روشنایی ساختمان یکی از بخش های عمده مصرف انرژی الکتریکی در ساختمان می باشد که پتانسیل بالایی جهت اجرای راهکارهای بهینه سازی مصرف انرژی دارد. راهکارهای اصلاح روشنایی ساختمان به سه دسته تقسیم می شود:
الف) استفاده از ادوات کنترل روشنایی نظیر سنسورهای حضور و روشنایی روز
ب)استفاده از تجهیزات و لامپ های بهینه
ج)اصلاح سیستم روشنایی ساختمان
الف) سنسورهای تشخیص حضور و روشنایی روز
سنسور تشخیص حضور
با استفاده از سنسور تشخیص حضور، پس از زمان معینی از خروج افراد از محل، چراغ ها به صورت خودکار خاموش شده و با ورود مجدد آنها روشن می شود. سنسور تشخیص حضور در فضاهای با استفاده غیر دائم نظیر سرویس های بهداشتی ، نمازخانه، راهرو ها و ... که میزان تردد افراد کمتر می باشد نصب می شود.
مکان های مناسب جهت نصب این سنسورها عبارتند از: راه پله ها، پارکینگ ها، سرویس های بهداشتی، راهرو ها، راه پله های اضطراری ، انبارها، حیاط ها و محوطه های باز و هر مکان دیگری که بواسطه کاربری خاص آن نمی توان حضور کاربر را برنامه ریزی کرد و بنا به دلایلی همواره چراغ ها بدون نیاز روشن می ماند.
سنسور روشنایی روز
با توجه به نقش مهم روشنایی طبیعی نور خورشید که از طریق جدارهای نورگذر ساختمان تامین می شود، تنظیم شدت روشنایی لامپ ها متناسب با میزان روشنایی روز می تواند مکمل خوبی جهت تامین روشنایی یکنواخت فضاها باشد. از آنجاییکه شدت و زاویه تابش نور خورشید از طریق پنجره ها در ساعات مختلف روز در فصول مختلف یال متفاوت است، میزان شدت نور لامپ ها می بایست متناسب با نور طبیعی قابل تغییر باشد. با استفاده از سنسورهای شدت روشنایی می توان نور مصنوعی را در فضا تنظیم نمود.
ب) استفاده از لامپ ها و تجهیزات بهینه
از نظر نوع فناوری ساخت، لامپ های روشنایی را می توان به هشت گروه اصلی لامپ های رشته ای معمولی، رشته ای هالوژن، فلورسنت معمولی، فلورسنت فشرده، بخار جیوه، متال هالید، بخار سدیم پر فشار، بخار سدیم کم فشار تقسیم بندی کرد، که در زیر به فناوری چند نمونه اشاره خواهد شد:
لامپ های رشته ای
لامپ رشته ای با رشته تنگستن پیچیده شده در سال 1920 میلادی به بازار آمد. کمتر از 3% انرژی دریافتی در این لامپ ها به نور تبدیل می شود و باقی انرژی دریافتی به گرما تبدیل می شود که باعث گرمی هوا می گردد و باید توسط تهویه های مطبوع یا هواکش ها از ساختمان دفع شود که اغلب باعث اتلاف بیشتر انرژی می شود. در بعضی مناظق سرد که به گرما و نور نیاز دارند، گرمای تولید شده ناخواسته ممکن است دارای انرژی باشد.
امروزه در این لامپ ها از رشته های تنگستن استفاده می شود که نور سفید گرمی را تولید می کنند که بین 750 الی 1000 ساعت عمر می کنند. دمای رنگ این لامپ ها حدود 2700 درجه کلوین است که نور گرمی را تولید می کند. بعضی از کشورها رغبت زیادی به جایگزینی بعضی از انواع این لامپ ها نشان داده اندف مانند برنامه جایگزینی لامپ های رشته ای رایج در استرالیا تا سال 2010 که در آن کشور اجرا گردیده است. این لامپ ها بین 5 تا 20 لومن بر وات نور تولید می کنند.
لامپ های رشته ای هالوژنی
لامپ های هالوژنی اکثرا بسیار کوچک تر از لامپ های رشته ای عادی می باشند. زیرا برای کارکرد درست باید دمای حباب آن بیشتر از 200 درجه سانتی گراد باشد. به همین منظور باید حبابی از جنس سیلیکای سیمکشی شده یا بعضی اوقات شیشه آلومنیوسیلیکات داشته باشد. اغلب این حباب داخل یک لایه شیشه ای دیگر پوشیده می شود. لایه بیرونی برای احتیاط قرار داده می شود تا پرتو ماوراء بنفش را کاهش دهد و در برابر انفجاری که گاهی اوقات برای این لامپ ها رخ می دهد، لایه ای محافظ تشکیل دهد.
مدل های ساخته شده برای ولتاژهای 12 و 24 ولت، رشته های فشرده تری دارند که برای کنترل نوری مناسب هستند. هم چنین بازده نوری (لومن بر وات) و عمر بیشتری نسبت به مدل های غیر هالوژنی دارند و مقدار خروجی هم تقریبا در طول عمر لامپ ثابت است. این لامپ ها بین 15 تا 22 لومن بر وات نور تولید می کنند.
لامپ فلورسنت
لامپ های فلورسنت توسط نیکلای تسلا اختراع و ثبت شد و بازده نور بسیار بیشتری از لامپ رشته ای دارد. برای نور یکسان، این لامپ ها نسبت به لامپ های رشته ای حدود 1/4 تا 1/3 انرژی مصرف می کنند. تا دهه 1980 این نوع لامپ به دو نوع خطی و دوار محدود می شد و شکل های دیگر، زیاد محبوبیت پیدا نکردند. لامپ های فشرده که در ایران به نام کم مصرف مشهورند، در اوایل دهه 1980 به بازار آمدند. اکثر لامپ های فشرده دارای بالاست الکتریکی داخلی می باشند و به سرپیچ فلزی یا پایه های میخی مجهز هستند. عمر متوسط نامی برای یک لامپ فلورسنت خطی 10000 تا 20000 در مقایسه با عمر 750 ساعت (110 ولت) و 1000 ساعت(240 ولت) می باشد. بعضی از انواع بالاست لامپ فلورسنت در محیط سرد به سختی لامپ را روشن می کنند و به همین دلیل در مسان مناظق سردسیر باید نوری که در فضای باز مورد استفاده قرار می گیرد برای این شرایط طراحی شده تا به طور مناسب کار کند.
لامپ های فلورسنت در رنگ های متنوعی از لحاظ دمای رنگ (منظور از دمای رنگ اثر رنگ بر روح و روان است به عنوان مثال رنگ آبی، سرد و رنگ قرمز، گرم است) ساخته می شود. در بعضی از کشورها نوع سفید سرد رایج تر است در صورتی که در بعضی دیگر رنگ های سفید گرم غالب است. در آمریکا لامپ فلورسنت اکثرا در رنگ سفید سرد مورد استفاده قرار می گیرد، که به همراه حباب های نصب شده در خانه که رنگی متمایل به صورتی دارند رنگ سفید گرم تولید می شود. در این بین رنگ سفید بهینه شده نیز استفاده می شود، که طبیعی تر به نظر می رسد. هم چنین رنگ سفید آفتابی بسیار سرد نیز موجود است. لامپ های فلورسنت فشرده اکثرا به صورت سفید گرم ساخته می شوند چون اکثرا مانند لامپ رشته ای، نوری متمایل به زرد از خود ساطع می کنند. سردی و گرمی نور امری نسبی و اکثرا سلیقه ای است. به همین دلیل دمای رنگ و فهرست تولید رنگ به عنوان مبنای کامل رنگ برای لامپ های فلورسنت و گاهی اوقات برای انواع دیگر نورپردازی ها مورد استفاده قرار می گیرد.
نوع مستقیم و U شکل این لامپ ها ، به دلیل هزینه و بازده آنها بر روشنایی کلی ترجیح داده می شوند. در بین انواع مختلف لامپ های فلورسنت ، نوع T8 بیشترین کاربرد را داشته و نوع T5 هر روز بیشتر می شود. لامپ های T12 که مدل قدیمی تر آنهاست ، دارای بازده کمتری است. دو نوع مختلف از این لامپ ها وجود دارد. آنهایی که پایه پیچی دارند تا بتوان به صورت مستقیم جایگزین لامپ های رشته ای کرد و آنهایی که پایه آنها به صورت دو شاخه است تا بتوان از آنها در چراغ هایی که به طور مخصوص برای این لامپ ها طراحی شده اند، استفاده کرد.
لامپ های فلورسنت بازده انرژی خوب، رنگ عالی و سایر ویژگی هایی را که از یک منبع نور مدرن انتظار می رود را فراهم می کنند. پیشرفت های صورت گرفته در لامپ های فلورسنت از سال 1980 آنها را در ساختمان های مسکونی، تجاری و تقریبا هر نوع دیگری از کاربرد ها قابل استفاده کرده است. حدود 70 درصد از منابع نوع مصنوعی در جهان لامپ های فلورسنت هستند. با وجود تمامی نکات مثبت در مورد این لامپ ها و افزایش مصرف آنها، شاید تنها نکته منفی درباره ی آنها وجود گاز سمی جیوه در داخل آنها است که مضرات زیادی برای سلامتی انسان دارد . البته در سال های اخیر تلاش شده است که از میزان آن کاسته شود.
لامپ های تخلیه
لامپ تخلیه الکتریکی شامل شیشه یا سیلیکاتی است که با دو الکترود فلزی که با گاز از هم جدا شده اند پوشش داده شده است. گاز هایی شامل نئون، آرگون، زنون، سدیم، متال هالید و جیوه اساس کار این لامپ ها هستند.
به دلیل استفاده از روش های نوین تخلیه گازی، عموما به این لامپ ها لامپ تخلیه الکتریکی گفته می شود. لامپ های تخلیه برای تولید مقدار زیادی نور توسط یک منبع فشرده و دارای عمر زیاد طراحی شده اند. از آنها اغلب برای روشنایی خیابان ها و پارک ها و فشاهای بسته بزرگ مانند ورزشگاه ها و کارخانه ها استفاده می شود. اکثرا این لامپ ها از لحاظ مصرف انرژی بهینه بوده و حجم نوری بین 50 الی 100 لومن بر وات نور تولید می کنند. در این لامپ ها همانند لامپ های فلورسنت ، یک بالاست میزان توان ورودی را تنظیم می کند. اغلب از بالاست های مغناطیسی برای لامپ ها استفاده می شود، با این وجود استفاده از بالاست های الکتریکی در حال افزایش است.
لامپ های LED
تا دهه 1970 LEDهای حالت جامد به عنوان نشانگر رواج داشتند. در سال های اخیر، مبحث بازده و خروجی مورد توجه قرار گرفت تا آنجا که هم اکنون LEDها جایگاه ویژه ای در کاربرد نوپردازی پیدا کردند. LEDهای نشانگر به دلیل عمر بالایشان تا 100000 ساعت شناخته شده هستند، اما LEDهای نورافشان بنا بر سنت قدیم کمتر مورد استفاده قرار گرفتند( به دلیل قیمت زیاد LEDها هم اکنون بیشتر برای کارهای توان پایین و مقرون به صرفه مثل نورپردازی در شب و چراغ های قوه کاربرد دارند. بازده LED در بازده بسیار زیادی متغیر است. جهت مندی ذاتی نور LEDها شدت نور بیشتری به آنها در یک زاویه به ازای کل نور تولید شده می دهد.
LEDهای تک رنگ فناوری ساخت بسیار کامل دارند.، در حالی که LEDهای سفید هنوز مشکلات حل نشده ای دارند. توزیع نور ساطع شده از ماده فسفری (در مانیتورها) با توزیع نور ناشی از LEDهای متفاوت است که باعث می شود دمای رنگ و قدرت رنگ در طول زمان کاهش پیدا کند. با LEDهای کم کیفیت این تغییر بیشتر خواهد بود. تغییرات دمایی محدود باعث می شود که مقدار توان برای یک لامپ LED نسبت به یک لامپ رشته ای در همان سایز بیشتر باشد و باعث برتری نسبت به لامپ های رشته ای می شود. فناوری LED برای طراحان نور مناسب است زیرا مصرف توان و تولید دمای بسیار پایین، کنترل روشن/خاموش آنی و در مورد نور تک رنگ، ثبات رنگ بسیار بالایی در طول عمر خود و به نسبت به هزینه تولید پایینی دارد. برای نورپردازی های عمومی خانگی، هزینه خرید سیستم نورپردازی LED هنوز بسیار بیشتر از روش های رایج نورپردازی است.
ج) سیستم روشنایی هوشمند ساختمان(LMS)
سیستم کنترل هوشمند ساختمان، امکان مدیریت بر روشنایی را فراهم می سازد. این سیستم مدل تکامل یافته بخش های قبل است که امکان کنترل از طریق سیستم BMS ساختمان را دارد. از جمله قابلیت های این سیستم می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- سنسورهای روشنایی روز و تنظیم میزان نور چراغ ها متناسب با نور روز(نور طیبعی محیط)
- سنسور تشخیص حضور افراد
- امکان گروه بندی چراغ ها و کنترل آنها از سرور مرکزی مدیریت ساختمان
- امکان تعیین سطوح مختلف روشنایی برای کاربری های مختلف در مجموعه، ذخیره سازی این سطوح در سیستم و بازخوانی آنها در زمان های متفاوت
- امکان تنظیم میزان شدت نور هر یک از چراغ ها و یا لامپ ها به صورت برنامه زمانی
- امکان بازخورد گرفتن از وضعیت لامپ ها و بالاست ها در جهت سهولت تعمیر و نگهداری پروژه
با توجه به اهمیت قابلیت تنظیم نور لامپ ها در سیستم کنترل هوشمند روشنایی، جهت استفاده از این قابلیت، نیاز به استفاده از بالاست های الکترونیکی قابل تنظیم با توجه به انواع مختلف لامپ ها می باشد. این لامپ ها می تواند از انواع لامپ های رشته ای یا هالوژن، لامپ های فلورسنت یا فلورسنت کم مصرف باشد.