Кривая силы света и светораспределение светодиодных светильников
Содержание
- Используемые определения
- Классы светораспределения
- Типы кривой силы света
- Особенности классификации светильников наружного освещения и прожекторов
- Какую КСС выбрать для светодиодного светильника
Всё это часть системы классификации светильников в зависимости от направления и особенностей распространения их светового потока. Подробное её описание можно найти в ГОСТ Р 54350-2015 «Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний». Здесь же мы ограничимся более краткой версией.
Но сначала несколько определений. За ними обратимся к куда более старому, но тем не менее до сих пор актуальному документу ГОСТ 16703-79 «Приборы и комплексы световые. Термины и определения» и его более современному собрату ГОСТ Р 55392-2012 «Приборы и комплексы осветительные. Термины и определения».
Используемые определения
- Светораспределение светового прибора
Характеристика светового прибора, определяющая распределение его светового потока в пространстве. Выражается через распределение силы света или освещённости по заданной поверхности.
Это понятие соответствует тому факту, что практически любой светильник распределяет производимый им свет неравномерно – в каких-то направлениях сила этого света больше, в других меньше. Причём делается это намеренно за счёт самой конструкции прибора, используемой оптики, расположения источников света и т.п. Цель здесь заключается в концентрации максимального количества света в полезном направлении – например, уличному светильнику совершенно не нужно освещать небо, его задача – направить максимум производимого света на проезжую часть под ним.
- Световой (фотометрический) центр светового прибора
Условная точка во внутренней области оптической системы светового прибора, при помещении в которую светового центра лампы или при заданном расположении относительно которой ламп в многоламповом световом приборе светораспределение последнего в наименьшей степени отличается от расчётного.
- Оптическая (фотометрическая) ось светового прибора
Условная прямая, проходящая через световой центр или фокус оптической системы светового прибора и принимаемая за начало отсчёта угловых координат. Более новый ГОСТ Р 55392-2012 вместо оптической оси использует понятие фотометрической оси и даёт немного более сложное определение. Это ось симметрии светораспределения для круглосимметричных осветительных приборов. Для симметричных светильников – это линия пересечения плоскостей симметрии. А для асимметричных приборов – линия, лежащая в плоскости симметрии и либо перпендикулярная к плоскости выходного отверстия, либо совпадающая с направлением максимальной силы света.
По-моему, за 40 лет, прошедших между выпусками двух упомянутых выше ГОСТов, из которых и склеиваются эти определения, всё стало только запутанней. Иногда тяга к внесению конкретности и ясности приводит авторов стандартов в тупиковую ситуацию, когда всё ясно остаётся только им.
- Меридиональная плоскость
Плоскость, проходящая через оптическую ось светового прибора.
- Меридиональный угол светового прибора
Угол между данным направлением в меридиональной плоскости и вертикалью, проходящей через световой центр светового прибора (оптической осью). Меридиональный угол отсчитывается от надира (направления непосредственно вниз от светового центра) против часовой стрелки.
- Кривая силы света светового прибора
Графическое изображение зависимости силы света светового прибора от меридиональных углов, получаемое сечением его фотометрического тела плоскостью или поверхностью.
Т.е. кривая силы света (КСС) – это наглядное представление того, как будет зависеть сила света источника от выбранного направления его распространения. Иногда кривую силы света называют диаграммой силы света или диаграммой направленности.
- Коэффициент формы кривой силы света светового прибора
Отношение максимальной силы света в данной меридиональной плоскости к среднеарифметическому значению силы света светового прибора для этой плоскости.
- Нижняя полусфера пространства
Часть пространства, лежащая ниже горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр светового прибора.
- Верхняя полусфера пространства
Часть пространства, лежащая выше горизонтальной плоскости, проходящей через световой центр светового прибора.
- Экваториальная плоскость светового прибора
Плоскость, перпендикулярная оптической оси светового прибора.
В более новом стандарте упоминается только одна конкретная экваториальная плоскость, которая ранее называлась главной, а теперь осталась единственной – плоскость, проходящая через световой центр осветительного прибора. Такая плоскость разделяет верхнюю и нижнюю полусферы пространства.
- Экваториальная кривая силы света
Кривая силы света светового прибора, получаемая сечением его фотометрического тела экваториальной плоскостью.
Попробуем упростить – представьте светильник, который светит вниз на, скажем, асфальт. Если оптическая ось светильника перпендикулярна асфальту, то асфальт для этого светильника будет экваториальной плоскостью. Ну а световой рисунок на нём – экваториальной кривой силы света соответственно.
Классы светораспределения
По классам светораспределения светильники делятся в зависимости от доли светового потока в нижнюю полусферу на 5 групп – светильники прямого, рассеянного и отражённого света, плюс 2 промежуточные – преимущественно прямого и преимущественно отражённого света (см. таблицу ниже).
| Наименование | Обозначение | Доля светового потока в нижнюю полусферу, % |
|---|---|---|
| Прямого света | П | > 80% |
| Преимущественно прямого света | Н | 60-80% |
| Рассеянного света | Р | 40-60% |
| Преимущественно отражённого света | В | 20-40% |
| Отражённого света | О | < 20% |
Значительная часть светодиодных светильников относится к светильникам прямого света – классу П. И в такой ситуации большее значение приобретает подразделение по типу кривой силы света (КСС) в одной или нескольких характерных меридиональных плоскостях в нижней (чаще) и/или верхней (реже) полусферах.
Под характерной плоскостью понимается та плоскость, светораспределение в которой в наибольшей степени характеризует светораспределение светильника. К таким относятся плоскости симметрии распределения силы света, а также плоскости, содержащие направление максимума силы света.
Типы кривой силы света
Каждому типу КСС соответствует определённая зона направлений максимальной силы света (диапазон значений меридиональных углов) и коэффициент формы кривой силы света – Кф. Всего типов кривой силы света 7, каждый обозначается своей буквой: К, Г, Д, Л, Ш, М, С (см. рисунок и таблицу ниже).
| Наименование | Обозначение | Зона направлений максимальной силы света | Коэффициент формы кривой силы света |
|---|---|---|---|
| Концентрированная | К | 0°-15° | Kф ≥ 3 |
| Глубокая | Г | 0°-30° | 2 ≤ Kф < 3 |
| Косинусная | Д | 0°-35° | 1,3 ≤ Kф < 2 |
| Полуширокая | Л | 35°-55° | 1,3 ≤ Kф < 2 |
| Широкая | Ш | 55°-85° | 1,5 ≤ Kф < 3,5 |
| Равномерная | М | 0°-90° | Kф ≤ 1,3 при lmin > 0,7*lmax |
| Синусная | С | 70°-90° | Kф > 1,3 при l0 < 0,7*lmax |
| l0 - значение силы света в направлении оптической оси светильника; lmin, lmax - минимальное и максимальное значения силы света. | |||
Кстати, указанные здесь зоны направлений максимальной силы света совершенно не обязательно соответствуют углу излучения светильника. Ведь угол излучения – это телесный угол, в пределах которого заключен световой поток осветительного прибора, т.е. сюда входит не только направление максимальной силы, а вообще все направления, в которых светит данный светильник.
Как правило тип КСС указывается для одной меридиональной плоскости, но при необходимости плоскостей и соответствующих им типов может браться и несколько. Для круглосимметричных светильников достаточно всего одной плоскости, в то время как для симметричных берутся главные продольная и поперечная плоскости. Указание типа КСС только в поперечной плоскости допускается если в главной продольной плоскости КСС относится к косинусному типу. В основном всё это касается светильников наружного освещения и прожекторов, но о них в следующем разделе.
Если для светильника приводится несколько КСС, то для них как правило указывается направление меридиональной плоскости, которому соответствует данный тип. Иногда рядом с буквой, соответствующей типу КСС, указывается ещё какое-либо дополнительное обозначение. Это могут быть как условные номера «подтипов» кривой силы света или углы излучения.
Подобные обозначение в общем-то никак не регламентируются и у разных производителей все эти Ш2, Ш3 и прочие им подобные могут соответствовать совершенно разным КСС. Поэтому в таких случаях лучше смотреть графические представления, не полагаясь на одни только буквы и цифры.
Особенности классификации светильников наружного освещения и прожекторов
Светильники наружного освещения дополнительно классифицируют по виду условной экваториальной кривой силы света по ГОСТ Р 55392, выделяя 5 типов:
Асимметричный тип иногда называют «кососвет». Также существует классификация по типу светораспределения в зоне слепимости, но здесь мы её касаться не будем – всех интересующихся приглашаем ознакомиться с соответствующими ГОСТами.
Для прожекторов же аналогичная классификация выглядит следующим образом:
Какую КСС выбрать для светодиодного светильника
Здесь как всегда всё зависит от того, какой результат необходимо получить. Но есть некоторые общие тенденции:
- Для освещения офисов, административных и общественных зданий как правило применяются светильники с КСС типа Д и углом излучения 110-120 градусов.
- Для освещения автомобильных дорог, площадей и прочих открытых пространств – таких как парковки, складские зоны, придомовые территории – КСС типа Ш с углом излучения 135-150 градусов.
- Для освещения отдельных объектов или открытых пространств с большой высотой установки светильника (например – сортировочных станций железнодорожного транспорта или спортивных сооружений) подходят прожектора с КСС типа Г или К.
- Для освещения пешеходных и парковых пространств, декоративного и некоторых видов утилитарного освещения – КСС типа М и С.
Неправильный подбор типа кривой силы света светильника даже при условии правильного выбора его мощности может дать на удивление посредственный результат. Например, если для освещения дороги использовать светильники с КСС типа Д, то вам придётся или ставить столбы через каждые 10 метров, или делать их чрезвычайно высокими, а светильники – весьма мощными. В противном случае результат будет примерно как на фото выше.
В то время как со светильниками с КСС типа Ш аналогичная дорога выглядит совершенно иначе:
Одним из важных преимуществ светодиодных светильников перед прочими видами освещения является возможность простого, быстрого и недорогого изготовления разнообразных оптических систем, изменяющих светораспределение в соответствии с требованиями проекта. Один и тот же прибор в зависимости от исполнения может быть как уличным светильником с КСС типа Ш и углом излучения 135 градусов, освещающим автодорогу, так и прожектором с КСС типа Г и углом излучения всего в 15 градусов, освещающим фасад здания.
Для того, чтобы избежать досадных (и зачастую дорогостоящих) промахов – перед приобретением светильника желательно сделать светотехнический расчёт, который позволит однозначно ответить на вопрос о целесообразности использования той или иной КСС в каждой конкретной ситуации. У нас, например, светотехнический расчёт можно заказать совершенно бесплатно.