Perché il confronto diretto dei lumen di illuminazione tradizionali (sodio, mercurio, alogenuri metallici) con i lumen del catalogo dell'illuminazione a LED non può produrre risultati accurati.
Il numero di lumen elencati nei cataloghi dei prodotti non può essere utilizzato per confrontare l'illuminazione a LED con l'illuminazione convenzionale poiché la quantità di lumen che l'occhio umano percepisce dipende dal tipo di tecnologia di illuminazione utilizzata. Tre cose spiegano questo:
1. L'illuminazione a LED fornisce uno spettro di luce più ampio rispetto alle lampadine tradizionali, che ne hanno uno più limitato.
2. La varietà del modo in cui l'occhio umano risponde a diversi livelli di luce non viene presa in considerazione dai metodi usuali per il calcolo del valore lumen.
3. La misurazione delle luci a LED comprende l'intero apparecchio e il sistema di alimentazione, mentre la misurazione del flusso luminoso per le lampade convenzionali considera solo la sorgente luminosa.
1. L'illuminazione a LED fornisce uno spettro di luce più ampio rispetto alle lampadine tradizionali, che ne hanno uno più limitato.
L'approccio convenzionale alla stima della potenza luminosa emessa da una lampada non tiene conto della riflessione della luce dagli oggetti. Ma in realtà, a seconda del colore della superficie, le cose riflettono la luce in modi diversi. Ad esempio, se viene utilizzata una luce gialla per illuminare un oggetto verde, l'intero raggio di luce verrà assorbito dalla superficie dell'oggetto, conferendo all'oggetto un aspetto scuro. Quando un oggetto verde con questo tipo di illuminazione viene posizionato su una superficie nera, diventa assolutamente invisibile. In realtà, un effetto leggermente diverso deriva dalla luce che si riflette sulle cose reali. Ad esempio, l'erba sembra verde ma contiene in realtà una varietà di pigmenti (come clorofilla, carotenoidi, xantofille, ecc.), quindi quando illuminata da luce gialla, rifletterà parte dei raggi luminosi e apparirà grigia.
Poiché le lampade al sodio utilizzate per l'illuminazione stradale hanno uno spettro luminoso limitato, devono fornire molta luce per garantire un'adeguata visibilità. Simile allo spettro del sole, l'illuminazione a LED ha un'ampia gamma di luce. Di conseguenza, le differenze di colore degli oggetti sono più nette, migliorando il contrasto e migliorando la visibilità in un dato spazio. Pertanto, l'illuminazione a LED utilizza molti meno lumen pur fornendo una migliore chiarezza ottica.
2. La varietà del modo in cui l'occhio umano risponde a diversi livelli di luce non viene presa in considerazione dai metodi usuali per il calcolo del valore lumen.
Coni e bastoncelli sono le due principali categorie di fotorecettori presenti nei nostri occhi. I coni sono in grado di vedere i colori (a volte indicati come "visione fotopica"), sono sensibili alla luce intensa e funzionano normalmente durante il giorno. I bastoncini tuttavia rispondono agli stimoli luminosi in circostanze difficili (con poca luce). Questo è indicato come visione scotopica (quando una persona percepisce un ambiente incolore perché i coni che rilevano il colore sono dormienti durante la visione notturna).
Solo la visione fotopica viene misurata dai fotometri utilizzati per rilevare l'intensità della luce. Tuttavia, nelle situazioni del mondo reale, verranno utilizzati bastoncelli e coni (noti anche come "visione mesopica") per elaborare la luce. Il rapporto S/P è utile in questa situazione perché consente la conversione dei lumen convenzionali in lumen realmente visibili dall'occhio umano.
Il rapporto tra la tonalità blu-verde e quella verde-gialla di una luce è chiamato S/P. Un valore di rapporto maggiore e una migliore visibilità sono entrambi prodotti da una proporzione maggiore di colori blu-verde. Sorgenti luminose con rapporto S/P più elevato migliorano la visione a intensità di luce inferiori.
La tabella fornisce un'illustrazione di come convertire i lumen convenzionali in lumen che l'occhio umano può realmente percepire. Grazie alla sua efficienza notevolmente aumentata, l'illuminazione a LED offre una migliore visibilità consumando meno energia.
3. La misurazione delle luci a LED include l'intero apparecchio e il sistema di alimentazione, mentre la misurazione del flusso luminoso per le lampade convenzionali considera solo la sorgente luminosa stessa.
A temperatura ambiente, l'efficienza delle tradizionali lampade a scarica al sodio, al mercurio e agli alogenuri metallici è l'unico fattore considerato. L'effetto della presa in cui è montata la lampada non è considerato in questo metodo. Le lampade al sodio ad alta pressione e alcuni tipi di illuminazione a LED possono essere molto efficienti (fino a 100 lumen per watt, ad esempio). Tuttavia, l'indice di efficienza energetica di per sé non riflette l'effettiva quantità di luce che una sorgente luminosa effettivamente fornisce per un dato utilizzo.
L'efficienza dell'illuminazione deve essere valutata in relazione alla lampada nell'apparecchio. Invece di misurare i lumen emessi da una luce, si dovrebbero misurare i lumen che raggiungono un obiettivo finale. Una tale misurazione dell'efficienza luminosa non corrisponderà mai ai lumen prodotti dalla sorgente di illuminazione. Le cose che hanno un impatto sull'illuminazione immessa nell'apparecchio sono ciò che causa la minore efficienza:
Le luci tradizionali emettono luce in tutte le direzioni, nota come luce intrappolata. Queste sorgenti luminose richiedono specchi sufficienti all'interno delle prese che sono fatte per riflettere quanta più luce possibile e focalizzarla sul bersaglio previsto. Tuttavia, tutti i raggi di luce non possono essere reindirizzati in modo efficiente.
- Lenti protettive: gli apparecchi di illuminazione sono tipicamente dotati di lenti che, oltre a servire a scopo protettivo, aiutano anche a focalizzare i fasci di luce sul bersaglio desiderato. Una parte dell'emissione luminosa viene persa perché i materiali utilizzati per realizzare le lenti non hanno una permeabilità alla luce del 100%.
- Temperatura di esercizio - In caso di fluttuazioni di temperatura, le prestazioni di diverse sorgenti luminose diminuiscono. A 25 gradi, viene misurata l'efficienza della sorgente. Tuttavia, soprattutto per l'illuminazione stradale, la temperatura operativa effettiva differisce notevolmente dalla temperatura di prova.
Fonte di alimentazione: la maggior parte delle sorgenti luminose è dotata di un alimentatore che può modificare la tensione di ingresso in base alla tensione specifica della lampada. I danni all'alimentatore possono variare dal 5% al 25%.
Un ulteriore elemento che influenza le prestazioni finali dell'illuminazione ed è cruciale per confrontare l'illuminazione a LED con l'illuminazione convenzionale è il degrado delle prestazioni nel tempo. Le sorgenti luminose tradizionali, in particolare le lampade ad alogenuri metallici, sono caratterizzate da un notevole degrado delle prestazioni anche dopo un breve utilizzo:
La durata delle lampade al sodio ad alta pressione è di 24 000 ore, tuttavia perdono più del 30 percento della loro efficienza originale. Le lampade ad alogenuri metallici hanno una durata utile di 6,000–15,000 ore e presentano una perdita di efficienza fino al 50 percento . Con una durata utile di 50 000–100 000 ore, l'illuminazione a LED subisce una riduzione della produttività del 30% dopo 50 000 ore di utilizzo.
Il suddetto confronto dimostra inequivocabilmente che l'illuminazione a LED fornisce prestazioni superiori per un periodo di tempo notevolmente più lungo rispetto a una fonte di illuminazione tradizionale, consentendo di ritardare notevolmente la necessità di sostituire o riparare l'illuminazione.
Caso di studio: nello stato del Wisconsin, negli Stati Uniti, le luci al sodio ad alta pressione utilizzate nel parcheggio della scuola sono state sostituite con lampadine a LED che fornivano 8040 lumen. L'illuminazione precedente forniva 19 000 lumen. Anche se l'area è stata illuminata con meno lumen dopo l'aggiornamento dell'illuminazione, i clienti del parcheggio hanno affermato che l'area era notevolmente meglio illuminata.
Rispetto alla zona illuminata da lampade al sodio ad alta pressione (19 000 lumen), il lato sinistro del parcheggio è dotato di illuminazione a LED (8040 lumen), che offre una visibilità superiore.
