Ocena możliwości zastosowania lamp ulicznych Model SCH i SCH-RFK firmy EvoLucia do oświetlania ulic i obiektów zewnętrznych.

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA INSTYTUT OPTOELEKTRONIKI Ocena możliwości zastosowania lamp ulicznych Model SCH i SCH-RFK firmy EvoLucia do oświetlania ulic i obiektów zewnętrznych. Autorzy: mgr inż. Maksymilian Włodarski dr inż. Miron Kaliszewski inż. Marcin Mamajek mgr inż. Piotr Głogowski prof. dr hab. inż. Zygmunt Mierczyk płk. dr inż. Krzysztof Kopczyński 1

2 1. Podstawa wykonania pracy Lampy dostarczone przez dystrybutora. Warszawa, dn r. 2. Obiekt badań Obiektem badań były lampy uliczne Model SCH i SCH-RFK firmy EvoLucia przeznaczona do oświetlenia autostrad, dróg szybkiego ruchu, parkingów a także dróg lokalnych oraz chodników o dużym natężeniu ruchu pieszych. 3. Zakres pracy Zakres pracy obejmował pomiary przestrzennego rozkładu natężenia promieniowania lampy, pomiary widma emisji oraz wyznaczenie parametrów kolorymetrycznych lampy, a także rzeczywistego poboru mocy. 4. Opis obiektu badań Obiektem badań były lampy uliczne model SCH i model SCH-RFK firmy EvoLucia. Moduły LED umieszczone są na aluminiowej powierzchni w celu odprowadzenia nadmiaru ciepła, co korzystnie wpływa na wydłużenie czasu życia źródeł. Moduły posiadają trzy rodzaje układów optycznych pozwalających na oświetlenie określonych stref na drodze. Zasilanie lamp realizowane jest za pomocą dwóch stałoprądowych zasilaczy LP GG-170 firmy High Perfection Tech. Co., Ltd. Zasilacz wyposażony jest w zabezpieczenie przeciw przegrzaniu i spełnia warunki: UL 1310 / UL48 Class 2. Obudowa zasilacza posiada stopień ochrony IP 66. Napięcie zasilania wynosi VAC. 2

3 5. Kryteria oceny możliwości zastosowania oświetlenia drogowego dla różnych sytuacji oświetleniowych Zgodnie z polską normą PKN-CEN/TR :2007 Oświetlenie dróg - Część 1 Wybór klas oświetlenia [1] niezbędne jest określenie sytuacji oświetleniowej, dla której podstawą oceny jest określenie rodzaju głównych użytkowników dróg, rodzaju ruchu i typowych prędkości oraz natężenia ruchu, a także ocena występujących lub nie środków uspokojenia i regulacji ruchu oraz stopnia zagrożenia. Klasyfikację sytuacji oświetleniowych przedstawiono w tabeli 5.1. Tabela 5.1. Klasyfikacja sytuacji oświetleniowych Typowe prędkości głównych użytkowników wysoka umiarkowana niska Typy użytkowników w obrębie rozważanej powierzchni Inni Sytuacje Główny Wykluczeni dopuszczeni użytkownik użytkownicy użytkownicy - SCP A1 M S CP A2 SCP - A3 MS CP - B1 MSC P - B2 C P MS C1 - SC D1 MP SC - D2 MC SP - D3 MSCP - - D4 bardzo niska - MSC E1 P MSC - E2 wysoka: > 60 km/h M: ruch zmotoryzowany umiarkowana: między 30 km/h a 60 km/h S: wolno jadące pojazdy niska: między 5 km/h a 30 km/h C: rowerzyści bardzo niska: odpowiadająca prędkości marszu P: piesi Na drogach przeznaczonych dla ruchu samochodowego z umiarkowaną lub wysoką prędkością przewidziane są do stosowania klasy oświetleniowe ME, dla których kryteria oceny oparte są na luminancji jezdni. Klasy te przedstawiono w Tabeli

4 Tabela 5.2. Klasy oświetleniowe ME L w [cd/m 2 ] (wartość Klasa najniższa, wartość oczekiwana) ME1 2,0 ME2 1,5 ME3a Luminancja jezdni suchej Uo (wartość najniższa) Ul (wartość najniższa) 0,7 Przyrost wartości progowej TI w % 1) (wartość największa) 10 Stosunek natężenia oświetlenia otoczenia SR 2) (wartość najniższa) ME3b 1,0 0,4 0,6 ME3c 0,5 ME4a 0,6 0,75 ME4b 0,5 ME5 0,5 0,35 0,4 ME6 0,3-1) Dodatkowy wzrost TI o 5% może być dopuszczony przy stosowaniu źródeł światła o małej luminancji 2) To kryterium jest tylko do zastosowania, gdy nie graniczy z jezdni± żadna powierzchnia ruchu ze swoimi wymaganiami 15 0,5 Oświetlenie obszarów kolizyjnych oparte jest na kryterium natężenia oświetlenia - Tabela 5.3. Tablica 5.3. Zalecane parametry oświetleniowe dla klas CE Klasa oświetleniowa Eśr [lx] Uo [Emin/Eśr] CE ,4 CE ,4 CE ,4 CE ,4 CE ,4 CE 5 7,5 0,4 Na ulicach osiedlowych, parkingach, strefach dla pieszych oraz rowerzystów, klasy oświetlenia oparte zostały na ocenie wg kryterium natężenia oświetlenia - Tabela

5 Tabela 5.4. Zalecane parametry oświetleniowe dla klas S Klasa Eśr [lx] Emin [lx] S S S3 7,5 1,5 S4 5 1 S5 3 0,6 S6 2 0,6 S7 nie wymaga się nie wymaga się 6. Metoda pomiaru Pomiary natężenia oświetlenia przeprowadzono przy użyciu luksomierza Hioki 3423 LUX HiTESTER. Umożliwiającego pomiar w zakresie od 20 lx do 200 klx w pięciu zakresach. Dokładność wskazań miernika wynosi ±4% ±1 dgt. Pomiary przeprowadzono na płaszczyźnie o wymiarach 2,5 m x 2,5 m w siatce o gęstości 0,5 m. Badana lampa umieszczona została równolegle i w odległości 0,82 cm od powierzchni podłoża. Następnie zmierzone wartości przeliczono zgodnie ze wzorem (1) na wartości natężenie oświetlenia odpowiadające odległości lampy od podłoża równej 8 m. E= 1/r 2 (1) gdzie: I strumień świetlny na wysokości 0,82 m, r docelowa odległość lampy od podłoża równa 8 m. W każdym z tych punktów wykonano dziesięć pomiarów, z których wyznaczono wartości średnie natężenia oświetlenia. Badania spektralne lampy zostały przeprowadzone za pomocą spektrometru FS 900 firmy Edinbourgh Instruments. Widmo zostało zmierzone z rozdzielczością i krokiem 1 nm w zakresie światła widzialnego ( nm). Pomiary rozkładu widmowego lampy, współrzędnych trójchromatycznych x,y, temperatury barwowej, oraz współczynnika oddawania barw wykonano zgodnie z zaleceniami Komisji Oświetleniowej CIE Wyniki pomiarów 7.1. Wyniki pomiarów widmowych lampy SCH 5

6 Widmo jest typowe dla źródeł światła białego typu LED. Zawiera dwa maksima emisyjne 440 nm i 545 nm. Na rysunku 7.1 przedstawiono przebieg widma białych diod LED znajdujących się w oprawie oświetleniowej. Na podstawie zmierzonego widma zostały wyznaczone składowe trójchromatyczne XYZ, a następnie współrzędne barwowe x,y zgodnie z zaleceniami Komisji Oświetleniowej CIE 1931 (Tabela 7.1) Intensywność l [nm] Rys Widmo promieniowania emitowanego przez lampę LED. Na rysunku 7.2 przedstawiono wykres we współrzędnych trójchromatycznych z zaznaczeniem punktu odpowiadającego współrzędnym badanej lampy. Na tej podstawie określono wskaźnik oddawania barw na poziomie 62 oraz temperaturę barwową wynoszącą 5500 K. 6

7 y Green Yellowish green Yellow green 570 Yellow Greenish yellow 580 Orange yellow Bluish green Greenish blue K White 5500 K 6500 K 4000 K Purplish pink 3000 K Pink Orange Purplish red 590 Reddish orange Red 600 Yellowish pink Purplish blue 470 Blue Purple Reddish purple x Rys Współrzędne barwowe x, y promieniowania lampy na płaszczyźnie barw. Tabela Parametry kolorymetryczne lampy LED. Parametr Wartości Współrzędne trójchromatyczne x = 0,33; y = 0,36 Temperatura barwowa 5500 K Współczynnik oddawania barw CRI 62 Wartość współczynnika oddawania barw wynosząca 62 zapewnia jakość światła spełniającą wymagania dla opraw oświetleniowych stosowanych do oświetlania dróg. Temperatura barwowa wynosząca 5500 K odpowiada barwie chłodnej bieli Wyniki pomiarów parametrów spektroradiometrycznych lampy SCH W tabeli 7.2 zestawiono wyniki pomiarów natężenia oświetlenia lampy ulicznej SCH firmy EvoLucia. Jako x oznaczono odległości od lampy w płaszczyźnie równoległej, natomiast jako y odległości od lampy w płaszczyźnie prostopadłej. 7

8 Tabela 7.2. Wyniki pomiaru natężenia oświetlenia lampy w odległości 0,82 m od powierzchni oświetlanej. x/y -2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0, , , , , , W tabeli 7.3 zestawiono wartości natężenia oświetlenia lampy SCH przeliczone dla odległości lampy od podłoża równej 8 m obliczone zgodnie ze wzorem 1. Tabela 7.3. Obliczone wartości natężenia oświetlenia lampy w odległości 8 m od powierzchni oświetlanej x/y -24,4-19,5-14,6-9,8-4,9 0,0 4,9 9,8 14,6 19,5 24,4 0,0 1,2 2,5 3,5 5,0 12,0 21,0 12,0 5,0 3,5 2,5 1,2 4,9 2,9 8,4 12,2 9,3 9,9 18,1 9,9 9,3 12,2 8,4 2,9 9,8 1,9 4,1 4,8 4,0 3,8 4,2 3,8 4,0 4,8 4,1 1,9 14,6 0,7 1,0 0,9 0,9 1,3 1,4 1,3 0,9 0,9 1,0 0,7 19,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,6 0,4 0,4 0,4 0,4 24,4 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 Na rysunku 7.3 przedstawiono rzut wartości natężenia napromienienia na oświetlaną płaszczyznę, przy założeniu umiejscowienia lampy w punkcie (0,0). 8

9 Rys Lampa SCH. Rzut wartości natężenia napromienienia na oświetlaną płaszczyznę. Na skali zaznaczono zakresu wartości luminancji odpowiadające poszczególnym kolorom Wyniki pomiarów widmowych lampy SCH-RFK Widmo jest typowe dla źródeł światła białego typu LED. Zawiera dwa maksima emisyjne 450 nm i 575 nm. Na rysunku 7.5 przedstawiono przebieg widma białych diod LED znajdujących się w oprawie oświetleniowej. Na podstawie zmierzonego widma zostały wyznaczone składowe trójchromatyczne XYZ, a następnie współrzędne barwowe x,y zgodnie z zaleceniami Komisji Oświetleniowej CIE 1931 (Tabela 7.4). 9

10 Intensywność l [nm] Rys Widmo promieniowania emitowanego przez lampę LED. Na rysunku 7.6 przedstawiono wykres we współrzędnych trójchromatycznych z zaznaczeniem punktu odpowiadającego współrzędnym badanej lampy. Na tej podstawie określono wskaźnik oddawania barw na poziomie 76 oraz temperaturę barwową wynoszącą 4300 K. 10

11 y Green Yellowish green Yellow green 570 Yellow Greenish yellow 580 Orange yellow Bluish green Greenish blue K White 5500 K 6500 K 4000 K Purplish pink 3000 K Pink Orange Purplish red 590 Reddish orange Red 600 Yellowish pink Purplish blue 470 Blue Purple Reddish purple x Rys Współrzędne barwowe x, y promieniowania lampy na płaszczyźnie barw. Tabela Parametry kolorymetryczne lampy LED. Parametr Wartości Współrzędne trójchromatyczne x = 0,37; y = 0,37 Temperatura barwowa 4300 K Współczynnik oddawania barw CRI 76 Wartość współczynnika oddawania barw wynosząca 76 zapewnia jakość światła spełniającą wymagania dla opraw oświetleniowych stosowanych do oświetlania dróg. Temperatura barwowa wynosząca 4300 K odpowiada barwie neutralnej bieli Wyniki pomiarów parametrów spektroradiometrycznych lampy SCH-RFK W tabeli 7.5 zestawiono wyniki pomiarów natężenia oświetlenia lampy ulicznej SCH- RFK firmy EvoLucia. Jako x oznaczono odległości od lampy w płaszczyźnie równoległej, natomiast jako y odległości od lampy w płaszczyźnie prostopadłej. 11

12 Tabela 7.5. Wyniki pomiaru natężenia oświetlenia lampy w odległości 0,82 m od powierzchni oświetlanej. x/y -2,5-2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0, , , , , , W tabeli 7.6 zestawiono wartości natężenia oświetlenia lampy SCH przeliczone dla odległości lampy od podłoża równej 8 m obliczone zgodnie ze wzorem 1. Tabela 7.6. Obliczone wartości natężenia oświetlenia lampy w odległości 8 m od powierzchni oświetlanej x/y -24,4-19,5-14,6-9,8-4,9 0,0 4,9 9,8 14,6 19,5 24,4 0,0 1,0 2,0 3,0 6,0 11,9 23,5 11,9 6,0 3,0 2,0 1,0 4,9 3,5 10,4 16,2 11,8 12,0 20,0 12,0 11,8 16,2 10,4 3,5 9,8 2,1 4,1 6,6 5,5 5,0 5,1 5,0 5,5 6,6 4,1 2,1 14,6 0,9 1,4 1,3 1,3 1,5 1,6 1,5 1,3 1,3 1,4 0,9 19,5 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,4 24,4 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,3 Na rysunku 7.7 przedstawiono rzut wartości natężenia napromienienia na oświetlaną płaszczyznę, przy założeniu umiejscowienia lampy w punkcie (0,0). 12

13 Rys Lampa SCH-RFK. Rzut wartości natężenia napromienienia na oświetlaną płaszczyznę. Na skali zaznaczono zakresu wartości luminancji odpowiadające poszczególnym kolorom Wyniki pomiarów parametrów elektrycznych lamp W tabeli 7.7 przedstawiono wyniki średniego rzeczywistego poboru mocy. Tabela 7.7. Obliczone wartości natężenia oświetlenia lampy w odległości 8 m od powierzchni oświetlanej Lampa SCH SCH-RFK Moc [W] 130 ± 6 W 128 ± 6 W 8. Wnioski Rozwój technologii oświetleniowej typu LED, w szczególności wzrost wydajności sprawia, że źródła te są coraz częściej i chętniej stosowane jako oświetlenia zarówno obiektów zewnętrznych jak i wnętrz. Badane lampy wykazują zbliżone rozkłady natężenia oświetlenia. Wartości współczynnika oddawania barw wynoszące odpowiednio 62 i 76 znacznie przewyższają 13

14 parametry źródeł sodowych i rtęciowych oraz są porównywalne ze źródłami metalohalogenkowymi, co zapewnia bliższe naturalnemu oddawanie barw. Temperatury barwowe wynoszące odpowiednio 5500 K i 4300 K odpowiadają barwie chłodnej i neutralnej bieli. Badane lampy należą do przełomowej technologii i stanowią nowoczesną alternatywę dla aktualnie stosowanych źródeł oświetlenia (lamp sodowych i rtęciowych). Ich istotnymi zaletami jest niskie zużycie energii, wysoka wierność oddawania barw, możliwość doboru temperatury barwowej do różnorodnych celów oświetleniowych, wysoka odporność mechaniczna (drgania, udary) oraz wysoka żywotność. W ostatnich latach obserwowane jest rosnące zainteresowanie techniką LED ze strony projektantów oświetlenia zarówno wnętrz jak i ulic i autostrad. Błyskawiczny postęp w tej dziedzinie sprawia, że technologia LED staje się dobrym zamiennikiem dotychczasowo stosowanych źródeł oświetlenia. Bibliografia [1] PKN-CEN/TR :2007 Oświetlenie dróg -- Część 1: Wybór klas oświetlenia [2] PN-EN :2007 Oświetlenie dróg -- Część 2: Wymagania oświetleniowe [3] PN-EN :2007 Oświetlenie dróg -- Część 4: Metody pomiarów parametrów oświetlenia 14