Małgorzata Górczewska Politechnika Poznańska, Zakład Techniki Świetlnej i Elektrotermii Oświetlenie elektryczne Redukcja poziomu oświetlenia drogowego możliwości i ograniczenia Streszczenie: Wymagania normatywne, dotyczące ilościowych i jakościowych cech oświetlenia drogowego, uwzględniają potrzebę zapewnienia wszystkim użytkownikom dróg pożądanego poziomu bezpieczeństwa i komfortu widzenia. Dobór odpowiednich parametrów fotometrycznych oświetlenia drogowego jest uzależniony od szeregu czynników zmiennych w czasie, np. od natężenia ruchu pojazdów i pieszych, jasności otoczenia, zaparkowanych pojazdów. Uwzględnienie tej zmienności stwarza możliwość realizacji energooszczędnego systemu oświetlenia z dostosowywaniem poziomu oświetlenia do rzeczywistych potrzeb. W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia dotyczące sposobu wartościowania poszczególnych kryteriów doboru obniżonych klas oświetleniowych, opracowane na podstawie Raportu Technicznego CIE 115:2010 [3]. 1. Wprowadzenie Obowiązujące obecnie normy, dotyczące oświetlenia drogowego, opracowane zostały w latach 90. ubiegłego wieku. Od tego czasu podejście do projektowania oświetlenia zewnętrznego uległo radykalnej zmianie. Z jednej strony zwiększyły się wymagania dotyczące aspektów środowiskowych, z drugiej pojawiły się nowe techniczne możliwości realizacji energooszczędnych systemów oświetleniowych, przyjaznych dla otoczenia. Konieczność okresowej weryfikacji wymagań normatywnych znajduje swoje odzwierciedlenie w procedurach opracowywania norm przez CEN Europejską Komisję Normalizacyjną. Zgodnie z przyjętymi zasadami, po upływie pięciu lat od opublikowania normy rozpoczynają się prace nad jej aktualizacją. Prace te, zgodnie z harmonogramem, powinny trwać ok. 36 miesięcy. Przykładowym rezultatem funkcjonowania tych reguł jest opublikowana w ostatnim okresie nowa wersja normy dotyczącej oświetlenia miejsc pracy we wnętrzach. Zgodnie z informacjami przedstawionymi na stronie internetowej CEN [4], w fazie opracowywania są również poszczególne części normy dotyczącej oświetlenia dróg. Pierwsza część tej normy, będąca raportem technicznym, powinna się ukazać jeszcze w tym roku. Praca nad pozostałymi częściami, razem z częścią dotyczącą efektywności energetycznej oświetlenia drogowego, powinna się zakończyć w 2014 roku. Aktualna Europejska Norma dotycząca oświetlenia drogowego zawiera szereg wymagań wcześniej przedstawionych przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową (CIE) w Raporcie Technicznym nr 115 z 1995 roku pt. Oświetlenie dróg przeznaczonych dla ruchu motorowego i dla pieszych [2]. W roku 2010 CIE opublikowała kolejną, zweryfikowaną i zaktualizowaną wersję Raportu 115 [3]. Publikacja ta zawiera, między innymi, propozycje dotyczące warto- 39
ściowania kryteriów stanowiących podstawę doboru klas oświetleniowych dla różnych użytkowników dróg. Opisana procedura umożliwia opracowanie, dla dowolnej drogi czy strefy ruchu, tabeli prowadzącej do określenia zarówno podstawowej, jak i obniżonej lub obniżonych klas oświetleniowych, zależnie od zmieniających się warunków w strefie ruchu i w jej otoczeniu. Poszczególne Tabele zawierają zestaw najważniejszych parametrów, mających wpływ na wybór klasy oświetleniowej. Tabela 1 odnosi się do ruchu motorowego, Tabela 4 do stref ruchu pieszych i wolno poruszających się pojazdów, Tabela 7 do stref konfliktowych. Należy zauważyć, że zestaw wymagań dotyczących oświetlenia drogowego, opisanych wspólnym indeksem 13 201 [1], w odniesieniu do wyboru klas oświetleniowych jest Raportem Technicznym, który stanowi uzupełnienie normy o charkterze informacyjnym. W wielu państwach obowiązują inne, zmienione lub rozszerzone kryteria wyboru klas oświetleniowych. Propozycja zawarta w Raporcie 115 CIE, dla uproszczenia tylko, odnosi się do oceny najważniejszych parametrów, które mogą zostać uzupełnione w zależności od indywidualnych potrzeb i wymagań. Wprowadzenie w projektowaniu zmiennych klas oświetleniowych prowadzi do uzyskania racjonalnie dobranych poziomów oświetlenia, dostosowanych do rzeczywistych warunków i potrzeb wszystkich uczestników ruchu drogowego. Redukcja poziomów oświetlenia może wynikać głównie ze zmian w natężeniu ruchu, zmian w strukturze głównych jego uczestników, zmian pogodowych oraz, również, ze zmian jasności otoczenia. 2. Dobór parametrów oświetlenia dla ruchu motorowego Na drogach przeznaczonych głównie dla ruchu motorowego podstawowe wymagania oświetleniowe oparte są na kryteriach luminancyjnych. Natężenie oświetlenia jako kryterium oświetlania drogowego nadal stosowane jest w niektórych państwach, lecz doświadczenia wskazują, że nie jest to kryterium wystarczające. W Raporcie CIE wskazano, że doświadczenia wielu już dekad potwierdzają przydatność kryteriów luminancyjnych jako podstawy projektowania oświetlenia drogowego dla przypadków, gdy głównym uczestnikiem ruchu drogowego są pojazdy motorowe, poruszające się z wysoką lub średnią prędkością. Zastosowanie kryterium opartego na luminancji sprowadza się do konieczności zapewnienia odpowiedniej jaskrawości powierzchni drogi, na której tle przeszkoda (obiekt) będzie widoczna. Wymaga to uzyskania odpowiedniego poziomu i równomierności luminancji oraz ograniczenia olśnienia. Kryteria te w aktualnej normie PN-EN, dotyczącej oświetlenia drogowego, odpowiadają klasom ME [1]. W Raporcie CIE oznaczone są jako klasy M, których dobór wynika z określonej sytuacji oświetleniowej, rodzaju i natężenia ruchu, geometrii układu drogowego oraz warunków środowiskowych. 40
Dla określenia klasy oświetlenia M różnym uwzględnianym parametrom można przypisać odpowiednie wagi. Suma (Vws) tych wag umożliwi wyznaczenie klasy M zgodnie z zależnością: Klasa oświetlenia M = [6 Vws] Dobór odpowiednich wartości wagowych, zestawionych w Tabeli 1, da w rezultacie numery od 1 do 6. Jeśli wynik nie jest liczbą całkowitą, należy przyjąć najbliższą, niższą całkowitą liczbę. Tabela 1. y dla wyboru klas oświetleniowych M Wartość wagi Vw Bardzo wysoka 1 Wysoka 0,5 Umiarkowana 0 Bardzo wysokie 1 Natężenie ruchu Umiarkowane 0 Bardzo niskie -1 Mieszany z dużym udziałem 2 niezmotoryzowanych Mieszany 1 Motorowy tylko 0 Rozdzielenie jezdni Nie 1 Tak 0 Gęstość skrzyżowań Duża 1 Mała 0 Zaparkowane pojazdy Tak 0,5 Nie 0 Luminancja otoczenia Średnia 0 Niska -1 Prowadzenie wzrokowe Złe 0,5 Przeciętne lub dobre 0 Suma Vw Wybrana Vw Podstawowymi kryteriami w projektowaniu oświetlenia drogowego dla potrzeb ruchu motorowego jest: poziom luminancji L śr, równomierność ogólna luminancji U o, równomierność wzdłużna luminancji U l, ograniczenie olśnienia przeszkadzającego TI, odpowiedni poziom natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu drogi S R, prowadzenie wzrokowe. Vws 41
Wymienione kryteria mają zastosowanie dla dostatecznie długich dróg, z wyjątkiem stref konfliktowych oraz stref z zastosowanymi środkami uspokojenia ruchu. W Raporcie, w załączniku, przedstawiono przykładowe wyznaczenie klas oświetleniowych dla drogi przeznaczonej wyłącznie dla ruchu motorowego, tj. klas M, przy przyjęciu czterech stref czasowych: od włączenia oświetlenia do końca wzmożonego ruchu Δt 1, od końca wzmożonego ruchu do północy Δt 2, od północy do początku porannego wzmożonego ruchu Δt 3, od pory wzrostu natężenia ruchu do wyłączenia oświetlenia o świcie Δt 4. Tabela 2. Zmienne w czasie klasy oświetleniowe M Wartość wagi Wybrana Vw Vw Δt 1 Δt 2 Δt 3 Δt 4 Bardzo wysoka 1 1 1 1 1 Wysoka 0,5 Umiarkowana 0 Bardzo wysokie 1 1 1 Natężenie ruchu Umiarkowane 0 0 Bardzo niskie -1-1 Mieszany z dużym udziałem 2 niezmotoryzowanych Mieszany 1 Motorowy tylko 0 0 0 0 0 Rozdzielenie jezdni Gęstość skrzyżowań Zaparkowane pojazdy Nie 1 Tak 0 0 0 0 0 Duża 1 Mała 0 0 0 0 0 Tak 0,5 Nie 0 0 0 0 0 Luminancja otoczenia Prowadzenie wzrokowe Średnia 0 0 0 0 0 Niska -1 Złe 0,5 Przeciętne lub dobre 0 0 0 0 0 42 Suma Vw 2 1 0 2 M = 6 Vws M4 M5 M6 M4 Z tabeli wynika, że podstawową klasą oświetleniową dla tej drogi jest klasa M4. Obniżenie parametrów w okresach ograniczonego natężenia ruchu odpowiada odpowiednio klasom M5 i M6.
Należy podkreślić, że obniżenie to dotyczy wyłącznie poziomu luminancji średniej, a nie pozostałych parametrów, tj. równomierności luminancji i ograniczenia olśnienia (Tabela 3). Te wymagania pozostają bez zmian i odpowiadają podstawowej klasie. Tabela 3. Zmienne w czasie wymagania oświetleniowe, przykład dla klas M z Tabeli 2 Klasa oświetlenia y oświetlenia drogi L śr [cd/m 2 ] U o U l TI [%] S R M1 2,0 0,40 0,70 10 0,5 M2 1,5 0,40 0,70 10 0,5 M3 1,0 0,40 0,60 15 0,5 M4 0,75 0,40 0,60 15 0,5 M5 0,50 0,35 0,40 15 0,5 M6 0,30 0,35 0,40 20 0,5 3. Dobór parametrów oświetlenia dla ruchu pieszego W strefach komunikacyjnych, w których głównymi użytkownikami są piesi oraz pojazdy poruszające się z niewielką prędkością, podstawowym parametrem oświetleniowym jest poziom średniego i minimalnego natężenia oświetlenia. Kryteria te odpowiadają odpowiednim klasom w Raporcie CIE oznaczonym jako P, w normie PN-EN jako S [1], mającym zastosowanie dla chodników, ścieżek rowerowych, dróg osiedlowych, deptaków, parkingów itp. Dobór odpowiednich klas oświetleniowych P wynika z geometrii analizowanej strefy, natężenia ruchu oraz warunków środowiskowych. Dla określenia klasy oświetlenia P różnym uwzględnianym parametrom można przypisać odpowiednie wagi. Suma (Vws) tych wag umożliwia wyznaczenie klasy P zgodnie z zależnością: Klasa oświetlenia P = [6 Vws] Dobór odpowiednich wartości wagowych, zestawionych w Tabeli 4, da w rezultacie numery od 1 do 6. Jeśli wynik nie jest liczbą całkowitą, należy przyjąć najbliższą, niższą liczbę. Dodatkowe wymaganie, wartość średniego półcylindrycznego natężenia oświetlenia, występuje w przypadkach, gdy konieczna jest rozpoznawalność twarzy. W załączniku do Raportu przedstawiono przykładowe wyznaczenie klas oświetleniowych P dla drogi przeznaczonej dla ruchu pieszego oraz dla pojazdów poruszających się z niewielką prędkością. Przyjęto pięć stref czasowych: od włączenia oświetlenia do końca wzmożonego ruchu Δt 1, od końca wzmożonego ruchu do pory np. wyjść z kin i teatrów Δt 2, następnie do północy Δt 3, od północy do początku porannego wzmożonego ruchu Δt 4, od pory wzrostu natężenia ruchu do wyłączenia oświetlenia o świcie Δt 5. 43
Tabela 4. y dla wyboru klas oświetleniowych P 44 Natężenie ruchu Zaparkowane pojazdy Luminancja otoczenia Rozpoznawalność twarzy Wartość wagi Vw Niska 1 Bardzo niska (marsz) 0 Bardzo wysokie 1 Umiarkowane 0 Bardzo niskie -1 Piesi, rowerzyści, ruch motorowy 2 Piesi, ruch motorowy 1 Piesi, rowerzyści 1 Piesi 0 Rowerzyści 0 Tak 0,5 Nie 0 Średnia 0 Niska -1 Konieczna Niekonieczna Tabela 5. Zmienne w czasie klasy oświetleniowe P Natężenie ruchu Zaparkowane pojazdy Wartość wagi Vw Dodatkowe wymaganie Wybrana Vw Brak dodatkowych wymagań Suma Vw Vws Wybrana Vw Δt 1 Δt 2 Δt 3 Δt 4 Δt 5 Niska 1 1 1 1 Bardzo niska (marsz) 0 0 0 Bardzo wysokie 1 1 1 Umiarkowane 0 0 0 Bardzo niskie -1-1 Piesi, rowerzyści, ruch motorowy Piesi, ruch motorowy 1 1 Piesi, rowerzyści 1 Piesi 0 Rowerzyści 0 Tak 0,5 2 2 2 2 2 Nie 0 0 0 0 0 0
Luminancja otoczenia Rozpoznawalność twarzy Wartość wagi Vw Wybrana Vw Δt 1 Δt 2 Δt 3 Δt 4 Δt 5 Średnia 0 0 0 0 Niska -1-1 -1 Konieczna Niekonieczna Dodatkowe wymaganie Brak dodatkowych wymagań Suma Vw 4 1 2 1 3 P = 6 Vws P2 P5 P4 P5 P3 Z przedstawionych wyliczeń wynika, że podstawową klasą oświetleniową dla tej drogi jest klasa P2. Obniżenie parametrów w okresach ograniczonego natężenia ruchu odpowiada odpowiednio klasom P3, P4, P5. Obniżenie to dotyczy poziomu średniego i minimalnego natężenia oświetlenia. Wymagania dotyczące ograniczenia olśnienia pozostają bez zmian. Tabela 6. Zmienne w czasie wymagania oświetleniowe, przykład dla klas P Klasa oświetlenia Średnie poziome natężenie oświetlenia [lx] Minimalne poziome natężenie oświetlenia [lx] P1 15,0 3,0 P2 10,0 2,0 P3 7,5 1,5 P4 5,0 1,0 P5 3,0 0,6 P6 2,0 0,6 4. Dobór parametrów oświetlenia stref konfliktowych Strefy konfliktowe występują w miejscach, w których przecinają się strumienie ruchu pojazdów lub gdy trasy poruszania się pojazdów przebiegają przez obszary uczęszczane przez pieszych, rowerzystów i innych uczestników ruchu. Strefy te występują również w miejscach zmiany geometrii drogi, tj. np. w miejscach zwężenia drogi lub pasa ruchu, zmniejszenia liczby pasów ruchu. W strefach tych zwiększa się zagrożenie wystąpienia kolizji. Parkingi również są traktowane jak strefy konfliktowe. Oświetlenie powinno uwidocznić istnienie stref konfliktowych, położenie krawężników i znaków drogowych, obecność przeszkód, pieszych i innych użytkowników strefy. Dobór odpowiednich klas oświetleniowych C strefy konfliktowej wynika z prędkości, natężenia i złożoności ruchu, warunków środowiskowych oraz prowadzenia wzrokowego. 45
Dla określenia klasy oświetlenia C (CE wg PN-EN 13 201) różnym uwzględnianym parametrom można przypisać odpowiednie wagi. Suma (Vws) tych wag umożliwia wyznaczenie klasy C zgodnie z zależnością: Klasa oświetlenia C = [6 Vws] Dobór odpowiednich wartości wagowych, zestawionych w Tabeli 7, da w rezultacie numery od 1 do 6. Jeśli wynik nie jest liczbą całkowitą, należy przyjąć najbliższą, niższą liczbę. Tabela 7. y dla wyboru klas oświetleniowych C Wartość wagi Vw Wybrana Vw Natężenie ruchu Rozdzielenie jezdni Luminancja otoczenia Prowadzenie wzrokowe, kontrola ruchu Bardzo wysoka 3 Wysoka 2 Umiarkowana 1 Niska 0 Bardzo wysokie 1 Umiarkowane 0 Bardzo niskie -1 Mieszany z dużym udziałem niezmotoryzowanych 2 Mieszany 1 Motorowy tylko 0 Nie 1 Tak 0 Średnia 0 Niska -1 Złe 0,5 Przeciętne lub dobre 0 Suma Vw Vws Tabela 8. Klasy oświetleniowe dla stref konfliktowych C Klasa oświetlenia Średnie poziome natężenie oświetlenia E [lx] Równomierność natężenia oświetlenia U o (E) C0 50 0,4 C1 30 0,4 C2 20 0,4 C3 15 0,4 C4 10 0,4 C5 7,5 0,4 46
Jeśli drogi prowadzące do i od stref konfliktowych nie są oświetlone, to należy je oświetlić, w wybranej klasie, na odcinku o długości odpowiadającej dystansowi pokonywanemu przez pojazd, poruszający się z przewidywaną prędkością, w czasie około 5 sekund. 5. Podsumowanie Na energochłonność systemu oświetlenia drogowego istotny wpływ ma określenie odpowiednich parametrów ilościowych i jakościowych. Dobór racjonalnie uzasadnionej klasy oświetleniowej, zgodnej z wymaganiami normatywnymi, jest skomplikowany z uwagi na różnorodność kryteriów, które należy uwzględnić. Przedstawiona w Raporcie CIE propozycja zestawu i wartościowania najważniejszych czynników, mających wpływ na wymagany poziom oświetlenia drogowego, może stanowić ułatwienie dla określenia zarówno podstawowej, jak i obniżonych klas oświetleniowych, a więc przyjęcia zmiennych w czasie wymagań fotometrycznych, dostosowanych do rzeczywistych potrzeb użytkowników ruchu drogowego. 6. Literatura 1. PN-EN 13201:2007 Oświetlenie dróg. 2. CIE 115:1995 Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic. 3. CIE 115:2010 Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic. 4. http://www.cen.eu/cen/sectors/technicalcommitteesworkshops/centechnicalcommittees/pages/wp.aspx?param=6150&title=light%20and%20lighting# (dostęp 30.04.2013) Artykuł był publikowany w formie referatu na IV Konferencji Naukowo-Technicznej z cyklu Energooszczędność w oświetleniu, która odbyła się 14 maja 2013 r. w Poznaniu. 47