پارامترهای اصلی روشنایی

پارامترهای اصلی روشنایی

با توجه به استفاده از پارامترهای اصلی روشنایی در مقالات انتشار یافته در سایت، اقدام به معرفی این پارامترها به صورت تفصیلی نموده ایم . این پارامترها شامل : شارنوری، شدت نور، شدت روشنایی، درخشندگی، بهره الکتریکی، بهره نوری، رنگ نور، دمای رنگ نور، ضریب نمود رنگ و خیرگی می باشند.

شار نوری (Luminous Flux) :

شار نوری مشخص کننده کل توان نوری ساطع شده از یک منبع نور می باشد.این مقدار در واحد زمان سنجیده می شود.نماد این پارامتر Φ و واحد اندازه گیری آن لومن (Lumen) با نماد اختصاری lm می باشد. اما نکته اینجاست که این روش برای بیان تاثیر نور یک منبع نوری نامناسب یا ناکافی است زیرا تابش ساطع شده بدون در نظر گرفتن تمام طیف طول موج نور مریی و تاثیر متفاوت آن بر چشم (میزان حساسیت متفاوت چشم انسان به طول موج های مختلف نور مریی) توصیف می شود. در واقع حساسیت طیفی چشم باید در مقدار نامی لومن گنجانده شود. به عنوان مثال ، تابش ساطع شده به ازای ۱ وات از انرژی در حالت ماکزیمم مقدار حساسیت چشم در نمودار طیف طول موج (فتوپیک،۵۵۵ نانومتر) معادل ۶۸۳ لومن است .در مقابل مقدار تابش ساطع شده در سایر طول موج های نمودار طول موج مریی که چشم نسبت به آنها حساسیت کمتری دارد به همان نسبت دارای شار نوری کمتر است.

شدت نور (Light Intensity) :

در حالت ایده آل برای یک منبع نور نقطه ای ، نور ساطع شده ازمنبع در تمام جهات به صورت مساوی پخش می شود. اما در حالت واقعی ، چه به دلیل شکل خود منبع نور و چه به دلیل فرم چراغی که منبع نور در داخل آن قرار گرفته است میزان پخش نور در تمام جهات مساوی نیست.برای اندازه گیری مقدار پخش نور در یک جهت خاص از پارامتر شدت نور استفاده می شود. میزان شار نوری ناشی از یک منبع روشنایی را در یک استرادیان (Ω) را شدت روشنایی می گویند.

( استرادیان یا زاویه فضایی، زاویه ای است که از مرکز یک کره دیده می شود و سطح آن را در بر می گیرد. اندازه زاویه فضایی برابر است با نسبت اندازه سطح به مجذور شعاع کره). شدت نور را با نماد I نمایش می دهند و واحد آن لومن بر استرادیان(Ω lm/) است که به آن کندل (cd) می گویند .

شدت روشنایی (Illuminance) :

در بسیاری از محاسبات روشنایی، میزان نوری که به یک سطح می تابد دارای اهمیت بسیاری است به این دلیل پارامتر شدت روشنایی تعریف شده است.شدت روشنایی به بیان ساده معیاری برای اندازه گیری مقدار شار نوری است که به یک سطح می رسد.مقدار شدت روشنایی از حاصل تقسیم مقدار شار نوری (بر حسب لومن) تابیده به سطح بر مساحت سطح مورد بررسی (بر حسب متر مربع)به دست می آید .شدت روشنایی با نماد E نمایش داده می شود و واحد آن لوکس (Lux) نامیده می شود (که معادل لومن بر متر مربع است)

لازم به ذکر است که در این محاسبه آن قسمت از شار نوری که به سطح می رسد در محاسبه در نظر گرفته می شود نه مقدار شار نوری خروجی منبع. از این نظر هرچه سطح مورد بررسی از منبع نور فاصله بگیرد میزان شدت روشنایی کاهش می یابد.معمولا شدت روشنایی با استفده از لوکس متر اندازه گیری می شود.

درخشندگی (Luminance):

درخشندگی تنها پارامتر پایه ای روشنایی است که توسط چشم احساس می شود. درخشندگی بیان کننده میزان روشنایی و درخشان بودن یک سطح است که بستگی مستقیم به میزان نور تابشی از آن سطح به سمت چشم دارد. درخشندگی که با نماد L مشخص می گردد هم برای منابع روشنایی و هم برای سطوحی که به آنها نور تابیده شده تعریف می شود و واحد آن کندل بر متر مربع (cd/m^2) است.اگر نیاز به تعیین پارامتر درخشندگی برای یک منبع روشنایی باشد با فرض نقطه ای بودن منبع نور، مقدار درخشندگی از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در این رابطه I مقدار شدت نور متوسط منبع نور بر حسب کندل و S مساحت سطح منبع نور بر حسب متر مربع است. درخشندگی سطحی که به آنها نور تابیده است به مقدار بازتابش نور از آن سطح وابسته است. مقدار بازتابش نور نیز وابستگی مستقیم با صیقلی و صاف بودن آن سطح و رنگ آن دارد.در حالت کلی مقدار درخشندگی برای سطوح از رابطه زیر قابل محاسبه است:

در این رابطه E شدت روشنایی سطح مورد نظر بر حسب لوکس و ρ ضریب انعکاس سطح بر حسب درصد می باشد و π هم معادل مقدار ۳٫۱۴ است.

بهره الکتریکی (Electrical Efficacy):

بهره الکتریکی معیاری است که میزان خروجی منبع نور را به ازای مصرف انرژی مشخص می کند. در واقع بهره الکتریکی بیان می کند که به ازای مصرف هر وات انرژی الکتریکی چند لومن شار نوری توسط منبع نور تولید می شود.نماد این پارامتر ƞ است و مقدار آن از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در این رابطه Φ شار خروجی منبع نور و P توان الکتریکی مصرفی منبع است. واحد این پارامتر لومن بر وات (lm/W) است و یکی از معیارهای مهم برای مقایسه منابع نور می باشد.با این که مقدار بهره نور برای منابع نور مختلف متفاوت است با این حال اما مقدار این پارامتر برای تمام منابع نور موجود از مقدار ایده آل آن (۶۸۳ لومن بر وات در طول موج ۵۵۵ نانومتر) به طور قابل ملاحظه ای کمتر است.

بهره نوری (Luminous Efficacy):

بهره نوری پارامتری است که بیشتر برای مقایسه منابع روشنایی(چراغ ها) با هم استفاده می شود. بسیار اتفاق می افتد که یک چراغ دارای چند لامپ (منبع نور) است. در حالت ایده آل شار نوری خروجی از چراغ با مجموع شار نوری ایجاد شده توسط لامپها (منابع نوری) برابر است اما در واقعیت به خاطر خصوصیات چراغ همیشه مقدار شار خروجی از چراغ از مجموع شار نوری لامپها کمتر است.مقدار بهره نوری از حاصل تقسیم شار نوری خروجی چراغ بر مجموع شار نوری لامپها به دست می آید و بر حسب در صد بیان می گردد:

رنگ نور (Color of Light ):

رنگ نور در واقع ناشی از رنگ نور ساطع شده از منبع نور می باشد.رنگ نور یک منبع نور از طریق موقعیت x, y رنگ مورد نظر در نمودار کروماتیستی (chromaticity) تعیین می شود که معمولا توسط شرکت سازنده منبع نور اعلام می گردد. این منحنی برای نورهای رنگی مورد استفاده قرار می گیرد و برای نور سفید از پارامتر دمای رنگ استفاده می شود.

دمای رنگ نور (Color Temperature ):

زمانی که خروجی منبع نور، نور سفید و طیف های مرتبط با آن است. دمای رنگ نور بر حسب کلوین بیان می شود.زمانی که به جسم سیاه (جسم سیاه عنصری است مانند پلاتین که هیچ نوری منعکس نمی کند و کل نوری که به آن تابیده شود را جذب می کند) حرارت داده می شود و دمای آن افزایش می یابد کم کم جسم شروع به تابش نور می کند. رنگ نور ساطع شده از سمت جسم سیاه از رنگهای گرم شروع می شود (نور متمایل به رنگهای قرمز)و هرچه دمای جسم افزایش پیدا کند رنگ نور ساطع شده به سمت نورهای سرد (نورمتمایل به رنگهای آبی) می رود.به این ترتیب هر رنگ نوری متناسب با یک دما برحسب کلوین قرار می گیرد و دلیل بیان دمای رنگ نور بر حسب کلوین همین موضوع است.به عنوان مثال وقتی بیان می شود که دمای رنگ نور یک لامپ LED 3000 کلوین است این بدین معنا است که اگر جسم سیاه را تا ۳۰۰۰ کلوین گرم کنیم نور ساطع شده از آن به رنگ نور لامپ فلورسنت مورد نظر خواهد بود.

برای ملموس تر شدن دمای رنگ نور، اصطلاحات خاصی برای بیان محدوه های آن به کار می رود. در یک تقسیم بندی کلی می توان سه محدوده اصلی برای دمای رنگ نور سفید بیان نمود:

سفید گرم (Warm White) برای محدوده دمای رنگ نور کمتر از ۴۰۰۰ کلوین، سفید طبیعی (Natural White) برای دمای رنگ نور بین ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ کلوین و سفید سرد (Cool White) برای دمای رنگ نور بالاتر از ۵۰۰۰ کلوین.

ضریب نمود رنگ (Color Rendering Index):

ضریب نمود رنگ در واقع بیان کننده کیفیت نمایش رنگ واقعی اجسام در زیر نور یک منبع نور را دارد.چنانچه نمود رنگ اشیا را زیر نور خورشید به عنوان مبنا در نظر بگیریم، این شاخص نشان می دهد که اشیا زیر نور منتشر شده توسط لامپ تا چه اندازه به رنگ واقعی (رنگ دیده شده از جسم در زیر نور خورشید) نمایش داده می شوند.این پارامتر که به اختصار CRI نامیده می شود (در بعضی استانداردها به اختصار Ra نیز نامیده می شود)به صورت درصد بیان می شود، درصدی که مشخص می کند هر منبع نور چه مقدار (درصد) از رنگها را به صورت طبیعی نشان می دهد و این برای منابع نوری مختلف، متفاوت است.

به عنوان مثال این ضریب برای لامپهای بخار سدیم بین ۲۰ تا ۴۰ درصد است یعنی در زیر نور این لامپها تنها ۲۰ تا ۴۰ درصد رنگهای موجود به صورت طبیعی دیده می شوند در حالی که این مقدار برای لامپهای رشته ای معمولی بالای ۹۵ درصد است.

از آنجایی که استفاده از منابع نور با CRI مختلف برای فضاهای متفاوت بر اساس استاندارد تعیین می شود، بر اساس استاندارد ۶ گروه اصلی برای ضریب نمود رنگ مطابق جدول زیر تعریف می شود

خیرگی (Glare):

خیرگی یک عامل مزاحم و آزار دهنده در روشنایی است که باعث محدود شدن حوزه دید و ایجاد خستگی برای افراد می شود و در نتیجه باید تا حد ممکن محدود شود. به طور کلی عوامل که باعث خیرگی می شوند عبارتند از:

• استفاده از چراغ نامناسب

• قرارگیری چراغ یا پنجره در موقعیت نا مناسب نسبت به ناظر

• ضریب انعکاس بالای سطوح مختلف

خیرگی به دو دسته اصلی خیرگی مستقیم و خیرگی غیر مستقیم تقسیم می شود که در تصویر زیر قابل مشاهده هستند.

از آنجا که طبق استاندارد خیرگی باید کاهش یابد برای اندازه گیری و محدود کردن خیرگی مثلا در فضاهای داخلی از روش UGR استفاده می شود.برای محدود کردن خیرگی در فضاهای خارجی نیز روش TI مورد استفاده قرار می گیرد.

یکنواختی روشنایی UGR

در محاسبات روشنایی فضاهای آموزشی و اداری باید به تمام عوامل برای طراحی یک سیستم روشنایی توجه نمود و فقط توجه به برخی از فاکتورها نمی تواند هدف کلی سیستم را برآورده سازد.  برای فضاهای اداری یک عامل مهم یکنواختی روشنایی است، که براساس استاندارد EN 12464 طبق فرمول مشخصی تعیین می گردد. یکنواختی روشنایی در واقع میزان خیرگی که از سیستم روشنایی احساس می شود.  و طبق فرمول از دو عامل خیرگی چراغ ها و RF دیوار و سقف محاسبه می گردد ( فرمول در تصویر فوق مشخص شده است) :

به طور مثال برای برخی از فضاها این میزان از مقادیر مشخص شده نباید تجاوز کند :

برای محاسبات فنی  ۱۶>

برای خواندن، نوشتن، آموزش، کار با کامپیوتر ۱۹>

کارگاه صنعتی کوچک  ۲۲>

کارگاه صنعتی بزرگ  ۲۵>

راهروها و سالن انتظارها  ۲۸>