كيفية اختيار مصدر الضوء LED المناسب للإضاءة الأرضية؟
مع تزايد الطلب على توفير الطاقة وحماية البيئة، نتزايد استخدام مصابيح LED لتصميم الإضاءة الأرضية. سوق LED حاليًا مزيج من التباين بين الجيد والسيئ. وتبذل العديد من الشركات المصنعة جهودًا حثيثة للترويج لمنتجاتها. وفي ظل هذه الفوضى، نرى أنه من الأفضل تركه يُجري اختبارًا بدلًا من الاستماع إليه.
ستبدأ شركة يوروبورن المحدودة باختيار مصابيح LED للإضاءة الأرضية، بما في ذلك المظهر، وتبديد الحرارة، وتوزيع الضوء، والوهج، والتركيب، وغيرها. اليوم، لن نتحدث عن معايير المصابيح والفوانيس، بل سنتحدث فقط عن مصدر الضوء. هل تعرف حقًا كيفية اختيار مصدر إضاءة LED جيد؟ المعايير الرئيسية لمصدر الضوء هي: التيار، والطاقة، والتدفق الضوئي، والتوهين الضوئي، ولون الضوء، وتجسيد اللون. سنركز اليوم على العنصرين الأخيرين، ثم سنتحدث بإيجاز عن العناصر الأربعة الأولى.
أولاً، كثيراً ما نتساءل: "كم واط من الضوء أريد؟". هذه العادة هي استمرار لمصادر الإضاءة التقليدية السابقة. في السابق، كانت مصادر الإضاءة ذات عدة واطات ثابتة فقط، حيث يمكنك الاختيار من بينها فقط، ولا يمكنك تعديلها بحرية. أما مصابيح LED الحالية، فقد تغير مصدر الطاقة قليلاً، وسيتغير التيار فوراً! عند تشغيل مصدر إضاءة LED نفسه، وهو مصدر إضاءة أرضي، بتيار أكبر، سترتفع الطاقة، ولكن هذا سيؤدي إلى انخفاض كفاءة الإضاءة وزيادة تآكلها. يرجى الاطلاع على الصورة أدناه.
بشكل عام، التكرار يُعادل هدرًا. ولكنه يُوفر تيار تشغيل الصمام الثنائي. عندما يصل تيار التشغيل إلى الحد الأقصى المسموح به في ظل الظروف الحالية، مما يُقلل تيار التشغيل بمقدار الثلث، يكون التدفق الضوئي المُضحّى به محدودًا جدًا، ولكن الفوائد عظيمة:
يتم تقليل التوهين الضوئي إلى حد كبير؛
تم تمديد عمر الإنسان بشكل كبير؛
تحسين الموثوقية بشكل كبير؛
استخدام طاقة أعلى؛
لذلك، للحصول على مصدر ضوء LED جيد للضوء الأرضي، يجب أن يستخدم تيار القيادة حوالي 70% من الحد الأقصى للتيار المقدر.
في هذه الحالة، ينبغي على المصمم طلب التدفق الضوئي مباشرةً. أما بالنسبة للقوة الكهربائية المستخدمة، فيُقررها المُصنِّع. هذا لتشجيع المُصنِّعين على السعي لتحقيق الكفاءة والاستقرار، بدلاً من التضحية بالكفاءة وعمر الخدمة بزيادة قوة مصدر الضوء دون تفكير.
تشمل المعلمات المذكورة أعلاه: التيار، والقدرة، والتدفق الضوئي، والتوهين الضوئي. هناك علاقة وثيقة بينها، ويجب الانتباه إليها عند الاستخدام: أيها تحتاجه حقًا؟
لون فاتح
في عصر مصادر الإضاءة التقليدية، عندما يتعلق الأمر بدرجة حرارة اللون، لا يهتم الجميع إلا بـ"الضوء الأصفر والضوء الأبيض"، وليس بمشكلة انحراف لون الضوء. على أي حال، درجة حرارة لون مصدر الإضاءة التقليدي هي من هذا النوع فقط، ما عليك سوى اختيار واحد، ولن تخطئ كثيرًا. أما في عصر مصابيح LED، فقد وجدنا أن ألوان إضاءة الإضاءة الأرضية متعددة ومتنوعة. حتى نفس مجموعة حبات المصابيح قد تختلف اختلافًا كبيرًا، مما قد يؤدي إلى غرابة واختلافات كثيرة.
يقول الجميع إن مصابيح LED جيدة وموفرة للطاقة وصديقة للبيئة. لكن في الواقع، هناك العديد من الشركات التي تُنتج مصابيح LED رديئة! فيما يلي مشروع واسع النطاق أرسله أحد الأصدقاء، والغرض منه تطبيق عملي لعلامة تجارية محلية شهيرة لمصابيح وفوانيس LED. انظر إلى توزيع الضوء، وتناسق درجة حرارة اللون، وهذا الضوء الأزرق الخافت...
في ظل هذه الفوضى، وعد مصنع إضاءة LED أرضي ملتزم عملاءه: "مصابيحنا تتميز بانحراف في درجة حرارة اللون ضمن ±150 كلفن!". عند اختيار الشركة للمنتجات، تشير المواصفات إلى: "يشترط أن يكون انحراف درجة حرارة لون حبات المصباح ضمن ±150 كلفن".
يستند هذا الـ 150 كلفن إلى استنتاجٍ مُقتبس من الأدبيات التقليدية: "يقع انحراف درجة حرارة اللون ضمن ±150 كلفن، وهو أمرٌ يصعب على العين البشرية رصده". ويعتقدون أنه إذا كانت درجة حرارة اللون "ضمن ±150 كلفن"، يُمكن تجنّب التناقضات. في الواقع، الأمر ليس بهذه البساطة.
على سبيل المثال، في غرفة الصيانة بهذا المصنع، رأيت مجموعتين من أشرطة الإضاءة بألوان إضاءة مختلفة بشكل واضح. إحداهما بيضاء دافئة عادية، والأخرى مائلة للون الأبيض. كما هو موضح في الشكل، استطعنا تمييز الفرق بين شريطي الإضاءة: أحدهما محمر والآخر مخضر. ووفقًا للبيان السابق، حتى العين البشرية تستطيع تمييز الفرق، وبالطبع، يجب أن يكون فرق درجة حرارة اللون أعلى من 150 كلفن.
كما يمكنك أن ترى، فإن مصدرين للضوء يبدوان مختلفين تمامًا للعين البشرية لديهما "اختلاف في درجة حرارة اللون المترابطة" يبلغ 20 كلفن فقط!
أليس الاستنتاج القائل بأن "انحراف درجة حرارة اللون ضمن ±150 كلفن، مما يصعب على العين البشرية رصده" خاطئًا؟ لا تقلق، اسمح لي بالشرح ببطء: دعني أتحدث عن مفهومي درجة حرارة اللون مقابل درجة حرارة اللون المترابطة (CCT). عادةً ما نشير إلى "درجة حرارة اللون" لمصدر الضوء الأرضي، ولكن في الواقع، نقتبس عادةً عمود "درجة حرارة اللون المترابطة" في تقرير الاختبار. تعريف هذين المعيارين موجود في "معيار تصميم الإضاءة المعمارية GB50034-2013".
درجة حرارة اللون
عندما تساوي درجة لون مصدر الضوء درجة لون جسم أسود عند درجة حرارة معينة، تكون درجة الحرارة المطلقة للجسم الأسود هي درجة حرارة لون مصدر الضوء. تُعرف أيضًا باسم اللونية. وحدتها هي كلفن.
درجة حرارة اللون المرتبطة
عندما لا تكون نقطة لون مصدر الضوء في الضوء الأرضي على موضع الجسم الأسود، وتكون لونية مصدر الضوء أقرب ما تكون إلى لونية الجسم الأسود عند درجة حرارة معينة، فإن درجة الحرارة المطلقة للجسم الأسود هي درجة حرارة اللون المترابطة لمصدر الضوء، والتي تُعرف بدرجة حرارة اللون المترابطة. وحدتها هي كلفن.
يشير خط العرض والطول على الخريطة إلى موقع المدينة، بينما تشير قيمة إحداثيات (س، ص) على "خريطة إحداثيات اللون" إلى موقع لون ضوء معين. انظر إلى الصورة أدناه، الموضع (0.1، 0.8) أخضر نقي، والموضع (0.7، 0.25) أحمر نقي. الجزء الأوسط عبارة عن ضوء أبيض. لا يمكن وصف هذا النوع من "درجة البياض" بالكلمات، لذا يوجد مفهوم "درجة حرارة اللون". يُمثل الضوء المنبعث من مصباح خيوط التنغستن عند درجات حرارة مختلفة بخط على مخطط إحداثيات اللون، يُسمى "موضع الجسم الأسود"، ويُختصر بـ BBL، ويُسمى أيضًا "منحنى بلانك". تبدو أعيننا، بسبب اللون المنبعث من إشعاع الجسم الأسود، وكأنها "ضوء أبيض طبيعي". بمجرد انحراف إحداثيات لون مصدر الضوء عن هذا المنحنى، نعتقد أن له "صبغة لونية".
في أقدم مصباح تنغستن لدينا، بغض النظر عن طريقة صنعه، لا يقع لون إضاءته إلا على هذا الخط الذي يمثل الضوء الأبيض البارد والدافئ (الخط الأسود السميك في الصورة). نُطلق على لون الضوء في مواضع مختلفة على هذا الخط اسم "درجة حرارة اللون". الآن، وبعد تطور التكنولوجيا، يقع لون الضوء الأبيض الذي صنعناه على هذا الخط. لا يمكننا سوى تحديد "أقرب" نقطة، وقراءة درجة حرارة لونها، ونسميها "درجة حرارة اللون المترابطة". هل فهمت الآن؟ لا تقل أن الانحراف هو ±150 كلفن. حتى لو كان مصدرا الضوء متطابقين تمامًا في درجة حرارة اللون المترابطة، فقد يختلف لون الضوء اختلافًا كبيرًا.
ما هو التكبير في "خط الحرارة المتساوي" 3000 كلفن:
مصدر إضاءة LED للإضاءة الأرضية، لا يكفي القول إن درجة حرارة اللون غير كافية. حتى لو كانت درجة حرارة جميع المصابيح 3000 كلفن، فستكون هناك ألوان حمراء أو خضراء. إليكم مؤشر جديد: SDCM.
باستخدام المثال السابق، هاتان المجموعتان من أشرطة الإضاءة، تختلف "درجة حرارة اللون المترابطة" بينهما بمقدار 20 كلفن فقط! يمكن القول إنها متطابقة تقريبًا. لكن في الواقع، من الواضح أنهما لونا إضاءة مختلفان. أين المشكلة؟
ومع ذلك، فإن الحقيقة هي: دعونا نلقي نظرة على مخطط SDCM الخاص بهم
الصورة أعلاه هي اللون الأبيض الدافئ 3265 كلفن على اليسار. يُرجى الانتباه إلى النقطة الصفراء الصغيرة على يمين القطع الناقص الأخضر، وهي موضع مصدر الضوء على مخطط اللون. الصورة أدناه خضراء على اليمين، وموقعها خارج الشكل البيضاوي الأحمر. لنلقِ نظرة على موضعي مصدري الضوء على مخطط اللون في المثال أعلاه. أقرب قيمتين لمنحنى الجسم الأسود هما 3265 كلفن و3282 كلفن، ويبدو أن الفرق بينهما 20 كلفن فقط، ولكن في الواقع المسافة بينهما كبيرة جدًا.
لا يوجد خط ٣٢٠٠ كيلو بايت في برنامج الاختبار، بل ٣٥٠٠ كيلو بايت فقط. لنرسم دائرة ٣٢٠٠ كيلو بايت بأنفسنا:
الدوائر الأربع، الأصفر والأزرق والأخضر والأحمر، تُمثل على التوالي 1، 3، 5، و7 درجات من لون الضوء المثالي. تذكر: عندما يكون الفرق في لون الضوء ضمن 5 درجات، لا تستطيع العين البشرية تمييزه، وهذا يكفي. ينص المعيار الوطني الجديد أيضًا على أنه "يجب ألا يتجاوز تفاوت الألوان عند استخدام مصادر إضاءة متشابهة 5 SDCM".
لنرَ: النقطة التالية تقع ضمن خمس درجات من لون الضوء "المثالي". نعتقد أنها لون ضوء أجمل. أما النقطة السابقة، فقد تم تجاوزها بسبع درجات، ويمكن للعين البشرية رؤية درجة لونها بوضوح.
سنستخدم SDCM لتقييم لون الضوء، فكيف نقيس هذه المعلمة؟ يُنصح بإحضار مطياف، محمول! في ضوء الأرض، دقة لون الضوء مهمة جدًا، لأن الألوان المائلة إلى الحمرة والخضرة تبدو قبيحة.
والتالي هو Color Renderingndex.
الإضاءة الأرضية التي تتطلب مؤشر تجسيد لوني عالٍ هي إضاءة المباني، مثل غسالات الجدران المستخدمة لإضاءة أسطح المباني والكشافات المستخدمة للإضاءة الأرضية. انخفاض مؤشر تجسيد اللون يُلحق ضررًا بالغًا بجمال المبنى أو المناظر الطبيعية المُضاءة.
في التطبيقات الداخلية، تتجلى أهمية مؤشر تجسيد اللون بشكل خاص في إضاءة المنازل والمتاجر والفنادق وغيرها من المناسبات. أما في بيئة المكاتب، فلا تُعدّ خصائص تجسيد اللون ذات أهمية كبيرة، لأن إضاءة المكاتب مصممة لتوفير أفضل إضاءة لإنجاز العمل، وليس للجمال.
يُعدّ تجسيد اللون جانبًا مهمًا في تقييم جودة الإضاءة. يُعدّ مؤشر تجسيد اللون طريقةً مهمةً لتقييم تجسيد لون مصادر الإضاءة. وهو معيارٌ مهمٌّ لقياس خصائص لون مصادر الإضاءة الاصطناعية، ويُستخدم على نطاقٍ واسعٍ لتقييمها. تأثيرات المنتج في ظلّ ظروفٍ مختلفة:
بشكل عام، كلما ارتفع مؤشر تجسيد اللون، كان تجسيد لون مصدر الضوء أفضل، وزادت قدرة استعادة لون الجسم. ولكن هذا مجرد افتراضات. هل هذا صحيح حقًا؟ هل من الموثوقية بمكان استخدام مؤشر تجسيد اللون لتقييم قوة إعادة إنتاج لون مصدر الضوء؟ في أي حالات ستكون هناك استثناءات؟
لتوضيح هذه المسائل، يجب أولاً فهم ماهية مؤشر تجسيد اللون وكيفية اشتقاقه. وقد وضعت CIE مجموعة من الطرق لتقييم تجسيد اللون لمصادر الضوء. وتستخدم 14 عينة لونية اختبارية، مُختبرة بمصادر ضوء قياسية للحصول على سلسلة من قيم السطوع الطيفي، وتشترط أن يكون مؤشر تجسيد اللون 100. ويُحسب مؤشر تجسيد اللون لمصدر الضوء المُقيّم مقارنةً بمصدر الضوء القياسي وفقًا لمجموعة من طرق الحساب. وفيما يلي عينات الألوان التجريبية الـ 14:
من بينها، يُستخدم الرقم 1-8 لتقييم مؤشر تجسيد اللون العام Ra، ويُختار منه ثمانية ألوان تمثيلية متوسطة التشبع. بالإضافة إلى عينات الألوان القياسية الثماني المستخدمة لحساب مؤشر تجسيد اللون العام، يوفر CIE أيضًا ست عينات ألوان قياسية لحساب مؤشر تجسيد اللون للألوان الخاصة لاختيار خصائص تجسيد لونية خاصة معينة لمصدر الضوء، وهي درجات أعلى من الأحمر والأصفر والأخضر والأزرق ولون البشرة الأوروبي والأمريكي والأخضر الورقي (رقم 9-14)، على التوالي. كما تضيف طريقة حساب مؤشر تجسيد اللون لمصدر الضوء في بلدي R15، وهي عينة لونية تمثل لون بشرة النساء الآسيويات.
هنا تكمن المشكلة: عادةً ما يُحصل على ما يُسمى قيمة مؤشر تجسيد اللون Ra بناءً على تجسيد ثماني عينات ألوان قياسية بواسطة مصدر الضوء. تتميز عينات الألوان الثمانية بصبغة وإضاءة متوسطة، وجميعها ألوان غير مشبعة. تُعد هذه النتيجة جيدة لقياس تجسيد اللون لمصدر ضوء ذي طيف مستمر ونطاق ترددي واسع، ولكنها ستُسبب مشاكل عند تقييم مصدر ضوء ذي شكل موجي حاد ونطاق ترددي ضيق.
مؤشر تجسيد اللون Ra مرتفع، هل يجب أن يكون تجسيد اللون جيدًا؟
على سبيل المثال: لقد قمنا باختبار 2 في ضوء الأرض، انظر الصورتين التاليتين، الصف الأول من كل صورة هو أداء مصدر الضوء القياسي على عينات ألوان مختلفة، والصف الثاني هو أداء مصدر ضوء LED الذي تم اختباره على عينات ألوان مختلفة.
مؤشر تقديم اللون لهذين المصدرين للضوء LED للضوء الأرضي، والذي تم حسابه وفقًا لطريقة الاختبار القياسية، هو:
العلوي را=٨٠ والسفلي را=٦٧. مفاجأة؟ السبب الجذري؟ في الواقع، سبق أن تحدثت عنه أعلاه.
قد لا تكون أي طريقة مناسبة في بعض الأماكن. فإذا كانت خاصة بمساحة ذات متطلبات لونية صارمة، فما هي الطريقة التي نستخدمها لتحديد مدى ملاءمة مصدر ضوء معين؟ قد تكون طريقتي غير دقيقة بعض الشيء: انظر إلى طيف مصدر الضوء.
فيما يلي التوزيع الطيفي لعدة مصادر ضوء نموذجية، وهي ضوء النهار (Ra100)، والمصباح المتوهج (Ra100)، والمصباح الفلوري (Ra80)، وعلامة تجارية معينة من LED (Ra93)، ومصباح هاليد معدني (Ra90).
وقت النشر: ٢٧ يناير ٢٠٢١
