سیستم روشنایی و محاسبات آن

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در صنعت روشنایی مانند صنایع دیگر مفاهیم و اصطلاحات خاصی وجود دارد که آشنایی با آن ها اولین قدم برای طراحی یک سیستم نورپردازی مناسب است.

نور:

نور بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی است که در محدوده طول 380 تا 770 نانومتر و بین امواج فرابنفش و مادون قرمز است. این بخش از طیف الکترومغناطیسی را می توان با چشم تشخیص داد زیرا انرژی تابشی آن به اندازه ای است که سلول های مخروطی و میاه ای چشم را تحریک می کند و یک تصویر قابل درک می سازد.

میزان نوری یا شار نوری (Luminous flux):

شار نوری بیان کننده آهنگ تابش نور از یک منبع نوری است و برحسب لومن اندازه گیری می شود. یعنی اگر یک منبع نقطه ای نور با شدت یک کاندلا در مرکز کره ای یه شعاع یک متر قرار بگیرد سطحی با مساحت یک متر مربع در داخل این کره شار نوری برابر یک لومن دریافت خواهد کرد.

شدت نور (Luminous intensity):

شار نوری عبوری از واحد زاویه فضایی (استرادیان) شدت نور نام دارد که برحسب کاندلا سنجیده می شود. زاویه فضایی، زاویه ای است که از مرکز یک کره دیده می شود و سطح آن را در بر می گیرد.

درخشندگی (Luminance):

درخشندگی عبارت است از نسبت شدت نور منبع به مساحت بخش تابنده منبع. هر چه مساحت سطح درخشان کوچکتر باشد، درخشندگی آن بیشتر است. درخشندگی بر حسب کاندلا بر متر مربع (استیلب) یا کاندلا بر سانتی متر مربع (نیت) سنجیده می شود.

شدت روشنایی (Illuminance):

چگالی سطحی شار نوری تابیده به یک سطح را شدت روشنایی می نامند که بر حسب لوکس سنجیده می شود.

منابع نور:

منابع نور را می توان به دو دسته اصلی لامپ های التهابی و تخلیه در گاز تقسیم کرد. در لامپ های التهابی با عبور دادن جریان برق از رشته فلزی درجه حرارت آن را به حد کافی بالا می برند تا تشعشع کند. در لامپ های تخلیه در گاز با عبور دادن جریان برق از گاز، آن را تحریک می کنند تا نور ساطع کند.

لامپ های رشته دار:

علی رغم بهره نوری بالاتر از لامپ های جدیدتر مانند فلورسنت، هنوز هم لامپ های رشته دار به تعداد زیاد ساخنه می شوند. این لامپ ها در اندازه های کمتر از یک وات تا یک کیلووات برای مصارف عمومی م تا 10 کیلووات برای مصارف مخصوص ساخته می شود.

لامپ های بخار جیوه ای:

امتیاز اصلی این لامپ ها در مقایسه با لامپ های رشته ای بهره نوری بالاتر از 65 لومن بر وات است. این لامپ ها از طریق عبور جریان برق در بخار جیوه و تحریک آن نور تولید می کند. چون جیوه در درجه حرارت عادی به صورت مایع است مقدار کمی گاز آرگون که به سهولت یونیزه می شود به لامپ اضافه می شود تا راه اندازی آسانتر انجام شود. با شروع کار لامپ، جیوه کم کم بخار می شود تا فشار داخل حباب به چند اتمسفر می رسد. در این فشارهای بالا الکترون های سطوح انرژی بالاتر تحریک می شوند که نور مرئی تولید می کنند.

لامپ های متال هالید:

لامپ های متال هالید از نظر ساختمان مانند لامپ های جیوه ای پر فشار هستند، تفاوت اصلی آن ها با لامپ های جیوه پر فشار در این است که در حباب داخلی آن ها علاوه بر جیوه مقدار کمی از نمک های هالوژنی وارد می کنند. این لامپ ها امروزه در اندازه های 250 تا 2000 وات ساخته می شوند و در کاربردهایی نظیر میادین ورزشی و نورتابی به ساختمان های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند.

لامپ های بخار سدیم:

لامپ های سدیم از نظر ساختمان شبیه لامپ های بخار جیوه هستند. در این لامپ ها سدیم به عوض جیوه و گاز نئون به جای آرگون مورد استفاده قرار می گیرد. راه افتادن کامل این لامپ 15 تا 20 دقیقه طول می کشد لیکن در صورت قطع لحظه ای برق این لامپ بدون تاخیر روشن می شود. این لامپ ها در فشار کم و زیاد عمل می کنند. به رغم بالا بودن بهره نوری به علت زرد بورن نور این لامپ ها، این لامپ ها بیشتر برای روشن کردن خیابان ها و معابر و محل های مشابهی که رنگ، اهمیت چندانی ندارد مورد استفاده قرار می گیرد.

لامپ های فلورسنت:

این لامپ ها از یک لوله بلند با قطر کم ساخته می شوند که سطح داخلی آن ها از پودر ماده فلورسنت پوشیده شده است. فلورسنت به موادی گفته می شود که نور را در طول موجی غالبا غیر مرئی جذب می کنند و نور را در طول موجی دیگر که غالبا مرئی است پس می دهند. 70 درصد نور مصنوعی جهان از طریق لامپ های فلورسنت تامین می شود و به دلایل اقتصادی در بسیاری از کاربردها انتخاب اول است. یک لامپ فلورسنت حدود یک سوم لامپ های التهابی معمولی به انرژی نیازمند است و حدود 12 برابر آن عمر می کند.

محاسبات روشنایی:

کمیته ملی روشنایی موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران برای غالب اماکن مانند محل های مسکونی، تجاری و صنعتی مقادیری برای شدت روشنایی حداقل یا کمینه و پیشنهادی داده است که قسمتی از آن در جدول زیر آمده است:

روش های محاسبه روشنایی:

الف) روش نقطه ای

در این روش که براساس قانون عکس مجذور فاصله استوار است، شدت شار نوری (I) برحسب عکس مجذور فاصله منبع نور از نقطه اندازه گیری D تغییر می کند. و شدت روشنایی (E) در هر سطح عمود بر پرتوهای نور با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

بنابراین شدت روشنایی در سطوح افقی (Eh) و عمودی (Ev) به شرح زیر خواهد بود:

این روش که برای محاسبه نور مستقیم قابل استفاده است در نورپردازی موضعی و در مواردی که یک منبع نور واحد مطرح است غالبا به کار می برد.

ب) روش لومن برای محاسبه روشنایی:

- روش لومن با استفاده از شاخص فضا

اثرات طول و عرض و ارتفاع اتاق و ارتفاع نصب چراغ ها را می توان به صورت یک متغیر به نام شاخص فضا یا ضریب اتاق Kr به صورت زیر تعریف می شود:

در روابط بالا L طول اتاق، W عرض اتاق و h ارتفاع نصب چراغ ها از سطح کار است.

امروزه جداول کاملی برای ضریب بهره برای انواع معمول چراغ ها برای مقادیر مختلف شاخص فضا و مقادیر مختلف ضرایب انعکاس سقف، دیوارها و کف تدوین شده است.

شدت روشنایی با استفاده از رابطه زیر بدست می آید:

روش لومن با استفاده از تقسیم ناحیه ای

روش لومن در قسمت قبلی روش قدیمی تر مجمع مهندسان روشنایی آمریکاست. روش جدیدتر که توسط این مجمع معرفی شده است روش تقسیم ناحیه ای است. در این روش نسبت ناحیه اتاق (RCR)، ناحیه سقف (CCR) و نسبت ناحیه کف (FCR) محاسبه می گردند و با استفاده از جداول مربوطه و محاسبه ضریب بهره، با استفاده از فرمول شدت روشنایی فوق، لوکس محاسبه خواهد شد.

منبع:پارس تاسیس