Автор: Проф. Николай Василев Във формирането на нощната светлинна градска

Автор: Проф. Николай Василев

Във образуването на нощната светлинна градска картина първостепенна е ролята на уличното осветяване. То е най-мащабното и значимо външно осветяване, което обгръща цялата територия на обитаемоте места и изпълва уличната мрежа със светлина.

Многостранни са условията към уличното осветяване в инфраструктурата на актуалния град:

- да сътвори нужните зрителни условия за безвредно придвижване на транспортни средства и на всички участници в движението;

- да увеличи пропускателния потенциал на градската пътна мрежа в тъмните вечерни часове;

- да усъвършенства нощната картина на околното градско пространство, изключително вечерно време;

- повишение на енергийната и експлоатационна успеваемост на уличните осветителни уредби.

Научно-техническият напредък в 21 век сътвори шеметни благоприятни условия за тяхното осъществяване: революционните светлодиодни светлоизточници и дигитализацията на осветлението посредством електронизация, компютъризация, автоматизация, телемениджмънт, информатика, ръководство, специфичен хардуер и програмен продукт! Много са аргументите положението на уличното осветяване у нас съществено да изостава от авангардните европейски решения:

1) Развитието на уличното осветяване в България не се реализира по авансово направен и съществено аргументиран дълготраен проект за развиване - „ Генерален план”! Провеждат се настоящи реконструкции на осветлението на разнообразни съответни улици, т.е. безпланово, „ на парче”, защото не са обединени в обща целева стратегия на общините за модерно, енергийно-ефективно и екологично осветяване.

2) Хронично незадоволителни са финансовите средства, които общините отделят за улично осветяване. Например за гр. Марсилия се отделят 19% от годишния градски бюджет за улично осветяване! А в София, Пловдив, Варна, Бургас, Русе,...?

3) Уличните осветители у нас не се почистват от време на време!, макар че за задачата не са нужни особени вложения, дипломиран личен състав и специфични механически уреди. Поради това осветителите работят с доста невисок КПД и съществено се утежнява енергийната успеваемост на уличното осветяване и се обезсмислят други вероятни ограничения за спестовност на сила.

4) Съгласно новите правила за улично осветяване БДС ЕU 13201 следва да се регистрира интензивността на транспортния трафик и скоростта на МПС. Това може да се реализира посредством адаптивно ръководство на осветлението и по този метод значително да се понижи потреблението на сила (24%, 30%, 35%, 40%, 56%..). Тази съвременна технология понастоящем сполучливо и бързо се разпространява в Европа посредством тотално дигитализиране на осветителните уредби. В България са инсталирани към 9 - 10 системи за адаптивно ръководство, само че не е известно, какъв брой от тях действително действат. Досега няма информация за вероятно осъществена от тях спестовност на електрическа енергия. Фирмите, експлоатиращи уличното осветяване, нямат финансови тласъци да покачват енергийната успеваемост!

5) Kонтрол на проектирането, построяването и употребата на осветителнитe уредби – абсолютно значимо условие за качествено и енергийно-ефективно осветяване. Tвърде постоянно проектантските решения включват субективни оценки и затова би трябвало да се ревизира да вземем за пример. избора на светлинния клас М1, М2, М3....., метода на установяване на експлоатационния фактор, по какъв начин се ползва методът CLO и други Контролът на плановите решения може да се осъществя в по-големи проектантски компании или организации, ползващи самостоятелни и способени експерти. Това у нас в този момент, през XXI век, е на практика неосъществимо, заради прекомерно ограничавания инженерен състав в в този момент съществуващите дребни проектантски компании. Сега автентичен справедлив надзор е вероятен посредством динамично премерване с подобаваща за задачата инсталация, каквато нямаме, макар че в София са инсталирани над 100 000 осветители, а в България над 1000 0000! За разлика от нашите прилежащи страни!

6) В общината на град Нюкясъл в Англия, екип от 8 професионално способени експерти управляват употребата и развиването на уличното осветяване! В коя българска община има подобен виновен работещ екип от способени инженери? А в по-малките наши градове?

След този къс обзор изводът е явен: уличното осветяване в България има огромен „ потенциал” за повишение на енергийната успеваемост, съчетано с съвременно развиване!

Научно-техническият напредък през 21 век предлага огромни и „ задължителни” благоприятни условия уличното осветяване в България да стане също „ европейско”! – при изискване, че успеем да организираме и въведем надзор на проектирането, строителството и употребата?
18.10.2018 година

Понастоящем сме съвременници на тотална цифровизация на уличното осветяване в Европа.

Задължителното решение на тези задания е съпроводено със съществени вложения и размер на употребяваната електрическа енергия:

Според The International Energy Agency през 2005 година 19% от общата консумация на електрическа енергия е за осветяване 218 ТWh, като единствено за пътно осветяване към 218 ТWh, т.е. 8% от общата консумация за осветяване [2].

Относителен дял на потреблението на електрическа енергия за улично осветяване: /Фигура 1. Електроенергийна консумация в Европа и в света 2011 - 2012 година [1,2,3,4]/

Очевидно при тези мащаби на електроенергийната консумация, енергийната успеваемост е значим проблем за уличното осветяване.

Какви са обичайните и актуалните начини и средства за решение на проблемa.

В европейската процедура развиването и контролът на външното осветяване на градовете се реализира съгласно авансово направен Генплан („ Мастер план”). В Генплана те са технико-икономически обосновани и опрeделени зa изискванията на съответния град.

Това е програмата – «политиката» на общинската администрация за развиването на външното осветяване на града през идващите 15 - 20 години. Естествено достиженията на динамичния научно-технически напредък в това време се преценяват и регистрират.

В България не се създава и употребява Генплан и затова няма дълготрайни общоградско координирани стратегии за развиване и употреба на уличното осветяване. Обикновено се реконструира осветлението на обособени улици по разнообразни мотиви и аргументи: незадоволително осветяване, неефективни светлинни източници (напр. живачни лампи), строително преустрояване на пътя и др.п. Даже нашите огромни градове нямат дълготрайна и технико-икономически обоснована „ визия” за главните насоки и стадии на развиване. Необяснимо градските общини нямат стратегии за повишение на енергийната успеваемост на уличното осветяване, макар значимостта и актуалността на казуса?

Преди няколко години Европейски Съюз одобри така наречен цел „ 20-20-20”, т.е. 20% повишение на енергийната успеваемост, 20% от силата да се получава от ВЕИ и 20% понижение на въглеродните излъчвания [1]. Сега се вкарват още по-високи условия – до 2030 година парниковите газове да се понижат с 40%!

Стандартът БДС EN 13201 е главният документ, в който са дефинирани светлинните класове М, С, Р (част 1), нормените стойности на съответните яркости и осветености (част 2), метода на тяхното пресмятане (част 3) и контролните измервания (част 4). Указаните условия наложително се извършват, което е изискване за качествено и енергийно-ефективно осветяване. Естествено това може да се подсигурява, в случай че има надзор на плановете! През 2017 година бе одобрена доста значимата и настояща част 5 „ Показатели за енергийна ефективност” на стандарта за улично осветяване БДС EN 13201. Въведени са и се пресмятат количествените индикатори за енергийна успеваемост: „ компактност на мощността” и „ годишна консумация на електроенергия”. Енергийната успеваемост се прави оценка за 6 улични профила А, В, С, D, E, F с друг моторизиран и пешеходен трафик, и няколко работни профили (със степени на димиране) - /Фигура 2. Двустепенен работен профил/

Дадени са също типични стойности на индикаторите за енергийна успеваемост за разнообразни типове светлинни източници. Изчислението на енергийната успеваемост на съответна осветителна уредба би трябвало да се организира взаимно с указаните изчислителни способи в елементи 1 и 2 на БДС EN 13201.

У нас към този момент сполучливо се употребяват фирмените изчислителни стратегии Relux Suite, DIALux, Simulationsprogramme.

Предвид релативно по-сложните калкулации, указани в стандарта, оправдано е да се проконтролират плановете?

Уличните осветители у нас не се почистват!, макар че за задачата не са нужни особени вложения, дипломиран личен състав и специфични механически уреди. Поради това осветителите работят с доста невисок КПД и съществено се утежнява енергийната успеваемост на уличното осветяване и се обезсмислят други вероятни ограничения за спестовност на сила. В промишлен регион в София бяха демонтирани осветители със степен на отбрана IP 54 след 4-годишна работа и се мери КПД=0,20! [1].

В актуалната европейска процедура почистването на осветителите се реализира посредством „ по едно и също време групово редуване на светлинните източници и разчистване на осветителните тела” на избрани стопански обосновани шпации. Обикновено най-икономичното време за замяна на групата лампи е сред 70% и 80% от номиналния им живот или през 4 000 ч., 8 000 ч., 12 000 ч. или 16 000 ч., т.е. след 1 година, 2 година, 3 година, 4 година … Срокът на групова подмяна на натриевите и метал-халогенните лампи зависи от трайността им и понижението светлинния им поток, цената на лампите и разноските за тяхната замяна. Разходите за труд при групова подмяна е по-ниска от тази на замяна на една изгоряла лампа. Освен това цената на лампата при огромно количество на групово заменените лампи е доста по-ниска от единичната ѝ цена. При груповите размени на лампи се отстраняват и други отказали съставни елементи в осветителите [1].

У нас не е възприето от време на време подменяне на към момента светещи светлинни източници с по едно и също време разчистване на осветителите и затова по този метод не може да се реализира икономически-обосновано повишение на енергийната успеваемост на уличното осветяване.

Контрол на проектирането, осъществяването и употребата на уличното осветяване. /Фигура 3. Контрол на уличното осветление/

Toва е значимо условие за качествено и енергийно-ефективно осветяване.

Контролът на плановите решения може да се осъществя в по-големи проектантски компании или организации, ползващи самостоятелни и способени експерти. Това у нас в този момент, през XXI век, е на практика неосъществимо, заради доста ограничавания инженерен състав в съществуващите относително дребни проектантски компании. Преди 50 години в огромните тогава проектантски организации - Енергопроект, Главпроект, Софпроект... бяха проведени и се организираше автентичен самостоятелен надзор на качеството на плановете: отдели за надзор към проектантските организации, препоръки за надзор на огромни планове към съответни министерства... По този метод фактически се гарантираше качеството на проектирането!

Сега автентичен справедлив надзор е вероятен посредством премерване на осъществените светлотехнически индикатори на осветителната уредба: бляскавост, осветеност, отмереност на осветлението и степен на заслепяване с показаната инсталация на Фигура 4.

Състоянието и употребата на осветителните уредби действително би трябвало да се ревизира най-малко един път годишно посредством периодически оперативни и превантивни измервания на нагоре изброените светлотехнически индикатори. Предвид актуалния доста натоварен градски транспортен трафик, ефикасен фотометричен надзор в огромните обитаеми места може да се реализира единствено с моторно транспортно средство, в което са инсталирани луксметри и фотокамери – Фигура 4. При обхождане на улиците автоматизирано се записват измерените осветености и яркости. Тези изключително нужни измервания у нас са неосъществими, защото нашата страна през 21 век не разполага с нужните средства за „ динамично” премерване, за разлика от нашите прилежащи страни! /Фигура 4. Автоматичен надзор на качеството на осветлението [1] – (a) премерване на яркости и осветености, (б) премерване на осветености/

Това е една от аргументите у нас към момента да не се правят от време на време превантивни измервания, провеждани в европейските градове за управление на редовността на детайлите на осветителните уредби и надеждността на тяхното действие.

Таблица 1. Планирани шпации на наблюдаване в Гьотеборг и Прага [1]

Тип улици

Гьотеборг

Прага

Улици в центъра

4 месеца

8 седмици

Улици в други елементи на града

6 месеца

8 седмици

Осветление в парковете

4 месеца

8 седмици

Подлези (за пешеходци и велосипедисти) през интервала 1 септември - 31 март

1 седмица

8 седмици

Чрез сигналите от жители се управляват нормално единствено изгорелите лампи.

В стандарта БДС EN 13201, за светлинните класове С и Р са признати междинни нормени осветености, надлежно 7,5 ÷ 50 lx и 2,0 ÷ 15,0 lx и минимални 0,40 lx. Точното премерване на такива ниски осветености е проблематично, защото наличните луксметри у нас не могат да се калибрират за такива ниски осветености.

Според стандарта БДС EN 13201, светлинният клас М1, М2, М3, М4 или М5 и съответната нормена бляскавост Lср за съответна улица се дефинира с Таблица 1 и наложително обхождане и оглеждане на улицата за уточняване съответните условия. Оценката на някои параметри като активност и състав на трафика и скорост на МПС е съвсем невъзможна, заради липса на статистически данни (каквито нормално се дават в Генплана), а също така изборът на цената на тегловия коефициент m е самостоятелна преценка на проектанта. Поради тази несигурност нормално плановото решение е „ застраховано “ с избор на по-голяма нормена бляскавост. Това явно е непотребен преразход на сила, който не може да се оправдае с по-безопасен транспортен трафик [5, 6].

В взаимозависимост от състава на пътната настилка са вероятни 4 отражателни светлотехничеки общоприети характерности: R1, R2, R3, R4. У нас обичайно се приема, че настилката е R3, защото нямаме рефлектометър, с цел да измерим и установим действителната общоприета характерност R? Следователно под въпрос е определянето на действителните яркости и точността на плана? Свидетели сме на сходен проблем при изясняване състава на пътната настилка при трагичната злополука при Своге!

Как се взема решение тази задача в Германия? Фирмата, която ще проектира и инсталира новата осветителна уредба показва пример на пътната настилка, която ще употребява. След довеждане докрай на монтажа на новата уредба се ревизира еднаквостта на образеца с положената нова настилка! Това към този момент у нас е невероятно?

Сравнително постоянно в нашите улични осветителни уредби се инсталират по 2 осветителя на дирек, вместо един по-мощен осветител! Това е по-скъпо решение, съпроводено с по-голяма консумация на сила и по-трудоемка и скъпа употреба. Освен това двата осветителя са насочени един по отношение на различен нормално под ъгъл 60о, заради което част от светлинния им поток е ориентиран на открито от уличното платно и към прозорците на прилежащите здания? /Фигура 5. Разположение на двата осветителя/

Необходим е надзор на качеството на доставената инсталация: светлинни източници, осветителни тела, дросели, драйвери, контролери, датчици, детектори… Обичайна процедура е да се избират най-евтините детайли. По същите съображения например определените в плана осветители постоянно се подменят от вложителя с други по-евтини! Техните параметри естествено са разнообразни и няма да бъдат спазени нормените светлотехнически условия, само че това не основава проблеми у нас, тъй като няма механически надзор?

Съществуващите осветителни уредби са проектирани най-вече с „ коефициент на запаса”. Сравнително наскоро се размени с „ експлоатационен фактор” - MF. Неговата стойност зависи от типа и производителя на светлинния източник и осветителя, продължителността на работния цикъл, степента на отбрана на осветителя и на замърсеността на околната среда L, M, H.

Фирмените данни за експлоатационен фактор MF са за групова подмяна на светлинните източници след 8 000, 12 000 или 16 000 часа! Следователно не могат да се употребяват за натриеви, метал-халогенни или индукционни лампи, защото у нас те не се почистват! За светлодиодни осветители може да се употребява таблицата на CIE за установяване на MF, в случай че въпреки всичко се одобри някакъв период на разчистване [7].

При планиране на осветителни уредби с „ непрекъснат светлинен поток “ – CLO и подобаващ драйвер е допустима спестовност на сила, например 16%, само че след очакван и сбъднат период на разчистване, който у нас нормално се икономисва!

Новият стандарт за улично осветяване БДС EN 13201 дава опция равнището на бляскавост и осветеност да бъде съобразено с метеорологичните условия, размера и състава на транспортния трафик и скоростта на придвижване на МПС. Това се осъществя със системи за адаптивно ръководство на уличното осветяване и по този метод се лимитира потреблението на електрическа енергия в разнообразни времеви зони (Фигура 6), без да се утежнява качеството на осветлението. Tе се дефинират експертно въз основа на статистически проучвания, каквито у нас до момента не са правени. Нашите проектанти ги правят оценка субективно и затова напълно ориентировъчно. /Фигура 6. Времеви зони и равнища на съкращаване (димиране) на осветлението/

По тези съображения адаптивното ръководство на уличното осветяване откри необятно приложение в доста страни. Няколко годишния интернационален опит е съпроводен с съответна информация за доста понижаване на годишната консумация на електрическа енергия 24%, 30%, 35%, 40%, 56%....! [8,9,10,11,12]

В България са инсталирани към 9 - 10 адаптивни системи за адаптивно ръководство, само че не е известно какъв брой от тях действително действат.
Досега обаче няма никаква информация за вероятно осъществена от тях спестовност на електрическа енергия! Фирмите, експлоатиращи уличното осветяване нямат финансови тласъци да покачват енергийната успеваемост! Консумираната от тях сила ежемесечно тотално се заплаща от общината. В договорните клаузи сред общините и компаниите не са предвижват поощрения за усъвършенствана енергийна успеваемост. Това е значим проблем за енергийната политика на общините като притежател на уличното осветяване.

В идната Таблица 2 са съпоставени съотношенията на разноските за употребявана енергия/експлоатация и възстановяване на уличното осветяване в няколко европейски страни и в София.

Таблица 2. Съотношение на разноските за електрическа енергия и за употреба на улично осветяване [1]

Велико-британия

Испания

Норвегия

Франция

Швеция

София

Разходи за енергия/ употреба

45/55

31/69

30/70

43/57

44/56

65/35

Какви хипотетични констатации могат да се създадат?

В София относителните разноски за сила са най-големи и може да се допусна незадоволително ефикасно потребление на електрическата сила? Относително по-ниските експлоатационни разноски могат вероятно да се обяснят с незадоволително модерно техническо обзавеждане, непълен и доста по- едва обезщетен експлоатационен личен състав и по-ограничени мащаби на модернизиране на осветителните уредби? В общината на град Нюкясъл във Англия, екип от 8 професионално способени експерти управлява употребата и развиването на уличното осветяване! В коя българска община има подобен виновен работещ екип от способени инженери? А в по-малките градове?

След този обстоен обзор изводът е явен: уличното осветяване в България има огромен „ потенциал” за повишение на енергийната успеваемост, съчетано с съвременно развиване!

Научно-техническият напредък през 21 век предлага огромни и „ задължителни” благоприятни условия уличното осветяване в България да стане също „ европейско”! (светлодиоди, нови оптични системи, електроника, автоматика, телекомуникационни системи, дигитилизация на осветлението).

Неговото реализиране е извънредно виновна и комплицирана задача. Уличното осветяване на огромен град е импозантно по мащабност, с многокомпонентно осъществяване и комплицирани и доста виновни функционални условия, огромна консумация на сила и огромни финансови разноски.

Възможни стадии на осъществяване:

- Обстойно изследване на положението на уличното осветяване за съответния град;

- Изготвяне на общоприет проект (Генплан) с стратегия за модерно светлотехнически качествено, екологично, енергийно-ефективно и стабилно улично осветление; потребление на достиженията на научно-техническия прогрес;

- Обезпечаване на финансирането на осъществяването на Генплана (преодоляване на хроничното досега)

- Дигитализацията на осветлението към този момент се реализира с професионално способен състав от експерти по светлотехника, електроника, автоматика, телекомуникация, дигитилизация.

- Контрол на проектирането, строително-монтажните работи и употребата на уличното осветяване от самостоятелни способени специалисти;

- Осигуряване на модерна инсталация за контролни измервания.

Литература
1. Н. И. Василев, К. М. Късев, Интелигентно външно осветяване с адаптивно ръководство, Изд.”Авангард Прима “, София, 2015
2. International Energy Agency, Policies for Energy - Efficient Lighting, 2006
3. Philips, The Climate Group, Lighting the Clean Revolution, 2012
4. Енергийна тактика на България до 2020 година, Дъждовни води, 43/2011 година
5. Хармонизирани европейски правила за улично осветяване, БДС EN 13201
6. CIE 115:2010, “Осветление на пътища с трафик на моторни транспортни средства и пешеходци “
7. CIE 154:2003, The Maintenance of outdoor Lighting Systems
8. J. Haller, Eine Zukunftloesung fuer fuer die Beduerfnisgerechte Beleuchtung der oefentliche Raumes, Lichttagung 2016, Karlsruhe
9. G. Rossi, P. Iacomussi, A. Mancinelli, P. Di Lecce, Adaptive System in Road Lighting Installations, Light Engineering, 4/2015
10. B. Buyukkinaci, S. Onaygil, O. Guler, M. Berker Yurtseven, Y. Dursun, Road Lighting Control According to EN 13201-1, Balkan Light 2018, Sofia
11. P. Stieler, S. Lorenc, Ehrfahrung zur dynamischen Beleuchtungs steuerung aus dem Realbetrieb, 11 Tagung, Stadt – und Aussen, Lichttagung Dresden 2017
12. L. Guo, M. Eloholma, L. Halonen, Lighting Control Strategies for Telemanagement Road Lighting Control Systems, The Journal of the Illuminating Engineering Society of North America, 4/2007

30 август 2018 година