مفهوم زاویه تابش در لامپ LED و صرفه جویی حاصل از آن در تامین روشنایی

برای داشتن درک درستی از نور و روشنایی یک فضا و اینکه چگونه در خرید لامپ LED یک انتخاب صحیح و آگاهانه انجام دهیم، لازم است تا با مفاهیم روشنایی آشنا شویم تا ضمن صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی، نور مناسب را برای محیط زندگی خود فراهم نماییم. در این نوشته ابتدا به تشریح مفاهیم پر کاربرد حوزه نور و روشنایی پرداخته شده و در ادامه به بیان چگونگی انتخاب یک لامپ LED مناسب برای تامین نور محیط میپردازیم:

مفهوم روشنایی

کل نور تابش شده از یک منبع نوری در واحد زمان در تمامی جهتها در فضا را شار نوری (Luminous Flux) می نامند. واحد اندازه گیری شار نوری لومن نام دارد که با (lm) نشان داده می شود. شار نوری یکی مشخصه های یک لامپ برای ارزیابی میزان نور دهی آن است.

در یک دمای رنگ یکسان هرچه شار نوری لامپ بیشتر باشد، لامپ پر نور تر به نظر می رسد. برای روشنتر شدن این موضوع فرض کنید دو لامپ حبابی شکل با توان مصرفی یکسان و با نور آفتابی و دمای رنگ 3000 کلوین موجودند. شار نوری یکی از آنها lm350 و شار نوری دیگری lm 400 است. لامپ با شار نوری lm400 پرنورتر به نظر میرسد.

متاسفانه تصور اشتباهی در میان برخی از خریداران لامپ وجود دارد که می پندارند

هرچه توان لامپ بیشتر باشد آن لامپ پرنورتر است و باید هزینه بیشتری بابت خرید آن لامپ بپردازند.

در حالیکه این تصور کاملاً غلط است، زیرا برای مقایسه نور دهی لامپ ها در هنگام خرید باید به شار نوری آنها توجه نمود.

از طرف دیگر، عمده لامپهای التهابی و کم مصرف CFL به نحوی طراحی و ساخته می شوند که نور ساطع شده از آنها در تمامی جهات می تابد و به نحوی غیر جهت دار یا همه سو تاب محسوب می شوند. در حالیکه در لامپهای LED با توجه به تنوع تولید آنها در ابعاد و شکلهای متنوع علاوه بر محصولات همه سو تاب، محصولاتی ارائه گردیده است که جهت دار نامیده می شوند و به عبارت دیگر عمده نور ساطع شده از آنها در جهت خاصی تابیده می گردد. از این رو، نکته مهم دیگر در انتخاب یک لامپ LED مناسب این است که باید دقت شود که لامپ خریداری شده در چه نوع چراغی استفاده شده و نور لامپ خریداری شده چه استفاده ای برای ما دارد.

بهتر است تا منظور از نوع استفاده را با ذکر مثالی شرح دهیم.

فرض کنید شما می خواهید لامپ را در داخل یک لوستر قرار دهید تا کل فضای اطراف لامپ روشن گردد، یا اینکه شما در اتاق کارتان می خواهید تا صرفاٌ نور کافی به میز کارتان برسد و روشنایی بالای محل نصب لامپ برایتان اهمیتی ندارد. یا صرفاً نورپردازی به یک موضع نظیر یک تابلوی نقاشی یا یک مجسمه مد نظر باشد. در هر یک از این کاربردها علاوه بر میزان شار نوری لامپ در انتخاب لامپ باید مفهوم زاویه تابش لامپ نیز مورد توجه قرار گیرد تا علاوه بر داشتن نور دلخواه و کافی در هزینه انرژی مصرفی نیز صرفه جویی بیشتری صورت گیرد. برای تشریح این مطلب، با ذکر مثالهایی به اهمیت زاویه تابش در انتخاب آگاهانه لامپ مناسب پرداخته می شود.

در صورتی که نور تولید شده از منبع نور توسط رفلکتور یا لنز به صورت جهت دار تابش گردد، کمیتی به نام شدت نور (Luminous Intensity) تعریف می گردد که واحد آن کندل (cd) است. اگر دو لامپ با شار نوری یکسان در دو چراغ با دو رفلکتور با زاویه تابش متفاوت نصب گردند و یا دو لامپ با شار نوری یکسان دارای زاویه تابشهای متفاوتی باشند، نور تابیده شده از لامپ یا چراغ دارای زاویه تابش کمتر، درخشانتر (با شدت نور بیشتر) از نور تابیده شده از لامپ یا دارای زاویه تابش بیشتر، دیده می شود.

زاویه تابش (Beam Angle)

زاویه بین دو خط فرضی است که در صفحه عبوری از محور پرتو نور در نظر گرفته می شود که این خطوط از روی نقاطی می گذرند که شدت نور در آن نقاط 50% شدت نور در محور پرتو است. این دو خط فرضی که در حقیقت اضلاع زاویه تابش محسوب می شوند، یک نقطه مشترک با یکدیگر دارند که رأس زاویه تابش نام دارد و آن نقطه، مرکز سطح جلویی لامپ است. به عبارت دیگر اضلاع زاویه تابش در جایی قرار دارند که شدت نور آنجا 50% شدت نور محور پرتو است.

مقدار شار نوری تابیده شده به یک سطح معین را شدت روشنایی (Illuminance) می نامند. واحد اندازه گیری شدت روشنایی لوکس (Lux) است. یک لوکس برابر با شار نوری lm1 است که روی سطحی با مساحت 2m1 تابیده شده است. میزان شدت روشنایی با فاصله منبع نور از سطح متناسب است.

به عبارت دیگر

هرچه فاصله نصب یک لامپ یا چراغ از یک سطح معین مانند میز کار بیشتر گردد، شدت روشنایی بر روی آن سطح کار کمتر می شود. در صورتی که شار نوری یک منبع نور مستقل از فاصله است. برای اندازه گیری شدت روشنایی از وسیله ای بنام لوکس متر استفاده می گردد. به منظور داشتن نور مناسب در یک فضا، ابتدا باید شدت روشنایی مورد نیاز در فضای موردنظر را با توجه به جدولهای استاندارد تعیین نمود.

این جدولها شدت روشنایی مناسب برای هر فضا را با توجه به نوع فعالیت و بر اساس میزان دقت کاری که در آن فضا انجام می شود، مشخص کرده اند. همچنین ویژگی های فرهنگی و سلیقه مصرف کننده نیز در میزان شدت روشنایی مناسب در یک محیط تاثیرگذار می باشد.

به عنوان مثال

ممکن است یک خانواده برای تماشای تلویزیون در اتاق نشیمن شدت روشنایی بیشتری را نسبت به یک خانواده دیگر ترجیح دهند یا در برخی فرهنگها استفاده از نورهای موضعی نظیر استفاده از چراغ مطالعه و آباژور متداول تر باشد. همانطور که پیشتر گفته شد، شار نوری یک لامپ برای تعیین میزان شدت روشنایی یک فضای مشخص به تنهایی کافی نیست و نوع چراغ مورد استفاده، ارتفاع نصب چراغ، زاویه تابش نور لامپ و چراغ، رنگ دیوارها، سقف و کف و حتی میزان گرد و غبار فضای مذکور، در تعیین شدت روشنایی نقش بسیار مهمی را دارا می باشند. از این رو، داشتن منحنی پخش نور چراغ و زاویه تابش لامپ در طراحی روشنایی برای طراحان روشنایی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای روشن شدن این موضوع فرض کنید هدف، روشن کردن سطح یک میز در زیر یک چراغ باشد. برای تحقق این منظور دو حالت (1) و (2) را در نظر بگیرید:

1- یک لامپ جهت دار با زاویه تابش 120 درجه در چراغی نصب شده است که لامپ به صورت (Base up) در آن قرار گیرد، یعنی کلاهک لامپ نصب شده در بالا قرار گیرد و نور لامپ به سمت پایین بتابد.

2- همان لامپ جهت دار مذکور، در چراغی نصب شده است که لامپ در همان فاصله به صورت (Base down) در آن قرار گیرد، یعنی کلاهک لامپ نصب شده در پایین قرار گیرد و نور لامپ به سمت بالا بتابد. اگر شدت روشنایی را در روی سطح میز کاری که در زیر این چراغ قرار دارد با لوکس متر اندازه گیری نماییم، مشخص می گردد که شدت روشنایی در روی سطح میز در حالت (1) بیشتر از حالت (2) است. چرا که با توجه به موقعیت نصب چراغ و زاویه تابش لامپ، نور رسیده به فضای زیرین در حالت (1) بیشتر خواهد بود.

به عنوان مثال دیگر

دو حالت (3) و (4) را در نظر بگیرید که باز هم هدف، روشن کردن فضای زیرین چراغ است:

3- یک لامپ غیر جهت دار (همه سو تاب) با شار نوری 720 لومن در یک چراغ سقفی به صورتی که کلاهک لامپ به سمت بالا قرار داشته باشد، نصب شده است.

4- لامپ جهت داری با زاویه تابش 240 درجه با همان شار نوری 720 لومن در همان چراغ و به همان صورت نصب شده است. با اینکه شار نوری دو لامپ اشاره شده در بالا یکسان است،

اما شدت روشنایی در سطح زیر چراغ در حالت (4) بیشتر از حالت (3) خواهد بود، چراکه شار نوری لامپ در حالت (4) با توجه به طراحی لامپ به جای تابش در همه جهات، تنها در جهت خاصی منتشر شده است که مطلوب ماست. به عبارت دیگر درصد بالایی از نور تابیده شده از لامپ (3) به داخل چراغ سقفی تابیده و هدر می رود.

لذا توصیه می گردد در داخل چراغهای سقفی و قابهای هالوژنی که معمولاً در دور فضاهای خانگی یا اداری و یا در ویترین مغازه ها نصب می گردد، به جای استفاده از لامپهای غیر جهت دار یا همه سو تاب از لامپهای جهت دار یا لامپهایی استفاده گردد که زاویه تابش محدودتری دارند تا از شار نوری تولید شده توسط لامپ نهایت استفاده صورت گیرد و نور لامپ در داخل قاب چراغ به هدر نرود.

نکته دیگری که برای تامین روشنایی محیط با لامپهای LED باید مورد توجه قرار گیرد، لزوم تمایز بین دو لامپ با شار نوری یکسان ولی با زاویه تابش متفاوت است.

به عنوان مثال

اگر دو لامپ Spotlight در فاصله یکسان از یک موضع و دارای شار نوری یکسان باشند

و هدف روشن کردن موضعی سطح زیرین لامپهای مذکور باشد،

در صورتی که زاویه تابش آنها با یکدیگر متفاوت باشد ،

سطح زیر لامپی که دارای زاویه تابش کوچکتر است روشنتر به نظر می رسد.

اما لامپ با زاویه تابش بزرگتر در مقایسه با لامپ با زاویه تابش کوچکتر در فواصل یکسان، سطح بیشتری را روشن می کند.

لذا توصیه می شود برای توصیف میزان نور دهی یک لامپ جهت دار، علاوه بر شار نوری آن،

شدت نور آن لامپ در مرکز بر حسب کندل (cd) و زاویه تابش آن در مشخصات فنی ذکر گردد

تا مصرف کننده بتواند انتخاب درستی انجام دهد.

تفاوت درخشندگی و فضایی که روشن میشود برای دو لامپ Spotlight با زاویه تابش مختلف

 

راهکار دیگر به عنوان یک معیار مقایسه ای برای نور دهی لامپهای جهت دار

و سهولت انتخاب توسط مصرف کننده، تعریف مشخصهای به نام شدت روشنایی موثر است.

تعیین شدت روشنایی موثر

در تعیین شدت روشنایی موثر، تاثیر شار نوری و نیز زاویه تابش لامپ در نظر گرفته می شود

تا خریدار بر حسب کاربردی که مد نظر دارد، به سهولت بتواند لامپ منطبق با نیاز خود را خریداری کند.

به عبارت دیگر، فرض کنید خریداری می خواهد لامپ پر مصرف التهابی 100 وات

خود را که در داخل یک چراغ سقفی است، با یک لامپ LED جایگزین نماید.

فرض می کنیم لامپ التهابی مذکور شار نوری برابر با 1200 لومن را دارا است

و عمده نور تولیدی توسط آن در زاویه فضایی 345 درجه گسیل می گردد.

با یک محاسبه سر انگشتی مشخص می گردد که لامپ مناسب

برای جایگزینی لامپ پر مصرف التهابی با یک لامپ LED ، می تواند دارای زاویه تابش 230 درجه

و شار نوری 800 لومن باشد.

به عبارت دیگر

با لامپ LED که دارای زاویه تابش 230 درجه و شار نوری 800 لومن است،

می توان همان میزان شدت روشنایی را در سطح زیرین لامپ ایجاد نمود.

چنین لامپی با استفاده از فن آوری فعلی LED در حال حاضر دارای توان مصرفی کمتر از 10 وات است

و این یعنی 90 واتِ ساعت صرفه جویی انرژی به ازای هر ساعت کارکرد در ازای جایگزینی لامپ.

شایان ذکر است که علاوه بر صرفه جویی چشمگیر ناشی از بهره نوری بالای LED لامپهای

در جایگزینی لامپ التهابی با این لامپها، صرفه جویی دیگری نیز حاصل می گردد و آن،

کاهش هدر رفتن نور لامپ در فضای داخلی چراغ سقفی است.

لذا با خرید لامپ LED با شار نوری کمتر از لامپ التهابی در شرایط یکسان،

می توان شدت روشنایی دلخواه را بر روی سطح کار تامین نمود.

چرا که عمده نور تابیده شده از لامپ جهت دار در جهت مطلوب ما تابیده می شود.

از این رو شدت روشنایی موثر به مصرف کننده این امکان را می دهد که به آسانی تشخیص دهد

که لامپ LED خریداری شده از نظر میزان شدت روشنایی که در روی سطح کار ایجاد می کند،

معادل با چه لامپ همه سو تاب رشته ای هست.

تنوع زاویه تابش، ابعاد و شکلهای مختلف لامپهای LED این مزیت را دارد

که برای هر کاربردی می توان لامپ مناسبی را انتخاب کرد و بر حسب کاربری محیط

و هدف از نورپردازی، نور کافی و مناسب را برای محیط تامین کرد.

به علاوه صرفه جویی بیشتری نیز در مصرف انرژی و در نتیجه در هزینه برق مصرفی صورت خواهد گرفت.

تهیه و تنظیم: سینا شاه محمدی

Main Menu