راهکارهای اصلاح روشنایی ساختمان

نحوه بازرسی و مدیریت سیستم روشناییی معابر+ طرح های اصلاحی

طراحی یک سیستم روشنایی خیابانی بهینه به شرط برآورده نمودن حداقل معیارهای استاندارد تجهیزات روشنایی و با توجه به میزان سرمایه گذاری اولیه کمتر انجام می شود. با توجه به اینکه لامپ رشته ای یک مصرف کننده انرژی الکتریکی محسوب می شود، از نظر اقتصادی تنها قیمت اولیه آن مهم نبوده بلکه مصرف انرژی آن در یک بازه زمانی و همچنین طول عمر آن بایستی در کنار سرمایه گذاری اولیه مد نظر قرار گیرد.

مخارج بسیار بالای اجرای طرح های روشنایی به همراه هزینه های قابل ملاحظه تعمیر و نگهداری این سیستم ها، درصد قابل توجهی از منابع مالی متولیان امر را به خود اختصاص می دهد. از آنجا که مصرف انرژی الکتریکی سیستم های روشنایی معابر و محوطه ها درصد بالایی از میزان انرژی را به خود اختصاص می دهد، ارائه طرح های بهینه سازی روشنایی جهت کاهش هزینه های بهره برداری بسیار قابل توجه است.

لزوم استفاده از چراغ جهت روشنایی خیابان ها و پیاده روها در شب، تشخیص موانع و اجسام توسط رانندگان و عابرین پیاده روی سطح راه می باشد. وجود سایه و عدم یکنواختی روشنایی روی سطح راه، موقعیت دید و تشخیص موانع و اجسام را مخدوش می کند. هر قدر که میزان یکنواختی کمتر باشد، نیاز به روشنایی بیشتر و عموماً مصرف انرژی الکتریکی نیز بیشتر خواهد شد. در طراحی روشنایی معابر، باید به میزان مصرف انرژی الکتریکی توجه خاص نمود. در واقع یکی از موارد اساسی کاربرد انرژی الکتریکی، سیستم های روشنایی می باشد.

درصد مصرف انرژی الکتریکی به منظور روشنایی در کشورهای مختلف متفاوت است. به طور مثال در کشور فرانسه 8 درصد، آلمان 11 درصد، امریکا 18 درصد و در کشورمان ایران بر اساس آمار ارائه شده توسط سازمان بهره وری انرژی، بیش از 30 درصد می باشد. همچنین بر اساس آمار تفصیلی صنعت برق در سال 1389 که توسط شرکت مادر تخصصی توانیر ارائه شده است، مصرف انرژی الکتریکی کل کشور پس از چند سال ساماندهی و بهینه سازی نسبی، برای 6916 هزار دستگاه چراغ روشنایی معابر، تقریباً 3564 گیگا وات ساعت بوده که تقریباً با مصرف روشنایی معابر در کشور آلمان با بیش از 9 میلیون دستگاه چراغ برابری می کند.

   یعنی علیرغم تعداد چراغ های روشنایی بیشتر و همچنین نیاز آن کشور به مصرف بیشتر روشنایی مصنوعی به علت طولانی تر بودن کل ساعات تاریکی در طول سال، مصرف انرژی الکتریکی در روشنایی معابر تقریباً معادل کشور آلمان است. توجه به این موضوع، نیاز و همچنین پتانسیل کار جهت مدیریت مصرف و بهینه سازی روشنایی معابر را نشان می دهد.

معرفی مستطیل اندازه گیری

برای محاسبه روشنایی معابر از مستطیل اندازه گیری استفاده می شود. این مستطیل سطحی از راه را پوشش می دهد که مابین دو چراغ قرار گرفته و مشتمل بر نقاط اندازه گیری واقع بر سطح راه و پیاده رو است.

شدت روشنایی یاlux  نوری

شدت روشنایی در یک نقطه واقع بر یک سطح، برابر است با نسبت شار نوری تابیده شده به جزء کوچک سطح که نقطه در آن واقع است و با واحد لوکس (lux) بیان می شود. همچنین شدت روشنایی متوسط مقدار متوسط شدت روشنایی حاصل از نقاط اندازه گیری، مستطیل اندازه گیری می باشد. سنجش شدت روشنایی در معابر، از طریق دستگاه لوکس متر می باشد که در این خصوص ارتفاع و موقعیت مکانی دستگاه در مستطیل اندازه گیری از نکات مهم به شمار می رود. شکل زیر شماتیکی از مستطیل اندازه گیری و قرارگیری لوکس متر در نقاط مختلف آن را نمایش می دهد.

در این حالت مقادیر حداقل و حداکثر شدت روشنایی در مستطیل اندازه گیری به آرایش نصب و جداول توزیع نور چراغ بستگی دارد. به عنوان مثال برای یک راه با آرایش نصب چراغ در یکطرف معبر، مقادیر حداکثر شدت روشنایی نقاط نزدیک به دو پایه و مقادیر حداقل در نقاط دورتر از پایه ها و حوالی باند دورتر از چراغ قرار دارد. شدت روشنایی مهمترین مشخصه نوری در راه های محلی است زیرا در این گونه راه ها به دلیل عدم وجود سرعت، عامل تعیین کننده، امنیت تردد عابرین و قدرت تشخیص افراد و موانع موجود در اطراف می باشد. شایان ذکر است که کلیه اندازه گیری ها در طول شب و در مناسب ترین شرایط جهت حصول مقادیر واقعی صورت می گیرد.

طرح های اصلاحی جهت روشنایی معابر

راهکارهای اصلاح سیستم های روشنایی موجود از دو دیدگاه قابل ملاحظه است. در مرحله نخست می بایست یک راهکار جهت اصلاح سیستم فوق به منظور استانداردسازی میزان روشنایی سطح راه در نظر گرفته شود. قدم بعدی نیز بهینه سازی سیستم روشنایی و ارائه راهکارهایی جهت کاهش مصرف انرژی الکتریکی است.  فهرستی از راهکارهای موجود جهت اصلاح و بهینه سازی سیستم های روشنایی به شرح زیر می باشد که یک یا چند عدد از آنها می تواند جهت بهینه سازی مصرف در هر یک از راه ها کارآمد و اجرایی باشد.

• تنظیم برنامه های مدون جهت شستشو و تعمیر و نگهداری چراغ ها
• استفاده از چراغ های پربازده و کم مصرف با حفظ فواصل نصب موجود
• استفاده از تجهیزاتی جهت کم کردن توان چراغ های جدید بخار سدیم در بازه ه ای از شبانه روز
• طراحی سیستم جدید با منابع پربازده و کم مصرف و تغییر در آرایش یا فواصل نصب موجود
• تعویض چراغ های موجود و استفاده از سیستم های خورشیدی جهت تغذیه آنها

شار نوری چیست؟

 برای طراحی روشنایی مکان هایی نظیر ، ، ، ، فروشگاه ها، مراکز شهری باید پارامترهای متعددی را در نظر گرفت. یکی از این پارامتر ها شار نوری است. کل نور خارج شده از یک منبع نوری در واحد زمان در تمام جهات در فضا را شار نوری (Luminous Flux) یا جریان نوری می گویند که با (ɸ) نشان می دهند. واحد شار نوری “لومن” است و با “Lm” نشان داده می شود. شار نوری جزو مشخصات هر لامپ است و توسط شرکت های سازنده لامپ در کاتالوگ محصولات درج می شود. بدیهی است هر چه شار نوری یک لامپ بیشتر باشد لامپ پر نورتر است. شار نوری چند نمونه از لامپ های متداول در (جدول زیر) ارایه شده است.

شار نوری و بهره نوری چند نمونه از لامپ های متداول

بهره نوری (لومن بر وات)	شار نوری (لومن)	نوع لامپ
13٫6	1360	لامپ رشته ای 100 وات
79	2850	لامپ فلورسنت 36 وات معمولی
55	22000	لامپ بخار جیوه 400 وات
108	27000	لامپ بخار سدیم 250 وات

تعریف شدت روشنایی

   چنانچه نور منتشر شده از منبع نور تحت زاویه معینی هدایت شود، شاخص دیگری به نام شدت روشنایی مورد استفاده قرار می گیرد. شدت نور(Luminous Intensity) را با (l) نشان می دهند و واحد آن “کندل” یا “شمع” است که با “cd” نشان می دهند.

 با توجه به اینکه لامپ های رفلکتوردار نور را در جهت خاصی از فضا منتشر می کنند (نظیر لامپ های هالوژن رفلکتوردار) لذا برای ذکر میزان نور خارج شده از این لامپ ها از واحد کندل استفاده می شود. بنابر این بدیهی است که برای دو لامپ با مشخصات یکسان و کاملاً مشابه که تنها زوایای رفلکتور آنها با یکدیگر متفاوت است، آنکه زاویه رفلکتور آن کوچکتر است شدت نور بیشتری دارد چرا که عملاً کل شار نوری منتشر شده از لامپ در زاویه محدودتری متمرکز می شود و لذا شدت نور بیشتر می شود. به عنوان مثال، شدت نور یک لامپ هالوژن W50 استاندارد با رفلکتور °38 (WFL) برابر 1500 کندل و شدت نور همین لامپ با رفلکتور °10 (SP) برابر 8200 کندل است.

تعریف بهره نوری

   بهره نوری (Luminous Efficiency)  که در واقع نسبت شار نوری خارج شده از لامپ به توان مصرفی آن است، نشان دهنده کارایی و بهره وری لامپ است، هرچه این عدد بالاتر باشد به این معنی است که لامپ با مصرف انرژی کمتر، شار نوری بیشتری تولید می کند و به عبارت دیگر هر چه بهره نوری یک لامپ بیشتر باشد، آن لامپ از نظر مصرف انرژی مقرون به صرفه تر است. بهره نوری را با (ɳ) نشان می دهند و واحد آن لومن بر وات است.

شدت روشنایی چیست؟

   مقدار شار نوری که به واحد سطح می رسد را شدت روشنایی (Iluminance) می گویند و با E نشان می دهند. بنابراین تعریف، در حالت دقیق، برای یک سطح، شدت روشنایی (E) را می توان اینگونه تعریف کرد: واحد شدت روشنایی برابر لوکس است. چنانچه فرض کنیم منبع نور و سطح، هیچ یک نسبت به هم از نظر ابعاد برابر بینهایت نیستند، می توان مقدار شدت روشنایی را با مقدار متوسط آن برابر فرض نمود.

   در انجام محاسبات روشنایی ابتدا مقدار شدت روشنایی متوسط مورد نیاز در محیط با توجه به جداول استاندارد مشخص می گردد و براساس شدت روشنایی مورد نیاز و با توجه به نوع لامپ و چراغ انتخاب شده، محاسبات بعدی روشنایی انجام می گیرد. در این جداول شدت روشنایی مورد نیاز در هر فضا براساس نوع فعالیتی که قرار است در آن محیط صورت بگیرد و میزان دقت مورد نیاز، شدت روشنایی مشخص می گردد. به عنوان مثال بر اساس استاندارد شدت روشنایی مورد نیاز برای سالن های تعمیر قطعات کوچک نظیر تعمیر ساعت و … حدود Lux 800 و شدت روشنایی مورد نیاز برای یک دفتر کار Lux500-300 بوده و برای تامین روشنایی یک انبار کم تردد یا پارکینگ Lux 50 کافی است.

   بنابراین به زبان ساده تر شار نوری میزان نوری است که از لامپ خارج می شود و شدت روشنایی آن میزان از نور است که پس از منتشر شدن توسط لامپ و بازتاب های مختلف در نهایت به سطح می رسد. شدت روشنایی، معمولاً در صفحات افقی و عمودی تعریف می شود. برای اندازه گیری شدت روشنایی از ابزاری به نام لوکس متر استفاده می شود.

ضریب انعکاس چیست؟

   نسبت مقدار نوری که از یک سطح بازتابیده می شود، به کل نوری که به آن سطح تابیده می شود را ضریب انعکاس (Reflection Factor) گویند و با ρ نمایش می دهند و بر حسب درصد بیان می شود. ضریب انعکاس سطوح روشن، در حدود  80-90% وضریب انعکاس سطوح تیره در حدود 20 % است.

درخشندگی نور

   درخشندگی نور (Luminance)، در واقع اثر فیزیولوژیکی روشنایی بر روی چشم ما است و در محاسبات روشنایی، به ویژه روشنایی بیرونی و روشنایی خیابان ها اهمیت زیادی دارد. پارامتر درخشندگی، هم برای منابع نور و هم برای سطوح درخشنده که نور را منعکس می کنند تعریف می شود مقدار درخشندگی برای منبع نور و سطوح درخشنده، به دو روش مختلف محاسبه می شود:

·        درخشندگی ناشی از منبع نور

   مقدار درخشندگی منبع نور، بستگی به شدت نور آن منبع در هر زاویه و مساحت آن دارد. بنابراین، چنانچه دو منبع نوری با ابعاد مختلف داشته باشیم که شدت نور یکسانی داشته باشند، منبع نور کوچکتر، درخشنده تر به نظر خواهد رسید.

·        درخشندگی ناشی از سطوح براق

   نور تابیده شده به سطوح مختلف، منعکس شده و به چشم ما تابیده می شود. هر چه این سطوح براق تر باشند، مقدار نور بیشتری به چشم منعکس شده و سطوح براق تر به نظر می رسند. در مورد سطوح روشن شده، میزان نوری که از آن سطح به چشم ما می تابد، با ضریب انعکاس آن سطح و میزان شدت روشنایی آن،متناسب است. بدیهی است هرچه ضریب انعکاس بالاتر باشد، میزان درخشندگی بیشتر خواهد بود.

   در نور پردازی ابنیه تاریخی و محوطه های بیرونی، توصیه می شود، سطح روشن شده دارای درخشندگی یکسانی باشد تا در چشم ناظر به صورت یکسان دیده شود. همچنین در طراحی روشنایی خیابانی، باید توجه کرد که درخشندگی سطح خیابان از سطح معینی بیشتر نشودتا مانع دید رانندگان و کاهش امنیت جاده ها نشود. بنابراین در جداول استاندارد روشنایی خیابانی، محدودیت هایی نیز برای درخشندگی و سطح جاده ها بیان می شود.

ارزیابی کیفی سیستم روشنایی

   مواردی که ذکر شد، پارامترهایی هستند که محاسبات روشنایی بر مبنای آنها صورت می گیرد برای اینکه بتوانیم روشنایی یک مجموعه را از نظر کیفی ارزیابی کنیم، باید موارد مختلفی را همزمان با هم در نظر بگیریم. در حالت کلی می توان گفت که انتظارات ما از کارکرد یک سیستم روشنایی برای یک محل شامل سه دسته زیر هستند:

1- آرامش بصری (Visual Comfort)

   آرامش بصری یعنی اینکه با قرار گرفتن در محیط، احساس خستگی نکنیم. عواملی که در حصول آرامش بصری موثر هستند، عبارتند از نمود رنگ خوب و توزیع یکنواخت درخشندگی.

 2- کارایی بصری (Visual Performance)

   روشنایی محیط باید به گونه ای باشد که نیازهای چشم انسان برای رویت اشیا تامین گردد، به این معنی که محیط باید به اندازه کافی روشن باشد و عواملی که باعث ایجاد خیرگی می شوند محدود گردد.

3- نمود بصری (Visual Ambience)

   یکی از اهداف ما از قرار دادن سیستم روشنایی در یک محل، به دست آوردن نمود بصری است. منظور از نمود بصری این است که با انتخاب مناسب جهت تابش نور و انتخاب رنگ نور مناسب، اشیا را بتوانیم به صورت سه بعدی تشخیص بدهیم. برای اینکه بتوانیم سیستم روشنایی یک مجموعه را از نظر موارد فوق بررسی کنیم، فاکتورهای مختلفی وجود دارد.

منبع: یاب چی