لومن چیست | راهنمای کامل فرمول لومن و نحوه محاسبه شدت روشنایی محیط

در انتخاب منابع نوری، معمولاً اولین چیزی که توجه ما را جلب می‌کند، عدد وات است. اما واقعیت این است که میزان روشنایی واقعی یک لامپ، به‌ویژه لامپ‌های ال‌ای‌دی (LED)، را وات تعیین نمی‌کند، بلکه این لومن (Lumen) است که نقش اصلی را دارد. لومن واحد اندازه‌گیری شار نوری است و نشان می‌دهد که یک منبع نوری مانند لامپ ال ای دی چه مقدار نور قابل رؤیت در فضا منتشر می‌کند.

شناخت دقیق لومن، تفاوت آن با وات و لوکس، و همچنین توانایی محاسبه نور موردنیاز برای فضاهای مختلف، به ما کمک می‌کند تا انتخاب هوشمندانه‌تری در نورپردازی محیط خانه، محل کار یا فضاهای تجاری داشته باشیم. در این مقاله، به‌زبان ساده و همراه با مثال‌های کاربردی، به تعریف لومن، فرمول محاسبه آن نسبت به وات، تبدیل به لوکس و چگونگی تعیین مقدار لومن مناسب برای فضاهای مختلف می‌پردازیم.

لومن چیست و چرا در نورپردازی اهمیت دارد؟

در فیزیک، لومن که با نماد lm نشان داده می‌شود، یک واحد اندازه‌گیری SI برای شار نوری است. این واحد مقدار نور مرئی ساطع‌شده از یک منبع نوری را اندازه‌گیری می‌کند. لومن، قدرت درک‌شده نور را که توسط چشم انسان تشخیص داده می‌شود، با درنظرگرفتن حساسیت متفاوت چشم به طول‌موج‌های مختلف نور، اندازه‌گیری می‌کند. به عبارت ساده‌تر، لومن نشان می‌دهد که یک منبع نوری چه مقدار نور قابل رؤیت در محیط منتشر می‌کند.

یک لومن به‌عنوان مقدار نور منتشرشده در یک واحد زاویه (یک استرادیان) از یک منبع نقطه‌ای یکنواخت با شدت یک کندلا تعریف می‌شود. معمولاً از لومن برای تعیین روشنایی لامپ‌ها و سایر وسایل روشنایی استفاده می‌شود. برای ‌مثال، هنگام انتخاب یک لامپ، رتبه‌بندی لومن به مصرف‌کنندگان کمک می‌کند تا بفهمند لامپ مدنظرشان چه مقدار فضا را روشن می‌کند. بنابراین، لومن به‌طور غیرمستقیم، میزان روشنایی موردنظر برای فضاهای مختلف را تعیین می‌کند.

همچنین، لومن فقط قدرت فیزیکی نور را نشان نمی‌دهد، بلکه درک انسان از روشنایی و اینکه میزان نورپردازی چیست را نیز منعکس می‌کند. برای همین، یک لامپ با لومن بالاتر معمولاً فضای بیشتری را روشن می‌کند. البته باید توجه داشت که افزایش لومن می‌تواند گرمای زیادی تولید کند که ممکن است بر طول عمر لامپ‌های ال‌ای‌دی اثرگذار باشد.

تفاوت لومن با وات و لوکس چیست؟

لومن و وات دو واحد متفاوت هستند که در نورپردازی برای اندازه‌گیری ویژگی‌های مختلف منابع نوری استفاده می‌شوند، اما هرکدام کاربرد خاص خود را دارند. در زیر به کاربرد هر کدام اشاره می‌کنیم:

• لومن (Lumen) یک واحد اندازه‌گیری برای شار نوری است که نشان‌دهنده مقدار نور مرئی است که از یک منبع نوری منتشر می‌شود. در واقع، لومن قدرت درک‌شده نور را از دید انسان اندازه‌گیری می‌کند. به‌عبارت‌دیگر، لومن تعیین‌کننده روشنایی واقعی است که یک منبع نوری به محیط اطراف می‌دهد. هنگام تبدیل لومن به وات، شما می‌توانید بفهمید که یک لامپ یا منبع نوری با توجه به میزان لومن، چه مقدار انرژی مصرف می‌کند و چقدر نور تولید می‌کند.

• وات (W) واحد اندازه‌گیری انرژی مصرفی است که یک منبع نوری، مانند لامپ، برای تولید نور مصرف می‌کند. اگرچه لامپ‌هایی با وات بالا ممکن است انرژی بیشتری مصرف کنند، این لزوماً به معنی تولید نور بیشتر نیست. برای مثال، لامپ‌های ال‌ای‌دی (LED) ممکن است با مصرف وات کم‌تر، لومن بیشتری تولید کنند.

• لوکس (Lux) واحد اندازه‌گیری شدت نور در سطحی خاص است و به تبدیل لومن به لوکس اشاره دارد. این واحد میزان نور منتشرشده بر سطحی خاص را اندازه‌گیری می‌کند. به عبارت دیگر، لوکس نشان‌دهنده شدت نوری است که یک منبع نوری به سطحی معین می‌تاباند. برای مثال، اگر شما ۱۰۰۰ لومن نور از یک لامپ داشته باشید و این نور روی سطحی ۱۰ متر مربعی پخش شود، شدت نور بر آن سطح ۱۰۰ لوکس خواهد بود.

محاسبه لومن بر وات (Lumen per Watt)

برای سنجش کارایی یک لامپ، معمولاً از بهره نوری استفاده می‌شود که نشان‌دهنده میزان نور تولیدی نسبت به انرژی مصرفی است. این معیار به شما کمک می‌کند تا متوجه شوید که یک لامپ با مصرف انرژی مشخص، چه مقدار نور قابل استفاده ایجاد می‌کند. بهره نوری یکی از شاخص‌های اصلی در فرآیند ساخت لامپ است و می‌تواند تاثیر زیادی بر عملکرد لامپ و مصرف انرژی آن داشته باشد. 

فرمول بهره نوری = لومن ÷ وات

با دانستن میزان انرژی و  عدد لومن در هر وات انرژی می‌توانید تصمیمات آگاهانه‌ای در مورد بهترین برند لامپ ال ای دی بگیرید.

این عدد چه کمکی به انتخاب لامپ بهتر می‌کند؟

بهره نوری برای مقایسه بین لامپ‌های مختلف و انتخاب منابع نوری با کارایی بالاتر بسیار مفید است. هرچه بهره نوری بالاتر باشد، به این معنی است که لامپ برای هر وات انرژی مصرفی، نور بیشتری تولید می‌کند. این موضوع در انتخاب لامپ‌های ال‌ای‌دی به‌ویژه اهمیت دارد، زیرا این لامپ‌ها به‌طور معمول با مصرف کمتر انرژی، نور بیشتری تولید می‌کنند.

در فرآیند ساختن لامپ، بهره نوری یکی از ویژگی‌های اصلی است که تولیدکنندگان به آن توجه دارند. لامپ‌هایی با بهره نوری بالا معمولاً مصرف انرژی کمتری دارند و در نتیجه طول عمر لامپ ال ای دی آن‌ها بیشتر است. بنابراین، انتخاب لامپ‌های با بهره نوری بالا می‌تواند به شما کمک کند تا علاوه بر کاهش هزینه‌های انرژی، از طول عمر بیشتر لامپ‌های ال‌ای‌دی نیز بهره‌مند شوید.

همچنین، لامپ‌های با بهره نوری بالا فشار کمتری به اجزای داخلی وارد می‌کنند و این امر باعث کاهش نیاز به تعمیر لامپ ال‌ ای‌ دی می‌شود. لامپ‌های کارآمدتر معمولاً نیاز به تعمیرات کمتری دارند و عملکرد بهتری در طول زمان ارائه می‌دهند.

به طور کلی، انتخاب لامپ‌هایی با بهره نوری بالا (بیش از ۸۰ lm/W برای لامپ‌های ال‌ای‌دی) می‌تواند به شما کمک کند تا در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی کنید و از لامپ‌هایی با طول عمر بیشتر و کارایی بالا بهره‌مند شوید.

کندلا چیست؟

کندلا واحدی است برای اندازه‌گیری شدت نور که در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) تعریف شده است. این واحد ابتدا بر اساس شدت نوری که یک شمع مومی با اندازه استاندارد در شرایط خاص منتشر می‌کند، معرفی شد. امروز، کندلا به‌عنوان یک معیار دقیق‌تر برای اندازه‌گیری روشنایی و قدرت نور منابع نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این واحد به‌ویژه در مقایسه با لومن (lumen) و لوکس (lux) کاربرد بیشتری دارد. لومن میزان کل نور منتشرشده از یک منبع نوری را اندازه‌گیری می‌کند، در حالی‌که لوکس شدت نوری که بر یک سطح خاص می‌تابد، بر حسب هر متر مربع اندازه‌گیری می‌کند. این تفاوت‌ها به ما کمک می‌کند تا بتوانیم درک دقیق‌تری از عملکرد منابع نوری در فضاهای مختلف داشته باشیم. برای مثال، اگر بخواهیم میزان روشنایی یک اتاق را اندازه‌گیری کنیم، باید تبدیل لومن به لوکس را انجام دهیم تا به شدت نوری که به سطح تابیده است، دست پیدا کنیم.

نحوه محاسبه میزان لومن یک منبع نوری

برای محاسبه لومن (شار نوری) تولیدشده توسط یک منبع نور، باید مجموع نوری که از آن در تمام جهات خارج می‌شود و توسط چشم انسان قابل درک است، در نظر گرفته شود. این مقدار معمولاً در قالب یک سطح بسته، مثل کره‌ای فرضی با شعاع مشخص، ارزیابی می‌شود. در روش علمی، ابتدا شدت نور که با واحد کندلا (cd) سنجیده می‌شود، در سطحی کوچک اندازه‌گیری می‌گردد. این شدت سپس در مساحت آن سطح ضرب شده و با جمع کل مقادیر زاویه‌ای در یک سطح سه‌بعدی، مقدار نهایی لومن به دست می‌آید. اگر منبع نوری فرضی را در مرکز یک کره در نظر بگیریم که نور را به‌صورت یکنواخت در همه جهت‌ها ساطع می‌کند، آنگاه مقدار لومن را می‌توان با فرمول زیر محاسبه کرد:

لومن=۴π×a

که در آن، a میزان نور خروجی بر حسب کندلا در فاصله یک متری است. حال اگر شدت نور به‌صورت لوکس و در فاصله‌ای مانند x متر اندازه‌گیری شود، فرمول تبدیل به صورت زیر خواهد بود:

لومن=۴π×x2×a

در عمل، برای دستیابی به این مقدار به‌صورت دقیق، از ابزاری تخصصی مانند گونیوفوتومتر (goniophotometer) استفاده می‌شود. این دستگاه منبع نور را در مرکز یک کره‌ی اندازه‌گیری قرار می‌دهد و شدت نور را در زوایای مختلف می‌سنجد. سپس نرم‌افزارهای تحلیل نوری، این داده‌ها را تجزیه‌وتحلیل کرده و با درنظرگرفتن زاویه فضایی هر شعاع نور، مقدار دقیق شار نوری یا همان لومن را محاسبه می‌کنند. هرچه تعداد زوایای اندازه‌گیری‌شده بیشتر باشد، دقت محاسبه نیز افزایش می‌یابد و خروجی به واقعیت نزدیک‌تر خواهد بود.

میزان روشنایی مناسب برای بخش‌های مختلف خانه چقدر باید باشد؟

برای تأمین نور کافی در هر بخش از خانه، باید شدت روشنایی (برحسب لوکس) و مساحت محیط را در نظر گرفت. با دانستن این دو عامل، می‌توان مقدار لومن مورد نیاز و در نهایت تعداد منابع نوری (مثل لامپ یا پنل) را به‌درستی محاسبه کرد. در ادامه، مقادیر پیشنهادی برای شدت نور در فضاهای مختلف یک واحد مسکونی آورده شده است:

با استفاده از این داده‌ها، می‌توانید سیستم روشنایی فضای داخلی منزل را بهینه‌سازی کنید تا هم از نظر مصرف انرژی و هم از نظر کیفیت نوردهی، نتیجه مطلوبی بگیرید.

عوامل مؤثر در محاسبه شدت روشنایی مورد نیاز فضاهای داخلی

برای دستیابی به نورپردازی مؤثر در محیط‌های مختلف، تنها تکیه بر فرمول‌های استاندارد و مقادیر لومن کافی نیست. هر فضا ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد که در تعیین میزان دقیق نور مورد نیاز باید مدنظر قرار گیرند. اگر در طراحی داخلی از مبلمان یا دیوارهای تیره‌رنگ استفاده شده باشد، جذب نور بیشتر خواهد بود و به همین نسبت، منابع نوری قوی‌تری مورد نیاز است. همچنین در فضاهایی با سقف بلند، به جای چراغ‌های ساده سقفی، بهتر است از چراغ‌های خطی آویز یا پنل‌های پرقدرت استفاده شود تا نور به‌درستی در محیط پخش شود. در این راستا، برای انتخاب بهترین منبع نوری، دانستن لامپ ال ای دی چیست و ویژگی‌های آن می‌تواند بسیار راهگشا باشد.

در ادامه، به مهم‌ترین عواملی که هنگام محاسبه شدت روشنایی محیط باید در نظر گرفته شوند اشاره شده است:

• مساحت محیط: تعیین دقیق متراژ فضا، پایه اصلی محاسبه شدت نور است.
• چیدمان و رنگ وسایل: سطوح تیره نور بیشتری جذب می‌کنند و به منابع نوری قوی‌تری نیاز دارند.
• ارتفاع سقف: هرچه سقف بلندتر باشد، نیاز به چراغ‌هایی با قدرت پرتاب نور بیشتر احساس می‌شود.
• توان نوری چراغ‌ها: میزان خروجی لومن واقعی از هر منبع نوری بسیار مهم است.
• سیم‌کشی و زیرساخت روشنایی: طراحی صحیح تأسیسات برق ساختمان، عملکرد بهینه سیستم روشنایی را تضمین می‌کند.
• نوع لامپ‌ها: تکنولوژی ساخت (LED، فلورسنت، رشته‌ای و...) بر بازده نوری تأثیر می‌گذارد.
• میزان جذب نور در فضا: برخی مصالح و اجسام نور بیشتری جذب می‌کنند و باید جبران نوری برای آن‌ها در نظر گرفته شود.
• نوع کاربری فضا: میزان نور مورد نیاز در اتاق خواب، با اتاق کار یا آشپزخانه متفاوت است.

با در نظر گرفتن این فاکتورها، می‌توانید نورپردازی فضا را به‌صورت کاملاً اصولی و متناسب با نیاز محیط طراحی کنید. این رویکرد علاوه بر افزایش بهره‌وری نور، به کاهش مصرف انرژی نیز کمک می‌کند.

لامپ LED و نقش لومن در تعیین روشنایی آن

در پاسخ به سوال لامپ ال ای دی چیست باید گفت این نوع لامپ در واقع نوعی منبع نوری کم‌مصرف و پیشرفته است که به‌جای تولید حرارت زیاد، نور را به‌صورت متمرکز و با بهره‌وری بالا تولید می‌کند. برخلاف لامپ‌های قدیمی که توان مصرفی آن‌ها (وات) معیار اصلی انتخاب بود، در LED‌ها لومن اهمیت بیشتری دارد. لومن نشان‌دهنده میزان واقعی نور ساطع‌شده از یک لامپ است، بنابراین هنگام خرید لامپ LED باید به عدد لومن درج‌شده روی بسته‌بندی توجه کرد، نه صرفاً به وات آن. گاهی اوقات، مشکلاتی مانند علت چشمک زدن لامپ ال ای دی یا علت کم نور شدن لامپ ال ای دی به خرابی درایور ال ای دی یا نوسانات برق مرتبط است که باعث افت عملکرد و کاهش خروجی لومن می‌شود. انتخاب لامپ‌های با کیفیت و دارای درایورهای پایدار، نه‌تنها به حفظ روشنایی مناسب کمک می‌کند بلکه عمر مفید لامپ را نیز افزایش می‌دهد.

سخن پایانی: 

درک مفهوم لومن به شما کمک می‌کند تا روشنایی فضاهای مختلف را به‌درستی و بدون اتلاف انرژی تنظیم کنید. به‌جای انتخاب لامپ صرفاً بر اساس وات، تمرکز بر عدد لومن باعث می‌شود بهترین کیفیت نور را متناسب با کاربری محیط تجربه کنید. البته نباید نقش درایور ال ای دی را در این میان نادیده گرفت؛ چون عملکرد صحیح درایور مستقیماً بر حفظ شدت روشنایی، جلوگیری از کم‌نور شدن و افزایش عمر مفید لامپ تأثیر دارد. پس اگر می‌خواهید خانه یا محل کارتان همیشه روشن، بهینه و دلنشین باشد، ترکیب لامپ LED با لومن کافی و درایور با کیفیت، بهترین انتخاب شما خواهد بود.