Αντιστοιχίες χαρακτηριστικά διαφόρων τύπων πηγών φωτισµού Πολύ ενδεικτικά δίνεται ο παρακάτω πίνακας. Είναι πολύ πιθανό να βρείτε άλλα νούµερα ηλεκτρικών καταναλώσεων. Γι αυτό το λόγο δίνονται µέσα σε εύρος ειδικά τους λαµπτήρες οικονοµίας και τις LEDs. Ιδιότητες Λαµπρότητα λαµπτήρα * Ελάχιστα lumens Τυπικά lumens Λαµπτήρας πυρακτώσεως Λαµπτήρας οικονοµίας (Compact Fluorescent CFLs Lamps) LEDs (Light Emitting Diodes) Χρόνος ζωής σε ώρες (τάξης µεγέθους) 1200 8000 µε 10000 πάνω από 30000 Περιέχεται υδράργυρος (mercury ) Ναι (της τάξης των 5 mg ανά λαµπτήρα) Ευαισθησία στη θερµοκρασία Κάτω 23 ο C και πάνω από 48 ο C µπορεί να µη λειτουργούν Ελάχιστη στις υψηλές θερµοκρασίες Ευαισθησία στην υγρασία Μικρή Μικρή Κύκλοι ανοίγµατος/σβησίµατος (on/off cycling) Μικρή επίδραση Ναι (µείωση του χρόνου ζωής ακόµη πιο δραστική µείωση του χρόνου ζωής προκύπτει µε το γρήγορο άνοιγµα και σβήσιµο) Καµία επίδραση Άµεσο άνοιγµα Ναι Χρειάζεται µικρός χρόνος να ζεσταθεί Ναι Αντοχή (το νήµα µπορεί να κοπεί ή το γυαλί του γλόµπου µπορεί να σπάσει σε τράνταγµα/πέσιµο) (το γυαλί µπορεί να σπάσει σε τράνταγµα/πέσιµο) Ναι (ανθεκτικές και σε µεταπτώσεις τάσεις) Εκπεµπόµενη θερµότητα σε BTUs/hour (τυπικές τιµές) 85 30 (για ισοδύναµο µε λαµπτήρα πυρακτώσεως των 60 W) 3.4 (για ισοδύναµο µε λαµπτήρα πυρακτώσεως των 60 W) Εκπεµπόµενη θερµοκρασία για λαµπτήρες των 100 W (όχι ισοδύναµες πυρακτώσεως, αλλά 100 W συνολικά) ~169 ο C ~82 ο C ~31 ο C 200 246 25 3 7 Το πολύ 3 µε 4 Αντιστοιχία ηλεκτρικών καταναλώσεων πηγών και συσχέτιση µε την λαµπρότητα των πηγών 450 463 40 9 13 4 6 800 834 60 13 18 6 9 1100 1172 75 18 22 9 15 1600 1853 100 23 30 16 20 2600 2800 150 30 55 21 29 Ενδεικτικά εύρη για το λόγο συσχέτισης lumens εκποµπής ** 12.5 17.5 45 75 µε Watt κατανάλωσης (σε lumens/w) 30 90 (η τάση είναι η σταθεροποίηση προς τις τιµές 80 και πάνω) * Οι ελάχιστες τιµές είναι συµβατές µε το πρόγραµµα Energy Star της υπηρεσίας United States Environmental Protection Agency (EPA). Ο υδράργυρος είναι τοξικός για το περιβάλλον. Καλό είναι όταν σπάσει λαµπτήρας µε υδράργυρο να αεριστεί καλά ο χώρος. Ένας γενικός κανόνας είναι ότι οι λαµπτήρες οικονοµίας καταναλώνουν κατά προσέγγιση το 1/4 των λαµπτήρων πυρακτώσεως. Πρόκειται για ενδεικτικά εύρη και µπορεί να µην προκύπτουν ακριβώς από τη διαίρεση των lumens στη αντίστοιχη στήλη µε τα Watt κατανάλωσης στις στήλες για καθένα τύπο πηγής. Για κάθε τύπο πηγής, διαφορές προκύπτουν ανάλογα µε τη
Παραδείγµατα Έστω ότι χρησιµοποιούµε ένα λαµπτήρα για 6 ώρες την ηµέρα για ένα χρόνο. Επιπλέον, µέχρι 2 kwh η χρέωση ενέργειας (την ηµέρα) από τη ΕΗ είναι 0,0946 /kwh. Έστω ότι έχουµε ένα λαµπτήρα πυρακτώσεως των 60 W. Τότε: είναι: 60 W 6 h/day 365 days = 131400 W h = 131.4 kwh Το κόστος από τη χρήση του λαµπτήρα θα είναι: 131.4 kwh 0,0946 /kwh = 12.43 Έστω ότι έχουµε ένα λαµπτήρα οικονοµίας µε ηλεκτρική κατανάλωση 15 W (µε αντίστοιχα lumens του λαµπτήρα πυρακτώσεως των 60 W). Τότε: είναι: 15 W 6 h/day 365 days = 32850 W h = 32.85 kwh Το κόστος από τη χρήση του λαµπτήρα θα είναι: 32.85 kwh 0,0946 /kwh 3.11 Το κέρδος σε σχέση µε το λαµπτήρα πυράκτωσης είναι ( [3.11 12.43 ] / 12.43 =) 75%, δηλαδή 9.32 (αφού το η κατανάλωση µειώθηκε στο 1/4) Έστω ότι έχουµε ένα λαµπτήρα LED µε ηλεκτρική κατανάλωση 8 W (µε αντίστοιχα lumens του λαµπτήρα του λαµπτήρα πυρακτώσεως των 60 W). Τότε: είναι: 8 W 6 h/day 365 days = 17520 W h = 17.52 kwh Το κόστος από τη χρήση του λαµπτήρα θα είναι: 17.52 kwh 0,0946 /kwh 1.66 Το κέρδος σε σχέση µε το λαµπτήρα πυράκτωσης είναι ( [1.66 12.43 ] / 12.43 =) 86.65%, δηλαδή 10.77 Το κέρδος σε σχέση µε το λαµπτήρα οικονοµίας είναι ( [1.66 3.11 ] / 3.11 =) 46.62%, δηλαδή 1.45 ή όµοια σχεδόν τα µισά χρήµατα Αναφέρεται ότι: Τα lumens είναι µονάδα µέτρησης της φωτεινής ροής (luminous flux) και 1 lumen = 1 cd sr. Λίγο απλοποιηµένα, πρόκειται για ένα µέτρο της ισχύος του εκπεµπόµενου ορατού φωτός από µία πηγή. Τα lumens δεν αφορούν την ηλεκτρική κατανάλωση (κατανάλωση ηλεκτρικής ισχύος), αλλά αφορούν ένα επίπεδο οπτικής ισχύος ορατού φωτός που εκπέµπεται από την πηγή. Αναφέρεται και πάλι ότι ο όρος ισχύς είναι λίγο απλουστευτικός και επιπλέον παρατηρούµε ότι η «ποσότητα» ορατού φωτός που εκπέµπεται από την πηγή δεν εκφράζεται σε Watt, αλλά σε lumens. Η «ποσότητα» ορατού φωτός που εκπέµπεται αναφέρεται και ως «λαµπρότητα». Το 1 cd είναι γνωστά ως κάντελα (candela) και πρόκειται για µονάδα φωτεινής έντασης (luminous intensity). Πρόκειται για τη φωτεινή ένταση προς µια συγκεκριµένη κατεύθυνση από µία πηγή που εκπέµπει µονοχρωµατική ακτινοβολία συχνότητας 540 10 12 Hz και έχει ισχύ (radiant flux ή radiant power) στην κατεύθυνση αυτή ίση µε 1/683 W ανά στερεά γωνία 1 sr. Το µέγεθος W/sr αναφέρεται ως radiant intensity. µάρκα και µε την ποιότητα κατασκευής. Ο λόγος lumens/w για τη συσχέτιση «ποσότητας» εκπεµπόµενου φωτός προς καταναλισκόµενη ισχύ αναφέρεται ως efficacy. ** Όπως υπάρχει ο γενικός κανόνας ότι οι λαµπτήρες οικονοµίας καταναλώνουν κατά προσέγγιση το 1/4 των λαµπτήρων πυρακτώσεως, αντίστοιχα η o λόγος lumens/w για τις λαµπτήρες οικονοµίας είναι σχεδόν τετραπλάσιος.
Η επιλογή της συχνότητας 540 10 12 Hz είναι κοντά στο πράσινο και αντιστοιχεί σε περίπου µήκος κύµατος 555 nm. Το ανθρώπινο µάτι είναι πιο ευαίσθητο σε αυτή τη συχνότητα. Το steradian (sr) είναι µονάδα µέτρησης της στερεάς γωνίας. Για µία σφαίρα ακτίνας r, οποιοδήποτε τµήµα της επιφάνειας της σφαίρας µε εµβαδό A = r 2 αντιστοιχεί σε µία στερεά γωνία 1 sr (ως προς το κέντρο της σφαίρας). Γενικά, για µία επιφάνεια Α πάνω σε µία σφαίρα ακτίνας r, τότε η στερεά γωνία είναι Ω = A/r (ως προς το κέντρο αυτής της σφαίρας). Μία σφαίρα έχει 4π sr. Η British Thermal Unit ή BTU είναι µονάδα θερµότητας. Θερµότητα σηµαίνει µεταφορά ενέργειας από ένα σώµα ή σύστηµα σε άλλο και όχι στο ποσό ενέργειας που περιέχεται σε ένα συγκεκριµένο σύστηµα. Επιπλέον, 1 BTU 1055 Joule. Πολύ ενδεικτικά, σχετικά µε τις θερµοκρασίες του χρώµατος των λαµπτήρων, οι πιο συνηθισµένες τιµές είναι οι εξής: 2700 Κ: αυτοί οι λαµπτήρες συνήθως αναφέρονται ως θερµοί λευκοί (warm white). Αποδίδουν ένα ήπιο ζεστό ελαφρώς ερυθρό χρώµα. Εφαρµογή: είναι καλό χρώµα για υπνοδωµάτια καθώς και για επιτραπέζιο φωτισµό, π.χ. πορτατίφ Είναι συνηθισµένη θερµοκρασία για λαµπτήρες πυρακτώσεως. 3000 Κ: αυτοί οι λαµπτήρες συνήθως αναφέρονται ως λαµπεροί λευκοί (bright white). Αποδίδουν ένα ουδέτερο ελαφρώς ερυθρό χρώµα και δε θεωρείτε θερµό ή ψυχρό. Εφαρµογή: τυπική περίπτωση χρήσης σε οικιακό φωτισµό (όπως και η προηγούµενη περίπτωση). 3500 4000 Κ: αφορά λαµπτήρες µε σχεδόν ουδέτερο χρώµα µε ένα ελαφρύ τόνο προς το κίτρινο. Οι λαµπτήρες και αυτής της κατηγορίας µπορεί να αναφέρονται ως λαµπεροί λευκοί (bright white). Εφαρµογή: χρήση για οικιακό φωτισµό, σε δηµόσιους χώρους και χώρους εργασίας. 4000 5000 Κ: αφορά λαµπτήρες µε ουδέτερο χρώµα. εν ευνοούνται χρώµατα προς το κόκκινο, κίτρινο ή προς το µπλε. Οριακά κοντά στους 5000 Κ ευνοείται πολύ ελαφρώς το µπλε χρώµα. Εφαρµογή: χρήση σε δηµόσιους χώρους και χώρους εργασίας. +5000 Κ: λαµπτήρες από 5000 Κ και πάνω (συνήθως µέχρι 6000 Κ) συνήθως έχουν ένδειξη «φως ηµέρας» (daylight ή day white) και έχουν ένα ελαφρώς µπλε χρώµα. Στους 5500 Κ είναι το φως της ηµέρας όταν ο ήλιος µεσουρανεί. Λαµπτήρες πάνω από 6000 Κ αναφέρονται ως ψυχροί λευκοί (cool white). Εφαρµογή: χρήση σε νοσοκοµεία µέχρι 6000 Κ. Εφαρµογή: χρήση σε στούντιο γραφιστικής για πάνω από 6000 Κ. Τα εύρη θερµοκρασίας που είναι δυνατό να καλυφθούν είναι Από 2700 ως 7000 Κ, από την τεχνολογία LED. Από 2700 ως 6500 Κ, από την τεχνολογία των λαµπτήρων οικονοµίας. 2700 Κ από τους λαµπτήρες πυρακτώσεων χωρίς επέµβαση στον τύπο του γυαλιού του λαµπτήρα. Θερµοκρασία, µετατροπές µεταξύ µονάδων µέτρησης Θ Kelvin = Θ C + 273.15 ΘFahrenheit 32 Θ C = 9 5
Ενδεικτικές εικόνες µε θερµοκρασίες χρωµάτων
Πηγές Αναφορές H. D. Young, Πανεπιστηµιακή Φυσική, 8 η Έκδοση, Εκδόσεις Παπαζήση, 1994. https://www.energystar.gov/products/lighting_fans http://eartheasy.com/live_led_bulbs_comparison.html http://www.bulbs.com/learning/replacementoptions.aspx https://sewelldirect.com/learning-center/led-vs-incandescent-light-bulbs https://en.wikipedia.org/wiki/main_page https://www.sust-it.net/incandescent-bulbs-lumens-to-watts-conversion-led.php https://www.bulbamerica.com/pages/wattage-lumens-brightness.html https://www.tomsguide.com/us/light-bulb-guide,review-1986.html http://ledthereblight.com/color-temperature-scale/ http://www.rapidtables.com/calc/light/how-watt-to-lumen.htm