных приборов объединяет то, что источник видимого излучения в их конструкции, как правило, один. Масштабирование мощности достигается за счет увеличения размеров прибора или использования параллельно нескольких ламп. На этом фоне LED-светильники сильно отличаются, так как являются, по сути, сборкой из десятков миниатюрных светодиодов. За счет изменения их количества и модификации управляющей электроники становится возможным создание ярких источников света в компактном корпусе. С традиционными видами освещения это невозможно, так как рост яркости приводит к значительному увеличению габаритов.

Особенности компоновки LED-ламп предоставляют ряд преимуществ, но накладывают и ряд ограничений, которые важно учесть перед тем, . Для соединения между собой десятков элементов требуется специальная печатная плата, также в корпусе необходимо разместить и блок управляющей электроники. Поэтому светодиодные лампы имеют существенные отличия от аналогов.

Как рассчитать светодиодное освещение: виды ламп

В силу наличия печатной платы с управляющей системой, тело лампы частично светонепроницаемо. Желая сохранить совместимость с обычными люстрами, торшерами, бра, настольными лампами производители стараются придерживаться классического форм-фактора. Наиболее популярными являются разновидности, получившие в просторечии наименования «груша» и «кукуруза». «Свеча» является несколько менее распространенной.

Лампа “груша”

«Грушей» называют вид светодиодных светильников, форма которых повторяет таковую у обычной лампы накаливания. Тело подобной LED-лампы наполовину состоит из непрозрачного пластика с ребрами для улучшения охлаждения. Вторая ее часть прозрачная, затененная или окрашенная слоем люминофора полусфера. На границе этих частей располагается плата с диодами, направленными в одну сторону. В силу такой конструкции угол рассеивания света составляет не почти 360° (как у ламп накаливания, «мертвая зона» которых приходится только на участок с цоколем), а всего лишь 180° или немногим больше.

Лампа “кукуруза”

В «кукурузе» плата с размещенными диодами расположена перпендикулярно цоколю, по продольной оси лампочки. Она может быть выполнена в форме пластины, трубки круглого, квадратного или многоугольного (от 3 до 8) сечения. LED-элементы расположены на лицевой ее части, в то время как электроника спрятана в цоколе, зоне возле него или внутри трубки. За счет сходства платы, на которой размещены полупроводники, с кукурузным початком, этот вид светильников и получил свое просторечное название. Такие лампы отличаются большим углом охвата, так как две «слепые зоны» находятся лишь в районах цоколя и на противоположном конце колбы. Последняя может и вовсе отсутствовать, если диоды присутствуют и на торце.

Лампа “свеча”

«Лампа-свеча», за счет удлиненного корпуса, является компромиссом между «грушей» и «кукурузой». Она предоставляет более широкий, чем первая, угол свечения, но ограничена по размеру и мощности. Основная область применения «свечей» — настольные лампы и локальное освещение небольших площадей.

Как выбрать светодиодные лампы по форме

Перед тем, как рассчитать светодиодное освещение на помещение , необходимо определиться с типом используемых лампочек. В значительной степени, он зависит от того, будет использоваться имеющееся осветительное оборудование (люстры, плафоны, торшеры), или же проектируется новая электропроводка.

В первом случае стоит уделить особое внимание площади и углу рассеивания света. В зависимости от того, какой тип светильников установлен в комнате, определяется и тип LED-приборов.

• Висячий плафон или люстра , в которой лампы направлены вниз, оптимально сочетаются со светильниками типа «груша», которые будут рассеивать свет по всей площади и стенам. «Слепая зона» такого LED-освещения придется на пространство под потолком, которое обычно не используется. «Кукуруза» с диодами на торце тоже отлично подходит для висячего плафона, так как освещает и пол, и стены, и потолочное пространство.
  
• Точечные светильники , установленные в конструкцию подвесного потолка, тоже удачно сочетаются с «грушами». Цоколь лампы и непрозрачная ее часть будут скрыты декоративным слоем отделочного материала, зато свет, излучаемый рабочей частью прибора, равномерно заполнит все пространство. А вот «кукурузу» ставить в такие приборы не стоит – значительная часть диодов будет направлена в подпотолочное пространство.
  
• Люстра, в которой патроны направлены вверх с «грушами» несовместима! Исключение составляют только помещения с зеркальным потолком. Свет такой диодной лампы будет направлен вверх, а под ней образуется затененный участок. Хуже всего будет освещаться центральная часть комнаты, где даже зеркальный потолок не сможет полностью компенсировать недостатка яркости.
  
• Точечные светильники и бра , установленные на стенах, оптимально сочетаются с продолговатыми лампами «кукурузами». Свет, излучаемый ими, направлен и вниз, и вверх, и на стены. Ориентация патрона (цоколем вверх, вниз или параллельно земле) в данном случае практически не имеет функционального значения.
  
• Точечные светильники, утопленные в толщу стены, с «кукурузами» сочетаются хуже. Здесь ситуация подобна потолочным аналогам: «полезный» свет излучает только торец лампы (где диодов мало), а боковые LED-элементы освещают нишу, в которой расположен прибор.
  
• Для настольных ламп , бра, торшеров , где патрон «смотрит» вниз , желательно приобретать «груши» или «свечи». Задача таких осветительных конструкций – эффективное освещение участка с малой площадью, и «груша», прикрытая по бокам плафоном, справится с ней лучше всего. «Кукуруза» тоже подойдет, но, опять же, часть света будет утеряна на подсветку стенок плафона (которые далеко не всегда обладают хорошими отражающими характеристиками).
• Потолочные светильники, в которых патрон размещается параллельно полу , сочетаются лучше всего с «кукурузами». «Груша» подойдет только в случае, если нужно сконцентрировать максимум света в одной части комнаты, а другой можно пренебречь. Но и в этой ситуации дефицита света в центральной части помещения не избежать.
  

Если освещение конструируется с нуля, и поставлены определенные цели (например, равномерное яркое заполнение светом всего пространства комнаты, или же концентрация его на отдельных участках), можно подобрать вид приборов под тип ламп, а не наоборот. Перед тем, как рассчитать освещение в комнате, светодиодное оборудование достаточно проанализировать на предмет наличия и расположения «мертвых зон», чтобы купить те модели ламп, которые подойдут оптимально. В остальном же все, сказанное в предыдущем абзаце, применимо и в данном случае.

Перед тем, как рассчитать светодиодное освещение на помещение , важно учитывать и тот факт, что диоды боятся перегрева. Если комната большая (более 20 м2), а лампы будут установлены в компактном и закрытом (частично или полностью) корпусе, одной центральной люстры может быть мало. Вызвано это тем, что мощная лампа, установленная в такую конструкцию, выделяет много тепла, которое не будет эффективно рассеиваться, приводя к перегреву LED-полупроводников. Это тепловыделение хоть и в разы меньше, чем у «лампочки Ильича», но лампа накаливания специально рассчитана на сверхвысокие температуры, а вот процесс деградации диодов ускоряется даже при температурах менее 100 °C. Выходом из сложившейся ситуации является использование многоламповых люстр или установка дополнительных светильников в отдаленных углах помещения.

Как рассчитать площадь освещения светодиодных ламп

Основной единицей измерения яркости светового потока, принятой производителями осветительных приборов, является люмен (лм). Связанная с ней кандела (кд) тоже популярна, но применяется реже, так как оперировать с ней сложнее. В СНиП, регулирующих норму освещения, применяется единица, производная от люмена – люкс (лк).

1 лк =1 лм/м2

Таким образом, перед тем, как рассчитать светодиодное освещение на помещение , нужно знать его площадь, а также учитывать функциональное предназначение комнаты.

В силу того, что наибольшей популярностью в качестве бытового источника света уже много лет пользуются лампы накаливания, мощностью от 40 до 100 Вт, а также для уменьшения количества «сухих» цифр и большей наглядности процесса, в качестве ориентира можно использовать именно их характеристики.

В 2011 властями Российской Федерации был принят закон, запрещающий продажу ламп накаливания, мощностью 100 и более ватт. В силу того, что точное значение этого параметра зависит от напряжения в сети (которое в разное время суток, особенно в промышленных районах, может варьироваться от 200 до 250 В), а также индивидуальных особенностей конкретного экземпляра лампы, детальный подсчет мощности невозможен. Производители ламп, для обхода запрета, стали маркировать 100-ваттные продукты, как 99, 95 или 90 Вт (что, при определенном напряжении, правда), но сами приборы изменений не претерпели. Поэтому расчеты, где за ориентир яркости принята лампа на 100 Вт, применимы и к аналогам на 90-99 Вт.

Согласно нормативам, световой поток лампы накаливания на 40 ватт составляет от 415 люмен, 60 Вт – 710 лм, 75 Вт – 935 лм и 100 Вт – от 1340 лм. Как видно из приведенных данных, чем мощнее лампа – тем она экономичнее относительно яркости, но прожорливее в целом. LED приборы такого недостатка лишены, так как каждый диод потребляет фиксированный ток, и общий расход почти прямо пропорционален количеству полупроводниковых элементов. В зависимости от ценовой категории лампы, он составляет 70-150 лм/Вт (против 13-16 лм/Вт у лампы накаливания на 100 Вт), то есть, в целом LED-приборы эффективнее в 5-11 раз.

Немного о китайцах

В последнее время в продаже часто можно встретить дешевые светодиодные лампы, стоимостью 100-200 рублей. Нередко они могут комплектоваться картонной упаковкой с русскоязычными надписями, но иногда поставляются в простой, так называемой OEM, упаковке, или коробке без подписей на русском. Это, как правило, продукция китайских заводов, которая поставляется напрямую из КНР или через российских OEM-производителей.

Продукция из Поднебесной часто может комплектоваться упаковкой, на которой указаны несоответствующие действительности характеристиками. Это – вина или недобросовестных производителей, или российских их заказчиков, желающих снизить себестоимость реализуемой продукции. В описаниях ламп, которые представлены в продаже, часто можно встретить громкие заявления вида «потребляет в 10/15/20 раз меньше обычной лампочки!». При выборе такой продукции следует помнить, что данный показатель нередко округлен в большую сторону, с точностью до 5 или 10. На самом деле LED-лампа, ценой 100-200 рублей, просто физически не может быть аналогичной по качеству продукту всемирно известного бренда, вроде того же Philips. Такие компании знают о конкуренции и дорожат репутацией, поэтому необоснованно накручивать сотни процентов прибыли не станут.

Примерно так выглядят дешевые китайские лампы

Заявлениям продавцов, утверждающих, что LED-лампа на 5 Вт, стоимостью 100 рублей, эквивалентна «лампочке Ильича» на 75 или 100 Вт, доверять не стоит. Практика показывает, что реальное соотношение их яркости примерно 1 к 5, в лучшем случае, 1 к 7. То есть, 1 Ватт светодиодного светильника по яркости эквивалентен 5-7 Вт лампы накаливания. Важно учесть это перед тем, бюджетной категории.

Покупать или не покупать дешевые лампы решать пользователям. Стоит только отметить, что устройства, продающиеся совсем за бесценок (в районе 100 рублей), могут также иметь управляющую электронику. В лучшем случае, они просто перегорят в скором времени, в худшем – будут мерцать и постепенно терять первоначальные качества, приводя к хронической усталости глаз. Поэтому при покупке дешевой лампы лучше сразу протестировать ее в магазине или в пункте доставки.

Расчет мощности LED-ламп

Согласно нормам СНиП, действующим на территории России, для помещений следующих типов утверждены такие нормы освещенности:

• Офис, в котором осуществляется работа за компьютерами – 300 лк (300 лм/м2).
• Офис, в котором производятся чертежные работы – 500 лк.
• Конференц-зал – 200 лк.
• Лестницы офисов – 50-100 лк.
• Лестницы жилых домов – от 20 лк.
• Проходные помещения (коридоры, холлы, вестибюли), подсобки, кладовые и архивы, ванные, санузлы, раздевалки и гардеробные – от 50 до 75 лк.
• Спальни, кухни, детские и другие жилые помещения – 150-200 лк.
• Рабочий кабинет, библиотека – 200 лк.

Учитывая, что мощность дешевой LED-лампы составляет до 80-90 лм/Вт, для обеспечения достаточной освещенности спальни, площадью 10 м2нужно от 1500 лм, и сделать это способна лампа накаливания на 100 Вт, бюджетная LED-лампа от 18 Вт или 3 таких прибора по 6 Вт. При использовании брендовой продукции светоотдача будет выше – от 100 лм/Вт. Для той же спальни на 10 м2 требуется светодиодная лампочка на 14-15 Вт.

Если освещение с помощью ламп накаливания, давно используемое в помещении, устраивает в плане яркости, а переход на LED вызван желанием сэкономить на оплате «коммуналки»/внести вклад в защиту окружающей среды/идти в ногу со временем/изменить цветовую температуру света (у каждого причина может быть своя) – можно просто произвести расчет, отталкиваясь от имеющихся параметров. Так, лампа накаливания на 100 Вт может быть заменена «светодиодкой» на 13-16 Вт, альтернативой «семьдесятпятке» станет LED на 10 Вт, а «сороковку» заменит качественный LED-светильник на 3 Вт.

Выбор цветовой температуры

Есть у светодиодных LED-ламп еще один параметр, который важно учесть перед тем, . Это – цветовая температура, которая определяет оттенок излучаемого света. Измеряется она в кельвинах (К). Чем выше этот показатель, тем ближе к белому и голубому оттенкам будет излучение. У ламп накаливания этот показатель составляет от 2000 К (25 Вт) до 2800 К (100 Вт) и соответствует светло-желтому или светло-оранжевому цвету.

Цветовая температура светодиодных источников освещения варьируется от 2500 до 7000 К.

• 2500-3000 К. Теплый желтый свет, близкий к свету лампы накаливания.
• 3000-4000 К. Теплый белый, с оттенками желтизны, близкий к дневному.
• 4000-5000 К. Нейтральный белый, близкий к дневному.
• 5000-7000 К. Холодный белый, с оттенками голубизны у верхней границы.

Какой из них выбрать – в значительной степени зависит от вкусовых предпочтений. Однако следует учитывать, что специалисты рекомендуют для разных видов помещений разную цветовую температуру.

Теплые оттенки (до 4000 К) предпочтительны для спален, гостиных, кухонь. Нейтральные и холодные цвета оптимально подходят для ванной, подвала, рабочего кабинета, холла, прихожей, санузла. Физиологи отмечают, что именно при освещении с температурой 4000-6000 К человеческий организм демонстрирует максимальную производительность труда и лучше всего воспринимает информацию.

Большой поклонник качественной китайской техники, любитель четких экранов. Сторонник здоровой конкуренции между производителями. Чутко следит за новостями в мире смартфонов, процессоров, видеокарт и другого железа.

Оценки освещённости, и других фотометрических величин – выполняются с учетом восприятия излучения человеческим глазом.

Как известно, глаз человека воспринимает электромагнитное излучение, длина волны которого находится в диапазоне 380 нм — 780 нм.

Причем чувствительность человеческого глаза (отношение энергии излучения по оценке воспринимающим свет человеком и объективно измеренной энергии) зависит от длины волны. При длине волны 555 нм (зелёный свет) чувствительность глаза к световому излучению максимальна.

Световой поток - это величина, характеризующая мощность потока светового излучения по восприятию его неким усредненным человеческим глазом с его (глаза) чувствительностью к излучению с конкретной частотой. В настоящее время для учета последнего параметра используются таблицы, приведённые в немецком стандарте DIN 5031. Световой поток измеряется в люменах.

Сила света (I) – это световой поток, распространяющийся в рамках какого-либо направления, то есть частное от деления светового потока на телесный угол, внутри которого этот поток распространяется (измеряется в канделах).

Освещенность (Ev) - это световой поток, деленный на значение площади, на которую он (поток) падает. Измеряется освещенность в люксах, лк (1 люкс равен 1 люмен / 1 квадратный метр).

Яркость – это отношение силы света, создаваемого источником, к площади этого источника.

В системе СИ – семь основных единиц, в том числе – кандела. Один Ватт электромагнитного (светового) излучения при длине волны 555 нм воспринимается глазом как 683 люмена. Константа Km, равная 683 лм / Вт, называется коэффициентом фотометрического эквивалента излучения.

Какой должна быть освещенность

При расчете освещения в помещении необходимо определить требования по освещенности в конкретных точках помещения. Эти требования содержатся в нормативных документах:

• СанПиН 2.21/2.1.1/1278-03;
• СП 52.13330.2011.

Важно понимать, что освещение помещений может быть не только искусственным, но и естественным. Однако в наших расчетах естественное освещение мы рассматривать не будем. Вопрос, конечно, очень важный, особенно при проектировании энергоэффективных зданий. Но это вопрос скорее строительного проектирования. Количество, мощность и расположение светильников (даже при наличии окон) все равно определяются при условии отсутствия естественного освещения.

Требования к освещённости некоторых типичных видов помещений находятся в таблице 1.

Виды источников света

Кроме требований по освещённости следует учитывать качество излучения осветительных приборов. Для наших глаз самое приятное и комфортное освещение – природное (дневной солнечный свет). И главной задачей создания является максимальное его приближение к естественному.

Важная характеристика источника света – цветовая температура (см. таблицу 2).

Технические характеристики некоторых видов ламп показаны в таблице 3. Электрическая мощность лампы – это потребляемая от сети электрическая мощность. Световой поток – это «световая мощность» лампы, т. е. мощность, оцениваемая с учетом спектральной чувствительности человеческого глаза. Отношение этих величин называется «световой отдачей».

Подбор осветительного оборудования

Для расчета освещённости чаще всего применяют профессиональную бесплатную программу Dialux. Для тех, кто пользуется этой программой нечасто, в стандартной установке есть «лайт» версия.

Однако эта программа и квалификация для её использования не всегда в наличии. Кроме того, для её использования необходимы файлы описания используемых светильников в формате IES Photometric Data File. Он поддерживается не только Dialux. Большинство профессиональных программ, которые используются для расчета освещения помещений (семейство программ 3D Studio, Lightscape, Relux, CINEMA 4D и др.), также используют этот стандартизованный фотометрический формат представления информации о светильниках.

Для расчета освещения вручную используются:

1. метод удельной мощности,
2. метод коэффициента использования,
3. точечный метод.

Метод удельной мощности

Это самый простой метод, применение его вполне оправдано для оценки общего освещения.

Для определения необходимой суммарной мощности светильников надо умножить нормативную удельную мощность (на единицу площади) на площадь помещения.

При определении нормативных параметров учитываются назначение помещения, тип источников света, распределение светильников по горизонтали и вертикали (примеры – в таблице 4).

Количество светильников и их расположение определяются исходя из рассчитанной общей суммарной мощности, мощности выбранных светильников и условия создания освещённости наиболее разумной конфигурации.

Метод коэффициента использования светового потока

При проектировании общего освещения применение этого метода вполне оправдано.

Вначале выполняется предварительное определение положений источников света. При этом учитываются конфигурация помещения, возможность отражения света от поверхностей ограждений.

Необходимый световой поток одного светильника Ф рассчитывается по формуле:

Ф=ЕнSKзапZ / N η,

где Ен – нормативная освещенность, лк (по требованиям СП и СанПиН); S – площадь, кв. м; Кзап – коэффициент запаса (величина Кзап зависит от состояния светильников, ограждающих поверхностей, подробнее – в таблице 5); Z – коэффициент минимальной освещенности (ориентировочно, для люминесцентных ламп Z = 1,1 для ламп накаливания Z = 1,15); N – количество светильников (обычно приближенно оценивается на основании анализа особенностей помещения до проведения уточняющих расчётов); η – коэффициент использования светового потока.

Коэффициент η зависит от типа светильника, индекса помещения i и коэффициентов отражения: потолка rп, стен rс, пола rр.

Типовые значения коэффициентов отражения составляют:

• для офисов: rп = 70%, rс = 50%, rр = 30%.
• для обычных производственных помещений и цехов: rп = 50%, rс = 30%, rр = 10%.
• для цехов с повышенной запылённостью: rп = 30%, rс = 10%, rр = 10%.

Индекс помещения i определяется так:

где А, В, h – горизонтальные и вертикальный размеры помещения.

В таблице 6 приведены значения η для светильника с люминесцентными лампами:

Выполнив расчёт по формуле, мы можем подобрать светильник. Если задача выбора светильника не решается сразу, повторяем итерации, изменяя исходные данные, пока не подберём то, что нужно.

Точечный метод

Метод – достаточно универсальный и может быть использован при любом взаимном расположении освещаемых поверхностей и источников света. Для выполнения расчета используются оценки освещенности в нескольких точках, на которые попадает свет от светильников.

Светильники могут быть расположены каким угодно образом, могут образовывать любую правильную или неправильную геометрическую фигуру. Для контроля оценивается освещённость в характерных важных для Вас точках.

Применение точечного метода оправдано в помещениях с оборудованием, темными стенами и потолком, со сложной конфигурацией. Если нужно применять точечный метод, то может оказаться, что освоение и использование специализированного программного обеспечения позволит сэкономить время и силы.

Расположение светильников на первом рисунке лампами накаливания на втором — люминесцентными лампами

Теоретическая формула для расчета освещённости поверхности в точке имеет вид:

E = Iα cos(α) / r2,

где Iα - сила света в направлении от источника к точке (определяется по кривым или таблицам для выбранного светильника), кд; α - угол между перпендикуляром к поверхности и направлением на источник света; r - расстояние между источником и точкой, м.

При оценке освещённости точки горизонтальной плоскости потолочным светильником, расположенным на высоте h от поверхности, приведённую формулу можно переписать в следующем виде, приспособленном для технических расчётов:

E = Iα cos3(α) µ / h2 Kзап,

где — коэффициент µ введен для учета влияния отраженного светового потока и удаленных светильников (обычно µвыбирается в диапазоне 1,05 — 1,2).

Коэффициент запаса Kзап мы уже обсуждали, рассматривая метод коэффициента использования. Определение освещенности выполняется с привлечением справочной информации, как правило, используются графики пространственных изолюкс (т. е., линий, соединяющих равноосвещенные точки), а также вспомогательные таблицы.