Nr 179 39 małgorzata GórcZewSKa Politechnika Poznańska

Oświetlenie elektryczne
Małgorzata Górczewska
Politechnika Poznańska, Zakład Techniki Świetlnej i Elektrotermii
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 wartoNr 179
39
Oświetlenie elektryczne
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
Oświetlenie elektryczne
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. Parametry dla wyboru klas oświetleniowych M
Parametr
Prędkość
Natężenie ruchu
Rodzaj ruchu
Rozdzielenie jezdni
Gęstość skrzyżowań
Zaparkowane pojazdy
Luminancja otoczenia
Prowadzenie wzrokowe
Wariant
Bardzo wysoka
Wysoka
Umiarkowana
Bardzo wysokie
Wysokie
Umiarkowane
Niskie
Bardzo niskie
Mieszany z dużym udziałem
niezmotoryzowanych
Mieszany
Motorowy tylko
Nie
Tak
Duża
Mała
Tak
Nie
Wysoka
Średnia
Niska
Złe
Przeciętne lub dobre
Wartość wagi
Vw
1
0,5
0
1
0,5
0
-0,5
-1
Wybrana
Vw
2
1
0
1
0
1
0
0,5
0
1
0
-1
0,5
0
Suma Vw
Vws
Podstawowymi kryteriami w projektowaniu oświetlenia drogowego dla potrzeb
ruchu motorowego jest:
• poziom luminancji Lśr,
• równomierność ogólna luminancji Uo ,
• równomierność wzdłużna luminancji Ul,
• ograniczenie olśnienia przeszkadzającego TI,
• odpowiedni poziom natężenia oświetlenia w bezpośrednim otoczeniu drogi S R ,
• prowadzenie wzrokowe.
Nr 179
41
Oświetlenie elektryczne
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 Δt1,
• 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 Δt4 .
Tabela 2. Zmienne w czasie klasy oświetleniowe M
Parametr
Prędkość
Natężenie ruchu
Rodzaj ruchu
Rozdzielenie
jezdni
Gęstość
skrzyżowań
Zaparkowane
pojazdy
Luminancja
otoczenia
Prowadzenie
wzrokowe
Wariant
Wartość wagi
Vw
Bardzo wysoka
Wysoka
Umiarkowana
Bardzo wysokie
Wysokie
Umiarkowane
Niskie
Bardzo niskie
Mieszany z dużym udziałem
niezmotoryzowanych
Mieszany
Motorowy tylko
Nie
Tak
Duża
Mała
Tak
1
0,5
0
1
0,5
0
-0,5
-1
Nie
0
Wysoka
1
Średnia
0
Wybrana Vw
Δt1
Δt2
Δt3
Δt4
1
1
1
1
1
1
0
-1
2
1
0
1
0
1
0
0,5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Niska
-1
Złe
0,5
Przeciętne lub dobre
0
0
0
0
0
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.
42
Oświetlenie elektryczne
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
Parametry oświetlenia drogi
Klasa
oświetlenia
Lśr [cd/m2]
Uo
Ul
TI [%]
SR
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 Δt1, 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 Δt4 , od pory wzrostu natężenia ruchu do wyłączenia oświetlenia
o świcie Δt5 .
Nr 179
43
Oświetlenie elektryczne
Tabela 4. Parametry dla wyboru klas oświetleniowych P
Parametr
Prędkość
Natężenie ruchu
Rodzaj ruchu
Zaparkowane pojazdy
Luminancja otoczenia
Rozpoznawalność
twarzy
Wartość wagi
Vw
1
0
1
0,5
0
-0,5
-1
Wariant
Niska
Bardzo niska (marsz)
Bardzo wysokie
Wysokie
Umiarkowane
Niskie
Bardzo niskie
Piesi, rowerzyści,
ruch motorowy
Piesi, ruch motorowy
Piesi, rowerzyści
Piesi
Rowerzyści
Tak
Nie
Wysoka
Średnia
Niska
Konieczna
Niekonieczna
Wybrana
Vw
2
1
1
0
0
0,5
0
1
0
-1
Dodatkowe wymaganie
Brak dodatkowych wymagań
Suma Vw
Vws
Tabela 5. Zmienne w czasie klasy oświetleniowe P
Parametr
Prędkość
Natężenie ruchu
Rodzaj ruchu
Zaparkowane pojazdy
44
Wybrana Vw
Wartość
wagi Vw
Δt1
Niska
1
1
Bardzo niska (marsz)
0
Wariant
Bardzo wysokie
1
Wysokie
0,5
Umiarkowane
0
Niskie
-0,5
Bardzo niskie
-1
Piesi, rowerzyści, ruch
motorowy
2
Piesi, ruch motorowy
1
Piesi, rowerzyści
1
Piesi
0
Rowerzyści
0
Tak
0,5
Nie
0
Δt2
Δt3
0
0
Δt4
Δt5
1
1
1
1
0
0
-1
2
2
2
2
0
0
0
1
0
0
Oświetlenie elektryczne
Parametr
Luminancja otoczenia
Rozpoznawalność twarzy
Wariant
Wartość
wagi Vw
Wysoka
1
Średnia
0
Niska
-1
Wybrana Vw
Δt1
Δt2
Δt3
0
0
0
Δt4
Δt5
-1
-1
Konieczna
Dodatkowe wymaganie
Niekonieczna
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.
Nr 179
45
Oświetlenie elektryczne
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. Parametry dla wyboru klas oświetleniowych C
Parametr
Prędkość
Natężenie ruchu
Rodzaj ruchu
Rozdzielenie jezdni
Luminancja otoczenia
Prowadzenie wzrokowe,
kontrola ruchu
Wariant
Wartość wagi Vw
Bardzo wysoka
Wysoka
Umiarkowana
Niska
Bardzo wysokie
Wysokie
Umiarkowane
Niskie
Bardzo niskie
Mieszany z dużym
udziałem niezmotoryzowanych
Mieszany
Motorowy tylko
Nie
Tak
Wysoka
Średnia
Niska
Złe
Przeciętne lub dobre
3
2
1
0
1
0,5
0
-0,5
-1
Wybrana Vw
2
1
0
1
0
1
0
-1
0,5
0
Suma Vw
Vws
Tabela 8. Klasy oświetleniowe dla stref konfliktowych C
46
Klasa oświetlenia
Średnie poziome
natężenie oświetlenia E [lx]
Równomierność
natężenia oświetlenia Uo (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
Oświetlenie elektryczne
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.
Nr 179
47