طراحی روشنایی داخلی

امروزه محاسبات روشنایی داخلی جهت طراحی سیستم روشنایی اماکن مختلف، امری اجتناب ناپذیر است. جهت صرفه جویی در مصرف برق، انجام امور به نحو احسن، زیبایی و جلوگیری از صدمات ناشی از طراحی روشنایی غیراصولی، محاسبات روشنایی امری ضروری به نظر می رسد. تجربه و تحقیقات نشان داده است در صورتی که یک سیستم روشنایی به خوبی طراحی و اجرا شود می تواند اثر مفیدی را روی زندگی روزمره، افزایش کارایی و کیفیت محصول تولیدی داشته باشد.

از طرف دیگر، موضوع روشنایی داخلی از جنبه های مختلف بهداشتی، اقتصادی، ایمنی و زیبایی نیز از اهمیت به سزایی برخوردار است. یک سیستم روشنایی با مقداری مناسب و کیفیت مطلوب روشنایی می تواند از خستگی چشم و عوارض ناشی از آن جلوگیری نموده و در ضمن، هزینۀ برق مصرفی را نیز کاهش دهد.
هدف از محاسبات روشنایی داخلی، تعیین چراغ های لازم و نحوۀ چیدمان آن هاست. در عین حال در این روش طراحی، اثر روشنایی روز دخالت داده نمی شود، زیرا این سیستم برای شب یا زمان هایی که اثر نور حداقل است باید کارایی کافی داشته باشد. 

استاندارد تعیین شدت روشنایی داخلی

استاندارد تعیین شدت روشنایی داخلی برای هر محل بر حسب لوکس (لومن بر متر مربع) است. برای تعیین شدت روشنایی دو مقدار در نظر گرفته می شود، که یکی شدت روشنایی حداقل نقطه ای (Emin) و دیگری شدت روشنایی پیشنهادی یا شدت روشنایی متوسط (Eav) است.

پارامترهایی که نرم افزارهای محاسبات و طراحی سیستم روشنایی به عنوان پارامترهای خروجی محاسبات در اختیار قرار می دهند به طور معمول پارامترهایی نظیر شدت روشنایی متوسط (Eav)، شدت روشنایی حداقل نقطه ای (Emin)، شدت روشنایی حداکثر (Emax)، ضرایب یکنواختی که عبارتند از نسبت شدت روشنایی حداقل به شدت روشنایی متوسط و نسبت شدت روشنایی حداقل به شدت روشنایی حداکثر، مقدار چگالی توان (وات بر متر مربع) و … هستند که به منظور طراحی سیستم روشنایی کاربرد دارند.

---

مقاله پیشنهادی: طراحی روشنایی بر اساس بینایی انسان

---

شدت روشنایی لازم برای اماکن مختلف

تجربه نشان داده است که برای انجام امور مختلف، به شدت روشنایی های متفاوتی نیاز است. به طور مثال برای انجام کارهای ظریف و خاص مانند قرار دادن قطعات الکترونیکی روی برد به شدت روشنایی بیشتری نیاز است تا انجام اموری که با قطعات بزرگتری انجام می شود. مسلماً شدت روشنایی بالاتر، مستلزم هزینۀ سرمایه گذاری (شامل خرید، نصب و …) و جاری (شامل هزینۀ انرژی، تعمیر و نگهداری و …) بیشتر است.

بنابراین، در انتخاب شدت روشنایی باید هم به راحتی کار و بهرۀ کاری کارکنان توجه نمود و هم هزینه ها را در نظر گرفت. با توجه به این دو فاکتور، مجامع مهندسی کشورها مقادیر استانداردی را برای انجام کارهای اساسی مختلف پیشنهاد نموده اند. این مقادیر پیشنهادی در هر کشوری متفاوت است و تحت تأثیر سطح زندگی و فرهنگ عمومی هر کشور، مقادیر مختلفی پیشنهاد شده است.

بررسی کیفی ضریب بهره روشنایی ساختمان

ضریب بهرۀ روشنایی برابر با نسبت شار نوری موثر (شاری که به سطح کار می رسد) به شار کار تولید شده در لامپ است. ضریب بهرۀ روشنایی به دو عامل عمدۀ نوع چراغ و شکل اتاق بستگی دارد.
در مورد چراغ، مثلاً در لامپ های فلورسنت که دارای پوشش پلاستیکی هستند، مقدار قابل توجهی از نور تولید شده، جذب پوشش می شود و شار کمتری به سطح کار می رسد. بنابراین مقدار ضریب بهرۀ روشنایی کم خواهد شد. همچنین در بررسی منحنی پخش نور چراغ ها، چراغ های با نور مستقیم و شعاع باریک، نور را با انعکاس کمتری به سطح کار می تابانند؛ لذا ضریب بهرۀ روشنایی بالاتری دارند.
در مورد شکل اتاق نیز می توان به عوامل مختلفی چون ارتفاع نصب چراغ ها، طول و عرض اتاق و ضرایب انعکاس سقف، دیوارها و کف اشاره نمود. هر قدر طول و عرض اتاق نسبت به ارتفاع اتاق بزرگتر باشند، بیشتر نور به طور مستقیم به سطح کار می تابد و در نتیجه ضریب بهرۀ روشنایی بزرگتری به دست می دهد.

ارتفاع نصب نیز با ضریب بهره نسبت معکوس دارد. چون در یک اتاق با طول و عرض ثابت، هرچقدر ارتفاع بیشتر شود، سطح کار در محل چراغ، زاویۀ فضایی کوچکتری به دست می دهد که با توجه به منحنی های پخش نور چراغ ها، نور کمتری به طور مستقیم به سطح کار می رسد. البته کم کردن ارتفاع نصب به منظور بالا بردن ضریب بهره سبب می شود تا نور روی سطح کار، یکنواخت نشود که معمولاً این کار را انجام نمی دهند.
برای محاسبه دقیق ضریب بهرۀ روشنایی لازم است شعاع های نور خروجی از چراغ دنبال شود. براین اساس باید نوری که به صورت مستقیم به سطح کار می رسد و همچنین آن قسمت از نوری که پس از انعکاس از دیوارها و سقف، به سطح کار می رسد، محاسبه شود که کار مشکلی است.

---

مقاله پیشنهادی: طراحی روشنایی خانه

---

تعیین شدت روشنایی در یک نقطه خاص

پس از محاسبات روشنایی و طراحی سیستم روشنایی بر اساس یک شدت روشنایی متوسط، بسیاری از اوقات لازم است تا شدت روشنایی در نقاطی خاص نیز محاسبه شود. این کار معمولاً در تاریک ترین و روشن ترین نقاط و جهت اطمینان از رضایت بخش بودن یکنواختی روشنایی سطح کار انجام می گیرد. شدت روشنایی یک نقطه تحت تأثیر دو شار نوری ایجاد می گردد: اول شار نوری که به صورت مستقیم و بدون هیچ انعکاسی به نقطۀ مورد نظر می رسد که مولفۀ مستقیم شدت روشنایی نامیده می شود و دوم مولفۀ غیر مستقیم شدت روشنایی است که در اثر رسیدن شار نوری چراغ ها پس از انعکاس از دیوارها و سقف به سطح کار ایجاد می گردد. شدت روشنایی کل در یک نقطه، از مجموع مولفه های مستقیم و غیر مستقیم حاصل می گردد.

محاسبۀ شدت روشنایی مستقیم

محاسبۀ شدت روشنایی مستقیم در هر نقطه خاص برابر مجموع شدت روشنایی هر یک از لامپ ها است.

محاسبۀ شدت روشنایی غیر مستقیم

همان طور که گفته شد مولفۀ غیر مستقیم شدت روشنایی ناشی از انعکاس شار نوری از دیوارها و سقف است که وابسته به موقعیت نقطۀ مورد نظر در اتاق است. میزان تأثیر شدت روشنایی غیر مستقیم در شدت روشنایی کل برای هر نقطه بسیار ناچیز است؛ مگر آنکه درصد شار نور خروجی از چراغ به سمت بالای آن (یا تابش غیر مستقیم لامپ) بسیار زیاد باشد.  در بعضی از نقاط، اثر سقف به طور موثرتر و در برخی نقاط دیگر، اثر دیوارها به نحو موثرتری در تعیین مولفۀ غیرمستقیم نقش ایفا می کند.

---

مقاله پیشنهادی: قوانین و مقررات روشنایی اضطراری

---

نکات طراحی سیستم روشنایی داخلی

• از لامپ مناسب فضا و محیط کار، با راندمان بالا استفاده شود.
• به طول عمر لامپ ها که باید طول عمر بالایی باشد، توجه شود.
• رنگ نور و شاخص نور لامپ ها باید متناسب با کاربری و شرایط فضای مورد استفاده باشد.
• در طراحی سیستم روشنایی داخلی باید خیرگی ناشی از سیستم روشنایی را کاهش داد و به این منظور از چراغ های مناسب بهره گرفت.

• در صورت استفاده از لامپ های هارمونیک زا هم چون لامپ های تخلیه در گاز مانند فلورسنت معمولی و یا کمپکت، لامپ های گازی، بخار جیوه، بخار سدیم، متال هالید و غیره و یا لامپ های LED، باید به اثر هارمونیک ها روی سطح مقطع هادی مورد استفاده آن ها، کلیدها و فیوزهای حفاظتی، شبکه توزیع برق، بانک خازن و … توجه کرد و در جهت کاهش این تأثیرات نامطلوب اقدام نمود.
• اگر از لامپ های تخلیه در گاز که شامل موارد لامپ گازی، بخار جیوه، بخار سدیم، متال هالید می شود، استفاده شود باید زمان مورد نیاز برای رسیدن لامپ به لومن نامی در زمان روشن شدن مجدد و یا قطع و وصل برق را در نظر گرفت. هم چنین حداقل روشنایی لازم را در مدت وقفه زمانی، فراهم کرد.

• در راستای صرفه جویی مصرف انرژی و مصرف بهینه برق در سیستم روشنایی باید در انتخاب و استفاده از لامپ و چراغ های مناسب فضای مورد نظر و دقت به مقدار چگالی توان (وات بر متر مربع) در محاسبات و طراحی سیستم روشنایی توجه شود.
• هنگام طراحی سیستم روشنایی داخلی به این نکته توجه شود که شدت روشنایی مناسب سطح کار و محدوده ای که فعالیت انجام می شود، تأمین شود و در صورت امکان از تأمین این شدت روشنایی به طور عمومی برای کل فضا جلوگیری شود.
• در کنار کلیدهای معمول می توان از سیستم های کنترل و فرمان فتوسل یا تایمر جهت قطع و وصل مدار روشنایی برای محوطه ها و فضاها بهره گرفت.
• هم چنین استفاده از دیمر نیز به منظور کاهش میزان شدت روشنایی توصیه می شود.

---

مقاله پیشنهادی: مفاهیم و تعاریف در طراحی روشنایی

---

• در راستای مصرف بهینه برق و برای قطع و وصل مدار روشنایی در شرایط حضور یا عدم حضور اشخاص، استفاده از حسگر حرکت یا حضور پیشنهاد می شود.
• استفاده از سیستم اتوماسیون و کنترل روشنایی که به طور معمول شامل سوئیچ ها و کلیدهایی با قابلیت تنظیم و برنامه ریزی هستند توصیه می شود. این کلیدها در صورت تجهیز ساختمان به سیستم مدیریت هوشمند و مدیریت انرژی، قابلیت اتصال به این سیستم ها را دارند.
• در صورتی که قصد استفاده از لامپ رشته ای کوچک تر از ۱۰۰ وات و یا لامپ یا هر نقطه روشنایی ثابت که توان آن در هنگام طراحی و اجرا مشخص نباشد را داشته باشیم، در محاسبات جریان مجاز مدار و تخمین دیماند آن لامپ، ۱۰۰ وات در نظر گرفته می شود و برای لامپ های با توان بیشتر، مقدار نامی آن ها در محاسبات قید می شود.
• در محاسبات جریان مجاز مدار، اگر از لامپ های تخلیه در گاز نظیر فلورسنت، جیوه ای، سدیم و … استفاده شود، حتی با وجود این که به خازن های تصحیح ضریب قدرت مجهز شده باشند، باید بدون خازن در نظر گرفته شوند. هم چنین در تخمین دیماند باید توان وسیله راه اندازی در نظر گرفته شود.

• مجزا بودن مدارهای تغذیه کننده چراغ ها و نقاط روشنایی از مدار تغذیه کننده  پریزها و وسایل دیگر الزامی است. یعنی مدارهای تغذیه کننده خطوط روشنایی نباید مدار پریز و وسایل دیگر را تغذیه کند. تنها دو موتور کوچک با مجموع توان ۱۰۰ وات می توانند از مدار روشنایی تغذیه کنند.
• اگر از ترکیبی از چراغ های رشته ای و گازی استفاده شود، در محاسبه جریان مدارهای تغذیه کننده آن ها، با وجود اختلاف فاز، جریان ها به صورت جبری جمع می شوند.
• در ساختمان های مسکونی، تعداد نقاطی که هر مدار  روشنای تغذیه می کند، در صورتی که در بیش از یک اتاق یا فضای مشخص باشد، نباید بیش تر از ۱۲ چراغ یا نقطه روشنایی باشد.
• برای یک اتاق یا فضای مشخص، تعداد چراغ های مدار روشنایی به جریان مجاز مدار بستگی دارد.
• برای واحدهای مسکونی باید حداقل دو مدار نهایی مستقل به صورت یک مدار مختص روشنایی و یک مدار مختص پریزها در نظر گرفته شود. دلیل این امر این است که اگر اختلالی در یکی از مدارها رخ دهد، بتوان تا زمان برطرف شدن اختلال از مدار دیگر جهت تأمین روشنایی استفاده کرد.
• استفاده از هادی حفاظتی یا ارت، در همه مدارهای روشنایی جهت اتصال به بدنه هادی چراغ الزامی است. در ضمن اگر بدنه چراغ عایق باشد، ارت در آن جا به خوبی عایق بندی و رها می شود تا در صورت تعویض چراغ با یک چراغ دارای بدنه هادی، بتوان از آن سیم ارت استفاده نمود.

محاسبات روشنایی داخلی به صورت کلی و اجرایی

گام اول:

ابتدا مقدار شدت روشنایی (E)  را برای محل کاربری مورد نظر با استفاده از جداول معرفی شده در مراجع مرتبط به دست می آوریم.

گام دوم:

تعیین نوع چراغ و مشخص کردن مارک آن

گام سوم:

Mf محیط را که به نوع کاربری محیط بستگی دارد، به دست می آوریم.

---

نکته

یکی از عوامل اصلی که در ضریب کل کاهش نور (TLLF) دخالت دارد، میزان گرد و غبار محیط است و آن را با Mf نشان می دهند و با توجه به این موضوع محیط ها به ۵ دسته خیلی تمیز، تمیز، متوسط، کثیف و خیلی کثیف تقسیم می شوند. ضریب کاهش نور به دلیل کثیف شدن سطوح عددی بین ۶/۰ تا ۸۵/۰ است.

---

گام چهارم:

با استفاده از رابطه زیر ارتفاع مفید را به دست می آوریم:

ارتفاع میز – ارتفاع زنجیر چراغ و کناف – ارتفاع اتاق = ارتفاع مفید

گام پنجم:

به دست آوردن ضریب انعکاس سقف، دیوار و کف

گام ششم:

به دست آوردن RCR مطابق فرمول زیر:

 

RCR در واقع نسبت ناحیه اتاق در طراحی روشنایی داخلی است.

hrc: ارتفاع طراحی و یا ارتفاع ناحیه اتاق

L:طول مکان

W: عرض مکان

RCR معمولاً عددی بین صفر تا ۱۰ است.

گام هفتم:

سپس با استفاده از RCR و ضریب انعکاس سقف و دیوار و کف، پارامتر CU را به دست می آوریم.

---

نکته:

ضریب بهره روشنایی سامانه را CU می گویند. مقدار CU به خصوصیات سامانه توزیع نور و چراغ و ضرایب بازتابش سطوح و ارتفاع طراحی وابسته است و به طور معمول مقدار آن بین ۷۵/۰ – ۱۵/۰ قابل تعین است.

ضریب بهره روشنایی بیش ترین وابستگی را به الگوی تابش روشنایی دارد. این ضریب توسط سازنده برای هر نوع چراغ با نوع و مدل خاص لامپ تعیین و در جداولی به همراه خود کالا ارائه می شود. بنابراین ضریب بهره روشنایی با استفاده از جدول مشخصات فنی چراغ و داشتن مقدار RCR و متوسط ضریب بازتابش نور دیوار و ضرایب بازتابش مؤثر سقف ρcc و کف  ρfc  تعیین می شود.

در زیر مثالی از جدول CU یک نمونه چراغ و نحوه به دست آوردن CU مورد نظر از جدول را مشاهده می کنید:

---

گام هشتم:

محاسبه شار نوری از رابطه زیر:

گام نهم:

به دست آوردن تعداد چراغ مورد نیاز در محیط مورد نظر از رابطه زیر:

n: تعداد چراغ مورد نیاز محیط

m: تعداد لامپ موجود در چراغ

Φm: شار نوری هر لامپ

φ: شار نوری قابل مشاهده

---

مقاله پیشنهادی: انواع سیستم های کنترل روشنایی ساختمان

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات ذکر کنید و با ارائه نظرات خود، ما را در بهبود هر چه بیش تر کیفیت مطالب یاری کنید.