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.
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.
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.
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, |
Люминесцентная лампа, |
Светодиодная лампа, |
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 |
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 |
Общее суммарное излучение за пределами теплицы |
Суммарная освещенность PPFD за пределами теплицы |
Суммарная освещенность PPFD внутри теплицы со степенью пропускания 70% |
Плотность излучения PPFD внутри теплицы |
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.