Description détaillée des ampoules LED à flux lumineux

Lors de la planification d'un système d'éclairage des locaux, certaines valeurs doivent être prises en compte afin d'harmoniser les procédures de calcul. Ces mêmes valeurs universelles sont requises pour le consommateur général afin qu'il puisse s'orienter dans les différents types de sources lumineuses. Pendant longtemps, pour les ampoules à incandescence, cette valeur correspondait à un watt de consommation électrique. Mais ces appareils quittent la scène, il faut donc trouver autre chose.

Qu'est-ce que le flux lumineux ?

En fait, pour calculer l'éclairement, les concepteurs utilisaient auparavant une autre quantité - la candela (bougie), qui a également une correspondance directe avec les watts consommés par une lampe à incandescence. Dans la littérature technique du début de la seconde moitié du siècle dernier, on trouve des expressions comme "lampe à mille bougies", etc. La luminance en candela désigne la puissance en watts de la lumière émise dans une certaine direction. En tant qu'association visuelle, cette luminosité est fournie par une bougie ordinaire à base de paraffine ou de stéarine. D'où le nom. Cette approche fournit une représentation visuelle de la luminosité comme le nombre de bougies allumées.

luminance d'une bougie

Important ! Les watts utilisés pour calculer la candela n'ont rien à voir avec la puissance électrique - la source de lumière peut ne pas être électrique (la même bougie).

Il existe une définition du concept de flux lumineux - la puissance de l'énergie de rayonnement, qui est évaluée par la sensation de lumière. Ou le nombre de photons émis par unité de temps. Mathématiquement, cela donne ceci : si une source ponctuelle d'une puissance de 1 candela émet un flux dans un angle solide égal à un stéradian, elle crée un flux lumineux de 1 lumen (lm).

Représentation graphique du stéradian

Le concept de stéradian nécessite une clarification. Pour représenter un angle solide de 1 sf, il faut prendre un cône dont le sommet est au centre d'une sphère de rayon R, qui découpe une surface égale à R² . L'angle d'ouverture d'un tel cône est d'environ 65 degrés.

Si une source lumineuse ponctuelle de 1 candela, rayonnant également dans toutes les directions, est placée dans une sphère de 1 m de rayon, elle produira un éclairement égal à 1 lux (lx) sur sa surface intérieure. Cette valeur est utilisée pour définir les normes d'éclairement. Ainsi, pour les différentes pièces, selon le SNiP, les conditions doivent être réunies :

• salles de classe des écoles polyvalentes - 500 lux ;
• salles de classe des établissements d'enseignement supérieur - 400 lux ; - auditoriums des établissements d'enseignement supérieur - 400 lux ; - gymnases - 200 lux ;
• gymnases - 200 lux.

Des normes d'éclairage sont également fixées pour les autres pièces.

Si un flux lumineux de 1 lm tombe sur une surface de 1 m², il crée un éclairement de 1 lux. D'où la relation entre lumen et lux : 1 lux = 1 lm/m². Par exemple, pour fournir un éclairage suffisant dans une salle de classe de 100 mètres carrés, le flux lumineux nécessaire est de 40 000 lm. Il faut également tenir compte du fait que la luminance diminue proportionnellement au carré de la distance de la source lumineuse, donc la hauteur à laquelle le luminaire est suspendu est importante.

Principe de fonctionnement

Pour comprendre l'utilité de toutes ces quantités, il est nécessaire de considérer la direction d'émission de la LED, et les concepts qui y sont associés.

Angles de la lumière émise par une LED avec une lentille

La conception d'une diode électroluminescente est telle qu'elle n'envoie pas la lumière uniformément dans toutes les directions : l'hémisphère inférieur est recouvert d'un substrat et la conception de la lentille est telle qu'elle ne permet pas une émission uniforme dans l'hémisphère supérieur. Par conséquent, le flux lumineux principal est concentré dans la direction supérieure et s'atténue vers la périphérie du cône lumineux. À un certain angle de vue, l'intensité lumineuse est réduite de moitié, et à un angle encore plus élevé, la lumière devient invisible. Le premier angle (bac) est appelé l'angle de demi-luminance et le second angle (fah) est appelé l'angle de pleine luminance.

Angles de luminescence d'une LED avec phosphore

Les mêmes points s'appliquent à une LED avec phosphore. Dans ce cas, l'angle d'émission est limité par le substrat et l'angle de la plus grande activité du rayonnement d'amorçage de la jonction p-n. Il faut savoir qu'il est impossible de déterminer ces angles exactement à l'œil nu - il faut des instruments spéciaux. Mais vous pouvez comparer visuellement deux DEL - celle qui a un plus grand angle d'ouverture.

Rendement lumineux des lampes LED

Le rendement lumineux des lampes LED ne dépend pas du degré de chauffage du cristal. Pratiquement tous les éclairages à LED blanches sont fabriqués sur la base d'un luminophore à LED, de sorte que le rendement lumineux dépend de la qualité du luminophore et de la technologie par laquelle il est produit. L'émission de lumière par le cristal initiateur et la capacité de cette émission à faire briller le phosphore dans la partie visible du spectre sont également importantes.

Puissante LED blanche avec phosphore

Flux lumineux de la lumière extérieure

Pour le calcul de l'éclairage extérieur, il faut tenir compte des exigences minimales en matière d'éclairage, que l'on peut également trouver dans le SNiP (normes et règlements de construction) correspondant. Par exemple, pour les aires de jeux, l'éclairement minimal ne doit pas être inférieur à 10 lux.

Les valeurs minimales d'éclairement sont indiquées dans la réglementation, qui peuvent être augmentées lors du calcul.

Afin d'obtenir le nombre de luminaires (N) nécessaire pour obtenir l'éclairement requis, vous devez spécifier les données initiales :

• l'éclairement minimal (E), en lux ;
• superficie du territoire (S), en mètres carrés ;
• coefficient d'irrégularité de l'éclairement (z), pour les luminaires à LED il est de 1,2 ;
• multiplicateur qui tient compte de l'affaiblissement du flux lumineux en fin de vie de la lampe (k) ; pour les luminaires à LED, il est égal à 1,2 ;
• flux lumineux d'une lampe (F), en lm ;
• est un coefficient de réflexion des objets situés à proximité (n), pour l'asphalte il peut être pris égal à 0,3.

Ces valeurs sont liées par la formule N=E*S*z*k/(F*n).

Éclairage de l'aire de jeux

Éclairons un terrain de jeu de 150 m². Des luminaires sont disponibles, chacun émettant un flux lumineux de 1500 lm. En substituant ces valeurs dans la formule, on obtient N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). Le résultat est de 4,8 ou 5 luminaires. Il s'agit du nombre minimum ; en fait, on peut en installer davantage.

Il n'est pas possible de spécifier le flux lumineux des lumières existantes, mais le nombre de luminaires qui peuvent être installés dans une zone. Dans ce cas, calculez le flux lumineux de chaque lampe. La formule de calcul sera la suivante F=E*S*k*z/(N*n). Si le résultat final ne rentre pas dans la série standard caractéristiques de la lampeil doit être arrondi.

Relation entre les lumens et les watts

Les consommateurs du monde entier se sont habitués, après des décennies d'utilisation d'ampoules à incandescence, à établir un lien entre la luminance et la consommation d'énergie électrique. Pour ces appareils obsolètes, c'est une décision judicieuse - le développement technologique dans cette direction est depuis longtemps au point mort. Le rapport entre la puissance et l'intensité lumineuse s'est établi et est devenu une question d'habitude.

Pour l'éclairage LED il n'existe pas de corrélation directe entre la consommation électrique en watts et le rendement lumineux en lumens. Pour être précis, elle existe, mais seulement pour le moment. La technologie progresse, la production de cristaux s'améliore et de nouveaux phosphores à l'efficacité lumineuse accrue sont mis au point. Les relations d'aujourd'hui seront demain désespérément dépassées.

Tableau d'intensité lumineuse

A ce jour, la correspondance entre le flux lumineux des lampes LED modernes et leur consommation électrique est la suivante :

Il s'agit de valeurs arrondies approximatives car les lampes disponibles sur le marché ont été produites par différents fabricants utilisant différentes technologies au fil des ans. À l'œil, cette différence est à peine perceptible.

La vidéo suivante conclut : Distinction et corrélation des watts, lumens et Kelvin.

En comprenant bien la relation entre les caractéristiques de l'émission lumineuse, il est possible de calculer soi-même l'éclairage d'une pièce ou d'une zone. Pour ce faire, vous devez connaître les normes d'éclairage et les spécifications des lampes LED.