Mówiąc o rozwoju źródeł światła musimy też pamiętać, że wiąże się on z udoskonalaniem układów stabilizacyjno-zapłonowych. Na samym końcu rozwoju oświetlenia ulicznego przyszedł etap udoskonalania opraw oświetleniowych i ich układów optycznych.
Od początku istnienia elektrycznego oświetlenia ulicznego do lat 60 nie zwracano uwagi na koszty obsługi takich instalacji z uwagi na niskie ceny energii elektrycznej. Z tego powodu nawet dzisiaj można spotkać rozwiązania bazujące na wysokoprężnych źródłach rtęciowych. Ich zaletą była cena, szeroki zakres mocy oraz łatwość obsługi. Jednak posiadają one dwie istotne wady - słabą skuteczność świetlną i bardzo dużą zawartość szkodliwej dla środowiska rtęci.
| Źródło światła | Zakres mocy znamionowych W |
Skuteczność świetlna lm/W |
Trwałość h |
Czas zaświecania | |
| lampy zimnej lampy | nagrzanej (po chwilowym zaniku napięcia) | ||||
| Lampy indukcyjne | 23 ÷ 165 | 48 ÷ 74 | 60000 | 0,1 ÷ 1s, ale strumień świetlny Φ ≈ Φn zimna lampa osiąga po kilku sekundach (QL), a nawet po kilku minutach (Genura) | |
| Lampy rtęciowo-żarowe | 100 ÷ 1000 | 17 ÷ 31 | 1000 ÷ 3000 | 0 | 3 ÷ 6 min |
| Rtęciówki wysokoprężne | 50 ÷ 2000 | 35 ÷ 60 | 5000 ÷ 10000 | 3 ÷ 5 min | 6 ÷ 10 min |
| Lampy metalohalogenkowe | 20 ÷ 2000 | 60 ÷ 100 | 2000 ÷ 10000 | 3 ÷ 5 min | 6 ÷10 min (zapłon bezzwłoczny lamp dwustronnie trzonkowych) |
| Sodówki niskoprężne | 10 ÷ 200 | 100 ÷ 200 | 5000 ÷ 10000 | 7 ÷ 12 min | 0 |
| Sodówki wysokoprężne | 35 ÷ 1000 | 40 ÷ 150 | 4000 ÷ 16000 | 3 ÷ 7 min | 2 ÷ 6 min (20 s, jeśli antena zapłonowa) |
| Diody elektroluminescencyjne | 0,2 ÷ 5 | 20 ÷ 100 | 100000 | 0 | |
Lampy indukcyjne z uwagi na niedużą moc, przeciętną skuteczność świetlną oraz wysoką cenę nie są stosowane w oświetleniu ulicznym. Patrząc u dołu tabeli lampy żarowo rtęciowe i wysokoprężne rtęciowe zostają zgodnie z Dyrektywą EUP (Energy Using Product Directive) w większości wycofane z obrotu. Dyrektywa ta nakłada również wymogi tzw. eko-projektowania w zakresie lamp wyładowczych. Stąd też światowy trend do wykorzystywania źródeł i układów o wysokiej skuteczności świetlnej oraz z możliwością zastosowania układów sterujących strumieniem i mocą.
Lampy wyładowcze – mówiąc o tym rodzaju źródeł mamy na myśli zarówno lampy metalohalogenkowe, lampy sodowe wysokoprężne jak również niskoprężne lampy sodowe. Planując oświetlenie uliczne nasza uwaga powinna się skupić na oprawach, które wykorzystują tego rodzaju źródło światła. Każda z tych lamp cechuje się innymi parametrami oświetleniowymi oraz użytkowymi. Część z nich została ogólnie sklasyfikowana w tabeli 1.
Lampy metalohalogenkowe to przede wszystkim białe światło z najlepszym współczynnikiem oddawania barwy. Kojarzą się nam ze światłem chłodno-białym, jednak są na rynku źródła o ciepłej barwie Tb=2800K. Gdzie mogą one znaleźć zastosowanie, to przede wszystkim obszary centrów nowoczesnych miast, obszary o dużej ilości zieleni miejskiej.
Lampy niskoprężne są rekordzistą jeśli chodzi o sprawność, mimo tego nie przyjęły się w Polskich realiach. Rozwiązań korzystających z tego rodzaju oświetlenia jest niewiele. Prawdopodobną przyczyną jest fakt, iż jest to w zasadzie źródło światła monochromatyczne czyli kolor jego jest żółto- pomarańczowy a wartość współczynnika oddawania barwy nie jest podawana ponieważ jest poniżej Ra<20.
Lampy wysokoprężne sodowe zyskały największą popularność dzięki doskonałej wydajności. Jest to jednak światło żółte o niskim współczynniku oddawania barw. Chyba już wszyscy się przyzwyczailiśmy i nocny widok zabytkowych miast w świetle lamp wysokoprężnych sodowych jest jak najbardziej akceptowalny.
Alternatywą dla wysokoprężnych źródeł sodowych są nowoczesne lampy metalohalogenkowe. Ich podstawowe zalety wiążą się z jakością światła, czyli barwą i współczynnikiem oddawania kolorów. Dodatkowo trwałość użytkowa tego rodzaju źródeł jest określana na 3 lata. Lampy te współpracuja z tradycyjnymi elektromagnetycznymi układami, jak również ze specjalnie stworzonymi w celu regulacji strumienia świetlnego układami elektronicznymi. Układy typu PrimaVision lub DynaVision pozwalają na regulację strumienia świetlnego do 50 % jego pełnej wartości.
Rys. 1 Układ szeregowy
Rys. 2 Układ szeregowo-równoległyNowością od pewnego czasu jest rodzina źródeł CosmoPolis. Producent zminiaturyzował źródło światła celem miniaturyzacji układów optycznych i samych opraw oświetleniowych. Źródło współpracuje z dedykowanym układem elektronicznym, który jak informuje producent, jest wyposażony w zabezpieczenie odgromowe, posiada pełną ochronę przed pyłem i wilgocią. Dodatkowo nie jest podatny na wibracje i wstrząsy, a jego żywotność przekracza trwałość układów elektromagnetycznych.
Najbardziej rozpowszechnione są układy konwencjonalne, zawierające statecznik w postaci dławika i zapłonnik. Dodatkowo układ taki musi mieć odpowiednio skompensowany współczynnik mocy. Wartość współczynnika mocy biernej dla typowego układu indukcyjnego wynosi ok. 0,5, norma wymaga by wynosił on dla opraw sodowych jak również metalohalogenkowych, co najmniej 0,85. W tym celu stosowane są odpowiednio dobrane kondensatory kompensujące.
| IK | Wytrzymywana energia uderzenia [J] |
| IK00 | 0 |
| IK01 | 0,15 |
| IK02 | 0,20 |
| IK03 | 0,35 |
| IK04 | 0,50 |
| IK05 | 0,70 |
| IK06 | 1 |
| IK07 | 2 |
| IK08 | 5 |
| IK09 | 10 |
| IK10 | 20 |
Z uwagi na niekorzystne zjawiska mogące występować pod koniec życia źródeł wyładowczych może dochodzić do uszkodzenia Rys. 4 Szczelność komory lampy i osprzętu IP66 układów zapłonowych. W tym celu stosuje się zabezpieczenia termiczne. Tego typu zabezpieczenie jest wymagane w oprawach na lampy sodowe i metalohalogenkowe. Wynika ono z normy EN 60598. Najlepszym rozwiązaniem jest układ wyposażony w termo-wyłącznik odcinający dopływ prądu w przypadku przegrzania statecznika. Ponowne uruchomienie oprawy wymaga jedynie wymiany wyeksploatowanego źródła światła. Dobrą praktyką jest stosowanie zapłonników z wyłącznikiem czasowym, co pozwala na ograniczenie ilości prób załączenia uszkodzonych lamp.
W przypadku układów konwencjonalnych występują dwa rodzaje połączeń:
- układ szeregowy – zapłonnik znajduje się w torze prądowym (rys. 1)
- układ szeregowo-równoległy – zapłonnik znajduje się poza torem prądowym, przez co nie jest narażony na przegrzanie i sam układ pobiera mniejszą moc. Dodatkowo wysoka wartość napięcia impulsu zapłonowego pozwala na umieszczenie układu zapłonowostabilizacyjnego nawet w odległości 20 m od źródła światła (rys. 2).
Układy elektroniczne, podobnie jak w oświetleniu przemysłowym i biurowym, zaczynają odgrywać coraz większą rolę. Sam układ pozwala na zmniejszenie zapotrzebowania mocy o ok. 4%. Jednak ze względu na proces starzenia się sodowego źródła światła łącznie oszczędność na energii elektrycznej mogą wynieść ok. 11-14%. Wynika to z faktu iż wraz z funkcją napięcie na sodowym źródle ulega zwiększeniu. Inne zalety „elektroniki” to przede wszystkim: stabilny strumień światła, zwiększenie żywotności źródła i całej oprawy, stały bardzo dobry współczynnik mocy ok. 0,98. Brak wrażliwości na spadek napięcia obrazuje poniższy rysunek. (rys. 3)
Rys. 3 Efekt spadku strumienia świetlnego w układzie konwencjonalnym i elektronicznym.Oprawy oświetlenia ulicznego ze względu na charakter swojej pracy oraz miejsce zamontowania są narażone na wiele czynników atmosferycznych a środowisko, w którym pracują można określić jako trudne. Duże różnice temperatur, stałe narażenie na wnikanie pyłów i wody oraz eksponowanie na światło słoneczne wymaga, by konstrukcje były odpowiednio do tego środowiska pracy przygotowane.
Korpus oprawy, niezależnie z jakiego materiału jest wykonany, musi zapewniać odpowiedni stopień szczelności przed wnikaniem pyłu i wody do wnętrza oprawy.
W przypadku opraw drogowych stopień ochrony IP często jest podawany oddzielnie dla komory osprzętu i komory źródła światła. W przypadku komory osprzętu dopuszcza się niższe poziomy IP. Z kolei dla źródła ważne jest zachowanie wysokiej szczelności, by utrzymać jak najwyższą czystość, co pozwala na zachowanie parametrów świetlnych. (rys. 4)
Rys. 4 Szczelność komory lampy i osprzętu IP66Inny parametr to odporność na uderzenia w wyniku gradobicia lub aktów wandalizmu. Parametr ten jest określany za pomocą współczynnika IK mówiącym jaką energię uderzenia jest w stanie oprawa wytrzymać.
Korpusy opraw wykonywane są zarówno z aluminium, jak również z tworzyw sztucznych. Generalizując można uznać, że produkty aluminiowe są lepszym rozwiązaniem z uwagi na różnej jakości tworzywa sztuczne. Niezależnie z jakiego materiału jest wykonana oprawa powinna ona posiadać możliwość montażu zarówno szczytowo na słupie jak i wysięgniku. Dodatkowo sposób precyzyjnego ustawienia kąta oprawy jest również zaletą, gdyż często w projektach przyjmuje się inne od zerowego kąty nachylenia oprawy.
Rys. 5 Regulacja rozsyłu światła.Najważniejszym elementem pod względem projektowania oraz funkcjonalności oświetlenia jest element optyczny oprawy. Odbłyśnik powinien być wykonany z materiału, który pozwala na precyzyjne ukierunkowanie wiązki. Stosowane są odbłyśniki wieloczęściowe składane (prostsze konstrukcje) oraz odbłyśniki jednoczęściowe tłoczone. Najczęstszym materiałem jest aluminium, które jest poddane wstępnemu anodyzowaniu, dzięki czemu uzyskuje się wysokie właściwości odbiciowe. Istnieje również technologia, która na czyste aluminium pre-anodyzowane napyla dodatkową warstwę aluminium, dzięki czemu współczynnik odbicia przygotowanych elementów produkcyjnych wynosi 95%.
Wyposażenie oprawy w płynną regulację położenia odbłyśnika lub źródła światła pozwala na prawidłowe oświetlenie drogi niezależnie od warunków technicznych lokalizacji słupów oświetleniowych.
Precyzyjne dobranie układu optycznego zapewni idealne oświetlenie nie tylko drogi, ale również pobocza. Szeroki rozsył opraw ulicznych powoduje optymalne wykorzystanie ilości zastosowanych opraw i słupów.
Rozsył w kierunku C0-C180 zapewnia optymalny rozstaw słupów na drodze. Zbyt szeroki kąt może powodować olśnienie.
Rozsył w kierunku C90-C270 zapewnia optymalne „trafienie” światłem w płaszczyznę drogi i pobocza. Źle dobrany znacznie obniża sprawność całego systemu oświetlenia.
Rys. 6 Przykładowy rozsył oprawy ulicznejJak widać wiele elementów składa się na dobry projekt oświetlenia ulicznego. Projektowanie wymaga od nas coraz większej świadomości. Na zdjęciu widać jak mocno „zanieczyszczona” światłem jest Europa. To od nas będzie zależało czy będziemy potrafili jak najlepiej wykorzystać źródła światła przy jak najmniejszym zużyciu energii i optymalnych warunkach oświetlenia.
W przypadku oświetlenia ulicznego rozwój nadal trwa. Już dziś niektóre miasta w Polsce korzystają z najnowszych technologii pozwalających nie tylko na efektywne wykorzystanie oświetlenia, ale również na zintegrowanie systemu zarządzania oświetlenia ulicznego dla całej aglomeracji.
J.G.