Мощность светодиодного светильника: как рассчитать для помещения

Основной целью при организации системы освещения в закрытых помещениях является соответствие установленным санитарным нормам, обеспечивающим человеку безопасные и комфортные условия. Психологи отмечают, что даже эмоциональное состояние очень сильно зависит от качества света. Наши органы зрения адаптированы к естественному солнечному свету, но он недоступен круглые сутки. Вот почему к выбору параметров источника искусственного освещения нужно подходить с особой тщательностью. Если раньше этот вопрос заключался лишь в определении мощности электрической лампы накаливания, то с развитием технологий и появлением на потребительском рынке различных типов источников света у многих потребителей возникают затруднения с выбором.

Проблема заключается в том, что несмотря на актуальность темы мощности светового прибора для создания комфортной обстановки в помещении, показатели светоотдачи на единицу потребляемой энергии у различных типов ламп существенно различаются. Те привычные арифметические действия, которыми пользовались раньше для подсчета количества и технических характеристик светильников, сегодня требуют серьёзных корректировок. При покупке светильника во внимание должны приниматься не только площадь помещения и мощность установленных в нём ламп, но и ряд других важных критериев.

Сегодня стандартные лампы накаливания безвозвратно вытесняются светодиодными источниками света. Принцип работы светодиода основан на электрических процессах, проходящих в полупроводниковом переходе.

Достоинства светодиодных ламп

Светодиоды обладают неоспоримыми преимуществами на фоне обычных ламп накаливания и газоразрядных источников света. Среди их положительных качеств можно особо отметить:

• длительный срок эксплуатации, в течение которого основные параметры светодиода практически не меняются;
• минимальное энергопотребление (по сравнению с другими лампами светодиоды потребляют на 90% электроэнергии меньше);
• механическую прочность;
• индекс цветопередачи, приближенный к аналогичному параметру естественного солнечного света;
• возможность выбора цветовой гаммы излучаемого света;
• экологическая безопасность;
• высокий КПД;
• устойчивость к перепадам напряжения;
• возможность использовать в системе освещения диммеры.

По большинству характеристик эти источники света считаются лучшими для бытового применения, поэтому попробуем разобраться как рассчитать мощность светодиодных светильников для помещения.

Методика расчёта

Искусственное освещение делится на три типа.

1. Общее или основное. Нормированная освещенность достигается по площади всего помещения при помощи светодиодных светильников или люстр, размещаемых чаще всего на потолке.
2. Местное. Здесь требуемая освещенность достигается только в определённых зонах за счёт применения световых приборов и спотов с узконаправленным световым потоком.
3. Комбинированное. Такой компромисс предусматривает одновременное использование светильников общего освещения и осветительных приборов местного.

При организации системы освещения рекомендуется использовать одновременно несколько светильников независимо от назначения помещения. Так, в дополнение к потолочной люстре можно подобрать торшер или несколько бра. Таким образом, можно добиться равномерного распределения света в комнате. Это даст возможность менять уровень освещенности, при необходимости включая или выключая конкретный светильник.

Существует два основных метода расчета технических параметров системы освещения - точечный и метод светового потока (метод коэффициента использования).

Точечная методика

Точечная методика предназначена для вычисления требуемой освещенности в конкретной расчетной точке произвольно расположенной в помещении поверхности. Отраженная составляющая освещённости при этом учитывается приближённо. Этот метод применяется в основном для определения характеристик осветительных приборов для местного освещения и уличных светильников.

Метод коэффициента использования светового потока

Приём предназначен для расчёта общего равномерного освещения поверхностей в помещении без наличия объёмных затеняющих предметов. Этот вариант целесообразно применять для вычисления горизонтальной освещённости, которая создаётся световым потоком, исходящим как непосредственно от источников света, так и отражённым от стен, потолка и предметов интерьера.

Коэффициент использования определяется как отношение величины светового потока, достигающего расчетной поверхности, к величине потока от источников света:

Uсп= Фр / n Фл

где Фр — световой поток на расчетной поверхности; Фл — световой поток от каждого источника света; n — количество источников.

Коэффициент использования светового прибора характеризует его эффективность, которая зависит от места расположения светильника, соотношения размеров помещения и отражающих свойств потолка, пола и стен.

Требуемый световой поток для каждого светильника вычисляется по формуле:

Фл=Ен Кз S z / n Uсп,

где Ен - значение освещенности, требуемое нормативами; Кз - коэффициент запаса; S — площадь освещаемого помещения, z — коэффициент отношения среднего значения освещенности к минимальному; n-количество планируемых для установки светильников; Коэффициент z определяетнеравномерность освещения и зависит от отношения расстояния между светильниками к планируемой высоте подвеса.

Для определения коэффициента использования предварительно рассчитывается «индекс помещения», который характеризует соотношение размеров освещаемого помещения и высоты подвеса световых приборов.

Формула для его вычисления выглядит так:

In= A B / Hр (А+В),

где А - длина помещения, В - его ширина, Hр - расчетная высота подвеса светильников.

На практике для упрощения расчетов значение индекса помещения берётся из специальных таблиц. По таблицам же определяются и коэффициенты отражения потолка, пола и стен в зависимости от материала покрытий и их цветовых оттенков. По полученным данным определяется коэффициент использования светового потока Uсп.

Алгоритм расчета параметров светильника данным методом следующий.

• Шаг 1. Определяется высота подвеса (Нр), тип и количество световых приборов (n) для конкретного помещения.
• Шаг 2. По таблицам находится значения коэффициента запаса (Кз), поправочного коэффициент (z) и нормированной освещенности (Eн).
• Шаг 3. Рассчитывается значение индекса помещения (Iп).
• Шаг 4. Определяется величина коэффициента использования светового потока Uсп.
• Шаг 5. По формуле находится требуемый световой поток каждого светильника.
• Шаг 6. Выбирается стандартный источник света с близким по величине параметром.

Световой поток осветительного устройства не должен отличаться от значения Фл больше, чем на -10% / +20%. При невозможности подобрать прибор с данными параметрами меняется либо количество светильников (n), либо высота их подвеса (Hр).

Нормы освещенности (Ен)

Нормы освещения для различных категорий помещений устанавливаются строительными нормами и правилами, а также ГOCT P 55710-2013. Ниже приведена таблица значений для некоторых из них согласно СНиП 23-05-95.

Расчёты методом коэффициента использования светового потока производятся при проектировании систем освещения производственных, административных и офисных зданий. Для частных домов и квартир при выборе светильников вряд ли кто-то будет заморачиваться подобными вычислениями, зная, что инспектор из Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей не придёт с люксометром проверять освещённость комнат. В бытовых условиях для расчетов параметров светильников применяются более простые способы вычисления.

Упрощенный вариант расчёта мощности светодиодного светильника

Одним из самых распространённых способов является расчёт по удельной мощности.

Удельной мощностью называют отношение общей мощности установленных световых приборов к величине площади освещаемого помещения (Вт/кв.м).

W=Pл n / S,

где Pл — мощность одного светильника (Вт), n- количество приборов, S- площадь комнаты (кв/м).

При проектировании систем освещения допускается не проводить полноценный светотехнический расчёт и определять мощность и число источников света по таблицам удельной мощности.

Алгоритм проведения расчёта по удельной мощности.

• Шаг 1. Определяется высота подвеса (Hр) и требуемое количество световых приборов (n).
• Шаг 2. В нормативах находится требуемая освещённость для данного типа помещений (Ен).
• Шаг 3. По соответствующей таблице определяется значение удельной мощности (W).
• Шаг 4. Мощность каждого прибора рассчитывается по формуле:

Pл= W S / n

• Шаг 5. Подбирается ближайшая по параметру лампа.

Если полученное значение оказывается больше разрешённой мощности ламп для устанавливаемых световых приборов, следует пропорционально увеличить количество светильников.

Данные методики расчета параметров систем освещения были разработаны выдающимся советским светотехником Глебом Михайловичем Кноррингом в конце тридцатых годов прошлого столетия и изложены в «Справочнике для проектирования электрического освещения». Этот поистине фундаментальный труд, который за свою историю переиздавался несколько раз, служит учебным пособием для студентов-электротехников и проектировщиков до сих пор.

На чём основываются расчёты параметров светодиодных источников света

Справочник Кнорринга объёмом более трёхсот страниц помимо описания различных методик светотехнических расчётов содержит множество таблиц и графиков, применяемых при проектировании осветительных установок с использованием различных типов ламп накаливания и люминесцентных источников света. Светодиодов в то время, к сожалению, ещё не было, и расчётных таблиц для них на сегодняшний день не существует. Причиной тому слишком быстрый прогресс в области производства этих источников света. Каждый год создаются всё более современные чипы, превосходящие своих предшественников по эффективности отношения электрической мощности к световому потоку. А производители, чтобы облегчить покупателям жизнь, указывают на своей продукции некое соответствие мощности светодиода аналогичному параметру лампы накаливания для генерации одинакового светового потока. Так в практике электротехники появились таблицы «перевода» единиц мощности светодиодов в Ватты ламп накаливания.

Обратите внимание, что данные для светодиодов указываются в диапазоне значений. Ведь точную цифру вычислить можно только для конкретного изделия того или иного производителя, да и то с погрешностью.

Светодиодные лампы, конечно, эффективнее традиционных ламп накаливания, но к тому, что указано на упаковке, стоит относится с осторожностью. Ведь это на самом деле маркетинговый приём, который производители применяют для демонстрации покупателям преимущества своей продукции.

Некоторые фирмы пошли ещё дальше и просто указывают на упаковке площадь помещения, для освещения которой предназначен данный светодиодный светильник.

Потребителям пока ничего не остаётся, как рассчитывать на честность производителей и ориентироваться на заявленные параметры.

Как выбирать светодиодные светильники

При самостоятельном выборе осветительных LED - приборов (Light Emitting Diode – светоизлучающий диод) нужно обращать внимание на их технические параметры, определяющие качество света. Помимо мощности и светового потока к ним относятся:

• цветовая температура;
• коэффициент цветопередачи CRI (Rа);
• тип рассеивателя.

Цветовая температура не имеет ничего общего с яркостью излучаемого света и характеризует лишь зрительное восприятие его человеком, хотя кажется, что чем выше значение температуры, тем ярче свет. Параметр измеряется в Кельвинах. Для светодиодов применяется следующая градация:

• WW— тёплый белый (от 2500 до 3000 К);
• W-белый (от 3000 до 4200 К);
• CW-холодный белый (свыше 4500 К).

Коэффициент цветопередачи или Color Rendering Index (индекс отображения цвета) указывается в обязательном порядке на упаковке электрических световых приборов и отражает уровень достоверности передачи цветов относительно солнечного света.

От формы и типа рассеивателя, который может быть матовым или прозрачным, зависит интенсивность и равномерность распределения света.

При выборе светильника или лампы следует учитывать, что угол рассеяния света для светодиодов составляет порядка 120 градусов, поэтому рассчитывать количество источников надо так, чтобы свет был равномерным, без затенений. Этого можно добиться, увеличив число светильников одновременно уменьшив мощность каждого из них.

Также надо помнить, что высота подвеса светильников, установленных в потолке, больше, чем для ламп в люстре, поэтому для потолочных приборов интенсивность света должна быть больше.

Убедиться в правильности своих расчётов всегда можно будет с помощью люкcoмeтpа.