Google+

Zapewnienie prawidłowego oświetlenia dróg i ulic to stworzenie najlepszych warunków obserwacji, przy zapewnieniu maksymalnej rozpoznawalności przeszkód na drodze jak i komfortu podróży. Mówiąc o komforcie podróży należy zaznaczyć, że nie chodzi tylko o osoby poruszające się pojazdami mechanicznymi, ale również o pieszych, rowerzystów i wolno poruszające się pojazdy.

Wymagania i zalecenia w oświetleniu ulic

Wstęp

Wraz z wstąpieniem Polski do Uni Europejskiej zobowiązaliśmy się do wprowadzenia przepisów prawnych, w tym norm. Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) opracował projekt normy EN13201, która stała się obowiązującą normą „Oświetlenia dróg”. Z dniem 15.03.2005 roku stara Polska Norma PN-76/E-02032 Oświetlenie dróg publicznych została przez Polski Komitet Normalizacyjny (PKN) zastąpiona nową europejską normą.
Obecnie obowiązująca norma składa się z czterech części:
1 - PKN-CEN/TR 13201-1:2007
Tytuł: Oświetlenie dróg - Część 1: Wybór klas oświetlenia
2 - PN-EN 13201-2:2007
Tytuł: Oświetlenie dróg - Część 2: Wymagania oświetleniowe
3 - PN-EN 13201-3:2007
Tytuł: Oświetlenie dróg - Część 3: Obliczenia parametrów oświetleniowych
4 - PN-EN 13201-4:2007
Tytuł: Oświetlenie dróg - Część 4: Metody pomiarów parametrów oświetlenia
Na etapie projektowania oświetlenia ulicznego znaczenia mają trzy pierwsze części normy. I tak pierwsza część, opracowana na podstawie raportu CEN, pozwala na zakwalifikowanie odpowiedniej sytuacji oświetleniowej i wyboru klasy oświetlenia.
W części drugiej normy definiowane są wymagania fotometryczne dla poszczególnych klas oświetleniowych, z uwzględnieniem potrzeb użytkowników dróg i aspektów środowiskowych.
Trzecia część określa jednolite metody obliczeniowe, tak by procedury i oznaczenia były jednoznaczne.
Czwarta cześć nie dotyczy etapu projektowania, a określa zasady dokonywania pomiarów, ich warunków oraz sposobu prezentacji.

Parametry i kryteria w oświetleniu dróg

Wymagania oświetleniowe, jakie były przedstawione w poprzedniej normie PN-76/ E-02032 „Oświetlenie dróg publicznych”, pozwalały na stosowanie prostych przeliczników luminancji na natężenie oświetlenia. Dzięki temu obliczenia można było przeprowadzać sprawniej, ale procedura ta nie była pozbawiona błędów.
W chwili obecnej upraszczanie obliczeń nie jest konieczne dzięki możliwości wykorzystania programów komputerowych w wsparciu projektowania. Czas obliczeń znacznie się skraca, przez co można łatwiej zoptymalizować sposób oświetlenia drogi.
W przypadku oświetlenia dróg na których dominujące znaczenia ma ruch samochodowy, podstawowymi czynnikami są;

  • poziom luminancji,
  • równomierność luminancji,
  • ograniczenie olśnienia,
  • prowadzenie wzrokowe.
Tabela 1. Kryteria oświetlenia drogowego.
  Wymagania oświetleniowe
Poziom luminacji Równomierność luminacji Olśnienie
Wydolność wzrokowa Średnia luminacja nawierzchni Lśr Całkowita równomierność luminacji U0=Lmin/Lśr Przyrost progowy TI
Komfort widzenia Średnia luminacja nawierzchni Lśr Równomierność wzdłużna Ul=Lmin/Lmax Wskaźnik ograniczenia olśnienia G

Parametry te wpływają na komfort widzenia oraz na wydolność wzrokową kierowcy (tabela 1). Znajomość powyższych parametrów jest niezbędna w celu świadomego projektowania oświetlenia dróg. Jak widać z tabeli bardzo ważnym parametrem jest luminancja nawierzchni. Luminancja (to najprościej mówiąc) parametr określający jaskrawość danej powierzchni, w naszym przypadku drogi, widziany przez obserwatora poruszającego się w określonym kierunku. Wartość luminancji zależy nie tylko od poziomu natężenia oświetlenia, ale również od rodzaju opraw, jasności drogi i odbić od nawierzchni.
W przypadkach, kiedy mamy do czynienia z drogami o mniejszym znaczeniu komunikacyjnym lub są to obszary kolizyjne, skrzyżowania, ronda wtedy norma zaleca stosowanie kryteriów opartych o natężenie oświetlenia.

Wybór klasy oświetlenia

W wyniku całkowitej zmiany procedury wyboru klasy oświetlenia, proces ten może przysparzać wiele problemów. Projektant na podstawie informacji od inwestora powinien dokonać wyboru klasy oświetleniowej. Należy w tym celu uzyskać informacje niezbędne do rozpoczęcia tej procedury.
Pierwszym etapem jest sprecyzowanie sytuacji oświetleniowej, jaka będzie panowała na danej drodze. Proces ten wymaga określenia:

  • dopuszczalnych prędkości,
  • głównych użytkowników drogi,
  • dopuszczalnych użytkowników drogi,
  • wykluczonych użytkowników drogi.

Mając określoną sytuację oświetleniową można przystąpić do kolejnego etapu, jakim jest szczegółowe zdefiniowanie parametrów dotyczących projektowanej powierzchni. W poniższej tabeli można zauważyć, że wybór klasy oświetleniowej będzie zależny od wielu czynników, chociażby od intensywności ruchu, czy geometrii drogi.

Tabela 2. Grupy sytuacji oświetleniowych (przykład doboru sytuacji oświetleniowej)
Typowe prędkości głównych użytkowników km/h Typy uzytkowników w obrębie rozważanego obszaru Grupy sytuacji oświetleniowych
Główny użytkownik Inni dopuszczeni użytkownicy Wykluczeni użytkownicy
> 60 Ruch motorowy   Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami A1
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami Rowerzyści
Piesi
A2
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
Rowerzyści
Piesi
  A3
>30 i ≤60 Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
Rowerzyści
Piesi
  B1
Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
Rowerzyści
Piesi   B2
Rowerzyści Piesi Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
C1
>5 i ≤ 30 Ruch motorowy
Piesi
  Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
Rowerzyści
D1
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami   D2
Ruch motorowy
Rowerzyści
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami   D3
Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi
prędkościami
Rowerzyści
Piesi
    D4
Bardzo niska   Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
E1
Piesi Ruch motorowy
Pojazdy poruszające sie z małymi prędkościami
Rowerzyści
  E2

Dla sprecyzowania dalszego etapu wyboru klasy oświetleniowej posłużymy się przykładem. W tabeli 2. mamy pokazaną ścieżkę wyboru sytuacji oświetleniowej. W naszym przypadku sytuacja oświetleniowa została określona jako A3. Czyli dopuszczalna prędkość na naszej drodze wynosi powyżej 60 km/h, głównym użytkownikiem drogi będą pojazdy mechaniczne i dopuszczeni są wszyscy pozostali uczestnicy ruchu.
Kolejnym etapem jest dobór klasy oświetlenia dla wcześniej określonej sytuacji A3. W tym celu posługujemy się tabelę, w której przypisane są odpowiednie klasy ME warunków drogi i natężenia ruchu. W naszej strefie klimatycznej przyjmuje się z reguły suche warunki. Dla nawierzchni mokrych przyjmuje się klasy MEW. Z uwagi na natężenie ruchu pojazdów na danej drodze, które wynosi ponad 15000 na dobę z klasy ME4a trzeba przejść na klasę wyższą ME3b.
Kolejno posunięciem jest doprecyzowanie naszej klasy oświetleniowej, w tym celu musimy posłużyć się tabelą, która jest przypisana do sytuacji A3. W tym celu określamy kilka dodatkowych parametrów, to jest: istnienie stref konfliktowych, występowanie zaparkowanych pojazdów jak również poziom luminancji otoczenia. W naszym przypadku mamy do czynienia z okolicą okołomiejską, czyli poziom luminancji otoczenia jest średni a przez to możemy obniżyć klasę oświetleniową do wartości ME3c.

Tabela 3. Parametry drogi niezbędne do określenia klasy oświetleniowej
Parametry Opcje
Powierzchnia
(geometria)
Rozdzielenie jezdni Tak
Nie
Typy połączenia dróg Skrzyżowanie bezkolizyjne
Skrzyżowanie jednopoziomowe
Odległość między skrzyżowaniami bezkolizyjnymi lub między wiaduktami > 3 km
≤ 3 km
Gęstość skrzyżowań jednopoziomowych < 3 skrzyżowania na km
≥ 3 skrzyżowania na km
Strefa konfliktowa Tak
Nie
Środki uspokojenia ruchu Tak
Nie
Występujący rodzaj ruchu Dzienny strumień ruchu pojazdów ≤ 4 000
od 4 000 do 7 000
od 7 000 do 15 000
od 15 000 do 25 000
od 25 000 do 40 000
≥ 40 000
Strumień ruchu rowerzystów Normalny
Wysoki
Strumień ruchu pieszych Normalny
Wysoki
Trudność kierowania pojazdem Normalna
Wyższa niż normalna
Zaparkowane pojazdy Brak
Istnieją
Rozpoznawalność twarzy Niekonieczna
Konieczna
Ryzyko zagrożenia przestępczością Normalne
Wyższe niż normalne
Wpływ środowiska i otoczenia Złożoność pola widzenia Normalne
Konieczna
Luminacja otoczenia Wieś
Miasto
Centrum miasta
Główny typ pogody Sucho
Wilgotno

Wymagania oświetleniowe

Jeśli już mamy określoną klasę oświetleniową możemy z tabel odczytać wartości parametrów, jaki należy zapewnić do prawidłowego oświetlenia danej drogi.
Poniżej zaprezentowane są podstawowe klasy oświetleniowe. Tak jak wcześniej wspomniano dla dróg o dużym i średnim natężeniu ruchu kryteria są opracowane w oparciu o poziom luminancji jezdni, czyli klasy ME
Obszary kolizyjne, strefy parkingowe ronda skrzyżowania sprecyzowane są za pomocą poziomu natężenia oświetlenia i odpowiadają im klasy CE.
Dla stref, w których dozwolona jest niewielka prędkość tj; drogi osiedlowe, parkingi strefy dla pieszych przyjęto kryteria opisane za pomocą klasy S.
Są to podstawowe 3 klasy oświetleniowe. Pozostałe są rozszerzeniem istniejących klas, przykładowo klasa ES dotyczy dróg klasy S, w których wymagane jest rozpoznawanie twarzy, czyli w miejscach gdzie stosowany jest monitoring lub istnieje wysokie zagrożenie przestępczością.

Tabela 4. Wymagany zakres klas oświetleniowych ME dla sytuacji oświetleniowej grupy A3
Główny typ pogody Rozdzie- lenie pasów ruchu Gęstość skrzyżo- wań Strumień ruchu. Liczba pojazdów.
< 7000 7000 do 15 000 15 000 do 25 000 > 25 000
0 0 0 0
Sucho Tak < skrzyż./km ME5 ME5 ME4a ME5 ME5 ME4a ME5 ME4a ME3b ME4a ME3b ME3b
≥ skrzyż./km ME5 ME4a ME3b ME5 ME4a ME3b ME4a ME3b ME2 ME3b ME2 ME2
Nie < skrzyż./km ME5 ME4a ME3b ME5 ME4a ME3b ME4a ME3b ME2 ME3b ME2 ME2
≥ skrzyż./km ME4a ME3b ME3b ME4a ME3b ME2 ME3b ME2 ME2 ME3b ME2 ME1
Mokro   Jak wyżej, ale do wyboru klasy MEW
Tabela 5. Zalecany wybór dla klas oświetleniowych dla sytuacji A3
Strefa konfliktowa Kompleksowość pola widzenia Zaparkowane pojazdy Trudność zadania jazdy Poziom jasności otoczenia
Mały Średni Wysoki
Nie istnieje Normalna Nie istnieją Normalna 0
Wyższa niż normalna 0 0
Istnieją Normalna 0
Wyższa niż normalna 0
Wysoka Nie istnieją Normalna 0 0
Wyższa niż normalna 0
Istnieją Normalna 0 0
Wyższa niż normalna
Tak       1)    

Obliczenia parametrów oświetleniowych

Norma definiuje matematyczne metody postępowania służące do obliczeń fotometrycznych. Obliczania dokonywane są za pomocą dwóch metod; metodzie natężenia oświetlenia w punkcie (tzw. metodzie punktowej) oraz na metodzie luminancyjnej.
W dzisiejszych czasach nie sposób wyobrazić sobie naszej pracy bez komputera, i w tym przypadku na ratunek wychodzą nam programy komputerowe pozwalające na precyzyjne dokonanie obliczeń. Najlepszym rozwiązaniem są programy ogólnodostęp ne prezentujące bardzo wysoki poziom techniczny, a co najważniejsze pozwalające na wykonanie obliczeń zgodnie z normą. I tak polecić można dwie aplikacje, są to rozwiązania niezależne od producentów systemów oświetleniowych Dialux i Relux. Oba programy pozwalają na wykorzystanie danych fotometrycznych zapisanych w standardowym pliku (niezależnie od rodzaju stosowanych opraw). Dzięki temu w jednym programie można sprawdzić, który system oświetleniowy jest wydajniejszy.
Od niedawna można w celu sprecyzowania klasy oświetleniowej skorzystać z tzw. kreatora, który krok po kroku odpytuje projektującego o parametry dotyczące drogi i pozwala na ustalenie klasy oświetleniowej. Nie zapominajmy, że praca projektanta jest pracą twórczą i komputer nas w niej nie wyręczy, a jedynie może ułatwić pracę.
Na podstawie parametrów i danych, jakie musi uzyskać projektant, dokonuje on kolejnych założeń projektowych, czyli wybiera:

  • sposoby rozmieszczenia opraw oświetleniowych na planie drogi,
  • typu i mocy oprawy oświetleniowej, jej rozsyłu światłości i strumienia źródła światła,
  • współczynnika zapasu i systemy konserwacji,
  • wysunięcia opraw w stosunku do bliższego krawężnika,
  • wysokości zawieszenia opraw oświetleniowych,
  • kąta pochylenia opraw w stosunku do poziomu.

Pierwsze obliczenia z reguły są etapem wstępnym, po którym należy dokonać analizy wyników i wprowadzić korektę dotyczącą rozmieszczenia opraw, kąta nachylenia i mocy źródeł światła.

Tabela 6. Klasy oświetlenia ME
Klasa Luminacja jezdni suchej Przyrost wartości Stosunek natężenia oświetlenia otoczenia
Lw [cd/m2] (wartość najniższa wartość oczekiwana) Uo (wartość najniższa) U1 (wartość najniższa) T1 w % 1) (wartość największa) SR2) (wartość najniższa)
ME1 2,0 0,4 0,7 10 0,5
ME2 1,5
ME3a 1,0 15
ME3b 0,6
ME3c 0,5
ME4a 0,75 0,6
ME4b 0,5
ME5 0,5 0,35 0,4
ME6 0,3
Tabela 7. Klasy oświetlenia CE
Klasa Poziome natężenie oświetlenia
Ē w Ix (eksploatacyjne minimum) Uo (minimum)
CE0 50 0,4
CE1 30 0,4
CE2 20 0,4
CE3 15 0,4
CE4 10 0,4
CE5 7,5 0,4
Tabela 8. Klasy oświetlenia S
Klasa Poziome natężenie oświetlenia
Ē w Ix2 (eksploatacyjne minimum) Emin w Ix (eksploatacyjne)
S1 15 5
S2 10 3
S3 7,5 1,5
S4 5 1
S5 3 0,6
S6 2 0,6
S7 nie określa się nie określa się

Podsumowanie

Ogromna ilość użytkowanych systemów oświetlenia ulicznego została zaprojektowana w latach 60. i 70. ubiegłego wieku, cześć z nich przeszła modernizację na początku lat 90., jednak na chwilę obecną są to już rozwiązania przestarzałe. Obniżenie kosztów eksploatacji systemów oświetlenia drogowego, przy zachowaniu wymagań aktualnie obowiązujących norm daje oszczędności rzędu 40-60 % w porównaniu do istniejących systemów.
Norma kładzie również nacisk na inne aspekty oprócz parametrów oświetleniowych, są to aspekty środowiskowe i wygląd instalacji. Wygląd instalacji to nie tylko estetyka samych słupów i opraw oświetleniowych, ale także sposób prowadzenia wzrokowego, lokalizacja opraw względem otoczenia, temperatura barwowa źródeł światła.

J.G.