Světelná účinnost - Luminous efficacy

Světelná účinnost je měřítkem toho, jak dobře světelný zdroj produkuje viditelné světlo. Je to poměr světelný tok na Napájení, měřeno v lumeny za watt v Mezinárodní systém jednotek (SI). V závislosti na kontextu může být síla buď sálavý tok výkonu zdroje, nebo to může být celková energie (elektrická energie, chemická energie atd.) spotřebovaná zdrojem.[1][2][3]Který smysl tohoto pojmu je zamýšlen, musí být obvykle odvozen z kontextu a je někdy nejasný. Bývalý smysl se někdy nazývá světelná účinnost zářenía druhé světelná účinnost zdroje nebo celková světelná účinnost.[4][5]

Ne všechny vlnové délky světla jsou díky viditelnosti stejně viditelné nebo stejně účinné při stimulaci lidského vidění spektrální citlivost z lidské oko; záření v infračervený a ultrafialový části spektra jsou k osvětlení zbytečné. Světelná účinnost zdroje je výsledkem toho, jak dobře přeměňuje energii na elektromagnetické záření a jak dobře je emitované záření detekováno lidským okem.

Účinnost a účinnost

Světelnou účinnost lze normalizovat maximální možnou světelnou účinností na a bezrozměrný volané množství světelná účinnost. Rozdíl mezi účinnost a účinnost není vždy pečlivě udržován v publikovaných zdrojích, takže není neobvyklé vidět „účinnost“ vyjádřenou v lumenech na watt nebo „účinnost“ vyjádřenou v procentech.

Světelná účinnost záření

Vysvětlení

The reakce typického lidského oka na světlo, jak standardizuje CIE v roce 1924. Horizontální osa je vlnová délka v nm

Vlnové délky světla mimo viditelné spektrum nejsou užitečné pro osvětlení, protože je nevidí lidské oko. Kromě toho oko reaguje na některé vlnové délky světla více než jiné, dokonce i ve viditelném spektru. Tuto odezvu oka představuje funkce svítivosti. Jedná se o standardizovanou funkci, která představuje odezvu „typického“ oka za jasných podmínek (fotopické vidění ). Lze také definovat podobnou křivku pro tlumené podmínky (skotopické vidění ). Pokud není zadán ani jeden, obecně se předpokládají fotopické podmínky.

Světelná účinnost záření měří zlomek elektromagnetického výkonu, který je užitečný pro osvětlení. Získává se dělením světelný tok podle sálavý tok. Světlo s vlnovými délkami mimo viditelné spektrum snižuje světelnou účinnost, protože přispívá k sálavému toku, zatímco světelný tok takového světla je nulový. Vlnové délky v blízkosti vrcholu reakce oka přispívají silněji než vlnové délky v blízkosti okrajů.

Fotopická světelná účinnost záření má maximální možnou hodnotu 683,002 lm / W, pro případ monochromatického světla o vlnové délce 555 nm (zelená). Skotopická světelná účinnost záření dosahuje maxima 1700 lm / W pro monochromatické světlo o vlnové délce 507 nm.

Matematická definice

Světelná účinnost, označeno K., je definován jako[6]

kde

Příklady

Fotopické vidění

TypSvětelná účinnost
záření (lm / W)		Svítící
účinnost[poznámka 1]
Wolframová žárovka, typická, 2800 K.15[7]2%
Hvězda třídy M (Antares, Betelgeuse ), 3000 K.304%
Černé tělo, 4000 K, ideální54.7[8]8%
Hvězda třídy G (slunce, Capella ), 5800 K.93[7]13.6%
Černé tělo, 7000 K, ideální95[8]14%
Černé tělo, 5800 K, zkrácené na 400–700 nm (ideální „bílý“ zdroj)[poznámka 2]251[7][Poznámka 3][9]37%
Černé tělo, 5800 K, zkráceno na ≥ 5% rozsah fotopické citlivosti[poznámka 4]348[9]51%
Ideální monochromatický zdroj: 555 nm683.002[10]100%

Scotopické vidění

TypSvětelná účinnost
záření (lm / W)		Svítící
účinnost[poznámka 1]
Ideální monochromatický 507 nm zdroj1699[11] nebo 1700[12]100%
Účinnost černého těla 1000-16000K.svg
Spektrální záření a černé tělo. Energie mimo viditelná vlnová délka rozsah (~ 380–750 nm, znázorněné šedými tečkovanými čarami), snižuje světelnou účinnost.

Účinnost osvětlení

Hlavní článek: Účinnost zásuvky

Umělé zdroje světla se obvykle hodnotí z hlediska světelné účinnosti zdroje, někdy se také nazývá účinnost zásuvky. Jedná se o poměr mezi celkovým světelným tokem emitovaným zařízením a celkovým množstvím vstupního výkonu (elektrického atd.), Který spotřebovává. Světelná účinnost zdroje je měřítkem účinnosti zařízení s výstupem upraveným tak, aby zohledňoval křivku spektrální odezvy (funkce svítivosti). Pokud je vyjádřena v bezrozměrné formě (například jako zlomek maximální možné světelné účinnosti), lze tuto hodnotu nazvat světelná účinnost zdroje, celková světelná účinnost nebo účinnost osvětlení.

Hlavní rozdíl mezi světelnou účinností záření a světelnou účinností zdroje spočívá v tom, že tento zdroj odpovídá vstupní energii, která se ztrácí jako teplo nebo jinak opouští zdroj jako něco jiného než elektromagnetické záření. Světelná účinnost záření je vlastnost záření emitovaného zdrojem. Světelná účinnost zdroje je vlastnost zdroje jako celku.

Příklady

Následující tabulka uvádí světelnou účinnost zdroje a účinnost pro různé světelné zdroje. Všimněte si, že všechny lampy vyžadují elektrický / elektronický předřadník jsou, pokud není uvedeno (viz také napětí), uvedeny bez ztráty za to snižuje celkovou účinnost.

KategorieTypCelkový světelný
účinnost (lm / W)		Celkový světelný
účinnost[poznámka 1]
SpalováníPlynový plášť1–2[13]0.15–0.3%
Žárovka15, 40, 100 Žárovka W (230 V)8.0, 10.4, 13.8[14][15][16][17]1.2, 1.5, 2.0%
5, 40, 100 Žárovka W (120 V)5, 12.6, 17.5[18]0.7, 1.8, 2.6%
Halogenové žárovky100, 200, 500 W wolframový halogen (230 V)16.7, 17.6, 19.8[19][17]2.4, 2.6, 2.9%
2.6 W wolframový halogen (5,2 V)19.2[20]2.8%
Halogen-IR (120 V)17.7–24.5[21]2.6–3.5%
Wolfram křemík halogen (12–24 V)243.5%
Fotografické a projekční lampy35[22]5.1%
Světelná diodaVEDENÝ šroubová základna lampa (120 V)102[23][24][25]14.9%
5–16 W LED šroubová základna (230 PROTI)75–120[26]11–18%
21.5 W LED retrofit pro zářivku T8 (230 PROTI)172[27]25%
Teoretický limit pro bílou LED s mícháním barev fosforescence260–300[28]38.1–43.9%
Oblouková lampaUhlíková oblouková lampa2–7[29]0.29–1.0%
Xenonová oblouková lampa30–50[30][31]4.4–7.3%
Rtuť -xenon oblouková lampa50–55[30]7.3–8%
Ultra-vysoký tlak (UHP) rtuťová pára oblouková lampa, volně namontovaná58–78[32]8.5–11.4%
Ultravysokotlaká (UHP) rtuťová výbojka s reflektorem pro projektory30–50[33]4.4–7.3%
Fluorescenční32 Trubice W T12 s magnetickým předřadníkem60[34]9%
9–32 Ž kompaktní zářivka (s předřadníkem)46–75[17][35][36]8–11.45%[37]
T8 trubice s elektronickým předřadníkem80–100[34]12–15%
PL-S 11 W trubice U, kromě ztráty předřadníku82[38]12%
T5 trubice70–104.2[39][40]10–15.63%
70–150 W. Bezelektrodový osvětlovací systém s indukčně vázaným spojením71–84[41]10–12%
Vypouštění plynu1400 Ž sirná lampa100[42]15%
Halogenidová výbojka65–115[43]9.5–17%
Vysokotlaká sodíková výbojka85–150[17]12–22%
Nízkotlaká sodíková výbojka100–200[17][44][45]15–29%
Plazmový zobrazovací panel2–10[46]0.3–1.5%
KatodoluminiscenceElektronem stimulovaná luminiscence30–110[47][48]15%
Ideální zdrojeZkrácené černé tělo 5800 K.[Poznámka 3]251[7]37%
Zelené světlo na 555 nm (maximální možná světelná účinnost podle definice)683.002[10]100%

Zdroje, které jsou závislé na tepelné emisi z pevného vlákna, například žárovky, mají tendenci mít nízkou celkovou účinnost, protože, jak vysvětlil Donald L. Klipstein, „Ideální tepelný zářič produkuje viditelné světlo nejúčinněji při teplotách kolem 6300 ° C (6600 K nebo 11 500 ° F). I při této vysoké teplotě hodně záření je buď infračervené nebo ultrafialové a teoretická svítivost [účinnost] je 95 lumenů na watt. Žádná látka není pevná a použitelná jako vlákno žárovky při teplotách blízkých tomuto. povrch slunce není tak horký. “[22] Při teplotách, kdy wolfram vlákno obyčejné žárovky zůstává pevné (pod 3683 kelvinů), většina jeho emise je v infračervený.[22]

SI fotometrické jednotky

SI fotometrické veličiny
MnožstvíJednotkaDimenzePoznámky
názevSymbol[poznámka 1]názevSymbolSymbol[pozn. 2]
Světelná energieQproti[pozn. 3]lumen sekundalm.ST JDruhá lumen se někdy nazývá talbot.
Světelný tok, světelná sílaΦproti[pozn. 3]lumen (= kandela steradians )lm (= cd⋅sr)JSvětelná energie za jednotku času
SvítivostJáprotikandela (= lumen na steradián)CD (= lm / sr)JSvětelný tok na jednotku plný úhel
SvítivostLprotikandela na metr čtverečnícd / m2 (= lm / (sr⋅m2))L−2JSvětelný tok na jednotku plného úhlu na jednotku předpokládané zdrojová oblast. Kandela na metr čtvereční se někdy nazývá nit.
OsvětleníEprotilux (= lumen na metr čtvereční)lx (= lm / m2)L−2JSvětelný tok incident na povrchu
Světelný východ, světelná zářivostMprotilumen na metr čtverečnílm / m2L−2JSvětelný tok emitované z povrchu
Světelná expoziceHprotilux sekundalx⋅sL−2T JČasově integrovaná osvětlenost
Hustota světelné energieωprotilumen sekund na metr krychlovýlm⋅s / m3L−3T J
Světelná účinnost (záření)K.lumen na wattlm /ŽM−1L−2T3JPoměr světelného toku k sálavý tok
Světelná účinnost (zdroje)η[pozn. 3]lumen na wattlm /ŽM−1L−2T3JPoměr světelného toku k spotřebě energie
Světelná účinnost, světelný koeficientPROTI1Světelná účinnost normalizovaná maximální možnou účinností
Viz také: SI  · Fotometrie  · Radiometrie
  1. ^ Organizace pro normalizaci doporučujeme označit fotometrické veličiny dolním indexem „v“ (pro „vizuální“), aby nedošlo k záměně s radiometrickými nebo foton množství. Například: USA standardní symboly písmen pro osvětlovací techniku USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
  2. ^ Symboly v tomto sloupci označují rozměry; "L", "T" a "J"jsou pro délku, čas a intenzitu světla, nikoli symboly pro Jednotky litr, tesla a joule.
  3. ^ A b C Někdy se vyskytují alternativní symboly: Ž pro světelnou energii, P nebo F pro světelný tok a ρ pro světelnou účinnost zdroje.

Viz také

Poznámky

  1. ^ A b C Definováno tak, aby maximální možné světelné účinnost odpovídá světelnému účinnost 100%.
  2. ^ Nejúčinnější zdroj napodobující sluneční spektrum v rozsahu lidské vizuální citlivosti.
  3. ^ A b Integrace zkráceného Planckova funkce krát fotopické funkce svítivosti krát 683,002 lm / W.
  4. ^ Vynechává část spektra, kde je citlivost oka nízká (≤ 5% píku).

Reference

  1. ^ Allen Stimson (1974). Fotometrie a radiometrie pro inženýry. New York: Wiley and Son.
  2. ^ Franc Grum; Richard Becherer (1979). Měření optického záření, svazek 1. New York: Academic Press.
  3. ^ Robert Boyd (1983). Radiometrie a detekce optického záření. New York: Wiley and Son.
  4. ^ Roger A. Messenger; Jerry Ventre (2004). Inženýrství fotovoltaických systémů (2. vyd.). CRC Press. str.123. ISBN  978-0-8493-1793-4.
  5. ^ Erik Reinhard; Erum Arif Khan; Ahmet Oğuz Akyüz; Garrett Johnson (2008). Barevné zobrazování: základy a aplikace. A K Peters, Ltd. str.338. ISBN  978-1-56881-344-8.
  6. ^ "Světelná účinnost (záření)". CIE. Citováno 2016-06-07.
  7. ^ A b C d „Maximální účinnost bílého světla“ (PDF). Citováno 2011-07-31.
  8. ^ A b Viditelné spektrum černého těla
  9. ^ A b Murphy, Thomas W. (2012). Msgstr "Maximální spektrální světelná účinnost bílého světla". Journal of Applied Physics. 111 (10): 104909–104909–6. arXiv:1309.7039. Bibcode:2012JAP ... 111j4909M. doi:10.1063/1.4721897. S2CID  6543030.
  10. ^ A b „Prohlášení BIPM: Informace pro uživatele o navrhované revizi SI“ (PDF). Archivováno (PDF) z původního dne 21. ledna 2018. Citováno 5. května 2018.
  11. ^ Kohei Narisada; Duco Schreuder (2004). Příručka o lehkém znečištění. Springer. ISBN  1-4020-2665-X.
  12. ^ Casimer DeCusatis (1998). Příručka aplikované fotometrie. Springer. ISBN  1-56396-416-3.
  13. ^ Westermaier, F. V. (1920). „Poslední vývoj v oblasti pouličního osvětlení s plynem“. Americké město. New York: Občanský tisk. 22 (5): 490.
  14. ^ „Philips Classictone Standard 15 W čirý“.
  15. ^ „Philips Classictone Standard 40 W čirá“.
  16. ^ "Bulbs: Gluehbirne.ch: Philips Standard Lamps (German)". Bulbs.ch. Citováno 2013-05-17.
  17. ^ A b C d E Katalog produktů Philips (Němec)
  18. ^ Keefe, T.J. (2007). „Podstata světla“. Archivovány od originál dne 18.01.2012. Citováno 2016-04-15.
  19. ^ "Osram halogen" (PDF). osram.de (v němčině). Archivovány od originál (PDF) 7. listopadu 2007. Citováno 2008-01-28.
  20. ^ „Osram 6406330 Miniwatt-Halogen 5,2 V“. bulbtronics.com. Archivovány od originál dne 2016-02-13. Citováno 2013-04-16.
  21. ^ „GE Lighting HIR Plus Halogen PAR38s“ (PDF). ge.com. Citováno 2017-11-01.
  22. ^ A b C Klipstein, Donald L. (1996). „The Great Internet Light Bulb Book, Part I“. Archivovány od originál dne 09.09.2001. Citováno 2006-04-16.
  23. ^ „LED lampa Toshiba E-CORE“. item.rakuten.com. Citováno 2013-05-17.
  24. ^ „LED lampa Toshiba E-CORE LDA5N-E17“. Archivovány od originál dne 19. 7. 2011.
  25. ^ Společnost Toshiba uvádí na trh 93 lm / W LED žárovku Ledrevie
  26. ^ „Philips - LED žárovky“. Citováno 2020-03-14.
  27. ^ „MAS LEDtube 1500 mm UE 21,5 W 840 T8“. Citováno 2018-01-10.
  28. ^ Bílé LED diody se super vysokou světelnou účinností physorg.com
  29. ^ „Obloukové lampy“. Edison Tech Center. Citováno 2015-08-20.
  30. ^ A b „Technické informace o žárovkách“ (PDF). Optické stavební bloky. Citováno 2010-05-01. Všimněte si, že hodnota 150 lm / W uvedená pro xenonové výbojky se jeví jako překlep. Stránka obsahuje další užitečné informace.
  31. ^ Katalog světelných zdrojů a předřadníků OSRAM Sylvania. 2007.
  32. ^ ČLÁNEK PŘEZKUMU: Systémy lamp UHP pro projekční aplikace[trvalý mrtvý odkaz ] Journal of Physics D: Applied Physics
  33. ^ SVÍTIDLA PROJEKTORU OSRAM P-VIP Osram
  34. ^ A b Federální program pro správu energie (prosinec 2000). „Jak koupit energeticky účinnou zářivku“. Americké ministerstvo energetiky. Archivovány od originál dne 2007-07-02. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  35. ^ „CFL s nízkým obsahem rtuti“. Energetická federace začleněna. Archivovány od originál 13. října 2008. Citováno 2008-12-23.
  36. ^ „Konvenční CFL“. Energetická federace začleněna. Archivovány od originál dne 14. října 2008. Citováno 2008-12-23.
  37. ^ „Globální žárovky“. 1000Bulbs.com. Citováno 2010-02-20.|
  38. ^ Phillips. "Phillipsův mistr". Citováno 2010-12-21.
  39. ^ Department of the Environment, Water, Heritage and the Arts, Australia. „Energetické štítky - lampy“. Archivovány od originál 23. července 2008. Citováno 2008-08-14.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  40. ^ „BulbAmerica.com“. Bulbamerica.com. Archivovány od originál 1. prosince 2012. Citováno 2010-02-20.
  41. ^ SYLVÁNIE. „Průvodce designem Sylvania Icetron Quicktronic“ (PDF). Citováno 2015-06-10.
  42. ^ „1000W sirná lampa je nyní připravena“. Newsletter IAEEL (1). IAEEL. 1996. Archivovány od originál dne 18. 8. 2003.
  43. ^ „Výhoda halogenidů kovů“. Venture Lighting. 2007. Archivovány od originál dne 2012-02-17. Citováno 2008-08-10.
  44. ^ „LED nebo Neon? Vědecké srovnání“.
  45. ^ „Proč jsou blesky barevné? (Plynové buzení)“. webexhibits.org.
  46. ^ „Budoucnost vypadá u plazmových televizorů jasně“ (PDF). Panasonic. 2007. Citováno 2013-02-10.
  47. ^ „Technologie TV-Tube vytváří efektivní žárovku“. OSA. 2019. Citováno 2020-09-12.
  48. ^ Sheshin, Evgenii P .; Kolodyazhnyj, Artem Yu .; Chadaev, Nikolai N .; Getman, Alexandr O .; Danilkin, Michail I .; Ozol, Dmitrij I. (2019). „Prototyp katodoluminiscenční lampy pro všeobecné osvětlení využívající emisní katodu pole uhlíkových vláken“. Journal of Vacuum Science & Technology B. AVS. 37 (3): 031213. doi:10.1116/1.5070108. Citováno 2020-09-12.

externí odkazy