تعاریف و مفاهیم روشنایی

مشخصات الکتریکی و نوری چراغ ها با واحد های مختلفی نشان داده می شود که در محاسبات روشنایی و همچنین طراحی روشنایی اهمیت زیادی دارد و بیانگر موارد مختلفی از جمله بازده، طول عمر، کیفیت الکتریکی و نوری آنها می باشد. در ادامه به توضیح مختصری از تعاریف و مفاهیم روشنایی پر کاربرد و مهم در این حوزه می پردازیم:

توان الکتریکی (Electric power)

توان درعلم مهندسی برق عبارت است از میزان انرژی الکتریکی که در واحد زمان تولید یا مصرف می شود و واحد آن وات (Watt) است. درصنعت روشنایی، وات به توان مصرفی یک لامپ گفته می شود، یعنی هرچه وات یک چراغ کمتر باشد میزان برق مصرفی کمتر است و بالعکس.

شار نوری (luminous Flux)

شار نوری عبارت است از کل نور خارج شده درواحد زمان و درهمه جهات از منبع روشنایی، و بیانگر میزان نوردهی یک منبع می باشد. شار نوری با علامت ϕ نمایش داده می شود و واحد آن لومن (Lm) است.

شدت روشنایی ( Illuminance )

شدت روشنایی میزان شار نوری است که بر واحد سطح میتابد. واحد آن لوکس و علامت اختصاری آن E است. یک لوکس برابر یک لومن بر متر مربع است.  شدت روشنایی مورد نیاز برای هر فضای داخلی با توجه به نوع و ماهیت کاربری پیشبینی شده در فضا و یا دقت مورد نیاز برای آن کاربری، با مراجعه به جداول طبقه بندی میزان شدت نور مورد نیاز برای کابری های مختلف در استانداردها تعیین میشود.(1)

شدت روشنایی افقی (Horizontal Illuminance )

شدت روشنایی افقی، میزان شار نوری است که بر واحد سطح افقی میتابد و در تامین روشنایی افقی نظیر میز کار و سطح زمین اهمیت پیدا میکند. واحد آن لوکس و علامت اختصاری آن Eh است.(1)

شدت روشنایی عمودی ( Vertical Illuminance )

شدت روشنایی عمودی، میزان شار نوری است که بر واحد سطح عمودی میتابد و در تامین روشنایی سطوح عمودی نظیر تابلوهای نقاشی در موزه ها وگالری ها اهمیت پیدا میکند. واحد آن لوکس و علامت اختصاری آن Ev است.(1)

بهره نوری (Luminous Efficiency)

نسبت شار نوری یک چراغ به توان مصرفی آن را بهره نوری گویند که واحد آن لومن بر وات (Lm/w) است. بهره نوری نمایانگر میزان شار نور ایجاد شده به ازای توان مصرفی 1 وات بوده و میزان بازدهی یک منبع نوری را نشان میدهد. به عبارتی هرچه بهره نوری یک منبع روشنایی بیشتر باشد، به این معنی است که این چراغ با مصرف انرژی کمتر، نور بیشتری تولید می کند بنابراین دارای کارایی بهتر و همچنین مقرون به صرفه تر است.

شدت نور ( Luminous intensity ) :

میزان شار نوری منتشر شده در یک زاویه فضایی را شدت نور گویند و  واحد آن کاندلا (cd) است. یک کاندلا، یک لومن روشنایی است که در زاویه فضایی یک استرادیان پخش شده است.

یکنواختی نور ( Uniformity )

یکنواختی نور محیط ( U0 ) به میزان پخش یکنواخت نور در محیط یا فضای کار اطلاق شده و از نسبت شدت روشنایی حداقل (Emin ) به شدت روشنایی متوسط (Eave) بدست می آید. یکنواختی نور در محیط اطراف فضای کار بهتر است مقداری برابر با U0 ≥ 0.4 و در محیط پس زمینه مقدار U0 ≥ 0.1 داشته باشد.(2)

درخشندگی ( Luminance )

درخشندگی نشان دهند ه ی تأثیر فیزیولوژیکی نور بر چشم انسان بوده و برابر است با نسبت شدت نور ساطع شده از منبع به سطح بر حسب کاندلا بر مترمربع , علامت اختصاری آن L است.(1)(2)

سطح مناسب و متعادلی از درخشندگی در محیط جهت افزایش دقت در بینایی و عملکرد چشم لازم بوده و می بایست از موارد زیر پرهیز کرد:

• درخشندگی زیاد که خود سبب افزایش خیرگی (UGR) میشود.
• کنتراست بالا در درخشندگی محیط که بدلیل نیاز به تطابق پذیری زیاد چشم باعث خستگی آن شود.
• درخشندگی و کنتراست کم که یک محیط کسل کننده پدید خواهد آورد.

بازتاب سطوح ( Reflectance of surfaces )

به نسبت نور تابیده شده به یک سطح و نور بازتاب شده از آن گویند. یکی از عوامل موثر و مهم در محاسبات روشنایی محیط ضریب بازتاب سطوح آن از جمله سقف، کف، دیوار ها، اشیاء و ... می باشد . ضریب بازتاب سطوح برای گستره ی زیادی از محیط ها به صورت زیر بوده و به متریال استفاده شده و رنگ سطوح بستگی دارد(2) :

سقف: 0.7 تا 0.9

دیوار: 0.5 تا 0.8

کف: 0.2 تا 0.4

ضریب خیرگی ( UGR or GI )

به طور کلی خیرگی (Glare) به حس نا مطلوب ایجاد شده توسط سطوح روشن از جمله سطوح براق، چراغ ، پنجره ی دیواری یا سقفی و... که در میدان دید قرار دارند اطلاق می شود . میزان خیرگی توسط ضریب خیرگی (UGR) نشان داده شده و معمولا در بازه ی 10 تا 30 قرار دارد و به عواملی چون درخشندگی زمینه و منبع روشنایی، موقعیت ناظر نسبت به منبع روشنایی و ابعاد فضا بستگی دارد.(2)

مقدار مرجع ضریب خیرگی برای فضاهای مختلف در استاندارد EN-12464  مشخص شده است و اگرچه فرمولی برای  محاسبه خیرگی وجود دارد اما معمولاً توسط نرم افزارهای طراحی روشنایی در هر نقطه محاسبه میشود.

دمای رنگ ( color temperature ) :

رنگ طیف نور های سفید ( با توجه به شدت طول موج های موجود در آن ) با درجه کلوین ( K ) مشخص می شود. ( دمایی که در آن جسم سیاه پلانک این رنگ نور را از خود متساعد میکند ). به طور معمول دمای رنگ ها ی کمتر از 3300 کلوین به عنوان سفید گرم، بین 3300 تا 5000 کلوین به عنوان سفید طبیعی یا خنثی و بیشتر از 5000 کلوین به عنوان سفید سرد دسته بندی میشود.

شاخص نمود رنگ CRI (Color Index Rendering)

بهترین و طبیعی ترین حالت دید برای بشر در زیر نور خورشید است. از این رو بهترین منابع نوری از لحاظ بصری، منابعی هستند که شبیه ترین طیف نور را به طیف نور طبیعی خورشید داشته باشند. در همین راستا، برای نشان دادن کیفیت یک منبع نور از شاخص نمود رنگ  (ضریب نمود رنگ) استفاده میکنند. شاخص نمود رنگ ( CIE Cri ) شاخصی است برای نشان دادن میزان واقعی بودن رنگ ها توسط منبع نور از 100 واحد ( نور خورشید) که از میانگین (Ra) نمود رنگ 14 رنگ مختلف بدست می آید. شاخص نمود رنگ بالاتر از 80 استاندارد اغلب فضاهای داخلی بوده و از چراغ های با شاخص نمود رنگ بالاتر از 90 در فضاهایی که رنگ اشیاء از اهمیت ویژه ای برخوردارند استفاده می شود.

طول عمر (Lifelong)

طول عمر منابع نوری مختلف بر اساس میزان افت شار نوری آنها پس از گذشت زمان معینی نشان داده میشود، بدین ترتیب که L واحد نشان دهنده ی طول عمر نمایانگر میزان درصد شار نوری باقی مانده و F (در چراغ های LED) نمایانگر درصد چیپ های LED است که شار نوری آنها پس از مدت زمان نشان داده شده کاهش یافته و یا از کار افتاده اند. به طور مثال  L90F50 50000 h نمایانگر آن است که پس از گذشت 50.000 ساعت از طول عمر یک چراغ تنها 10 درصد شار نوری آن افت کرده و این 10 درصد افت شار نوری در 50 درصد چیپ های LED موجود در آن رخ داده است.

اعوجاج هارمونیکی کل ( THD ) :

اعوجاج هارمونیکی کل یا THD نشان دهنده اعوجاج هارمونیک موجود بر روی یک سیگنال بوده و همچنین تاثیر اعوجاج هارمونیکی ایجاد شده توسط یک وسیله را بر روی سیگنال اصلی شبکه نشان می دهد. مقدار THD بر حسب درصد بیان شده و هرچه میزان THD کمتر باشد شکل موج سینوسی دارای کیفیت بهتری می باشد، برای مراکزی همچون بیمارستان ها، مراکز صنعتی وتجاری بزرگ و ... که کیفیت برق دارای اهمیت زیادی می باشد، استفاده از وسایل با THD پایین دارای اهمیت است.

مک آدام

در دانش رنگ شناسی و طبق منحنی CIE1931 ، بیضی های مک آدام قسمت هایی از منحنی رنگی هستند که تفاوت رنگی در آنها با چشم انسان قابل تشخیص نیست، بدین ترتیب در چراغ های LED با گام مک آدام کوچکتر (3 و کمتر از آن) تشخیص تفاوت رنگ چیپ های LED بسیار سخت بوده و رنگ نور یکنواخت تر به نظر میرسد.

ضریب توان

ضریب توان در یک سیستم الکتریکی AC به نسبت توان واقعی به توان ظاهری گفته می شود و مقداری بین 1- و 1 دارد، ضریب توان کمتر نشان دهنده تلفات بیشتر در مدار و افزایش توان راکتیو است، محصولات با ضریب توان بیش از 0.9 کمترین تاثیر را بر روی کیفیت شبکه برق گذاشته و بیشترین بازده را دارند.