تالی الکتریک

مقالات › روشنایی و لامپ 

مفاهیم روشنایی

nhy ۲۳ تیر ۱۳۹۹
بهره نوری (Luminous Efficacy)
این عدد که در واقع نسبت شار نوری خارج شده از لامپ به توان مصرفی آن است، نشان دهنده کارایی و بهره‌وری لامپ است، هر چه این عدد بالاتر باشد به این معنی است که لامپ با مصرف انرژی کمتر، نور بیشتری تولید می‌کند و به عبارت دیگر هر چه بهره‌نوری یک لامپ بیشتر باشد ، آن لامپ از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه‌تر است. بهره‌نوری را با (η)(اتا) نشان می‌دهند و واحد آن لومن بر وات است.

بهره‌‌ نوری برخی از لامپ‌های به طور تقریبی به شرح زیر است:
لامپ‌های التهابی 100 وات : 14 لومن بر وات
لامپ فلورسنت 36 وات (T8): 80 لومن بر وات
لامپ متال هالاید 70 وات : 90 لومن بر وات

                   
                              


توصیف فیزیکی نمود رنگ:

 اشیا رنگی، زمانی با رنگ مناسب دیده می‌شوند، که رنگ‌های موجود در آنها در طیف نور تابیده شده به آنها موجود باشد. به عنوان مثال، در صورتی که در طیف نور یک لامپ، رنگ قرمز موجود نباشد، اشیای قرمز رنگ به صورت مناسب دیده نمی‌شوند. شکل زیر نمایش یک گل را در زیر نور خورشید و زیر نور زرد رنگ لامپ‌های بخار سدیم نشان می‌دهد.

                      

  درصد بازتاب رنگ در 5 گروه کلی به شرح زیر مشخص می‌شود:

گروه:
1A: درصد بازده رنگ عالی (90 تا 100 درصد)
1B: درصد بازده رنگ خیلی خوب (80 تا 90 درصد)
2A: درصد بازده رنگ متوسط (60 تا 70 درصد)
2B: درصد بازده رنگ قابل قبول (50 تا 60 درصد)


حفظ شار نوری:
نسبت شار نوری یک لامپ در زمان معینی از طول عمر به شار نوری اولیه که تحت شرایط تعیین‌شده اندازه‌گیری می‌شود. شار نوری یک لامپ با گذر زمان کاهش می‌یابد و عوامل زیادی نظیر گرما بر روی آن تاثیر گذار است. در اکثر منابع نوری پایان طول عمر لامپ هنگامی است که لامپ بسوزد و هیچ نوری از خود ساطع نکند، ولی در منبع نور ال‌ای‌دی هنگامی که شار نوری لامپ به %70 شار نوری اولیه برسد، به پایان عمر خود رسیده است و به همین دلیل در تعریف طول عمر، عامل دیگری به نام حفظ شار نوری نیز وارد شده است. مقایسه میزان حفظ شار نوری انواع مختلفی از لامپ‌ها در نمودار زیر ارائه شده است:

          

  دمای رنگ (Color Temperature):
دمای رنگ عددی است که بر حسب کلوین بیان می‌شود و به نوعی بیان‌کننده رنگ نور خروجی می‌باشد. هر چه این عدد بالاتر باشد رنگ نور بیشتر به محدوده رنگهای سرد و سفید نزدیک‌تر است و هر چه این عدد کوچکتر باشد رنگ نور به محدوده رنگ‌های گرم (نظیر رنگ نور ناشی از لامپ‌های التهابی) نزدیکتر است. به عنوان مثال وقتی گفته می‌شود دمای رنگ یک لامپ فلورسنت 4000 کلوین است به این معنی است که اگر جسم سیاه را تا 4000 درجه کلوین گرم کنیم، نوری به رنگ لامپ فلورسنت فوق منتشر می‌کند. دمای رنگ یک لامپ رشته‌ای حدود 2800 کلوین است.
جسم سیاه می‌تواند یک قطعه فلز ( مثلاً پلاتین) باشد که کلیه نوری که به آن منتشر می‌شود را جذب می‌کند و در واقع ضریب انعکاس آن برابر با صفر است.

شکل زیر، مفهوم دمای رنگ و گرم کردن جسم سیاه را به خوبی نشان می‌دهد، در این شکل مشاهده می‌کنیم که هر چه دمای جسم سیاه بالاتر می‌رود، رنگ نور به محدوده رنگ‌های سفید نزدیک‌تر می‌شود.

                                       

به جای بیان دمای رنگ به صورت عدد، شرکت‌های سازنده لامپ نامی را که بیانگر دمای رنگ لامپ باشد به اختصار برگزیده‌اند، این نام‌ها به شرح زیر هستند:
روشنایی روز (Daylight): 6000 کلوین
سفید سرد (Cool White): 4000 کلوین
سفید (White): 3500 کلوین
آفتابی (Warm White): 3000 کلوین
 طبیعی: 2700 کلوین

کلوین:
کلوین با نماد K یکای اندازه‌گیری دما است که بر اساس مقیاس مطلق بیان می‌شود. این یکا، یکی از هفت یکای اصلی سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها است. رابطه بین درجه سلسیوس و کلوین مطابق فرمول زیر است:

C = K - 273


رتبه انرژی:
رتبه انرژی، تعین‌کننده معیارها و مشخصات فنی مصرف انرژی لامپ‌های الکتریکی می‌باشد. برچسب مصرف انرژی یکی از مواردی است که بایستی حتماً بر روی جلد لامپ درج شود. این برچسب نمایانگر گروه و رتبه مصرف انرژی محصول بوده و لامپ در یکی از گروه‌های ++A تا E قرار می‌گیرد. گروه ++A کمترین مصرف انرژی و گروه E بیشترین مصرف انرژی را دارد.

                                                    


زاویه تابش:

طراحی و ساختار اغلب لامپ‌های رشته‌ای و کم‌مصرف به گونه‌ای است که نور خروجی آنها در تمامی جهات می‌تابد و به عنوان منابع نوری غیر جهت‌دار یا همه‌سو‌تاب محسوب می‌شوند. در صورتی که در لامپ‌های LED به کمک تکنولوژی ساخت، علاوه بر تنوع در شکل، فرم، ابعاد و ساخت لامپ‌های همه‌سو ‌تاب و غیرجهت‌دار، امکان ویژه و خاص تولید لامپ‌های غیرجهت‌دار و متمرکز نیز میسر است. در لامپ‌های جهت‌دار، عمده نور ساطع شده از منبع نوری، در جهت و زاویه تابش معینی متمرکز، هدایت و تابیده می‌شود. در این دسته از لامپ‌ها، دو کمیت به نام‌های زاویه تابش و شدت نور تعریف می‌گردند. زاویه تابش در لامپ‌های LED، زاویه بین دو خط فرضی است که در صفحه عبوری از محور پرتو نور در نظر گرفته می‌شود که این خطوط از روی نقاطی می‌گذرند که شدت نور در آن نقاط %50 شدت نور در محور پرتو است. اگر دو لامپ با شار نوری یکسان دارای زاویه تابش‌های متفاوتی باشند، نور تابیده شده از لامپ با زاویه تابش کمتر، درخشان‌تر از نور تابیده شده از لامپ با زاویه تابش بیشتر، دیده می‌شود.

 

شاخص بازده رنگ (Color Rendering Index):

همه ما این تجربه را داشته‌ایم که رنگ اشیا زیر نور لامپ‌های مختلف، متفاوت از آنچه زیر نور خورشید دیده می‌شوند، به نظر می‌رسند. حال چنانچه نور خورشید را به عنوان یک نور ایده‌آل و مرجع برای تشخیص دقیق رنگ‌ها فرض نماییم، شاخص بازده یا نمود رنگ عددی خواهد بود که نشان می‌دهد به چه میزان رنگ اشیا زیر نور یک لامپ، به رنگ استاندارد آن‌ها (یعنی زیر نور خورشید) نزدیک‌تر است. این شاخص نشان می‌دهد که نور منتشر شده توسط لامپ تا چه اندازه رنگ‌ها را واقعی نشان می‌دهد. CRI در مورد لامپ‌ها عددی بین 20 تا 100 است و هر چه این عدد بالاتر باشد نمود رنگ واقعی‌تر است، بنابراین برای جاهایی که نمایش واقعی رنگ اهمیت زیادی دارد نظیر نساجی، اتاق رنگ صنایع خودرو سازی، اتاق گریم و آرایش و ... استفاده از لامپ‌های با بازده رنگ بالا توصیه می‌شود. اگر شاخص نمود رنگ را برای نور خورشید برابر 100 فرض کنیم، محدوده آن برای لامپ‌های مختلف مطابق جدول زیر خواهد بود:                 

 
نوع لامپ شاخص نمود رنگ
 رشته‌ای معمولی 100 - 95
 هالوژن معمولی 100 - 95
 کم‌مصرف 85- 75
 فلورسنت 85- 70
 بخار جیوه مستقیم 60
 بخار جیوه 45 - 40
 متال هالاید 95 - 70
 بخار سدیم کمتر از 30
ال‌ای‌دی (LED) 85- 75

شار نوری:
کل نور خارج شده از یک منبع نوری در واحد زمان در تمام جهات در فضا را شار نوری می‌گویند. واحد شار نوری «لومن» می‌باشد که با «Lm» نشان می‌دهند. در اصطلاحات مربوط به محاسبات روشنایی، شار نوری را با (Φ) نشان می‌دهند. شار نوری جزو مشخصات هر لامپ است و توسط شرکت‌های سازنده لامپ در کاتالوگ محصولات درج می‌شود. بنابراین هر چه شار نوری یک لامپ بیشتر باشد لامپ پر نورتر است.

                              

 نکته‌ای که باید در مورد شار نوری در نظر داشت این است که عددی که به عنوان شار نوری در کنار مشخصات لامپ درج می‌شود در واقع شار نوری اولیه لامپ است، اغلب لامپ‌ها پس از اینکه مدتی از عمرشان گذشت شار نوری آنها افت می‌کند، این افت شار نوری به دلیل فرسودگی و کاهش کارایی اجزای مختلف تشکیل دهنده ساختمان لامپ نظیر ماده فلورسنت، گاز داخل محفظه، تبخیر فیلامان تنگستن و ... می‌باشد. بنابراین داشتن ثبات شار نوری در ابتدا و انتهای طول عمر یک مزیت برای لامپ محسوب می‌شود که در هنگام تهیه لامپ باید به این نکته توجه کرد. به عنوان مثال شار نوری چند نوع لامپ متداول جهت داشتن درک بهتر از مفهوم شار نوری ذکر می‌گردد:
لامپ التهابی (لامپ رشته‌ای معمولی) 100 وات: 1360 لومن
لامپ فلورسنت T8 استاندارد 36 وات: 2300 لومن
لامپ متال هالاید دو سر 70 وات: 6500 لومن


شدت روشنایی (Illuminance):
مقدار شار نوری که به واحد سطح (1 متر مربع) می‌رسد را شدت روشنایی می‌گویند و با E نشان می‌دهند. واحد شدت روشنایی "لوکس" (Lux) است و یکی از پارامترهای مهم در محاسبات روشنایی می‌باشد.

              

شدت روشنایی متوسط یک سطح، میزان شار نوری در واحد سطح است.        


در انجام محاسبات روشنایی ابتدا مقدار شدت روشنایی مورد نیاز در محیط با توجه به جداول استاندارد مشخص می‌گردد. در این جداول شدت روشنایی در هر فضا بر اساس نوع فعالیتی که قرار است در آن محیط صورت بگیرد و میزان دقت مشخص می‌گردد. به عنوان مثال بر اساس استاندارد شدت روشنایی مورد نیاز برای سالن‌های تعمیر قطعات کوچک نظیر تعمیر ساعت و ... 500 لوکس و شدت روشنایی مورد نیاز برای دفتر کار 200 تا 300 لوکس بوده و برای تامین روشنایی یک انبار کم تردد یا پارکینگ 50 لوکس کافی است.

شدت روشنایی مورد نیاز در مکان‌های مختلف - استاندارد DIN5035

 
انبارها
انبار مواد یک اندازه با ابعاد بزرگ 50
انبار مواد در اندازه‌های مختلف 100
 فعالیت‌های خواندنی 200
عمده‌فروشی و خرده‌فروشی
 محل فروش 300
حسابداری 500
کنترل کیفیت
بر اساس استانداردهای معمول 750
 بر اساس استانداردهای بالا 1000
بر اساس استانداردهای خیلی بالا 1500
کنترل رنگ 1500
هتل‌ها و رستوران‌ها
پذیرش 200
آشپزخانه 500
سالن غذا خوری 200
سالن کنفرانس 300
رستوران‌های سلف سرویس 300
دفاتر
دفاتر روشن از نور روز 300
دفاتر کار 500
دفتر نقشه‌کشی فنی 750
اتاق‌های کنفرانس و مشاوره 300
دفاتر پذیرش 100
 

بنابراین به زبان ساده‌ تر شار نوری میزان نوری است که از لامپ خارج می‌شود و شدت روشنایی، آن میزان از نور است که پس از منتشر شدن توسط لامپ و بازتاب‌های مختلف در نهایت به سطح می‌رسد.
جداولی وجود دارد که توسط موسسات استاندارد تدوین گردیده و شدت روشنایی مورد نیاز در هر محلی توسط این جداول تعیین می‌گردد. باید خاطر نشان ساخت این استانداردها اغلب نمی‌توانند به صورت جهانی مورد استفاده قرار گیرند چرا که نور و روشنایی تا حد زیادی به ویژگی‌های فرهنگی و علایق مردم ارتباط دارد.
 

شدت نور (Luminous Intensity):

میزان شار نوری خارج شده در واحد زاویه فضایی را شدت نور گفته آنرا با (I) نشان می‌دهند. به بیان دیگر یک لامپ شار نوری را در تمام جهات و با شدت و ضعف متفاوت منتشر می‌کند، میزان نور انتشار یافته در یک جهت خاص در فضا را شدت نور می‌گویند و واحد آن (cd) یا کاندلا یا شمع است.

با توجه به اینکه لامپ‌های رفلکتوری نور را در جهت خاصی از فضا منتشر می‌کنند (نظیر لامپ‌های هالوژن رفلکتوری) لذا برای ذکر میزان نور خارج شده از این لامپ‌ها از واحد کاندلا استفاده می‌شود. بنابراین بدیهی است که برای دو لامپ با مشخصات یکسان و کاملاً مشابه که تنها زوایای رفلکتور آنها با یکدیگر متفاوت است، آنکه زاویه رفلکتور آن کوچکتر است شدت نور بیشتری دارد چرا که عملاً کل شار نوری منتشر شده از لامپ در زاویه محدودتری متمرکز می‌شود و لذا شدت نور بیشتر می‌شود. اگر دو لامپ با شار نوری یکسان دارای زاویه تابش‌های متفاوتی باشند، نور تابیده شده از لامپ با زاویه تابش کمتر، دارای شدت نور بیشتری از لامپ با زاویه تابش بیشتر است. برای لامپ‌های رفلکتوری یک منحنی قطبی به عنوان بخشی از مشخصات لامپ درج می‌شود که نشانگر شدت نور در زوایای مختلف است و برای طراحی روشنایی باید از آن‌ها استفاده کرد.

 

ضریب توان:

ضریب توان در یک سیستم الکتریکی AC اصطلاحی است که به نسبت توان واقعی به توان ظاهری گفته می‌شود و مقداری بین ۰ تا ۱ دارد. توان واقعی در واقع توانایی یک مصرف‌کننده برای تبدیل انرژی الکتریکی به دیگر شکل‌های انرژی را نشان می‌دهد در حالی که توان ظاهری در اثر وجود اختلاف بین ولتاژ و جریان پدید می‌آید. ضریب توان با واحد PF (Power Factor) نمایش می‌دهند و بعنوان ضریبی در فرمول توان مورد استفاده قرار می‌گیرد:

P = V × I × PF

طول عمر لامپ:

مقدار طول عمر هر نوع لامپ برطبق استاندارد ملی مربوطه اندازه گیری و برحسب ساعت در برچسب انرژی اعلام می‌شود. محاسبه طول عمر با توجه به اندازه‌گیریهای آزمایشگاهی کمپانی‌ها و در نظر گرفتن پارامترهای نرخ انرژی، شار نور، مواد مورد استفاده، تکنولوژی ساخت و . . . مورد محاسبه تقریبی قرارمی‌گیرد. به منظور مقایسه بهتر، طول عمر متوسط انواع لامپ در جدول زیرارائه شده است:


نوع لامپ
    طول عمر (ساعت)
 رشته‌ای معمولی
    1200 - 1000
 هالوژن معمولی
    2000 - 1500
 کم‌مصرف
    9000 - 8000
 فلورسنت
    10000 - 8000
 بخار جیوه مستقیم  
   5000 - 4000
 بخار جیوه
    20000 - 15000
 متال هالاید
    20000 - 8000
 بخار سدیم
    24000 - 20000
ال‌ای‌دی (LED)
    25000


منحنی پخش نور:
یا توزیع شدت نور، منحنی‌ای است که برای مشخص‌کردن شدت نور منتشرشده توسط یک لامپ در زوایای مختلف به کار می‌رود. از آنجایی که بیشتر منابع نوری نقطه‌ای نیستند، بنابراین شدت نوری ثابتی در جهات مختلف ندارند. در محاسبات نوری دانستن نحوه توزیع نور منبع اهمیت دارد به همین خاطر سازندگان لامپ‌های مختلف منحنی پخش نور آن لامپ را با استفاده از اندازه‌گیری ارائه می‌کنند. یکی از معمول‌ترین روش‌ها برای نمایش منحنی پخش نور استفاده از منحنی قطبی است و با توجه به این که در بسیاری از چراغ‌ها پخش نور نسبت به محور عمود چراغ متقارن است و تنها یک منحنی در یکی از صفحات قائم برای مشخص‌شدن پخش نور کافیست.

 
روش پخش نور:
درصد شار نوری به سمت پایین      درصد شار نوری به سمت بالا
 مستقیم      90-100      0-10
 نیمه‌مستقیم      60-90      10-40

 مستقیم و غیرمستقیم

(پخش یکسان)
     40-60      40-60
 نیمه‌غیرمستقیم      10-40      60-90
 غیرمستقیم      0-10      90-100


میزان خرابی (LX FY):
LX: مدت زمانی که طی آن لامپ LED، کمینه درصد ادعا شده از شار نوری اولیه را در شرایط استاندارد فراهم می‌کند.

Y :FYدرصد از تعداد لامپ‌های ال‌ای‌دی از نوع یکسان است که در طول عمر اسمی خود درصدی از خرابی‌ها را دارند. این معیار برای لامپ‌های ال‌ای‌دی بالاست سرخود معمولی، 10 یا 50 درصد در نظر گرفته شده که با F10 یا F50 نشان داده می‌شود.


نمودار کروماتیسی رنگ:
انجمن بین‌المللی مهندسین روشنایی، رنگ‌های مختلف را به صورت یک مثلث بیان کرده است که به عنوان مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرد. رنگ نورهای موجود در نور خورشید، مرزهای این منحنی را مشخص می‌کند. منحنی نشان داده شده بر روی این مثلث، دمای رنگ‌های مختلف را بر روی این مثلث مشخص می‌کند.

  نمودار کروماتیسی رنگ:
 انجمن بین‌المللی مهندسین روشنایی، رنگ‌های مختلف را به صورت یک مثلث بیان کرده است که به عنوان مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرد. رنگ نورهای موجود در نور خورشید، مرزهای این منحنی را مشخص می‌کند. منحنی نشان داده شده بر روی این مثلث، دمای رنگ‌های مختلف را بر روی این مثلث مشخص می‌کند.

                                   
 
گروه تحقیق و توسعه تالی الکتریک


ثبت دیدگاه
لطفا برای درج دیدگاه خود فرم زیر را تکمیل نمایید.

        _____      _        
       / __  \    | |       
  ___  `' / /'  __| |  __ _ 
 / _ \   / /   / _` | / _` |
| (_) |./ /___| (_| || (_| |
 \___/ \_____/ \__,_| \__, |
                         | |
                         |_|
کد امنیتی نمایش داده شده در تصویر بالا را وارد فرمایید.
در زمینه مقالات

بازگشت به روشنایی و لامپ