Datum:
Autor: Michal Staša
Zobrazeno: 14551×
Nálepky: profi účinnost měrný výkon ztráty energie
Mezi světelnými techniky a energetickými specialisty existuje rozdíl v uvádění účinností světelných zdrojů. Rozdíl je způsoben tím, že energetičtí specialisté potřebují určit především vlastní tepelné zisky a světelné techniky zajímá hlavně to, kolik opravdu využitelného světla získají.
Účinnost
Účinnost (angl. efficiency) je definována jako poměr mezi využitelnou energií a dodávanou energií. V případě světelných zdrojů je vyráběna světelná energie (elektromagnetické záření ve viditelné části spektra), tedy zářivý tok od fialové až po červenou (v intervalu vlnových délek 380 až 770 nm). Takto definovaná účinnost odliší energii viditelného světla a zbývající energii. Můžeme ji nazývat pouze „účinnost“ či pro odlišení „energetická účinnost“, neboť je využívána energetickými specialisty pro určení tepelných zisků. Účinnost přeměny elektrické energie na viditelné elektromagnetické záření se v katalozích výrobců světelných zdrojů neudává. V některých případech ale výrobci udávají tzv. energetickou bilanci světelného zdroje (energy balance), z které lze zjistit jednotlivé ztráty. Několik příkladů je v článku níže.
Pro určení tepelných zisků je nutné připočítat i případný předřadník světelného zdroje, ovládací elektroniku a samotné světlo, které je také energií. Pro jednoduché celkové zhodnocení tepelných zisků lze brát v úvahu celý příkon svítidla, neboť pouze menší část světla unikne z uvedené oblasti pryč (oknem). Pro přesnější určení tepelných zisků v konkrétním místě je ale vhodné znát i přesnou energetickou bilanci světelného zdroje, protože část tepla se šíří konvekcí a kondukcí a část rychlejším sáláním (infračerveným zářením).
Světelná účinnost a měrný výkon
Člověkem skutečně využitelné světlo nicméně není vše ve viditelné oblasti záření (vlnové délky 380 až 770 nm) – člověk vnímá jednotlivé barvy s odlišnou citlivostí. Při respektování těchto odlišností můžeme definovat skutečné využitelné světlo, které se označuje světelný tok (jednotkou je lumen). V katalozích výrobců udávaná účinnost světelných zdrojů se vztahuje ke světelnému toku, tedy skutečně člověkem využitelnému světlu. V praxi se tato účinnost nazývá měrný výkon (v angl. efficacy) a udává, kolik energie elektrické je potřeba na přeměnu na světelnou (jednotkou je lm/W). Maximum účinnosti jednobarevného záření bylo změřeno a činí 683 lm/W pro světle brčálově zelenou (555 nm, vypadá asi takto: ❤) a vůči tomuto maximu lze i ostatní světelné zdroje porovnat. Poměrnou světelnou účinnost lze tedy vyjádřit i v %, nicméně toto číslo nelze zaměňovat s výše uvedenou „energetickou účinností“.
Pro zajímavost lze doplnit, že světelný zdroj s dokonalým bílým světlem (Ra = 100) má teoretickou maximální světelnou účinnost 251 lm/W (36,7 %). Pokud se ale spokojíme s indexem podání barev Ra = 95, je teoretické maximum 370 lm/W (54,2 %).
Rovněž je vhodné doplnit, že výše uvedené platí pouze pro tzv. fotopické vidění, tedy vidění při dobrém osvětlení (tedy nikoliv v šeru).
Hodnoty účinností
Přibližné hodnoty účinností uvádí tabulka. Světelná účinnost (měrný výkon) je uvedena vždy v katalozích výrobců světelných zdrojů. Naopak účinnost přeměny na světlo a energetickou bilanci výrobci téměř neuvádějí. Následující tabulka je tedy založena na existujících pramenech a doplněna odborným odhadem.
| energetická účinnost |
měrný výkon, světelná účinnost |
||
| (lm/W) | (%) | ||
| žárovka | 5 % | 13 | 2 % |
| lineární zářivka | 25-35 % | 70-100 | 10-15 % |
| vysokotlaká sodíková výbojka | 25-35 % | 70-120 | 10-17 % |
| halogenidová výbojka | 25-35 % | 70-120 | 10-17 % |
| LED | 30-40 % | 120-170 | 17-25 % |
Energetické bilance světelných zdrojů
Následují příklady energetických bilancí několika druhů světelných zdrojů. Vysvětlivky: IR = infračervené záření, UV = ultrafialové záření, konv./kond. = konvekce a kondukce.
Žárovka 100 W
| vlákno žárovky | 5 % světlo | 5 % světlo | |
| 61 % IR | vnější baňka | 83 % IR | |
| 34 % konv./kond. | |||
| 12 % konv./kond. | |||
Zdroj: Philips Lighting Manual 1993
Lineární zářivka 36 W, elektromagnetický předřadník
| výboj | 2 % světlo | 25 % světlo | 25 % světlo | ||
| 60 % UV | luminofor | 23 % světlo | |||
| 37 % tep. ztráty | 75 % ztráty | 30 % IR | |||
| 38 % tepelné ztráty | 45 % konv./kond. | ||||
Zdroj: Osram, Technical application guide, Part 2, 2013
Lineární zářivka T5, elektronický předřadník
| výboj | 4 % světlo | 34 % světlo | 34 % světlo | ||
| 72 % UV | luminofor | 30 % světlo | |||
| 42 % tep. ztráty | 66 % ztráty | 25 % IR | |||
| 24 % tepelné ztráty | 41 % konv./kond. | ||||
Zdroj: Osram, Technical application guide, Part 2, 2013
Vysokotlaká sodíková výbojka 400 W
| výboj | 29,5 % světlo | 29,5 % světlo | |
| 0,5 % UV | vnější baňka | 0,25 % UV | |
| 55,25 % IR | |||
| 20 % IR | |||
| 50 % tepelné ztráty | |||
| 15 % konv./kond. | |||
Zdroj: Philips Lighting Manual 1993
Výkonová LED s luminoforem
| LED čip | 66 % modré světlo | luminofor | 33 % světlo |
| dtto | 67 % ztráty | ||
| 10 % nevyužité světlo | 34 % ztráty | ||
| 24 % interní ztráty |
Zdroj: DOE Solid-State Lighting R&D Plan, 2016 (zjednodušeno, zaokrouhleno)
Zdroje
- Philips, Marco Haverlag, 2010
- Philips Lighting Manual, 1993
- DOE Solid-State Lighting R&D Plan, 2016
- Osram, Technical application guide, Part 2, 2013