Oświetlenie LED nie wszystko jasne

Transkrypt

1 Oświetlenie LED nie wszystko jasne ("Energia Elektryczna" - 5/2017) W projektowaniu oświetlenia drogowego coraz większą rolę odgrywają zarówno aspekty ekonomiczne, związane z poprawą efektywności energetycznej i trwałości sprzętu oświetleniowego, jak i środowiskowe, uwzględniające pozytywny i negatywny wpływ światła na ludzi i środowisko. Nie ulega wątpliwości, że podstawowym zadaniem oświetlenia drogowego powinno być zapewnienie bezpieczeństwa oraz wygody poruszania się kierowców pojazdów, rowerzystów i pieszych we wszystkich strefach ruchu. Ten właśnie aspekt powinien stanowić podstawę realizowanych projektów. Dostępne obecnie oprawy LED są bardzo zróżnicowane pod względem cech fotometrycznych. Rozsyły strumienia świetlnego, kształtowane przez odbłyśniki lub najczęściej - przez soczewki, są bardzo geometryczne (rysunek 1). Stan taki wymaga przeprowadzenia odpowiednich obliczeń na podstawie rzetelnych charakterystyk opraw. W przeciwnym razie uzyskany rezultat nie spełni wymagań obowiązującej normy, a wzrokowy efekt będzie daleki od oczekiwań (rysunek 2). Poprawa bezpieczeństwa na drogach i w ich otoczeniu Coraz ważniejszym zadaniem staje się tworzenie odpowiedniego otoczenia świetlnego, zapewniającego większe bezpieczeństwo, wynikające z lepszej orientacji przestrzennej oraz możliwości oceny szeroko pojętych potencjalnych zagrożeń. Nowa norma PN-EN 13201:2016 Oświetlenie dróg [1, 2] uwzględnia ten aspekt w większym stopniu niż poprzednia jej wersja. Dla dróg z ruchem motorowym o wysokiej i średniej prędkości wprowadzono nowe wymagania wobec oświetlenia bezpośredniego otoczenia jezdni R EI (tabela1). Zasadę obliczeń współczynnika oświetlenia otoczenia R EI (dawniej SR) zmieniono [2]. W dotychczas obowiązującej wersji normy w obliczeniach SR uwzględniało się uśrednione poziomy oświetlenia poboczy i sąsiadujących z nimi pasów jezdni (rysunek 3). Obecnie bierze się pod uwagę osobno każde z poboczy i sąsiadujący z nim pas drogi (rysunek 4). Dla dróg o niskiej prędkości poruszania się użytkowników skoncentrowany strumień świetlny opraw LED, przy zapewnieniu normatywnych poziomów oświetlenia poboczy lub chodnika, może nie uwidocznić w odpowiednim stopniu sylwetek i twarzy ludzi oraz otoczenia drogi. Sytuacja taka obniża komfort poruszania się, pogarsza poczucie bezpieczeństwa oraz ogranicza pożądaną orientację przestrzenną. W projektach powinno się ten fakt uwzględnić, dokonując obliczeń składowych pionowych na określonych

2 powierzchniach. W sytuacjach występowania potencjalnych zagrożeń i gdy pożądana jest rozpoznawalność twarzy (parkingi, deptaki itp.) należy ocenić również składowe półcylindryczne natężenia oświetlenia. W nowej wersji normy dla poszczególnych klas P, odpowiadających wymaganiom dla stref ruchu pieszego, podano takie wymagania zestawione w tabeli 2.

3

4 Przejścia dla pieszych Szczególnie krytyczna sytuacja występuje w odniesieniu do oświetlenia przejść dla pieszych. Warunkiem koniecznym dla zapewnienia widoczności pieszych na jezdni jest wytworzenie odpowiedniego kontrastu pomiędzy np. sylwetką pieszego i tłem, czyli najczęściej jezdnią. Może to być kontrast ujemny czyli ciemna sylwetka na jasnym tle - lub kontrast dodatni jasna sylwetka na ciemnym tle (rysunek 5). W sytuacji konieczności uzyskania kontrastu dodatniego, dzięki zastosowaniu dodatkowego oświetlenia, należy zapewnić kierowcom zbliżającym się do przejścia i następnie je mijającym, odpowiednie warunki adaptacji wzroku do zmiennych parametrów oświetleniowych. Stąd dla poprawy bezpieczeństwa ruchu korzystne jest oświetlanie nie tylko strefy samego przejścia, ale również stref przed i za nim.

5 Przegląd zaleceń obowiązujących w wielu krajach przedstawiono w publikacji [3]. Najbardziej precyzyjne zalecenia opublikowało Ministerstwo Transportu Czech [4]. W wytycznych dotyczących oświetlenia przejść dla pieszych zawarto wymagania projektowe i pomiarowe, uwzględniające różne sytuacje oświetleniowe. Najważniejsze zalecenia są następujące: droga przed i za przejściem musi być oświetlona, zależnie od prędkości poruszania się pojazdów, zgodnie z wymaganiami normy EN [1], na odcinku liczonym od osi przejścia, wynoszącym minimum: 50 m przy dozwolonej prędkości 30km/h, 100 m przy dozwolonej prędkości między 30 km/h i 50 km/h, 150 m przy dozwolonej prędkości powyżej 50 km/h, oświetlenie musi zapewnić dobrą widoczność pieszego na przejściu od strony nadjeżdżających pojazdów; jako kryterium przyjmuje się wartości pionowego natężenia oświetlenia wyznaczone dla umownej płaszczyzny znajdującej się na wysokości metra nad przejściem, wymagane poziomy średniego pionowego natężenia oświetlenia na przejściu, zależne od poziomu oświetlenia drogi, są zestawione w tabeli 3, jeśli wykorzystuje się sterowanie i zmienne poziomy oświetlenia, to oświetlenie przejścia, przy obniżonych parametrach, musi spełniać wymagania zawarte w tabeli 3, równomierność całkowita, wyznaczona jako stosunek wartości minimalnej do wartości średniej natężenia oświetlenia, nie może być niższa od 0,4, barwy światła dla oświetlenia przejścia oraz drogi powinny być różne; stosunek temperatur barwowych powinien wynosić minimum 1:1,5. Obliczenia i pomiary parametrów oświetlenia przejścia i strefy (stref) oczekiwania należy wykonać w siatce punktów na wysokości metra nad przejściem zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 6. Należy podkreślić, że zainstalowanie dodatkowego oświetlenia przejścia dla pieszych nie oznacza rezygnacji z innych elementów informacyjnych i sygnalizacyjnych montowanych przed i nad nim oraz np. wbudowywanych w nawierzchnię jezdni. Konieczność upowszechnienia zasad poprawnego oświetlania przejść dla pieszych wynika z obserwacji zastosowanych, niewłaściwych rozwiązań przy budowie lub modernizacji wielu dróg (rysunek 7). Najczęściej umieszcza się oprawę lub oprawy nad osią przejścia, uzyskując w ten sposób jedynie efekt wyeksponowania strefy przejścia, jednocześnie bez zapewnienia odpowiedniego uwidocznienia sylwetki pieszego.

6 Rys 7

7 Eksploatacyjne zmiany parametrów oświetlenia drogowego Stopień obniżenia poziomu natężenia oświetlenia lub luminancji, po określonym czasie użytkowania urządzenia oświetleniowego, odniesiony do parametrów początkowych, określa współczynnik utrzymania, wyznaczany z zależności: W oświetleniu drogowym przyjmuje się, że wyznaczanie współczynnika utrzymania MF wiąże się z uwzględnieniem głównie dwóch elementów: obniżania się strumienia świetlnego lamp LLMF (Lamp Lumen Maintenance Factor), zabrudzania się opraw LMF (Luminaire Maintenance Factor). MF = LLMF x LMF Podawanie wartości cząstkowych współczynników utrzymania strumienia świetlnego LLMF dla źródeł światła jest obowiązkiem producentów. Dane takie są dostępne na stronach internetowych, w katalogach, kartach produktów itp. Diody LED charakteryzują się zasadniczo odmiennymi cechami eksploatacyjnymi niż dotychczas stosowane źródła światła. Zgodnie z procedurami opisanymi w raportach LM-80 [7] oraz TM-21 [8], okresowo wykonywane pomiary strumienia świetlnego lamp, modułów i opraw LED umożliwiają prognozowanie trwałości użytkowej przy założeniu określonego poziomu, do którego może obniżyć się strumień, zwykle wyrażanego w procentach wartości początkowych. Najczęściej był to dotychczas poziom 70 proc., oznaczany jako L70 (rysunek 8). Obecnie coraz częściej podawane są wartości L90 i L80, dotyczące spadku strumienia świetlnego odpowiednio do 90 i 80 proc. wartości początkowej. W raporcie CIE 154 [5] podane są typowe wartości cząstkowych współczynników utrzymania dla opraw LMF; przedstawiono je w tabeli 4. W odniesieniu do współczynników LMF, zawartych w tabeli 4, istnieją uzasadnione wątpliwości, ponieważ odpowiadają one wynikom badań sprzed wielu lat. Konstrukcja współczesnych opraw podlega stałemu udoskonalaniu, stąd często przytaczane są wyniki bardziej aktualnych badań [6]; przedstawiono je w tabeli 5. Wartości te są szczególnie przydatne w projektowaniu oświetlenia drogowego z wykorzystaniem opraw LED, które charakteryzują się niższą temperaturą pracy źródeł światła oraz znacznie niższą mocą. Dostępne obecnie w różnych źródłach eksploatacyjne parametry opraw LED dotyczą głównie wyników badań laboratoryjnych. Brakuje, jak dotychczas, ich weryfikacji na podstawie pomiarów w warunkach rzeczywistych.

8

9 Podsumowanie Oprawy LED są coraz częściej wykorzystywane w oświetleniu drogowym. Przesądzają o tym parametry eksploatacyjne, takie jak wysoka energooszczędność i trwałość. Dążenie do ograniczenia zużycia energii elektrycznej na oświetlenie nie powinno się jednak odbywać kosztem pogorszenia bezpieczeństwa i komfortu jego użytkowników. Stąd potrzeba dopracowywania zasad projektowania i doboru wymagań ilościowych oraz jakościowych dotyczących zarówno stref ruchu, jak również ich bliższego i dalszego otoczenia. Szczególnie pilne jest opracowanie krajowych wytycznych do projektowania oświetlenia przejść dla pieszych. Dotychczas stosowane, tradycyjne źródła światła i oprawy były rozwijane przez wiele lat, co umożliwiło dopracowanie metod ich badań, oceny i zasad wykorzystania w projektowaniu systemów oświetleniowych. Instalacje oświetlenia drogowego z oprawami LED są dopiero na początkowym etapie wdrożeń, stąd tak niewiele dostępnych wyników badań w rzeczywistych warunkach środowiskowych. Należy uznać, że ich prowadzenie jest konieczne, ponieważ zaprojektowany system oświetlenia musi zachować odpowiednie parametry fotometryczne przez cały okres przewidywanej eksploatacji, a to wymaga znajomości rzeczywistych zmian parametrów opraw ze źródłami LED. Stosowane obecnie metody prognozowania trwałości powinny zostać zweryfikowane w praktyce.

10