Осветление в тунели

Осветлението в тунела, в частност количествените и качествените светлотехнически параметри на осветителната уредба, имат важно значение за безопасността на движението на моторните превозни средства и гладкото протичане на трафика.

Основното предназначение на осветлението в тунелите е осигуряване на безопасно преминаване през него, сигурност и комфорт на водачите. Най-важното изискване, на което трябва да отговаря тунелното осветление, е да осигурява необходимото ниво на осветеност за своевременно възприемане на пътната обстановка, с цел избягване на препятствия. При проектиране на осветлението трябва да се изхожда от позицията за осигуряване на безопасност на пътниците. Без значение дали навън е ден или непрогледен мрак, без значение от метеорологичните условия, осветлението на тунелите трябва да е такова, че водачите да чувстват комфорт и сигурност.

Зони в тунела, в зависимост от нивата на осветеност/яркост
При проектиране на осветлението в тунели от съществено значение е да се вземе предвид разликата на осветеността извън и вътре в тунела. Поради тази причина пространството вътре в тунела се разделя на няколко зони, за които се предвижда осветление, осигуряващо различна степен на осветеност, за да се осигури адаптация на зрението на шофьора към изменящата се яркост на светлината. Количеството на осветеност вътре в тунела се определя основно от осветеността навън и от нивото на адаптационна яркост на водача. Преминаването през тунела (особено през деня) е свързано с натоварване на зрителния анализатор на водача на МПС, което се дължи на бързата преадаптация на окото от високи нива на яркост (навън) до яркостта във вътрешността на тунела.

Необходимата яркост Lth (cd/m2) на пътното платно във входната зона, непосредствно след навлизане в тунелната тръба, се определя по формулата: Lth>R.L20. Нивото на адаптационната яркост L20 на водача в зоната на приближаване към тунела се определя за 20 градусово поле на наблюдение от едно спирачно разстояние до входа на тунела. Адаптационната яркост L20 е средна стойност от яркостите на участък от пътното платно, тунелния вход, хоризонтални и вертикални площи от непосредственото обкръжение на входа и част от небосвода. Съгласно европейските норми за тунелно осветление параметърът R се определя по светлинния клас на тунела и разрешената скорост на движения през тунела.

Когато се определя нивото на осветеност на тунела трябва да се вземе предвид скоростта и интензивността на трафика, еднопосочно или двупосочно е движението в тунела, ориентацията на тунела спрямо слънчевото греене през деня, метеорологичните особености, конструктивните и архитектурни особености на тунела по отношение на вид на настилка и стени и отразяващата им способност и вероятността за отблясъци. Степента на яркост k = Lth/L20 варира в границите от 0,05 до 0,1.

Яркостта на пътното платно във входната зона на пътен тунел Lth се регулира плавно или на степени като функция на адаптационната яркост L20 на водача на МПС в 20-градусово поле в зоната на приближаване към входа на тунела.

Адаптацията постепенно се променя, затова и в тунела се оформят отделни зони с различни нива на осветеност, общо 5 със зоната преди входа на тунела. Зоните са: зона приближаване, зона вход, зона преход, зона интериор и зона изход.

Зона 1 - приближаване
Това е участъкът преди входа на тунела. От тази зона водачите вече трябва да имат видимост към тунела и възможност за ориентиране в ситуацията.

Зона 2 - вход
Зоната е непосредствено след входа на тунела. В началото на тази зона осветеността трябва да е като тази извън тунела, (като тази в зона 1). В края на зоната осветеността трябва да е намаляла с до 40% от осветеността в началото. Високите нива на осветеност в тази зона са необходими, за да се преодолее ефектът на т. нар. „черна дупка”. Тези високи нива на осветеност, обаче, са само за през деня. Особено критичен е случаят през ясен слънчев ден и наличие на снежна покривка.

Зона 3 - преход
Това е преходна зона, в която нивата на осветеност намаляват прогресивно, до достигане на нивата, изискуеми за интериорната зона (следващата зона). Намаляването се осъществява на етапи и постепенно, тъй като то е свързано с капацитета на човешкото око да се адаптира към околната среда.

Зона 4 - интериор
Най-дългият участък от вътрешността на тунела – интериорна зона. Изискванията за осветеност на тунели са от една страна заради адаптивността, от друга – заради максималната допустима скорост. Нивото на осветеност се предвижда в зависимост от скоростта и гъстотата на преминаващите превозни средства. За тунели в градски условия, с не много голям трафик и средна скорост под 70km/h, осветеността трябва да е от 1.5 до 3cd/m2. За тунели с интензивен трафик и средна скорост над 70km/h осветеност – 2 до 6cd/m2. За тунели на магистрали - 4 to10cd/m2.

Зона 5 - изход
Изходна зона – частта след интериорната зона до изхода на тунела. В този участък, през деня, видимостта на шофьора, наближаващ изхода, е под влияние на светлината навън. Човешкото око може веднага да се адаптира от по-ниски към по-високи нива на осветеност, затова и тук ефектът, споменат за влизането в тунел, не е проблем. Въпреки това, се изисква определeно осветление, когато например изходът не се вижда или в извънредна ситуация – например ремонтни работи.

Управление на осветеността
Контролът или управлението на осветеността на тунела има решаваща роля за постигане на енергийна ефективност. Степенното управление на адаптационната яркост е един от методите за управление на тунелното осветление. Необходимата яркост на пътното платно Lth = k.L20, където параметърът k зависи от параметрите на тунела, вида на осветителната уредба, интензивността на трафика. Максималната стойност на L20 се определя за най-неблагоприятния сезон на годината и от нея се избират степените за регулиране интензивността на осветлението на входа на тунела. Обикновено броят на тези степени е 4. Има и други методи за управление на осветлението, на които няма да се спираме подробно в настоящия материал.

Автоматичното управление на осветлението в тунела се осъществява с контролер, разположен в табло за управление.

Пред входовете на тунела се монтират яркомери, които показват входния сигнал за измерена яркост. Яркомерите се монтират в зоната на приближаване на разстояние пред входа на тунела, равно на спирачния път, на стълб с височина 4 до 5m. В качеството си на приемник се използва силициев фотоелемент със спектрална чувствителност, близка до тази на човешкото око и интегрираща сфера, осредняваща яркостта в наблюдаваното ъглово поле. От яркомера излиза унифициран токов сигнал. Този сигнал се филтрира и обработва по цифров път в съответствие със заложения алгоритъм за управление на осветлението на тунела от контролера.

Управлението на осветлението от системата яркомер-контролер се осъществява като се отчитат и такива фактори като: време, необходимо за разгаряне на лампите, време задръжка при два последователни прехода от една степен в друга, време задръжка при кратковременни изменения на адаптационната яркост, следене хода на изменение на яркостта - нарастване или намаляване и други.

Осветителна уредба
Осветителните тела в тунелите не бива да предизвикват заслепяване на шофьора, трябва да осигуряват равномерно разпределяне на светлинния поток по дължина на съоръжението. Осветителните тела обикновено се разполагат по тавана или на стената, но в близост до тавана. Силата на осветлението зависи както от вида на светлинния източник, така и от съставните елементи на осветителното тяло. Най-разпространени са телата от конзолен тип. Корпусът трябва да е защитен от прах, проникване на вода и др. Да притежава клас на защита IP65. Да са корозионноустойчиви.

Осветителни тела с асиметрично излъчване – за входната и преходната зона на тунела. Светлината се излъчва под прав ъгъл спрямо оста на тунела, насрещно на посоката на движение.

Симетрично излъчване – за интериорната част, както и за нощно и полунощно осветление.

Осветителните тела се монтират върху тавана, посредством планки, които позволяват регулиране на осветителите.

Във входната и преходната зона осветителните уредби трябва да са с три степени на превключване на захранването на осветлението – основно, нощно и полунощно.

Максималната степен на осветеност се включва, когато на входа на тунела е най-светло и ярко. Когато яркостта навън намалее, например сумрак или облачно време, яркостта във входната зона се намалява стъпаловидно, чрез превключвания между стените на тунелното осветление.

Разположението на осветителите е такова, че да се реализира промяна на яркостта на пътното платно по определен закон. Намалява се яркостта и през нощта и в сутрешните ранни часове, когато интензитетът на трафика е малък.

По време на нощно шофиране окото се адаптира към ниските нива на яркост. Основният критерий е да се осигури достатъчно яркост за безопасно спиране, за да се избегне инцидент.

LED осветление в тунели
През 2010 г. за първи път в Европа LED осветление на тунел е инсталирано в тунела Vlake, в Холандия. Решението за такова осветление е направено конкретно за този проект, след като холандското правителство е възложило направата на проучване за ефективността на LED технологиите в пътните тунели. Резултатите от изследването показват, че светодиодните технологии не само представляват едно по-ефективно енергийно решение, но също така подобряват качеството на осветлението и безопасността на водачите. Осветлението в тунела се регулира автоматично, за да се осигури необходимата осветеност на тунела във всеки един момент от деня.

Като част от постоянното усилие за намаляване на потреблението на енергия и въглеродните емисии, като същевременно подобряване на безопасността на участниците в движението по пътищата, тунел с LED осветление вече има и в тунелите в Германия, Италия и Великобритания.

Осветителните тела може да се поставят точково, на определено разстояние едно от друго, или линейно – непосредствено едно до друго, без никакво разстояние между тях, образувайки светеща линия. При точковото поставяне на осветителните тела има недостатък, че те предизвикват известен дискомфорт на водача, защото трептят. Линейно разположените осветителни LED тела, в комбинация с бялата светодиодна светлина, предлагат доста по-добра визия и повече комфорт за преминаващите.