Единицы измерения: Лм, Лк, Вт, мкмоль/м2

Для определения параметров светового потока используются несколько величин – люмены, люксы и ватты. Электрическая мощность источника освещения измеряется в ваттах (Вт), световая мощность (световой поток) – в люменах (Лм), освещенность единицы площади – в люксах (Лк). Световой поток (Лм) характеризует непосредственно источник света, а освещенность (Лк) является характеристикой поверхности, на которую этот свет падает. У потребителей часто возникает масса вопросов: как перевести люмены в ватты или люмены в люксы? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим взаимосвязь величин более детально.

Что такое люмен?

Светодиод излучает свет при прохождении через него электрического тока. Мощность (P, измеряется в ваттах), потребляемая светодиодом, равна произведению силы тока (I, измеряется в амперах) на падение напряжения (U, разность потенциалов между выводами светодиода, измеряется в вольтах). Формула для расчета мощности светодиода: P=I*U. Например, если через светодиод протекает ток, равный 0,1 А, а падение напряжения составляет 3 В, то мощность равна 3В*0,1А=0,3Вт.


Для измерения мощности светового потока также можно использовать ватты, но результат такого измерения не дает наглядной картины. Дело в том, что глаз проявляет разную чувствительность к световому излучению разных длин волн. При одинаковой мощности зеленый свет будет казаться ярче, чем темно-красный или фиолетовый. Для измерения световой мощности используется другая единица – люмен (Лм). Чтобы перевести люмены в ватты, используются специальные таблицы для различных видов ламп.

Люмен определяется как сила света определенного эталонного источника. В качестве эталонного источника взят белый свет, примерно соответствующий дневному, максимальной спектральной интенсивности длиной волны 555 нм при силе светового потока 683 люмена.


Мощность такого источника излучения составляет 1 Вт. Если условно принять, что вся электроэнергия на 100% преобразуется в свет (идеальные условия), то эффективность излучения составит примерно 680 Лм/Вт.

Световая эффективность излучения

Эффективность свечения измеряется как отношение световой мощности (Лм) к электрической мощности источника (Вт). Соотношение Лм/Вт – это показатель экономичности источника освещения. При равном потреблении электрической энергии светодиодные лампы излучают более мощный световой поток по сравнению с лампами накаливания. Эффективность излучения светодиодов гораздо выше по сравнению с обычными лампочками. Например, яркость светодиода мощностью 8 Вт примерно равна яркости лампы накаливания мощностью 40 Вт. Таким образом, LED-светильники позволяют экономить электроэнергию без ущерба для яркости освещения.

Что такое люксы и как перевести люмены в люксы?

Люмен характеризует световое излучение источника безотносительно к площади освещения. Но яркость освещения напрямую зависит от того, на какое пространство распространяется свет. В качестве примера можно привести обычный фонарик, который светит на стену. При удалении фонарика от стены площадь освещения увеличивается, а яркость света снижается, освещение становится менее интенсивным. Чем дальше от стены размещается фонарик, тем более тусклым становится свет на поверхности стены. При этом общая сила света, измеряемая в люменах, не меняется. Также константой остается произведение яркости на площадь освещенной зоны.


Чтобы раскрыть зависимость силы света от площади, введена еще одна единица измерения – люкс (Лк). Если 1 квадратный метр освещается световым потоком силой 1 люмен (Лм), то освещенность составляет 1 люкс (Лк). Зависимость описывается следующим образом: 1 Лк=1Лм/1м2. Для вычисления освещенности и перевода люменов в люксы необходимо световой поток разделить на освещаемую площадь. Для наглядного представления, что такое люкс, приведем пример: в ночное время при полной луне освещенность составляет 0,2Лк, а в солнечный день при чистом небе этот параметр достигает нескольких сотен тысяч люкс.


Основываясь на вышесказанном, приведем расчет характеристик светодиода белого цвета, описанного в начале статьи. Допустим, эффективность этого источника составляет 150Лм/Вт. Световой поток равен 150Лм/Вт*0,3Вт=45Лм. Если источник освещает площадь 1 квадратный метр, то его освещенность равна 45Лм/м2=45Лк.


Подведем итоги. Взаимосвязь люксов и люменов с яркостью освещения можно охарактеризовать следующим образом: чем больше люменов, тем ярче светит лампа. И чем больше площадь, которую освещает лампа, тем ниже освещенность этого участка, и наоборот. Для перевода люменов в люксы, достаточно разделить люмены (световой поток) на площадь поверхности, которую освещает лампа. Чтобы определить, насколько ярко будет светить светодиодная или другая лампа по сравнению с лампой накаливания, можно воспользоваться специальной таблицей перевода люменов в ватты.


Лампа накаливания,
потребляемая мощность в Вт

Люминесцентная лампа,
потребляемая мощность в Вт

Светодиодная лампа,
потребляемая мощность в Вт

Световой поток, Лм

20 Вт

5-7 Вт

2-3 Вт

Около 250 Лм

40 Вт

10-13 Вт

4-5 Вт

Около 400 Лм

60 Вт

15-16 Вт

8-10 Вт

Около 700 Лм

75 Вт

18-20 Вт

10-12 Вт

Около 900 Лм

100 Вт

25-30 Вт

12-15 Вт

Около 1200 Лм

150 Вт

40-50 Вт

18-20 Вт

Около 1800 Лм

200 Вт

60-80 Вт

25-30 Вт

Около 2500 Лм

Что такое микромоли на квадратный метр в секунду?

В отличие от человеческого глаза, растения воспринимают свет по-другому – они чувствительны к более широкому диапазону спектра. Поэтому вышеописанные единицы люксы и люмены не могут в полной мере характеризовать производительность источников освещения для теплиц. Для растений имеет значение не само освещение, а обеспечение светом процессов фотосинтеза.


Свет состоит из фотонов с разной длиной волны. Количество энергии, выделяемое одним фотоном, и количество фотонов на одну единицу энергии меняется в зависимости от длины волны. Самое большое количество фотонов на единицу энергии содержат свет длиной волны 650 нм. Для активизации молекул хлорофилла и начала фотосинтеза необходимы фотоны света. Для описания характеристик источника света для растений принят параметр PPF (анг. Photosynthetic Proton Flux - струя фотонов фотосинтеза) – количество фотонов для роста растений. Для измерения этого параметра используется общепринятая единица количества вещества «микромоль».


Интенсивность освещения тепличной лампы измеряется в количестве фотонов (в микромолях) на квадратный метр в секунду (мкмоль/м-2 с-1). При выращивании растений имеет большое значение, сколько фотонов за день попадает на единицу площадки. Суммарная дневная освещенность (число фотонов на единицу площади в день) называется плотностью фотосинтетического фотонного потока и измеряется в молях на квадратный метр в сутки (моль/м-2 д-1). Чтобы рассчитать плотность излучения на метр квадратный в секунду, необходимо суммарную освещенность разделить на длительность освещения в секундах (время работы лампы или длительность светового дня).


Длительность естественного освещения определяется с поправкой на коэффициент пропускания теплицы. В среднем, прозрачная крыша теплицы пропускает 60-80% света в зависимости от времени года. Ориентировочная зависимость между длительностью естественного освещения и параметрами освещенности в зимние и летние месяцы приведены в таблице.


Месяц

Продолжительность дня
(в часах)

Общее суммарное излучение за пределами теплицы
(МДж/м-2 д-1)

Суммарная освещенность PPFD за пределами теплицы
(моль/м -2 д-1)

Суммарная освещенность PPFD внутри теплицы со степенью пропускания 70%
(моль/м-2 д-1)

Плотность излучения PPFD внутри теплицы
(µмоль/м-2с-1)

Декабрь

7.6

1.89

4.1

2.9

105

Январь

8.0

2.36

5.1

3.6

125

Февраль

9.7

4.71

10.1

7.1

202

Июнь

16.4

18.28

39.3

27.5

466

Июль

16.2

15.84

34.1

23.9

409

Август

14.6

13.96

30.0

21

400


Таблица наглядно демонстрирует разницу между тем, сколько света получают растения зимой и летом. Оптимальная суммарная освещенность зависит от сорта выращиваемой культуры. Одним растениям нужно больше света, другим – меньше. Но в любом случае, в холодное время года необходимо использовать дополнительное освещение, чтобы суммарная освещенность увеличивалась до определенного уровня.