SVĚTELNÉ TECHNICKÉ NÁVRHY OSVĚTLOVACÍ SOUSTAV VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ

SVĚTELNÉ TECHNICKÉ NÁVRHY OSVĚTLOVACÍ SOUSTAV VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ Ing. Petr Žák

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

Účinnost soustavy veřejného osvětlení: 1. Koncept VO (systém zatřídění, ovládání regulace, zapojení)

2. Projekt VO (zatřídění komunikace, typ a geometrie osvětlovací soustavy) 3. Technické prostředky pro VO (světelné zdroje, svítidla, předřadníky)

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

1. Koncepce veřejného osvětlení

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Dokumenty související s návrhem soustav VO A) NORMY: ČSN EN 13201 - Osvětlení pozemních komunikací část 1: Výběr tříd osvětlení (3/2007) (pouze ČSN CEN/TR) část 2: Požadavky (5/2005) část 3: Výpočet (5/2005) část 4: Metody měření (5/2005) B) DOPORUČENÍ: CIE 115/2010 Lighting of roads for motor and pedestrian traffic (2nd edition), CIE 132/2000 Design Methods for Lighting of Road, CIE 136/2000 Guide to the lighting of urban areas, CIE 140/2000 Road lighting calculation, CIE 154/2003 The maintenance of outdoor lighting systems, CIE 126/1997 Guidelines for minimizing sky glow, CIE 150/2003 Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Různé typy komunikací - Světelné situace (CSN CEN/TR 13201-1)

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelné situace POJMY druh uživatele: motorová doprava (M): velmi pomalá vozidla (S): cyklisté (C): chodci (P): světelná situace:

ČVUT / FEL

osoba nebo druh vozidla ve veřejném prostoru motorová vozidla kromě velmi pomalých vozidel motorová vozidla s nejvyšší konstrukční rychlostí 40 km/h, vozidla tažená zvířaty a jezdci na zvířatech osoby na kolech a mopedech s nejvyšší konstrukční rychlostí 50 km/h chodci a osoby na invalidním vozíku reálná oblast veřejného prostoru, kde se řeší osvětlení

Světelně technické návrhy soustav VO Světelné situace Světelná situace

Typická rychlost hl. uživatele

Druh uživatele

hlavní

další povolený nepovolený

A1 A2

S, C, P > 60 km/h

M

A3 B1 B2

C1

30 – 60 km/h

5 – 30 km/h

C, P

M, S, C

P

C

P

M, P

M, C

D4

M, S, C, P

E2 ČVUT / FEL

5 – 30 km/h

M, S

D3 E1

C, P

S, C, P

D1 D2

S

rychlost chůze

P

M, S S, C

S, C

S, P M, S, C M, S, C

Světelně technické návrhy soustav VO Charakteristické parametry Možnosti

Parametry

Informace o geometrii uspořádání

informace o dopravě

informace o okolí

ČVUT / FEL

směrově rozdělená komunikace

ano / ne

druh křižovatek

Mimoúrovňové / úrovňové

vzdálenost mimoúrovňových křižovatek

>3km / < 3km

hustota úrovňových křižovatek

<3/km / >3/km

konfliktní oblast

ano / ne

stavební opatření pro zklidnění dopravy

ano / ne

intenzita silničního provozu

4000 …… až 40 000

intenzita cyklistického provozu

běžná / velká

intenzita pěšího provozu

běžná / velká

náročnost navigace

běžná / vetší než běžná

parkující vozidla

ano / ne

rozpoznání obličeje

není potřebné / potřebné

riziko kriminality

běžné / vetší než běžné

složitost zorného pole

běžná / velká

jas okolí

malý / střední / velký

převládající počasí

suché / vlhké

Světelně technické návrhy soustav VO Světelné situace A1, A2, A3 • • • • • • •

Typ prostoru - rychlostí komunikace Účel osvětlení - zajisti navigační zrakový úkol řidiče (rozlišení komunikace a její hranice, rozpoznání stavu vozovky, ostatních vozidel a uživatelů, překážek a nebezpečí ze strany komunikace) Základním kritérium – průměrný jas (rovnoměrnost, oslnění, SR) L = 0,5 – 2 cd/m2; U0 = 0,35 – 0,4; Ul=0,4 – 0,7; TI = 10 – 15; SR=0,5 Typ povrchu – důležitý parametr pro výpočet Uspořádání osvětlovací soustavy ovlivňuje vizuální vedení Zajištění přechodových oblastí

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelné situace B1, B2 •

• • • •

Typ prostoru - silniční komunikace v zastavěných oblastech bez zvláštního omezení rychlosti B1 – oddělený cyklistický provoz od motorové dopravy B2 – smíšený provoz motorové dopravy a cyklistů Náročnost navigačního úkolu (parkující auta) i složitost zorného pole může být výrazná (svíticí reklamy) Základním kritérium – průměrný jas (rovnoměrnost, oslnění, SR) L = 0,35 – 1,5 cd/m2; U0 = 0,35 – 0,4; Ul=0,4 – 0,7; TI = 10 – 15; SR=0,5 Krátké úseky, zatáčky apod. místo jasu se používá osvětlenost

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace C1 • • • • •

Typ prostoru: cyklistická (oddělené nebo smíšené s chodci) Účel osvětlení: rychlá identifikace chodců a snadnější rozpoznání nebezpečí (výmoly, hrboly, překážky zvláště u rychlejších cyklistů) V zastavěných oblastech, správně navržené uliční osvětlení zajišťuje i osvětlení komunikací pro cyklisty, Cyklistické stezky v parcích a sadech vyžadují vlastní osvětlení, věnovat pozornost rovnoměrnosti osvětlení (eliminace tmavých zón) E = 2 - 15 lx; Emin = 0,6 – 5 lx; Esc= 0,5 - 3 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace D1 • • • •

Typ prostoru: parkoviště na dálnicích se službami Účel osvětlení - chránit „slabšího“ uživatele ve smíšeném provozu. Prvořadá je bezpečnost chodců - řidiči musí dobrý přehled Vysoká vertikální osvětlenost - odrazující prostředek (lupiči, zloději aut). E = 7,5 - 20 lx; U0 = 0,4; Esc = 1,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace D2 • • • • •

Typ prostoru: venkovní parkoviště Účelem osvětlení: zvýšení bezpečnosti dopravy (zajištění orientace a rozlišení osob, vozidel hranic a překážek) Důležitá místa - přístupové komunikace, vjezdy a výjezdy (doplňková svítidla) Vysoká vertikální osvětlenost - odrazující prostředek (lupiči, zloději aut). E = 7,5 - 20 lx; U0 = 0,4; Esc = 1,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace D2 • • •

Typ prostoru: zastávky a autobusová nádraží Účel osvětlení: bezpečnost cestujících, identifikace oblasti zastavení a rozlišení úrovně země, schodů a podlahy při nástupu a výstupu z dopravního prostředku E = 7,5 - 20 lx; U0 = 0,4; Esc = 1,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelné situace D3 a D4 • • • • • •

Typ prostoru - místní obslužné komunikace a silnice v obytných zónách s omezením rychlosti do 30 km/h. Účel osvětlení - chránit „slabšího“ uživatele ve smíšeném provozu. Prvořadá je bezpečnost chodců - řidiči a cyklisté musí dobrý přehled Dobrá poloválcová osvětlenost napomáhá rozlišovat blížící se osoby Dekorační funkce - svítidla formují tvář ulice v obytných zónách Hodnotící kritérium: průměrná osvětlenost E = 2 - 15 lx, Emin = 0,6 – 5 lx, Esc = 0,5 – 3 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace E1 • • • • •

Typ prostoru: pěší zóny a náměstí (nakládka/vykládka vozidel E2) Účel osvětlení: Dekorační funkce, svítidla musí ladit s okolní architekturou a osvětlení má vytvářet patřičnou atmosféru (den i noc), atraktivní osvětlení významně prohlubuje osobní prožitek z prostředí prevence před kriminalitou, zajištění dobré rozpoznatelnosti překážek Dekorační funkce nesmí být v rozporu s bezpečnostními požadavky E = 2 - 20 lx; Emin = 0,6 – 8 lx; Esc = 0,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace E2 • • • • • •

Typ prostoru: obytné zóny označené značkou Účel osvětlení - chránit „slabšího“ uživatele komunikace. Prvořadá je bezpečnost chodců - řidiči a cyklisté musí dobrý přehled Prevence kriminality (vyšší riziko - vyšší osvětlenost) Dekorační funkce - svítidla formují tvář prostředí Hodnotící kritérium - průměrná osvětlenost E = 3 - 20 lx; Emin = 0,6 – 8 lx, Esc = 0,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Světelná situace E2 • • • • • •

Typ prostoru: parky a zahrady Účel osvětlení: zvýšení bezpečnosti (svítidla vyznačují cestu, pomáhají vnímat naší polohu a rozlišit překážky a nebezpečí Prevence kriminality Dekorační funkce zvyšuje atraktivitu parku a zvyšuje jeho přitažlivost pozitivní psychologický dopad vyšší vertikální osvětlenosti: potlačuje strach ze tmy v odlehlých oblastech parku E = 3 - 20 lx; Emin = 0,6 – 8 lx; Esc = 0,5 - 5 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Nezahrnuté situace (CIE 136/2000 ) • • • •

Typ prostoru: podchody Hodnotící kritérium: průměrná osvětlenost Osvětlenost ve dne: E = 100 lx; Emin = 50 lx; Esc = 30 lx Osvětlenost v noci: E = 30 lx; Emin = 15lx; Esc = 10 lx

• •

Typ prostoru: schodiště Osvětlenost : E = 40 lx

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Konfliktní oblasti • • • • • • •

Typ prostoru - oblast kde se kříží proudy motorové dopravy nebo kde překrývají a kříží oblasti s dalšími typy uživatelů. U komunikací s rychlostí uživatelů vyšší jak 30 km/h (A1, A2, A3, B1, B2) Příklady: křižovatky, T-křižovatky, kruhové křižovatky, přechody. Hodnotící kritérium: jas/ osvětlenost, rovnoměrnost Parametry osvětlení minimálně stejné nebo vyšší než komunikace s nejvyšší třídou osvětlení přicházející do konfliktní oblasti. L = 0,75 – 2 cd/m2; U0 = 0,4; Ul=0,5 – 0,7; TI = 10 – 15 E = 10 – 50 lx; U0 = 0,4

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Stavební opatření pro zklidnění dopravy • • • • • •

Opatření, která mají zklidnit dopravu a snížit rychlost (prahy, zúžení apod.) Tato stavební opatření musejí být jasně rozpoznatelná Při špatné viditelnosti může způsobit poškození vozidla a vytovřit nebezpečnou dopravní situaci. Hodnotící kritérium: jas / osvětlenost L = 0,5 – 2 cd/m2; U0 = 0,35 - 0,4; Ul= 0,4 – 0,7; TI = 10 – 15 (B1, B2) E = 5 – 30 lx; Emin = 1 – 12 lx (C1, D1, D2, D3, D4)

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Přechody pro chodce • • • • • •

Přechod pro chodce se semaforem - konfliktní oblasti Přechod pro chodce bez semaforu se značkou - doplňkové osvětlení (zvýšení vertikální osvětlenosti na přechodu a v čekacích zónách) Německo - přechody na komunikacích ME2 s dostatečnými úseky – osvětlení je dostatečné, nevyžaduje se doplňkové osvětlení Pozitivní kontrast – doporučená vzdálenost (0,5 – 1) x H Nejvyšší osvětlenost - střed přechodu, kontrola oslnění řidičů Svítidla se speciálním optickým systémem

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

Tři typy tříd pozemních komunikací MOTOROVÁ DOPRAVA

Třídy osvětlení ME1 – ME6

ČVUT / FEL

KONFLIKTNÍ OBLASTI Třídy osvětlení: CE0 – CE5

KOMUNIKACE PRO CHODCE Třídy osvětlení: S1 – S7

Světelně technické návrhy soustav VO Třídy osvětlení POJMY Třídy osvětlení: Třídy osvětlení ME (MEW): Třída osvětlení CE: Třída osvětlení S:

soustava fotometrických požadavků, sledující zrakové požadavky daných uživatelů, pro určitý typ pozemních komunikací a prostředí. založené na jasech povrchu komunikace, určené pro komunikace pro motorová vozidla, konfliktní oblasti, stavební opatření pro zklidnění dopravy třídy osvětlení založené na osvětlenostech, primárně pro konfliktní oblasti a motorová vozidla založená na vysoké rovnoměrnosti (0,4). třídy osvětlení založené na osvětlenostech, primárně určené pro chodce a cyklisty

Třída osvětlení A:

třídy osvětlení založené na polokulové osvětlenosti alternativní třída k třídě S

Třída osvětlení EV:

třída osvětlení založená na vertikální osvětlenosti je doplňkovou třídou k třídě S a CE třída osvětlení založená na poloválcové osvětlenosti je doplňkovou třídou k třídě S a CE

Třída osvětlení ES:

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO RŮZNÉ PŘÍSTUPY K ŘEŠENÍ ZRAKOVÉHO VJEMU V ULIČNÍM OSVĚTLENÍ KONCEPCE JASU

KONCEPCE VIDITELNOSTI CÍLE

(negativní kontrast)

(pozitivní kontrast)

LT

LT

LB

SOUČASNÁ PRAXE

ČVUT / FEL

LB

Světelně technické návrhy soustav VO PARAMETRY OSVĚTLENÍ POSTIHUJÍCÍ ZRAKOVÝ ÚKOL ŘIDIČE  Úroveň osvětlení – kvantita Lav(cd/m2), Eav (lx)

 Úroveň osvětlení - kvalita UO, Ul ( - )

 Omezení omezujícího oslnění

TI (%)

 Osvětlení okolí SR (-)

ČVUT / FEL

LIGHTING PARAMETERS FOR VISUAL TASK OF CAR DRIVERS  Lighting level – quantity Lav(cd/m2), Eav (lx)

 Lighting level – quality UO, Ul ( - )

 Disability glare limitation TI (%)

 Lighting of surroundings SR (-)

Světelně technické návrhy soustav VO KLASIFIKACE KOMUNIKACÍ PRO MOTOROVOU DOPRAVU Typ komunikace

Třída osvětlení

ČVUT / FEL

Úroveň a rovnoměrnost osvětlení

Omezení oslnění

Okolí

Povrch komunikace

Prahový přírůstek

Osvětlení okolí

Lm (cd/m2)

Uo ( - )

Ul ( - )

TI (%)

SR ( - )

ME1

2,00

0,40

0,70

10

0,5

ME2

1,50

0,40

0,70

10

0,5

ME3a

1,00

0,40

0,70

15

0,5

ME3b

1,00

0,40

0,60

15

0,5

ME3c

0,00

0,40

0,50

15

0,5

ME4a

0,75

0,40

0,60

15

0,5

ME4b

0,75

0,40

0,50

15

0,5

ME5

0,50

0,35

0,40

15

0,5

ME6

0,30

0,35

0,40

15

0,5

Světelně technické návrhy soustav VO Třídy osvětlení

Třída osvětlení CE

ČVUT / FEL

Třída osvětlení S

Třída

E (lx)

U0 (-)

S1

15

5

Třída

E (lx)

CE0

 50

S2

 10

3

CE1

 30

S3

 7,5

 1,5

CE2

 20

S4

5

1

CE3

 15

S5

3

CE4

 10

S6

2

CE5

 7,5

S7

neurčeno

U0 (-)

 0,4

 0,6 neurčeno

Světelně technické návrhy soustav VO NORMY PRO VEŘEJNÉ OSVĚTLENÍ DOKUMENTY SOUVISEJÍCÍ S VEDLEJŠÍMI ÚČINKY OSVĚTLENÍ DOPORUČENÍ: CIE 126/1997 – CIE 150/2003 –

ČVUT / FEL

Guidelines for minimizing sky glow Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations

Světelně technické návrhy soustav VO Vedlejší účinky venkovního osvětlení POJMY (CIE126/1997, CIE150/2003) světelné znečištění (light pollution) širší termín označující celkový souhrn všech nepříznivých účinků umělého osvětlení neužitečné světlo (spill light, stray light) světlo vyzařované osvětlovací soustavou za hranice osvětlovaného objektu rušivé světlo (obtrusive light) neužitečné světlo, které svými kvantitativními, směrovými nebo spektrálními vlastnostmi v dané situaci zvětšuje obtěžování, nepohodu, rozptýlení nebo omezuje schopnost vidět nejdůležitější informace doba nočního klidu (curfew) doba, během níž se uplatňují přísnější požadavky (na kontrolu rušivého světla); často podmínky na užití osvětlení uplatňuje kontrolní orgán státní správy, zpravidla místní správa

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Rušivé světlo

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Rušivé světlo

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Rušivé světlo

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO Rušivé světlo

Zóna životního prostředí

Světlo na objektech

Svítivost svítidla

Podíl horního toku

Ev

I

ULR

Lb

Ls

lx

cd

%

cd∙m–2

cd∙m–2

fasády

znaky

Jas

mimo dobu nočního klidu

v době nočního klidu

mimo dobu nočního klidu

v době nočního klidu

E1

2

0

2 500

0

0

0

50

E2

5

1

7 500

500

5

5

400

E3

10

2

10 000

1 000

15

10

800

E4

25

5

25 000

2 500

25

25

1 000

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

2. Projekt veřejného osvětlení

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

2. Projekt veřejného osvětlení

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - světelné zdroje SVĚTELNÉ ZDROJE PRO VŠEOBECNÉ OSVĚTLENÍ

Žárovky

Hal. žárovky

Elektrodové

Vysokotlaké

Bezelektrodové

Nízkotlaké

Bezelektrodové

Plasmové

Elektrodové

Sodíkové

Rtuťové Sodíkové Halogenidové

ČVUT / FEL

Polovodičové zdroje

Výbojové zdroje

Teplotní zdroje

Indukční

Zářivky

OLED

LED

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - světelné zdroje

240

max~280 lm/W

200

Měrný výkon  (lm/W)

Vysokotlaké sodíkové výbojky

150 Nízkotlaké sodíkové výbojky

Halogenidové výbojky

100

LED

Indukční výbojky

Plasmové výbojky

50 Rtutové výbojky

0 1920

1940

1960

1980 Rok

2000

Vývoj měrného výkonu u světelných zdrojů používaných ve veřejném osvětlení

ČVUT / FEL

2020

2040

Odhady vývoje měrného výkonu sériově vyráběných diod, 350 mA (zdroj: DOE, 2012)

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - světelné zdroje Orientační hodnoty parametrů vybraných zdrojů pro veřejné osvětlení

Typová skupina světelných zdrojů

Příkon Pz (W)

Měrný výkon  (lm .W-1)

Život T(h)

Index podání barev Ra (-)

Teplota chromatičnosti Tcn (K)

36 - 80

50 - 100

až 20 000

80 – 90

2700 - 6500

Výbojky halogenidové

35 - 250

65 - 100

až 18 000

65 - 90

3000 – 6000

Výbojky sodíkové vysokotlaké

50 - 250

80 - 130

až 28 000

24

2000

Výbojky sodíkové nízkotlaké

18 - 180

100 - 175

16 000

10 - 20

1700

Bezelektrodové výbojky

35 - 300

80 - 90

 60 000

80

2700 - 6500

Světelné diody (LED)

1 – 180

100 - 150

 100 000

70 - 90

2200 - 6500

Zářivky kompaktní

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - svítidla Parametry pro hodnocení uličních svítidel:

 tvar fotometrické plochy svítivosti v podélném směru s komunikací  tvar fotometrické plochy svítivosti v příčném směru na komunikaci  ověření tvaru fotometrické plochy svítivosti nad směrem maximální svítivosti

ČVUT / FEL

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - svítidla úhel středu světelného svazku podélný rozsah

klasifikace CIE

klasifikace IESNA

krátký

 < 60°

45° <   66°

střední

60°    70°

66° <   75°

dlouhý

 > 70°

75° <   80°

Křivka svítivosti

klasifikace CIE

Klasifikace uličních svítidel podle tvaru fotometrické plochy v podélném směru (C0-C180) klasifikace IESNA

příčný rozsah

úhel hranice svazku

typ rozložení

-

-

Typ I

 ≤ 45°

-

-

Typ V

-

úzký

 < 45°

Typ II

45° <  ≤ 60°

střední

45° ≤  ≤ 55°

Typ III

60° <  ≤ 70°

široký

 > 55°

Typ IV

70° <  ≤ 80°

schéma

úhel hranice svazku

symetrická

asymetrická

ČVUT / FEL

Klasifikace uličních svítidel podle tvaru fotometrické plochy v příčném směru (C90-C270)

Světelně technické návrhy soustav VO

3. Technické prostředky - svítidla I. Svítidla - optický systém součástí LED

II. Svítidla - optický systém součástí svítidla

Jas vozovky u LED svítidla

Jas vozovky u HST svítidla

ČVUT / FEL