|
|
 |
|
|
|
Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika
|
|
|
|
|
|
|
W artykule wymieniono i scharakteryzowano kryteria projektowania i oceny oświetlenia drogowego oraz oświetlenia zewnętrznego. Kryteria projektowania oświetlenia określono przez podanie podstawowych wymagań i zaleceń związanych z tworzeniem otoczenia świetlnego. Dotyczą one: rozkładu luminancji, natężenia oświetlenia, olśnienia, kierunkowości światła, oddawania barw, barwy światła i jego migotania. Zwrócono także uwagę na problematykę światła intruzyjnego, aspektów energetycznych, potrzeb zrównoważonego rozwoju, oświetlenia awaryjnego i konserwacji oświetlenia.
Oświetlenie stacjonarne dróg i ich bezpośredniego otoczenia powinno zapewniać bezpieczeństwo i wygodę widzenia wszystkim uczestnikom ruchu drogowego. Tematyka oświetlenia drogowego jest szeroko komentowana w literaturze przedmiotowej, itp. [1-3]. Wymagania i zalecenia związane z tworzeniem pożądanego otoczenia świetlnego oraz obliczeniami i pomiarami oświetleniowymi na drogach zawarte są w opracowaniach CIE, itp. [4-6] i normach, itp. [7-10].
Oświetlenie drogi zależy od jej funkcji komunikacyjnej, z którą związana jest klasa drogi. Norma [7] określa klasy oświetlenia drogi: ME/MEW, CE, S, A, ES i EV.
Klasy ME/MEW są przewidziane do stosowania na drogach z dominującym ruchem motorowym, a parametry oświetleniowe oparte są na luminancji nawierzchni jezdni.
Klasy CE są przewidziane do stosowania dla powierzchni konfliktowych na drogach z dominującym ruchem motorowym (itp. drogi handlowe, skrzyżowania i ronda oraz drogi do nich dochodzące, na których tworzą się kolejki samochodów).
Klasy S i A są przewidziane do stosowania na drogach dla pieszych, rowerzystów i osiedlowych oraz pasach postojowych i innych obszarach leżących oddzielnie lub wzdłuż jezdni tras ruchu drogowego.
Parametry oświetleniowe dla klas CE i S oparte są na poziomym natężeniu oświetlenia, a dla klas A oparte są na półsferycznym natężeniu oświetlenia.
Klasy ES są przewidziane jako dodatkowe dla sytuacji, w których oświetlenie służy do identyfikacji osób i przedmiotów oraz obszarów drogowych z wyższym od normalnego zagrożeniem przestępczością, a parametry oświetleniowe oparte są na półcylindrycznym natężeniu oświetlenia.
Klasy EV są przewidziane jako dodatkowe dla sytuacji, w których muszą być dobrze widoczne powierzchnie pionowe (itp. punkty poboru opłat, hydranty), a parametry oświetleniowe oparte są na pionowym natężeniu oświetlenia.
Zapewnienie bezpieczeństwa i wygody ruchu drogowego z dominującym ruchem motorowym związane jest z wytworzeniem odpowiednich warunków oświetleniowych na drodze i w jej bezpośrednim otoczeniu. Warunki oświetleniowe na drodze opisywane są poprzez szereg parametrów oświetleniowych, a wystąpienie pożądanych warunków oświetleniowych związane jest z zapewnieniem wartości kryterialnych tych parametrów.
Podstawowe parametry opisujące ilościowe i jakościowe cechy oświetlenia dróg to:
Tabela 1. Wymagane wartości parametrów oświetleniowych dla dróg klas ME [8]
Klasa | Lśr [d/m2] | UO [-] | UL [-] | TI [%] | SR [-] |
| ME1 | 2 | 0,4 | 0,7 | 10 | 0,5 |
| ME2 | 1,5 | ||||
| ME3a | 1 | ||||
| ME3b | 0,6 | 15 | |||
| ME3c | 0,5 | ||||
| ME4a | 0,75 | 0,6 | |||
| ME4b | 0,5 | ||||
| ME5 | 0,5 | 0,35 | 0,4 | ||
| ME6 | 0,3 | - |
Wartości kryterialne parametrów oświetleniowych dla dróg klas ME podano w tabeli 1.
Tradycyjne podejście do projektowania i eksploatacji oświetlenia drogowego zakłada, że na drodze o określonej klasie, w każdej chwili, w ciągu całego okresu użytkowania oświetlenia zapewnione będą warunki normalne, czyli wartości średniej luminancji nawierzchni jezdni, równomierności całkowitej i wzdłużnej luminancji nawierzchni jezdni i wskaźnika oświetlenia pobocza nie niższe od wartości wymaganych, a dla wskaźnika olśnienia przeszkadzającego nie wyższe od wartości dopuszczalnej.
Podejście takie praktycznie oznacza, że w ciągu całego okresu eksploatacji oświetlenia drogowego wykorzystywana jest pełna moc oświetlenia, gdyż jest nieprzerwanie realizowany w porze nocnej (najczęściej od zachodu do wschodu Słońca) stały poziom luminancji nawierzchni jezdni (także pozostałe parametry oświetleniowe).
Obecnie rozważa się możliwość istotnego redukowania poziomu luminancji (obniżania klasy ME) w warunkach odbiegających od normalnych. Pomysł ten był już dawno znany, jednak dopiero ostatnio opracowano praktyczną propozycję postępowania, polegającą na dostosowaniu wymaganego poziomu luminancji nawierzchni jezdni do sytuacji aktualnie panującej na drodze i w jej sąsiedztwie [6]. Należy oczekiwać, że podejście to znajdzie odzwierciedlenie także w normach krajowych, których uaktualnienie jest przygotowywane.
Właściwe oświetlenie terenów zewnętrznych w porze nocnej powinno umożliwiać skuteczne i bezpieczne wykonywanie czynności wzrokowych. Oświetlenie podstawowe zewnętrzne w Polsce regulują dwie normy:
Druga z tych norm reguluje specyficzne wymagania oświetleniowe obiektów sportowych, wewnętrznych i zewnętrznych.
W normie [11] określono wymagania oświetleniowe dla następujących rodzajów terenów zewnętrznych:
Kryteria projektowania oświetlenia określono przez podanie podstawowych wymagań i zaleceń związanych z tworzeniem otoczenia świetlnego. Podstawowe wymagania i zalecenia dotyczą:
W normie zwrócono także uwagę na problematykę:
Rozkład luminancji w polu widzenia wpływa na poziom adaptacji i postrzeganie obiektów. Wyrównany rozkład luminancji decyduje o skutecznym postrzeganiu obiektów i komforcie widzenia. Zawsze pożądane jest dążenie do wyrównanego rozkładu luminancji w polu widzenia użytkowników oświetlanych terenów zewnętrznych. W normie nie podano bezpośrednio szczegółowych wymagań lub zaleceń związanych z wytworzeniem pożądanego rozkładu luminancji.
Poziom natężenia oświetlenia i jego rozkład w polu pracy wzrokowej i jego bezpośrednim otoczeniu wpływają na szybkość, dokładność, komfort i bezpieczeństwo postrzegania obiektów i wykonania pracy wzrokowej. Na podstawie rozkładów natężenia oświetlenia w polu pracy i jego bezpośrednim otoczeniu określa się wartości średniego natężenia oświetlenia i równomierności oświetlenia dla tych pól. W normie określono wymagane wartości tych parametrów.
W normie podano wymagane wartości średniego eksploatacyjnego natężenia oświetlenia w polu pracy w zależności od rodzaju terenu, zadania wzrokowego lub wykonywanej czynności. Podane dla pól pracy wymagane wartości średniego natężenia oświetlenia są wartościami, od których nie mogą być mniejsze wartości średniego natężenia oświetlenia występujące w całym okresie użytkowania urządzenia oświetleniowego, niezależnie od wieku i zanieczyszczenia urządzenia. Wymagane wartości natężenia oświetlenia określono dla normalnych warunków widzenia, związanych z przeciętną trudnością pracy wzrokowej dla danej czynności.
Wartości średniego natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu pola pracy uzależniono od wartości średniego natężenia oświetlenia w polu pracy. Dopuszcza się niższe wartości średniego natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu pola pracy. Określone w normie, wymagane wartości średniego natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu pola pracy powinny zapewniać wystąpienie wyrównanego rozkładu luminancji w polu widzenia użytkowników oświetlanych przestrzeni. Wymagane wartości średniego natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu pola pracy (tab. 2) – są wartościami eksploatacyjnymi natężenia oświetlenia.
Tabela 2. Zależność średnich natężeń oświetlenia pola pracy i jego bezpośredniego otoczenia [11]
Średnie eksploatacyjne natężenie oświetlenia pola pracy [lx] | Średnie eksploatacyjne natężenie oświetlenia bezpośredniego otoczenia [lx] |
| ≥ 500 | 100 |
| 300 | 75 |
| 200 | 50 |
| 150 | 30 |
| 50 - 70 - 100 | 20 |
| < 50 | nie określono |
Równomierność oświetlenia pola pracy powinna być możliwie wysoka. Zdefiniowano ją ilorazem minimalnej i średniej wartości natężenia oświetlenia w polu pracy. W normie podano wymagane wartości równomierności oświetlenia w polu pracy w zależności od rodzaju terenu, zadania wzrokowego lub wykonywanej pracy, w układzie tabelarycznym, tak jak wymagane wartości średniego natężenia oświetlenia w polu pracy.
Równomierność oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu pola pracy, zdefiniowana podobnie ilorazem minimalnej i średniej wartości natężenia oświetlenia w tym polu, nie powinna być niższa od 0,1. Uznano, że w przypadku niektórych terenów kolejowych zachodzi potrzeba określenia dodatkowego wymagania związanego z równomiernością oświetlenia. Taką równomierność, charakteryzującą jakość oświetlenia, zdefiniowano ilorazem minimalnej i maksymalnej wartości natężenia oświetlenia na rozpatrywanej powierzchni.
Nadmiernie jaskrawe obiekty występujące w polu widzenia użytkowników terenów zewnętrznych mogą prowadzić do wystąpienia olśnienia [13]. Olśnienie może pochodzić bezpośrednio od instalacji oświetleniowej (prowadząc do olśnienia przeszkadzającego lub przykrego) lub od nadmiernie jaskrawych odbić światła na powierzchniach odbijających w sposób zbliżony do kierunkowego (prowadząc do olśnienia odbiciowego lub odbić zamglenia).
W normie określono wymagania, spełnienie których powinno zapobiegać błędnemu postrzeganiu obiektów i występowaniu wypadków oraz zmęczeniu użytkowników. Zwrócono uwagę na potrzebę stosowania specjalnych środków w ograniczaniu olśnienia, gdy typowy kierunek obserwacji użytkowników skierowany jest w górną półprzestrzeń (powyżej płaszczyzny poziomej oczu).
Parametrem charakteryzującym stopień olśnienia przeszkadzającego jest wskaźnik olśnienia GR. Wskaźnik olśnienia GR należy obliczać w punktach siatki obliczeniowej przyjętej do obliczeń rozkładu natężenia oświetlenia, na wysokości oka, wynikającej z typowej pozycji pracy. W każdym punkcie siatki obliczeniowej należy obliczyć wartości wskaźników olśnienia dla zmiennych kierunków patrzenia, poczynając od kierunku równoległego do dłuższego boku rozpatrywanego terenu co 45° wokół pionowej osi obserwatora.
W projekcie oświetlenia należy podać wszelkie założenia, które przyjęto do obliczeń wskaźnika olśnienia GR. Obliczone wartości wskaźników olśnienia GR nie powinny przekraczać wartości wymaganej dla danego rodzaju terenu lub czynności. Wymagane, graniczne wartości wskaźnika olśnienia GRL zestawiono w układzie tabelarycznym dla piętnastu grup terenów zewnętrznych.
Nadmiernie jaskrawe odbicia światła na powierzchniach pracy z reguły pogarszają widoczność szczegółu lub przedmiotu pracy. W normie podano, na zasadzie zaleceń, ogólnie znane środki prowadzące do ograniczania odbić dekontrastujących i olśnienia odbiciowego: odpowiednie rozmieszczanie opraw oświetleniowych względem pól pracy, stosowanie matowych powierzchni, ograniczanie luminancji opraw oświetleniowych, stosowanie opraw wielkopowierzchniowych.
Oświetlenie kierunkowe
Oświetlenie kierunkowe stosuje się w celu uwidocznienia (zogniskowania) obiektów w oświetlanej przestrzeni, uwidocznienia faktury powierzchni i obiektów oraz poprawy wyglądu osób. Oświetlenie kierunkowe przedmiotów pracy wzrokowej może prowadzić do poprawy ich widoczności.
Uzyskiwanie efektów oświetleniowych za pomocą światła określa się terminem „modelowanie”. Brak jest szczegółowych wymagań dotyczących kierunkowości oświetlenia – modelowania.
Barwa światła i oddawanie barw
Barwa światła i oddawanie barw związane są z jakością światła emitowanego przez źródła światła.
Barwa światła jest jednym z głównych czynników oświetleniowych tworzących otoczenie świetlne. Uważa się, że poprzez jej dobór można wpływać na odczucia ludzi – psychologiczne oddziaływanie otoczenia świetlnego. W praktyce oświetlania barwa postrzegana światła emitowanego przez źródło światła charakteryzowana jest za pomocą temperatury barwowej najbliższej. Znany jest związek pomiędzy postrzeganą barwą światła a temperaturą barwową najbliższą źródła światła oraz związek pomiędzy preferencjami w oświetleniu wnętrz w zakresie natężenia oświetlenia i barwy światła.
Wybór barwy światła może zależeć od wielu czynników. Decydujące znaczenie przy wyborze barwy światła źródeł mają czynniki psychologiczne i estetyczne. Obecnie, dla terenów zewnętrznych brak jest szczegółowych wymagań dotyczących barwy światła.
Barwy oświetlanych przedmiotów, obiektów i skóra twarzy ludzi powinny być odbierane w sposób możliwie dokładny i przyjemny. Dobre oddawanie barw może wpływać na wydolność wzrokową, komfort widzenia oraz ogólne samopoczucie ludzi przebywających w oświetlanej przestrzeni.
Parametrem charakteryzującym oddawanie barw oświetlanych obiektów jest ogólny wskaźnik oddawania barw Ra. Źródła światła charakteryzujące się wskaźnikiem oddawania barw nie mniejszym od 90 bardzo dobrze oddają barwy oświetlanych obiektów. Niższe wartości wskaźnika Ra oznaczają niższą wierność oddawania barw. Wymagane, graniczne wartości wskaźnika oddawania barw Ra zestawiono w układzie tabelarycznym dla piętnastu grup terenów zewnętrznych. Barwy znaków bezpieczeństwa powinny być zawsze oddawane wiernie.
Migotanie światła i efekty stroboskopowe
Migotanie światła może prowadzić do rozdrażnienia, zmęczenia i innych dolegliwości u osób przebywających w oświetlanej przestrzeni. Efekty stroboskopowe mogą prowadzić do sytuacji niebezpiecznych dla osób pracujących przy maszynach obrotowych lub postępowo-zwrotnych. Stosowanie elektronicznych układów wysokoczęstotliwościowych do zasilania lamp wyładowczych najczęściej prowadzi do pożądanych efektów.
Światło intruzyjne
Światło elektryczne powinno być stosowane racjonalnie. W przypadku terenów zewnętrznych powinno być kierowane na pola wymagające oświetlenia, a tylko w nieznacznym stopniu lub nie powinno być wcale kierowane w innych kierunkach. Nieracjonalnie stosowane światło prowadzi do tzw. zanieczyszczania środowiska ludzi, fauny i flory – światła intruzyjnego [14]. Takie światło wywołuje dyskomfort, rozproszenie uwagi lub zmniejszenie zdolności postrzegania informacji z otoczenia. Zanieczyszczanie środowiska światłem związane jest z emitowaniem światła z opraw w półprzestrzeń górną oraz z światłem rozproszonym i odbitym. W normie wprowadzono zalecenia oświetleniowe związane z ograniczaniem światła intruzyjnego mogącego wywoływać problemy u ludzi oraz fauny i flory (tab. 3).
Tabela 3. Zalecenia związane z światłem intruzyjnym od instalacji oświetlenia zewnętrznego [11]
Strefa | Rozjaśnienie | Światłość oprawy | Strumień górny względny | Luminancja | |||
Ev [lx] | I [cd] | ULR | Lb [cd/m2] | Ls [cd/m2] | |||
poza okresem ochrony | w okresie ochrony | poza okresem ochrony | w okresie ochrony | fasada budynku | znaki | ||
| E1 | 2 | 0 | 2500 | 0 | 0 | 0 | 50 |
| E2 | 5 | 1 | 7500 | 500 | 0,05 | 5 | 400 |
| E3 | 10 | 2 | 10000 | 1000 | 0,15 | 10 | 800 |
| E4 | 25 | 5 | 25000 | 2500 | 0,25 | 25 | 1000 |
W tabeli wprowadzono następujące oznaczenia:
E1 – strefy środowiska, gdzie praktycznie nie dopuszcza się oświetlenia nocą,
E2 – strefy środowiska o dopuszczanej niskiej jaskrawości,
E3 – strefy środowiska o dopuszczanej umiarkowanej jaskrawości,
E4 – strefy środowiska o dopuszczanej wysokiej jaskrawości,
Ev – maksymalna wartość pionowego natężenia oświetlenia na elewacji budynku, lx,
I – światłość każdego z źródeł olśniewających w potencjalnej strefie intruzyjnej, kcd,
ULR – półprzestrzenny górny strumień świetlny instalacji oświetleniowej, odniesiony do całkowitego strumienia świetlnego instalacji oświetleniowej,
Lb – maksymalna wartość średniej luminancji elewacji budynku, cd/m2,
Ls – maksymalna wartość średniej luminancji znaków, reklam itp., cd/m2.
W normie [11] wprowadzono także zalecenia oświetleniowe związane z ograniczaniem światła intruzyjnego dla użytkowników dróg od instalacji oświetleniowych niebędących instalacjami oświetlenia drogowego.
Instalacja oświetleniowa powinna być energooszczędna. Uzyskiwanie wysokiej jakości otoczenia świetlnego nie powinno prowadzić do marnotrawienia energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia. Należy pamiętać, że nigdy oszczędzanie zużycia energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia nie powinno być uzyskiwane na drodze obniżania jakości otoczenia świetlnego.
Pojęcie oświetlenia zrównoważonego jest już dobrze znane i coraz powszechniej respektowane w projektach oświetleniowych. wiązane jest m.in. z redukowaniem zużycia energii elektrycznej, stosowaniem przyjaznego środowisku sprzętu oświetleniowego, planowaniem recyklingu poszczególnych elementów instalacji oświetleniowej oraz redukowaniem światła intruzyjnego.
W przypadku wystąpienia zakłóceń w normalnej pracy instalacji oświetleniowej należy przewidzieć oświetlenie awaryjne. Wymagania dotyczące oświetlenia awaryjnego reguluje norma [15].
Projekt oświetlenia zewnętrznego (także drogowego) powinien uwzględniać spadek poziomu natężenia oświetlenia (luminancji nawierzchni jezdni) w trakcie eksploatacji urządzenia oświetleniowego. Wyznaczona wartość współczynnika utrzymania, charakteryzująca ten spadek, powinna wynikać z uwzględnienia charakterystyk zanieczyszczenia środowiska, sprzętu oświetleniowego i przyjętych okresów konserwacyjnych. Publikacja CIE 154-2003 [16] zawiera wytyczne dotyczące systemu konserwacji zewnętrznych instalacji oświetleniowych.
Projektant oświetlenia jest zobligowany do:
Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego podczas V Krajowej Konferencji naukowo-technicznej „Energooszczędne oświetlenie w miastach i gminach” zorganizowanej w dniu 24 października 2013 roku w Domu Technika NOT w Krakowie przez Oddział Krakowski SEP.
Literatura:
[1] Bommel W.J.M., Boer J.B.: Oświetlenie dróg, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1984.
[2] Boyce P.R.: Lighting for driving,: Road, vehicles, signs and signals. CRC Press Taylor&Francis Group, London 2009.
[3] Golik W.: Oświetlenie dróg i tuneli drogowych. Technika świetlna ’09, tom 2, praca zbiorowa członków Polskiego Komitetu Oświetleniowego SEP, Letter Quality, Warszawa 2013.
[4] Publikacja CIE 132-1999, Design methods for lighting of roads, CIE, Vienna, 1999.
[5] Publikacja CIE 140-2000, Road lighting calculations, CIE, Vienna, 2000.
[6] Publikacja CIE 115-2010: Lighting of roads for motor and pedestrian traffic, CIE, Vienna, 2010.
[7] Polska Norma PKN-CEN/TR 13201-1:2007. Oświetlenie dróg – Część 1: Wybór klas oświetlenia, PKN, Warszawa 2007.
[8] Polska Norma PN-EN 13201-2:2007. Oświetlenie dróg – Część 2: Wymagania oświetleniowe, PKN, Warszawa 2007.
[9] Polska Norma PN-EN 13201-3:2007. Oświetlenie dróg – Część 3: Obliczenia parametrów oświetleniowych, PKN, Warszawa 2007.
[10] Polska Norma PN-EN 13201-4:2007. Oświetlenie dróg – Część 4: Metody pomiarów parametrów oświetlenia, PKN, Warszawa 2007.
[11] Polska Norma PN-EN 12464-2:2008, Światło i oświetlenie – Oświetlenie miejsc pracy – Część 2: Miejsca pracy na zewnątrz.
[12] Polska Norma PN-EN 12193:2008, Światło i oświetlenie – Oświetlenie w sporcie.
[13] Publikacja CIE 112-1994, Glare evaluation system for use within outdoor sports and area lighting.
[14] Publikacja CIE 150-2003, Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations.
[15] Polska Norma PN-EN 1838:2005, Zastosowanie oświetlenia – Oświetlenie awaryjne.
[16] Publikacja CIE 154-2003, Maintenance of outdoor lighting systems.
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
