≡

Пример led-освещения кухни-гостиной

Наша сегодняшняя тема — светодиодное освещение: его преимущества и недостатки на фоне традиционных источников света, экономичность и виды светильников. Однако начать нам лучше с изучения основ: давайте разберемся, как устроен светодиодный светильник.

Содержание

• Устройство led-светильника
• Уровень экономичности
  • Сравнение с конкурентами
  • Расчет периода окупаемости
• Достоинства  led-освещения
• Ложка дегтя
• Расчет освещения
• Образцы светильников
•  Заключение

Устройство led-светильника

Светодиодом называют полупроводниковый кристалл, способный напрямую преобразовывать потрeбляемый ток в излучаемый свет. Количество этого света пропорционально величине тока между катодом и анодом прибора.

Принципиальная схема устройства светодиода

Чтобы увеличить ток (и вслед за ним светимость кристалла), достаточно поднять напряжение между полюсами светодиода: согласно закону Ома, при неизменном сопротивлении цепи эти величины взаимосвязаны.

Однако максимальное напряжение ограничено тепловыделением кристалла: при высоких температурах он быстро деградирует. Большинство применяющихся для освещения светодиодов питается постоянным током с напряжением 1,5-4 вольта.

Чтобы получить ток с такими хаpaктеристиками из сетевых переменных 220 вольт, можно использовать две схемы:

1. Подключение цепи из последовательно соединенных светодиодов к выпрямителю (диодному мосту). Именно так устроены светодиодные ленты с напряжением питания 220 вольт, дешевые лампы на светодиодных нитях и некоторые потолочные led-панели. Достоинство решения — дешевизна, недостаток — невысокая отказоустойчивость: например, при выходе из строя одного светодиода в ленте гаснет ее метровый участок;

Высоковольтная лента с выпрямителем на шнуре питания

2. Параллельное подключение большого количества коротких цепей из нескольких последовательно соединенных светодиодов к общему блоку питания (драйверу). Сравнительно сложная схемотехника импульсного БП увеличивает стоимость системы освещения, зато небольшая длина отдельной цепи повышает надежность устройства: у низковольтной led-ленты досрочно отправившийся в Валгаллу светодиод потянет за собой лишь пару своих соседей.

По той же причине низковольтная лента может нарезаться отрезками по три светодиода

Подведем итоги: низковольтные светильники с полноценными импульсными БП (собственными для каждого источника света или общими для группы светильников) более надежны, чем высоковольтные.

Наш выбор — низковольтные светильники

Уровень экономичности

Насколько экономично led-освещение? Окупится ли переход на светодиодные светильники с более привычных ламп накаливания или галогенок?

Сравнение с конкурентами

Для начала давайте сравним светоотдачу на ватт потрeбляемой мощности у led-ламп и их прямых конкурентов:

Источник света Светоотдача Лампа накаливания 10-14 лм/Вт. 98% потрeбляемой электрической энергии превращается в тепловую и рассеивается колбой Галогенная лампа 15-20 лм/Вт. Светоотдача увеличивается за счет более высокой температуры спирали лампы. КЛЛ (компактная люминесцентная лампочка, часто и не совсем точно называющаяся энергосберегающей) 45-60 лм/Вт. Лампа дневного света (люминесцентная) 70 Лм/Вт. Рост эффективности достигается сокращением потерь на ЭПУ (драйвере) лампы Светодиодная лампочка 80-110 лм/Вт в зависимости от эффективности драйвера и поколения светодиодов. Led-лампа — абсолютный рекордсмен по экономичности

Любопытно: светоотдача современных светодиодов в настоящее время (2017 год) достигла 200 лм/Вт. Однако не стоит путать хаpaктеристики полупроводниковых приборов и изготовленных на их основе светильников: потери на драйвере и в цепях питания заметно снижают эффективность освещения.

Расчет периода окупаемости

Давайте выполним  несложный расчет периода окупаемости led-освещения для следующих условий:

• Мы сравниваем галогенное и светодиодное освещение ниши двумя встраиваемыми светильниками;

Освещение ниши софитами

• Подсветка работает круглосуточно;
• Необходимая суммарная светимость освещения — 1000 люменов;
• Цена Led-светильника со светимостью 500 лм — 300 рублей, светильника под галогенку вместе с лампой той же светимости — 150;
• Номинальная мощность у первого источника света равна 6 ваттам, у второго — 35 Вт;
• Киловатт-час электроэнергии обходится владельцу жилья в 5 рублей.

Московские тарифы на электроэнергию: данные за 2016 год

Итак:

1. Для обеспечения заданной светимости нам потребуется два софита того или иного типа. В случае led-освещения они обойдутся в 600 рублей, в случае галогенного — в 300. Разница в стоимости реализации проекта — 300 рублей;
2. Разница в суммарной электрической мощности систем освещения составит (35*2)-(6*2)=58 ватт;
3. Разница в энергопотрeблении подсветок за сутки будет равна 58*24=1392 ватт-часам, или 1,392 кВт·ч. Исходя из тарифа в 5 руб/кВт·ч, каждый день работы led-подсветки будет экономить владельцу 6,96 рубля;
4. Период окупаемости led-освещения составит, таким образом, 300/6,96=43 дня.

Выводы очевидны: светодиодные светильники при действующих тарифах на электроэнергию более чем выгодны. Однако на этом список их преимуществ не заканчивается.

Достоинства  led-освещения

1. Низкое тепловыделение.

Вы считаете, что это сомнительный довод? Позвольте не согласиться:

• Сценические софиты на галогенных лампах излучают в направлении освещаемых объектов киловатты тепла и заставляют буквально плавиться грим на лицах артистов. Светодиодное освещение сцены лишено этой проблемы;

Освещение сцены светодиодное: сценический светильник выделяет не больше сотни ватт тепла

• Встраиваемые в натяжные потолки из ПВХ-пленки светильники на галогенных лампах могут иметь мощность не более 35 ватт, а на лампах накаливания — не более 40 ватт. Повышение мощности сверх этих значений приведет к плавлению тонкой виниловой пленки. Led-светильники не имеют таких ограничений: они обладают тепловыделением в единицы ватт;
• Встраивать светильники с лампами накаливания в деревянную мебель — плохая идея: она может рассохнуться и покоробиться в зоне нагрева. Светодиодное освещение рабочей зоны кухни или мебельного шкафа не грозит мебели перегревом.

Led-подветка безопасна для мебели

2. Огромный срок службы.

Для светодиодов при соблюдении рекомендованного производителем температурного режима типичен ресурс в 30-70 тысяч часов. Для сравнения — лампочка накаливания служит порядка 1000 часов, люминесцентная — не больше 15000.

Заметьте: в качестве срока службы led-светильника производители указывают время, за которое светимость светодиодов снизится на 30% благодаря их деградации. Однако о полном отказе источника света речь не идет: он продолжит работать.

Реальный срок службы светодиодов сильно зависит от эксплуатационной температуры

3. Возможность изменения цвета или цветовой температуры освещения.

До недавнего времени работа светотехника в театре включала частую смену фильтров на софитах. Светодиодное освещение для сцены с RGB-светильниками управляется с удобного пульта дистанционного управления, а то и подключается к компьютеру или смартфону по wi-fi или bluetooth.

Освещение для сцены светодиодное: RGB-светильник позволяет обойтись без светофильтров

Ложка дегтя

Есть ли у светодиодного освещения сколь-нибудь существенные недостатки?

Их два:

1. Светодиоды все еще проигрывают галогенным лампам по точности цветопередачи: они пусть незначительно, но искажают цвета по сравнению с естественным освещением. Цветопередача важна, к примеру, в работе дизайнера или визажиста;

Влияние индекса цветопередачи освещения на восприятие цветов

2. По мере снижения цен на led-светильники упрощается схемотехника их драйверов. Выполняющие их функции диодные мосты в filament лампочках нами уже упоминались. Чем примитивнее драйвер, тем меньше диапазон рабочего напряжения и тем более чувствителен светильник к его скачкам.

Вскрытие лампочки на светодиодных нитях: роль драйвера выполняет диодный мост

Насколько важны эти особенности? Скажем так: автору статьи они нисколько не помешали полностью перейти на светодиодное освещение в своем доме. Последняя компактная люминесцентная лампа была с позором изгнана из цоколя люстры два года назад.

Расчет освещения

Как своими руками выполнить расчет led-освещения квартиры или дома?

Вначале — немного теории. Уровень освещенности, необходимый  для помещений разного назначения, заметно различается. Нормы освещенности прописаны в СНиП 23-05-2010.

Вот их значения для жилых зданий:

Помещение Уровень освещенности Кухня, жилая комната 150 лк Коридор, туалет, ванная 50 лк Гардероб 75 лк Детская комната 200 лк Лестницы, лестничные площадки, лифтовые холлы 20 лк Пассажирские и грузовые лифты 75 лк На фото — светодиодное освещение лифта

Справка: люкс (лк) — единица освещенности, соответствующая одному люмену на один квадратный метр площади освещенной поверхности. При неизменном количестве люменов на уровень освещенности влияют расстояние между светильником и поверхностью, угол рассеивания света и светопоглощение смежными поверхностями.

Темная отделка комнаты резко уменьшит ее освещенность при неизменной светимости

Детальная инструкция по световому расчету достаточно сложна; однако для грубого расчета  освещенности в типичной квартире можно использовать коэффициент 0,5: освещенность пола равна половине результата деления суммарной  светимости всех источников света на площадь помещения.

Светимость, таким образом, рассчитывается как удвоенное произведение нормы освещенности и площади. Например, для детской, площадью 20 квадратных метров, необходимо освещение с суммарной светимостью 200*20*2=4000 лм.

Образцы светильников

Какие разновидности светильников применяются для освещения жилых помещений?

Автор, не мудрствуя лукаво, познакомит вас с собственным зоопарком осветительного оборудования: список получится не полным, но достаточно обширным. Кроме того, мы упомянем некоторые особенности разных светильников и затронем их монтаж.

Led-панель светимостью 2500 люменов и мощностью 30 Вт

Панель идеально подходит для установки в подвесной кассетный потолок: ее размер (600х600 мм) в точности соответствует размеру ячейки. Однако с таким же успехом можно закрепить ее на подвесах или прямо на поверхности железобетонного или деревянного перекрытия.

Пара панелей закреплена на потолке дюбель-гвоздями и освещает подвал площадью 75 квадратов

Внутри типичной недорогой панели можно обнаружить наклеенную в несколько рядов светодиодную ленту и драйвер (импульсный блок питания).

Панель со снятым рассеивателем

Прекрасное решение для модернизации уже имеющихся светильников — led-лампочки со стандартным цоколем (Е27 и Е14). Для плафонов и люстр с направленными вниз рожками больше подходят лампы с полукруглым рассеивателем: они излучают свет только в направлении пола.

Спальня освещается единственной led-лампочкой мощностью 15 ватт

Для освещения рабочей поверхности кухни, длинного стола или отдельной зоны помещения можно использовать спотовые светильники с несколькими лампами.

Три спота освещают всю рабочую поверхность кухни Еще один спотовый светильник отвечает за освещение игровой зоны детской

Лампы на светодиодных нитях внешне очень напоминают старые добрые лампочки Ильича. Больше того: они используют те же стеклянные колбы, что позволяет производителям ламп накаливания модернизировать предприятия с минимальными затратами. Filament-лампы подходят для зональных светильников с рассеянным светом (настенных бра и торшеров).

Настенный светильник с filament-лампами

Светодиодный прожектор в защищенном от воды и пыли корпусе идеален для освещения двора или крыльца дома.

10-ваттный led-прожектор обеспечивает ночное освещение небольшого двора

Встраиваемые led-светильники устанавливаются в ниши, подвесные и натяжные потолки.

Встраиваемый светильник с внешним драйвером Гипсокартонный потолок в санузле со встроенными led-светильниками мощностью 9 ватт

Считается, что светодиодная лента применяется в основном для подсветки ниш и потолков. И это действительно так: при мощности в 5-7 ватт на метр она обеспечивает неяркое освещение небольшого прострaнcтва.

Подсветка ниши в спальне led-лентой на светодиодах smd 3528

Однако ленты на более современных светодиодах smd 5630 и 5730 обладают светимостью в 1200-1500 лм/м при удельной мощности 14-18 Вт/м и вполне могут выполнять функции основного освещения.

Нюанс: лента такой мощности нуждается в теплоотводе. Его роль может выполнить как алюминиевый радиаторный профиль, так и любой другой материал с достаточно высокой теплопроводностью.

Освещение мансарды в доме автора светодиодной лентой

Блок питания низковольтного освещения устанавливается в вентилируемую нишу. Желательно — с сеткой для защиты от насекомых: они становятся причиной доброй половины неисправностей импульсных БП.

Блок питания не имеет активного  охлаждения и нуждается в вентиляции Ниша для БП закрыта вентиляционными решетками с сетками

 Заключение

Автор обеими руками голосует за светодиодное освещение: преимущества и недостатки led-светильников несопоставимы по значимости. Познакомиться с ними еще ближе вам поможет прикрепленное к статье видео. Успехов!