Сколько люмен на самом деле производит уличный фонарь?

Сколько люмен на самом деле производит уличный фонарь?

Краткий ответ: типичный уличный фонарь производит от от 2500 до 30 000 люмен , в зависимости от типа дороги, высоты монтажа и используемой технологии. Не существует единого универсального числа, поскольку требования к уличному освещению определяются классификацией дорог, интенсивностью движения и стандартами освещенности, а не фиксированным целевым значением светового потока. Тихий жилой переулок и оживленная городская магистраль обслуживаются «уличными фонарями», однако их световой поток может различаться в десять и более раз.

Понимание диапазона светового потока, применимого к вашей конкретной ситуации — независимо от того, являетесь ли вы муниципальным инженером, управляющим объектом или застройщиком, — определяет, будет ли уличное освещение установка будет соответствовать стандартам безопасности, пройдет фотометрическую проверку и позволит избежать дорогостоящей модернизации постфактум.

Световой поток в зависимости от типа дороги: цифры, которые действительно имеют значение

Требования к световому потоку уличного освещения напрямую связаны с классификацией дорог. Стандарт RP-8 Общества инженеров освещения (основной американский стандарт по освещению проезжей части) группирует дороги на местные, коллекторные и магистральные категории, каждая из которых имеет целевой уровень освещенности, измеряемый в фут-свечах (fc). Пакеты Lumen выбираются для достижения этих целей с учетом определенной высоты установки и расстояния между опорами.

Эти диапазоны отражают современную светодиодную технологию. Старые натриевые светильники высокого давления (HPS) требовали значительно более высокой мощности для обеспечения эквивалентного или более низкого уровня освещения на поверхности дороги - в основном из-за потерь балласта и плохого оптического управления, из-за которых часть исходной мощности лампы тратилась в небо или назад от дороги.

Почему люмены сами по себе не рассказывают всей истории

Распространенной ошибкой при определении уличного освещения является рассмотрение светового потока как единственной важной переменной. На самом деле люмены — это всего лишь один элемент системы, в которой высота установки, расстояние между опорами, схема распределения лучей и коэффициент отражения поверхности взаимодействуют, чтобы определить, действительно ли дорога соответствует целевым показателям освещенности.

Высота монтажа меняет все

Стандартная высота стальных опор уличных фонарей в Северной Америке составляет от 25 до 45 футов (приблизительно от 7,6 до 13,7 метров). Декоративные столбы для пешеходного уличного освещения обычно имеют высоту 14 или 16 футов. Чем выше установлен светильник, тем больше люменов необходимо для обеспечения достаточного освещения на уровне дороги — действует закон обратных квадратов. Светильник мощностью 20 000 люмен на расстоянии 25 футов будет производить заметно иное освещение дорожного покрытия, чем тот же светильник на расстоянии 40 футов. Фотометрическое моделирование неизменно показывает, что высота установки и расстояние между опорами могут изменить требуемый эффективный световой поток на целых 40 процентов для одного и того же участка дороги.

Схема распределения луча (классификация типов IES)

Система классификации светильников IES TM-15 определяет пять типов бокового распределения света — от типа I до типа V — и правильный выбор полностью зависит от применения. Светильники типа II имеют широкий, направленный вперед овал шириной примерно от 1,75 до 2,75 высоты установки, что делает их хорошо подходящими для узких жилых улиц, тротуаров и велосипедных дорожек. Распределения типа III направляют больше света в сторону обочины и распространены на коллекторных дорогах. Светильники типа V излучают круговую диаграмму направленности на 360 градусов, используемую на кольцевых развязках и широких перекрестках.

Выбор неправильного типа распределения может привести к неприемлемым показателям однородности, даже если общее количество люменов кажется достаточным. Для категории дорог РП-8 «Местное» требуется соотношение максимальной и минимальной равномерности не хуже 6:1, а для «магистральных» требуется соотношение 3:1 — значительно более жесткое. Неправильно направленный светильник с высоким световым потоком может одновременно создавать горячие точки и темные зоны на одном и том же участке дороги, не удовлетворяя оба показателя одновременно.

Эффективность: люмен на ватт в современном светодиодном уличном освещении

Современные светодиодные уличные светильники, соответствующие стандарту DLC Premium, обеспечивают яркость от 140 до 170 люмен на ватт на уровне светильника. Для сравнения: устаревшие источники HPS, которые когда-то были доминирующей технологией в уличном освещении, обычно имели мощность от 90 до 110 лм/Вт с учетом потерь балласта и оптической неэффективности. Это означает, что мощность в 20 000 люмен, которая раньше требовала системы HPS мощностью более 200 Вт, теперь может быть достигнута с помощью светодиодного светильника мощностью от 120 до 145 Вт, что сокращает потребление энергии почти вдвое, сохраняя при этом эквивалентную или лучшую освещенность дорожного покрытия.

Сравнение светодиодных уличных фонарей со старыми технологиями

Уличное освещение перешло от ламп накаливания и паров ртути к натриевым и металлогалогенным лампам высокого давления, а теперь в значительной степени перешло на светодиодные. Каждая технология обеспечивала очень разную светоотдачу самой лампы, но фактические люмены, доставляемые на поверхность дороги, различались еще больше из-за разных оптических систем и управления направлением движения.

Разница CRI особенно актуальна для безопасности дорожного движения. Лампы HPS излучают узкий желтоватый спектр с индексом цветопередачи примерно 22. Объекты на дороге — пешеходы в темной одежде, разметка дорожного покрытия, мусор — гораздо труднее различить при таком свете. Светодиодное уличное освещение с индексом цветопередачи CRI 70 и выше передает цвета гораздо точнее, что, согласно исследованиям, способствует более эффективному обнаружению опасностей водителями. Белый светодиодный свет также по-разному отражается от мокрого асфальта, уменьшая эффект «черного зеркала», который делает мокрые от дождя дороги чрезвычайно опасными при освещении HPS.

Конкретные случаи использования и требования к световому потоку

Помимо классификации дорог, конкретные условия в проектах уличного освещения имеют свои собственные стандарты светового потока. Знание этого предотвращает как недостаточное освещение (которое создает угрозу безопасности), так и чрезмерное освещение (которое приводит к потере энергии, вызывает блики и может нарушить постановления о темном небе).

Жилые улицы и тупики

Для уличного освещения жилых домов в районах с низкой проходимостью обычно достаточно светильников в диапазоне от 2500 до 5000 люмен и мощностью от 20 до 40 Вт, когда опоры расположены через стандартные интервалы. Целевой показатель местной дороги IES RP-8, составляющий в среднем 0,4 фут-свеча, довольно скромен — этого достаточно, чтобы пешеходы могли видеть опасности на пути, а водители могли распознавать препятствия без резкой яркости, которая нарушает условия сна близлежащих жителей. Многие муниципалитеты внедрили светодиодные пакеты с цветовой температурой 3000K или 4000K на этом уровне люмен, заменив блоки HPS мощностью 100 Вт, которые обеспечивали аналогичное освещение дорожного покрытия при гораздо более высоких затратах на электроэнергию.

Коллекторные дороги и пригородные магистрали

На оживленных улицах с несколькими полосами движения, транзитными остановками и велосипедной инфраструктурой обычно требуется уличное освещение в диапазоне от 10 000 до 20 000 люмен. На этом уровне светодиодные светильники мощностью от 80 до 150 Вт на 30-футовых опорах со схемой распределения типа III могут соответствовать среднему целевому показателю 0,9 фк с соотношением расстояния между опорами примерно 4:1 (расстояние к высоте установки). Пример из реальной жизни: двухполосная коллекторная дорога с монтажной высотой 30 футов и опорами, расположенными на расстоянии 120 футов друг от друга, обычно требует светильника с яркостью от 14 000 до 16 000 люмен для достижения последовательного, равномерного покрытия без темных пятен между столбами.

Парковки и коммерческие зоны

Коммерческие парковки часто подпадают под стандарты проектирования уличного освещения и обычно требуют от 20 000 до 30 000 люмен на светильник, когда опоры размещаются в центре больших открытых отсеков. Однако опоры по периметру, охватывающие более узкие области, могут адекватно работать при освещенности от 8 000 до 12 000 люмен. Ключевым показателем уличного освещения парковок является соотношение минимальной и средней освещенности — производительность камеры видеонаблюдения напрямую связана с минимальным уровнем освещенности, а это означает, что даже установка с высоким средним световым потоком может выйти из строя, если она создает глубокие тени между светильниками.

Шоссе и уличное освещение с высокими мачтами

Столбы с высокими мачтами, обычно устанавливаемые на высоте от 40 до 70 футов и используемые на крупных развязках автомагистралей, крупных перекрестках и в промышленных зонах, требуют светильников в диапазоне от 25 000 до 100 000 люмен. В этом масштабе на одной опоре часто монтируется несколько светильников, каждый из которых охватывает отдельный сектор. Например, Министерство транспорта штата Колорадо использует стандарты средней мачты высотой от 40 до 70 футов для крупных дорожных проектов, при этом расстояние между опорами обычно начинается с соотношения расстояния к высоте установки 7:1 и корректируется на основе фотометрического моделирования.

Пешеходные дорожки и велосипедные дорожки

Пешеходное уличное освещение — декоративные столбы высотой от 14 до 16 футов — работает при гораздо более низком уровне светового потока, чем автомобильное уличное освещение. Светильники, излучающие свет от 2500 до 6000 люмен, широко распространены на выделенных пешеходных дорожках, при этом высота установки и распределение света выбираются так, чтобы минимизировать блики прямо в глаза пешеходам. Здесь хорошо работают распределения типа II Short или Type II Medium, направляя свет вперед по пути без чрезмерного распространения на соседние объекты.

Как расстояние между опорами и высота установки влияют на выбор светового потока

Многие проекты уличного освещения терпят неудачу не потому, что был выбран неправильный светильник, а потому, что световой поток был выбран без учета геометрии установки. Две переменные определяют, насколько тяжело будет работать приспособление: насколько высоко оно установлено и как далеко расположены опоры.

В качестве общего принципа расстояние между опорами обычно устанавливается в 3–4 раза больше монтажной высоты для систем распределения типа II и III на стандартных дорогах. Таким образом, 30-футовый столб будет находиться на расстоянии от 90 до 120 футов от своего соседа. Если требуемый коэффициент однородности дороги является жестким (3:1 для магистрали), расстояние должно уменьшиться и/или световой поток должен увеличиться, чтобы заполнить промежутки между светильниками. И наоборот, если местные правила темного неба ограничивают максимальную светоотдачу или верхний свет, решение часто состоит в том, чтобы уменьшить расстояние между опорами, а не просто увеличить количество люменов через меньшее количество светильников.

Практический смысл заключается в том, что Выбор люмена не может произойти до фотометрической компоновки . Любая спецификация уличного освещения, в которой указывается световой пакет без подтвержденного расположения опор и высоты установки, является в лучшем случае обоснованной оценкой, а в худшем - дорогостоящей ошибкой. Нескольким муниципалитетам пришлось модернизировать целые участки улиц после того, как они обнаружили, что установленные светильники, световой поток которых на бумаге казался достаточным, создавали неприемлемые темные зоны из-за неправильного расстояния между опорами.

Стандарты уличного освещения и их соответствие

Спецификации уличного освещения регулируются двумя основными стандартами в зависимости от географии: ANSI/IES RP-8 в Северной Америке и EN13201 в Европе. Оба определяют критерии освещенности и требования к единообразию в зависимости от типа дороги, но их системы классификации используют разную терминологию и метрические системы. Проекты в юрисдикциях, которые приняли определенные муниципальные стандарты, такие как спецификации уличного освещения округа Монтгомери, Мэриленд или Руководство по проектированию DOT штата Айова, глава 11, должны следовать местным адаптациям, которые могут быть более строгими, чем базовые стандарты IES или EN.

Помимо освещения, уличное освещение, используемое в Северной Америке, все чаще подвергается квалификационным требованиям Консорциума DesignLights (DLC), особенно когда речь идет о скидках на коммунальные услуги. Квалификация DLC Premium требует минимального порога эффективности и устанавливает максимальные уровни освещенности, что напрямую влияет на то, какие пакеты светового потока имеют право на участие. Система рейтингов BUG (подсветка, верхний свет, блики) является стандартным инструментом для передачи характеристик светораспределения светильника, и большинство местных органов власти теперь требуют определенных рейтингов BUG (обычно B1–B2, U0–U1, G1–G2) для новых установок уличного освещения для контроля рассеянного света и свечения неба.

Роль обесценивания люмена

Уличные осветительные приборы не указываются только по их первоначальной светоотдаче. Стандарты требуют, чтобы целевые показатели освещенности достигались на поддерживаемом (амортизированном) уровне светового потока — обычно после 40 % номинального срока службы лампы в старых стандартах или на уровне L70 или L80 для светодиодов (точка, в которой выходная мощность падает до 70 % или 80 % от первоначальной). Это означает, что уличному фонарю, рассчитанному на первоначальную мощность 15 000 люмен, возможно, потребуется поддерживать яркость 12 000 люмен в течение 10-летнего расчетного срока службы. Завышение начальных люменов для учета амортизации является обычной практикой, но современные светодиодные светильники с очень плоскими кривыми снижения люменов (многие поддерживают L90 на уровне 100 000 часов) в значительной степени устранили чрезмерное завышение характеристик, которое было стандартной практикой для HPS и металлогалогенных источников.

Чрезмерное освещение: почему больше люменов не всегда лучше

Существует широко распространенное мнение, что более яркое уличное освещение по своей сути безопаснее. Доказательства этого более детальны, чем многие ожидают. Чрезмерное освещение — установка уличного освещения со значительно большим количеством люменов, чем требует классификация дорог — создает свой собственный набор проблем, которые могут фактически подорвать цели хорошо спроектированной системы уличного освещения.

• Блики: Чрезмерный световой поток от плохо направленных светильников создает вуалирующие блики, которые уменьшают контраст, а не улучшают его. Особенно страдают пожилые водители; 70-летнему водителю требуется примерно в три раза больше контраста, чтобы увидеть опасность, которую 20-летний водитель может легко обнаружить, а яркий свет усугубляет этот дефицит.
• Легкое нарушение: Слишком освещенное уличное освещение попадает в окна жилых домов, нарушая циклы сна и вызывая жалобы, которые приводят к дорогостоящей модификации или замене светильников.
• Небесное сияние: Направленный вверх свет от слишком узких светильников способствует свечению неба, нарушая постановления о темном небе во все большем числе юрисдикций, особенно вблизи обсерваторий, заповедников и сельских зон.
• Энергетические отходы: Каждый излишне яркий светильник сжигает энергию 24 часа в сутки, каждую ночь. Для муниципалитета, эксплуатирующего несколько тысяч уличных фонарей, даже превышение мощности на 10 Вт на светильник может привести к десяткам тысяч долларов годовых затрат на электроэнергию.
• Экологическое воздействие: Чрезмерное уличное освещение нарушает ночной образ жизни диких животных, особенно насекомых и перелетных птиц, и эта проблема становится все более регулируемой в экологически чувствительных зонах.

Правильный подход состоит в том, чтобы указать люмены, которые соответствуют, но не значительно превышают, целевым показателям освещенности, установленным применимым стандартом для данного типа дороги, а затем с помощью фотометрического программного обеспечения проверить, что критерии однородности также соблюдаются.

Адаптивное уличное освещение и контроль освещенности

Многие современные установки светодиодного уличного освещения имеют возможность регулировки яркости — способность уменьшать световой поток в периоды низкого трафика, обычно с поздней ночи до раннего утра. Светильник, рассчитанный на 16 000 люмен в вечерние часы пик, может затемняться до 60% (9600 люмен) или даже 40% (6400 люмен) между полуночью и 5 часами утра, когда количество пешеходов и транспортных средств минимально. Этот адаптивный подход к уличному освещению все чаще требуется энергетическими нормами и программами скидок на коммунальные услуги.

Практический эффект заключается в том, что характеристики светового потока для проектов адаптивного уличного освещения должны учитывать при фотометрическом анализе как пиковые, так и пониженные режимы работы. Светильник, который едва соответствует 0,9 фк при полной мощности, упадет ниже минимально поддерживаемой освещенности во время работы с затемнением, создавая несоответствие требованиям, которое обнаруживается только во время ввода в эксплуатацию или после формального аудита. Адаптивное управление наиболее эффективно, когда начальный пакет светового потока задан консервативно при полной мощности, оставляя запас для регулировки яркости без падения ниже минимальных поддерживаемых пороговых значений.

Практическое руководство по выбору люменов уличного освещения

Для тех, кто принимает решение о выборе уличного освещения, следующая последовательность действий позволит опираться на цифры, а не на догадки.

1. Классифицируйте дорогу. Определите, подпадает ли он под местную, коллекторную или магистральную классификацию согласно IES RP-8 или эквивалентную категорию EN13201, если он работает в соответствии с европейскими стандартами. Это устанавливает целевые показатели освещенности и однородности, прежде чем будет выбрано значение одного люмена.
2. Подтвердите высоту установки и расстояние между опорами. Эти две переменные являются основными множителями количества люменов, которые светильник должен излучать на поверхность дороги. Не завершайте оформление пакета Lumen до подтверждения этой информации.
3. Выберите тип распределения луча. Сопоставьте тип распределения IES (от I до V) с геометрией дороги — шириной полосы движения, количеством полос движения и положением установки относительно края дороги.
4. Запустите фотометрическое программное обеспечение. Используйте AGi32, DIALux или эквивалентное программное обеспечение, чтобы убедиться, что предлагаемый пакет светового потока соответствует требованиям как к средней освещенности, так и к коэффициенту однородности на поддерживаемом (амортизированном) уровне светового потока.
5. Проверьте требования к рейтингу BUG. Убедитесь, что светильник соответствует местным требованиям BUG по подсветке, направленному вверх свету и бликам, чтобы избежать проблем с соответствием при проверке.
6. Подтвердить DLC или эквивалентную квалификацию если скидки коммунальным предприятиям или соблюдение энергетического кодекса имеют отношение к бюджету проекта или процессу утверждения.
7. Учитывайте адаптивное затемнение. Если спецификация включает графики регулировки яркости, проверьте соответствие освещенности при минимальном уровне яркости, а не только при полной мощности.

Этот процесс устраняет единственный наиболее распространенный вид неисправности в проектах уличного освещения: определение пакета светового потока на основе практических правил или значений по умолчанию в каталоге продукции, а не фактических фотометрических требований конкретной установки.

Резюме: диапазоны люменов, которые вы можете использовать прямо сейчас

Чтобы связать вышеизложенное с рабочей ссылкой: освещение жилых домов и улиц с низкой интенсивностью движения обычно попадает в категорию от 2500 до 8000 люмен диапазон; коллекторные и городские дороги обычно требуют От 10 000 до 20 000 люмен ; а магистрали с интенсивным движением транспорта и коммерческие зоны требуют От 20 000 до 30 000 люмен или более . Шоссе и уличное освещение на высоких мачтах может достигать более 30 000 люмен на светильник, а головки с несколькими светильниками повышают общую мощность до шестизначного диапазона для основного перекрестного освещения.

Современные светодиодные технологии позволили обеспечить все эти пакеты светового потока при значительно более низкой мощности, чем у устаревших источников, с лучшей цветопередачей, более длительным сроком службы и встроенной функцией регулировки яркости. Преимущество нынешнего светодиодного уличного освещения в люменах на ватт — от 140 до 170 лм/Вт по сравнению с 90–110 лм/Вт у HPS — означает, что достижение даже самых высоких показателей люменов больше не требует потребления энергии, которое требовалось старой инфраструктуре уличного освещения. Для тех, кто планирует новую установку или модернизацию, заголовочный номер менее важен, чем правильность фотометрического расчета для конкретного типа дороги, геометрии крепления и применимого стандарта.