تکنولوژی‌های نوین در نورپردازی جاده‌ها

روشنایی جاده‌ها یکی از مهم‌ترین فاکتورها برای ایمنی راه‌هاست چرا که بین تمام حواس پنجگانه، بینایی بیش‌ترین استفاده را در رانندگی دارد. به همین دلیل توانایی دید در شب و نورپردازی صحیح جاده‌ها از عواملیست که می‌تواند تاثیر مستقیم بر تعداد و شدت تصادفات جاده‌ای بگذارد.

در چند سال اخیر، شرکت‌های مختلف در حال ساخت و توسعه فناوری‌ها و تکنولوژی‌های مختلف برای نورپردازی جاده‌ها هستند. تکنولوژی‌های جدید نورپردازی شامل: LED‌ها، چراغ‌های پلاسما و چراغ‌های نور القایی می‌باشند. در ایران رایج‌ترین مزایای منابع نور جدید، افزایش قابلیت اطمینان، بهبود کارایی و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری است. همانطور که بررسی شده است، در دنیای جدید باید به تکنولوژی‌هایی رو آورد که هزینه تعمیر و نگهداری کمتری دارند چراکه هزینه ساخت زیرساخت‌های جدید بسیار بیشتر خواهد بود.

سازمان‌های حمل و نقل دولتی، قبل از انتخاب روش‌های جدید نورپردازی باید تعیین کنند که آیا سیستم‌های روشنایی جدید، نور خروجی مورد نیاز را برآورده می‌کنند و آیا مقرون به صرفه هستند یا خیر. همچنین ضروریست که سازمان‌های دولتی، دستورالعمل‌هایی را برای ارزیابی سیستم‌های جدید روشنایی، ایجاد کنند.

این مطالعه به منظور ارزیابی برخی از روش‌ها و تکنولوژی‌های جدید در روشنایی معابر انجام شده است و تلاش اصلی آن پرداختن به مسائل مهندسی، مانند سطوح نور، هزینه چرخه عمر، تعمیر و نگهداری، ایمنی ترافیک و رویه‌های تایید فناوری‌های نورپردازی جدید بر اساس ارزیابی‌های میدانیست. ناگفته نیست که اطلاعات ارائه شده در این مقاله برای سازمان‌های دولتی بزرگراه و خیابان‌های شهری در تصمیم گیری در مورد سیاست‌های روشنایی و توسعه مشخصات فنی برای استفاده از فناوری‌های روشنایی جدید در روشنایی معابر و خیابان‌ها مفید خواهد بود. علاوه بر این، چنین اطلاعاتی برای مدیران صنعت مفید است تا طراحی و ادغام مدل چراغ‌های خود را بهبود بخشند تا با نیازهای روشنایی معابر و خیابان‌ها سازگاری بیشتری داشته باشند.

روشنایی بزرگراه‌ها

در بزرگراه‌ها، منابع روشنایی معمولاً در تقاطع‌ها، استراحتگاه‌ها، ایستگاه‌های وزن کشی، تونل‌ها و پارکینگ‌ها قرار داده می‌شود. سه نوع منبع روشنایی وجود دارد که به طور گسترده برای نورپردازی داخلی و خارجی استفاده می‌شود. لامپ‌های رشته‌ای، لاپمپ‌های فلورسنت و لامپ‌های تخلیه با شدت بالا (HID: high intensity discharge).

لامپ های HID چهار نوع اصلی دارند:

• ۱- لامپ بخار جیوه (MV: mercury vapor)
• ۲- لامپ سدیم فشار پایین (LSP: low pressure sodium)
• ۳- لامپ سدیم فشار بالا (HPS: high pressure sodium)
• ۴- لامپ هالید فلز (MH: metal halide)

در ادامه هر کدام از این لامپ‌ها را معرفی می‌کنیم.

1 . لامپ‌های سدیم فشار بالا HPS

لامپ‌های HPS در سال 1960 معرفی شدند. یک لامپ HPS معمولاً از چهار جزء اصلی تشکیل شده است: یک لوله قوس سرامیکی نیمه شفاف مهر و موم شده، الکترودهای اصلی، یک لامپ بیرونی و یک پایه. لوله قوس دار سرامیکی، حاوی مخلوطی از مقدار کمی گاز زنون و ترکیب سدیم-جیوه است و این لوله محل مناسبی برای تولید نور را می‌سازد. زنون در فشار پایین به عنوان گاز شروع کننده در لامپ HPS استفاده می‌شود. ترکیب سدیم-جیوه که در خنک‌ترین قسمت لامپ قرار دارد، بخار سدیم-جیوه را فراهم می‌کند که برای تشکیل قوس لازم است. الکترودهای اصلی از تنگستن ساخته شده‌اند و یک پالس با ولتاژ بالا و فرکانس بالا را برای ضربه زدن به قوس و تبخیر جیوه و سدیم حمل می‌کنند.

حباب بیرونی، معمولاً بیضی شکل و از شیشه سخت ساخته شده است، از لوله قوس در برابر آسیب محافظت می‌کند و از اکسید شدن قطعات داخلی جلوگیری می‌کند. همچنین حاوی خلاء است که همرفت و تلفات گرما را از لوله قوس کاهش دهد تا لامپ کارایی بالایی داشته باشد. پایه لامپ معمولاً یک پایه پیچی است که از برنج یا نیکل ساخته شده است و یک سوکت برای اتصال الکتریکی دارد.

2 . لامپ‌های هالید فلز MH

لامپ‌های MH نیز از خانواده لامپ‌های HID هستند. این لامپ‌ها کیفیت و عملکرد خوبی دارند. لامپ‌های هالید فلز نه تنها نور آبی-سفید طبیعی بیشتری را در مقایسه با لامپ‌های HPS منتشر می‌کنند، بلکه کارایی بیشتری را در مقایسه با لامپ‌های بخار جیوه دارند. یک لامپ استاندارد MH از چهار جزء اصلی شامل لوله قوس کوارتز، الکترودهای اصلی، لامپ بیرونی و پایه تشکیل شده است. عملکرد لامپ‌های متال هالید شبیه لامپ های HPS است که از طریق یک لوله قوس درون یک لامپ شیشه‌ای نور تولید می‌کنند. هنگامی که یک لامپ MH روشن می‌شود، جریان الکتریکی از لوله قوس عبور می‌کند و قوس الکتریکی را از طریق مخلوط گازی از جیوه تبخیر شده و هالیدهای فلزی (که ترکیبی دارای فلزات برم یا ید هستند)، مشتعل می‌کند.

3 . نورپردازی LED

نورپردازی LED نوعی نورپردازی حالت جامد است. این یک دستگاه نیمه هادی است که با عبور جریان الکتریکی از آن نور تولید می‌کند. چندین لامپ LED می‌توانند کنار هم قرار گیرند و آرایه‌های LED را تشکیل دهند. همانطور که توسط IES تعریف شده است، این لامپ تشکیل شده از یک دستگاه LED با یک درایور یکپارچه و یک پایه استاندارد است که برای اتصال به مدار انشعاب از طریق نگهدارنده یا سوکت لامپ استاندارد طراحی شده است. هنگامی که ولتاژ مناسبی به لیدها اعمال می‌شود، الکترون‌ها می‌توانند با حفره‌های الکترونی درون دستگاه ترکیب شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد کنند. LED‌ها معمولا کوچک هستند (کمتر از 1 میلی متر مربع) و ممکن است از اجزای نوری یکپارچه برای شکل دادن به الگوی تابش استفاده کنند.

4 . نورپردازی پلاسما

نورپردازی پلاسما (LEP: lighting emitting Plasma)، گازی یونیزه شده با تعداد بارهای مثبت و منفی برابر است. لامپ‌های پلاسما لامپ‌های بدون الکترود هستند، به این معنی که هیچ اتصال الکتریکی در داخل لامپ وجود ندارد در عوض از امواج فرکانس رادیویی برای تحریک پلاسما در داخل لامپ استفاده می‌شود. یک لامپ پلاسما معمولاً یک کره شیشه‌ای شفاف است که با مخلوطی از گازهای مختلف مانند نئون، آرگون، زنون و کریپتون در فشار نزدیک به اتمسفر پر شده است. این گازها توسط جریان متناوب فرکانس بالا هدایت می‌شوند.

محل آزمایش لامپ‌ها:

محلی که این لامپ‌ها نصب و بررسی می‌شوند، باید دارای ویژگی‌هایی مانند نصب آسان چراغ، راحتی اندازه گیری روشنایی و همچنین دارای شبکه کنترل ترافیک باشد. در این مقاله، محل آزمایش به 5 بخش (zone) تقسیم شد و در هرکدام از مدل‌های جدید روشنایی استفاده شد.

طبق استانداردهای AASHTO میانگین روشنایی افقی حفظ شده و نسبت یکنواختی، دو نکته کلیدی برای طراحی و اجرای روشنایی معابر هستند. سه شاخص طراحی در استاندارد AASHTO توصیه می‌شود که شامل میانگین روشنایی حفظ شده، حداقل روشنایی و نسبت یکنواختی است. میانگین روشنایی افقی حفظ شده، میانگین سطح روشنایی افقی در سطح روسازی محاسبه شده است. برای جاده‌های مستقیم، منطقه باید یک چرخه چراغ را پوشش دهد. نسبت یکنواختی به عنوان نسبت روشنایی متوسط به حداقل روشنایی در منطقه تعریف می‌شود. نسبت یکنواختی کمتر نشان دهنده تضادهای کمتر در بخش‌های روشنایی جاده است و نشان می‌دهد رانندگان بتوانند شرایط جاده را به طور مداوم راحتی بیشتر مشاهده کنند. با این حال، اگر نسبت یکنواختی در هنگام روشنایی کم بسیار کم باشد، دید می تواند کاهش یابد و تشخیص اشیا و ویژگی‌های جاده برای رانندگان دشوار شود.

در این مقاله از طریق مطالعه میدانی انواع مختلف چراغ‌ها و عملکرد چراغ‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت و با چراغ‌های HPS مقایسه شد. در مقایسه با لامپ‌های HPS 250 W، هر دو لامپ‌های LED GE 258 W و Philips 270 W حداقل روشنایی مشابه و چراغ‌های LED Horner حداقل روشنایی کمتری تولید کردند. حداکثر مقدار روشنایی تولید شده توسط این لامپ‌های LED و القایی همگی بیشتر از لامپ‌های HPS 250 W بدست آمد.

با در نظر گرفتن عملکرد نور ارائه شده در این مقاله، توصیه می‌شود که فناوری‌های روشنایی LED برای کاربردهای روشنایی جاده مورد استفاده قرار گیرند. به طور خاص، چراغ‌های LED GE 258 W ،Philips 270 W و Horner 200 W برای جایگزینی چراغ‌های HPS 250 W استفاده شوند. همچنین یکنواختی نور یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها در استفاده از تکنولوژی‌های جدید است که در این راستا توصیه می‌شود که تلاش‌های بیشتری توسط تولیدکنندگان برای افزایش یکنواختی نور برای کاربردهای روشنایی جاده‌ها با تیرهای روشنایی موجود انجام شود.