طراحی نورپردازی و روشنایی ساختمان‌ها و معابر، از موضوعاتی است که رابطه مستقیمی با کیفیت زندگی و سلامتی افراد دارد. به همین دلیل، باید طراحی روشنایی طبق استانداردها و بر اساس محاسبات صحیح انجام شود. در این آموزش، مفاهیم پایه مربوط به روشنایی را بیان می‌کنیم:

1- شار نوری (Luminous flux)
کل نور خارج شده از یک منبع نوری در واحد زمان که در تمام جهات در فضا پخش می‌شود را شار نوری می‌گویند. واحد شار نوری لومن می‌باشد که با «Lm» نمایش داده می‌شود. نماد شار نوری نیز در محاسبات مربوط به روشنایی (Φ) می‌باشد. شار نوری جزو پارامترهای اصلی هر منبع روشنایی است که توسط شرکت‌های سازنده برای هر محصول مشخص می‌شود. بنابراین میزان قدرت نوردهی هر منبع نوری به شار نوری آن بستگی دارد که این مقدار در LEDهای موجود در بازار به مقدار 130 الی 140 لومن بر وات می‌رسد.

تصویر 1: شار نوری

از ویژگی‌های منابع روشنایی LED این است که میزان شار نوری آنها برخلاف لامپ‌های گازی به مرور زمان افت قابل توجهی ندارد. با مقایسه منابع نوری ال‌ای‌دی با منابع نوری مشابه از قبیل لامپ رشته‌ای (14 لومن)، لامپ فلورسنت (23 لومن) و لامپ متال هالید (65 لومن) مشخص می‌شود که این منابع از بازدهی نور بالایی برخوردار هستند.

2- شدت روشنایی (illuminance)

شدت روشنایی مقدار شار نوری است که به واحد سطح یعنی یک متر مربع می‌رسد. این پارامتر نیز در محاسبات روشنایی پارامتر مهمی به شمار می‌رود. در انجام محاسبات روشنایی باید ابتدا شدت روشنایی (Lux) مورد نیاز در محیط مشخص گردد و این مقدار به نوع فعالیتی که قرار است در آن محیط صورت گیرد بستگی دارد. به عنوان مثال طبق استاندارد، شدت روشنایی مورد نیاز برای سالن تعمیر قطعات کوچک مقدار 500 لوکس، شدت روشنایی مورد نیاز برای دفاتر کار 200 الی 300 لوکس و برای تامین روشنایی یک انبار کم تردد یا پارکینگ مقدار 50 لوکس مورد نیاز است. جهت اطمینان از تامین مقدار لوکس مورد نظر برای محلی خاص می‌توان از وسیله‌ای به نام لوکس متر استفاده کرد.

تصویر 2: شدت روشنایی

در واقع شار نوری یا لومن میزان نوری است که از منبع روشنایی خارج می‌شود و شدت روشنایی یا لوکس، میزان نوری است که پس از منتشر شدن توسط لامپ و بازتاب‌های مختلف اجسام اطراف، در نهایت به سطح می‌رسد.

3- شدت نور (Luminous Intensity)
میزان شار نوری خارج شده در واحد زاویه فضایی را شدت نور گفته و آن‌را با “ I “ نمایش می‌دهند. به بیان دیگر یک لامپ شار نوری را در تمام جهات و با شدت و ضعف متفاوتی منتشر می‌کند، میزان نور انتشار یافته در یک جهت خاص در فضا را شدت نور می‌گویند و واحد آن کاندلا یا شمع است.

تصویر 3: شدت نور

با توجه به اینکه منابع روشنایی رفلکتوری، نور را در جهت خاصی از فضا منتشر می‌کنند، برای میزان نور خارج شده از این نوع منابع از واحد کاندلا استفاده می‌شود. بنابراین برای دو منبع روشنایی که دارای مشخصات یکسان و کاملا مشابه هستند و تنها زاویه رفلکتور آنها با هم متفاوت است، آن منبع روشنایی که زاویه رفلکتور کوچکتر یا به اصطلاح بسته‌تری دارد شدت نور بیشتری دارد به این دلیل که کل شار نوری منتشر شده در زاویه محدودتری متمرکز می‌شود و در نتیجه شدت نور بیشتر می‌شود. به همین دلیل در طراحی‌های روشنایی یکی از پارامترهای مورد توجه شدت نور و یا اصطلاحا بسته یا باز بودن زاویه رفلکتور می‌باشد.

4- بهره نوری (Luminous Efficacy)
بهره نوری عددی است که نشان دهنده‌ی نسبت شار نوری خارج شده از منبع روشنایی به توان مصرفی آن است، و میزان بهره‌وری منبع روشنایی را مشخص می‌کند. 

تصویر 4: مقایسه بهره نوری انواع منابع روشنایی

هرچه این عدد بالاتر باشد به این معنی است که لامپ یا منبع روشنایی با انرژی کمتر، نور بیشتری تولید می‌کند و از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه‌تر است. بهره نوری را با لومن بر وات نشان می‌دهند.

برق‌یار مشاور شما در تاسیسات الکتریکی

5- دمای رنگ (Color Temperature)
دمای رنگ عددی است که بر حسب کلوین بیان می‌شود و به نوعی بیان کننده رنگ نور خروجی می‌باشد. هر چه این عدد بالاتر باشد، رنگ نور بیشتر به محدوده رنگ‌های سرد و سفید نزدیک‌تر است و هرچه این عدد کوچکتر باشد رنگ نور به محدوده رنگ‌های گرم (نظیر رنگ نور ناشی از لامپ‌های التهابی) نزدیک است.

بیایید این مفهوم را با مثالی شرح دهیم: جسم سیاه رنگ هیچ نوری منعکس نمی‌کند و کل نوری که به آن تابیده می‌شود را جذب می‌کند. اگر جسم سیاه گرم شود، در دماهای مختلف نورهای متفاوتی ایجاد می‌کند و این نورها تمام طیف مرئی را پوشش می‌دهند. برای توضیح این مفهوم‌، رنگ فلز گداخته شده را در نظر بگیرید. وقتی فولاد گداخته می‌شود، در ابتدا رنگ آن قرمز تیره می‌شود، با گرم شدن بیشتر، دارای رنگی بین آبی و سفید می‌شود، این پدیده رابطه بین دما و رنگ را نشان می‌دهد. با بالا رفتن دما رنگ فلز گداخته به آبی مایل به بنفش تبدیل شده و سرانجام اشعه ماورای بنفش را ساطع می‌کند. هنگامی که قطعه فلز از منبع حرارت دور شود، رنگ آن زرد، سپس نارنجی و قرمز می‌شود؛ بنابراین دمای رنگ بر اساس رنگ تابیده شده از جسم سیاه در دمای معین تعریف شده است و بر حسب درجه کلوین بیان می‌شود.

تصویر 5: دمای رنگ

شرکت‌های سازنده روشنایی به جای بیان دمای رنگ به صورت عدد، نامی را که بیانگر دمای رنگ لامپ باشد به اختصار برگزیده‌اند. این نام‌ها به شرح ذیل می‌باشند:

  • سفید سرد (Coolwhite): حدود 6000 کلوین
  • روشنایی روز (Daylight): حدود 4000 کلوین
  • سفید (White): حدود 3500 کلوین
  • سفید گرم (Warm white): حدود 3000 کلوین
  • آفتابی (Warm): حدود 2500 کلوین

حال این پرسش برای شما پیش می‌آید، نور گرم یا سرد؟ کدام دمای رنگ مناسب محیط شماست؟ یکی از اشتباهات متداول ترکیب نور گرم و سرد می‌باشد. انتخاب دمای نور مناسب هر محیط که متناسب محل مورد نظر باشد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، چون انتخاب رنگ مناسب بر روحیه افراد تاثیر به‌سزایی می‌گذارد و بسته به روحیه‌ای که می‌خواهید ایجاد نمایید متغیر است.

برای پی بردن به دمای نور مناسب هر محیط ابتدا باید شدت روشنایی مناسب محل مورد را دانست. شدت روشنایی مناسب هر محیط از استانداردهای مربوطه قابل استخراج است (جدول پ2-5 مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان شدت روشنایی اماکن بر حسب لوکس را بیان کرده است)، و با دانستن شدت روشنایی مورد نیاز، مقدار دمای نور مناسب محل را می‌توان از منحنی کرایهوف استخراج کرد.

تصویر 6: منحنی کرایهوف یا آرامش

بخش نارنجی و آبی، ناحیه ناآرامی است و قسمت مابین این دو رنگ ناحیه آرامش می‌باشد. به استناد منحنی کرایهوف یا آرامش دمای رنگ نور بسیار وابسته به شدت روشنایی در محل است. در محلی که شدت روشنایی آن 100 لوکس پیشنهادی است و می‌تواند تا 150 لوکس هم طراحی شود باید از دمای رنگ 2800 کلوین استفاده کرد اگر از دمای رنگ 6000 کلوین استفاده شود ناظر دچار ناراحتی و گیجی می‌شود و کارایی خود را از دست می‌دهد. اگر در یک جواهرسازی که میزان شدت روشنایی بین 850 تا 950 و بعضاً تا 1000 لوکس باید باشد اگر از نور گرم استفاده شود کارایی از دست رفته و شخص قادر به انجام کار با دقت نیست.

6- شاخص نمود رنگ (Color Rendering Index)

شاخص نمود رنگ نشان می­‌دهد که رنگ اجسام تحت یک منبع نور مصنوعی به چه میزان نسبت به نور مرجع (نور روز) تغییر می‌­کند. این پارامتر برای منابع روشنایی عددی بین 0 تا 100 است و هر چه این شاخص بزرگتر باشد، ضمن اینکه نشانگر کیفیت بالاتر نور تولید شده می‌باشد، مشخصه عدم تغییر رنگ در جسم تحت تابش منبع نور می‌باشد. به عنوان مثال عدد 100 یعنی تغییری در رنگ اجسام نسبت به نور مرجع مشاهده نمی­‌شود. بنابراین برای کاربردهایی که نمایش واقعی رنگ اهمیت زیادی دارد نظیر صنایع رنگرزی و نساجی، اتاق رنگ خودرو سازی، عکاسی، اتاق گریم و آرایش و ... استفاده از منابع نور با شاخص نمود رنگ بالا توصیه می‌شود.

تصویر 7: شاخص نمود رنگ

اشیاء رنگی، زمانی با رنگ مناسب قابلیت رؤیت دارند که رنگ‌های موجود در آنها در طیف نور تابیده شده به آنها موجود باشد. به عنوان مثال، در صورتی که در طیف نور رنگ قرمز موجود نباشد، اشیای قرمز رنگ به صورت مناسب دیده نمی‌شوند. محصولات LED از جمله منابع نوری هستند که شاخص بازدهی رنگ بسیار بالایی دارند. 

تصویر 8: مقدار شاخص نمود رنگ برای لامپ‌ها

شاخص نمود رنگ که آن را به اختصار CRI یا Ra نمایش می‌دهند برحسب درصد بیان می‌شود. لامپ رشته‌ای (التهابی) بیشترین ضریب نمود رنگ و لامپ سدیم کم فشار کمترین ضریب نمود رنگ را دارد. LED دارای نمود رنگ بالایی بین 80 تا 95 می‌باشد. این مورد باعث می‌شود تا توجیه استفاده از LED (در کنار بهره‌ی نوری بالا) بیشتر مورد قبول قرار گیرد.