OOK ZICHT ZONDER LICHT
Hoe kan Rijkswaterstaat haar infrastructuur energie-neutraal en CO2-neutraal laten functioneren?
Ook zicht zonder licht Wat gebeurt er al?
Het concept zal zich richten op de openbare verlichting van rijkswegen. Deze omgevingsverkenning gaat daarom over in ontwikkeling zijnde technieken op dit gebied. Voor de verlichting van openbare wegen binnen de bebouwde kom zijn er al vele mogelijke verbeteringen in ontwikkeling. Een eerste voorbeeld hiervan is het aanpassen van de lichtintensiteit afhankelijk van de helderheid en stand van de maan. Een tweede mogelijkheid is de verlichting in en uitschakelen aan de hand van het huidige gebruik van de weg. Echter veel van deze technologieën bevinden zich nog in een ontwikkelingsstadium en worden op weinig plekken al daadwerkelijk toegepast. Wat op dit moment echter wel wordt toegepast om het energieverbruik van verlichting te reduceren is het toepassen van andere typen lampen. Zo begint langzaam de led verlichting aan terrein te winnen [4]. Dit is wel een fenomeen van alle tijden, zodra er een nieuw verlichtingstype uitkomt die geschikt wordt bevonden en voordelen heeft ten opzichte van de oude verlichting zal deze langzaam de huidige technologie vervangen. Dit kan dan ook eerder gezien worden als een evolutie dan een revolutie. Om snel een sterke reductie te verkrijgen in CO2 uitstoot, zal eerder een revolutie nodig zijn. Een ander aspect van de weginfrastructuur die niet snel verbonden zal worden aan verlichting, maar hier wel degelijk invloed op heeft is het type wegdek. In Nederland wordt veel gebruik gemaakt van asfaltwegen terwijl er in Amerika steeds vaker beton gebruikt wordt. [2] Beton heeft een aantal voordelen ten opzichte van asfalt; Zo is het bijvoorbeeld lichter in tint waardoor er minder verlichting nodig is en door de sterkere structuur is er minder onderhoud nodig en gaat het wegdek langer mee. Bijkomend voordeel is de stijve structuur van beton wat ook de bestuurder een voordeel oplevert omdat het benzineverbruik iets verminderd. Natuurlijk heeft het ook nadelen, zo zal de aanleg en het onderhoud meer energie vergen en is het een duurdere infrastructuur, daarnaast komt bij de productie van beton veel CO2 vrij.
Het plan
Verlichting van openbare wegen draagt wezenlijk bij aan het energieverbruik binnen het arsenaal van Rijkswaterstaat. Zoals bij de omgevingsverkenning al genoemd werd zijn er al wel mogelijke verbeteringen toe te passen. Hoewel de meeste technologieën hiervan nog in een begin stadium zijn. Een ander nadeel van de genoemde technologieën is dat ze op rijkswegen
2
minder of niet toepasbaar zijn. Het concept zal zich dan ook richten op deze uitdaging: het reduceren van de verlichting op rijkswegen. Om de uitdaging goed aan te kunnen pakken is het van belang de huidige situatie te analyseren en het doel van de huidige verlichting duidelijk te hebben. Daarna zal het nieuwe concept worden beschreven en worden toegelicht zodat het duidelijk is op welke principes het gebaseerd is.
De weg van nu
Op de huidige rijksweg wordt de veiligheid ‘s nachts gewaarborgd door de weg zoveel mogelijk te verlichten. Deze verlichting wordt voornamelijk verzorgd door lampen, hoog geplaatst op een constructie naast de rijksweg. Hieronder staan op rij wat de voordelen, nadelen en het doel van deze verlichting is. Voordelen: • verhoogde verkeersveiligheid • verbeterd het rijcomfort door vermindering van de taakbelasting Nadelen: • energieverbruik wat tot CO2 uitstoot leidt • milieuoverlast in de vorm van licht (lichtvervuiling) • behoeft uitgebreide infrastructuur en regelmatig onderhoud Naast dat verlichting een belangrijke rol speelt betreffende de oriëntatie en detectie voor de bestuurder van het voortuig helpt het ook bij de volgende taken [1]: • bepaling van de (relatieve) positie en afstand tot medeweggebruikers • bepaling van de (relatieve) bewegingskenmerken snelheid en richting • bepaling van veranderingen in snelheid en richting • voorspelling van veranderingen in positie, afstand, snelheid en richting
Ook zicht zonder licht
Het concept is gebaseerd op het idee om de verlichting te reduceren zonder een verminderde veiligheid te creëren. Dit op basis van het feit dat mensen in donkere omstandigheden goede visuele vermogens hebben mits de lichtintensiteit constant blijft. Om het concept te begrijpen en voornamelijk ook om duidelijk te maken waarom het concept kan werken is het
3
Rijkswaterstaat energie-neutraal en CO2-neutraal
van belang om een beeld te hebben van de mogelijkheden en beperkingen van de visuele vermogens van de mens, daarvoor nu eerst een korte toelichting. Het menselijk zicht kan in drie categorieën worden verdeeld (figuur 1):
Figuur 1: Visueel Bereik
•
•
•
“scotopic”: Dit is het zicht dat verzorgd wordt door de staafjes in onze ogen en maakt het mogelijk om te zien in het donker. “mesopic”: Dit is het zicht dat verzorgd wordt door zowel de staafjes als de kegels in onze ogen en treedt in werking in schemerige omstandigheden. “photopic”: Dit is het zicht dat verzorgd wordt door de kegels en zorgt er voor dat we in het volledige licht goed zicht hebben.
Figuur 2: Specterum lichtsterkte efficientue functie
In deze categorieën hebben we ook verschillende gevoeligheid voor de kleuren binnen het kleurenspectrum.
(figuur 2). Zo zijn de staafjes in onze ogen en het daarmee gekoppelde “scotopic” zicht ongevoelig voor alle kleuren met een golflengte groter dan 650nm of te wel de kleur rood. Daar staat weer tegenover dat de kegels en het daarmee verbonden “photopic” zicht een verminderde gevoeligheid hebben voor kortere golflengten (450 nm en korter). Daarnaast kunnen we een beperkt bereik in contrast waarnemen en hebben onze ogen tijd nodig om zich aan te passen tussen snel wisselende omstandigheden met een hoge lichtintensiteit en een lage lichtintensiteit. Zo zijn bijvoorbeeld onze ogen pas na 30 minuten volledig aangepast aan donkere omstandigheden. Zal er zich een hoge lichtintensiteit of een snel veranderende lichtintensiteit voordoen dan kunnen we dit ervaren als een tijdelijke verblinding. De huidige verlichting is gericht op het photopic en mesopic visuele vermogen van de mens, door gebruik te maken van het scotopic en mesopic zicht kan er veel energie bespaard worden zonder dat dit invloed heeft op de taakbelasting van de bestuurder [5]. Probleem hierbij is dat er continu een lage lichtintensiteit moet zijn zonder verstoringen zodat de ogen zich goed kunnen aanpassen. Als men op dit moment op een onverlichte Rijksweg rijdt zal men veel hinder van de tegenliggers hebben doordat hun koplampen het zicht van de bestuurder verstoren. Deze lichthinder kan worden opgelost door een afscheiding te plaatsen tussen beide rijstroken. Hier kan worden gekozen voor een geconstrueerde afscheiding, maar de voorkeur gaat uit naar een meer milieuvriendelijkere oplossing, een haag van bijvoorbeeld coniferen of buxus. Van belang bij de keuze van een natuurlijke haag is dat deze ook in de winter dichtbegroeid blijft. Voordelen ten opzichte van de geconstrueerde afscheiding zijn onder andere de beleving voor de bestuurder en het bijdragen aan de opslag van CO2. Nadeel van de natuurlijke afscheiding is dat het meer onderhoudt vergt. Dit valt op te vangen door standaardisatie van de afscheiding en ontwikkeling van maatwerk machines voor het onderhoud. Bijkomend voordeel van een afscheiding tussen beide rijstroken is dat filevorming door kijkers een minder voorkomend
Ook zicht zonder licht fenomeen zal worden. De afscheiding zal een hoogte van rond de 3 meter moeten hebben om ook het licht voor vrachtwagen- en buschauffeurs te blokkeren. Naast de tegenliggers is er op dit moment veel verlichting met een hoge lichtintensiteit langs de snelwegen. Zo veel mogelijk van deze verlichting zal moeten worden geblokkeerd of zal in licht intensiteit gereduceerd moeten worden, zodat er een egaal laag verlichte situatie ontstaat. Ondanks het feit dat we nu al een betere omgeving hebben gecreëerd om in het donker waar te kunnen nemen blijven er nog wat open vraagstukken. Een van de punten die dan gelijk naar voren komt is het feit dat je als bestuurder slecht in het donker kan bepalen hoe de snelweg zijn pad vervolgt. Het verloop van de weg is zeker bij de hogere snelheden van belang. Op dit moment kan een bestuurder door de verlichting vaak van ver bepalen hoe de snelweg zal verlopen. Een vermindering van de lichtintensiteit zal niet snel gevolgen hebben voor dit feit. Zeker als de lichtintensiteit rondom de rijksweg ook vermindert. Groot nadeel hiervan is alleen dat de bestaande infrastructuur van lantaarnpalen en de energievoorziening benodigd blijft, wat kosten maar ook CO2 uitstoot met zich meebrengt. De oplossing hiervoor ligt in de fosfors, bij de meeste beter bekend van het “glow in te dark” speelgoed uit hun kindertijd. Fosfors kunnen stralingsenergie absorberen en zullen deze energie op een later moment weer afgeven in de vorm van licht. Bronnen van stralingenergie zijn bijvoorbeeld radioactieve materialen, maar ook de zon levert stralingsenergie. Het fosforescentie effect, oftewel het gloei effect zou in het donker voldoende informatie kunnen verschaffen over het verloop van de rijksweg. Dit door de wegmarkering te voorzien van dit type materiaal. Omdat wegmarkering slijt en hierdoor in het milieu terecht zal komen is het van belang dat dit geen nadelige effecten heeft hierop. Dit is de reden dat de keuze eerdere zal neigen naar de zon als stralingsbron. Nadeel hiervan is echter dat de fosfors alleen overdag worden “opgeladen” wat de duur en intensiteit van de afgifte van deze energie weer beperkt. Dit in tegenstelling met het radioactieve alternatief dat een continue bron biedt en dus een hogere bedrijfszekerheid. Radioactieve stoffen met een korte halveringstijd, voor een beperkte milieubelasting, kunnen daardoor een goed alternatief zijn. Ook zijn de te gebruiken lichtkleuren van groot belang om optimaal gebruik te kunnen maken van het menselijke
4
zicht in het donker. Zo zal de kleur afgesteld moeten worden op de lichtintensiteit zodat verblindingseffecten en wenningsverschijnselen van de ogen zoveel mogelijk wordt voorkomen en omgevingsinformatie optimaal waarneembaar blijft. Informatie met een hoge lichtintensiteit, zoals de matrixborden boven de weg, kan het beste worden weergegeven in de kleur oranjerood ,oftewel licht met een golflengte van tussen de 600 en de 650 nm (figuur 2). Dit voorkomt dat de bestuurder wordt verblind omdat deze kleur buiten het scotopic zicht valt maar goed waarneembaar door ons photopic zicht. Hetzelfde geldt voor de voorgestelde lichtgevende wegmarkering. Door de lage lichtintensiteit kunnen we de
Figuur 3: Kleuren specterum
kleur aanpassen zodat het optimaal waarneembaar is door het scotopic zicht. Dit zal neerkomen op een golflengte van ongeveer 550 nm oftewel de kleur groengeel (figuur 3). Wegen in Nederland worden van asfalt geconstrueerd. Dit materiaal heeft een zwarte of donker grijze kleur. Nadeel van de “kleur” zwart is dat het licht absorbeert en niet reflecteert. Licht wat dus vrij verkrijgbaar is zoals maanlicht maar ook het licht van de koplampen gaat heel snel verloren als thermische energie in het asfalt. Door het wegdek een lichtere tint te geven zal er meer licht gereflecteerd worden en dus een lichtere omgeving geven. Het veranderen van de kleur kan door het van een ander materiaal te maken zoals beton of door gebruik te maken van kleurstoffen. Wel is van belang dat het niet te hoog reflecterend wordt omdat dit weer kans geeft op verblinding van de bestuurder. Door deze kleurverandering zal ook in de zomer het asfalt minder snel te warm worden wat de levensduur van asfalt verlengd.
Snel op weg met deze snelweg
Het concept stelt voor om meer gebruik te maken van het menselijk zicht door de infrastructuur aan te passen op het scotopic zicht (figuur 4). De Vier belangrijkste aspecten die hiervoor nodig zijn:
5
Rijkswaterstaat energie-neutraal en CO2-neutraal
Figuur 4: Concept schematisch weergegeven
•
•
•
•
Het elimineren van hoge lichtintensiteiten langs en op de snelwegen doormiddel van een (natuurlijke) afscheiding en het sterk reduceren of zelfs achter wegen laten van de huidige verlichting op de snelweg. De wegmarkering voorzien van lichtgevende materialen zoals fosfors zodat de bestuurder zijn richting goed kan blijven bepalen. De kleur van de lichtgevende informatieborden en de voorgestelde wegmarkering afstellen op de beperkingen en vermogens van het menselijk zicht. Lichtere kleur wegdek zodat er minder licht uit de omgeving wordt geabsorbeerd en meer licht wordt gereflecteerd.
Het concept zal op deze manier de CO2 uitstoot op twee manieren te lijf gaan. Belangrijkste is de sterke reductie of zelfs uitschakeling van verlichting waardoor veel minder energie verbruikt zal worden wat resulteert in minder CO2 uitstoot. Daarnaast zijn er vele kilometers snelweg, als deze allemaal een natuurlijke afscheiding hebben wordt hierin veel CO2 opgeslagen. Een bijkomend voordeel
hiervan is de gereduceerde kans van files door kijkers en een betere beleving ten opzichte van de niet natuurlijke afscheiding.
Referenties
[1] [2] [3] [4] [5]
Ir. R.G. Eenink, Advies over openbare verlichting op rijkswegen, SWOV, Leidschendam, 2003. The benefits of concrete highways, Cement Association of Canada, 2000. http://www.cvrl.org/index.htm http://www.wereldomroep.nl/actua/nl/090223_ LED_verlichting_export http://www.platformlichthinder.nl/ verkeersveiligheid.html
