دانشنامه بهره و راندمان نوری
Luminous Efficacy چیست؟
بهره نوری یا Luminous Efficacy معیاری است که نشان میدهد یک منبع نور چقدر خوب انرژی الکتریکی (وات) را به نور مرئی (لومن) تبدیل میکند. واحد آن لومن بر وات (lm/W) است. اما Luminous Efficiency یا راندمان کلی، معمولاً به صورت یک درصد بیان میشود که حاصل تقسیم بهره نوری واقعی منبع بر "حداکثر بهره نوری تئوری" ممکن است.
# حد نهایی تئوری (The Limit)
چشم انسان بیشترین حساسیت را به نور سبز با طول موج ۵۵۵ نانومتر دارد. در این طول موج، ۱ وات انرژی تابشی دقیقاً معادل ۶۸۳ لومن روشنایی است. بنابراین، هیچ منبع نوری (برای دید روز) نمیتواند بهرهای بیش از ۶۸۳ lm/W داشته باشد. فرمول محاسبه درصد راندمان به شرح زیر است:
Efficiency (%)V = ( K / 683 ) × 100
VariablesK = Luminous Efficacy (lm/W)
683 = Max Efficacy Constant
683 = Max Efficacy Constant
مقایسه تکنولوژیهای روشنایی در ایران
- ۱. لامپهای رشتهای قدیمی (Incandescent):این لامپها معمولاً حدود 15 lm/W تولید میکنند. با استفاده از این ابزار، راندمان نوری آنها تنها حدود 2.2% است! بقیه انرژی (۹۸٪) به گرما تبدیل میشود.
- ۲. لامپهای LED معمولی بازار:یک لامپ الایدی با کیفیت متوسط در ایران بهرهای حدود 90 lm/W دارد. راندمان نوری فیزیکی آن معادل 13.2% است.
- ۳. لامپهای سدیم فشار پایین (نور زرد خیابانها):این لامپها که کارآمدترین منابع نور مصنوعی هستند، میتوانند تا 200 lm/W تولید کنند که معادل راندمانی حدود 29.3% است.
نکات مهم و اشتباهات رایج
- راندمان ۱۰۰٪ فقط برای یک منبع نور لیزری سبز تکرنگ (۵۵۵ نانومتر) امکانپذیر است که نور سفید تولید نمیکند.
- برای نور سفید (که ترکیبی از تمام رنگهاست)، حداکثر راندمان تئوری محدودتر است (حدود ۲۵۰ تا ۳۵۰ lm/W بسته به کیفیت رنگ یا CRI)، بنابراین راندمان فیزیکی نور سفید هرگز به ۱۰۰٪ نمیرسد.
- عدد ۶۸۳ برای دید در روز (Photopic) است. برای دید در شب (Scotopic)، حداکثر حساسیت ۱۷۰۰ lm/W است، اما در مهندسی روشنایی معمولاً استاندارد روز ملاک است.
سوالات متداول
چرا لامپهای LED راندمان ۱۰۰٪ ندارند؟▼
اولاً تبدیل برق به نور در LED تلفات حرارتی دارد. ثانیاً برای تولید نور سفید، LED باید طیف وسیعی از رنگها را تولید کند (آبی + فسفر زرد)، و چون چشم انسان به رنگهای آبی و قرمز کمتر از سبز حساس است، میانگین وزنی بهره نوری کاهش مییابد.
آیا ممکن است راندمان بالای ۱۰۰٪ شود؟▼
خیر، طبق قوانین فیزیک و تعریف لومن، هیچ تابشی نمیتواند بیش از ۶۸۳ لومن بر وات تولید کند. اگر عددی بالاتر دیدید، احتمالاً خطای اندازهگیری یا وارد کردن دادههای اشتباه است.
بهره نوری خورشید چقدر است؟▼
نور خورشید که به زمین میرسد بهرهای حدود ۹۳ لومن بر وات دارد. این یعنی راندمان نوری خورشید (از نظر تولید نور مرئی نسبت به کل انرژی تابشی) حدود ۱۳.۶٪ است.