การออกแบบไฟ LED: พื้นฐานและแนวทางสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน

           จากหน้าประวัติศาสตร์ว่าด้วยเรื่องวิวัฒนาการของหลอดไฟนับตั้งแต่ยุคของหลอดไส้มาจนถึงน้องใหม่ (ที่อาจจะใช้มานานแล้วในระดับหนึ่ง) อย่างหลอดไฟ LED ที่ปัจจุบันนี้นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย ที่ว่าแม้จะนิยมมาอย่างต่อเนื่อง แต่หลอดดังกล่าวนี้ก็ไม่หยุดหย่อนที่จะพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ตั้งแต่การใช้ไฟแบบต่อกระแสตรง หรือกระแสสลับ มาจนมีหลากหลายรูปทรงตามความต้องการของผู้ใช้งาน มีหลากสีสันที่ช่วยปรับอารมณ์ของคนในพื้นที่นั้นๆ ไปจนกระทั่งการเริ่มใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์

           จึงเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าด้วยเรื่องของการออกแบบไฟ LED ว่าจะนำมาใช้งานอย่างไรให้ตรงกับเป้าหมายของผู้ใช้งานที่ไม่ทั้งคนใช้รถใช้ถนน หากแต่เป็นคนในบ้านเรือนที่อยู่อาศัย ร้านอาหาร หรือแสงสว่างที่มีผลกระทบต่อชีวิตของมนุษย์ที่จะเปลี่ยนไปตามสีและความเข้มของแสง

           ในทุกวันนี้ การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและการลดใช้พลังงานเป็นิ่งที่ทุกภาคส่วนให้ความสำคัญ ปัจจุบันเทคโนโลยีเกี่ยวกับระบบการส่องสว่างมีการพัฒนาไปอย่างรวดเร็วทำให้สภาพอาคารหรือพื้นที่ห้องต่างๆ ไม่สามารถตอบสนองต่อความต้องการของผู้ใช้งาน การออกแบบและติดตั้งระบบส่องสว่างให้เหมาะสมต่อผู้ใช้งานจริงเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด เพื่อลดค่าใช้จ่ายและช่วยในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและการประหยัดพลังงานสูงสุด แม้บทความชิ้นนี้จะกล่าวโดยเน้นไปที่เรื่องแสงสว่างภายในอาคารสักหน่อย แต่เป็นแง่มุมที่ผู้เขียนคิดว่าน่าจะนำมาแบ่งปันกันครับ ถ้าผู้อ่านที่อยากติดตามงานเขียนก่อนหน้าเกี่ยวกับเองโครงสร้างของหลอดไฟ สามารถเข้ามาอ่านได้ที่นี่ [สืบค้นได้ที่ลิงก์นี้]

ว่าด้วยจะออกแบบการส่องสว่าง?

           โดยพื้นเพเดิม การสร้างสภาพแวดล้อมการส่องสว่าง (Luminance Environment) ที่ดีนั้นทำไปเพื่อสนองความต้องการขั้นพื้นฐานของเผ่าพันธุ์มนุษย์ อาทิ ความสามารถในการมองเห็น ความสบายตา ความปลอดภัย โดยมีหลายๆ ปัจจัยที่ควรใช้ในการพิจารณาในการกำหนดสภาพแวดล้อมความส่องสว่างจะประกอบไปด้วยหลายปัจจัย ด้านสมาคมไฟฟ้าแสงสว่างแห่งประเทศไทย ได้แบ่งเป็น 11 หัวข้อดังที่จะหยิบมานำเสนอต่อไปนี้

           1. การกระจายความสว่าง (Luminance Distribution)

           การกระจายความสว่างบนพื้นผิวต่างๆ ภายในอาคารจะทำให้การมองเห็นเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ และเกิดความสบายตา ความสว่างที่มีมากจนเกินกว่าเหตุอาจทำให้เกิดแสงจ้า หรือหากมีความเปรียบต่างของความสว่างสูงเกินไปก็อาจจะทำให้เกิดความเมื่อยล้าในการมองเห็นได้ ขณะที่ความสว่างและความเปรียบต่างที่ต่ำจนเกินไป อาจทำให้พื้นที่หรือบริเวณนั้นดูไม่มีชีวิตชีวา

           สำหรับพื้นที่ที่ต้องใช้สายตาเป็นเวลานาน เช่น ภายในสำนักงาน สถานพยาบาล ควรพิจารณาการกระจายความสว่างบนพื้นผิวต่างๆ เช่น เพดาน ควรมีค่าความสว่างไม่ต่ำกว่า 20 แคนเดลาต่อตารางเมตร เป็นต้น

           2. ความส่องสว่าง (Illuminance)

           ความส่องสว่างมีผลอย่างมากต่อความสามารถในการมองเห็น ดังนั้นการออกแบบแสงสว่าง ในการออกแบบการส่องสว่างต้องให้พื้นที่ต่างๆ อาทิ พื้นที่ทำงาน พืนที่ใกล้ชิดโดยรอบ และพื้นที่พื้นหลัง มีระดับคาวมส่องสว่างที่สัมพันธ์กัน เพื่อให้เกิดสภาพแวดล้อมการส่องสว่างที่ดี อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

           3. แสงจ้า (Glare)

           แสงจ้าเป็นความรู้สึกที่เกิดจากในที่บริเวณการมอง มีพื้นผิวหรือสิ่งที่มีความสว่างจ้ามากๆ เมื่อเทียบกับพื้นหลัง ซึ่งควรหลีกเลี่ยงเนื่องจากจะทำให้เกิดความเมื่อยตา อาจเกิดความผิดพลาด หรือเกิดอุบัติเหตุได้ แสงจ้าอาจเกิดได้จากแสงธรรมชาติและแสงไฟฟ้า ดังนี้

                    - เกิดจากการมองเห็นแหล่งกำเนิดแสงโดยตรง เรียกว่า “แสงจ้าโดยตรง” เช่น การมองหลอดไฟโดยตรง

                    - เกิดจากแสงสะท้อนจากพื้นผิวที่มีความมันวาว เรียกว่า “แสงจ้าสะท้อน” เช่น การมองเห็นแสงสะท้อนของดวงอาทิตย์บนกระจกเงา

           ส่วนแสงจ้าอื่นๆ ที่ทำให้ไม่สบายตา เรียกว่า “แสงจ้าระคายตา” ขณะที่แสงจ้าที่ทำให้สูญเสียความสามารถในการมองเห็น เรียกว่า “แสงจ้าพร่านัยน์ตา” สำหรับพื้นที่ภายในอาคาร แสงจ้าพร่านัยน์ตามักไม่เป็นปัญหาเมื่อมีการจำกัดแสงจ้าระคายตาในที่เหมาะสม

           4. การส่องสว่างพื้นที่ภายใน (Lighting in interior space)

           ว่าด้วยพื้นที่ภายใน จำเป็นต้องมีการส่องสว่างที่เหมาะสมเพื่อส่องเน้นวัตถุ เผยให้เห็นลักษณะพื้นผิว (Texture) ของวัสดุ รวมทั้งทำให้มองเห็นลักษณะและใบหน้าผู้คนที่อยู่อาศัยในพื้นที่เพื่อให้เกิดการสื่อสารและมีปฏิสัมพันธ์ได้ดียิ่งขึ้น

           5. แสงขาว (White Light)

           คุณภาพของแสงขาว หรือแสงที่เป็นแบบเดียวกับแสงธรรมชาติ สามารถกำหนดได้ด้วยคุณลักษณะสองอย่างที่ต้องพิจารณาแยกกัน คือ

                    - ลักษณะสีที่ปรากฎ หมายถึงลักษณะของสีที่เปล่งแสงออกมา สามารถอธิบายในเชิงปริมาณได้โดยใช้ค่า “อุณหภูมิสีสหสัมพันธ์” มีหน่วยเป็นเคลวิน (K) อธิบายกว้างๆ ได้ว่า โทนสีอุ่น มีอุณหภูมิอยู่ที่ ต่ำกว่า 3300 เคลวิน, โทนปานกลาง ระหว่าง 3300 – 5300 เคลวิน และ โทนเย็น จะสูงกว่า 5300 เคลวิน

                    - ความสามารถในการทำให้สีวัตถุปรากฏ สีของสิ่งต่างๆ ที่อยู่แวดล้อมทั้งที่เป็นวัตถุหรือผิวมนุษย์จะต้องเป็นธรรมชาติ เพื่อให้มีความสามารถในการมองเห็น เกิดความสบายตา และมีสุขภาพความเป็นอยู่ที่ดี โดยจะใช้ ดัชนีความถูกต้องของสี มาใช้ในการชี้วัด ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามแต่ละแบบ

           6. การกระเพื่อมของแสง และปรากฏการณ์สโตรโบสโคป (Flicker and Stroboscopic Effect)

           การกระเพื่อมของแสงเป็นเหตุให้เสียสมาธิ และมีผลทางสรีรวิทยา เช่น ปวดหัว ในขณะที่ปรากฏการณ์สโตรโบสโคปอาจนำไปสู่สถานการณ์ที่เป็นอันตราย เนื่องจากทำให้การรับรู้ความเคลื่อนไหวเปลี่ยนไป

           7. การส่องสว่างสำหรับโต๊ะทำงานที่มีหน้าจอแสดงผล (Lighting for Work Station with Display Screen Equipment)

           การส่องสว่างสำหรับโต๊ะทำงานที่มีหน้าจอแสดงผลต้องเหมาะสมสำหรับการทำงานทุกอย่างที่เกิดขึ้นบนโต๊ะทำงานนั้น ไม่ว่าจะเป็นการอ่านข้อมูลบนหน้าจอ การอ่านและเขียนบนกระดาษ การพิมพ์งานบนแป้นคีย์บอร์ด เป็นต้น โดยใช้เกณฑ์การส่องสว่างให้สัมพันธ์กับลักษณะงานหรือกิจกรรม

           ทั้งนี้ทั้งน้น แสงสะท้อนบนหน้าจอแสดงผล อาจทำให้เกิดแสงจ้าพร่านัยน์ตา ดังนั้น ผู้ออกแบบจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงการจัดวางตำแหน่งและเลือกใช้อุปกรณ์เพื่อหลีกเลี่ยงการสะท้อนที่จะทำให้เกิดการรบกวนนั้น

           8. ตัวประกอบการบำรุงรักษา (Maintenance Factor หรือ MF)

           ค่าความส่องส่วางที่กำหนดให้สำหรับงานแต่ละประเภทเป็นระดับความส่องสว่างที่ต้องคงไว้ ดังนั้น ในการออกแบบการส่องสว่างต้องนำตัวประกอบการบำรุงรักษารวม มาใช้ในการคำนวณ ค่าตัวประกอบการบำรุงรักษานี้ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของอุปกรณ์ที่ใช้ (หลอดไฟ/โคมไฟ) การสะท้อนแสงของพื้นผิว สิ่งแวดล้อม และการบำรุงรักษา ในการออกแบบจึงควรต้องกำหนดหลอดไฟและอุปกรณ์ประกอบให้เหมาะสมต่อการใช้งาน

           9. ความต้องการด้านประสิทธิภาพพลังงาน (Energy Efficient Requirement)

           การออกแบบการส่องสว่างต้องให้มีเกณฑ์การส่องสว่างเป็นไปตามที่ต้องการ และมีการใช้พลังงานอย่างเหมาะสม โดยในการประหยัดพลังงานต้องไม่ทำโดยลดคุณภาพเกณฑ์การส่องสว่าง เนื่องจากเกณฑ์ที่กำหนดไว้นี้เป็นค่าเฉลี่ยต่ำสุดที่ต้องคงไว้ ดังนั้นแล้ว การเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถพิจารณาได้จากอุปกรณ์ที่ผ่านมาในมาตรฐานอย่าง มอก. หรือจากฉลากประสิทธิภาพพลังงาน เช่น ฉลากเบอร์ 5 ของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย

           การประหยัดพลังงานเพิ่มเติมสามารถทำได้โดยการนำแสงธรรชาติเข้ามาใช้ การปรับการทำงาให้ตอบสนองต่อรูปแบบการเข้าใช้งานในพื้นที่ การปรับปรุงการบำรุงรักษา และการนำระบบควบคุมมาใช้อย่างเหมาะสม

           10. ประโยชน์ของแสงธรรมชาติ (Benefits of Daylight)

           แสงธรรมชาติสามารถใช้ในการส่องสว่างเพื่อการใช้งานได้เช่นเดียวกับแสงไฟฟ้า จึงทำให้มีศักยภาพในการประหยัดพลังงาน นอกจากนี้การที่แสงธรรมชาติมีการแปรเปลี่ยนตามเวลา ทั้งด้านระดับความสว่าง ทิศทาง สี ทำให้เกิดการมองเห็นความเป็นสามมิติและรูปแบบความสว่างที่หลากหลายซึ่งถือเป็นประโยชน์ต่อผู้ใช้งานในสภาพแวดล้อมการทำงานภายในอาคาร (รวมถึงนอกอาคารด้วย)

           11. การแปรเปลี่ยนของแสง (Variable of Light)

           แสงมีผต่อความเป็นอยู่ที่ดี อารมณ์และความตื่นตัวของมนุษย์ แสงสามารถใช้ในการส่งเสริมหรือปรับจังหวะรอบวัน และส่งผลต่อทั้งสรีรวิทยาและจิตวิทยาขอมนุษย์ ในปัจจุบันมีผลการวิจัยซึ่งบ่งชี้ว่าปรากฏการณ์เหล่านี้สามารถทำได้โดยใช้ความส่องสว่างและลักษณะสีปรากฏของแสงซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการมองเห็นภาพ การปรับเปลี่ยนโดยใช้ความสว่างที่สูงขึ้น ลักษณะการกระจายความสว่าง และช่วงอุณหภูมิสีที่กว้างขึ้นสามารถช่วยกระตุ้นและทำให้ความเป็นอยู่ของมนุษย์ดีขึ้นได้

           จากที่กล่าวเรียงมา การออกแบบระบบไฟ LED เพื่อใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพนั้นทำให้รับทราบโดยทั่วกันได้ว่า จำเป็นต้องคำนึงหลายๆ ปัจจัย ตั้งแต่ประเภทของ LED อุณหภูมิสี หรือการกระจายแสง เพื่อให้ได้แสงที่เหมาะสมกับการใช้งานและช่วยประหยัดพลังงานได้ในระยะยาว หากได้รับการออกแบบและติดตั้งอย่างถูกต้อง ไฟ LED จะเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการให้แสงสว่างที่คุ้มค่าและยั่งยืน

Reference

1 : ปฏิภาณ เกิดลาภ. (2017). การออกแบบและติดตั้งระบบไฟฟ้าส่องสว่างเพื่อการประหยัดพลังงาน โดยการใช้หลอดแอลอีดี แทนหลอดฟลูออเรสเซนต์T8: กรณีศึกษา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยอสเทิร์นเอเชีย. วารสารวิชาการมหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชียฉบับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 11(1). หน้า 141-147.

2 : ฮานีฟ ไวยศิลป์. (28 มกราคม 2025). แกะกล่องหลอดไฟ LED : เปิดไฟให้โลกรู้จักโครงสร้างที่ซ่อนอยู่. Contributor.lib.kmutt. แกะกล่องหลอดไฟ LED : เปิดไฟให้โลกรู้จักโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ - Contributor Platform

3 : สมาคมไฟฟ้าแสงสว่างประเทศไทย. (ม.ป.ป.). คู่มือแนวทางการออกแบบการส่องสว่างภายในอาคาร

4 : Chinpower. (ม.ป.ป.). มุมองศาหลอดไฟ LED (Beam Angle) ตัวแปรสำคัญในการออกแบบแสงสว่าง. มุมองศาหลอดไฟ LED (Beam Angle) การเลือกโคมไฟ สนามกีฬา โรงงาน

5 : B.GRIMM Trading. (ม.ป.ป.). สิ่งที่ควรจะคำนึงเบื้องต้นก่อนเริ่มออกแบบแสงสว่าง (Lighting Design). การออกแบบแสงสว่าง (Lighting Design) และสิ่งที่ควรคำนึง