Principales parámetros que intervienen en la tecnología de iluminación

Eficiencia de la luz

La eficiencia de la fuente de luz en la conversión de energía eléctrica en luz visible, es decir, el flujo luminoso emitido por la fuente de luz por cada vatio de energía eléctrica consumida por la fuente de luz. Por lo tanto, se expresa en lúmenes/vatio o lm/W. Un número más alto indica una fuente de luz más eficiente. Por ejemplo, una lámpara de sodio de alta presión consume 100 vatios de energía eléctrica y produce un flujo luminoso de 7000 lúmenes, entonces la eficiencia luminosa = flujo luminoso/vatios = 7000lm÷100W=70lm/w. La eficiencia luminosa es un parámetro importante para evaluar el rendimiento económico de una fuente de luz. También produce un flujo luminoso de 7000lm, y las lámparas LED solo necesitan consumir 50W. Esto significa que los LED pueden ahorrar el 50% del consumo de energía para obtener el mismo resultado de iluminación, lo que ayuda a reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono. Esto es muy significativo hoy en día cuando el consumo de energía y la protección del medio ambiente son cada vez más importantes.

Temperatura de color correlacionada

Se expresa en temperatura absoluta K (Kelvin). Cuando se calienta un cuerpo negro estándar y la temperatura aumenta hasta una temperatura determinada, el color de la fuente de luz comienza a cambiar gradualmente de rojo/rojo claro/naranja/blanco/azul a blanco/azul. Utilizando las características de este cambio de color de la luz, el color de la luz de una determinada fuente de luz es consistente con el de un cuerpo negro. Cuando los colores de luz presentados a una determinada temperatura son los mismos, llamamos a la temperatura absoluta del cuerpo negro en ese momento la temperatura de color correlacionada de la fuente de luz. El color de la luz de baja temperatura de color es cálido (baja proporción de azul, el color de la luz es amarillento), y el color de la luz de alta temperatura de color es frío (alta proporción de luz azul, el color de la luz es blanco). Las fuentes de luz tradicionales tienen temperaturas de color más bajas, como 2800 K para lámparas incandescentes y 2000 K para lámparas de sodio de alta presión. Por supuesto, existen diferentes temperaturas de color de algunas lámparas, como las lámparas de halogenuros metálicos y las lámparas LED, pero su rango suele estar entre 1800 y 6500 K.

Índice de reproducción cromática

El índice de reproducción cromática (IRC o Ra para abreviar) es un indicador importante que describe la reproducción cromática de una fuente de luz. Es un parámetro que mide la capacidad de una fuente de luz para mostrar el color verdadero de un objeto iluminado, el índice de reproducción cromática Ra (0-100). El IRC indica el grado en que el color de un objeto bajo una fuente de luz coincide con el color de un objeto bajo una fuente de luz de referencia (generalmente la luz solar o una lámpara incandescente). Cuanto mayor sea el índice de reproducción cromática, más cercano será el color del objeto iluminado al color bajo la luz natural. Normalmente, pensamos que el índice de reproducción cromática de las lámparas incandescentes está cerca de 100. Esto se debe a que su principio de emisión de luz es calentar el filamento hasta el estado incandescente a través de la corriente, emitiendo así un espectro continuo de luz, es decir, esta luz contiene varios tipos de luz en el rango visible para que pueda restaurar mejor el color de los objetos. En el laboratorio, utilizamos una gama de muestras de color estándar (8-16) que representan diferentes tonos y saturaciones. Se observará y comparará el rendimiento del color de estas muestras bajo la prueba de diferentes fuentes de luz (es decir, la fuente de luz que se evaluará) y la fuente de luz estándar (como luz diurna o lámpara incandescente), y la evaluación se realizará de acuerdo con el estándar ANSI/IES TM-30-18.

Esperanza de vida

La vida útil de una lámpara se refiere generalmente al tiempo que puede funcionar normalmente en condiciones de uso específicas. Esta definición cubre el tiempo desde que se enciende una luminaria hasta que su flujo luminoso decae a una proporción específica del flujo luminoso inicial (como 70% o 50%). Por ejemplo, la farola de la serie ZGSM Rifle L70>100000hrs @Ta 25℃, es decir, cuando la temperatura ambiente es de 25℃, el flujo luminoso de la farola todavía puede ser mayor que el 70% del flujo luminoso inicial después de que la lámpara esté encendida durante 100000 horas. Sin embargo, estos son datos calculados teóricamente y la vida útil depende de muchos factores, incluido el diseño del producto, la calidad de las perlas de la lámpara y otros factores influyentes en el entorno de uso. El cálculo teórico se basa en el método de prueba LM-80, que prueba los chips LED durante un largo tiempo (generalmente entre 6.000 y 17.000 horas) para medir la atenuación del flujo luminoso y los cambios de temperatura de color, y luego combina algunas fórmulas matemáticas para derivar y evaluar su vida útil.

Distribución de la luz

La distribución de luz de una lámpara se refiere a la distribución del flujo luminoso (intensidad de luz) irradiado por la lámpara en diferentes direcciones en el espacio circundante, también conocida como distribución de intensidad luminosa. La distribución de luz se especifica en términos de la intensidad luminosa en todas las direcciones en las que una luminaria irradia su luz, generalmente descrita en el sistema de coordenadas C-gamma o C-γ. Las farolas de ZGSM generalmente utilizan el sistema de coordenadas C-γ para probar la distribución de luz de las lámparas. En el sistema de coordenadas C-γ, el eje de rotación del plano C es vertical y pasa por el centro de la luminaria (0-360 grados). γ representa la dirección en el plano vertical y varía de 0 (hacia abajo) a 90 (horizontal) a 180 (hacia arriba). Un medidor de intensidad fotométrica es una representación numérica de la distribución de luz de una lámpara. La siguiente es una tabla de candelas (intensidad luminosa). Con la distribución de luz (IES), podemos importarla en un software de cálculo de iluminación para realizar una simulación de iluminación. La distribución de luz también se puede clasificar según sus características. Un ejemplo típico es el método de clasificación de distribución de luz IESNA. Por supuesto, es posible que esté más familiarizado con el tipo IS, el tipo IIM, el tipo IIIL y el tipo VS.

Diferentes fuentes de luz y sus características

Lámpara incandescente

Una lámpara incandescente es una fuente de luz de radiación térmica que utiliza un filamento de tungsteno para estar en estado incandescente cuando la corriente pasa a través de él. Tiene las ventajas de una estructura simple, bajo costo, buena reproducción cromática y fácil uso, pero su eficiencia luminosa es muy baja y su vida útil es corta. En circunstancias normales, la iluminación interior y exterior ya no utiliza lámparas incandescentes para la iluminación general, sino que recurre a otras fuentes de luz que ahorran más energía y son más duraderas. Cuando se utiliza en circunstancias especiales, su potencia nominal no debe superar los 100 W. Además, para mejorar su rendimiento, se utilizan compuestos halógenos como el yodo o el bromo en el relleno de gas de las lámparas incandescentes y la pared interior de la bombilla. Estos compuestos halógenos redepositan tungsteno volátil sobre el filamento, lo que extiende la vida útil del filamento y hace que la bombilla sea más brillante y eficiente. En comparación con las lámparas incandescentes, las lámparas halógenas de tungsteno tienen las características de tamaño pequeño, larga vida útil, alta eficiencia luminosa, buen color de luz y salida de luz estable, lo que las hace más utilizadas.

Lámpara fluorescente

La lámpara fluorescente es la fuente de luz de descarga de gas más utilizada y consumida. Tiene las ventajas de una estructura simple, una alta eficiencia luminosa, una emisión de luz suave y una larga vida útil. La eficiencia luminosa de las lámparas fluorescentes es de 4 a 5 veces la de las lámparas incandescentes, y su vida útil es de 10 a 15 veces la de las lámparas incandescentes. Es una fuente de luz eficiente y de ahorro de energía. Las lámparas fluorescentes se pueden dividir en dos categorías: cátodo caliente y cátodo frío según su modo de funcionamiento del cátodo. La gran mayoría de las lámparas fluorescentes para iluminación general son de tipo cátodo caliente. Cuando se energizan, calientan el cátodo a través de la colisión de electrones, lo que da como resultado la liberación de electrones, produciendo así fluorescencia. Las lámparas fluorescentes se pueden dividir en lámparas fluorescentes de doble extremo y lámparas fluorescentes de un solo extremo según su apariencia. La mayoría de las lámparas fluorescentes de doble extremo son tubos rectos con un casquillo de lámpara en cada extremo (como T12, T8 y T5). Las lámparas fluorescentes de un solo extremo tienen muchas formas, como forma de H, forma de U, forma de U doble, forma de anillo, esférica, espiral, etc., con el casquillo de la lámpara en un extremo. Las lámparas fluorescentes con un balasto y un portalámparas estándar integrados en una se denominan lámparas fluorescentes con balasto propio. Este tipo de lámpara no se puede desmontar sin dañar su estructura. Según el diámetro del tubo de la lámpara, las lámparas fluorescentes incluyen Φ38 mm (T12), Φ26 mm (T8) y Φ16 mm (T5).

Lámpara de sodio de alta presión

Una lámpara de sodio de alta presión es una bombilla de descarga de vapor de sodio de alta presión que utiliza un tubo de descarga hecho de cerámica de alúmina policristalina translúcida que es resistente a la corrosión del sodio. Emite luz blanca dorada cuando está en funcionamiento y tiene las ventajas de una alta eficiencia luminosa (eficiencia luminosa de hasta 120 ~ 140 lm/w), larga vida útil y buen rendimiento de penetración de niebla. Se utiliza ampliamente en la iluminación de carreteras, aeropuertos, muelles, estaciones, estacionamientos, plazas e industrias y empresas mineras. Por supuesto, también tiene desventajas, como un bajo índice de reproducción cromática. Por supuesto, existen formas de mejorarlo, como las lámparas de sodio de alta presión de color medio y las lámparas de sodio de alta presión de color alto. Las lámparas de sodio de alta presión de color medio y las lámparas de sodio de alta presión de color alto se basan en lámparas de sodio de alta presión comunes, aumentando adecuadamente la presión de vapor de sodio en el tubo de arco, mejorando así la temperatura de color de las lámparas de sodio de alta presión y también la reproducción cromática de las lámparas. La temperatura de color correlacionada de las lámparas de sodio de alta presión de color medio es de 2200 K y el índice de reproducción cromática promedio se puede aumentar a 60, mientras que la temperatura de color correlacionada de las lámparas de sodio de alta presión de color alto es de 2500 K y el índice de reproducción cromática promedio se puede aumentar a 85.

Lámpara de halogenuros metálicos (lámpara halógena)

La lámpara de haluro metálico es una lámpara de descarga de gas que genera una descarga de arco y emite luz en el vapor mezclado de mercurio y haluro de metal raro. Es una fuente de luz que se obtiene añadiendo varios haluros metálicos a la lámpara de mercurio de alta presión. El principio básico es añadir una variedad de metales al tubo de arco de una lámpara de mercurio de alta presión en forma de haluros, de modo que estos átomos de metal se ionicen y emitan luz como el mercurio. La descarga de arco de mercurio determina sus propiedades eléctricas y la pérdida de calor, mientras que el haluro metálico de baja presión que se llena en la lámpara determina el rendimiento luminoso de la lámpara. Las lámparas de haluro metálico tienen las ventajas de las lámparas fluorescentes, las lámparas de mercurio de alta presión y las lámparas de sodio de alta presión, y superan las deficiencias de estas lámparas. Tienen una alta eficiencia luminosa (65~140lm/W), una larga vida útil (5000~20000h) y una buena reproducción cromática (Ra es 65~95), una estructura compacta, un rendimiento estable y otras características. Al rellenar con diferentes haluros metálicos, se pueden crear fuentes de luz con diferentes características. Las lámparas de halogenuros metálicos se pueden dividir en cuatro categorías según los diferentes materiales de relleno: tipo sodio-talio-indio, tipo escandio-sodio, tipo disprosio-holmio y tipo haluro de estaño.

LEDs

Los diodos emisores de luz (LED) utilizan chips semiconductores sólidos como materiales luminiscentes. Cuando se aplica un voltaje directo a ambos extremos, los electrones se mueven desde la región semiconductora de tipo N (cargada negativamente) a la región semiconductora de tipo P (cargada positivamente pero sin electrones). En la unión P-N, estos electrones se encuentran y se recombinan con huecos (ubicaciones cargadas positivamente en los semiconductores de tipo P). Durante este proceso, los electrones saltan de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, liberando energía en forma de fotones, produciendo luz visible. Los diodos emisores de luz se inventaron en la década de 1960. Al principio, solo tenían luz roja, y luego aparecieron la luz verde y amarilla. Su uso básico es como luz indicadora. No fue hasta la década de 1990 que se desarrollaron los LED de luz azul, y pronto se sintetizaron los LED de luz blanca que ingresaron a otros campos de iluminación. Después de varios años de desarrollo, el LED se ha vuelto muy ventajoso en términos de eficiencia luminosa, vida útil, temperatura de color, índice de reproducción cromática y distribución de la luz.

Comparación de diferentes fuentes de luz y las ventajas del LED

Diferentes fuentes de luz juegan un papel importante en la iluminación moderna, cada una con sus propias características y escenarios de aplicación únicos. Las lámparas incandescentes son populares debido a su estructura simple, bajo costo y buena reproducción cromática (100). Sin embargo, también tienen deficiencias como baja eficiencia luminosa (10lm/W) y corta vida útil (1000hrs) que limitan en gran medida su aplicación, lo que también lleva a que sea reemplazada gradualmente por otras fuentes de luz. Como fuente de luz de descarga de gas altamente eficiente y de ahorro de energía, las lámparas fluorescentes tienen las características de una eficiencia luminosa relativamente alta y una larga vida útil. Su eficiencia luminosa puede alcanzar los 50-80lm/w y su vida útil puede alcanzar las 15.000 horas. Se usa ampliamente en varios lugares de iluminación. Las lámparas de sodio de alta presión tienen más ventajas en eficacia y vida útil que las lámparas fluorescentes, por lo que se usan ampliamente en iluminación exterior como farolas. Sin embargo, su bajo rango de selección de temperatura de color también limita su aplicación en otros campos. Las lámparas de halogenuros metálicos combinan las ventajas de las lámparas fluorescentes, las lámparas de mercurio de alta presión y las lámparas de sodio de alta presión. Tienen una eficiencia luminosa relativamente alta (60-100 lm/w), una larga vida útil (10 000-30 000 horas) y una buena reproducción cromática (hasta 95), lo que las hace muy adecuadas para aplicaciones de iluminación que requieren una temperatura de color y un índice de reproducción cromática relativamente altos, como estadios, aparcamientos (otras iluminaciones a gran escala, muelles) y áreas de iluminación comercial (como faros de automóviles). Los LED tienen más ventajas en cuanto a temperatura de color, índice de reproducción cromática, flexibilidad de atenuación, eficiencia energética, vida útil y tiempo de calentamiento, lo que los convierte en la mejor opción para la iluminación moderna.

La siguiente tabla compara la eficiencia luminosa, la temperatura de color, el índice de reproducción cromática, la vida útil y la distribución de la luz de diferentes fuentes de luz.

Fuente de luz	Eficiencia de la luminaria	CCT	CRI	Vida útil	Distribución de la luz
Incandescente	<10lm/w	2800K	100	1000hrs	N/A
Fluorescente	50-80lm/w	Disponibles diferentes CCT	80-85	15000hrs	N/A
Sodio de alta presión	70-120lm/w	2000-2500K	20-25	30000hrs	N/A
Halógena	60-110lm/w	Disponibles diferentes CCT	60-95	10000-30000hrs	N/A
LED	130-190lm/w	Disponibles diferentes CCT	70-90	100000hrs	Asimétrica y simétrica

A través de la comparación podemos sacar las siguientes conclusiones: Incandescente vs LED: El color es más natural y la luz es suave, pero la desventaja también es obvia, es decir, la vida útil y la eficiencia de la luz ya no pueden satisfacer las necesidades de la iluminación moderna.

Fluorescente vs LED: Fluorescente se usa ampliamente en la etapa inicial, y es relativamente fácil reemplazar y mantener las lámparas fluorescentes sin la necesidad de modificaciones a gran escala. El costo inicial es bajo, y actualmente se usa en iluminación doméstica y comercial. Es inferior al LED en términos de eficiencia de luz, vida útil y distribución de luz.

Sodio vs LED: El sodio ha tenido muchas ventajas en lugares al aire libre como farolas e iluminación de plazas desde la década de 1970. Sin embargo, tiene desventajas obvias en el índice de reproducción cromática, eficiencia de luz (ya no es tan eficiente como los LED), vida útil, distribución de luz, etc., y ya no es adecuado para iluminación en farolas, plazas, parques y otros lugares. Ya sea que se reemplace toda la lámpara por LED o que se reemplace la fuente de luz por LED de actualización, en comparación con el costo inicial y los beneficios posteriores, es muy adecuado usar lámparas LED para reemplazar las lámparas de sodio.

Halógeno vs LED: La eficiencia luminosa de las lámparas halógenas no es mayor que la de las lámparas de sodio, pero sus ventajas en temperatura de color e índice de reproducción cromática hacen que se utilicen ampliamente en otras luces de escenario, luces deportivas y luces de automóviles (luces térmicas). Con la aparición de la tecnología LED, sus ventajas en eficiencia luminosa, temperatura de color correlacionada, índice de reproducción cromática (casi), vida útil y distribución de la luz han limitado en gran medida la aplicación de las lámparas halógenas en los campos mencionados anteriormente.