7
ภาพท 2.2 การเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟา
สเปคตรมของคลนแมเหลกไฟฟา จะมชวงความยาวคลน (ทมนษยคนพบ)ตงแต - นาโนเมตร(รงส Cosmic) จนถง นาโนเมตร ( ไฟฟากระแสสลบ ) เมอเราพจารณาวาแสงเปนคลนแมเหลกไฟฟา แสงจะอยในชวงความยาวคลนทมนษยมองเหนซงมเพยงชวงเลกๆ จาก 380 นาโนเมตร(3800 angstroms) ถง 760 นาโนเมตร (7600 angstroms) และความยาวคลนทแตกตางกนจะปรากฏเปนแสงสทแตกตางกนดงแสดงในตารางท 2.1
ตารางท 2.1 แสดงสของแสงในชวงความยาวคลนตางๆ
ส ความยาวคลน(nm) แดง 760-630 สม 630-590
เหลอง 590-560 เขยว 560-490 น าเงน 490-440 คราม 440-420 มวง 420-380
2.2 การมองเหนของดวงตามนษย [1][3]
การมองเหนวตถใดๆและสตางๆไดนนจ าเปนจะตองอาศยแหลงก าเนดแสงไมวาจะเปนดวงอาทตย หรอเปลวไฟ แสงทออกมาจากแหลงก าเนดเมอกระทบกบวตถแลวจะสะทอนเขาสตาจะยงผลท าใหเรามความรสกมองเหนวตถได
8
การมองเหนในแตละขณะจะมวตถหลายอยางรวมอยในภาพทปรากฎตอตาวตถแตละอยางจะเปลยนคณสมบตบางประการของแสงทออกมาจากแหลงก าเนด ทส าคญคอวตถแตละประเภทมการดดกลนแสงในชวงความยาวคลนตางๆ เอาไวในอตราทไมเทากนแลวปลอยเฉพาะสวนทเหลอหรอบางความยาวคลนออกมาเขาสตา นอกจากนปรมาณของแสงสวาง และระยะการปรบภาพของดวงตากมมผลตอการมองเหนดวยเชนกน จากการมองเหนดงกลาวนจะเหนไดวาความชดเจน และความสบายในการมองเหนภาพตางๆจะขนอยกบปจจยทางสรระวทยาคอดวงตามนษย และปจจยภายนอกอนๆ ซงจะกลาวตอไป
ภาพท 2.3 สวนประกอบดวงตา
2.3 ปจจยภาคนอกทมผลตอการมองเหน [1][3]
ความสามารถในการมองเหนของดวงตามนษย ขนอยกบปจจย(ภายนอก) 5 อยาง คอ
1.ขนาด และระยะทาง 2.ความสวาง (Luminance) 3.ความเปรยบตาง (Contrast) 4.เวลา 5.แสงบาดตา
2.3.1 ขนาดและระยะทางของวตถ ขนาด และระยะทางของวตถ ทมผลตอความสามารถในการมองเหน สงส าคญกคอ ขนาดทดวงตามองเหน (รบร) ซงขนอยกบมมในการมอง (Visual Angle, ) ของดวงตา ถาเราเคลอนวตถทมองเขามาใกลจะท าใหมม ใหญขน ซงท าใหมองเหนชดเจนขน
9
2.3.2 ความสวาง (Luminance) ความสวางในทน หมายถง ความสวางของวตถซงเกดจากแสงกระทบบนวตถ สะทอนออกมาสดวงตา(Luminance) โดยจะมผลตรงตอความสวางของวตถขนอยกบปรมาณแสงทตกกระทบ และคณสมบตในการสะทอนแสงของวตถนนๆ ตามสมการ
เมอ L คอ ความสวาง (Luminance)มหนวยเปน ลกซ (Lux) คอ ความสามารถในการสะทอนของวตถ (Reflectance) E คอ ความสองสวางทตกกระทบวตถ (Illumination) มหนวยเปน ลกซ (Lux) การมองเหนของดวงตาเปนการมองเหน ความสวางของวตถ (luminance) ทสะทอนแสงออกมาไมใชความสองสวางทตกกระทบวตถ (illumination) ดงนนคณสมบตการสะทอนแสงของวตถมผลอยสงมากตอการมองเหนวตถนน โดยหนวยของความสองสวางนนจะก าหนดเปน ลกซ (Lux)
2.3.3 ความเปรยบตาง (Contrast) ความเปรยบตาง กคอ ความจดในการตดกนของสหรอความสวางของ วตถ (Object) กบ ฉากหลง (Background) ซงเปนกลไกพนฐานในการมองเหนวตถ ถาความแตกตางระหวางฉากกบวตถมนอย เราจะสามารถมองเหนวตถไดยากขน คาความเปรยบตางทนอยทสดทสามารถเรมมองเหนวตถได เรยกวา Contrast Threshold โดยจะนยมใชวธของ Blackwell ดงสมการ
| | |
|
เมอ คอ ความสวางของวตถ (Object) คอ ความสวางของฉาก (Background) คอ ความแตกตางระหวาง และ
2.3.4 ระยะเวลาในการมอง (Time) การมองเหนของดวงตาไมใชปรากฏการณทเกดขนแบบฉบพลนทนททนใด ในความเปนจรงจะตองมชวงเวลาทางขบวนการไฟฟาเคม ในการสงสญญาณจากจอตา(Retina) ไปยงสมอง ใน
10
ททมความสวางนอยกตองใหเวลาในการมองมากกวาททมความสวางมากถาตองการรายละเอยดเทากน
2.3.5 แสงบาดตาหรอแสงรบกวน (Glare) แสงบาดตาหรอแสงรบกวนเกดจากสภาวะทมแสงสองในต าแหนงทไมเหมาะสม แสงรบกวนท าใหเกดผลเสยตอการมองเหน และตอดวงตา เชน มองเหนไมชดเจน ขาดความสบายตา บางกรณถงขนมองไมเหนเลย นอกจากนอาจท าใหตาเกดความเมอยลาไดงาย แสงบาดตาหรอแสงรบกวนสามารถแบงตามลกษณะการเกดได 2 ประเภท
- แสงบาดตาโดยตรง(Direct Glare) หมายถงแสงทพงจากแหลงก าเนดแสงมายงดวงตาโดยตรง
- แสงบาดตาโดยออม(Indirect Glare) หมายถงแสงทสะทอนจากพนผวทไมไดเปนจดสนใจ ซงท าใหเกดผลกระทบได 2 แบบ คอ
- แสงบาดตาแบบท าใหไมสบายตา (Discomfort Glare) แสงบาดตาประเภทนจะท าใหเกดความเมอยลาในการท างานและท าใหความสามารถในการมองเหนลดลง และยงท าใหเกดความร าคาญและความเครยดในการท างาน
- แสงบาดตาแบบท าใหไมสามารถมองเหนได(Disability Glare) แสงบาดตาประเภทนจะลดขดความสามารถของการมองเหนลดลงอยางมาก หรออาจท าใหมองไมเหนเลย และยงท าใหเกดความเมอยลาในการท างานดวย
2.4 หนวยการวดของแสง [1][3] 2.4.1 พลงงานของการสองสวาง (Luminous Energy,Q) พลงงานของการสองสวาง (Luminous Energy,Q) เปนคาพลงงานของแสงในรปของคลนแมเหลกไฟฟา มหนวยเปน “ umen – Second” 2.4.2 มมกรวยตนหรอ Solid Angle ( ) มมกรวยตนหรอ Solid Angle( ) เปนคาอตราสวนของพนผวทรงกลมตอคารศมของทรงกลมยกก าลงสอง มหนวยเปน “Steradian(sr)”
ทรงกลม
d
11
ภาพท 2.4 แสดงนยามของ Solid Angle 1 Steradian(sr) 2.4.3 ฟลกซสองสวาง (Luminous Flux) ฟลกซสองสวาง (Luminous Flux, ) คออตราการแผพลงงานของแสงตอหนวยเวลา มหนวยเปน “ umen(lm)” สมการของ สามารถแสดงไดเปน
d dt
เมอ Q เปนคาพลงงานของแสงทแผออกมาจากแหลงก าเนด
2.4.4 ความเขมของการสองสวาง(Luminous Intensity,I) เปนคาความหนาแนนของฟลกซสองสวางจากแหลงก าเนดแสง ในทศทางทก าหนด ตอคามมกรวยตน คาความเขมของการสองสวาง เปนคาทแสดงความสามารถของแหลงก าเนดแสงในการสองสวางในทศทางทก าหนด มหนวยเปน “ andela(cd)”
d d
lumensteradian
candela
12
2.4.5 ความสวาง(Luminance,L) ความสวาง(Luminance,L) เปนคาฟลกซสองสวาง จากจดทก าหนดไปยงทศทางทก าหนด ตอพนทตกกระทบ ( ) ตอมมกรวยตน มหนวยเปน lumen m (Lux) หรอ lumen t (footcandle (fc)) สมการแสดงคาความสวางเขยนไดเปน
d
d d
2.4.6 การสะทอนแสงของพนผว
การสะทอนแสงของพนผวแบงได 4 ประเภท โดยคณสมบตทส าคญดงตอไปน
- การสะทอนแสงแบบสมบรณ หรอ Specular Reflection เปนการสะทอนแสงของกระจกหรอวตถทมผวมนมากๆ โดยจะมมมสะทอนแสงเทากบมมตกกระทบ ( )
- การสะทอนแสงแบบแผกระจายบางสวน หรอ Composed or Spread Reflection เปนการสะทอนแสงทมมมทแสงสะทอนออกมากทสดท ามมเทากบมมตกกระทบ ( ) โดยแสงทเหลอทสะทอนออกมากระจายอยรอบๆการสะทอนแสงแบบนจะเกดกบพนผวประเภทอะลมเนยม
- การสะทอนแสงแบบกระจาย หรอ Diffuse Reflection เปนการสะทอนแสงทกระจายออกทกทศทาง โดยจะสะทอนในทศตงฉากกบพนผวมากทสด ในกรณทเปน พนผวกระจายแสงแบบสมบรณ หรอ Lambertian Surface(Perfect Diffuser) เปนพนผวทดดกลนพลงงานสองสวาง และกระจาย(ทงหมด) ออกมาเปนทรงกลมทสมผสพนผวนน โดยเปนไปตามสมการ
cos ( am ert’s Cosine Law)
- การสะทอนแสงแบบรวมหรอแบบผสม หรอ Mixed or Combination เปนการสะทอนทรวมคณสมบตการสะทอนทกแบบเขาดวยกน ซงเกดกบพนผวในความเปนจรงเกอบทกชนด
13
ภาพท 2.5 แสดงลกษณะการกระจายแสงของพนผวแบบตางๆ
2.4.7 ความสองสวาง (Illumination,E) ความสองสวาง(Illumination,E) เปนคาฟลกซสองสวางทตกกระทบพนผวเลกๆ ตอหนวยพนทของพนผวนน มหนวยเปน lumen/ t (footcandle(fc)) หรอ lumen/m (Lux) ซงเปนหนวยเดยวกบคาความสวาง สมการของคาE แสดงไดเปน
d
d (lumen/ t (footcandle(fc)) หรอ lumen/m (Lux))
2.4.8 ประสทธภาพของการสองสวางของแหลงก าเนดแสง (Efficacy) เปนคาแสดงประสทธภาพของแหลงก าเนดแสง ในเชงของการใหแสงสวาง คา Efficacy คอ อตราสวนของฟลกซสองสวางทงหมดทออกจากแหลงก าเนดแสงกบคาก าลงงานทแหลงก าเนดใช(input power) มหนวยเปน lumen/watt
2.5 อปกรณท าหนาทสองสวางส าหรบไฟถนน [2]
การศกษาอปกรณท าหนาทสองสวางในกจกรรมน เพอใชเปนขอมลอางองในการค านวณดานการ สองสวางและการใชพลงงาน และท าใหสามารถเปรยบเทยบระหวางโคมไฟถนนทสมรรถนะไมเหมาะสมกบทสมรรถนะด คาทางแสงทท าหนาทในการสองสวางถนนคอ ฟลกซสองสวางคงตว (FU) จากโคมถนนทใช การเสอมคาของหลอด (LLMF) และโคมถนน(LMF) จากการใชงาน ฟลกซสองสวางทตกบนผวถนนเทานนทเปนประโยชนส าหรบไฟถนน ซงสามารถอธบายไดดวย สมการ
14
FU [lumen] = UF x LMF x LLMF x Lamp Lumen Output
คาทางแสงทท าหนาทในการสองสวางถนนนค านงถงทงโคมไฟถนน หลอดไฟฟา บลลาสต และ วธการตดตงโคมไฟถนน ในการค านวณทงหมด
2.5.1 หลอดไฟฟาทควรเลอกใช
ในการสองสวางถนนสวนใหญของกรมทางหลวง กรมทางหลวงชนบท และองคกรปกครองสวนทองถนนน จะนยมใชโคมไฟถนนและหลอดไฟฟาชนดตาง ๆ ตามชนดและประเภทของถนนในแตละพนท เชน โคมไฟถนนประเภทตาง ๆ ทใชหลอดโซเดยมความดนไอสง หลอดเมทลฮาไลด หรอหลอดไอปรอทความดนสง แหลงก าเนดแสงประกอบดวย หลอดไฟฟา อปกรณควบคม และตวโคมไฟถนน องคประกอบทมผลตอการเลอกใชในการออกแบบไฟถนน ไดแก
- ขนาดของหลอดไฟฟา (ก าลงไฟฟาและฟลกซสองสวาง) - อายของหลอดไฟฟา - สของแสงและการเหนส ( Tc, Ra) - ประสทธผลของหลอดไฟฟาและโคมไฟถนน - ขนาดทางกายภาพของหลอดไฟฟาและโคมไฟถนน - การกระจายแสงของโคมไฟถนน - ความคงทนและชนการปองกนของโคมไฟถนน - ราคาหลอดไฟฟาและโคมไฟถนน
1) หลอดไอปรอทความดนสง
หลอดไอปรอทความดนสง หรอหลอดแสงจนทรเปนผลตภณฑทเกาแก และใชกนมากในไฟถนน ท างานดวยไอปรอททความดนสง มใหเลอกใชหลายขนาด
จดเดน คอ อายใชงานยาว งายตอการใชงาน เนองจากใชบลลาสตแตเพยงอยางเดยว จดดอย คอ คาประสทธผลการสองสวางต า ฟลกซสองสวางจะลดลงคอนขางเรวตามอาย
ใชงานเมอเทยบกบหลอดโซเดยมความดนไอสง และเมอไฟฟาดบชวงสน ๆ หลอดจดตดใหมจะใชเวลานานรายละเอยดและสมรรถนะ การท างานของหลอดไอปรอทความดนสงด มอก 673เลม 2-255X, มาตรฐาน IEC 60188 (2001-05)
15
ภาพท 2.6 Mercury vapour lamp, E-elliptical, phosphor coated
2) หลอดเมทลฮาไลด
หลอดเมทลฮาไลด มใหเลอกใชหลายขนาด ท างานดวยไอปรอททความดนสงภายในหลอดถายประจมการเตมสารประกอบจ าพวกฮาไลด เพอท าใหสของแสงดขน มอณหภมสตาง ๆ ขนอยกบสารประกอบฮาไลดทเตมเขาไป
จดเดน คอ ประสทธผลการสองสวางมคาสง (70-100 lm/W) ดชนการใหส Ra มคาประมาณ 60-80 บางรนอาจมคา Ra มากกวา 90
จดดอย คอ อายใชงานสนกวาหลอดถายประจชนดอน (8,000 ชวโมง)ในการท างานของหลอดตองใชบลลาสตและอกนเตอร แรงดนจดหลอด ประมาณ2.8 – 5 kV รายละเอยดและสมรรถนะ การท างานของหลอดเมทลฮาไลด ดมาตรฐาน IEC 61167 (1992-09)
a) b) c)
ภาพท 2.7 ตวอยางหลอดเมทลฮาไลดแบบตางๆ a) Metal halide lamp, E-elliptical, clear b) Metal halide lamp, TS-tubular, double ended c) Metal halide lamp, T-tubular
16
3) หลอดโซเดยมความดนไอสง
หลอดโซเดยมความดนไอสงใชกนมากในไฟถนน มใหเลอกใชหลายขนาด ท างานดวยไอโซเดยมความดนสง
จดเดน คอ ประสทธผลการสองสวางมคาสงกวาหลอดเอชไอด (HID) ชนดอน ๆ(ประมาณถง 130 lm/W) ตวหลอดทสองสวางมขนาดเลก ท าใหการควบคมการกระจายแสงท าไดด และตวโคมไฟมขนาดเลก หลอดมอายใชงานยาว ในขณะทฟลกซสองสวางลดลงคอนขางนอยตามอายใชงาน
จดดอย คอ มอณหภมสต าประมาณ 2000 K สของแสงเปนสเหลองทอง ซงมดชนการใหสคอนขางต า (Ra = 25) มหลอดโซเดยมซงใหแสงสขาวเหลอง มอณหภมส2500 K ดชนการใหสดขน Ra = 85 แตประสทธผลการสองสวางต ากวาแบบธรรมดา การท างานของหลอดตองใชบลลาสตและอกนเตอร แรงดนทจดหลอด ประมาณ2.8 – 5 kV รายละเอยดและสมรรถนะในการท างานของหลอดโซเดยมความดนไอสงดมาตรฐาน IEC 60662
a) b) c)
ภาพท 2.8 ตวอยางหลอดโซเดยมความดนไอสงแบบตางๆ a) High pressure sodium lamp, E-elliptical, phosphor coated b) High pressure sodium lamp, T-tubular c) High pressure sodium lamp, Double ended
4) หลอดโซเดยมความดนไอต า
หลอดโซเดยมความดนไอต า มใหเลอกใชหลายขนาด ท างานดวยไอโซเดยมความดนต า ใชกาซนออนและอารกอน เพอท าหนาทชวยเมอเรมจดหลอด หลอดใชเวลาตงแตเรมจดจนใหแสงเตมทประมาณ 12 – 15 นาท
17
จดเดน คอ ประสทธผลการสองสวางมคาสงกวาหลอดไฟชนดอน ๆ (150-200 lm/W) ฟลกซสองสวางลดลงคอนขางนอยตามอายใชงาน จดดอย คอ ใหแสงคลนความถเดยว สเหลอง อณหภมส 1700 K มคาดชนใหสแสงต า หลอดมอายใชงานสนกวาหลอดโซเดยมความดนไอสง ตวหลอดทสองสวางมขนาดยาว ท าใหการควบคมการกระจายแสงท าไดยากและตวโคมไฟมขนาดใหญ รายละเอยดและสมรรถนะในการท างานของหลอดโซเดยมความดนไอต า ดมาตรฐาน IEC 60192
ภาพท 2.9 Low pressure sodium lamp, Tubular, IR reflecting coating
5) หลอดฟลออเรสเซนตแบบกระทดรด ( Compact Fluorescent Lamps CFL)
หลอดฟลออเรสเซนตแบบกระทดรด มขนาดกระทดรด มใหเลอกใชหลายขนาด มก าลงไฟฟา และฟลกซสองสวางไมสง แตมประสทธผลการสองสวางคอนขางสง จงเหมาะกบการใชงานบน ถนนทไมตองการความสองสวางสง โคมไฟทใชหลอดชนดนจะมขนาดเลกและราคายอมเยาว
รายละเอยดและสมรรถนะในการท างานของหลอดฟลออเรสเซนตแบบกระทดรด ดมาตรฐาน มอก. 1713- 2548 และ IEC 60901
ภาพท 2.10 Compact Fluorescent Lamps CFL
18
6) หลอดแอลอด ( Light Emitting Diode LED)
หลอดแอลอด เปนหลอดไฟฟาทพฒนาขนมาใหมมใหเลอกใชหลายขนาด สามารถใชพฒนาโคมไฟถนนได
จดเดน หลอดแอลอด มขนาดเลก ประสทธผลการสองสวางมคาสงกวาหลอดไอปรอท ความดน สงและมแนวโนมทจะพฒนาไดสงขนอก หลอดแอลอดมการกระจาย ความเขมสองสวางใน ทศ ทางดานหนา จงเหมาะทจะพฒนาใชกบโคมไฟถนนตอไป เพราะสามารถออกแบบออปตกสใหม ประสทธผลการสองสวางของโคมไฟถนนสงกวาโคมไฟถนนทใชหลอดชนดอนๆ
จดดอย คอ หลอดมก าลงไฟฟาและฟลกซสองสวางไมสง ตองประกอบแอลอดพรอมออปตกส เปนลกษณะโมดล ทมการกระจายความเขมสองสวางในทศทางทตองการ และตองใชโมดลเปน จ านวนมากตอโคมไฟถนนแตละโคม
ดมาตรฐาน IEC 62031 และ IEC/PAS 62612
ภาพท 2.11 Light Emitting Diodes Lamps
2.5.2 บลลาสตทควรเลอกใช
มการสญเสยก าลงงานไฟฟาเกดขนในอปกรณควบคม ซงจายก าลงงานใหหลอดไฟฟา บลลาสตท าหนาทหลกในการควบคมกระแส แรงดนไฟฟาครอมหลอดและก าลงไฟฟาของหลอดไฟฟาใหถกตอง บลลาสตของหลอดฟลออเรสเซนตและหลอดเอชไอดจะใชพลงงานไฟฟาจ านวนหนงซงเปนการสญเสยและปลอยออกเปนความรอน
ประสทธภาพของบลลาสตมคาทแตกตางกน และมผลมากตอประสทธผลทงหมดของระบบหลอดฟลออเรสเซนต หรอหลอดเอชไอดทใชกบบลลาสตอเลกทรอนกส จะมประสทธภาพสงกวาหลอดฟลออเรสเซนตหรอหลอดเอชไอด ทใชกบบลลาสตแกนเหลก
19
1) บลลาสตแกนเหลก
บลลาสตแกนเหลกทวไปมลกษณะเปนโชค (Choke) มคาความเหนยวน าตามทก าหนดตามมาตรฐานของหลอดไฟฟาแตละชนดในการท างานของหลอด มการสญเสยพลงงานไฟฟาในตวบลลาสต ซงท าใหประสทธผลของระบบ (หลอดไฟฟารวมบลลาสต) ต ากวาประสทธผลของหลอดไฟฟา ส าหรบหลอดไฟฟาทมขนาดวตตต า ๆ สามารถเพมประสทธผลของหลอดไฟฟารวมบลลาสตของโคมไฟถนน ท าใหสามารถประหยดพลงงานไดเกอบ 10 % โดยการใชบลลาสตแกนเหลกประหยดพลงงาน (Low loss)รายละเอยดและสมรรถนะในการท างานของบลลาสตแกนเหลก ด IEC 60922 และ IEC60923
รปท 2.12 Ferro – magnetic ballasts
2) บลลาสตอเลกทรอนกส
บลลาสตอเลกทรอนกสมการสญเสยก าลงไฟฟานอยกวาบลลาสตแกนเหลก ท าใหประหยดพลงงานไฟฟาไดสงกวา มแบบทใชหรไฟเพอประหยดพลงงาน และแบบทใชกบระบบอจฉรยะในการท างาน เชน การควบคมก าลงไฟฟาของหลอดไฟฟาและการแสดงผลสภาพการท างานของหลอดไฟฟา เปนตน
ปจจบน มบลลาสตอเลกทรอนกสส าหรบหลอดเอชไอดอยบาง แตยงมราคาแพง และผใชยงกงวลเรองอายใชงานและคณภาพทก าหนดตามมาตรฐานขอบงคบรายละเอยดและสมรรถนะในการท างานของบลลาสตอเลกทรอนกส ด มอก 673, IEC61347-2-9 และ IEC 62384
20
ภาพท 2.13 Electronic ballasts
2.5.3 โคมไฟถนนทควรเลอกใช
หลอดไฟฟาและบลลาสตประหยดพลงงาน เปนอปกรณทมประสทธภาพพลงงานสง แตแสงสวางจากหลอดไฟฟาทกระจายไปในทศทางตาง ๆ จะตองถกควบคมใหกระจายไปในทศทางทตองการสองสวาง เพอท าใหทงระบบมประสทธผลการสองสวางสงขน ระบบออปตกสควบคมแสงของโคมไฟถนน ประกอบดวยชนสวน
1) แผนสะทอนแสง (Reflectors) ท าดวยแผนอะลมเนยมทมสมประสทธการสะทอนแสงสงถง 85%
2) ฝาครอบทหกเหแสงหรอกระจายแสง (Refractors)
สมบตการกระจายแสงของแตละระบบออปตกสสามารถปรบเปลยนไดอกโดยการปรบต าแหนงของขวหลอดในระบบออปตกส การควบคมใหแสงกระจายไปในทศทางทตองการ โดยการสะทอนและหกเหแสง จะท าใหประสทธภาพของโคมไฟถนนลดลง แตในการใชงาน โคมไฟถนนทมประสทธภาพสงแตมการกระจายแสงไมเหมาะสมในการสองสวางผวถนน จะท าใหประสทธผลทางพลงงานหรอการประหยดพลงงานนอยกวาโคมไฟถนนทมประสทธภาพทางแสงต ากวา แตมการกระจายแสงเหมาะสมกบถนนทตดตง
โคมไฟถนนทควรเลอกใช ตองมรายละเอยด สมบตเฉพาะตว คอ ลกษณะการกระจายแสงของโคมไฟถนน จะบอกใหทราบวา โคมไฟถนนรนนน ๆ จดประเภท เปนชนดใด เหมาะกบการตดตงใชงานกบถนนแคบหรอกวาง ตองตดตงถหรอหางกนอยางไร และกอใหเกดความจาตาไดมากนอยเพยงใด
21
โคมไฟถนน LED แบบ posttop
โคมไฟถนน LED แบบ postop ปรบมมได
โคมไฟถนน HID ภาพท 2.14 ตวอยางโคมไฟถนนชนดตางๆ
22
2.6 การจดประเภทและสมรรถนะจ าเพาะของโคมไฟถนน [2]
2.6.1 การจดประเภทตาม CIE
การจ าแนกโคมไฟถนนตามวธ CIE ใชตวแปร 3 ตว คอ Throw, Spread และ Control โดย Throw จะแสดงถงความสามารถของโคมไฟถนนในการสาดแสงออกหางจากจดใตโคมไดมากนอยเพยงใด Spread จะแสดงถงความสามารถของโคมไฟถนนในการกระจายแสงขามถนนไปอกฝงหนง และ Control จะแสดงถงความสามารถในการควบคมความจาตา Throw, Spread และ Control แบงออกเปน 3 แบบ แตละแบบก าหนดไดดวยมม γ , มม γS และคา SLI ตามล าดบ ทงน CIE ไดก าหนดเกณฑในการจดประเภทโคมไฟถนนไวดงแสดงในตารางท 2.2 รายละเอยดด CIE Publ. 34-1977 Road Lighting Lantern and Installation Data-Photometrics, Classification and Performance
ตารางท 2.2 การจดประเภทโคมไฟถนนของ CIE
Throw T(deg.) < 60 60-70 > 70
Type Short Intermediate Long
Spread S(deg.) < 45 45-55 > 55
Type Narrow Average Broad
Control SLI* < 2 2-4 > 4
Type Limited Moderate Tight
หมายเหต
* SLI = 13.84 − 3.31log +1.3[log(I80 / I88)]0.5 − 0.08log(I80 / I88) +1.29log F + C
รายละเอยดของตวแปรทใชหาคา SLI ดในมาตรฐาน CIE 115
1) Throw
มม γ (Throw angle) หาไดจากกราฟโพลารของการกระจายแสงในระบบ C- γ ทผานแนวความเขมสองสวาง สงสด (Imax) โดยการเฉลยคามม γ ของความเขมสองสวาง 90 % ดงรปท 2.15
23
ภาพท 2.15 การหาคามม γ เพอใชระบคา Throw
เมอทราบคามม γ กสามารถระบชนดของ Throw ได ดงรายละเอยดในตารางท 2.2 ส าหรบภาพท 2.16 แสดงการแปลงคามม γ ซงตรงกนกบอตราสวนของระยะบนพนถนน เทยบกบความสงของดวงโคม (a/h) เพอใชแสดงวา Throw แตละชนดจะปรากฏอยบนพนถนนสวนใดรอบๆ จดตกของโคมไฟถนน
γ a/h
60° 1.73
70° 2.75
ภาพท 2.16 การกระจายตวของ Throw (Imax)บนพนถนน
24
2) Spread
มม γS (Spread angle) หาไดจากมมบนระนาบดงทผานโคมไฟถนนและขวางถนนทเปนมมจากแนวดงถงมมทแสดงขอบของเสนความเขมสองสวางเทากน (Isocandela line) ท 90 % ของคาสงสดทดานทอยหางจากโคมไฟถนนมากกวาอกดานหนง ดงรายละเอยดในภาพท 2.17
ภาพท 2.17 การหาคามม γS เพอใชระบคา Spread
เมอทราบคามม γS กสามารถระบชนดของ Spread ไดดงรายละเอยดในตารางท 2.2 ส าหรบภาพท 2.18 แสดงการแปลงคามม γS ซงตรงกนกบอตราสวนของระยะบนพนถนนเทยบกบความสงของโคมไฟถนน (a/h) เพอใชแสดงวา Spread แตละชนดจะปรากฏอยบนพนถนนสวนใดบาง
γS 45° 55°
a/h 1.00 1.40
25
ภาพท 2.18 การกระจายตวของ Spread บนพนถนน
2.6.2 การจดประเภทของ IESNA
IESNA ก าหนดวธจ าแนกโคมไฟถนนส าหรบสวนของพนทประเภท M จากการกระจายความเขมสองสวางบนผวถนน เปนแบบทสองไปทางดานหนา (Lateral Light Distributionsในทนเรยกวาชนดการกระจาย หรอ Type) และดานขางแตละดานของต าแหนงโคมไฟถนน(Vertical Light Distributions ในทนเรยกวา พสยการกระจาย หรอ Distribution range) โดยแบงเปนชนดการกระจาย (Type) II, III และ IV ซงบอกลกษณะการกระจายแสงไปทางดานหนา ขามไปยงถนนฝงตรงขาม ในขณะทใหพกดการกระจายแบบสน (S; Short)ปานกลาง (M; Medium) และยาว (L; Long) เปนตวชบอกแบบทจดความเขมสองสวางคาสงสด อยบนกรดในบรเวณทก าหนดโดยระยะบนพนถนน เทยบกบความสงของโคมไฟถนน IESNA ก าหนดเกณฑในการจดประเภทโคมไฟถนนไวดงแสดงในตารางท 2.3
26
ตารางท 2.3 การจดประเภทของโคมไฟถนนของ IESNA
ชนดการกระจาย
(a/h) MH ≤1.75 ≤2.75 > 2.75
ชนด II III IV
พสยการกระจาย
(a/h) MH 1.0 ถง 2.25 2.25 ถง 3.75 3.75 ถง 6.0
ชนด พสยสน (Short) พสยปานกลาง (Medium) พสยยาว (Long)
Cutoff
cd ทมมสงกวา แนวดง
ลง
900: cd = 0 % ลเมนทก าหนด
800: cd < 10 % ลเมนทก าหนด
900: cd < 2.5 % ลเมนทก าหนด
800: cd < 10 % ลเมนทก าหนด
900: cd < 5 % ลเมนทก าหนด
800: cd < 20 % ลเมนทก าหนด
ชนด Full Cutoff Cutoff Semicutoff
ชนด II , III และ IV เปนชนดทมการกระจายแสงรอบตวไมสมมาตร (Asymmetrical) ในระนาบทผานแกนในแนวดง และกระจายออกเปนมมกวางไปทางดานหนา เมอเสน 50 %ของความเขมสองสวางคาสงสด อยภายใน เสน 1.75 MH เสน 2.75 MH และอยเลย เสน2.75 MH ดานถนนของเสนอางองตามล าดบ (ดภาพท 2.19)
พกดการกระจายแสง สน ปานกลางและยาว เปนตวบอกแบบของพกดทจดความเขมสองสวางคาสงสด บนกรดบนพนถนน ตามแนวเสนอางองในระยะ 1.0 - 2.25 MH, 2.25 –3.75 MH และ 3.75 – 6.0 MH ตามล าดบจากเสนกงกลางของโคมไฟถนน (ดภาพท 2.19)
27
ภาพท 2.19 ตวอยางประเภทโคมไฟถนนชนดการกระจาย (Type) III และพกดการกระจาย ปานกลาง (M)
นอกจากชนดการกระจาย และพกดการกระจายแสงแลว สมบตการกระจายความเขมสองสวางในทศทางของมมทสงกวามม จากแนวดงลง มผลตอการเกด ความจาตา มลภาวะทางแสง และประสทธผลการสองสวางต า
ค าจ ากดความของ Cutoff ขนอยกบสมบตการกระจายแสงในทศทางมม และมม จากแนวดงลง
Full Cutoff เปนสมบตการกระจายแสงเมอ คาความเขมสองสวางในทศทางมม และมม เทากบ 0 และนอยกวา 10 % ของลเมนทก าหนดตามล าดบ
Cutoff เปนสมบตการกระจายแสงเมอ คาความเขมสองสวางในทศทางมม และมม นอยกวา 2.5 % และนอยกวา 10 % ของลเมนทก าหนดตามล าดบ
สวน Semicutoff เปนสมบตการกระจายแสงเมอ คาความเขมสองสวางในทศทางมม และมม นอยกวา 5 % และนอยกวา 20 % ของลเมนทก าหนด ตามล าดบ
28
2.6.3 การวเคราะหสมรรถนะของโคมไฟถนน
การวเคราะหและจดกลมของโคมไฟถนนดวยโปรแกรมคอมพวเตอร ตองมขอมลในรปของไฟลขอมลการวดแสง (Photometic Data File) ซงไดจากการวดการกระจายความเขมสองสวางของโคมไฟถนน
มาตรฐาน CIE 121-1996: The Photometry and Goniophotometry of Luminaires ไดก าหนดระบบการวดขอมลการกระจายความเขมสองสวาง ของแหลงก าเนดแสง เชน
หลอดไฟฟา โคมไฟฟา ออกเปน 3 ระบบ คอ
- ระบบ A-
- ระบบ B-β
- ระบบ C- γ
ในการวดการกระจายแสงของโคมไฟถนน จะใชระบบ C- γ โดยมการวางระนาบ C และการวดมม γ ในแตละระนาบ C ดงแสดงในรปท 4.6 ระนาบ C0 อยทางดานขวามอของโคมไฟถนน ดานหนาเปนระนาบ C90 ดานซายเปนระนาบ C180 และดานหลงเปนระนาบ C270 โดยระนาบ C อยในแนวดงผานแกนอางองของโคมไฟถนน และหมนทวนเขมนาฬกา
ภาพท 2.20 การหนโคมไฟถนน ส าหรบ C, γ ในการวดแสงดวยโกนโอโฟโตมเตอร
29
โกนโอโฟโตมเตอร (Goniophotometer) เปนเครองมอในหองปฏบตการแสงสวางส าหรบวดขอมลการกระจายความเขมสองสวางของโคมไฟถนน แบบทนยมใชกนมากเปนแบบกระจกหมนหรอแบบหมนโคมไฟถนน
2.6.4 ระดบขอมลทางแสงของโคมไฟถนน
ขอมลทางแสงของโคมไฟถนน สามารถแบงออกไดเปน 3 ระดบ ตามทระบในมาตรฐานCIE 34: 1977 Road Lighting Lantern and Installation Data มดงตอไปน
1) ขอมลพนฐานจากการวดแสงของโคมไฟถนน - ตารางการกระจายความเขมการสองสวาง (Intensity Distribution Tables) - แผนภาพความเขมสองสวางเทากน (Iso candela Diagrams) - แผนภาพโพลา (Polar Diagrams) - พนทสองแสง (Flashed Area) 2) สมรรถนะทางแสงหาไดจากขอมลการวดแสง - การจดประเภทโคมไฟถนน (Lantern Classification: Throw, Spread, Control หรอCut off) - แผนภาพแฟกเตอรการใชประโยชนแสง (UF Diagram) - แผนภาพแฟกเตอรผลไดความสองสวาง (Luminance Yield Factor Diagram) - แผนภาพความสองสวางเทากน (Isolumniance Diagram) - แผนภาพความสวางเทากน (Isolux Diagram) 3) ขอมลสมรรถนะของระบบสองสวางถนน - ตารางสมรรถนะ (Performance Tables) - กราฟสมรรถนะ (Performance Graphs)
ขอมลระดบ 1. ขอมลพนฐาน เปนขอมลทส าคญทตองวดในหองปฏบตการทดสอบทางแสง คอขอมลการกระจายความเขมสองสวางของโคมไฟถนน เพอใหขอมลมความสมบรณเพยงพอตอการน าไปใชในการวเคราะหขอมลระดบ 2 และระดบ 3 และการน าไปใชในการออกแบบระบบไฟฟาแสงสวางของถนน ทาง CIE และ IES ไดก าหนดความละเอยดของการวดขอมลไว โดยก าหนดคามม C และ γ ใหใชในการวด และมรายละเอยดของขอมลอยในรปแบบของ EULUMDAT หรอ IES File Format
Top Related