Уличное освещение и экология

При изучении рассматриваемой темы с экологической точки зрения наибольшее внимание принято уделять потребляемому объему электроэнергии. На практике оказывается, что он сравнительно невелик. Несмотря на это, уличное освещение становится все более энергоэффективным. В течение последних лет доля электроэнергии, идущая на уличное освещение (кроме освещения частных жилищ), снизилась на 1,5% до уровня 6,2% благодаря использованию энергоэкономичных ламп и более эффективным технологиям, внедряемым в новых и модернизированных осветительных установках. Снижение уровня энергии, потребляемого уличным освещением, невозможно без применения энергоэффективных уличных фонарей. Основу таких систем составляют лампы с большим сроком службы и высокой световой отдачей, представляющей собой отношение вырабатываемого светового потока в люменах к электрической мощности в ваттах. Чем выше такое соотношение, тем больше света создается лампой на единицу мощности и лучше энергетический баланс лампы. Другая важная составляющая эффективной системы — экономичный наружный светильник с минимальными внутренними потерями света. Уличный светильник должен оборудоваться оптической системой, направляющей свет строго на требуемую поверхность. А воспользоваться преимуществами экономичных ламп и наружных светильников в полной мере поможет электротехническая и пускорегулирующая аппаратура с малыми внутренними потерями. Другое сравнение, подчеркивающее весьма не значительную долю уличного освещения в общем энергопотреблении, было приведено Светотехническим обществом Германии (LiTG). Расчет полного энергетического баланса участка дороги, содержащего по 25 уличных светильников на километр и обладающего пропускной способностью 3000 автомобилей за 24 часа, показал, что стационарное уличное освещение расходует только 1,5% общего объема энергии, а остальные 98,5% приходятся на долю транспортных средств. Даже если бы расход топлива был снижен до 5 литров на 100 км пути (1 литр бензина = 10 кВт*ч), энергопотребление уличного освещения не превысило бы 3% общего расходуемого на дороге объема. Второй объект пристального внимания экологов — утилизация отработанных ламп. Как известно, применяемые для уличных светильников лампы содержат некоторое количество ртути. Из-за этого, согласно немецкому законодательству о переработке промышленных и коммерческих отходов, большинство типов разрядных ламп подлежит специальной утилизации. Благодаря усилиям рабочей группы AGLV создана общенациональная сеть приема и утилизации ртутъ содержащих ламп, отвечающая самым строгим требованиям сертификатов. Таким образом гарантируется полное извлечение опасных веществ и возможность их повторного использования. В рабочую группу AGLV входят также участники Ассоциации производителей электрических ламп ZVEI, предоставляющие собственные зна ния и опыт в распоряжение специалистов по утилизации. Это позволяет выработать наиболее полные требования к последующей работе с материалами, содержащимися в новых лампах. В настоящее время основной задачей AGLV является повышение возвращаемости отработанных ламп. Еще один экологический аспект связан с проблемой светового загрязнения. В соответствии с действующим в Германии федеральным законодательством о загрязнении окружающей среды, жители домов, в чьи окна попадает свет от уличных светильников, имеют право подавать жалобы. Риск возникновения светового загрязнения, таким образом, должен быть устранен еще на стадии планирования осветительной установки. Хотя федеральные законы и практика их исполнения не содержат конкретных чисел, LiTG предложены методы мониторинга и оценки степени светового загрязнения, а также его максимально допустимые уровни. Эти данные были включены в официально публикуемое федеральное руководство, а также рекомендованы к применению организа циям по защите окружающей среды. Не совсем очевидная на первый взгляд взаимосвязь наружного освещения и экологии заключается в том, что искусственный свет привлекает много насекомых, а это в свою очередь влияет на жизнь ночных животных. С этой точки зрения действие желто-оранжевого спектра излучения слабее из-за того, что спектральная чувствительность глаз насекомых и человека не совпадают. Более сильное влияние имеет свет люминесцентных, ртутных и металлогалогенных ламп. Бледный лунный свет, в естественных условиях использующийся насекомыми для ориентации, воспринимается ими значительно ярче, чем человеком. Свет натриевой лампы высокого давления выглядит для них более темным, а красные и оранжевые области спектра вообще не вызывают никаких ощущений.

Видеть и быть увиденным

Существует простая формула предотвращения ДТП: для этого всего лишь необходимо видеть и быть увиденным. Однако зрительные процессы достаточно сложны, и это надо принимать во внимание при создании уличного освещения. В дневное время наружная освещенность меняется от 5 000 до 100 000 люкс, в то время как ночью 1 люкс составляет почти максимум возможностей лунного света. Наша способность видеть во всем этом широком диапазоне яркости объясняется умением глаз адаптироваться. Тем не менее при некоторых условиях адаптации зрительная восприимчивость снижается. Наилучшие условия для зрения создаются при дневном свете, когда в глазах активизируются так называемые колбочки — цветочувствительные рецепторы. В это время мы легко различаем цвета и объекты, можем четко разглядеть мелкие детали поля зрения. В темноте в действие вступают другие рецепторы — палочки, практически нечувствительные к цвету и высокочувствительные к яркости. В переходное время суток, в сумерках, активны оба вида рецепторов. Контрастами принято называть различия в цвете и яркости в пределах поля зрения. Для того чтобы восприниматься человеческим глазом, они должны быть достаточно выражены. Минимально различимый контраст зависит от окружающей яркости (яркости адаптации): чем выше яркость поля зрения, тем сильнее воспринимаются ее перепады. При более темном окружающем пространстве объекты должны иметь либо более сильное отличие от фона по яркости, либо больший размер для надежного различения. Способность воспринимать яркостные различия в поле зрения принято называть контрастной чувствительностью. Чем выше яркость адаптации, тем меньшие яркостные нюансы можно различить. Контрастная чувствительность снижается под воздействием слепящего света. Способность глаза выделять контуры и цвета окружающих предметов, например дорожных препятствий, характеризуется остротой различения. Этот фактор также улучшается по мере роста яркости адаптации. Зрительная работоспособность определяется контрастной чувствительностью и остротой различения. Этот параметр также определяется временем, за которое удается отследить различие в яркости, цвете и форме предметов (временем восприятия). Например, у водителя быстро едущего автомобиля времени для принятия решения о дорожной ситуации намного меньше, чем у пешехода. При резких изменениях яркости окружающего пространства глазу требуется время на адаптацию. Сам процесс переадаптации и занимаемое им время зависят от яркости до и после произошедшего изменения. Переадаптация от темноты к свету занимает считанные секунды, в то время как обратный процесс может занять несколько минут. Зрительная работоспособность в любой момент времени зависит от стадии адаптации. Чем больше света в окружающем пространстве, тем быстрее может быть достигнута полноценная производительность зрительного аппарата. Проблемы со зрением начинаются в те моменты, когда времени, отводимого на переадаптацию глаз, не хватает. Это обуславливает необходимость в специальных дорожных зонах для зрительной адаптации, например при въезде и выезде из туннелей, для безопасного перехода от одного уровня яркости к другому.

Нормы наружного освещения

Для обеспечения нормальных зрительных условий необходим достаточный уровень окружающей яркости (освещенности). В немецком стандарте DIN 5044 в качестве опорных величин используются средняя яркость или средняя освещенность. Освещенность представляет собой количество света, падающее на единицу площади поверхности дороги. Яркость (измеряемая в кд/м2) характеризует долю света, отражаемую от дороги вдоль линии зрения наблюдателя. Именно этот! параметр определяет возникающее у человека зрительное ощущение. Яркость нормируется практически для всех дорог с автомобильным движением. Этот параметр зависит от расположения наблюдателя, геометрии уличного фонаря, коэффициента отражения дорожного покрытия, светового потока ламп и светораспределения наружных светильников. Яркость рассчитывают для участков дороги со стандартизованными параметрами. Для улиц местного значения и проездов в жилых кварталах в качестве нормы применяется освещенность, так как в этом случае нельзя стандартизовать ни геометрию дороги, ни положение наблюдателя. Для оценки наружного освещения выбрана горизонтальная освещенность покрытия тротуаров и проезжей части. При наличии большого потока пешеходов дополнительно нормируются вертикальная и средняя полуцилиндрическая освещенность. Чтобы требуемые параметры уличного освещения сохранялись в течение длительного времени без специальных работ по обслуживанию уличных фонарей, стандарт DIN 5044 рекомендует закладывать в проекты коэффициент запаса, равный 1,25. В этом случае обслуживание уличных светильников производится при снижении яркости или освещенности до 70% от первоначального значения (наблюдающегося при новых лампах и светильниках). Самого по себе правильного уровня освещенности или яркости еще недостаточно для создания адекватного освещения. Для успешного выполнения зрительных задач должна также выдерживаться высокая равномерность распределения света. Темные пятна в поле зрения маскируют окружающие предметы, делая препятствия и опасные зоны на дороге трудноразличимыми или вовсе скрывая их из вида. Зоны маскирования могут возникать при недостаточном количестве установленных уличных светильников, при частичном отключении уличного фонаря или при выходе части наружных светильников из строя. О равномерности распределения яркости говорят результаты расчета общей U0 и продольной U1 равномерности с учетом геометрии улицы и отражающих характеристик ее покрытия. Параметр U0 представляет собой отношение минимальной яркости дорожного покрытия к среднему значению по всей поверхности дороги. Параметр U1 равен отношению минимальной и максимальной яркоcти вдоль линии зрения наблюдателя (обычно направленной вдоль оси дороги). Равномерность освещенности оценивают параметром g1 равным отношению минимального и среднего значений. Появление в поле зрения слепящих источников света или других ярких пятен может ухудшить зрительное восприятие до такой степени, что надежное различение и опознание предметов станет вообще невозможным. Физиологически ослепленность представляет собой поддающееся измерению снижение зрительной способности, в частности остроты различения. Ослепленность вызывает дискомфорт наблюдателя и снижает концентрацию внимания, чем способствует возникновению аварий. Хотя данного явления на дорогах не удается избежать полностью, степень его проявления может быть значительно снижена. Для оценки возникающей на дороге ослепленности существуют предусмотренные в стандартах процедуры. Механизм ослепления начинает действовать при возникновении пятен с чрезвычайной яркостью либо резких яркостных перепадов в поле зрения. Это вызывает трудности с переадаптацией зрения. Свет слепящего источника рассеивается внутри глаза, создавая так называемую вуалирующую засветку на поверхности сетчатки. Из-за этого снижается контрастность проецируемого на нее изображения. Чем выше освещенность, создаваемая источником на поверхности глаза, и чем ближе источник к наблюдателю, тем выше значение вуалирующей яркости. При яркости адаптации L для надежного различения некоего объекта на фоне требуется минимальный яркостный контраст L0. При наличии ослепленности вуалирующая яркость приводит к адаптации глаза на более высокий уровень яркости L + Ls. Таким образом, объект с контрастом Lо становится неразличим. Чтобы его вновь можно было заметить на фоне, он должен обладать более высоким контрастом Lbl. Именно эта разница между L0 и Lbl, выраженная в процентах и называемая пороговым приращением контраста (Т1), используется для оценки степени ослепленности. В случае когда расчет яркости показывает высокие значения Т1, наблюдается сильная ослепленность. Уличные фонари, спроектированные с подавлением слепящего действия, обеспечивают значение Т1 от 7 до 10%. Для улиц с относительно слабым движением его допустимо принимать в пределах 15 — 20%. Прямо падающий свет создает зоны затенения, в пределах которых яркость распределена неравномерно. В качестве примера можно привести пространство между припаркованными автомобилями. В случае если глубоких теней невозможно избежать, необходимо использовать дополнительные световые точки. Помимо количества света и его распределения в пространстве, световое излучение обусловлено цветовыми свойствами. К ним относятся цветность свечения лампы и цветопередача, характеризующая восприятие цветных объектов в искусственном свете. Уличное освещение предъявляет сравнительно невысокие требования к этим двум характеристикам. Несмотря на это, рекомендуется все же использовать лампы с хорошими цветопередающими свойствами для подчеркивания цветовых контрастов и увеличения воспринимаемости информации. Лампы с неудовлетворительной цветопередачей (например, натриевые низкого давления) пригодны лишь для пешеходных переходов, территорий морских портов и охранного освещения.