Research

การออกแบบระบบแสงสว่างภายในอาคารเบื้องต้นโดยโปรแกรม DIALux (ตอนที่ 1)


อาจารย์นครินทร์ เกษมทรัพย์  
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ปุณยภัทร ภูมิภาค  

อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง  
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
11 ธันวาคม 2556  

     แสงเป็นเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ลอยผ่านช่องว่างอากาศคลื่นเหล่านี้มีทั้งความถี่และความยาวคลื่นซึ่งเป็นค่าที่จะแยกแยะออกจากพลังงานรูปแบบอื่นบนแถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแสงที่มองเห็นได้นี้อาจเป็นแบบแถบแม่เหล็กไฟฟ้าดังรูปที่ 1 ซึ่งจะแสดงให้เห็นถึงแถบแคบๆระหว่างช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ถึงรังสีอินฟราเรด (IR) คลื่นแสงเหล่านี้สามารถกระตุ้นเยื่อเรตินาของตาได้ซึ่งทำให้ความรู้สึกที่เรียกว่าการมองเห็นได้เพราะฉะนั้นการมองเห็นจึงต้องอาศัยการทำงานของตาและแสงที่มองเห็นได้

รูปที่ 1 คลื่นความยาวแสงที่มองเห็นได้
(รูปอ้างอิงจาก: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation)

1. การออกแบบระบบแสงสว่างภายในอาคาร
     จะต้องพิจารณาถึงปริมาณของแสงสว่างที่เหมาะสมกับสภาพของสถานที่นั้นๆโดยที่ควรมีปริมาณแสงสว่างไม่มากไม่น้อยเกินไปและทำให้เกิดความรู้สึกสบายตาในการมองวัตถุโดยที่ความจ้าของแสงสว่างกับสิ่งแวดล้อมมีความกลมกลืนกันไม่ทำให้เกิดการแยงตาจากแสงสว่างหรือจากดวงโคมไฟฟ้าโดยตรงตลอดจนมีความปลอดภัยและเหมาะสมผลของการติดตั้งระบบแสงสว่างที่ดีและเหมาะสมคือ
     1. ผู้ปฏิบัติงานทำงานได้รวดเร็วขึ้นลดบกพร่องให้น้อยลงลดอุบัติเหตุ เนื่องจากระบบการทำงานของกล้ามเนื้อตาดีขึ้น
     2. มีขวัญและกำลังใจในการทำงานดีขึ้น
     3. ประหยัดค่าไฟฟ้าต่อเดือน
     ในการออกแบบระบบแสงสว่างนั้นแม้ว่าการออกแบบจะถูกต้องตามหลักการหรือมาตรฐานแล้วก็ตามแต่ความรู้สึกของคนที่ทำงานอาจจะรู้สึกไม่สบายตาซึ่งอาจเกิดจากความจ้าหรือการแยงตาของแสงสว่างอันเนื่องมาจากวัตถุหรืออุปกรณ์ต่างๆในห้องที่ไม่เหมาะสมกลมกลืนกันจึงต้องแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นเหล่านี้โดยการควบคุมระดับความจ้าของแสงสว่างไม่ให้แตกต่างกันเกินไปโดยกำหนดชนิดและสีของวัสดุที่ใช้ทำพื้นเพดานผนังตลอดจนเฟอร์นิเจอร์ที่จะใช้ติดตั้งอยู่ในห้องให้มีความสามารถในการสะท้อนแสงสว่างได้อย่างเหมาะสม

     1.1 กฏของการส่องสว่าง
           1. ปริมาณแห่งการส่องสว่างของแสงสว่างจะแปรผันตรงกับความเข้มแห่งการส่องสว่าง
           2. กฏกำลังสองผกผัน (Inverse – Square Law)
           3. กฎโคไซน์ของแลมเบิร์ต (Lambert’s Cosine Law)

     1.2 การจัดวางดวงโคมไฟฟ้า
     การจัดวางตำแหน่งดวงโคมไฟฟ้านั้นจะมุ่งเน้นในเรื่องการนำไปใช้งานเป็นหลักเพื่อทำให้เกิดความคล่องตัวในการทำงานและเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานซึ่งสามารถแบ่งวิธีการติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าได้ 3 วิธีคือ
           1. การติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าแบบทั่วไป
           การติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าแบบทั่วไปจะพิจารณาถึงความสม่ำเสมอของแสงสว่างที่ส่องไปยังที่พื้นที่ใช้งานหรือพื้นห้องให้มีความสว่างทั่วห้องอย่างสม่ำเสมอเป็นหลัก
           2. การติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าแบบเฉพาะบริเวณ
           จะเกิดขึ้นในหน่วยงานที่มีการทำงานหลายๆอย่างในบริเวณเดียวกันโดยจะต้องมีบริเวณที่กว้างพอสมควรถ้าติดตั้งดวงโคมไม่เหมาะสมอาจจะทำให้เกิดแสงสว่างแยงตาหรือรบกวนผู้ปฏิบัติงานที่อยู่ใกล้เคียงได้การออกแบบลักษณะนี้จึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษและเลือกใช้ดวงโคมไฟฟ้าให้เหมาะสม
           3. การติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าแบบเฉพาะจุด
           จะติดตั้งหลังจากการติดตั้งดวงโคมไฟฟ้าแบบทั่วไปเรียบร้อยแล้วและรู้ตำแหน่งที่แน่นอนของโต้ะทำงานหรืออุปกรณ์อื่นๆซึ่งมักจะติดตั้งเพื่อเสริมความสว่างเฉพาะจุดใดจุดหนึ่งเช่นบนโต๊ะเขียนแบบป้ายโฆษณาสินค้าหรือชิ้นงานแสดงเป็นต้นซึ่งจะต้องระมัดระวังในเรื่องของแสงสว่างที่จะไปแยงตาบุคคลที่อยู่บริเวณใกล้เคียงและต้องสัมพันธ์กับการติดตั้งระบบอื่นๆด้วย

     1.3 องค์ประกอบที่ทำให้ความสว่างภายในห้องลดลง
           1. ค่าความเสื่อมสภาพของหลอดไฟฟ้า (LLD)
           2. ค่าความเสื่อมสภาพจากความสกปรกของดวงโคมไฟฟ้า (LDD)
           3. ค่าความเสื่อมสภาพของแสงสว่างจากพื้นผิวห้องสกปรก (RSDD)
           4. ค่าตัวประกอบหลอดไฟฟ้าเสีย (Lamp Burn Out : LBO)
           5. ตัวประกอบการบำรุงรักษา (Maintenantfactor : MF= LDD x LLD)
     วิธีการของหลักการสอดแทรก (Principle of Interpolation)
     วิธีการของหลักการสอดแทรก หมายถึงการหาค่าต่างๆที่อยู่ระหว่างค่าหนึ่งกับอีกค่าหนึ่ง หรือค่าที่อยู่ระหว่างค่าตารางหนึ่งกับค่าอีกตารางหนึ่ง เพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้อง

     1.4 อัตราส่วนโพรง (Cavity Ratio)
     อัตราส่วนโพรงคือการพิจารณาเป็นอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ที่อยู่ในแนวดิ่งของห้องซึ่งหมายถึงผนังห้องทั้งสี่ด้านต่อพื้นที่ในแนวระดับ, เพดานและพื้นรวมกันค่าอัตราส่วนโพรงมีอยู่สามค่าคือ
           1. ค่าอัตราส่วนโพรงเพดาน (Ceiling Cavity Ratio : CCR)
           2. อัตราส่วนโพรงห้อง (Room Cavity Ratio : RCR)
           3. อัตราส่วนโพรงพื้น (Floor Cavity Ratio : FCR)

     1.5 สัมประสิทธิ์การใช้ประโยชน์ (Coefficient of Utilization : CU)
     การหาค่าสัมประสิทธิ์การใช้ประโยช์ สามารถหาค่าได้จากตารางที่กำหนดให้ของโรงงานผู้ผลิตดวงโคมไฟฟ้านั้นๆ ขั้นตอนในการหาค่า CU นี้จะได้มาจากการหาค่า CCR, RCR, FCR, , , และชนิดของดวงโคมไฟฟ้าก่อน จึงจะนำไปประกอบการเปิดตารางหาค่า CU ของดวงโคมไฟฟ้าชนิดต่างๆ ที่บริษัทผู้ผลิตได้จัดทำขึ้นซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันตามลักษณะดวงโคมไฟฟ้าและตามลักษณะการใช้งานดังตารางสัมประสิทธิ์การใช้ประโยชน์ของดวงโคมชนิดต่างๆ

     1.6 วิธีคำนวณหาปริมาณแห่งการส่องสว่างโดยวิธีการหาปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่าง (Lumen Method)
     วิธีคำนวณหาปริมาณแห่งการส่องสว่างโดยวิธีการหาค่าปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่างคือการพิจารณาปริมาณแสงสว่างที่ออกจากดวงโคมไฟฟ้าที่จะกระจัดกระจายลงไปทั่วพื้นที่งาน และค่าระดับความสว่างที่คำนวณออกมาได้จะเป็นค่าเฉลี่ยต่อพื้นที่ การคำนวณโดยพิจารณาจากนิยามได้ว่า

E = l / A

     เมื่อ E = ปริมาณแห่งการส่องสว่าง (ลักซ์)
           l = ปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่างที่ออกจากดวงโคมไฟฟ้าหรือหลอดไฟฟ้า (ลูเมน)
          A = พื้นที่ที่ต้องการปริมาณแสงสว่าง (ตารางเมตร)

     เมื่อใช้หลอดไฟฟ้าถูกใช้ไปเรื่อยๆ จะมีหลอดไฟฟ้าจำนวนหนึ่งดับก่อนซึ่งอาจจะเป็นจำนวนน้อยหรืออาจจะต้องรอการเปลี่ยนหลอดไฟฟ้าใหม่มาใส่เข้าไปแทนที่ ในช่วงเวลาดังกล่าวจะทำให้ปริมาณแสงสว่างภายในห้องลดลง ค่าการดับของหลอดไฟฟ้าจำนวนหนึ่งนี้หลังจากการใช้งานไปแล้วเรียกว่าค่าตัวประกอบหลอดเสีย(Lamp Burn Out : LBO) ดังนั้น ถ้าต้องการให้แสงสว่างที่ใช้งานอยู่ในระดับที่ต้องการตลอดไป จะต้องเผื่อค่าตัวประกอบหลอดไฟฟ้าเสียเข้าไปด้วย จึงเขียนเป็นสูตรใหม่ได้ดังนี้

E = (l x CU x MF x RSDD x LBO) / A

     ถ้าจัดรูปสมการใหม่เพื่อหาปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่างทั้งหมดได้ดังนี้

Ltotal = (E x A) / (CU x LLD x LDD x RSDD x LBO)

     เมื่อ Ltotal = ค่าปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่างทั้งหมดที่ต้องการ

     เมื่อพิจารณาเพื่อหาจำนวนดวงโคมไฟฟ้าที่จำเป็นต้องใช้งานทั้งหมดเพื่อให้มีค่าความส่องสว่างภายในห้องเป็นไปตามค่าที่ต้องการสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้

N = Ltotal / l

     เมื่อ N = จำนวนดวงโคมไฟฟ้าและ l = ปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่างต่อหนึ่งดวงโคมไฟฟ้า

2. โปรแกรมออกแบบระบบแสงสว่าง DIALUX
     โปรแกรมDIALuxพัฒนาโดยบริษัทDIAL GmbH เป็นโปรแกรมออกแบบและคำนวณระบบไฟฟ้าแสงสว่างซึ่งสามารถจำลองลักษณะห้อง การวางดวงโคม การวางเฟอร์นิเจอร์ รวมไปถึงการกำหนดวัสดุภายในห้องที่ทำการจำลองในรูปแบบสามมิติ ซึ่งโปรแกรมจะทำการคำนวณค่าความส่องสว่างจากค่าต่างๆที่ผู้ใช้โปรแกรมกำหนดไว้และแสดงผลการคำนวณจากการกำหนดค่าต่างๆภายในห้อง ให้ผู้ใช้โปรแกรมได้เห็นลักษณะของห้องที่ตนเองได้ออกแบบได้อย่างชัดเจน ซึ่งจะทำให้การศึกษาวิชา Illumination Engineering มีประสิทธิภาพ และทำให้เกิดแรงจูงใจที่จะเรียนรู้ รวมทั้งพัฒนาทักษะด้านการออกแบบระบบแสงสว่างให้สูงยิ่งขึ้นซึ่งสามารถดาวน์โหลด ได้จาก http://www.dial.de/DIAL/en/diaLux/download.html สำหรับรูปที่ 2 เป็นหน้าแรกของการเริ่มเข้าโปรแกรมออกแบบระบบแสงสว่าง DIALUX เวอร์ชั่น4.11 ซึ่งสามารถรองรับได้หลายภาษา ซึ่งในบทความนี้อ้างอิงโปรแกรมที่รองรับภาษาอังกฤษ

รูปที่ 2 โปรแกรมออกแบบระบบแสงสว่าง DIALUX 4.11

     "ในตอนหน้าจะกล่าวถึง การเปรียบเทียบผลการคำนวณระหว่างวิธีลูเมนกับโปรแกรม DIALux ยังไงติดตามกันด้วยนะครับ"

<< ย้อนกลับ