مقالات › روشنایی و لامپ 

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.

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:                 

شدت روشنایی مورد نیاز در مکان‌های مختلف - استاندارد DIN5035

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 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

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: