Переход на светодиодное освещение усложнил задачу выбора светильников, по причине множества параметров, которые следует учитывать. Некоторые из них непонятны потребителям без специальной подготовки. В этой статье рассказывается о наиболее важных фотометрических характеристиках светодиодных осветительных приборов и о том, как они влияют на качественные и технико-экономические показатели осветительных систем.
В недалеком прошлом в осветительных приборах использовались главным образом лампы накаливания и газоразрядные лампы. По сравнению с положением дел в светотехнике сейчас, ситуация тогда характеризовалась следующими особенностями:
- небольшой разброс энергоэффективности источников света в пределах одного типа (лампы накаливания, люминесцентные, МГЛ и т.п.);
- возможность замены пользователем источника света практически во всех светильниках;
- главным фактором, определяющим параметры подавляющего большинства типов осветительных приборов, были параметры источника света.
Осветительные приборы с тех времен принято классифицировать по четырем основным параметрам: тип конструкции арматуры, тип источника света, потребляемая мощность источника свет, количество источников света. При этом для ламп накаливания указывалась максимально допустимая мощность, а для люминесцентных ламп — рекомендуемая мощность.
Система классификации, основанная на потребляемой мощности источников света, для своего времени оказалась очень удобной. В самом деле, достаточно сказать, например, «ЛПО 4×18 Вт», и даже далеким от светотехники людям становится ясно, что это за светильник и где его можно применять. Количество светильников на заданную мощность можно было определить по методу удельной мощности. Наконец, сопутствующий аппарат понятен электрикам и энергетикам.
Внедрение светодиодов в освещение принципиально изменило ситуацию. Разброс соотношений между количеством света и потребляемой мощностью для светодиодов огромен. Источник света, как правило, несъемный, к тому же, характеристики осветительного прибора определяются не столько его параметрами, сколько параметрами других узлов (блок питания, теплоотвод, оптическая система). Наконец, светодиоды дали нам потрясающее разнообразие типов светильников. При этом потребляемая мощность в качестве основной характеристики, определяющей выбор осветительного прибора, теряет свой смысл. Она важна только как параметр, непосредственно связанный с электропитанием, например, для определения подводимой мощности для системы освещения, но не более того. На первый план выходят фотометрические характеристики, то есть связанные с энергетическими характеристиками светового излучения.
Тем не менее, многие производители и для светодиодных светильников считают главным параметром потребляемую мощность (в особо «запущенных» случаях — суммарную потребляемую мощность только светодиодов, а не всего светильника), а также некую эквивалентную мощность светильника с традиционным источником света, который якобы заменяет данный осветительный прибор.
При этом в ряде случаев технические характеристики светильника, предоставляемые потребителю, на этом заканчиваются. Иногда такой подход может быть вполне объясним, если речь идет о светильниках для бытового применения, продающихся в крупных торговых сетях, где нет компетентных консультантов по светотехнике. Зачем, спрашивается, пугать покупателя непонятными терминами, значение которых ему в магазине все равно не объяснят? Но, как правило, указание только потребляемой мощности светильника, либо ее и некоей «эквивалентной» мощности означает стремление представить товар более качественным, чем он есть на самом деле. Соотношение потребляемой мощности при равном количестве света для светодиодов и традиционных источников света не прописано ни в одном стандарте. Производитель может указывать этот параметр совершенно произвольно, не заботясь о его соответствии действительности, что нередко и делается.
Отсюда вывод: серьезный производитель осветительных приборов всегда сообщает потребителю основные фотометрические характеристики своей продукции. А что нужно знать о светильнике, чтобы сделать правильный выбор и как разобраться в этом массиве данных, и пойдет речь далее.
Световой поток
Световой поток — это величина, оценивающая действие потока излучения на селективный приемник. Кривая чувствительности этого приемника соответствует кривой чувствительности человеческого глаза для дневного зрения. В качестве единицы измерения принят 1 люмен (лм) — световой поток, излучаемый точечным изотропным источником силой 1 кандела длиной волны 555 нм, в угол, равный 1 стерадиану. Для других длин волн значение светового потока для 555 нм умножается на функцию относительной спектральной эффективности излучения. При непрерывном спектре световой поток определяется интегрированием.
Чем больше световой поток определенной модели светильника, тем меньше требуется таких светильников для освещения данного помещения или открытого пространства. Если светодиодные светильники устанавливаются точно на места, где раньше стояли светильники на традиционных источниках, нужно, за редким исключением, руководствоваться следующим простым правилом. Световой поток у светодиодных светильников, которые устанавливаются в порядке модернизации освещения должен быть не меньше, чем у ранее использовавшихся осветительных приборов.
Со световым потоком связан такой параметр светильников, как светоотдача. Она равна отношению светового потока светильника к потребляемой им мощности. Этот показатель очень важен для технико-экономического обоснования перехода с традиционных источников света на светодиоды. Необходимо сравнить светоотдачу всего светильника (а не только его источника света), ранее используемого в системе, со светоотдачей инновационного оборудования, которое предлагается установить. В том случае, если у светодиодного светильника светоотдача ниже или почти такая же, как у ранее использовавшегося светильника, выигрыша от снижения энергопотребления вы не получите. Практика внедрения светодиодного освещения показывает, что проекты замены традиционных светильников на светодиодные уверенно окупаются при светоотдаче светодиодных светильников не менее чем в 1,5 раза больше, чем у предшественников. Вот почему, кстати, замена офисных светильников с люминесцентными лампами T5 на светодиодные пока не приносит экономической выгоды, так как светоотдача при этом возрастает не более чем в 1,2 раза.
У светильников в пределах одной ценовой категории (например, если мы возьмем в рассмотрение только офисные светильники производства российских фирм или, скажем, только светильники для промышленного освещения, собранные в странах Западной Европы) зависимость цены от светового потока имеет приблизительно линейную зависимость. Поэтому для выбора оптимального по стоимости технического решения при установке светильников заново используют такой показатель как стоимость 1 лм светового потока. Она равна отношению светового потока светильника к его цене.
На высококонкурентных сегментах рынка осветительных приборов, таких, как офисные светильники, встраиваемые в подвесные потолки, следует ориентироваться на среднее значение стоимости 1 лм по рынку (берутся данные по 10–15 поставщикам). При этом стоимость 1 лм, более чем на 20% превышающая среднее значение по рынку может (хотя и не всегда!) означать завышенную цену. А если стоимость 1 лм более чем на 20% ниже средней по рынку, есть повод внимательно присмотреться, на какие упрощения пошел производитель, чтобы обеспечить снижение цены на светильник, и не пошли ли эти упрощения в ущерб качеству.
Осевая сила света
В прожекторах и некоторых типах светильников важен не сам по себе световой поток, а то, насколько точно он сфокусирован. В этом случае в технических характеристиках указывается так называемая осевая сила света. Этот параметр равен силе света, измеренной на оптической оси осветительного прибора на заданном расстоянии от источника света. По умолчанию указанное расстояние принимается равным 1 м. Часто можно встретить прожектора, в технических данных которых указана осевая сила света при отсутствии информации о световом потоке, хотя выпускаются и осветительные приборы, для которых нормируются оба параметра.
Почему осевая сила света так важна для светодиодных прожекторов? Дело в том, что светодиоды имеют меньшие геометрические размеры, чем традиционные источники света. Это позволяет создавать на их основе прожектора с более точно сфокусированным световым лучом. То есть при меньшем световом потоке светодиодный прожектор может иметь такую же или даже большую осевую силу света по сравнению с прожектором традиционной конструкции. В итоге получается исключение из правила, сформулированного в предыдущем разделе. Но, на самом деле, с возможностью замены прожектора на светодиодный с меньшим световым потоком следует разбираться индивидуально применительно к каждому отдельному проекту.
Угол расхождения светового потока
Этот термин имеет несколько других вариантов написания, в том числе «угол распределения света». Углом расхождения светового потока называется угол между осями, по которым сила света в 2 раза меньше по сравнению с максимальным значением на том же расстоянии от осветительного прибора.
В первую очередь угол распределения света важен для прожекторов, а также светильников, предназначенных для установки в помещениях с высокими потолками, например, в заводских цехах. Чем выше место, где находится светильник, тем меньше должен быть угол расхождения светового потока. Но и в офисном освещении указанный параметр весьма важен.
Простейшая конструкция светильника, состоящая из массива SMD-светодиодов, закрытых прозрачным или матовым плафоном плоской формы, имеет угол распределения света около 120 градусов. Собственно, такой угол расхождения светового потока имеют сами SMD-светодиоды без дополнительной оптики. В то же время, используемые в офисах недорогие люминесцентные светильники с растровыми отражателями, встраиваемые в потолки «армстронг», имеют угол распределения света около 90 градусов. При замене таких светильников на дешевые светодиодные с тем же световым потоком, субъективно отмечается уменьшение освещенности. Дело в том, что при большем угле свет идет в основном не на рабочие поверхности внизу, а вбок, на стены. Особенно этот эффект заметен в модных «сверхтонких» панелях, где светодиоды светят в торец рассеивателя. Угол распределения света в таких моделях может достигать 150 градусов, но производители предпочитают об этом помалкивать.
Поэтому при замене «армстронгов» с растровыми отражателями следует или выбирать светодиодные светильники с углом распределения света 90–100 градусов, либо приобретать светильники с широким углом и большим, чем у предшественников, световым потоком, чтобы компенсировать потери из-за направления значительной части света на стены. Первый вариант недешев, так как предусматривает наличие в светильнике микролинз или рассеивателя специальной конструкции. Но и увеличение светового потока тоже влечет за собой удорожание системы. Какой вариант будет оптимальным, можно точно выяснить, лишь проведя расчеты в программе Dialux, Relux или других аналогичных пакетах.
Конусная диаграмма
Пожалуй, наиболее удобный способ представления фотометрических характеристик. Диаграмма показывает зависимость максимальной освещенности рабочей поверхности в люксах (по умолчанию предполагается, что коэффициент отражения поверхности равен 50%) от высоты расположения светильника. Некоторые конусные диаграммы также отображают диаметр светового пятна (по уровню освещенности 0,5 от максимального). Использование конусной диаграммы не способно заменить проектирование в соответствующих программах. Тем не менее, такие диаграммы позволяют быстро оценить, на какой высоте и с каким шагом можно устанавливать данные светильники. Кроме этого, на таких диаграммах наглядно видны проблемы, свойственные бюджетным светодиодным светильникам без оптики, а также светильникам, в которых излучение светодиодов направлено в торец рассеивателя.
Фотометрическая диаграмма
Для изображения распределения света от светильника используется фотометрическая диаграмма в полярных координатах. На ней нанесены кривые силы света (КСС) для двух перпендикулярных плоскостей. В том случае, если светильник является круглосимметричным, дается КСС для одной плоскости.
Рассказ о том, как «читать» фотометрические диаграммы, выходит за рамки этой статьи. Отметим лишь особенность, связанную именно со светодиодами. Наличие на КСС хорошо заметных «зазубрин» означает, что в светильнике проглядываются светодиоды в виде отдельных ярко светящихся точек. Подобные светильники не следует использовать в помещениях, где работают за компьютерами, на высокоточных производствах и в других местах, где важен визуальный комфорт.
Алексей Васильев
Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», № 4 (58), 2014
