مفاهیم روشنایی — به زبان ساده

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 و در آموزش‌های بعدی، درباره اصول طراحی روشنایی بحث خواهیم کرد.

نور (Light) چیست؟

نور یا به عبارت بهتر، نور مرئی بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که با چشم آن را می‌بینیم.

فیلم آموزش فیزیک مدرن با رویکرد حل مساله در فرادرس

کلیک کنید

طول موج این نور بین ۳۸۰ تا ۷۸۰ نانومتر است. در طول روز می‌توانیم رنگ‌ها را ببینیم، در حالی که در شب تنها می‌توانیم سایه‌هایی خاکستری را مشاهده کنیم.

شبکیه چشم ما سلول‌های گانگلیونی (RGC) دارد که وظیفه آن‌ها دریافت اطلاعات بصری است. این سلول‌ها به نور آبی حساس هستند و هورمون ملاتونین (Melatonin) را مهار می‌کنند. هورمون ملاتونین در شب و برای خواب راحت ترشح می‌شود. سرکوب ملاتونین در صبح، ما را در طول روز بیدار نگه می‌دارد. به این فرایند، اثر ملانوپیک (Melanopic Effect) نور می‌گویند. بنابراین، نورپردازی محل‌هایی که در زندگی شبانه‌روز با آن‌ها سر و کار داریم، تأثیر فراوانی در سلامت خواب و بیداری و زندگی ما دارند.

نورپردازی بر عملکرد بینایی اثر مستقیم دارد. علاوه بر این، طراحی روشنایی مناسب درک عاطفی جلوه معماری‌ها را ممکن می‌سازد و در آرامش زندگی شبانه‌روز ما مؤثر است. در مباحث نورپردازی و روشنایی کمیت‌های مهمی وجود دارد که لازم است قبل از طراحی با آن‌ها آشنا باشیم. در ادامه، این کمیت‌ها را بیان خواهیم کرد.

کمیت‌های اساسی در روشنایی

در این بخش، مهم‌ترین کمیت‌های مربوط به روشنایی را معرفی می‌کنیم.

فیلم آموزش روشنایی فنی + نکات کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

شار نوری (Luminous Flux)

شار نوری با نماد $$\Phi$$ مقدار نوری را توصیف می‌کند که از یک منبع نوری سرچشمه می‌گیرد و واحد آن لومن (Lumen) یا به اختصار lm است. به بیان دیگر، شار نوری مقدار کل پرتوهای نوری ساطع شده از منبع را نشان می‌دهد. هرچه شار یا اصطلاحاً لومن منابع نوری بیشتر باشد، پرنورتر خواهند بود. شار نوری یکی از پارامترهای مهم منابع نوری است که معمولاً همراه با مشخصات آن‌ها بیان می‌شود.

برای مثال، جدول زیر مشخصات یک لامپ روشنایی را نشان می‌دهد که معمولاً روی جعبه آن درج می‌شود. همان‌طور که می‌بینیم، مقدار شار نوری یا اصطلاحاً لومن آن نیز نوشته شده است.

مقادیر نمونه چند لامپ مختلف در جدول زیر آورده شده است که دانستن محدوده توان و شار و رابطه آن‌ها کاربردی خواهد بود.

بازده نوری (Luminous Efficiency)

بازده نوری برابر با نسبت شار نوری به توان الکتریکی مصرفی است (lm/W). در حقیقت، این کمیت معادل با بازده اقتصادی منابع نوری است.

شدت نور (Luminous Intensity)

شدت نور با نماد I مقدار نوری است که در یک جهت خاص ساطع شده و واحد آن کاندلا (Candela) با نماد cd است. این کمیت توسط منحنی توزیع شدت نور (Luminous Intensity Distribution Curve) یا LDC نمایش داده می‌شود.

منحنی توزیع شدت نور

منحنی توزیع شدت نورِ یک منبع، جهت و شدت نوری را نشان می‌دهد که از آن ساطع می‌شود. البته ممکن است مقادیر شدت نور در یک جدول جدا ارائه شوند. شدت نور معمولاً بر اساس یک منبع نور ۱۰۰۰ لومنی ارائه می‌شود.

فضای اطراف و زیرین یک منبع نوری را می‌توان به عنوان ترکیبی از چند صفحه متقاطع در نظر گرفت که به دستگاه‌های A و B و C تقسیم شده‌اند. رایج‌ترین دستگاه مختصاتی که از آن استفاده می‌شود، دستگاه صفحه C است که محور مشترک آن با یک خط عمودی گذرنده از مرکز منبع مشخص می‌شود. هر صفحه نیز با زاویه‌ای که با یک خط مرجع می‌سازد تعریف می‌شود؛ مثلاً محور لامپ.

منحنی قطبی (منحنی توزیع شدت نور)، معمولاً مقادیر اندازه‌گیری شده در صفحات $$\text{C0/C180}$$ و $$\text{C90/C270}$$ را نشان می‌دهد.

منحنی توزیع شدت نور، یک نمایش دوبعدی از توزیع فضایی شدت نور لامپ‌ها و چراغ‌ها است. نمایش سه‌بعدی رایج‌تر، مدل توزیع شدت نور است. منحنی توزیع شدت نور، یک صفحه عمودی از مدل سه‌بعدی توزیع شدت نور است. در کاتالوگ لامپ‌ها و چراغ‌ها معمولاً نمودارهایی با نام‌های $$\text{C0}$$ و $$\text{C90}$$ وجود دارد که توزیع شدت نور را نشان می‌دهند و مطابق شکل زیر بر چراغ یا لامپ عمود هستند.

منحنی توزیع شدت نور زیر را در نظر بگیرید که به صورت قطبی و برای صفحات $$\text{C90/C270}$$ و $$\text{C0/C180}$$ ارائه شده است. نقطه A در این نمودار نشان می‌دهد که شدت نور در زاویه ۳۰ درجه برابر با ۴۰۰ کاندلا و برای نقطه B که در زاویه ۲۰ درجه قرار دارد، برابر با ۸۰۰ کاندلا است. به طور کلی، اگر بخواهیم شدت نور را در یک زاویه خاص به دست آوریم، خطی را از آن زاویه و عمود بر دایره‌ها رسم می‌کنیم. محل برخورد این خط با منحنی، شدت نور را نشان می‌دهد.

شدت روشنایی (Illuminance)

شدت روشنایی با نماد E میزان شار نوری است که بر یک سطح می‌تابد و واحد آن لوکس (Lux) یا lx است. شدت روشنایی با رابطه زیر محاسبه می‌شود:

$$\large E = \frac {\Phi} { A }$$

که در آن، $$\Phi$$ شار نوری بر حسب لومن و $$A$$ مساحت سطح مورد نظر بر حسب متر مربع است. شدت روشنایی را با دستگاهی به نام لوکس متر اندازه‌گیری می‌کنند.

در استانداردهای مختلف، شدت روشنایی مناسب برای محیط‌های مختلف (مانند EN12464 برای روشنایی محیط داخلی) ارائه می‌شود. برای مثال اگر بخواهیم محاسبات مربوط به روشنایی یک اتاق نشیمن، اتاق خواب یا اتاق مطالعه را انجام دهیم، باید به جدول‌های استاندارد شدت روشنایی برای محیط‌های مختلف مراجعه کنیم.

بخشی از جدول شدت روشنایی بر حسب لوکس در نشریه شماره ۱-۱۱۰ دفتر نظام فنی اجرایی به صورت زیر است.

درخشندگی (Luminance)

درخشندگی تنها پارامتر اساسی در نورپردازی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و محسوس است. واحد درخشندگی (L)، کاندلا بر متر مربع (cd/m²) است که اصطلاحاً به آن نیت (Nit) نیز می‌گویند. از یک طرف، درخشندگی نشان دهنده میزان روشنایی یک منبع نوری و از طرف دیگر بیان‌گر میزان روشنایی یک سطح است. بنابراین، درخشندگی وابستگی زیادی به میزان انعکاس آن سطح دارد (هم رنگ و هم جنس سطح) و نشان می‌دهد که چه میزان توان نوری توسط چشم انسان از یک زاویه دید مشخص قابل تشخیص است.

خیرگی (Glare)

خیرگی یکی از نتایج منفی نورپردازی و طراحی روشنایی نامناسب است که در اثر روشنایی بیش از حد در یک ناحیه ایجاد می‌شود. استفاده از چراغ نامناسب، جایابی نامناسب چراغ و انعکاس بالا از دلایل مهم خیرگی هستند که سبب سوزش چشم و خستگی ذهن می‌شوند.

شکل زیر، خلاصه تعاریف کمیت‌های بالا و ارتباط آن‌ها با یکدیگر را نشان می‌دهد.

در آموزش‌های بعدی، اصول طراحی روشنایی را معرفی خواهیم کرد.

در صورتی که مباحث بیان‌شده برای شما مفید بوده و می‌خواهید درباره موضوعات مرتبط، مطالب بیشتری یاد بگیرید، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش‌های زیر مراجعه کنید:

• آموزش طراحی روشنایی و نورپردازی با نرم‌افزار DIALux
• مجموعه آموزش‌‌های مهندسی معماری
• آموزش مقدماتی تنظیم شرایط محیطی
• ال ای دی (LED) چیست؟ — به زبان ساده
• منبع تغذیه سوئیچینگ — به زبان ساده

^^