سیستم طراحی روشنایی ساختمان
سیستم روشنایی فضاهای داخلی ساختمان بدنبال تامین روشنایی مورد نیاز به تناسب كاربری فضا با قابلیت اطمینان بالا و با حداقل مصرف انرژی است. مشخصات فنی تجهیزات، ضوابط اساسی در طراحی‌ها، آزمون‌ها و اسلوب بازرسی و نظارت بر طراحی و اجرا، ارائه دستورالعمل‌های فنی و اجرایی نصب و راه‌اندازی از مواردی هستند كه در این نوشتار مورد بررسی قرار می‌گیرند. با توجه به نیاز منابع روشنایی برای بهره‌گیری از انرژی الكتریكی پایا و با صرفه اقتصادی، الزامات، توصیه‌ها و دستورالعمل‌های مربوط به تجهیزات طراحی روشنایی ساختمان و همچنین روش طراحی و اجرای آنها در این قسمت و با استناد به استانداردهای معتبر ملی و بین‌المللی در نشریه شماره ۶۵۴ به تفصیل ارائه می‌شود.
برخی از اصطلاحات رایج در طراحی روشنایی ساختمان
تجهیزات الكتریكی
تجهیزات الكتریكی شامل وسایل، تجهیزات، لوازم، دستگاه‌ها و مصالحی هستند كه برای تولید، انتقال، توزیع یا مصرف انرژی الكتریكی به كار می‌روند. مولدها، وسایل اندازه‌گیری، تجهیزات حفاظتی، لوازم سیم‌كشی و وسایل مصرف‌كننده انرژی الكتریكی نمونه‌هایی از این تجهیزات هستند.
تاسیسات الكتریكی
تاسیسات الكتریكی، مجموعه‌ای است از تجهیزات الكتریكی به هم پیوسته برای انجام هدف یا اهداف معین كه دارای مشخصات هماهنگ و مرتبط باشند.
مدار (مدار الكتریكی)
مدار الكتریكی به مجموعه‌ای از تجهیزات الكتریكی در یك تاسیسات اطلاق می‌شود كه از منبع واحدی تغذیه نموده و به كمك وسایل حفاظتی در برابر اضافه جریان‌ها حفاظت شده باشند.
توان مدار (وات)
كل توان مصرفی لامپ‌ها به علاوه‌ی راه‌اندازهای نصب شده در خط تغذیه، نشان‌دهنده توان مدار بوده و بر حسب وات بیان می‌شود.
جریان مجاز
جریان مجاز، حداكثر جریانی است كه بطور مداوم در شرایطی تعیین شده، بدون این كه دمای وضعیت تعادل یك هادی از میزان معینی تجاوز نماید، می‌تواند از آن عبور كند.
شدت روشنایی (لوكس)
شدت روشنایی، میزان شار نوری است كه بر واحد سطح می‌تابد. واحد آن لوكس و علامت اختصاری E است. یك لوكس برابر یك لومن بر متر مربع است. آن شدت روشنایی مورد نیاز برای هر فضای داخلی با توجه به نوع و ماهیت كاربری پیش‌بینی شده در فضا و یا دقت مورد نیاز برای آن كاربری، با مراجعه به جداول طبقه‌بندی میزان شدت نور مورد نیاز برای كابری‌‌های مختلف در استانداردها تعیین می‌شود.
شدت روشنایی افقی
شدت روشنایی افقی، میزان شار نوری است كه بر واحد سطح افقی می‌تابد و در تامین روشنایی سطوح افقی نظیر میز كار و سطح زمین اهمیت پیدا می‌كند. واحد آن لوكس و علامت اختصاری آن Eh است.
شدت روشنایی عمودی
شدت روشنایی عمودی، میزان شار نوری است كه بر واحد سطح عمودی می‌تابد و در تامین روشنایی سطوح عمودی نظیر تابلوهای نقاشی در موزه‌ها اهمیت پیدا می‌كند. واحد آن لوكس و علامت اختصاری آن Ev است.
دمای رنگ
عددی است كه بیان‌كننده رنگ نور خروجی از منبع روشنایی بوده و بر حسب درجه كلوین بیان می‌شود. هر چه این عدد بیشتر باشد، رنگ نور به رنگ‌های سرد و سفید نزدیكتر است و هر چه این عدد كوچكتر باشد، رنگ به محدوده رنگ‌های گرم منتشر شده از منابع التهابی نزدیكتر است. وقتی گفته می‌شود دمای رنگ یك لامپ فلورسنت ۴۰۰۰ درجه كلوین است به این معنی است كه اگر جسم سیاه را تا ۴۰۰۰ درجه كلوین گرم كنیم، نوری به رنگ لامپ فلورسنت منتشر می‌كند. دمای رنگ تولید شده توسط انواع لامپ‌های مورد استفاده در طراحی روشنایی فضاهای داخلی شده است.
بالاست
در لامپ‌های فلورسنت با توجه به نیاز لامپ به راه‌اندازی، از مدارهای بالاست استفاده می‌شود. بالاست لامپ‌ها در دو نوع مغناطیسی و الكترونیكی و با ساختارهای متفاوت عرضه می‌شوند. بالاست مغناطیسی از دو جزء چك (سلف مغناطیسی) و استارتر تشكیل شده‌اند. تولید ولتاژ بالای راه‌اندازی، محدود كردن جریان، فیلترینگ جریان تغذیه از پالس‌های سوزنی از وظایف بالاست مغناطیسی است. در مقابل بالاست الكترونیكی فاقد چك و استارتر بوده و اساس كار آن یكسوسازها و مبدل‌های فركانس بالا است.
ارتفاع موثر نصب چراغ (ناحیه اتاق)
عبارتست از فاصله قائم چراغ‌های سیستم روشنایی تا بالای سطح كار. در محاسبه ارتفاع موثر نصب چراغ، مقادیر ارتفاع طبقه، فاصله سقف كاذب از سقف طبقه و ارتفاع سطح كار از كف طبقه باید مورد توجه قرار گیرد.
نسبت حداكثر فاصله چراغ‌ها به ارتفاع موثر
در طراحی سیستم‌های روشنایی داخلی به منظور اطمینان از یكنواختی نور در سطح مساحت فضا، حداكثر فاصله بین دو چراغ و همچنین حداكثر فاصله مركز چراغ با دیوارهای جانبی با عددی در جداول مشخصات فنی چراغ‌ها تعیین می‌شود.
افت ولتاژ
كاهش ولتاژ در طول یك مدار تغذیه در اثر مقاومت اهمی و راكتانس سلفی تجهیزات را افت ولتاژ گویند. افت ولتاژ معمولاً بر حسب درصد بیان می‌شود. طراح باید انتخاب تجهیزات را طوری انجام دهد كه میزان افت ولتاژ در محدوده‌ی مشخصی كه توسط استاندارد تعیین می‌شود كنترل شود.
ارزیابی فضا برای طراحی روشنایی ساختمان
آسایش، ایمنی، سلامت و بهداشت حرفه‌ای و صرفه اقتصادی از نظر هزینه‌های اجرا و مصرف انرژی، از مهمترین جنبه‌هایی هستند كه باید در تمامی مراحل طراحی، اجرا و بهره‌برداری از سیستم‌های روشنایی مورد توجه قرار گیرند. این موارد از مهمترین بخش‌های دفترچه محاسبات روشنایی طراحان بوده و در صورت درخواست صاحب كار و یا هنگام كنترل طراحی‌ها توسط مرجع ذیصلاح باید ارائه شود.
- شناسایی نیازهای مجموعه به شدت روشنایی در نقاط مختلف
- بررسی آثار زیستی استفاده از لامپ‌های مختلف با توجه به طیف بسامد نور در انواع لامپ‌ها و بر اساس كاربری فضا
- میزان انعكاس نور در سطوح مكان نظیر سقف و دیوارها
- دوره زمانی استفاده از سیستم روشنایی در طول شبانه روز و امكان بهره‌گیری از نور طبیعی روز
- ارائه پیش‌بینی‌های لازم برای پوشش نقاط كور احتمالی در محیط و در نظر گرفتن آنها در تعداد و آرایش چراغ‌ها
- بررسی مسیر تغذیه منابع روشنایی از منبع توان، موانع و معارضین مسیر تغذیه مانند لوله‌های آب و گاز
- در نظر گرفتن حریم خطوط برق با توجه به استانداردهای ملی و بین‌المللی برای حریم خطوط انتقال، ارائه پیشنهاد جهت رفع معارض و یا تغییر مسیر.
- بررسی موانع و معارضین نصب چراغ‌ها در سقف و دیوارها، انطباق با سایر تجهیزات مانند جرثقیل‌های سقفی و تیرهای آهن در محیط‌های كارگاهی، پروژكتورهای منصوب در سقف فضاهای آموزشی و سالن‌ها.
بدیهی است در طراحی سیستم روشنایی می‌بایست تمامی موارد بالا را بعلاوه نكاتی كه بر حسب ضرورت محیط تحمیل می‌شود، بررسی و در تمامی مراحل طراحی در نظر داشته باشد. تمامی داده‌های لازم برای طراحی سیستم روشنایی در مراحل ارزیابی توسط طراح برداشت می‌شود.
طبقه‌بندی فضاها بر اساس نیاز به شدت روشنایی
در این قسمت، میزان شدت روشنایی مورد نیاز برای كاربری‌های مختلف طبقه‌بندی شده و از نتایج آن برای تعیین تعداد و آرایش چراغ های سیستم روشنایی داخلی استفاده می‌شود. شدت روشنایی مورد نیاز برای هر فضای داخلی با توجه به نوع كاربری فضا از مهمترین اطلاعات لازم برای طراحی سیستم روشنایی داخلی بوده و ذكر میزان این پارامتر (E) در ابتدای محاسبات روشنایی در دفترچه محاسبات الزامی است.
شدت روشنایی مورد نیاز بر حسب لوكس با هدف مدیریت مصرف انرژی در بخش روشنایی تا آنجا كه ممكن است معادل مقادیر پیشنهادی انتخاب می‌شود. اگر شرایط فنی و اقتصادی محیط ایجاب كند میتوان شدت روشنایی بیش از مقادیر پیشنهادی را در نظر گرفت ولی شدت روشنایی نمی‌تواند كمتر از مقادیر حداقل باشد.
بهینه‌سازی مصرف انرژی در طراحی سیستم روشنایی و به خصوص در فضاهایی كه امكان استفاده از نور طبیعی روز وجود دارد باید همواره در طراحی سیستم روشنایی لحاظ شود.
طراحی روشنایی ساختمان
در این قسمت، مراحل طراحی روشنایی ساختمان مطلوب برای فضاهای داخلی با استفاده از روش‌های لومن منطقه‌ای (نوع اول و نوع دوم) ارائه شده است. روش لومن منطقه‌ای (نوع اول) دقیقتر است. روش طراحی لومن منطقه‌ای (نوع دوم) سریعتر بوده و به ندرت مورد استفاده طراحان قرار میگیرد. طراح سیستم روشنایی باید ابتدا با توجه به ارزیابی‌هایی كه در مورد فضا انجام می‌دهد، اطلاعات اصلی در مورد كاربری، ابعاد دقیق فضا، ارتفاع سطح كار، میزان انعكاس نور از سطوح داخلی فضا را بدست آورد. در ادامه با توجه به اطلاعات بدست آمده و شرایط محیط، كاربری و نیازهای فضا، طراح نسبت به انتخاب نوع چراغ اقدام و طراحی سیستم روشنایی با استفاده از مشخصات و جداول فنی چراغ اقدام خواهد بود.
لامپ‌ها
بطور كلی با توجه به ساختار تولید شار نوری با استفاده از انرژی الكتریكی، لامپ‌ها به دو دسته لامپ‌های رشته‌ای (التهابی) و لامپ‌های گازی (تخلیه در گاز) تقسیم می‌شوند. البته لامپ‌هایی با فناوری تركیب این دو دسته مانند لامپ‌های آمیخته نیز وجود دارند. لامپ‌های رشته‌ای بر اساس عبور جریان الكتریكی از فلزی با مقاومت بالا مانند تنگستن كه بصورت مارپیچ درون حبابی كه از گاز خنثی پر شده تشكیل شده است. در این لامپ با افزایش گرما، طیف تشعشع شدت توسط لامپ به شمت حدود طول موج كوتاهتر یعنی رنگ سفید حركت می‌كند. البته بیشترین تشعشع در این درجه حرارت در گستره مادون قرمز قرار میگیرد كه باعث تلف شدن انرژی به صورت گرما می‌شود.
لامپ كم مصرف (پر بازده)
بر اساس تعریف مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان، لامپ با بازده نوری بیش از ۵۵ لومن بر وات را لامپ كم مصرف می‌نامند.
برچسب انرژی
برچسب انرژی، شاخصی است به منظور مشخص كردن كیفیت تجهیزات مصرف‌كننده انرژی از نظر بهره‌وری در مصرف انرژی. برچسب انرژی توسط مقامات ذیصلاح به منظور نصب بر روی كلیه تولیدات صنعتی نصب می‌شود.
لامپ رشته‌ای
لامپ رشته‌ای از فلزی با مقاومت بالا مانند تنگستن كه بصورت مارپیج درون حبابی كه از گاز خنثی پر شده است تشكیل شده است.
محاسن لامپ‌های رشته‌ای شامل موارد زیر است.
- رنگ دهی مطلوب
- كوچكی اندازه
- قیمت كم و عدم نیاز به راه‌اندازی
- قابلیت دیمر شدن بدون تیاز به وسایل جانبی
معایب لامپ‌های رشته‌ای شامل موارد زیر است.
- بازده روشنایی پایین به علت ایجاد گرما توسط نور مادون قرمز و هدر رفتن این گرما
- عمر كوتاه این لامپ‌ها در مقابل اضافه ولتاژ
- ته نشین شدن بخارات تنگستن روی حباب
لامپ تخلیه
عملكرد لامپ‌های تخلیه بر اساس تحریك اتم‌های گاز توسط عبور الكترون‌های پرانرژی از داخل گاز است كه در اثر برخورد با اتم‌های خنثای گاز سبب تحریك آنها می‌شود.
لامپ‌های تخلیه به وسیله برانگیخته كردن بخارات فلز یا گاز درون حباب روشنایی ایجاد می‌كنند این كار با ایجاد ولتاژ بین دو الكترود واقع در انتهای حباب لوله‌ای شكل این لامپ‌ها و تاثیر بر روی گاز خنثی یا بخار فلز درون فلز ایجاد می‌شود. در مسیر لوله حباب، الكترون‌های جدا شده از الكترود با ذرات گاز خنثی یا بخارات فلز برخورد كرده و با باردار كردن آنها باعث برانگیخته شدن و تشعشع انرژی به صورت نور می‌شود. با توجه به این كه هر گاز، طول موج خاص خود را منتشر می‌كند، در لامپ‌های تخلیه بر خلاف لامپ‌های التهابی، طیف پیوسته‌ای از نور ایجاد نمی‌شود. در ادامه ساختار فنی و مشخصات كلی هر نوع لامپ آمده است.
لامپ هالوژن
لامپ هالوژن با هدف رفع مشكل ته نشین شدن بخارات تنگستن روی حباب و سیاه شدن حباب عرضه شد. اساس كار لامپ هالوژن به این گونه است كه فیلامان تنگستن تا حدود نقطه ذوب گرم می‌شود و بخارات ناشی از تبخیر سطحی تنگستن با هیدروژن درون لامپ تولید تنگستن هالید می‌كند. تنگستن هالید مشكل ته‌نشین شدن بخارات تنگستن روی حباب و سیاه شدن حباب را بر طرف كرده و پس از برخورد به جداره لامپ و به علت كاهش دما، دوباره به هیدروژن و تنگستن تبدیل شده و تنگستن دوباره به فیلامان برگشته و این روند همچنان ادامه دارد.
لامپ‌های فشرده فلورسنت
لامپ‌های فلورسنت فشرده دارای ساختاری مشابه ساختار لامپ‌های فلورسنت معمولی هستند با این تفاوت كه حباب آنها به صورت منحنی پیچیده می‌شود و از این رو اندازه كوچكتری داشته و از راه‌انداز الكترونیكی بهره می‌برند.
لامپ‌های فلورسنت
لامپ فلورسنت یك لامپ تخلیه كم فشار است كه از بخار جیوه به عنوان گاز درون لوله استفاده شده است. در این لامپ، حباب به شكل یك لوله با دو الكترود در دو طرف آن ساخته می‌شود. بعد از تحریك گاز و تبخیر جیوه، تشعشعات ماوراء بنفش توسط بخار جیوه ایجاد می‌شود. سطح داخلی لوله تخلیه با ماده فلورسنت پوشیده شده تا تشعشعات ماوراء بنفش را به اشعه قابل دید تبدیل كند. در دو انتهای لوله نیز دو الكترود از جنس تنگستن قرار می‌گیرند.
لامپ متال هالید
لامپ‌های متال هالید نسل پیشرفته لامپ‌های جیوه‌ای هستند. ساختار و كاركرد لامپ‌های متال هالید شبیه لامپ‌های جیوه‌ای بوده با این تفاوت كه به جای جیوه دارای تركیبی از متال هالیدها هستند. متال هالید در دمای پایینتری نسبت به فلز خالص ذوب می‌شود. این تفاوت به لامپ‌های متال هالید این خاصیت را می‌دهد كه خود فلز در هنگام كاركرد قطعاً به بخار تبدیل نمی‌شود. بازده نوری بسیار خوب، كیفیت رنگ و طول عمر بالا از مزایای لامپ‌های متال هالید به شمار می‌آید.
بالاست‌ها
به منظور راه‌اندازی لامپ‌های فلورسنت، از تجهیزاتی به نام بالاست استفاده می‌شود. بالاست از دو نوع مغناطیسی (مرسوم) و الكترونیكی تشكیل شده‌اند. بالاست مغناطیسی از دو جزء چك (سلف مغناطیسی) و استارتر تشكیل شده‌اند. تولید ولتاژ بالای راه‌اندازی، محدود كردن جریان، فیلترینگ جریان تغذیه از پالس‌های سوزنی از وظایف بالاست مغناطیسی است. در مقابل بالاست الكترونیكی فاقد چك و استارتر بوده و اساس كار آن یكسوسازها و مبدل‌های فركانس بالا است. بالاست الكترونیكی با استفاده از تغییر فركانس، ولتاژ را كم كم افزایش داده و لامپ را با كمترین ولتاژ روشن می‌كند. سرعت بالای روشن شدن، كاهش مصرف انرژی بالاست، افزایش شار نوری، بهبود ضریب توان و افزایش طول عمر مفید لامپ از محاسن بالاست الكترونیكی بشمار م‌آیند.
طراح سیستم روشنایی با توجه به نوع لامپی كه برای سیستم روشنایی در نظر میگیرد بر حسب ضرورت، نسبت به انتخاب بالاست و انجام طراحی‌های لازم در مورد آن اقدام می‌نماید.
چراغ‌های روشنایی
منابع روشنایی با توجه به شكل هندسی لامپ‌ها و بالاست‌ها، به منظور نگه داشتن لامپ و همچنین هدایت نور در جهت‌های دلخواه، نیاز به یك نگهدارنده و قاب منعكس كننده دارند. چراغ‌های بصورت توكار، روكار و یا آویزان از سطح نصب می‌شوند. منحنی توزیع شار نوری به مشخصات قاب منعكس كننده چراغ، شكل و مواد بكار رفته در آن بستگی دارد. چراغ‌ها اگر چه با جذب مقداری از انرژی نورانی منابع انرژی بازده‌ی نوری را كاهش می‌دهند، اما باعث هدایت نور در جهت مناسب بصورت مستقیم یا غیرمستقیم و همچنین جلوگیری از خیرگی و مزاحمت نور می‌شوند.
تجهیزات فرمان و كنترل روشنایی
سیستم فرمان و كنترل زمان عملكرد منابع روشنایی از مهمترین عناصر سیستم روشنایی بحساب می‌آید. سیستم فرمان مطلوب با عملكردی پایا و مطمئن، با كنترل صحیح و به موقع روشن/ خاموش منابع روشنایی به دنبال تامین اهداف سیستم روشنایی با حداقل مصرف انرژی است. همچنین یك سیستم فرمان مطلوب، ضمن تامین نیازهای روشنایی باید بتواند از مشكلات احتمالی بهره‌برداری بكاهد و امكان كاهش سطح روشنایی فضا بطور یكنواخت، روشن/ خاموش نگاه داشتن چراغ‌های محیط‌های مستقل را فراهم نماید. دارا بودن كلید كنترل به تعداد لازم و در محل مناسب، قابلیت امكان كاهش یكنواخت سطح روشنایی در فضا و تناسب نوع و مشخصات فنی كلیدها با جریان اسمی مدار تغذیه روشنایی از جمله مهمترین مواردی هستند كه باید در مراحل طراحی روشنایی ساختمان و كنترل روشنایی مد نظر قرار گیرند.