Как выбрать и рассчитать светодиодное освещение

Ученые всего мира пытаются усовершенствовать приборы освещения во всех направлениях, которые сегодня наиболее актуальны: экономия, увеличение срока эксплуатации, минимальные требования в плане технического обслуживания и ценовая политика.

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.

как рассчитать освещение светодиодными светильниками: конструкция

Особенности компоновки LED-ламп предоставляют ряд преимуществ, но накладывают и ряд ограничений, которые важно учесть перед тем, как рассчитать освещение светодиодными светильниками. 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.

Что из себя представляет светодиодная лампа?

Независимо от типа назначения, светодиодные приборы состоят из трех элементов влияющих как на срок, так и на эффективность в эксплуатации:

  1. Мини-трансформатор (драйвер).
  2. Элемент освещения (светодиод).
  3. Охлаждающее устройство, защищающее прибор от перегрева (радиатор).

Светодиоды имеют существенные различия между собой, именно этот факт нужно учитывать при выборе нужного элемента освещения. Несколько источников в одном приборе не рекомендуется в случае, если элемент планируют установить в жилых помещениях.

Они излучают малоэффективный коэффициент освещения, а если к тому же светодиод покрыт белой эмульсией, процент рассеивания увеличивается в несколько раз.

Как показывает практика – наиболее приемлемым вариантом является устройство с одним элементом освещения, мощность которого позволит полноценную подачу света на всей площади комнаты.

Приборы с несколькими элементами синего цвета также применяют для освещения в жилых домах. Они дают яркое, ровное освещение, не ослепляя глаза.

Благодаря наличию трансформатора, который расположен в нижней части корпуса, напряжение на светодиод трансформируется, к тому же качество работы этого элемента напрямую зависит на срок эксплуатации.

Задача радиатора состоит в том, чтобы обеспечить защитой от перегрева. Этот процесс происходит во включенном положении, хороший доступ воздуха обеспечивает нормальность вентиляции, что сказывается на работе радиатора.

Результаты сравнения лампочек

Если обобщить приведенные примеры, то выгода покупки LED лампы становится очевидной. Она служит дольше аналогов, потребляет меньше электроэнергии, демонстрирует отличные показатели яркости. А если выделить чуть больше денег и купить умную лампу HIPER LED, то дополнительно появится возможность регулировки яркости, насыщенности и цветовой температуры в дистанционном режиме. Покупку остальных типов ламп можно считать пустой тратой денег. Они менее экономны, долговечны и производительны, чем LED аналоги.

Ниже представим видео с демонстрацией реагирования ламп разного типа на изменение напряжения в сети (при прямом подключении и с использованием стабилизатора).

Температура света

Вторая важная характеристика на упаковке — температура света — чаще всего указывается не только цифрой, но и понятными для обывателя словами: «теплый», «холодный», «дневной» свет и так далее. Холодный свет дает бодрость, а теплый — расслабление. Температура света измеряется в кельвинах (К) и может располагаться в диапазоне от 2 700 до 6 000 К. Чем выше число, тем холоднее свет: 4 000 К — это нейтральный свет, а 6 000 К — холодный дневной белый.

Оптимальным для жилого интерьера в наших широтах считается диапазон от 2 700 до 3 000 К — это теплый белый цвет. При этом в южных регионах пользуются спросом «прохладные» лампы (4 500–5 000 К): из-за визуального впечатления организм настраивается на то, что в таком помещении светло и прохладно.

Важно отслеживать, чтобы в одном просматриваемом помещении одновременно был включен свет примерно одной температуры. «Радуга» из разных температур вынуждает глаз постоянно перестраиваться — из-за этого вы устаете к концу дня. Для разных целей могут быть несколько уровней освещения, которые включаются по очереди: у вас вечеринка или вы хотите уложить ребенка спать — от уровня света зависит его функциональное назначение.

Галогенные лампы

Такие лампы по своей конструкции подобны обычной лампе накаливания. Отличие заключается  в том, что для изготовления применяют особые виды стекла и в «галогенки» добавлен инертный газ либо пары галогенов (наиболее часто — это  бром или йод). Галогеновые лампы выделяются долгим сроком службы, он в среднем составляет  примерно  от 2,5 до 4 тысяч часов работы.  Их мощность превышает таковую у лампы накаливания, т.к. процент превращения электроэнергии в свет у такой лампы в 3 раза больше.

Отличительной чертой галогеновых ламп является наличие в помещении эффекта глянцевых поверхностей освещаемых предметов.

Достоинства:

  • яркий, контрастный, насыщенный свет;
  • имеют долгий срок действия и хороший коэффициент полезного действия.

Недостатки:

  • нельзя без перчаток касаться такой лампочки. Так как при касании голыми руками на лампочке образуется жировое пятно, и, в последующем, потемнение и перегорание, т.е. выходит из строя;
  • они чувствительны к изменению напряжения сети;
  • эффект глянца приводит к бликам поверхности, что вызывает быструю утомляемость глаз.

Рекомендации по применению:

Рынок современности представляет 3 категории галогеновых ламп с узким, средним и широким углом рассеивания. От размера угла зависит концентрация освещения. Это значит, галогенная лампа, которую мы приобретаем для чтения, совсем не подойдёт для равномерного освещения целой комнаты. Вставить такую лампочку в патрон можно, надев резиновые перчатки, или  не касаясь самой лампочки, а только упаковки.

Существует 2 типа галогенных ламп: на 12 В и 220 В. Для первых необходим дополнительный трансформатор. По мнению специалистов,  лампы на 12 В  отличаются приятным для глаз светом, приближённым  к дневному освещению, а лампы на 220 В излучают более яркий и не столь естественный свет. Такую категорию  ламп можно установить в туалете, ванной комнате либо коридоре.

Эксплуатационные параметры

К основным геометрическим параметрам ламп накаливания относят те размеры, которые влияют на возможность их применения в тех или иных светильниках или установках. Основными из этих параметров для всех без исключения ламп накаливания являются их габаритные размеры (рисунок 1): наибольший диаметр колбы dк, измеряемый в плоскости, перпендикулярной оси лампы, полная длина лампы l, измеряемая, как правило, в направлении оси лампы, и тип цоколя. Важным геометрическим размером лампы накаливания является высота светового центра h, относительно которого дается кривая силы света лампы. Эта точка совпадает с центром тяжести тела накала, полученным геометрическим построением. Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эту деталь называют фиксирующим элементом цоколя.

Рисунок 1. Основные размеры лампы накаливания

Для ламп с фокусирующим цоколем дополнительными геометрическим параметрами являются размеры и допуски, определяющие положение светового центра относительно цоколя и его фокусирующих элементов.

Для ламп, применяемых в оптических приборах, в которых большое значение имеет габаритная яркость тела накала, дополнительно задают размеры тела накала, в том числе длину светящейся нити, диаметр моноспирали (или биспирали), площадь, заполненную светящейся частью тела накала, и тому подобные.

Важными эксплуатационными параметрами ламп накаливания, так же как и других источников света, являются их средний срок службы τ, полный срок службы τполн, определяемый временем горения лампы до ее отказа, и полезный срок τп, определяемый временем горения до уменьшения светового потока в заданном пределе. Практическое равенство τполн = τп = τ означает оптимальное конструирование отдельных частей лампы, исключающее лишний запас по надежности отдельных частей и деталей, в основном тела накала, и стабильную технологию производства. Проверка совпадения значений τп и τполн достигается тем, что при испытании ламп на средний срок службы производят измерение конечного светового потока ламп, оставшихся целыми к моменту достижения срока, равного нормированной средней продолжительности горения.

Читайте также:  Вся ужасная правда о мягких окнах за 7 минут

К эксплуатационным параметрам ламп относится и минимальный допустимый световой поток, ниже которого эксплуатация ламп накаливания становится неэкономичной. Для современных ламп накаливания конечный световой поток составляет 85 – 90% начального.

В качестве примера нормирования параметров ламп накаливания в таблице 1 приведены регламентированные ГОСТ 2239-79 параметры ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением.

Таблица 1

Параметры некоторых осветительных ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением по ГОСТ 2239-79.

Типы ламп Номинальное значение
напряжения, В мощности, Вт светового потока, лм
БК125-135-40 БК125-135-60 БК125-135-100 БК125-225-40 БК125-225-60 БК125-225-100 130 130 130 220 220 220 40 60 100 40 60 100 520 875 1630 415 790 1450

Для ламп накаливания, применяемых для освещения транспортных средств, нормируемым эксплуатационным параметром является также динамический срок службы.

К эксплуатационным параметрам любых ламп накаливания относят характеристику климатических условий, в пределах которых обеспечиваются все перечисленные параметры. Климатические условия эксплуатации характеризуются: интервалом температур внешней среды, в пределах которого должна сохраняться работоспособность лампы; интервалом влажности, точнее, верхним пределом влажности среды; интервалом изменения давления окружающей среды.

Для изделий нормального исполнения, предназначенных для эксплуатации на всей территории страны, обычно принимают следующие значения перечисленных выше параметров: интервал температур от – 60 до + 50 °С; относительная влажность не выше 98% при 20 °С и давление не ниже 0,75 × 105 Па (верхний предел не оговаривается с учетом того, что давление выше максимально возможного атмосферного быть не может).

На что обращать внимание при покупке

Из-за большого количества характеристик правильный выбор светодиодной лампы может стать непростым занятием.

Напряжение питания

При нестабильном напряжении в доме или квартире выбирайте лампы, способные работать в большом диапазоне напряжений. Данная характеристика обычно указывается на упаковке. Отметим, что при низком напряжении светодиодные лампы излучают столь же яркое свечение, что и при обычном.

♥ ПО ТЕМЕ: 36 неочевидных фактов о планете Земля, которые вы могли не знать.

Цвет излучения

Цветовая температура характеризует интенсивность излучения осветительного прибора. Цветовая температура измеряется в кельвинах. С ее повышением цвет меняется от желтого к голубому. Как правило, производитель указывает параметры излучения на упаковке и корпусе лампы: теплый (2 700 К) – приблизительно сравним с цветом лампы накаливания; теплый белый (3 000 К) – оптимально подходит для жилых помещений; холодный белый (4 000 К) – для офисов и производства, близок к цветности дневного света.

Некоторые модели ламп позволяют регулировать цвет с помощью специальных режимов. Если вы плохо переносите голубой спектр и холодный свет кажется вам тусклым, при покупке лампы с холодным спектром выбирайте прибор с запасом мощности.

Отдельной категорией следует выделить RGB-лампы, которые могут светить разными цветами, соответствуя предпочтениям пользователя. Управлять такими лампами обычно можно при помощи  смартфона или другого Bluetooth-совместимого гаджета. Пример такой RGB-лампы.

Для особых эстетов выпускают даже лампы, которые могут довольно реалистично имитировать пламя (пример).

♥ ПО ТЕМЕ: Как уменьшить расход мобильного трафика на iPhone. 13 советов.

Мощность

Среди характеристик на упаковке светодиодных ламп приводится их световой поток и мощность аналогичных по яркости ламп накаливания. В действительности мощность светодиодных ламп в шесть-восемь раз ниже. Например, яркость свечения 12-ватной лампочки сопоставима с мощностью лампы накаливания на 100 Вт. Имейте ввиду, что заявленная мощность не всегда соответствует действительности, и лампа может светить менее ярко. Мощность свечения может снижаться и в связи с уменьшением яркости светодиодов со временем, поэтому существует вероятность, что устройство придется менять задолго до истечения его срока службы.

♥ ПО ТЕМЕ: Сумки, крепления, инструменты и другие полезные товары для велосипедиста.

Прочие существенные моменты

Светодиодные лампы крупнее по сравнению с лампами накаливания, поэтому могут просто не поместиться в небольшой плафон.

Для приборов освещения, которые включаются через диммер, нужно подбирать подходящие лампы – на упаковке устройства должна быть информация, что лампу можно регулировать.

Светодиодные лампы слегка искажают визуальное восприятие цветов. В некоторых ситуациях, например, при съемке фотографий, это может иметь существенное значение.

♥ ПО ТЕМЕ: Чехол-зарядка для iPhone: подборка лучших вариантов в соотношении цена / качество.

Выбор патрона

Несмотря на то что лампа Е14 светодиодная обладает способностью к поддержанию стабильной рабочей температуры, а также имеет защиту от перегревания, отдавать предпочтение при выборе такого варианта освещения лучше керамическим, фарфоровым патронам.

Фарфоровые патроны обладают более длительным сроком службы по сравнению с пластиковыми аналогами. Наиболее распространенные керамические патроны под лампы Е14 состоят из керамического корпуса, прикрепленных к винтовым контактам медных или латунных лепестков, пружины и юбки, куда закручивается цоколь.

Зачастую наиболее проблемным элементом патрона оказывается именно юбка. Выбор патрона с юбкой из мягкого алюминия может доставить немало неприятностей. Податливость такого металла приводит к возникновению мелких заусениц при выкручивании и вкручивании лампы. Нередко данный элемент патрона попросту остается на цоколе при выкручивании.

Читайте также:  Все о ламинате: как и какой выбрать ламинат?

Чтобы лампа Е14 светодиодная служила на протяжении максимально длительного срока, под нее лучше подбирать керамический патрон с юбкой из стали или нержавейки. В то же время стоит избегать покупки патронов с металлическими элементами желтого цвета, который характерен для деталей из наименее прочного и недолговечного анодированного алюминия.

Как выбрать настольную лампу

  • Перед покупкой необходимо определить место, в котором будет стоять лампа, цветовую гамму, в которую она будет вписываться.

Торшер с круглым абажуром сглаживает острые углы комнаты, а светильник с прямыми формами подчеркивает деловой стиль и твердый характер хозяина.

Устанавливайте осветительное оборудование перед зеркальными поверхностями для увеличения количества света и зрительного ощущения пространства.

  • Важный фактор при выборе торшера – характер света, который он отбрасывает. Лампа накаливания дает мягкий желтый свет, который не раздражает глаза.

Люминисцентная (дневного света) – отбрасывает холодный белый. Такой лампа потребляет в 5-10 раз меньше электроэнергии, но не подходит для кропотливой работы с бумагами, рукоделия, чтения.

  • Надежность настольной лампы зависит от прочности материалов, из которых она изготовлена. Лучше всего выбирать осветительные устройства с основами и плафонами из металла. Они не требуют тщательного ухода и стоят дешево.

Индекс цветопередачи для рабочего стола и цветовая температура

Цветовая температура измеряется в единицах кельвина и описывает визуально теплый свет (янтарный оттенок) или холодный (синий оттенок) белого света:

  • 2200 — 2700K считается очень теплым белым;
  • 2700K — 3000K считается теплым белым;
  • 3500K нейтральным;
  • 4100K — 5500K считается холодным;
  • дневной свет составляет 5600K — 6500K.

Галогенные фонари всегда имеют цветовую температуру 3000K, в то время как большинство светодиодных светильников можно приобрести в 2700K, 3000K или холодные в 4500K.

Теплые цветовые температуры успокаивают и создают приятную атмосферу, а более прохладные цветовые температуры стимулируют мозг и могут повысить производительность. Вы можете получить различные эффекты в зависимости от того, где вы находитесь и для чего вы будете использовать освещение. Например, настольные светильники в домах обычно составляют 2700K — 3000K, тогда как в офисах обычно 3000K — 3500K.

Индекс цветопередачи (CRI) – это метод описания влияния источника света на цветное изображение освещаемых объектов. Максимально возможный CRI равен 100, что означает условия дневного света, против которых мы сравниваем все искусственные источники света. В общем, низкое освещение CRI может сделать некоторые цвета неестественными, а низкий CRI часто бывает причиной некомфортного света.

Никогда не должны использоваться лампы с CRI менее 60. Было доказано, что чем выше CRI, тем ниже чувствуется искусственная освещенность. Хорошим ориентиром для всех настольных светильников является показатель в 80 CRI. Галогенные лампы и лампы накаливания всегда имеют CRI 100, и сегодня большинство высококачественных светодиодных ламп имеют CRI не менее 80.

Всю информацию о световом значении лампы, ее мощности, количество ватт, точность цветопередачи (CRI) и цветовую температуру можно найти на стандартной этикетке с информацией об осветителе.

Вариант разделения комнаты на зоны

В чем разница между галогенными лампами и светодиодными настольными лампами?

Как упоминалось выше, CRI и цветовая температура отличаются для галогенов и светодиодов. В то время как галогенные настольные лампы всегда имеют CRI 100 и цветовую температуру около 3000K, светодиодное настольное освещение имеет больше разнообразия.

Одно из самых заметных различий между ними фактически не имеет ничего общего с самим светом. Если вы когда-либо случайно коснетесь галогенной лампы, когда она включена, вы заметите, что они будут сильно нагретыми. Светодиоды излучают только 1/5 теплоты галогенной лампы, и это означает две вещи:

  • вы никогда не обожжетесь случайно прикоснувшись к светодиодному настольному светильнику;
  • светодиоды используют только 1/5 энергии галогенных ламп, поэтому вы также сэкономите деньги на счете за электроэнергию.

В дизайне гостиной

Еще одна большая разница между светодиодными настольными светильниками и галогенными состоит в том, что галогенные работают только в течение 2000 часов, а светодиодные лампы — 50 000 часов.

Совет Если вы будете использовать лампу в течение 5 часов в день, вам нужно будет менять галогенную лампу примерно каждый год, в то время как светодиод прослужит около 30 лет!

Светодиодные индикаторы предлагают широкий диапазон цветовой температуры, от сонного оранжевого (1600K), до бодрого, стимулирующей синевато-белого (6000K), и весь спектр между ними. В сочетании с диммером это делает светодиодные лампы лучшими для ваших глаз и самые легкие, чтобы пользоваться ими в любых условиях.

В классическом стиле

С точки зрения эстетики, возможностями для уникальных, стильных и современных дизайнов превосходят светодиодные настольные лампы. Светодиоды — это диоды (небольшие плоские поверхности, излучающие свет), которые настолько малы, что их можно поместить в более стильные лампы для модного вида. Галогенные лампы имеют тенденцию быть более крупными светильниками, потому что луковицы нагреваются во время работы и должны быть защищены каким-либо корпусом (как правило, сталью и/или стеклом).