مفهوم زاویه تابش در لامپ LED و صرفه جویی حاصل از آن در تامین روشنایی
برای داشتن درک درستی از نور و روشنایی یک فضا و اینکه چگونه در خرید لامپ LED یک انتخاب صحیح و آگاهانه انجام
دهیم، لازم است تا با مفاهیم روشنایی آشنا شویم تا ضمن صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی، نور مناسب را برای محیط زندگی
خود فراهم نماییم. در این نوشته ابتدا به تشریح مفاهیم پر کاربرد حوزهی نور و روشنایی پرداخته شده و در ادامه به بیان چگونگی
انتخاب یک لامپ LED مناسب برای تامین نور محیط میپردازیم:
کل نور تابش شده از یک منبع نوری در واحد زمان در تمامی جهتها در فضا را شار نوری (Luminous Flux) مینامند.
واحد اندازهگیری شار نوری لومن نام دارد که با (lm) نشان داده میشود. شار نوری یکی مشخصههای یک لامپ برای ارزیابی
میزان نوردهی آن است. در یک دمای رنگ یکسان هرچه شار نوری لامپ بیشتر باشد، لامپ پر نورتر به نظر میرسد. برای روشنتر
شدن این موضوع فرض کنید دولامپ حبابی شکل با توان مصرفی یکسان و با نور آفتابی و دمای رنگ 3000 کلوین موجودند. شار
نوری یکی از آنها lm350 و شار نوری دیگری lm 400 است. لامپ با شار نوری lm400 پرنورتر به نظر میرسد. متاسفانه
تصور اشتباهی در میان برخی از خریداران لامپ وجود دارد که میپندارند هرچه توان لامپ بیشتر باشد آن لامپ
پرنورتر است و باید هزینهی بیشتری بابت خرید آن لامپ بپردازند. درحالیکه این تصور کاملاً غلط است، زیرا برای
مقایسهی نوردهی لامپها در هنگام خرید باید به شار نوری آنها توجه نمود.
از طرف دیگر، عمدهی لامپهای التهابی و کم مصرف CFL به نحوی طراحی و ساخته میشوند که نور ساطع شده از آنها در
تمامی جهات میتابد و به نحوی غیر جهتدار یا همهسوتاب محسوب میشوند. در حالیکه در لامپهای LED با توجه به تنوع
تولید آنها در ابعاد و شکلهای متنوع علاوه بر محصولات همهسوتاب، محصولاتی ارائه گردیده است که جهتدار نامیده میشوند و
به عبارت دیگر عمدهی نور ساطع شده از آنها در جهت خاصی تابیده میگردد. از اینرو، نکتهی مهم دیگر در انتخاب یک لامپ
LED مناسب این است که باید دقت شود که لامپ خریداری شده در چه نوع چراغی استفاده شده و نور لامپ خریداری شده چه
استفاده ای برای ما دارد. بهتر است تا منظور از نوع استفاده را با ذکر مثالی شرح میدهیم. فرض کنید شما میخواهید لامپ را در
داخل یک لوستر قرار دهید تا کل فضای اطراف لامپ روشن گردد، یا اینکه شما در اتاق کارتان میخواهید تا صرفاٌ نور کافی به میز
کارتان برسد و روشنایی بالای محل نصب لامپ برایتان اهمیتی ندارد. یا صرفاً نورپردازی به یک موضع نظیر یک تابلوی نقاشی یا
یک مجسمه مد نظر باشد. در هر یک از این کاربردها علاوه بر میزان شار نوری لامپ در انتخاب لامپ باید مفهوم زاویه تابش لامپ
نیز مورد توجه قرار گیرد تا علاوه بر داشتن نور دلخواه و کافی در هزینهی انرژی مصرفی نیز صرفه جویی بیشتری صورت گیرد.
برای تشریح این مطلب، با ذکر مثالهایی به اهمیت زاویه تابش در انتخاب آگاهانهی لامپ مناسب پرداخته میشود.
تفاوت زاویه تابش در طراحی دولامپ LED مختلف
درصورتیکه نور تولید شده از منبع نور توسط رفلکتور یا لنز به صورت جهتدار تابش گردد، کمیتی به نام شدت
نور (Luminous Intensity) تعریف میگردد که واحد آن کندل (cd) است. اگر دو لامپ با شار نوری یکسان در دو چراغ با
دو رفلکتور با زاویه تابش متفاوت نصب گردند و یا دولامپ با شار نوری یکسان دارای زوایه تابشهای متفاوتی باشند، نور تابیده
شده از لامپ یا چراغ دارای زاویه تابش کمتر، درخشانتر ) با شدت نور بیشتر( از نور تابیده شده از لامپ یا دارای زاویه تابش
بیشتر، دیده میشود.
زاویه تابش (Beam Angle) ، زاویهی بین دو خط فرضی است که در صفحه عبوری از محور پرتو نور در نظر گرفته میشود
که این خطوط از روی نقاطی میگذرند که شدت نور در آن نقاط 50 % شدت نور در محور پرتو است. این دوخط فرضی که در
حقیقت اضلاع زاویه تابش محسوب میشوند، یک نقطهی مشترک با یکدیگر دارند که رأس زاویه تابش نام دارد و آن نقطه، مرکز
سطح جلویی لامپ است. به عبارت دیگر اضلاع زاویه تابش در جایی قرار دارند که شدت نور آنجا 50 % شدت نور محور پرتو است.
مقدار شارنوری تابیده شده به یک سطح معین را شدت روشنایی (Illuminance) مینامند. واحد اندازهگیری شدت روشنایی
لوکس (Lux) است. یک لوکس برابر با شار نوری lm1 است که روی سطحی با مساحت 2m1 تابیده شده است. میزان شدت
روشنایی با فاصله منبع نور از سطح متناسب است. به عبارت دیگر، هرچه فاصلهی نصب یک لامپ یا چراغ از یک سطح معین مانند
میز کار بیشتر گردد، شدت روشنایی بر روی آن سطح کار کمتر میشود. درصورتیکه شارنوری یک منبع نور مستقل از فاصله است.
برای اندازهگیری شدت روشنایی از وسیله ای بنام لوکس متر استفاده میگردد.
به منظور داشتن نور مناسب در یک فضا، ابتدا باید شدت روشنایی مورد نیاز در فضای موردنظر را با توجه به جدولهای استاندارد
تعیین نمود. این جدولها شدت روشنایی مناسب برای هر فضا را با توجه به نوع فعالیت و بر اساس میزان دقت کاری که در آن فضا
انجام میشود، مشخص کردهاند. همچنین ویژگیهای فرهنگی و سلیقهی مصرفکننده نیز در میزان شدت روشنایی مناسب در یک
محیط تاثیرگذار میباشد. به عنوان مثال، ممکن است یک خانواده برای تماشای تلویزیون در اتاق نشیمن شدت روشنایی بیشتری
را نسبت به یک خانوادهی دیگر ترجیح دهند یا در برخی فرهنگها استفاده از نورهای موضعی نظیر استفاده از چراغ مطالعه و
آباژور متداول تر باشد.
همانطور که پیشتر گفته شد، شار نوری یک لامپ برای تعیین میزان شدت روشنایی یک فضای مشخص به تنهایی کافی نیست و
نوع چراغ مورد استفاده، ارتفاع نصب چراغ، زاویهی تابش نور لامپ و چراغ، رنگ دیوارها، سقف و کف و حتی میزان گرد و غبار
فضای مذکور، در تعیین شدت روشنایی نقش بسیار مهمی را دارا میباشند. از اینرو، داشتن منحنی پخش نور چراغ و زاویه تابش
لامپ در طراحی روشنایی برای طراحان روشنایی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای روشن شدن این موضوع فرض کنید هدف،
روشن کردن سطح یک میز در زیر یک چراغ باشد. برای تحقق این منظور دو حالت ) 1 ( و ) 2 ( را در نظر بگیرید:
1 : یک لامپ جهتدار با زاویه تابش 120 درجه در چراغی نصب شده است که لامپ به صورت (Base up) در آن قرار گیرد،
یعنی کلاهک لامپ نصب شده در بالا قرار گیرد و نور لامپ به سمت پایین بتابد
2 : همان لامپ جهتدار مذکور، در چراغی نصب شده است که لامپ در همان فاصله به صورت (Base down) در آن قرار گیرد،
یعنی کلاهک لامپ نصب شده در پایین قرار گیرد و نور لامپ به سمت بالا بتابد
اگر شدت روشنایی را در روی سطح میز کاری که در زیر این چراغ قرار دارد با لوکس متر اندازهگیری نماییم، مشخص میگردد که
شدت روشنایی در روی سطح میز در حالت ) 1( بیشتر از حالت ) 2 ( است. چرا که با توجه به موقعیت نصب چراغ و زاویه تابش
لامپ، نور رسیده به فضای زیرین در حالت ) 1( بیشتر خواهد بود.
نمونه ای از چراغهای سقفی
به عنوان مثال دیگر دو حالت ) 3 ( و ) 4 ( را در نظر بگیرید که باز هم هدف، روشن کردن فضای زیرین چراغ است:
3: یک لامپ غیر جهتدار )همهسوتاب( با شار نوری 720 لومن در یک چراغ سقفی به صورتی که کلاهک لامپ به سمت بالا قرار
داشته باشد، نصب شده است
4: لامپ جهتداری با زاویه تابش 240 درجه با همان شار نوری 720 لومن در همان چراغ و به همان صورت نصب شده است.
با اینکه شار نوری دو لامپ اشاره شده در بالا یکسان است، اما شدت روشنایی در سطح زیر چراغ در حالت ) 4 ( بیشتر از حالت ) 3 )
خواهد بود، چراکه شار نوری لامپ در حالت ) 4 ( با توجه به طراحی لامپ به جای تابش در همهی جهات، تنها در جهت خاصی
منتشر شده است که مطلوب ماست. به عبارت دیگر درصد بالایی از نور تابیده شده از لامپ ) 3 ( به داخل چراغ سقفی تابیده و هدر
میرود. لذا توصیه میگردد در داخل چراغهای سقفی و قابهای هالوژنی که معمولاً در دور فضاهای خانگی یا اداری و یا در ویترین
مغازهها نصب میگردد، به جای استفاده از لامپهای غیر جهتدار یا همهسوتاب از لامپهای جهتدار یا لامپهایی استفاده گردد
که زاویه تابش محدودتری دارند تا از شار نوری تولید شده توسط لامپ نهایت استفاده صورت گیرد و نور لامپ در داخل قاب چراغ
به هدر نرود.
نکتهی دیگری که برای تامین روشنایی محیط با لامپهای LED باید مورد توجه قرار گیرد، لزوم تمایز بین دو لامپ با شار نوری
یکسان ولی با زاویه تابش متفاوت است. به عنوان مثال، اگر دو لامپ Spotlight در فاصلهی یکسان از یک موضع و دارای شار
نوری یکسان باشند و هدف روشن کردن موضعی سطح زیرین لامپهای مذکور باشد، در صورتیکه زاویه تابش آنها با یکدیگر
متفاوت باشد ، سطح زیر لامپی که دارای زاویهی تابش کوچکتر است روشنتر به نظر میرسد. اما لامپ با زاویه تابش بزرگتر در
مقایسه با لامپ با زاویه تابش کوچکتر در فواصل یکسان، سطح بیشتری را روشن میکند. لذا توصیه میشود برای توصیف میزان
نوردهی یک لامپ جهتدار، علاوه بر شار نوری آن، شدت نور آن لامپ در مرکز برحسب کندل (cd) و زاویه تابش آن در مشخصات
فنی ذکر گردد تا مصرف کننده بتواند انتخاب درستی انجام دهد.
تفاوت درخشندگی و فضایی که روشن میشود برای دو لامپ Spotlight با زاویه تابش مختلف
راهکار دیگر به عنوان یک معیار مقایسهای برای نوردهی لامپهای جهتدار و سهولت انتخاب توسط مصرف کننده، تعریف
مشخصهای به نام شدت روشنایی موثر است. در تعیین شدت روشنایی موثر، تاثیر شارنوری و نیز زاویه تابش لامپ درنظر گرفته می
شود تا خریدار برحسب کاربردی که مد نظر دارد، به سهولت بتواند لامپ منطبق با نیاز خود را خریداری کند. به عبارت دیگر،
فرض کنید خریداری میخواهد لامپ پر مصرف التهابی 100 وات خود را که در داخل یک چراغ سقفی است، با یک لامپ LED
جایگزین نماید. فرض میکنیم لامپ التهابی مذکور شار نوری برابر با 1200 لومن را دارا است و عمدهی نور تولیدی توسط آن در
زاویهی فضایی 345 درجه گسیل میگردد. با یک محاسبه ی سر انگشتی مشخص میگردد که لامپ مناسب برای جایگزینی لامپ
پر مصرف التهابی با یک لامپ LED ، میتواند دارای زاویه تابش 230 درجه و شار نوری 800 لومن باشد. به عبارت دیگر با لامپ
LED که دارای زاویه تابش 230 درجه و شار نوری 800 لومن است، میتوان همان میزان شدت روشنایی را در سطح زیرین
لامپ ایجاد نمود. چنین لامپی با استفاده از فن آوری فعلی LED در حال حاضر دارای توان مصرفی کمتر از 10 وات است و این
یعنی 90 واتِ ساعت صرفه جویی انرژی به ازای هر ساعت کارکرد در ازای جایگزینی لامپ. شایان ذکر است که علاوه بر صرفه
جویی چشمگیر ناشی از بهرهی نوری بالای LED لامپهای در جایگزینی لامپ التهابی با این لامپها، صرفه جویی
دیگری نیز حاصل میگردد و آن، کاهش هدر رفتن نور لامپ در فضای داخلی چراغ سقفی است. لذا با خرید لامپ
LED با شار نوری کمتر از لامپ التهابی در شرایط یکسان، میتوان شدت روشنایی دلخواه را بر روی سطح کار تامین نمود. چرا
که عمدهی نور تابیده شده از لامپ جهتدار در جهت مطلوب ما تابیده میشود. از اینرو شدت روشنایی موثر به مصرف کننده این
امکان را میدهد که به آسانی تشخیص دهد که لامپ LED خریداری شده از نظر میزان شدت روشنایی که در روی سطح کار
ایجاد میکند، معادل با چه لامپ همهسوتاب رشته ای هست. تنوع زاویه تابش، ابعاد و شکلهای مختلف لامپهای LED این
مزیت را دارد که برای هر کاربردی میتوان لامپ مناسبی را انتخاب کرد و برحسب کاربری محیط و هدف از نورپردازی، نور کافی و
مناسب را برای محیط تامین کرد. به علاوه صرفه جویی بیشتری نیز در مصرف انرژی و در نتیجه در هزینهی برق مصرفی صورت
خواهد گرفت.