Что такое коэффициент светодиодных ламп — спектр света и его влияние на человека

Расчет качества

Индекс цветопередачи для светодиодных ламп необходим, чтобы определять качество источника света в процессе его создания. Для расчета значения индекса используют специальную проверочную таблицу. Она имеет восемь стандартизированных цветов, все блеклые и ненасыщенные.

Измеряют значение параметра для каждого цвета. Эти замеры позволяют узнать, как будут передаваться цвета под конкретным светильником. Для замеров используется эталонный свет. Затем полученную информацию сравнивают, используя методику Международной комиссии освещения, и получают сведения о степени отклонения от эталона.

Самый опасный цвет и его влияние на глаза

Чем же так опасен спектр излучения от светодиодной лампочки? Если его разложить на составляющие, то легко заметить, что при длине волны в 480нм наблюдается очень большой провал.

Левая сторона от провала характеризует синий светодиод, правая сторона – желтый люминофор, которым светодиод собственно и покрыт.

У естественного солнечного света никаких подобных провалов не наблюдается.

Чем же опасна эта “яма”? Экспериментально установлено, что свет с длиной волны 480нм, попадая на ганглиозные клетки, напрямую отвечает за скорость реакции по уменьшению диаметра зрачка, то есть его закрытие.

Таким образом из-за провала светодиодной лампы в данном диапазоне, наш зрачок остается более открытым, пропуская на себя весь остальной спектр излучения.

В итоге вместо фокусировки появляется ощущение некой размытости. Далее глазные мышцы нагружаются и фокус восстанавливается.

Такая постоянная нагрузка на глаза – это первый звоночек к близорукости.

Помимо провала плохо сказывается и синий пик. За счет него в глазном яблоке синтезируется ретиналь — химическая основа зрения, с помощью которого сетчатка глаза преобразует свет в метаболическую энергию.

Однако при избыточном накоплении (пик этому как раз способствует), все может привести к частичной гибели клеток сетчатки.

Также избыток ретиналя провоцирует деформацию глазного яблока и способствует развитию миопии.

Именно поэтому все производители давным-давно стремились разработать светодиодную лампочку со спектром очень близким к солнечному (без провалов и пиков). И надо признать, определенные успехи у них в этом деле наметились.

От устаревшей технологии “синий кристалл – желтый люминофор” отказался даже ее изобретатель Сюдзи Накамура. Его рекомендация – как можно быстрее переходить на источники с биологически адекватными спектрами света.

Приятно сознавать, что не так давно массовый выпуск подобных «солнечных» лампочек под брендом Remez начался и у нас в стране.

Особенно опасны светодиоды без рассеивателей. Были проведены эксперименты, которые показали, что утомляемость и работоспособность под такими светильниками снижалась практически вдвое по сравнению с “голыми” люминесцентными.

А они в свою очередь далеко не подарок. Рассеиватель повышал работоспособность по отношению к люминесцентным всего на 12%.

То есть вы понимаете, насколько важно иметь аналог солнечного спектра у себя дома и на работе

Однако не все разделяют мнение об опасности синего светодиодного света. Основной аргумент в споре – малая энергия фотонов.

Даже если зрачок и будет сужен меньше, чем положено, энергия светового потока от синего светодиода якобы недостаточна для нанесения существенного вреда глазу. Если конечно вы не поставите перед собой лампу мощностью в 1кВт.

Однако не забывайте при этом, что накопительный эффект при длительном пребывании под таким светом тоже никто не отменял. 

Каковы общие значения CRI и что является приемлемым?

Для большинства внутренних и коммерческих применений освещения 80 CRI (Ra) является общей базой для приемлемой цветопередачи. Для приложений, где цветовой вид важен для работы, выполняемой внутри, или может способствовать улучшению эстетики, 90 CRI (Ra) и выше могут быть хорошей отправной точкой. Огни в этом диапазоне CRI обычно считаются огнями с высоким CRI. Типы приложений, в которых 90 CRI (Ra) могут потребоваться по профессиональным причинам, включают больницы, текстильные фабрики, типографии или цеха покраски. Области, где улучшенная эстетика могла бы быть важными, включают отели высокого класса и розничные магазины, места жительства и студии фотографии. При сравнении продуктов освещения со значениями CRI выше 90, может быть очень полезно сравнить отдельные значения R, которые составляют показатель CRI, в частности, CRI R9.

CRI R9 является одним из тестовых образцов цвета (TCS), используемых при расчете расширенного CRI. Однако многие производители сообщают только об общем CRI, который не включает в себя показатель CRI R9. (Смотрите здесь для расширенного CRI против общего CRI ). Поэтому CRI R9 часто является полезным дополнительным показателем для оценки способности цветопередачи источника света, особенно в том, что касается объектов, спектры отражения которых содержат красные волны.

Подробное рассмотрение того, как рассчитывается R9, вместе с соответствующим образцом тестового цвета (TCS9) – это общая рекомендация для всех, кому необходимо знать о качестве цвета источника света.

Утрачено при переводе?

В Соединенных Штатах термин CRI используется для обозначения общего CRI (R1-R8), хотя это не обязательно имеет место в других регионах мира. В Китае и Европе , например, CRI , как правило , используется для описания расширенного CRI (R1-R14). В зависимости от того, с кем вы говорите, CRI может иметь совсем другое значение. Наша рекомендация должна быть ясной при обсуждении этих показателей с производителями и клиентами. При обсуждении общего CRI лучше всего использовать термин «CRI (Ra)» или общий CRI (R1-R8). При обсуждении расширенного CRI используйте термин «CRI (e)», «Re» или расширенный CRI (R1-R14). Как правило, расширенный CRI используется реже, чем общий CRI, но в случае сомнений всегда лучше уточнить!

В Waveform Lighting, чтобы избежать путаницы, мы прямо указываем, когда CRI используется для обозначения CRI Ra. Например, ниже приведен скриншот с нашей страницы продукта со светодиодной трубкой NorthLux T5 .

Чтобы понять Индекс цветопередачи CRI и люмены, посмотрите на спектр.

Как и во многих других областях науки о цвете, нам нужно вернуться к спектральному распределению мощности источника света. Индекс цветопередачи CRI рассчитывается глядя на спектр источника света, а затем моделируя и сравнивая спектр, который будет отражаться от набора тестовых образцов цвета. В своих расчетах CRI использует SPD дневного света или черного тела , поэтому более высокий CRI также указывает на то, что спектр света аналогичен естественному дневному свету (более высокие значения CCT) или галогенам / лампам накаливания (более низкие значения CCT).


Спектр естественного дневного света (вверху)

Выходная мощность, измеренная в люменах, описывает яркость источника света. Яркость , однако, является чисто человеческой конструкцией! Это определяется тем, к каким длинам волн наши глаза наиболее чувствительны и сколько энергии света присутствует на этих длинах волн. Мы называем ультрафиолет и инфракрасное излучение «невидимыми» (то есть без яркости), потому что наши глаза просто не «воспринимают» эти длины волн как воспринимаемую яркость, независимо от того, сколько энергии присутствует на этих длинах волн.Чтобы лучше понять, как работает феномен яркости, ученые в начале 20-го века разработали модели систем человеческого зрения, и фундаментальным принципом, лежащим в основе этого, является функция яркости, которая описывает взаимосвязь между длиной волны и восприятием яркости.

Желтая кривая показывает стандартную фотопическую функцию (см. Выше)

Кривая яркости достигает пика между 545-555 нм, диапазоном длин волн светло-зеленого цвета, и довольно быстро спадает при увеличении и уменьшении длины волны

Очень важно, что значения яркости очень низкие – 650 нм, которые представляют собой длины волн красного цвета. Это говорит нам о том, что длины волн красного цвета, а также длины волн темно-синего и фиолетового цветов очень неэффективны при ярком освещении

Или, наоборот, зеленые и желтые волны наиболее эффективны для яркого освещения. Интуитивно понятно, что это может объяснить, почему защитные жилеты и подсвечники высокого обзора чаще всего используют желтый / зеленый цвета для достижения их относительной яркости.

Наконец, когда мы сравним функцию яркости со спектром для естественного дневного света, должно стать ясно, почему высокий CRI, и особенно R9 для красных , расходится с яркостью. Для достижения высокого коэффициента цветопередачи почти всегда полезен более полный и широкий спектр, но для достижения более высокой светоотдачи наиболее эффективным будет более узкий спектр, сфокусированный в зелено-желтом диапазоне длин волн.

Именно по этой причине в стремлении к повышению энергоэффективности качество цвета и CRI почти всегда отводятся в приоритет. Справедливости ради следует отметить, что в некоторых приложениях, таких как наружное освещение, может быть более высокая потребность в эффективности, чем в цвете. Тем не менее, понимание и оценка задействованной физики могут быть очень полезны при принятии обоснованного решения в осветительных установках.

Конструктивное исполнение: цоколь и колба

Конструктивно светодиодная лампа состоит из:

  • печатной платы с драйвером преобразования переменного электротока в постоянный;
  • источника светового потока – одного или нескольких светодиодов;
  • колбы рассеивателя, предназначенного для равномерного светорассеивания;
  • цоколя и корпуса.

Плюс к этому внутри имеется небольшой радиатор, который рассеивает образующуюся при свечении светодиодного кристалла тепловую энергию. Ее хоть и образуется немного, но она все же есть.

Из всех этих элементов интерес у покупателя LED-лампы может вызвать разве что форма колбы и тип цоколя. Остальные детали даже не описываются в маркировке и техпаспорте подобных лампочек.

Светодиодные лампы сейчас выпускаются со всеми типами цоколей (резьбовыми, штырьковыми, софитными и т.д.) – это специально сделано для более широкого их распространения и легкой замены старых аналогов (+)

Чаще всего в домашних условиях LED-лампы применяются со стандартными резьбовыми цоколями.

У них в обозначении стоит буква «Е» и цифра, указывающая на размер диаметра. Типовой вариант – цоколь E27, аналогичный обычной бытовой лампе с нитью накала на 60, 80 или 100 Вт.

В домах также можно встретить лампочки с цоколем-миньоном Е14 («свечки» для бра).

Колба по форме у светодиодной лампы может быть любой от классической грушевидной до витой и трубчатой – для каждого проекта освещения найдется свой наиболее подходящий вариант

Модели со штырьковым цоколем G или GU предназначены для замены галогенных аналогов. А GX – это небольшие плоские лампы для встраиваемой подсветки. Их монтируют в стенки мебели и потолки.

Исполнения корпуса также различается по степени защиты IP. В сухих комнатах без особой пыли (например, коридорах и спальнях квартир) вполне хватит IP20 либо IP21. Для установки на кухнях, в санузлах или гаражах лампу стоит подбирать с IP56 и выше. А для улицы подойдут только модели минимум с IP65.

Цена, срок службы и утилизация

При всех неоспоримых плюсах и преимуществах светодиодной лампы, есть у нее большой минус — стоимость. Такая лампа может быть едва ли не в 2 раза дороже энергосберегающей. Конечно, лампа накаливания по сравнению с ними обеими стоит сущие копейки, зато электричества она «съест» на внушительную сумму.

Энергосберегающие лампы нужно правильно утилизировать

Такую разницу в цене с лихвой компенсирует срок эксплуатации. Производители светодиодных ламп обещают до 8 лет работы их устройства. Это от 60 до 100 тыс. часов. Энергосберегающая лампа уступает конкурентке в 2 раза: 4-12 тыс. часов, примерно 3-4 года активной работы.

В вопросах утилизации светодиодная лампа в удобстве абсолютный лидер гонки. После того как она «перегорела», ее можно просто выбросить, как это делали наши бабушки с лампами накаливания. От переставших работать энергосберегающих ламп так просто не избавиться. Причина — та самая ртуть, парами которой заполнена стеклянная трубка лампы. Поэтому их нужно утилизировать правильно.

Альтернативные варианты оценки

Символика CQS используется для обозначения шкалы качества цвета, в котором используется 15 насыщенных цветов. В отличие от CRI, для расчетов применяют другую формулу. Например, в случае с индексом цветопередачи светодиоды, у которых есть провалы в красном спектре, могли оставаться с большим итоговым показателем. CQS такую возможность ликвидировал. Значение индекса рассчитывается как корень суммы квадратов изменений по каждому цвету. Поэтому недостатки даже одного сильно влияют на конечное значение. Но и эта методика имеет свои минусы, ведь она не до конца учитывает тон и насыщенность цветов.

Светодиодное освещение и мерцание

В светодиодных светильниках многое зависит от качества сборки блоков питания (драйверов). Если у них на выходе не постоянный ток, а выпрямленный с промышленной частотой, то пульсации в 30% не такая уж и редкость.

Но в общем, касательно светодиодных источников света и коэфф. пульсации ГОСТ четко говорит: 

Исходя из этого, прежде чем делать какие-то замеры, убедитесь что частота пульсаций от вашего светильника не превышает 300Гц. В противном случае может и измерять ничего не потребуется.

Хотя есть здесь и исключения — например профессиональный свет для фото или видеосъемки. 

Здесь даже при величине свыше 300Гц нужно обращать внимание на любые мерцания. Дело в том, что при видеосъемке и фотографировании, идет жесткая привязка частот источников света к другим наборам параметров — частоте кадров, выдержке и т.п

Хотя и никакого влияния на человека здесь уже не будет, зато очень даже будет присутствовать влияние на качество съемки.

А еще коэффициент пульсаций резко повышают всевозможные диммеры, собранные по принципу ШИМ и работающие на частоте до 300Гц. 

Поэтому будьте предельно осторожными в их применении.

Сравнение индексов и фактического цвета

У хороших ламп все 3 коэффициента почти всегда совпадают. А вот отдельные китайские экземпляры вполне могут иметь вот такие чудные показатели.

Объясняется это тем, что хитрые производители, научились изготавливать люминофор так, дабы весь акцент уходил именно в 8 главных оттенков, применяемых для сравнения. А на остальные, что называется “забивают”.

Но если CRI при этом можно обмануть, то человеческий глаз точно подметит подделку. Вот пример такой лампочки с CRI>80.

Как можно наблюдать, здесь явный перебор зеленого.

Особенно важно проверять коэффициенты при покупке лампочек в детскую комнату. Ребенок при изучении новых предметов, воспринимает их первое появление перед своими глазами как норму

Ребенок при изучении новых предметов, воспринимает их первое появление перед своими глазами как норму.

И именно это изображение и откладывается у него в голове до конца жизни. Ваша задача обеспечить для него правильное восприятие всех цветов и оттенков уже на начальной стадии развития. Поэтому всегда подходите к этому делу более осознанно.

Цветовая температура светодиодов

В светодиоде свет излучает специальное люминофорное покрытие. Традиционно все светодиодные источники освещения делят на три группы по спектру:

  • Теплый белый (до 3500К);
  • нейтральный белый (3500К – 5200К);
  • холодный белый (выше 5200К).

Условно мы имеем следующую таблицу цветовой температуры светодиодных ламп:

Что такое цветовая температура светодиодных ламп

С точки зрения физики световая температура это спектр, излучаемый нагретым телом относительно абсолютно чёрного тела. Что значит цветовая температура лампы? Это цвет свечения тела, раскалённого до соответствующей температуры.

Соответственно, цвет светодиодных ламп имеет три градации – жёлтый (до 3200К), белый (4000-5500К) и бело-голубой (выше 5500К). Чем выше температура, тем короче длинна волны излучаемого светового луча.

Существуют источники с цветом выше 9000К, но для освещения их использовать невозможно. Мы видим предметы благодаря тому, что от их поверхности отражается свет. При повышении цветовой температуры длина волны уменьшается, чем она меньше тем «хуже» свет отражается от окружающих объектов.

Если в мощный фонарь поставить светодиод на 18000К, то сторонний наблюдатель сможет заметить его за несколько километров, а вот под ногами он создаст пятно лишь в десятки сантиметров.

Индекс цветопередачи и цветовая температура

Индекс цветопередачи характеризует возможность воспринимать градации цвета. Когда температура света светодиодных ламп ниже 3200К цветовое восприятие существенно уменьшается. Попробуйте при свете свечи вытащить из коробки цветных карандашей зелёный или коричневый цвет. Поверьте, задача окажется не из лёгких.

Индекс цветопередачи очень чётко регламентируется для автомобильных светодиодных ламп, ведь при плохой цветопередаче может возникнуть ситуация, когда водитель не сможет различить полотно дороги и обочину.

Цветовая температура и качество освещения

Казалось бы для чего нужны светодиоды теплого и холодного цветов, если они не способны обеспечить нормальные условия восприятия.

Одной из основных областей применения светодиодов с низкой цветовой температурой (2400К-3000К) — освещение в «зашумленной» оптической среде. Проще говоря, освещение в условиях плохой видимости.

Возьмём автомобильную фору. При сильном тумане белый свет из-за малой длины волны отражается от водяной пыли, что существенно ограничивает дальность видимости. У желтого света длинна волны в несколько раз больше, она не отражается от мелких предметов, а огибает их. Поэтому противотуманные фары в автомобилях делают жёлтого цвета.

В то же время короткие волны распространяются без затухания дальше. В качестве аналогии рассмотрим радиоволны и жесткое коротковолновое рентгеновское излучение. Радиоволну блокирует даже тонкий лист металла, а для защиты от рентгена используют толстый свинец. Холодный белый свет используют в системах дальнего оповещения, прожекторах, сигнальных и поисковых фонарях.

Выбор качественного светильника

Поэтому большинство производителей в конкурентной борьбе выбирают экономию. Монтируют меньше светодиодов, и в итоге мы имеем в светильнике максимально от 80 до 90 Лм/Вт.

Показатели от 100 Лм/Вт и выше являются очень хорошими данными и свидетельствуют о качественном светильнике.

Как показывает практика, в конечном итоге дешевле применять дорогие светодиоды, как бы это абсурдно и не звучало.

Величина “денежной отдачи”: Люмен (световой поток )/ рубль (цена светодиода) это хорошо подтверждает.

очень сильный нагрев

из-за нагрева нужно увеличивать площадь радиаторов охлаждения

ну и само собой – меньший световой поток

И это все при одинаковой мощности у качественного и дешевого изделия.

Не все производители указывают данные светоотдачи в параметрах своих светильников. Чтобы сделать расчет самостоятельно, просто возьмите из паспорта или посмотрите на упаковке 2 величины:

световой поток (в люменах)

мощность (в ваттах)

и разделите эти параметры.

После чего достаточно сравнить ту или иную покупку и делать соответствующий выбор.

Сравнительная характеристика лампы накаливания и светодиодной

Разница «в возрасте» этих типов ламп составляет почти сотню лет. Тем не менее, «старушка» с вольфрамовой нитью в колбе до сих пор остается самой востребованной на рынке.

Светодиодные лампы Navigator Filament

Давайте проведем небольшой сравнительный анализ основных технических характеристик двух типов ламп – накаливания и светодиодной. Ведь не только мощностью отличаются равные по световому потоку изделия.

Светоотдача

Светоотдача лампы определяется как отношение светового потока к мощности. Измеряется этот параметр в Лм/Вт. Светоотдача лампы накаливания колеблется в пределах 8-10 Лм/Вт. Ее светодиодный сородич имеет диапазон 90-110 Лм/Вт. Следовательно, эффективность последнего явно выше.

Цветовая температура

При проектировании освещения дома или офиса специалисты рекомендуют руководствоваться следующей таблицей:

Площадь помещения, кв. м

Требуемая мощность лампы, Вт

Накаливания

Светодиодная

Менее 615018
1025028
1230033
2050056
3070080

Теплоотдача

Не менее важной характеристикой, подлежащей сравнению, является теплоотдача от изделия. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов. Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов

Лампы накаливания могут разогреваться до 250 градусов.

Правда, в основном этот параметр держится в пределах 170 градусов.

Разогретая стеклянная колба является потенциальным источником пожара, поэтому при монтаже осветительной сети в деревянном доме использовать традиционную лампочку не рекомендуют.

В этом плане светодиодная ламп находится в более выигрышном положении: она может нагреться не выше 50 градусов. Следовательно, никаких ограничений в ее применении не существует.

В этой статье речь идет об общих случаях. Для помещений категории повышенной взрыво-пожароопасности выпускаются соответствующая продукция, имеющая высокую степень защищенности.

Срок службы

Светодиодные лампы характеризуются отменной живучестью. Производители утверждают, что прослужить их изделие может более 50 тысяч часов. Лампы накаливания живут намного меньше – всего 1000 часов. Поэтому гораздо выгоднее один раз купить дорогую лампочку, которая прослужит несколько лет, чем каждые 3 месяца менять дешевую.

Типы светодиодных ламп

Однако долговечность светодиода не отражает одного прискорбного факта: со временем интенсивность его свечения снижается. Примерно через 4000 часов работы свет от него заметно потускнеет.

Деградация светодиода тем выше, чем ниже его качество. Много нареканий в этом плане возникает у потребителей к китайской продукции.

КПД

Коэффициент полезного действия ламп освещения говорит о том, какой процент потребленной электроэнергии превращается в свет, а какой – в тепловую энергию. КПД светодиодов составляют примерно 90%, лампа накаливания может похвастаться лишь семью-девятью процентами.

Thomson Filament — светодиодные лампы нового поколения

Цена

В интернете бурно спорят противники и сторонники светодиодов. Предмет их спора – стоимость. Ведь стоят светодиодные лампы более чем в 10 раз выше обычных. В пользу первых говорит малая мощность, а, следовательно, низкое энергопотребление.

Для наглядности сведем показатели экономичности ламп разного типа в таблицу:

Наименование показателяЛампа накаливанияЛюминесцентная Светодиодная 
Мощность, Вт60125
Стоимость изделия, руб.30150300
Энергопотребление за год, кВт*ч1753514
Стоимость потребленной энергии*, руб./год52610544

Таблица составлена на основе следующих исходных данных: в среднем лампочка горит около 8 часов в сутки или 8 х 365 = 2920 часов; стоимость 1 кВт*ч принята за 3 рубля.

Из таблицы видно, что даже без учета долговечности ламп светодиодная по сравнению с лампой накаливания занимает явно выигрышное положение.

Прочие характеристики

  • силе тока;
  • механической прочности;
  • цветовой температуре и некоторым другим показателям.

Давайте сравним две лампы:

  • светодиодную мощностью 9 Вт;
  • накаливания на 60 Вт.

Результаты сравнения сведем в таблицу:

Наименование параметраСветодиодная, 9 ВтНакаливания, 60 Вт
Сила тока, А0,0720,27
Эффективность светоотдачи, Лм/Вт53,410,3
Световой поток, Лм454,2612
Цветовая температура, К5500-70002800
Рабочая температура, С70180
Чувствительность к низким температурамотсутствуетПрисутствует у некоторых ламп
Чувствительность к влажностиотсутствуетПрисутствует у некоторых
Механическая прочностьВысокая – можно трястиНизкая – при сотрясении может оборваться нить или лопнуть стекло
Тепловое излучение, БТЕ/ч3,485

Все вышеприведенные таблицы позволяют составить общее представление о преимуществах и недостатках светодиодов и лампочек накаливания.

Как рассчитать CRI

Чтобы знать насколько хорошо искусственный источник света близок к солнечному, и придумали коэффициент цветопередачи.

Как он определяется и рассчитывается? Для его измерения берутся специальные образцы или шаблоны цвета и сравнивается цветовой сдвиг с подопытным светильником.

Первоначально было всего 8 шаблонов, но позже решили добавить к ним еще 6, более насыщенных по оттенку. Первые восемь образцов это основа. Именно они и учитываются в расчетах.

Сравнение сдвигов идет относительно солнечного света или так называемого идеального источника, аналогичного солнечному излучению. Весь процесс выглядит следующим образом.

Берется испытуемая лампочка или светильник, и свет от них поочередно направляется на каждый шаблон.

Далее специальными приборами замеряется цвет, который приобрел шаблон.

После этого, эти же самые образцы освещают солнечным эталонным светом и опять проводят измерения.

Все что осталось — сравнить разницу в цветах между первым и вторым облучением.

Когда сделаны все замеры, высчитывают среднеарифметическое значение между восемью основными шаблонами. Обязательно сравнивают именно 8, а не все 14.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий