مفاهیم مهندسی روشنایی

جهت مقابله با آلودگی نوری لازم است اطلاعاتی درباره نورپردازی و مکانیزم تولید نور (فیزیک نور) بدانیم. به همین دلیل به چند مفهوم مهندسی نور دراینجا اشاره می کنیم…

      هر منبع نور به مقدار مساوی نور را به تمام جهات منتشر نمی کند بلکه درهر جهت مشخص فاکتور Candela power ، مقدار نور را در آن جهت تعریف می کند. در حقیقت می توان گفت مقدار نور در یک جهت خاص یا شدت درخشندگی با کندلا مشخص می شود.

• Candlepower
شدت نور با کندلا Candela))اندازه گیری می شود. Candlepower معمولاً برای مشخص کردن شدت نور در جهات مختلف یک منبع نور به کار برده می شود.

• Candlepower Distribution Curve
یک منحنی (معمولا قطبی) ، که معرف تغییرات شدت درخشندگی یک لامپ یا دستگاه نور افکن از مرکز منبع نور است.

• روشنایی(Brightness)
روشنایی(یاLuminance ) در واقع شدت نوری است که به طور مستقیم از منبع به چشم ما می رسد.

• تشعشع(Glare)
وقتی جسمی درخشان در میدان دید ما قرارمی گیرد، تصویرایجاد شده در چشم ما  معمولاً روشنتر از بعد از تطبیق چشم به نظر می رسد.

• شدت روشنایى (Illuminance)
۱- در واقع چگالی شار درخشندگی بر روی سطح است، که بوسیله واحدFootcandle یا لوکس (Lux در واحدمتریک) اندازه گیری می شود. فرم معمول این خاصیتIlluminance  است.
۲-Illuminance  در واقع برای اندازه گیری مقدار خاصیت شار درخشندگی که در سطح ظاهر می شود، است.   Illuminance متاثر از شدت ثبوت نور در جهت سطح و فاصله منبع نور با سطح و زاویه تلاقی نور رسیده به سطح است. به هرحال شدت روشنایى فاکتوری است که با چشم اندازه گیری نمی شود ولی معمول ترین ملاک در طراحی های نوری است.

• لومن Lumen))
واحد پایه ربای اندازه گیری نور است. یک شمع سر میز شام حدود ۱۲ لومن و یک حباب ۶۰ واتی سفید با قدرت بیشتری در حدود ۸۵۵ لومن، نور صاتع می کند.
اگر ما یک منبع نقطه ای نور یک کندلا در مرکز کره ای به شعاع یک فوت باشد که در حدود یک فوت مربع گشودگی در سطح آن دارد، مشابه چراغی است که یک لومن نور صاتع میکند.
شدت نور: لومن

شار نوری عبوری از واحد زاویه فضایی (استرادیان) شدت نور نام دارد که بر حسب کاندلا سنجیده می شود. 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 در هر نقطه از فضا مستقل از دوری و نزدیکی به منبع نور به یک میزان است اما در جهت های مختلف نسبت به آن مقادیر متفاوتی دارد.
لومن : مقدار نور مرئی که از یک منبع روشنائی دریافت میشود یا میزان شار نوری که از هر استاردیان زاویه فضائی خارج میشود.

• تشعشع (Luminance)
شدت درخشندگی(روشنایی فوتومتریک) هر سطح در یک جهت مشخص به ازای یک واحد مشخص از آن سطح که در همان جهت مشاهده می شود، که با واحد Candela/m^2  اندازه گیری می شود.
شار درخشندگی (Luminous flux)
اندازه تمام نوری است که بوسیله منبع نور تولید می شود. در واقع مقدار نوری است که سطح جسم را بدون در نظر گرفتن جهت آن ترک می کند. یک لامپ ۱۰۰واتی معمولی نئون، در حدود ۱۷۰۰لومن و یک لامپ ۴۰۰ وات بخار سدیمی پر فشار درحدود ۵۰۰۰۰ لومن نور ساطع می کند. نرخ شار درخشندگی هر لامپ بوسیله شرکت های سازنده آن عرضه شده است و لیست مقدار لومن های لامپ های معمولی را می توان در    Lamp Matrix یافت.

• شدت درخشندگی(Candelas)
شدت درخشندگی در واقع شدت امتداد نوری است که در یک جهت مشخص ساطع می شود. در واقع شدت درخشانی یک سیستم نوری در نمودارهای گرافیکی خاصی که منحنی های تغییراتی کندلا یا  Candela  power نامیده میشوند مشخص می شوند. هم نمودارها قطبی وهم کارتزین در صنایع نوری برای این هدف به کار می روند. این اطلاعات معمولا در جدولهای رقومی مورد دسترس است.

• Lux شدت روشنایی
واحد اندازه گیری Illuminanceدر دستگاه متریک است. و در واقع مقدار نور واقع در صفحه ای متر مربعی است که در آن به طور یک نواخت شار نوری یک لومن بر آن بتابد. در واقع ۷۶/۱۰ لوکس مساوی با یک Foot candle است. یک لوکس مساوی با ۰۹/۰ Foot candle است. و یک دلوکس مساوی ده لوکس است

۱-۷۶/۱۰ لوکس= ۱ Foot candle
۲- ۱ لوکس= ۰۹/۰ Foot candle
۳- ۱ دلوکس= ۱۰ لوکس

چگالی سطحی شار نوری تابیده به یک سطح را شدت روشنایی می نامند که بر حسب لوکس سنجیده می شود. میزان شدت روشنایی لازم برای کاربردهای مختلف، در مراجع پیشنهاد می شود. این پیشنهادات بر اساس دقت پیچیدگی کارهایی که باید انجام شود، ارائه می گردد.
به عنوان مثال برای کارهای ساده ای مانند راه رفتن در راهرو شدن روشنایی مورد نیاز ۱۲۰ لوکس و در مورد کارهایی مانند مونتاژ ماشین ها و ابزار بسیار ریز که میزان دید انسان اهمیت زیادی دارد، شدت روشنایی بالا در حدود ۱۰۰۰ لوکس مورد نیاز است.
لوکس : واحد شدت روشنائی را به لوکس نشان میدهند و یک لوکس واحد روشنائی تولید شده از فلوی نور یکنواخت یک شمع در سطح یک متر مربع است .
شدت روشنائی در بعضی از محلهای آشنا
سطح خیابان                           ۳۰ لوکس
اطاق نشیمن                           ۱۰۰ لوکس
اطاق کار                                ۳۰۰ لوکس
سطح زمین در خورشید زمستان    ۱۰۰۰۰ لوکس
سطح زمین در خورشید تابستان    ۱۰۰۰۰۰ لوکس

•     شار نوری
شار نوری بیان کننده آهنگ تابش نور از یک منبع نوری است و بر حسب لومن اندازه گیری می شود. یعنی اگر یک منبع نقطه ای نور، با شدت یک کاندلا، درمرکز کره ای به شعاع یک متر قرار بگیرد، سطحی با مساحت یک متر مربع در داخل این کره، شار نوری ای برابر یک لومن دریافت خواهد کرد. هرچه لومن تولید شده توسط یک منبع نور به ازای هر وات توان ورودی بیشتر باشد منبع نور بازدهی بیشتری دارد.

• توزیع شدت نور:
منحنی پخش نور در مختصات قطبی، میزان شدت نور یک لامپ یا چراغ را در صفحه ای نشان می دهد که دقیقاً از مرکز لامپ یا چراغ می گذرد.
شدت نور در زوایای مختلف اطراف یک لامپ در جدولی نشان داده می شود. از آن جا که در بسیاری از حالات، توزیع شدت نوردر اطراف یک چراغ متقارن نیست، منحنی شدت نور را برای صفحات مختلف رسم می کنند. سه صفحه معمول عبارتند از: صفحه عمود بر محور لامپ, صفحه موازی با محور لامپ و صفحه با زاویه ۴۵ درجه نسبت به محور لامپ. پس از انتخاب صفحات، منحنی شدت نور هر صفحه را می توان تهیه کرد. لامپ و ترکیب لامپ و چراغ هر کدام منحنی منحصر به فرد و مخصوص خود را دارد. منحنی شدت نور به طراحی چراغ، جنس پوشش چراغ و نوع بالاست بستگی دارد.

• درخشندگی:
عبارت است از نسبت شدت نور منبع (یا شی بازتابنده نور) به مساحت بخش تابنده منبع (یا مساحت آن بخش از شی که نور را باز می تاباند) هر چه مساحت سطح درخشان کوچک تر باشد، درخشندگی آن بیشتر است.
درخشندگی بر حسب کاندلا بر متر مربع (استیلب) یا کاندلا بر سانتیمتر مربع (نیت) سنجیده می شود. درخشندگی مناسب برای چشم انسان در محدوده ۶۵ تا ۶۵۰۰ نیت است.
درخشندگی یا تراکم نور : اگر دو منبع نورانی که شدت نور برابر ولی اندازه فیزیکی مختلف داشته باشند، اگر به طور پشت سر هم رویت شود منبعی که کوچک تر است درخشنده تر به نظر میرسد. واحد درخشندگی کاندیلا بر متر مربع است (نیت) . یک کاندیلا ۶۰ برابر کوچک تر از شدت نور ساطع شده از یک سانتیمتر مربع سطح جسم سیاه در درجه حرارت ۲۰۴۵ کلوین در جهت عمود بر سطح است .

• بهره وری:
رابطه نور خروجی را با توان ورودی توصیف می کند. بهره وری به صورت لومن بر وات بیان میشود. حداکثر مقدار بهره وری برابر ۶۸۰ لومن بر وات است که از یک لامپ فرضی که هیچ گونه تلفات ندارد و همه تشعشع آن در طول موج ۵۵۵/۰ میکرون صورت می گیرد به دست می آید. در مورد لامپهای التهابی ۸ تا ۲۰ لومن بر وات است که پایین ترین بهره وری را در میان لامپها دارند، برای لامپهای فلورسنت تا حدود ۹۰ لومن بر وات، برای لامپهای جیوه ای تا حدود ۵۰ لومن بر وات و برای لامپهای سدیمی تا بیشتر از ۱۰۰ لومن بر وات است که بالاتری بهره وری را در میان لامپها دارند.

• چگالی توان ورودی:
مقدار توان بکار رفته برای مقاصد روشنائی در محدوده ای مشخص یا در کل ساختمان را تعریف می کنند و بر حسب وات بر واحد سطح w/m2 بیان می شود.

• دمای رنگ(کلوین):
دمای رنگ بر اساس رنگ تابیده شده از جسمی سیاه در دمای معیین تعریف شده است و بر حسب درجه کلوین بیان میشود. دمای رنگ بیشتر از ۴۰۰۰ درجه کلوین به عنوان نور سرد و دمای رنگ پایین تر از ۳۰۰۰ درجه کلوین به عنوان نور گرم در نظر گرفته می شود .

 گردآوری:سید حامد میرزاخلیل

منابع: مهندسی روشنایی/ مهندس کلهر

     مهندسی روشنایی/ گل محمدی