بهینه سازی انرژی در منابع نوری

از آنجا که کاربرد روزافزون نور مصنوعی در محیط های مختلف, میزان استفاده از انرژی الکتریکی را به شدت افزایش داده است لذا لازم است برای بهره برداری بهینه از انرژی الکتریکی, این سرمایه عظیم کشور هر چه بیشتر تلاش نمود

امروزه نیاز به منابع انرژی الکتریکی به سبب گسترش فعالیت‌های اجتماعی افزایش یافته است. یکی از کاربردهای انرژی الکتریکی تبدیل آن به نور است از آنجا که کاربرد روزافزون نور مصنوعی در محیط‌های مختلف، میزان استفاده از انرژی الکتریکی را به شدت افزایش داده است. لذا لازم است برای بهره برداری بهینه از انرژی الکتریکی، این سرمایه عظیم کشور هر چه بیشتر تلاش نمود و به همین منظور ضروری است در طراحی و ساخت لامپ‌ها و منابع تبدیل انرژی الکتریکی به نور تلاش جدی صورت گیرد، زیرا لامپ‌ها و منابع نور سنتی مورد استفاده دارای راندمان بسیار کوچکی در حد صفر می باشد و تقریبا ۹۸ درصد انرژی به آنها تبدیل به گرما و حرارت شده و در نتیجه به هدر می رود. با توجه به این مساله علاوه بر نیاز به ساخت لامپ‌های جدید با بهره نوری بالا و ایجاد فرهنگ استفاده از آنه، لازم است در طراحی سیستم‌های روشنایی نیز با رعایت استانداردهای مربوطه از نور موضعی براساس کاربرد در محیط‌های مختلف حداکثر استفاده بشود. همچنین در ترکیب با نور مصنوعی از نور طبیعی که در طبیعت به وفور یافت می شود هر چه بیشتر استفاده کرد. در ضمن برای کنترل انرژی لازم است از لوازم کنترل و تنظیم نور در طراحی سیستم‌های روشنایی استفاده بشود تا انرژی به جا و مناسب استفاده گردد. در ادامه مقاله به روش‌های بهینه سازی مصرف انرژی با توجه به نکات و عوامل فوق پرداخته می‌شود.

۱) منابع نور

درصد بسیار کمی از انرژی به نور تبدیل می‌شود، در منابع التهابی که از طریق ایجاد گرما انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می کنند بهره نوری بسیار کم و در حدود ۱۰ لومن بر وات می‌باشد و راندمان آنها به کمتر از ۲ درصد می رسد. اگر چه این لامپ‌ها ارزان قیمت بوده و نور سفید تولید می‌کنند و رنگ‌دهی آنها بسیار عالی است، ولی عمرشان حتی بدون کلید زنی و قطع و وصل، بسیار کم بوده و در حدود ۱۰۰۰ ساعت است و با توجه به راندمان کم و بهره نوری کوچک و تلفات حرارتی بسیار زیاد، هزینه‌های بهره برداری بسیار گزافی دارند.

با توجه به نیاز روز افزون بشر به انرژی و محدودیت آن در طبیعت، لزوم بهینه سازی مصرف و نیز مشکلات لامپ‌های التهابی، سالیانی است که محققان منابع نوری جایگزین را معرفی نموده و همچنان در پی منابع نور برتر می‌باشند. مهمترین منابع نور جایگزین، لامپ‌های تخلیه گازی کم فشار و پر فشار هستند. اگر چه امواج حاصل از تخلیه الکتریکی درون محفظه این نوع لامپ‌ها، دارای طول موج‌های کمتر از امواج مرئی هستند، ولی با استفاده از پودرهای فسفرسانس و فلوئورسانس که در سطح داخلی محفظه لامپ می‌نشانند، این امواج را به نور مرئی تبدیل می کنند. لامپ‌های تخلیه گازی کم فشار که فلورسنت نامیده می‌شوند، دارای بالاست مغناطیسی و کلید راه انداز بوده که کنترل جریان تخلیه الکتریکی و راه‌اندازی لامپ را بعهده دارند. این لامپ‌ها از بهره نوریی در حدود ۴۰ لومن بر وات برخوردارند که نسبت به لامپ‌های التهابی بسیار بهتر است، اما باز هم به دلیل وجود بالاست مغناطیسی و امواج ماوراء بنفش، راندمان این نوع لامپ‌ها نیز کوچک و کمتر از ۱۰ درصد می باشد. البته لامپ‌های تخلیه گازی پرفشار بخار جیوه و بخار سدیم نیز دارای بهره نوری بسیار خوب و در حد لامپ کم مصرف است، ولی طیف نوری آنها محدود بوده و نور سفید تولید نمی کنند. لامپ بخار جیوه نور متمایل به بنفش و لامپ بخار سدیم نور متمایل به زرد تولید می کنند و برای روشنایی داخلی مناسب نمی‌باشند.

امروزه لامپ‌های کم مصرف با عمر بیش از ۱۰۰۰۰ ساعت و در اشکال مختلف گرد و مارپیچ، فلورسنت معمولی، فلورسنت فشرده، حباب دار ساده و مات و شمعی در بازار موجود می باشد. همه این لامپ‌ها دارای بالاست الکترونی سر خود و یا مستقل بوده و تنها لامپ نمونه حبابی ساده دارای محدود کننده داخلی می‌باشد.

با توجه به ضریب برتر لامپ‌های کم مصرف و عمر بسیار زیاد آنها و عدم نیاز به سرویس و نگهداری، استفاده از این لامپ‌ها باعث بهره‌وری بسیار خوب و کاهش مصرف انرژی می‌گردد.

استفاده از لامپ کم مصرف دارای توان مصرفی ای معادل ۶۵ درصد لامپ معمولی است و به همین دلیل در مدت زمان یک سال هزینه برق مصرفی حاصل از کاربرد آنها کاهش چشم گیری یافته و سبب کاهش هزینه برق مصرفی معادل مبلغی در حدود ۶۰۰۰ دلار شده است که بسیار قابل توجه می‌باشد.

۲) استفاده از نور طبیعی

استفاده از منبع نور طبیعی در نهایت موجب ذخیره سازی قابل توجه انرژی الکتریکی می‌گردد.

استفاده از نور طبیعی باید با مهارت صورت گیرد تا علاوه بر آنکه موجب آسایش مصرف کنندگان گردد از اشکالات احتمالی آن همچون خیرگی چشم و ایجاد سایه‌های مزاحم و نیز تولید سرما و گرمای نامطلوب جلوگیری شود. که در صورت بروز چنین مشکلی نیاز به استفاده از انرژی اضافی افزایش خواهد یافت.

همچنین برای استفاده از نور طبیعی باید امکان تنظیم و کنترل نور و کنتراست محیط وجود داشته باشد تا کارایی افراد را افزایش دهد.

برای تنظیم نور از پنجره‌هایی با ابعاد مناسب که در طراحی ساختمان‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد و شیشه‌های رفلکتوری مطلوب و پرده‌های مناسب استفاده می شود که البته استفاده از نور طبیعی برای مراکز تجاری و مسکونی قابلیت بهره برداری بهتر و بهره وری بیشتری را به همراه دارد.

استفاده از نور طبیعی دارای مزایای بسیاری از جمله کاهش هزینه‌های طراحی و نصب سیستم روشنایی بین ۵/۰ تا ۲ دلار برای هر مترمربع، کاهش هزینه‌های دوره ای متناسب با کاهش تعداد چراغ‌ها بین ۳۵ تا ۵۰ درصد است. همچنین باعث بالا بردن نشاط و کارایی و عدم خستگی زودرس افراد در محیط‌های اداری، تجاری و صنعتی می‌شود. نصب پنجره‌های مناسب نیز امکان تامین سرمایش و گرمایش مناسب و گردش هوا را بوجود می‌آورد مطالعات نشان می‌دهد که این کار هزینه تهویه هوا در محیط‌های داخلی را بین ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهد. بهینه سازی مصرف انرژی نیازمند کنترل میزان شدت روشنایی و قطع و وصل منابع از راه دور و از محل است البته استفاده از نور طبیعی هزینه‌هایی هم به همراه دارد که طراح باید با طرح کردن پنجره‌های مناسب و سیستم‌های کنترل و حسگرهای مناسب، نور را کنترل و از چشم زدگی و ایجاد سایه روشن و هدر رفتن و اتلاف انرژی حرارتی جلوگیری نماید.

به طور خلاصه توصیه‌های لازم برای طراحی و بهره برداری از نور طبیعی را می توان چنین برشمرد:

▪ افزایش تعداد و ابعاد پنجره‌ها و گسترش فضاها برای استفاده بیشتر از نور طبیعی

▪ کنترل میزان نور و جلوگیری از چشم زدگی با تنظیم پرده‌ها و منعکس کننده‌ها

▪ پله پله کردن مسیرهای ورود نور به ساختمان

▪ جلوگیری از تابش نور مستقیم در نقاط بحرانی

▪ استفاده از فیلترها و پخش کننده‌های نور در مجاورت پنجره‌ها

▪ استفاده از نور پردازی‌های مختلف و مناسب برای محیط‌های گوناگون

علاوه بر این امکان همزمان استفاده از نور طبیعی و مصنوعی در محیط وجود داشته باشد و با استفاده از روش‌های گوناگون نظیر استفاده از نورگیر در وسط ساختمان و پله پله کردن سقف و به کارگیری دیوارهای جانبی و نصب پنجره‌های مناسب، نور را به داخل ساختمان انتقال داد.

۳) کنترل و تنظیم نور

یکی از روش‌های قطع و وصل منابع نور استفاده از کلیدهای اتوماتیک قطع و وصل می باشد که علاوه بر قطع و وصل بارهای روشنایی، وظیفه حفاظت آنها در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار را نیز به عهده دارند.

گرچه کلیدهای اتوماتیک از اجزا اصلی حفاظت مدارهای روشنایی هستند ولی بهینه‌سازی مصرف انرژی نیازمند کنترل میزان شدت روشنایی و قطع و وصل منابع از راه دور و از محل است.

لذا با استفاده از حس گرهای مناسب می توان در موارد عدم نیاز به نور، به طور خودکار منابع نور را خاموش و یا میزان نور آنها را در حد مورد نیاز کاهش داد و از مصرف بیهوده انرژی جلوگیری نمود.

دیمر اتوماتیک تنظیم نور

از حس گرهای نوری مناسب و اتوماتیک ولتاژ لامپ را تغییر داده و شار نوری لامپ را به گونه‌ای تنظیم می کنند که در صورت عدم نیاز خاموش شده و از مصرف انرژی جلوگیری کنند.

● دیمر تنظیم نور و حس‌گر نوری

سیستم‌های کنترل نور برای استفاده در امر بهینه کردن مصرف انرژی و تامین نور مناسب در سیستم‌های روشنایی داخلی ساختمان‌ها و با استفاده از منابع نور مصنوعی و ترکیب آنها با نور طبیعی به کار می‌روند. استفاده از کنترل و تنظیم نور علاوه بر ذخیره‌سازی انرژی، باعث کاهش تعداد دفعات کلیدزنی در لامپ‌ها شده و در نتیجه عمر آنها را نیز افزایش می‌دهد.

همچنین در پیک مصرف برق نیز می توان با استفاده از تنظیم نور توسط دیمرها و یا قطع نور توسط کلیدها در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد و با کاهش ساعات مصرف در طی سال از هزینه‌های اضافی جلوگیری نمود. ضمناً با قطع منابع نور نیز از تولید گرمای اضافی توسط آنها جلوگیری می‌گردد.

کلیدها و لوازم مناسب کنترل نور می‌توانند برای استفاده موضعی از نور در محیط‌های مختلف بکار روند.

در پایان لازم است به این نکته اشاره شود گرچه بهینه‌سازی به مفهوم کم مصرف کردن انرژی نیست، ولی باید فرهنگ استفاده درست از انواع انرژی‌ها و به کار بردن منابع نور و لامپ‌های کم مصرف و لوازم کنترل نور و طرح ساخت ساختمان‌های جدید آموزش داده شود تا در این راه موفقیت هر چه بیشتر حاصل شود.

منبع: هفته نامه پیام ساختمان و تاسیسات