برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

مهندسی روشنایی (Lighting Engineering) مبحثی در
علم برق می باشد که به بررسی محاسبات روشنایی در محیط اطراف ما می پردازد.
بی شک مهمترین حس ما بینایی است و بدین علت است که مهندسی روشنایی از اهمیت به
سزایی برخوردار است.







نمایی
از چراغانی یک شهر مدرن

مردمان قدیم بیشتر زندگی خود را در فضای
باز می گذراندند و چشمان خود را با نور خورشید وفق داده بودند. اما مردمان امروزی
اوقات خود را اغلب در فضای بسته و آپارتمان ها میگذرانند به طوری که حتی در روز هم
از روشنایی مصنوعی جهت روشنایی استفاده می کنند.


با اینکه روشنایی در
جامعه امروزی تبدیل به امری جدا ناپذیر از زندگی بشر شده است اما در طرح این سیستم
ها اغلب دقت کافی به عمل نمی آید و این خود باعث امراضی نظیر چشم درد، سر درد و نقص
بینایی شده است. از این رو لازم است که طراحی سیستم های روشنایی به افراد متخصص
واگذار گردد تا از بروز مشکلات جلوگیری شود.














کاربرد
روشنایی در زمینه های مختلف

روشنایی رضایتبخش به انسان کمک می کند و باز دهی کار را بالا می برد.
روشنایی رضایتبخش دارای خصوصیات زیر است:


1-      نور از نظر توزیع فرکانس ها مطلوب است


2-      درخشندگی سطوح طوری است که سبب چشم زدگی نمی شود.


3-      نور کافی است.


4-      سایه های مزاحم موجود نیست.


مهندسی روشنایی تعاریف این مفاهیم را
روشن می کند، حدود کمی و کیفی آن را مشخص می نماید و طرز تامین آن ها را آموزش می
دهد.









میزان جزییاتی که ما از
اجسام میبینیم بستگی نزیکی به مقدار توان امواج نورانی موجود دارد.میزان توان امواج
نورانی را با وات اندازه گیری می کنند و ممکن است اینطور فرض گردد که همین واحد
برای انجام محاسبات روشنایی کافی است، اما یک وات توان نوری در طول موجهای مختلف
احساس بینایی مختلف ایجاد می کند و لذا، وات نمی تواند برای محاسبات نوری مورد
استفاده قرار گیرد و لزوم استفاده از واحد دیگری که بر اساس ارزیابی توسط چشم انسان
استوار باشد، روشن است.


شدت نور














Friedrich
von Hefner (145-1904)

شدت نور، توان نور ساطع شده از منابع نور را به دست می دهد. در ابتدا
که شمع برای روشنایی استفاده می شد شدت نور یک شمع استاندارد در صفحه افق به عنوان
واحد شدت نور مورد استفاده قرار گرفت که با K مشخص می شد.
اما با گذر زمان در سال 1884 شمع هفنر، در سال 1919 شمع بین المللی و نهایتا در سال
1948 استاندارد بین المللی جدیدی برپایه تشعشع کننده ای در درجه حرارت انجماد
پلاتین یعنی 2045 درجه کلوین مورد استفاده قرار گرفت که قابل اطمینان ترین
استاندارد بود که هنوز هم استاندارد معمول است. این واحد جدید کاندیلا نامیده شد با
شمع بین المللی و شمع هفنر تفاوت چندانی نداشت.


1 کاندلا=0.98 شمع بین المللی=1.09 شمع هفنر


اکنون شدت نور را با I که با واحد
کاندیلا اندازه گیری می شود نشان می دهند. یک کاندیلا شصت برابر کوچکتر از شدت نور
ساطع شده از یک سانتی متر مربع جسم سیاه در درجه حرارت 2045 کلوین در جهت عمود بر
سطح است.


میزان نور یا شار نوری


یک منبع نور که در همه ی جهات شدت نور یکنواخت 1 کاندیلا را دارد در
مرکز محور مختصات در نظر بگیرید. میزان نور یا شار نوری را که از هر استرادیان
زاویه فضایی خارج می شود، واحد شار نوری یا یک لومن می نامیم.


در اغلب موارد عملی، شدت نور منابع در همه جهات یکسان نیست و برای
محاسبه شار نوری لازم است شدت نور را روی زاویه فضایی انتگرال بگیریم. به این ترتیب
شار نورانی به قرار زیر محاسبه می گردد.



زاویه فضایی


زاویه فضایی برابر است با نسبت سطح به مجذور شعاع یا مجذور فاصله سطح
از مرکز کره است.














همواره
درصد زیادی از توان خروجی لامپ ها بوسیله انرژی حرارتی از بین می
رود

بهره ی نوری و بهره الکتریکی لامپ


در لامپ های برقی مقدار قابل ملاحظه ای از توان گرفته شده به
حرارت تبدیل می شود و مقداری از آن به تشعشع الکترومغناطیس تبدیل می گردد.فرض کنید
لامپی شار الکترومغناطیسی ɸe وات تولید می کند
که دارای طیف وسیع با توزیع (λ) ɸe وات بر متر طول موج
باشد. آزمایشات نشان می دهد که 680 لومن شار نورانی تولید می کند.


نسبت شار نورانی به توان ورودی لامپ را بهره ی نوری می نامیم و برحسب
لومن بر وات اندازه گیری می کنیم.



بیشترین میزان این نسبت برابر 680 لومن بر وات است که از یک لامپ فرضی
که هیچ گونه تلفاتی ندارد بدست می آید. امکا در مورد لامپ های التهابی عملی بهره
نوری از 8 تا 20 لومن بر وات ، برای لامپ های فلورسنت تا حدود 90 لومن بر وات، برای
لامپ های جیوه ای تا حدود 50 لومن بر وات و برای لامپ های سدیم بیش از 100 لومن بر
وات است. بهره ی الکتریکی لامپ را به صورت نسبت توان نوری خروجی برحسب وات بر توان
ورودی الکتریکی برحسب وات تعریف می کنیم. ارزش تبدیل را 680 لومن بر وات منظور می
کنیم.



شدت روشنایی یا چگالی شار روشنایی


شدت روشنایی یک سطح، میزان توان نوری تابیده بر واحد سطح را نشان می
دهد و با حرف E مشخص می شود و واحد آن لومن بر متر مربع یا
لوکس است. اگر کل شار نوری کعه بر سطح A متر مربع می تابد ɸ
لومن و توزیع آن روی سطح یکنواخت باشد، E چنین است:



و اگر یکنواخت نباشد از مشتق رابطه حاصل می گردد.


درخشندگی یا تراکم نور


اگر دو منبع نورانی که شدت نور برابر ولی اندازه فیزیکی مختلف داشته
باشند، به طور پشت سر هم رویت شوند منبعی که کوچکتر است درخشنده تر به نظر می رسد،
درخشندگی L در هر جهت را با نسبت شدت نور ساطع شده از منبع
در آن جهت به مولفه سطح منبع نورانی در آن جهت تعریف می کنیم و چنین می نویسیم:



واحد درخشندگی کاندیلا بر متر مربع است که به نیت هم معروف است. واحد
دیگری که برابر یک کاندیلا بر سانتی متر مربع است و استیلب نامیده می شود، نیز واحد
قبول شده بین المللی است که واحد بزرگتری است.


درخشندگی بعضی منابع آشنا به قرار زیر است:




























مورد


مقدار بر حسب نیت (کاندیلا بر
متر مربع)


آسمان شب بدون ماه


10-4


آسمان صاف روز


0.4*104


سطح لامپ رشته ای 100 وات شیشه
ای


6.5*106


سطح لامپ رشته ای 100 وات شیری


8*104


خورشید ظهر


2*109









درخشندگی
مناسب برای چشم انسان از حدود 65 تا 6500 نیت
است









چراغی که در ارتفاع بالای سطح کار (سطح کار به صفحه افقی در ارتفاع 80
سانتی متر از کف اتاق گفته می شود که سطح معمول برای انجام بسیاری از کارهاست) نصب
شده است را درنظر بگیرید. اگر همه ی نور چراغ در در نیمکره پایین چراغ متمرکز باشد
نور به طور مستقیم به صفحه کار می تابد. این گونه چراغ را چراغ با نور مستقیم می
نامند و اگر برعکس این مسئله باشد به آن نور غیر مستقیم می گویند.


تقسیم بندی چراغ ها توسط کمیته بین المللی روشنایی از سال 1935 مطابق
جدول زیر است:




























مشخصه چراغ


درصد شار نوری نیمکره
پایین


درصد شار نوری نیمکره
بالا


مستقیم


90-100


10-0


نیمه مستقیم


60-90


40-10


پخش یکسان


40-60


60-40


نیمه عمر مستقیم


10-40


90-60


غیر مستقیم


0-10


100-90


























لامپ
التهابی











لامپ
گازی

منابع نور را می توان به دو دسته اصلی لامپهای 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 لامپهای تخلیه در گاز، با عبور دادن جریان
برق از گاز آن را تحریک می کنند تا نور ساطع کند. لامپ های تخلیه در گاز را می توان
به دو دسته پرفشار و کم فشار تقسیم نمود. تقسیم بندی لامپ ها را می توان به صورت
زیر بیان کرد.




مشخصات اصلی لامپ ها عباتند از:


الف- شار نوری برحسب لومن


ب- بهره نوری برحسب لومن بر وات


ج- عمر لامپ که بر حسب ساعات کارکرد قبل از اینکه شار نوری
خروجی آن به درصد معینی از شار نوری اولیه برسد ادازه گیری می شود. گاهی نیز عمر
لامپ را بر اساس ساعات کارکرد که طی آن درصد معینی از لامپ ها می سوزد اندازه گرفته
می شود. در جدول زیر عمر لامپ بر اساس ساعت کارکرد که طی آن 50% لامپ ها می سوزد
آمده است.


د- درخشندگی لامپ که بر حسب کاندیلا بر متر مربع اندازه گیری می
شود.


ه- رنگ دهی که عبارت از نشان دادن رنگ حقیقی اجسام رنگی در نور لامپ
است. برای اندازه گیری کمی رنگ دهی، میزان نسبی نور در هر قسمت طیف اندازه گیری و
با نور سفید طبیعی مقایسه می شود.


















































































نوع لامپ


بهره نوری


رنگ دهی


درخشندگی


عمر لامپ


رشته دار 100 وات، شیشه ای


14


100


700


1000


رشته دار 100 وات، شیری


13


100


3


1000


رشته دار هالوژنی، شیشه


30


100


1500


3000


جیوه پرفشار 400 وات، پودر
فلورسنت


54


40


12


24000


جیوه پرفشار 400 وات، شیشه


49


20


460


24000


سدیم پرفشار 400 وات، شیشه


110


25


600


24000


سدیم پرفشار، پودر فلورسنت


107


25


25


24000


سدیم کم فشار 80 وات


150


5


10


24000


متال هلاید 400 وات، پودر
فلورسنت


75


86


1.2


34000


فلورسنت 84/36 وات


75


86


1.2


9000


فلورسنت 33/36 وات


67


66


1.1


6000


فلورسنت 37/40 وات


35


96


0.4


6000






















در
محاسبات خاص از روش نقطه به نقطه استفاده می
شود

برای محاسبات روشنایی روش های گوناگونی
وجود دارد که می توان از آن ها جهت طراحی سیستم های روشنایی اماکن استفاده
نمود.


دو روش مهمی که معمولا در محاسبات
روشنایی از آن استفاده می شود، روش نقطه به نقطه و روش شار نوری است.


روش نقطه به نقطه:


در این روش می توان شدت روشنایی در هر
نقطه را که از یک یا چند چراغ نتیجه می شود به دست آورد. این روش برای محاسبات
روشنایی خارجی در محیطهایی که سطوح منعکس کننده ندارند مناسب است. در انجام محاسبات
روشنایی داخلی با این روش لازم است اثر سطوح منعکس کننده مثل دیوارها و سقف را به
طریق دیگری محاسبه کرد و به جواب اضافه نمود.



روش شار نوری:


با استفاده از روش شار نوری یا لومن می
توان، شدت روشنایی متوسط را روی هر سطح دلخواه محاسبه کرد. محدودیت این روش این است
که تغییرات شدت روشنایی را از یک نقطه به نقطه دیگر به دست نمی دهد و امتیاز اصلی
آن سادگی آن است. این روش امروزه برای محاسبات روشنایی داخلی به کار می رود و برای
بعضی محاسبات روشنایی خارجی مثل روشنایی خیابان ها هم مورد استفاده قرار
میگیرد.


به دلیل جامعیت این روش، محاسبات
روشنایی مبتنی بر این شیوه بررسی می گردد.


در انتخاب شدت روشنایی باید هم به راحتی
و بهره ی کاری کارکنان، و هم به هزینه توجه شود.میزان روشنایی لازم برای انجام
بسیاری کارهای اساسی توسط مجامع مهندسان روشنایی در بسیاری کشورها تعیین و توصیه
شده است.


به طور خیلی کلی، شدت روشنایی روی سطح
کار را برای فعالیتهای مختلف می توان مطابق جدول زیر خلاصه کرد.






















نوع فعالیت


شدت روشنایی روی میز کار - لوکس


حمل و نقل


50 تا 100


کار خشن و غیر دقیق


125 تا 250


کارهای نیمه دقیق


250 تا 500


کارهای دقیق


500 تا 1000


کارهای خیلی دقیق


1000 و بیشتر



کمیته ملی روشنایی موسسه استاندارد و
تحقیقات صنعتی ایران برای غالب اماکن مانند محلهای مسکونی، تجاری و صنعتی مقادیری
برای شدت روشنایی حداقل و پیشنهادی داده است که در جدول زیر به اختصار آمده
است.























































































































































محل


استاندارد کمیته ملی روشنایی
ایران


استاندارد جامعه مهندسان روشنایی
آمریکا


کمینه


پیشنهادی


محل‌های مسکونی


اتاق نشیمن و پذیرایی


70


200


160


اتاق مطالعه (نوشتن و خواندن کتاب و مجله و
روزنامه)


150


500


320


آشپزخانه (ظرفشویی، اجاق و میز کار)


100


200


540


روشنایی عمومی اتاق خواب


50


100


روشنایی عمومی حمام


50


100


آئینهٔ حمام (برای اصلاح صورت)


200


500


پله‌کان


100


150


راهرو، سرسرا و آسانسور


50


150


دفاتر و محل‌های
اداری


تمام کارهای عمومی


200


500


1600


ماشین‌نویسی و محل دیکته‌کردن


300


600


750


حسابداری و ماشین‌های حساب و
اندیکاتورنویسی


300


600


1600


بایگانی


100


300


750


اتاق نقشه‌کشی


500


1000


1900


اتاق کنفرانس


200


500


1100


اتاق انتظار و اطلاعات


100


500


-


پلکان


100


150


-


درمانگاه و
بیمارستان


اتاق انتظار و اطلاعات


100


300


380


روشنایی عمومی


50


100


220


میز عمل با چراغ مخصوص


3000


8000


26900


کارگاه
مکانیکی


روشنایی عمومی


100


150


-


محل کار


150


300


540


کارهای بسیار دقیق


1500


3000


-


کارخانه اتومبیل
سازی


مونتاژ قطعه ها


200


300


540


کارگاه نقاشی


500


1000


-


تو دوزی


200


300


-


بازرسی نهایی


300


500


2200


روش لومن برای
محاسبه روشنایی:

در این روش تعداد چراغ ها و محل دقیق آن
ها برای تامین یک شدت روشنایی متوسط معین است.


در طرح با روش لومن روشنایی متوسط روی
سطح کار مورد نظر است و تغییرات شدت روشنایی از نقطه ای به نقطه ی دیگر مورد توجه
نیست.


میزان روشنایی رسیده به سطح کار از هر
چراغ به منحنی توزیع نور چراغ، اندازه های اتاق و ضرایب انعکاس دیوارها و سقف بستگی
دارد. علت این امر این است که مقداری از نور چراغ به طور مستقیم به سطح کار می رسد
و مقداری از آن پس از انعکاس از سقف و دیوارها و یا بعد از انعکاس های متعدد به سطح
کار می رسد.


لومن بر اساس آزمایشاتی که هریسون و
آندرسون انجام داده بودند به این نتیجه رسید که شدت روشنایی متوسط، روی میز کار از
فرمول زیر بدست می آید:



که در این معادله CU نسبت شار نوری مفید به کل شار نوری ساطع شده از لامپ است.


اما  در سال های بعد با انجام آزمایشات
بیشتر نتایجی بدست آمد که به صورت جداولی برای انواع اتاق و انواع چراغ درآمد.


روش لومن با استفاده از شاخص
فضا:


محاسبات و آزمایشات نشان داد 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 کرد.


برای نور مستقیم و نیمه مستقیم:



برای نور غیر مستقیم و نیمه غیر
مستقیم:



برای سهولت کار میتوان از جداولی که از
انجمن روشنایی آمریکا منتشر شده است که در آن فاصله چراغ تا زمین ، ضرایب انعکاس
سطوح مختلف و ...  را مشخص میکند استفاده نمود


که در این جداول مقادیری نظیر ρw(ضریب انعکاس دیوار)، ρf(ضریب
انعکاس کف)، ρc(ضریب انعکاس سقف) آمده است
که در مقدار CU لحاظ می گردد.


در نهایت میزان شدت روشنایی در روی سطح
کار به روش استفاده از شاخص فضا به صورت زیر در می آید:



که در آن MF
ضریب نگهداری لامپ است که میزان کثیفی، کهنگی و کیفیت چراغ را مشخص می کند.


روش لومن با استفاده از تقسیم
ناحیه ای:


انجمن مهندسین روشنایی آمریکا روشی جدید
برای حل مسائل روشنایی ارائه داده است که به روش تقسیم ناحیه ای معروف است. در این
روش سه شاخص فضا که نسبت تقسیم ناحیه ای نامیده می شوند و 2.5 برابر نسبت مساحت
دیوارهای آن ناحیه به سطح ناحیه است تعریف شده است.



این سه ناحیه، ناحیه سقف، ناحیه اتاق و
ناحیه کف هستند. نسبت ناحیه اتاق برای یا RCR برای یک اتاق
مستطیل شکل به طول L، عرض W و
ارتفاع چراغ ها تا میز کار hrc مطابق شکل زیر است:












تقسیم
بندی ناحیه ای - نمایش سه ناحیه
اتاق


به همین ترتیب نسبت ناحیه سقف یا CCR و نسبت ناحیه کف یا FCR به ترتیب از
این قرارند.




در این روش ناحیه سقف و
ناحیه کف را با سقف و کف معادلی با ضرایب انعکاس موثر سقف ρccو
ضریب انعکاس موثر کف ρfcجایگزین میکنیم.
ضریب انعکاس ρccاز ضریب انعکاس سقف ρcو دیوارها ρwو CCR و ضریب ρfcاز ضریب انعکاس کف ρfو
دیوارها ρwو FCR از
جداول انجمن مهندسین روشنایی آمریکا به دست می آید.


در این روش ضریب بهره برداری یا ضریب
نگهداری را ضریب کل کاهش نور یا TLLF می نامند که از
حاصلضرب پارامترهای زیر بدست می آید.


TLLF=RSDDF*LDDF*LLDF*LSDF*LATF*VF*BF*LBF


که در آن:


RSDDF: ضریب
کاهش نور به علت کثیفی سطوح اتاق


LDDF: ضریب کاهش
نور به علت کثیف شدن چراغ


LLDF: ضریب کاهش
نور براثر از بین رفتن فلز کاتد


LSDF: ضریب کاهش
نور به علت کهنه شدن سطوح چراغ


LATF: ضریب
تاثیر درجه حرارت محیط بر روی نور چراغ


VF: ضریب کاهش
نور بر اثر کاهش ولتاژ


BF: ضریب کاهش
نور بر اثر استفاده از چوک غیر استاندارد


LBF:
ضریب کاهش نور به علت تعویض نشدن لامپ های
سوخته

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :