白熱電球、蛍光灯、LED発光灯についての効率について

はじめまして
ご存知の方ご教授ください。
白熱電球、蛍光灯、LED発光灯についての効率について教えていただけますでしょうか？（メーカーや商品によって多少数字は異なると思います。）
■質問1
・たとえば、白熱電球100W表示の電球は、おおよそ効率が15％ぐらいでしょうか？（100V用を100Vで使用した場合。）この場合、光へのエネルギー変換効率は、15％程度でしょうか？（メーカーにもよりますが。10％ぐらいでしょうか？）
そうすると、
・一次消費電力：100W
・光変換効率：15％
・熱損失（全損失　ほぼ熱だと思いますが）：85W
・光変換エネルギー：15W
・一月の電気代：1KW/ｈあたり　23円として　24時間×30日×100W＝72000W＝72KW　よって1656円程
・寿命は約1000～3000時間程度
・価格100円程度
と言うことでよいのでしょうか？
この場合、光の光度はカンデラで表すのでしょうか？いくつになりますでしょうか？

■質問2
上記の明るさで蛍光灯やLEDに置き換えた場合
※蛍光灯
・一次消費電力：21.4W
・光変換効率：70％
・熱損失（全損失　ほぼ熱だと思いますが）：6.4W
・光変換エネルギー：15W
・一月の電気代：1KW/ｈあたり　23円として　24時間×30日×21.4W＝15400W＝15.4KW　よって354円程
・寿命は約5000～10000時間程度
・価格500円程度

※LED灯
・一次消費電力：15.79W
・光変換効率：95％
・熱損失（全損失　ほぼ熱だと思いますが）：0.79W
・光変換エネルギー：15W
・一月の電気代：1KW/ｈあたり　23円として　24時間×30日×15.79W＝11360W＝11.36KW　よって261円程
・寿命は約50000時間程度
・価格5000円程度

以上　宜しくお願い致します。おおよその目安、考え方で結構です。

No.2 回答者： foobar 回答日時： 2009/06/27 17:36

効率を考える際に、まず、最初に光の出力を物理量（エネルギーＷ）として捉えるか、測光量（色の違いによる人の目の感じ方を考慮したもの）として捉えるか、を決める必要があります。

http://www.nmij.jp/~photo-rad/opt-rad/outline/ma …
の図１にもありますが、人の目は同じ１Ｗの光でも色によって明るさの感じ方が違います。（同じ１Ｗでも赤や水色あたりの光（単色光）だと緑色の1/5くらいの明るさに感じる。）
ＬＥＤ、蛍光灯、白熱電球では、光のスペクトル（色合い）が違います。これを考慮して、光の出力として測光量を使うか、色合いの違いを無視して物理量を使うか（赤の１Ｗは暗くても１Ｗの出力として扱う）を決める必要があります。

光を物理量として扱う場合には（出ている個々の数値の妥当性は別として）ご質問者の考え方でおおむねよいかと思います。もっとも、白熱電球は、一旦全エネルギーを熱にして、そのうちの一部が可視光として放射されるているので、「熱が８５％」というのは不適切かもしれません。（また、赤外領域の放射が多いので、どこまでを「可視光」の放射として扱うか、でかなり数値が変わるという問題点があるかと思います。）

見た目の明るさで比較する場合には、色合いを考慮した測光量で比較する必要が出てきます。（もっとも、測光量での大小と実際の感じ方が逆転している部分もありそうなので、注意が必要ですが）
この場合には、入力（エネルギー）と出力（光束）でものが異なるので、＊＊％という割合にはなりません。
（先に書いたように、同じエネルギーでも光の波長で明るさが変わるので。）
こちらで計算するときには、光束を一定（たとえば、1500lm)にして、発光効率からそれに必要な電力を計算して比較する、という手順になるでしょう。
発光効率に関しては、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E5%85%89% …
あたりが参考になるかと。
（大体、100W白熱電球だと同じ明るさにするのに蛍光灯（やＬＥＤの）5倍くらいの消費電力が必要、ということになりそうです。）

この回答へのお礼

foobar様
お時間を取っていただき細かい説明感謝いたします。
本当に有難うございました。
内容は理解できました。光の周波数で可視状態が違うわけですから
定義が難しいですね。一般に光量を表しているカンデラやルクスはどの基準なのでしょうかね。（お答えは不要です。勉強してみます。）

細かくご説明頂き有難うございます。
失礼に当たりますので若干背景と目的を記載しておきます。
当方　高周波関係のエンジニアです。分野は若干違いますが、延長ですので良く理解できました。目的は、今後　未来の環境のために電球の切り替えの推進を海外で行っていくためです。（勉強中です。）営利目的ではございません。

foobar様は電気関係にたいへんお詳しそうですのでまた何かありましたら、ご教授ください。有難うござました。

お礼日時：2009/06/27 18:43

No.1 回答者： foobar 回答日時： 2009/06/27 12:41

通常、光源から出る全ての可視光（全光束、単位ルーメン）を入力電力で割って効率を出していると思います。

（波長の分布によって、同じパワーでも目に感じる明るさが異なるので、それを補正した光束を使い、
同じランプでも組み合わせる器具によって集光の程度が変わるので全光束を使うことが多いようです。）

蛍光灯や白熱電球だとカタログに全光束と消費電力が書かれていますので、それが参考になるでしょう。
白色LEDでは、最近蛍光灯と同程度（以上）の効率のものが出始めたようです。（大雑把には、蛍光灯と同じ効率、と考えてもよいかと思います。）

この回答へのお礼

早々の回答有難うございます。
効率の考え方は大雑把に上記の考え方で宜しいでしょうか？
たとえば、１００W白熱灯の場合、合計消費電力が１００ｗです。
電圧を１００Vとすれば１Aの電流になります。
この一次電気エネルギーが約１０％が光エネルギーに変換されます。
残りの９０％はフェライト抵抗により熱エネルギーに変換されます。
まず　基本を抑えたいのですが合ってますでしょうか？

お礼日時：2009/06/27 15:15