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

Измерение коэффициента цветопередачи

Индекс цветопередачи люминесцентных ламп с различными люминофорами Для получения коэффициента цветопередачи какого-либо источника света (лампы) фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 или 14 указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов (шесть дополнительных цветов иногда используются для специальных нужд, но они не применяются для расчета индекса цветопередачи), наблюдаемый при направлении тестируемого источника света на эталонные цвета. Расчёт ведется по методике СIE, по которой получают численное значение отклонения цвета эталонов, освещенных исследуемым источником света. Чем меньше отклонение видимого цвета от естественного (больше индекс цветопередачи), тем лучше характеристика цветопередачи тестируемой лампы.

Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отображающий все цвета, индекс цветопередачи у солнечного света также принимается за 100. Чем ниже значения Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта:

Тестируемые цвета (основные):

Примечательно, что индекс цветопередачи и у ламп накаливания, и у неба северного полушария считается равным 100, при том, что ни один из них не является действительно безупречным (лампы накаливания очень слабы в освещении синих тонов, а северное небо при 7500 К, в свою очередь, слабо при освещении красных тонов).

Различия в величинах CRI меньшие, чем пять единиц, незначительны. Это означает, что источники света с индексами цветопередачи, скажем, в 80 и 84, практически одинаковы.[источник не указан 894 дня

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.

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. 

Мерцания и пульсации

Другие параметры

Каждый источник света имеет свои особенности, но решающим в энергопотреблении является отношение светового потока к потребляемой мощности. Обозначение Лм/Вт характеризует сколько света излучает один Ватт вашей лампы.

Светодиоды, в зависимости от их качества, имеют от 80 Лм/Вт до 120. Такой разброс обусловлен исполнением, режимом работы, а также применяемыми светодиодами.

Для сравнения лампа накаливания имеет порядка 8-10 Лм/Вт, ДРЛ – 60, люминесцентная лампа – 50-70 Лм/Вт.

На упаковке указан срок службы. Для лампы накаливания это 1000 часов, а для светодиодной значение намного большее 30000 – 50000 часов. Однако производители не указывают при каких условиях источник света отработает такой срок. Эта характеристика нужна скорее для экономического расчёта выгоды от такой лампы. На неё влияет очень много факторов – от скачков напряжения, до температуры окружающей среды.

Электромагнитное воздействие

Внутри
корпуса светодиодной лампочки запрятано множество электронных компонентов,
которые в совокупности образуют драйвер.

Вольфрамовая нить обычных лампочек накаливания ничего кроме тепла и света не излучает. Из них можно даже собрать полноценный обогреватель.

А вот
драйвер способен генерировать высокочастотные импульсы. Плох тот светильник,
который не мечтал бы стать радиопередатчиком

Насколько вредны такие импульсы и оказывают ли они влияние на вас или рядом стоящие приборы — телевизоры, Wi-Fi модемы?

На самом деле вреда от led лампочек в этом плане гораздо меньше, чем от мобильных телефонов. А их вы постоянно держите возле уха.

Чтобы
светильник 100% не оказывал никакого воздействия на аппаратуру, достаточно
размещать его в 40-50см от этих самых приборов и проблем не будет.

Какой вывод
из всего этого можно сделать? Да, некачественные светодиодные лампы с дешевым
драйвером и насыщенным холодным светом реально представляют опасность для
нашего зрения.

Стоит ли из-за этого переходить на безопасные жировые свечи и керосинки?

Нет, конечно. Проверить лампу на пульсации можно прямо при покупке в магазине (по телефону). Там же на упаковке посмотреть ее цветовую температуру.

Выбирайте модели с минимальным количеством синего спектра, постепенно переходите на лампочки со спектром приближенным к солнечному, и вашему здоровью и зрению ничего не будет угрожать.

Спектр света и его влияние

Максимальное значение CRI=100. Именно такой коэффициент у солнечного света. У искусственных светильников чем он выше, тем лучше.

Конечно здорово иметь светодиодную экономную лампочку на 100% имитирующую солнце. Но во-первых, это технически трудно реализуемо, во-вторых неоправданно дорого.

При этом не стоит путать такие понятия, как «цветовая температура» и «индекс цветопередачи». Это разные вещи.

Например два светильника могут одновременно иметь одну и ту же температуру, но передавать цвета при этом будут совершенно по-разному.

Перед тем, как непосредственно перейти к индексу и его методам расчета, стоит напомнить что такое спектральный состав излучения. Ведь это как раз таки напрямую влияет на CRI.

Так вот, любой свет имеет в своем составе сразу несколько цветов. А все что нас окружает, поглощает или отражает эти цвета.

При этом предметы или растения которые кажутся зелеными, потому и обладают данной расцветкой, так как именно зеленый они и отражают. Все остальные цвета на их поверхности в этом случае поглощаются.

Хотя по большей части, цвет формируется именно в нашей голове. Это некое ощущение. Каждый кто «получал в глаз», это может подтвердить

Предметы имеющие черный цвет, поглощают практически все падающее на них излучение. Вот и получается, что если в источнике света или лампочке изначально не будет какого-то цвета, то соответственно и отражаться будет нечему.

Поэтому ярко-красное платье при солнечном излучении, в котором вы были неотразимы, под искусственным светом софитов в клубе или ресторане, таковым может уже и не являться.

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:

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.

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:

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:

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

Определение и историческая справка

Индекс цветопередачи – это величина, полученная из отношения реального цвета к видимому или кажущемуся цвету предметов. Иначе говоря, он показывает насколько цвета предметов, освещенных искусственным источником света, соответствует истине. Его обозначают как Ra или CRI, сокращенно от англ. Color Rendering Index, что в дословном переводе звучит, как «Индекс отображения цветов».

CRI – это лишь одна из методик определения цветопередачи. Она обязательна для проверки источников света всеми производителями. Это определение появилось примерно в 1960–1970 годах. До 1974 года проверка цветопередачи осуществлялась путем сравнения набора из 8 цветов, после было добавлено еще 6 дополнительных. В итоге при измерении индекса (коэффициента) цветопередачи используют 8 или 14 цветов, они указаны в DIN 6169.

При этом обязательная проверка заключается в сравнении первых 8 цветов спектра, сравнение 14 цветов осуществляется в случае необходимости или в специальных целях, но при расчетах индекса они не учитываются.

Измерение индекса цветопередачи

Измеряют индекс цветопередачи при разработке источников света. Для этого исследуемым источником света освещают на шаблон или поверочную таблицу, на которой нанесены стандартизированные цвета R1–R8.

Далее, специальными приборами замеряется значение цвета. Так получают информацию о том, как выглядят цвета под конкретным источником.

Следующий этап – освещение поверочного шаблона эталонным источником света и снятие показаний с приборов для определения цветов.

После полученные данные обрабатываются по методике CIE и получают отклонение полученных цветов от эталонных.

Цвета обозначаются как Ri, где i – номер цвета. Их названия:

• R1 – увядшая роза.
• R2 – горчичный.
• R3 – салатовый.
• R4 – светло-зеленый.
• R5 – бирюзовый.
• R6 – небесно-голубой.
• R7 – фиолетовая астра.
• R8 – сиреневый.

В результате получают цифру от 0 до 100. Индекс цветопередачи равный 100 имеет солнечный свет. Чем меньше полученное значение, тем хуже передаются цвета. Полученные значения можно разбить на степени, указанные в таблице ниже.

Также иногда добавляю в оценку 9 цвет – насыщенный красный.

DIN 5035 описывает, где можно использовать лампы с определенным уровнем цветопередачи:

В DIN EN 12464-1 определены типы помещений и требуемых индексах цветопередачи, а также СНиП 23-05-95 в приложениях в качестве рекомендаций.

Какой свет лучше: теплый или холодный

Лампы холодного и теплого света

Свет принято разделять на теплый и холодный. Теплый лучше всего подходит для вечера, в дневное же время наиболее естественен холодный свет. Играя важную роль в формировании циркадных ритмов человека, теплый свет помогает нам расслабиться, забыть о дневных заботах и подготовиться ко сну.

Холодный же, наоборот, держит нас в тонусе, заставляет быть бодрее и энергичнее. Но и холодный, и теплый свет могут нарушить работу наших внутренних часов, застав нас в неподходящее время.

Цвет света выражается в цветовой температуре (измеряемой в кельвинах), равной температуре абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение такого же цвета. Вас может смутить, что теплому свету соответствует низкая температура, а холодному – более высокая, но, к сожалению, это именно так.

Так, свет с цветовой температурой 2700-3000 K называется теплым, имеет желтоватый оттенок и является типичным для ламп накаливания. Как видно из их названия, светятся они за счет раскаленной вольфрамовой спирали, фактическая температура которой напрямую связана с температурой цвета.

Люминесцентные лампы бывают как мягкого белого света с температурой 3000 K, так и с холодным светом – от 4000 до 6500 К.

Во время восхода и заката солнечный свет чуть теплее, чем свет лампы накаливания – около 1800 К, в полдень в ясную погоду – 6500 К. Именно поэтому теплый свет от искусственных источников ассоциируются у нас с вечером, а холодный – с ярким солнечным днем.

Стоит заметить, в пасмурный день рассеянный солнечный свет может достигать температуры 10000 К, что наряду с отсутствием видимых теней действует на человека угнетающе. К счастью, лампы с такими характеристиками практически не встречаются (разве что у фотографов).

От Луны по ночам исходит голубоватый холодный свет с температурой 4100 K. Свет пламени спички или свечи обычно имеет температуру в диапазоне 1700-1900 K.

При теплом освещении мы воспринимаем цвета предметов, как правило, немного не так, как при обычном дневном. Лампа накаливания, например, усиливает теплые тона, и приглушает холодные.

На это стоит обратить внимание при покупке мебели и деталей интерьера. Во избежание неприятных сюрпризов их следует выбирать при освещении, максимально приближенном к имеющемуся у вас в квартире

Также помните, что на цвет могут влиять не только характеристики самой лампы, но и абажуры, плафоны и прочие рассеиватели.

С возрастом хрусталики в наших глазах могут немного желтеть, поэтому мы начинаем видеть все в более теплых тонах. Добавление холодного света в освещение может помочь в такой ситуации.

Теплый или мягкий белый свет отлично подходит для создания ощущения уюта в жилых пространствах, где мы хотим чувствовать себя расслабленно и комфортно. Избыток теплого света на рабочем месте может влиять на вас усыпляюще и мешать сосредотачиваться на нужных задачах. Именно поэтому в офисных помещениях обычно преобладают светильники с холодным светом.

Тёплый свет в Кельвинах

Теплый свет расслабляет и создает атмосферу уюта. Теплый белый: цветовая температура ниже 3500 K. Лучше выбирать именно нужное значение цветовой температуры в Кельвинах, так как у разных производителей понятия «теплый» могут различаться.

Лампы и экология

В этой категории безусловным аутсайдером будут устаревшие лампы накаливания. Во-первых, их сложно и дорого правильно утилизировать, во-вторых, у них очень низкая энергоэффективность. Только 4-5 % потребляемой энергии идет непосредственно на освещение. Остальные 95-96 % расходуются на разогрев вольфрамовой нити

В США давно обратили на это внимание и не производят лампы накаливания, хотя их импорт в страну не запрещен. У нас тоже заметно снизился спрос на устаревшие «лампочки Ильича» в пользу более энергоэффективных ламп

Единственная причина, почему их еще покупают – низкая цена.

Галогенные лампы тоже вредят экологии. Пары брома, которыми наполнены колбы, разрушают озоновый слой. Утилизация таких ламп – долгий и дорогой процесс, который нереально внедрить повсеместно. Поэтому с 2018 года они запрещены в странах Евросоюза.

Галогенные лампы запрещены в Европе

Следующие на очереди люминесцентные лампы. Несмотря на то, что технологически они сложнее и дороже предыдущих видов, в плане экологичности они тоже несовершенны. В колбах таких ламп содержатся пары ртути. Их меньше, чем в том же бытовом термометре, но разбитая лампа тоже представляет опасность. Согласно подписанной еще в 2014 году Минаматской конвенции, во многих странах мира, в том числе и в России, запрещены малогабаритные люминесцентные лампы с содержанием ртути в колбе более 5 мг. Те изделия, которые представлены сейчас на полках магазинов, содержат 3–5 мг ртути. Это допустимая норма, но все равно при повреждении колбы помещение придется долго проветривать и обрабатывать раствором марганца. Впрочем, чтобы разбить люминесцентную лампу, нужно приложить усилия. Конструкцией лампы предусмотрена силиконовая прокладка, которая защищает колбу при случайном падении лампы.

Люминесцентная лампа

Утилизация люминесцентных ламп развита лучше, чем галогенных. Во всех крупных городах России есть пункты приема отработавших свое источников света. В маленькие города и села приезжают экомобили – передвижные утилизационные пункты.

Наиболее экологичными считаются светодиодные лампы, где нет ртути и других ядовитых газов. Вместо газовых колб в них установлены светодиоды – сложные полупроводниковые приборы, преобразующие электрический ток в световое излучение. В плане рационального потребления энергии светодиодные лампы тоже лидируют. Такие источники света относятся к классу энергоэффективности «А», самому высокому из общепринятых. А еще светодиодные лампы очень долговечны, в отличие от других типов. Ресурса одного изделия хватит на 100 тыс. часов работы, что составляет около 15 лет эксплуатации. Поэтому объемы утилизации светодиодных источников света гораздо ниже.

Светодиодная лампа