پاورپوینت مهندسی روشنایی

بسم الله الرحمن الرحیم

اهمیت موضوع – یادآوری مفاهیم علمی مهندسی روشنایی – کمیات سنجش روشنایی – اصول طراحی سیستم روشنایی طبیعی – منابع الکتریکی (لامپها و چراغها) – اصول طراحی و نگهداری سیستم روشنایی مصنوعی – روشهای اندازه گیری و ارزیابی روشنایی عمومی و موضعی در محیط کار
عناوین:

پیامدهای کار تحت سیستم روشنایی نامطلوب:

خستگی چشم
اشکال در تطابق و دید اشیاء و رنگها
کاهش بهره وری و کارایی شغلی
خیرگی و صدمه به شبکیه
افزایش حوادث
اختلالات اسکلتی عضلانی
. . . .

سیستم روشنایی مطلوب:
ویژگیهای روشنایی مطلوب صرف نظر از منبع تامین آن در موارد زیر خلاصه می گردد.

شدت روشنایی مطابق استاندارد (عمومی و موضعی)
تناسب منابع روشنایی با ماهیت کار و رنگ دهی مناسب طیف
تناسب چیدمان منابع و یکدستی توزیع روشنایی (عدم وجود سایه روشن محسوس)
عدم مزاحمت درخشندگی سطوح، پنجره ها و منابع روشنایی
رنگ و انعکاس مناسب سطوح داخلی بمنظور توزیع روشنایی
نگهداری صحیح منابع و سطوح

آیا سیستم روشنایی کارگاه از نظر بهداشتی مطلوب است؟
1 -روشنایی مطلوب: واجد تمام معیارهای مطلوبیت

2- روشنایی معیوب: واجد برخی از معیارهای مطلوبیت و قابل اصلاح

2- روشنایی نامطلوب: واجد برخی از معیارهای مطلوبیت و غیر قابل اصلاح نیاز مند بازمهندسی

عوامل موثر بر دیدن:
علاوه بر سلامتی چشم عوامل زیر در روئیت اشیاء و تصاویر نقش اساسی دارند:

1- شدت روشنایی
2- اندازه شئ یا تصویر
3- طول زمان روئیت
4- طول موج نور یا طیف بازتابی
5- ضریب انعکاس سطوح
6- تباین

آمار چه می‏گوید؟

17% کارگاهها دارای شرایط نامناسب روشنایی بوده اند.
12% کارگران در معرض روشنایی نامناسب قرار داشته اند.
جمع بندی آمار موجود در مرکز سلامت محیط و کار وزارت بهداشت در سال 1386:
نتایج ارزیابی روشنایی در 320 کارگاه صنعتی بالای 20 کارگر در 7 منطقه صنعتی (همدان، مشهد، قزوین، آمل، تنکابن ، زنجان, قم ) که در آنها تعداد 17829 نفر کارگر مشغول کار بوده‏اند نشان داد که تنها 5424 نفر معادل 4/30% در محیطهای کاری با روشنایی مطلوب مشغول کار بوده‏اند.

مبانی علمی مهندسی روشنایی

رفتارهای امواج نوری
بازتابش
تفرق
انحراف
تداخل
شکست

ضریب انعکاس نور برخی مصالح و رنگها

کمیات سنجش روشنایی
1- شار نوری منبع:
شار نورانی منبع یا توان نوری منبع عبارتست از توان نوری ساطع شده از منبع نورانی که با واحد لومن lm بیان می گردد و با Φ نشان داده می شود.
یک لومن شار نورانی ساطع شده از یک شمع استاندارد در یک استرادیان (زاویه فضایی) است.
یک وات 683 لومن است

2- شدت نور منبع:
شدت نور منبع، با نماد I و با واحد شمع استاندارد یا کاندلا cd بیان می‏گردد.
بطور عملی یک کاندلا، شدت نور ناشی از یک منبع نورانی با سطح(1/60) cm2 از جسم سیاه در درجه ذوب پلاتین (2045°k) در فشار یک اتمسفر (101325 Pa) است. شدت تابش نور از این منبع را به عنوان شمع استاندارد می گیرند. شار عبوری از سطح کره در هر زاویه فضایی حائز اهمیت است. سطح کره با شعاع واحد به‏صورت زیر محاسبه می‏شود:

لذا می توان گفت انتشار نور ناشی از یک منبع نقطه‏ای با شدت
یک کاندلا، که بصورت فضایی تابش روشنایی دارد، در هر زاویه فضایی یک لومن شار نورانی منتشر می‏کند

شدت روشنایی با نماد E ، عبارتست از میزان شارنورانی دریافت شده توسط یک سطح معین می باشد، واحد های آن فوت کاندل fc و لوکس Lx می باشد. واحد بین المللی شدت روشنایی لوکس lx است. یک لوکس،شدت روشنایی است که از یک شمع استاندارد در فاصله یک متری توسط سطح یک متر مربعی دریافت می شود یا بر آن سطح تابیده شود فوت کندل: شدت روشنایی است که از یک شمع استاندارد (یک کاندلا) در فاصله یک فوتی توسط یک فوت مربعی دریافت شود، یا برآن سطح تابیده شود fc = 11 lx .
3 – شدت روشنایی (E):

قانون عکس مجذور فاصله

در محیط های مسکونی، تجاری، عمومی و صنعتی برای آسایش افراد، شدت روشنایی در جداول مخصوصی بیان گردیده است. حداقل شدت روشنایی قابل قبول 50 لوکس می باشد
استانداردهای شدت روشنایی

مقدار روشنایی است که از یک سطح یا از یک منبع روشنایی به ساطع می گردد. به عبارت دیگر این کمیت بیان کننده چگالی نور در منبع تولید یا در روی سطوح بازتابشی است.واحد اصلی این معیار cd/m2 یا nit است. برای روئیت اشیاء و تشخیص در حد تاریکی و روشنی باید حداقل cd/m2 01/0درخشندگی موجود باشد. در درخشندگی بالاتر تا cd/m2 3 تشخیص رنگ به سختی امکان پذیر است و در درخشندگی بالاتر از cd/m23 دید رنگها آسان می‏شود.درخشندگی بالاتر از cd/m2 100 ممکن است چشم را دچار خستگی نمایند یا سبب آزار ناظر گردد،
4- درخشندگی یا چگالی نور (L)

رابطه مهم بین درخشندگی، شدت روشنایی و ضریب انعکاس سطوح

5- ضریب بهره نوری()
این ضریب اختصاصا برای منابع الکتریکی در نظر گرفته می شود و نسبت بین توان نوری منبع به توان الکتریکی آن است، واحد این ضریب لومن بر وات است.

قوانین تابش نور :
1- در صورتی که منابع روشنایی محدود نشده باشند می توانند در تمام جهات تابش داشته باشند و هر ناظر چه از منبع روشنایی دورتر باشد شدت روشنایی کاهش پیدا می کند. در ارتباط با تغییرات شدت روشنایی به نسبت فاصله ، قانون عکس مجذور فاصله صادق می باشد. رابطه زیر برای هر فاصله r از منبع نقطه ای صادق است:

قوانین تابش نور :
2- در صورتی که تابش روشنایی روی سطوح افقی در نقاطی مد نظر باشد که تابش با زاویه نسبت به خط عمود بر سطح انجام گردد، در این صورت شدت روشنایی در هر نقطه روی سطح افق تابع شدت نور منبع، فاصله موثر منبع تا نقطه مورد نظر و کسینوس زاویه تابش نسبت به خط عمود بر سطح خواهد بود:

قوانین تابش نور :
3- اگر تابش روشنایی روی سطوح قائم در نقاطی مد نظر باشد که تابش با زاویه نسبت به خط عمود بر سطح انجام گردد، در این صورت شدت روشنایی در هر نقطه روی سطح افق تابع شدت نور منبع، فاصله موثر منبع تا نقطه مورد نظر و سینوس زاویه تابش نسبت به سطح قائم خواهد بود.

قوانین تابش نور :
4- تابش نور از یک منبع نقطه‏ای روی یک سطح شیب‏دار، ترکیبی از دو حالت قبل است. در این حالت شدت روشنایی روی این سطح وابسته به زاویه تابش θ و زاویه شیب سطح نسبت به خط افق β دارد.

قوانین تابش نور :
5- در محیطهایی که بیش از یک منبع روشنایی دارند، شدت روشنایی روی سطوح در هر نقطه بدون در نظر گرفتن بازتابش سطوح، حاصل جمع شدت روشنایی نسبی حاصل از هر منبع نوری خواهد بود:
 

روشهای اندازه گیری و ارزیابی سیستم تامین روشنایی مصنوعی

نکات مهم در ارزیابی روشنایی
الف – تعیین هدف اندازه‏گیری
ب – انتخاب وسیله مناسب اندازه‏گیری و کالیبراسیون
ج – گردآوری اطلاعات مورد نیاز از محل و نیازهای استفاده کنندگان
د – زمان اندازه‏گیری
ه – تعیین روش مناسب اندازه‏گیری
و – شناخت و توجه به استانداردهای روشنایی عمومی و موضعی

انتخاب وسیله و کالیبراسیون
لوکس متر
اندازه گیری درخشندگی

لوکس متر
ساده
تاشو
سنسور جدا
سنسور درخشندگی
هاگنر
TES
سایر

لوکس متر
دریافت کننده
پردازشگر
نمایشگر

روش کار
شرایط محیط
سایه و نیم سایه
دریافت کننده در ارتفاع عمومی کار
به صورت افقی
قرائت به صورت تجربی
بیشترین تکرار در 10 ثانیه

کالیبراسیون
کالیبراسیون نقطه صفر
چرم، پارچه، کف دست
کالیبراسیون منبع استاندارد
تجهیزات و منابع خاص
در فاصله معین
استفاده از دانسیته انرژی

زمان اندازه گیری
ارزیابی روشنایی توام
31 تیر، 30 مهر، آخر اسفند، 30 دی
ساعتهای: 16-8
ارزیابی روشنایی مصنوعی
بهترین شرایط شب هنگام
قبل از طلوع و بعد از غروب خورشید

اندازه گیری روشنایی به دو صورت کلی انجام می گیرد: – اندازه گیری و ارزیابی روشنایی عمومی – اندازه گیری و ارزیابی روشنایی موضعی
اندازه گیری و ارزیابی روشنایی

اندازه گیری روشنایی موضعی:

اندازه‏گیری موضعی در محل کار کارگر و نیز دقیقا بایستی در محل دید کارگر انجام شود مثلا اگر میز کار است روشنایی روی میز کار اندازه‏گیری گردد زاویه‏ها و فاصله‏ها دقیقا بایستی مراعات گردد و اندازه‏گیری با حضور کارگر انجام شود تا در صورت وجود نیم‏سایه یا عوامل دیگر شرایط عیناً لحاظ گردد.

اندازه گیری روشنایی عمومی:
1- روش شبکه ای
2- روش الگویی: بسته به نوع چیدن چراغها و نوع آنها (نقطه ای- خطی) طبق الگوهایی که از طرف انجمن مهندسین روشنایی امریکای شمالی IESNA است که در شش الگو خلاصه شده است:

روش شبکه ای برای روشنایی داخلی
برای مکانهای سربسته و محوطه‏ها، ابعاد هر خانه شطرنجی 3 تا 10 متر بسته به ابعاد مکان، تعیین ‏شود. بطور مثال برای طول و عرض 35 در 15 متر، تعداد 21 خانه شطرنجی منتظم به ابعاد 5 × 5 متر تقسیم گردد. در مکانهای کوچک، ابعاد خانه‏ها نباید از 3 × 3 متر کمتر باشد

روش الگویی
الگوهای پیشنهادی انجمن مهندسین روشنایی امریکای شمالی مبتنی بر اندازه‏گیری نمونه‏های وزن یافته‏ای از مقادیر شدت روشنایی در اماکن است که از نظر آماری، ضرایب یا ارزش هر خوشه ایستگاه تعیین شده و بسته به الگوی چیدمان چراغ در محاسبه متوسط شدت روشنایی لحاظ شده است. در این الگوها حتی برای مکانهای وسیع، حداکثر 18 ایستگاه اندازه‏گیری برای تعیین متوسط شدت روشنایی کافی است. جالب اینکه، نقاط شدت روشنایی حداقل و حداکثر هم در آن معلوم می‏شود.

1- وقتی تنها یک منبع موجود باشد

2- منابع خطی متصل در یک ردیف

3- منابع خطی منفصل در یک ردیف

4- منابع خطی متصل در چند ردیف

5- منابع نقطه‏ای در چند ردیف

6- منابع حاشیه یا روی دیوار

ملاک ارزیابی روشنایی
مقادیر استاندارد
ویژگی کیفی مناسب

ملاک ارزیابی روشنایی
در سیستم روشنایی مطلوب؛ باید:

1. متوسط شدت روشنایی مطابق استاندارد باشد.
2. اصول کلی طراحی (تعداد چراغ، ارتفاع طراحی، چیدمان) رعایت شده باشد .
3. تناسب نوع منابع روشنایی ( از نظر رنگ دهی و تناسب با کار):
4. ضریب انعکاس و درخشندگی سطوح داخلی در حدی باشد که سبب آزار کارکنان نشود.
5. سایه روشن محسوس نداشته باشد ( یکدستی توزیع روشنایی )
6- نگهداری سیستم روشنایی مطلوب و تعویض بموقع لامپهای سوخته انجام شده باشد.

اظهار نظر نهایی در مورد ارزیابی سیستم روشنایی
وضعیت روشنایی مطلوب است.
وضعیت روشنایی معیوب و نیاز به اصلاحات دارد.
وضعیت روشنایی نامطلوب است و نیاز به بازمهندسی دارد.

اصول مهم در طراحی و نگهداری سیستم روشنایی طبیعی

نور خورشید
عرض جغرافیایی
فصل
موقعیت خورشید
موقعیت مکانی
ساعت روز
ابعاد پنجره
ضلع قرار گیری پنجره
خصوصیات شیشه
جنس سطوح

موقعیت خورشید
ارتفاع خورشید :Altitude
زاویه انحراف خورشید: Azimuth

مبانی طراحی روشنایی
موقعیت محل
موقعیت خورشید
زمان تابش
بازتابش آسمان
بازتابش زمین

اصول طراحی روشنایی طبیعی

اصول طراحی روشنایی طبیعی (ادامه)

منابع تامین روشنایی

سیستمهای تامین روشنایی:
تامین روشنایی با بکارگیری منابع طبیعی یا مصنوعی انجام می‏گردد.
اولویت با منبع طبیعی خورشید است اما کار در مکانهایی با عمق زیاد و یا در ساعات نامناسب امکان استفاده از روشنایی خورشید را محدود و گاه غیرممکن می نماید لذا می توان به روشهای فنی و با استفاده از اصول طراحی فنی با استفاده از منابع الکتریکی روشنایی کافی و مطلوبی را تامین نمود.

مشخصه های اصلی لامپ ها:

1- شار نورانی برحسب لومن
2- ضریب بهره نوری
3- عمر لامپ- که براساس هزار ساعت کارکرد تعیین می شود البته عمر براساس حداقل انتظار شار نوری و یا درصدی از لامپهای سوخته اعلام می شود و یا عمر لامپ ها که 50% از آنها سوخته باشد.
4- درخشندگی لامپ – لامپ هایی که در ارتفاع کم قرار می گیرند باید درخشندگی پائینی داشته باشند.
5-رنگ دهی لامپ: رنگ دهی بیان کننده امکان دید تفکیکی رنگها در زیر نور یک منبع نسبت به نور خورشید است. نور خورشید رنگ دهی 100% دارد.

انواع لامپ:
لامپ ها را بطور کلی به دو دسته تقسیم می کنند:

1-لامپ های رشته ای incandescent lamp

2-لامپ های تخلیه در گاز discharge lamp

خصوصیات چراغها:
خصوصیات فنی چراغها برای انتخاب آنها متناسب با مکان مورد استفاده، دارای اهمیت زیادی است. مسئولیت انتخاب بهترین چراغ همواره با طراح روشنایی است. مهمترین خصوصیات فنی که در طراحی روشنایی مد نظر است، شامل موارد زیر می‏باشد:

مشخصات مکانیکی
استاندارد ساخت
نوع و مشخصات لامپ و بالاست (توان الکتریکی لامپ و بالاست)
درجه حفاظت
وضعیت تهویه برای تبادل حرارت با محیط
محدودیتها یا ویژگیهای خاص
نحوه نگهداری و تعمیرات
مشخصات مربوط به منحنی قطبی با توجه با هدف استفاده

انواع چراغها
چراغها از نظر دسته بندی کلی شامل نقطه ای و خطی می باشند

چراغها از نظر کاربرد دارای انواع مختلف می باشند:
چراغهای التهابی، هالوژنه و بازتابی
چراغهای فلورسنت و فلورسنت فشرده
چراغهای کارگاهی ( کاسه ای، زنگوله ای یا چهار گوش)
چراغهای خیابانی
چراغهای زینتی
چراغهای ویژه

درجه حفاظت چراغ:

ضریب بهره روشنایی چراغ:
به دلایل مختلف تمام شار نوری تولید شده توسط چراغ به محل استفاده تابش نمی‏کند. ضریب بهره روشنایی چراغ CU بیان کننده نسبتی است از شار نوری عملی چراغ به شار نامی آن. عوامل متعددی روی بهره روشنایی چراغ موثر هستند:
خصوصیات فنی و جنس چراغ، جذب نور در داخل کاسه چراغ، ضریب انعکاس سطوح مکان کاربرد چراغ، ارتفاع طراحی مهمترین آنها هستند.
به طور عملیاتی این ضریب هرگز به یک نمی‏رسد.

اصول مهم در طراحی و نگهداری سیستم روشنایی مصنوعی

سیستمهای تامین روشنایی مصنوعی
1- طراحی روشنایی داخلی
2- طراحی روشنایی محوطه ای
3- طراحی روشنایی جاده ای
4- طراحی روشنایی خاص و تبلیغاتی

سیستم های پخش روشنایی

اساس طراحی روشنایی داخلی