Kuinka monta lumenia katuvalo todella tuottaa?

Kuinka monta lumenia katuvalo todella tuottaa?

Lyhyt vastaus: tyypillinen katuvalo tuottaa mistä tahansa 2500-30000 lumenia , riippuen tietyypistä, asennuskorkeudesta ja käytetystä tekniikasta. Ei ole olemassa yhtä yleistä numeroa, koska katuvalaistuksen vaatimukset määräytyvät tien luokituksen, liikennemäärän ja valaistusstandardien mukaan – eivät kiinteän valomäärän perusteella. Hiljaista asuinaluetta ja vilkasta kaupunkiväylää palvelevat "katuvalot", mutta niiden valoteho voi vaihdella jopa kymmenen kertaa.

Omassa tilanteessasi – oletko kuntainsinööri, kiinteistöpäällikkö tai kiinteistökehittäjä – soveltuvan valovoimaalueen ymmärtäminen ratkaisee, onko katuvalaistus asennus täyttää turvallisuusstandardit, läpäisee fotometrisen tarkistuksen ja välttää kalliit jälkiasennukset jälkikäteen.

Lumenteho tietyypin mukaan: numerot, joilla on todella merkitystä

Katuvalaistuksen valovoimavaatimukset ovat suoraan sidoksissa tien luokitukseen. Illuminating Engineering Societyn RP-8-standardi (ensisijainen amerikkalainen tievalaistuksen referenssi) ryhmittelee tiet paikallis-, keräilijä- ja valtimoluokkiin, joista jokaisella on tavoitevalaistustaso mitattuna jalkakynttilöissä (fc). Lumen-paketit valitaan osumaan näihin kohteisiin tietyn asennuskorkeuden ja pylväsvälin perusteella.

Nämä sarjat heijastavat modernia LED-tekniikkaa. Vanhemmat korkeapainenatriumvalaisimet (HPS) vaativat huomattavasti suuremman tehon tuottaakseen vastaavan tai alhaisemman valotason tienpinnalla – suurelta osin painolastihäviöiden ja huonon optisen ohjauksen vuoksi, joka hukkasi osan lampun raakatehosta taivaalle tai taaksepäin tieltä.

Miksi Lumenit yksin eivät kerro koko tarinaa?

Yleinen virhe katuvalaistusta määritettäessä on, että valotehoa pidetään ainoana tärkeänä muuttujana. Todellisuudessa luumenit ovat vain yksi järjestelmän elementti, jossa asennuskorkeus, pylväiden etäisyys, säteen jakautumiskuvio ja pinnan heijastuskyky vaikuttavat vuorovaikutukseen sen määrittämiseksi, täyttääkö tie todella valaistustavoitteet.

Asennuskorkeus muuttaa kaiken

Teräksisten katuvalojen pylväiden korkeus Pohjois-Amerikassa on 25–45 jalkaa (noin 7,6–13,7 metriä). Koristeelliset pylväät kävelykatuvalaistukseen ovat tyypillisesti 14 tai 16 jalkaa. Mitä korkeammalle valaisin on asennettu, sitä enemmän lumeneita tarvitaan riittävän valaistuksen tuottamiseen tietasolla – käänteisen neliön laki pätee. 20 000 lumenin valaisin 25 jalan korkeudessa tuottaa huomattavasti erilaisen tienpinnan valaistuksen kuin sama valaisin 40 jalan korkeudessa. Fotometrinen mallinnus osoittaa johdonmukaisesti, että asennuskorkeus ja pylväiden etäisyys voivat muuttaa tehollista valon tarvetta jopa 40 prosenttia samalla tieosuudella.

Säteen jakautumiskuvio (IES-tyyppiluokitukset)

IES TM-15 -valaisimien luokitusjärjestelmä määrittelee viisi lateraalista valonjakotyyppiä – Tyyppi I – Tyyppi V – ja oikea valinta riippuu täysin sovelluksesta. Tyypin II kalusteet valaisevat leveän, eteenpäin heittävän soikean kuvion, jonka asennuskorkeus on noin 1,75–2,75, joten ne sopivat hyvin kapeille asuinkaduille, jalkakäytäville ja pyöräteille. Tyypin III jakaumat työntävät enemmän valoa tien puolelle ja ovat yleisiä keräilyteillä. Tyypin V valaisimet lähettävät pyöreän, 360 asteen kuvion, jota käytetään liikenneympyröissä ja leveissä risteyksissä.

Väärän jakelutyypin valitseminen voi johtaa ei-hyväksyttäviin tasaisuussuhteisiin, vaikka kokonaisluumenit näyttäisivätkin riittäviltä. RP-8 Local Road -luokka edellyttää maksimi-minimi-tasaisuussuhdetta, joka ei ole huonompi kuin 6:1, kun taas valtimot vaativat 3:1 - huomattavasti tiukempaa. Väärin kohdistettu korkean valon valaisin voi tuottaa samanaikaisesti kuumia kohtia ja tummia vyöhykkeitä samalle tieosuudelle, jolloin molemmat mittarit epäonnistuvat kerralla.

Tehokkuus: lumenia per watti nykyaikaisessa LED-katuvalaistuksessa

Modernit DLC Premium -hyväksytyt LED-katuvalaisimet tuottavat 140–170 lumenia wattia kohden valaisintasolla. Vanhat HPS-lähteet – aikoinaan hallitseva tekniikka katuvalaistuksessa – hallitsivat tyypillisesti 90–110 lm/W virrankulutuksen ja optisen tehottomuuden huomioimisen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että 20 000 lumenin teho, joka edellytti 200 W plus HPS-järjestelmää, voidaan nyt saavuttaa 120 W - 145 W LED-valaisimilla, mikä vähentää energiankulutuksen lähes puoleen säilyttäen samalla vastaavan tai paremman tienpinnan valaistuksen.

LED-katuvalojen vertaaminen vanhaan tekniikkaan

Katuvalaistus siirtyi hehkulampuista ja elohopeahöyrystä korkeapaineisen natriumin ja metallihalogenidin kautta, ja se on nyt suurelta osin siirtynyt LEDeihin. Jokainen tekniikka tuotti hyvin erilaisia ​​valotehoja itse lampusta, mutta todelliset tienpintaan toimitetut lumenit vaihtelivat vieläkin enemmän erilaisista optisista järjestelmistä ja suunnansäädöstä johtuen.

CRI-ero on erityisen tärkeä liikenneturvallisuuden kannalta. HPS-lamput säteilevät kapeaa, kellertävää spektriä, jonka CRI on noin 22. Tiellä olevia esineitä – tummissa vaatteissa olevia jalankulkijoita, tienpinnan merkintöjä, roskia – on paljon vaikeampi erottaa tässä valossa. LED-katuvalaistus CRI 70:llä tai sitä korkeammalla toistaa värit paljon tarkemmin, mikä tutkimukset viittaavat johdonmukaisesti kuljettajien parempaan vaaran havaitsemiseen. Valkoinen LED-valo heijastuu myös eri tavalla märältä jalkakäytävältä, mikä vähentää "mustan peilin" vaikutusta, joka tekee sateen kastelemista teistä erittäin vaarallisia HPS-valaistuksessa.

Erityiset käyttötapaukset ja niiden valovoimavaatimukset

Tieluokituksen lisäksi katuvalaistusprojektien tietyillä ympäristöillä on omat valomääränsä. Näiden tietäminen estää sekä alivalaistuksen (joka aiheuttaa turvallisuusriskejä) että ylivalaistuksen (joka tuhlaa energiaa, aiheuttaa häikäisyä ja voi rikkoa pimeän taivaan asetuksia).

Asuinkadut ja umpikatuja

Vähäliikenteen asuinalueiden katuvalaistukseen 2 500 - 5 000 lumenin valaisimet 20 - 40 wattia ovat yleensä riittävät, kun pylväät on sijoitettu vakiovälein. IES RP-8 Local tietavoite 0,4 jalkakynttilää on melko vaatimaton – riittää, jotta jalankulkijat näkevät tien vaarat ja kuljettajat voivat tunnistaa esteet ilman ankaraa kirkkautta, joka häiritsee lähellä olevien asukkaiden nukkumisympäristöä. Monet kunnat ovat ottaneet käyttöön 3 000 K tai 4 000 K värilämpötilan LED-paketteja tällä valotasolla, ja ne ovat korvanneet 100 W HPS-yksiköt, jotka tuottivat samanlaista tienpinnan valaistusta paljon korkeammilla energiakustannuksilla.

Keräystiet ja esikaupunkien väylät

Vilkkaammat kadut, joilla on useita kaistoja, julkisen liikenteen pysäkkejä ja pyöräinfrastruktuuria, vaativat tyypillisesti 10 000–20 000 lumenin katuvalaistuksen. Tällä tasolla 80 W - 150 W LED-valaisimet 30 jalan pylväissä tyypin III jakelukuvioilla voivat saavuttaa 0,9 fc:n keskimääräisen tavoitteen, kun pylväiden etäisyyssuhde on noin 4:1 (etäisyys asennuskorkeuteen). Tosimaailman esimerkki: kaksikaistainen keräilytie 30 jalan asennuskorkeudella ja pylväät 120 jalan etäisyydellä toisistaan ​​edellyttäisi tyypillisesti 14 000–16 000 lumenin valaisinta tasaisen ja tasaisen peiton saavuttamiseksi ilman tummia täpliä pylväiden välissä.

Parkkipaikat ja liikealueet

Kaupalliset pysäköintialueet kuuluvat usein katuvalaistuksen suunnittelustandardien piiriin ja vaativat tyypillisesti 20 000 - 30 000 lumenia valaisinta kohden, kun pylväät sijoitetaan suurten avointen lahden keskelle. Kapeampia alueita peittävät kehäpylväät voivat kuitenkin toimia riittävästi 8 000 - 12 000 lumenilla. Pysäköintialueiden katuvalaistuksen keskeinen mittari on vähimmäisvalaistussuhde keskiarvoon – valvontakameran suorituskyky on suoraan sidottu vähimmäisvalaistustasoihin, mikä tarkoittaa, että jopa korkean keskilumenin asennus voi epäonnistua, jos se luo syviä varjoja valaisimien väliin.

Valtatie- ja High-Mast-katuvalaistus

Korkeamastoiset pylväät – jotka asennetaan tyypillisesti 40–70 jalan korkeuteen ja joita käytetään suurissa valtateiden risteyksissä, suurissa risteyksissä ja teollisuusalueilla – vaativat valaisimia 25 000–100 000 lumenin alueella. Tässä mittakaavassa useita valaisimia asennetaan usein samaan napapäähän, joista jokainen kattaa eri sektorin. Esimerkiksi Coloradon liikenneministeriö käyttää 40–70 jalan keskimaston standardeja suurissa tieprojekteissa. Pylväiden välinen etäisyys alkaa tyypillisesti etäisyyden ja asennuskorkeuden suhteesta 7:1 ja säädetään fotometrisen mallinnuksen perusteella.

Jalankulkureitit ja pyörätiet

Jalankulkijoiden mittakaavan katuvalaistus – koristepylväät 14–16 jalan korkeudella – toimii paljon alhaisemmalla valotasolla kuin ajoneuvojen katuvalaistus. 2 500–6 000 lumenia tuottavat valaisimet ovat yleisiä omistetuilla jalankulkuteillä, ja asennuskorkeudet ja -jakaumat on valittu siten, että ne minimoivat häikäisyä suoraan kävelevien ihmisten silmiin. Tyyppi II Lyhyt tai Tyyppi II Keskipitkät jakaumat toimivat tässä hyvin, ja ne heittävät valoa eteenpäin polkua pitkin ilman liiallista leviämistä viereisiin kiinteistöihin.

Kuinka napojen etäisyys ja asennuskorkeus vaikuttavat luumenin valintaan

Monet katuvalaistusprojektit menevät pieleen, ei siksi, että valittiin väärä valaisin, vaan koska lumenit valittiin ottamatta huomioon asennuksen geometriaa. Kaksi muuttujaa ohjaavat sitä, kuinka kovaa valaisimen on toimittava: kuinka korkealle se on asennettu ja kuinka kaukana toisistaan ​​on pylväät.

Yleisperiaatteena on, että pylväiden etäisyys asetetaan tyypillisesti 3-4 kertaa asennuskorkeuteen verrattuna tyypin II ja III jakaumissa vakioteillä. Joten 30 jalan pylväs olisi 90-120 metrin päässä naapuristaan. Jos tieltä vaadittu tasaisuussuhde on tiukka (3:1 valtimolle), etäisyyden on pienennettävä ja/tai valon ulostulon on noustava valaisimien välisten rakojen täyttämiseksi. Toisaalta, jos paikalliset tummaa taivasta koskevat määräykset rajoittavat suurinta valotehoa tai ylävaloa, ratkaisu on usein pienentää pylväiden etäisyyttä sen sijaan, että työnnetään enemmän lumeneja harvempien valaisimien läpi.

Käytännön johtopäätös on se lumenin valinta ei voi tapahtua ennen fotometrista asettelua . Kaikki katuvalaistusspesifikaatiot, jotka nimeävät lumenipaketin ilman vahvistettua pylväiden sijoittelua ja asennuskorkeutta, ovat parhaimmillaan valistuneita arvioita ja pahimmillaan kallis virhe. Useat kunnat ovat joutuneet jälkiasentamaan kokonaisia ​​katuosia havaittuaan, että asennetut valaisimet – joiden valoteho näytti riittävältä paperilla – loivat ei-hyväksyttäviä tummia vyöhykkeitä virheellisten pylväsvälioletusten vuoksi.

Katuvalaistusstandardit ja niiden noudattaminen

Katuvalaistuksen spesifikaatioita säätelee kaksi maantieteellisestä sijainnista riippuen ensisijaista kehystä: ANSI/IES RP-8 Pohjois-Amerikassa ja EN13201 Euroopassa. Molemmat määrittelevät valaistuskriteerit ja tasaisuusvaatimukset tietyypeittäin, mutta niiden luokitusjärjestelmät käyttävät eri terminologiaa ja metrijärjestelmää. Hankkeiden lainkäyttöalueilla, jotka ovat ottaneet käyttöön erityiset kunnalliset standardit – kuten Montgomeryn piirikunnan, Marylandin katuvalaistuksen spesifikaatiot tai Iowa DOT Design Manual, luku 11 – on noudatettava paikallisia mukautuksia, jotka voivat olla tiukempia kuin IES- tai EN-perusstandardit.

Valaistuksen lisäksi Pohjois-Amerikassa käytettävät katuvalaistustuotteet ovat yhä useammin DesignLights Consortium (DLC) -pätevyysvaatimusten alaisia, varsinkin kun kyseessä ovat hyötyalennukset. DLC Premium -hyväksyntä vaatii vähimmäistehokkuuden kynnysarvon ja asettaa ylävalaistuksen enimmäistasot, mikä vaikuttaa suoraan siihen, mitkä luumenpaketit ovat kelvollisia. BUG-luokitusjärjestelmä (Backlight, Uplight, Glare) on vakiotyökalu valaisimen valonjako-ominaisuuksien ilmoittamiseen, ja useimmat paikallisviranomaiset vaativat nyt erityisiä BUG-luokituksia (yleensä B1–B2, U0–U1, G1–G2) uusille katuvalaistuksille, joilla ohjataan roiskevaloa ja taivaan hehkua.

Lumenin poiston rooli

Katuvalaisimia ei ole määritetty pelkästään niiden alkuperäisen valotehon perusteella. Standardit edellyttävät, että valaistustavoitteet saavutetaan säilytetyllä (poiston) valotasolla – tyypillisesti 40 %:n jälkeen lampun nimelliskestosta vanhemmissa standardeissa tai L70- tai L80-pisteessä LED-valoissa (piste, jossa teho laskee 70 %:iin tai 80 %:iin alkuperäisestä). Tämä tarkoittaa, että katuvalaisin, joka on määritetty aluksi 15 000 lumenille, saattaa joutua tuottamaan 12 000 lumenia 10 vuoden suunnittelun aikana. Alkulumenien liiallinen määrittäminen alenemisen huomioon ottamiseksi on yleinen käytäntö, mutta nykyaikaiset LED-valaisimet, joissa on erittäin tasaiset valon alenemiskäyrät (monet pitävät L90:n arvona 100 000 tuntia), ovat suurelta osin eliminoineet HPS- ja metallihalogenidilähteiden normaalikäytännön liiallisen ylimäärittelyn.

Ylivalaistus: Miksi enemmän lumenia ei ole aina parempi

On laajalle levinnyt oletus, että kirkkaampi katuvalaistus on luonnostaan turvallisempaa. Todisteet tästä ovat monimutkaisempia kuin monet ihmiset odottavat. Ylivalaistus – katuvalaistuksen asentaminen huomattavasti enemmän valoa kuin tieluokitus edellyttää – luo omat ongelmansa, jotka voivat itse asiassa heikentää hyvin suunnitellun katuvalaistusjärjestelmän tavoitteita.

• Häikäisy: Huonosti kohdistettujen valaisimien liiallinen valoteho luo verhoiluhäikäisyn, joka vähentää kontrastia sen sijaan, että se parantaa sitä. Erityisesti iäkkäät kuljettajat kärsivät; 70-vuotias kuljettaja tarvitsee noin kolme kertaa enemmän kontrastia nähdäkseen vaaran, jonka 20-vuotias voi havaita helposti, ja häikäisy lisää tätä puutetta.
• Kevyt rikos: Ylivalaistu katuvalaistus roiskuu asuinrakennusten ikkunoihin häiritseen unijaksoja ja aiheuttaen valituksia, jotka johtavat kalliisiin kalustemuutoksiin tai vaihtoihin.
• Taivaan hehku: Ylimääritellyistä valaisimista ylöspäin suunnattu valo lisää taivaan hehkua ja rikkoo pimeän taivaan määräyksiä yhä useammilla lainkäyttöalueilla – erityisesti observatorioiden, suojelualueiden ja maaseutualueiden lähellä.
• Energiahävikki: Jokainen tarpeettoman kirkas valaisin polttaa energiaa 24 tuntia vuorokaudessa, joka yö. Useita tuhansia katuvaloja käyttävälle kunnassa jopa 10 W:n ylimäärittely valaisinta kohden voi nostaa jopa kymmeniä tuhansia dollareita vuotuisiin energiakustannuksiin.
• Ekologiset vaikutukset: Liiallinen katuvalaistus häiritsee öistä luontoa, erityisesti hyönteisiä ja muuttolintuja, mikä on yhä enemmän säänneltyä ympäristön kannalta herkillä alueilla.

Oikea tapa on määrittää valot, jotka täyttävät – mutta eivät merkittävästi ylitä – sovellettavan standardin tietylle tietyypille asetetut valaistusvoimakkuustavoitteet, minkä jälkeen varmistetaan fotometrisen ohjelmiston avulla, että myös tasaisuuskriteerit täyttyvät.

Mukautuva katuvalaistus ja valonsäätö

Monissa nykyaikaisissa LED-katuvalaistusasennuksissa on himmennysominaisuus – kyky vähentää valotehoa vähäliikenteisenä aikana, tyypillisesti myöhään illasta aikaiseen aamuun. Valaisin, joka on määritetty 16 000 lumenille iltahuippuihin, saattaa himmentää 60 prosenttiin (9 600 lumenia) tai jopa 40 prosenttiin (6 400 lumenia) keskiyön ja aamuviiteen välisenä aikana, kun jalankulkijoiden ja ajoneuvojen määrä on vähäinen. Tätä mukautuvaa katuvalaistusta vaativat yhä enemmän energiamääräykset ja hyödyllisyysalennusohjelmat.

Käytännön vaikutuksena on, että mukautuvan katuvalaistusprojektien lumenmäärittelyissä on otettava huomioon sekä huippu- että himmennetyt toimintatilat fotometrisessa analyysissä. Valaisin, joka tuskin täyttää 0,9 fc täydellä teholla, putoaa ylläpidetyn vähimmäisvalaistuksen alapuolelle himmennetyn käytön aikana, mikä luo yhteensopivuusraon, joka havaitaan vain käyttöönoton aikana – tai muodollisen tarkastuksen jälkeen. Mukautuva ohjaus on tehokkain, kun alkuperäinen luumen-paketti on määritetty konservatiivisesti täydellä teholla, jolloin himmennystila jää ilman, että se putoaa ylläpidettyjen vähimmäiskynnysten alapuolelle.

Käytännön ohjeita katuvalon luumenien valitsemiseen

Kaikille, jotka tekevät katuvalaistuksen valintapäätöstä, seuraava järjestys pitää prosessin perustuen numeroihin arvauksen sijaan.

1. Luokittele tie. Selvitä, kuuluuko se paikallis-, kerääjä- tai valtimoluokitukseen IES RP-8:n mukaan tai vastaavaan EN13201-luokkaan, jos se toimii eurooppalaisten standardien mukaisesti. Tämä asettaa valaistuksen ja tasaisuuden tavoitteet ennen kuin yksi lumenluku valitaan.
2. Vahvista asennuskorkeus ja pylväiden etäisyys. Nämä kaksi muuttujaa ovat ensisijaiset kertoimet sille, kuinka monta lumenia valaisimen on toimitettava tienpintaan. Älä viimeistele luumenpakettia ennen kuin nämä tiedot on vahvistettu.
3. Valitse säteen jakelutyyppi. Yhdistä IES-jakotyyppi (I–V) tien geometriaan – kaistan leveys, kaistan määrä ja asennusasento suhteessa tien reunaan.
4. Suorita fotometrinen ohjelmisto. Käytä AGi32:ta, DIALuxia tai vastaavaa ohjelmistoa varmistaaksesi, että ehdotettu luumenpaketti täyttää sekä keskimääräisen valaistuksen että tasaisuussuhteen vaatimukset säilytetyllä (alennetulla) lumenitasolla.
5. Tarkista BUG-luokitusvaatimukset. Varmista, että valaisin täyttää paikalliset BUG-luokitusvaatimukset taustavalon, ylävalon ja häikäisyn osalta välttääksesi yhteensopivuusongelmat tarkastuksessa.
6. Tarkista DLC tai vastaava kelpoisuus jos hyödyllisyysalennukset tai energiamääräysten noudattaminen ovat olennaisia hankkeen budjetin tai hyväksymisprosessin kannalta.
7. Ota huomioon mukautuva himmennys. Jos spesifikaatiot sisältävät himmennysaikatauluja, varmista, että valaistuksen yhteensopivuus on himmennetyn vähimmäistasolla, ei vain täydellä teholla.

Tämä prosessi eliminoi katuvalaistusprojekteissa yleisimmän yksittäisen vikatilan: lumen-paketin määrittäminen peukalosääntö- tai tuoteluettelon oletusarvojen perusteella eikä tietyn asennuksen todellisten fotometristen vaatimusten perusteella.

Yhteenveto: Lumen-alueet, joita voit käyttää juuri nyt

Yllä olevan yhdistäminen toimivaksi referenssiksi: asuinalueiden ja vähäliikenteen katuvalaistus yleensä putoaa 2500-8000 lumenia alue; keräily- ja kaupunkitiet vaativat tyypillisesti 10 000 - 20 000 lumenia ; ja suuren liikenteen väylät ja kaupalliset alueet vaativat 20 000 - 30 000 lumenia tai enemmän . Maantie- ja korkeamastoiset katuvalot voivat saavuttaa reilusti yli 30 000 lumenia valaisinta kohden, ja usean valaisimen pylväspäät lisäävät kokonaistehoa kuuden numeron alueelle tärkeimmille vaihtovalaistuksille.

Moderni LED-tekniikka on mahdollistanut kaikkien näiden lumenpakettien toimittamisen merkittävästi pienemmällä teholla kuin vanhat lähteet, paremmalla värintoistolla, pidemmällä käyttöiällä ja sisäänrakennetulla himmennystoiminnolla. Nykyisen LED-katuvalaistuksen – 140–170 lm/W ja HPS:n 90–110 lm/W – etu lumenin per watti tarkoittaa, että edes korkeimman lumenin kohteiden osuminen ei enää vaadi vanhan katuvalaistusinfrastruktuurin vaatimaa energiankulutusta. Jokaiselle, joka suunnittelee uutta asennusta tai jälkiasennusta, otsikkonumero on vähemmän tärkeä kuin fotometrisen suunnittelun saaminen oikeaan tietyyppiin, asennusgeometriaan ja sovellettavaan standardiin.