5. Các bƣớc thực hiện
3.1.1. Lịch sử phát triển của chiếu sáng đƣờng và phố
Các phƣơng tiện giao thông trên đƣờng và phố rất đa dạng về chủng loại, không chỉ ở nƣớc ta mà ở tất cả các nƣớc trên thế giới. Thực tế ở nƣớc ta hiện nay và cả trong tƣơng lai gần, trên đƣờng giao thông có đủ loại phƣơng tiện cùng lƣu hành, bao gòm xe có động cơ, xe đạp, ngƣời đi bộ và kể cả ngƣời gồng gánh và các loại xe thô sơ khác. Vì vậy, khi thiết lập yêu cầu và tiêu chuẩn chiếu sáng đƣờng ở Việt Nam hiện tại cần xét đến tình trạng này.
Trƣớc đây khi mới phát minh ra đèn điện, việc chiếu sáng chỉ nhằm mục đích là đẩy lùi bóng tối. Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, chất lƣợng đƣờng phố ngày càng nâng cao, phƣơng tiện giao thông ngày càng đông đúc… Tất cả những vấn đề trên đã đặt ra một thách thức vô cùng lớn cho việc thiết kế hệ thống chiếu sáng đƣờng phố, vì việc chiếu sáng theo cách cổ điển không còn đảm bảo đƣợc an toàn giao thông. Ngày nay, các loại hình chiếu sáng ngày càng đa dạng phong phú, tính thẩm mỹ và tiện nghi ngày càng nâng cao; chiếu sáng các công trình giao thông, chiếu sáng cảnh quan, chiếu sáng quảng cáo, trang trí và chiếu sáng không gian lễ hội ngày càng đƣợc quan tâm góp phần cải thiện bộ mặt đô thị.
Chiếu sáng đƣờng giao thông bao gòm cả chiếu sáng các nút giao thông (cùng mức, khác mức), chiếu sáng các cầu, đƣờng trên cao, chiếu sáng các đƣờng hầm, đƣờng ngầm.
Chiếu sáng đƣờng phố ở trên thế giới đã có lịch sử hoảng 450 năm với ba mục tiêu cơ bản đƣợc thừa nhận:
- Giảm tội phạm đƣờng phố - Làm đẹp đô thị.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 46 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
- Bảo đảm giao thông an toàn
Để chống trộm cƣớp, đƣờng phố Paris đƣợc lắp đèn chiếu sáng vào loại sớm nhất vào năm 1558. Tệ nạn này đến nay vẫn còn xảy ra trên khắp thế giới và mục đích này của chiếu sáng vần còn tồn tại. Bốn vòng cung ánh sáng khổng lồ đặt trên đỉnh tòa thánh ở Wabash, Indian năm 1880 đƣợc coi là nguồn sáng điện làm đẹp đầu tiên. Từ những năm 1900 các tai nạn giao thông đã xảy ra thƣờng xuyên khi xe ngựa kéo bắt đầu hoạt động trong đô thị. Năm 1936-1937 Hội đồng chiếu sáng công cộng (Public Lighting Commission) ở Detroit (Mỹ) đã lắp đặt cải tiến chiếu sáng cho 31 dặm đƣờng phố thƣờng xảy ra tai nạn giao thông nghiêm trọng, và công bố tỉ lệ tai nạn tử vong giữa ban đêm và ban ngày nhƣ sau:
-Trƣớc lắp đặt: 7 tử vong đêm/1 tử vong ngày -Sau lắp đặt: 1,4 tử vong đêm/1 tử vong ngày.
Theo thống kê nững năm 1980 ở Mỹ có 60% tai nạn giao thông tử vong vào ban đêm. Vì vậy ngày nay chiếu sáng để đảm bảo an toàn giao thông vẫn đƣợc coi là mục tiêu quan trọng nhất.
Tuy nhiên 1000 năm trƣớc đây ngƣời Syria đã biết dùng đèn dầu đặt trong giỏ sắt để chiếu sáng đƣờng phố ban đêm. Các đƣờng phố London và Paris từ những năm 1400- 1700 đã đƣợt chiếu sáng bằng những đèn lồng thắp nến (là một kiểu đèn dầu đƣờng phố có ống thủy tinh dẫn khói phổ biến ở Châu Âu những năm 1850).
Sự phát triển tiếp theo là những đèn đốt bằng hơi gas, bằng dầu hỏa vào nửa cuối những năm 1800 là bằng điện, mở đầu cho thời kỳ phát triển chiếu sáng đƣờng phố hiện đại tới ngày nay.
Đèn điện dùng cực than do Humphrey Davy thực hiện đầu tiên ở Anh năm 1800, nhƣng đƣợc áp dụng đầu tiên năm 1870 và đƣợc cải tiến sử dụng đến giữa những năm 1930. Đèn nung sáng đƣợc Edison phát triển sợi đốt bằng than năm 1879, nhƣng đến năm 1899 mới có hệ thống duy nhất 650 đèn lắp trên cột sắt dọc phố thƣơng mại Flint, ở Michigan (Mỹ). Đèn phóng điện Natri thấp áp cho ánh sáng màu vàng áp dụng năm 1934. Đèn phóng điện hơi thủy ngân thấp áp do Peter Cooper – Hewitt phát triển năm 1901, nhƣng đến năm 1934 mới phát triển rộng rãi. Tiếp theo là các loại đèn huỳnh quang (giữa những năm 1960) tiếp tục đƣợc phát triển sử dụng cho đến ngày nay.
3.1.2. Mục đích và yêu cầu chiếu sáng đƣờng phố
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 47 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
a. Tạo môi trƣờng ánh sáng tốt, giúp ngƣời lái xe xử lý nhanh chóng, chính xác các
tình huống xảy ra trên đƣờng, đảm bảo lái xe an toàn với tốc độ quy định.
b. Bảo đảm an toàn cho mọi phƣơng tiện và con ngƣời lƣu thông trên đƣờng, giảm
đến mức thấp nhất tai nạn giao thông.
c. Bảo đảm an ninh cho ngƣời đi bộ, đi xe đạp và xe máy lƣu thông trên đƣờng phố.
d. Chỉ dẫn giao thông (dẫn đƣờng).
e. Làm đẹp cảnh quan đô thị ban đêm.
Yêu cầu:
Chiếu sáng đƣờng giao thông phải làm lộ rõ tất cả các đặc điểm của đƣờng và của dòng giao thông, bao gòm các phƣơng tiện giao thông chạy trên đƣờng, ngƣời đi bộ, biển báo, vật chƣớng ngại và cả cảnh sát.
Các hệ thống đèn phải có hình thức hài hòa cả ban ngày và ban đêm, đồng thời phải quan tâm ảnh hƣởng của nó tới cảnh quan đô thị.
3.1.3. Đặc điểm sự nhìn của ngƣời lái xe trên đƣờng
a. Độ tƣơng phản giữa vật cần nhìn và nền: là yếu tố cơ bản quyết định khả năng
nhận ra ngƣời, vật hoặc chƣớng ngại trên đƣờng. Độ tƣơng phản là do độ chói khác nhau tạo ra. Để thấy đƣợc vật cần tạo đƣợc một độ tƣơng phản tối thiểu, gọi là độ tƣơng phản ngƣỡng.
b. Kích thƣớc của vật: vật có kích thƣớc càng nhỏ, càng khó nhận ra.
c. Thời gian quan sát: ngƣời lái xe chuyển dộng vói vận tốc lớn hơn rất nhiều so với
ngƣời đi bộ, do đó thời gian quan sát cũng sẽ giảm đi rất nhiều, thêm vào đó là có nhiều nguy cơ tiềm tàng và bất ngờ có thể xuất hiện trên đƣờng nhƣ: ngƣời qua đƣờng, xe đỗ trên đƣờng, ánh sáng của các xe khác…
d. Điều kiện thời tiết: mƣa, bão, đƣờng ƣớt, sƣơng mù, bụi cát… có thể ảnh hƣởng
lớn đến khả năng nhìn của ngƣời lái xe. Ví dụ khi đƣờng ƣớt độ chói của đƣờng sẽ không đều, có thể gây lóa mắt.
Trong các yếu tố kể trên, yếu tố độ tƣơng phản và kích thƣớc vật liên quan đến đặc điểm sinh lí, khách quan trong đó độ tƣơng phản có tính quyết định. Hai yếu tố sau mang tính vật lý, khách quan.
3.1.4. Yêu cầu và tiêu chuẩn đánh giá chiếu sáng đƣờng
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 48 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Độ chói mặt đƣờng là trị số trung bình của độ chói (cd/m2) trên toàn bộ diện tích
mặt đƣờng quan sát của ngƣời lái xe. Diện tích mặt đƣờng quan sát từ chỗ ngồi của ngƣời
lái xe (lấy cao 1,5m so với mặt đƣờng) phụ thuộc vận tốc xe, với góc nhìn 1,5o
đến 0,5o
(60m-160m phía trƣớc).
Độ chói (L) tại một điểm của mặt đƣờng phụ thuộc vào cƣờng độ của ánh sáng phản chiếu từ một đơn vị diện tích của mặt đƣờng tại điểm đó tới mắt ngƣời quan sát. Độ chói của mặt đƣờng tỉ lệ với độ rọi ngang E mặt đƣờng nhận đƣợc và tính phản xạ của nó.
L=q.e
Trong đó: q: hệ số độ chói của điểm khảo sát. Nó phụ thuộc vào hƣớng chiếu sáng của đèn và hƣớng quan sát, q thay đổi theo 4 góc: α (góc quan sát của ngƣời lái xe so với mặt phẳng ngang), β (góc giữa mặt chiếu sáng và mặt quan sát), γ (góc chiếu của ánh sáng trong phƣơng đứng), δ (góc giữa hƣớng quan sát và trục đƣờng). Ta có thể viết q(α,β,γ,δ).
Tuy nhiên đối với ngƣời lái xe, α = 0,5o
-1,5o, nên sự phụ thuộc của q theo α là
không đáng kể. mặt khác phần lớn mặt đƣờng khá đồng đều nên sự phụ thuộc vào γ cũng
đƣợc bỏ qua. Ta có thể viết lại biểu thức của hệ số q(β, γ). Theo quan hệ giữa độ rọi E và khoảng cách ta có:
E=I(ci,γi).cos3γi/h2
Do đó: L=I(ci, γi).q(β,γ).cos3γi/h2
Công thức độ chói mặt đƣờng theo cƣờng độ sáng I, độ cao h và hệ số giảm độ chói r: L=I(ci, γi).r(β,tgγ)/h2
Hệ số độ chói q và hệ số giảm độ chói r phụ thuộc đặc điểm phản xạ của mặt đƣờng. Hai loại phản xạ mặt đƣờng để nhận nhất là khuyếch tán và định hƣớng (phản xạ gƣơng). Phần lớn các mặt đƣờng giao thông có đặc điểm phản xạ nằm giữa hai loại này.
Khi quy định tiêu chuẩn độ chói yêu cầu của mặt đƣờng phải căn cứ vào:
Đặc điểm dòng giao thông trên đƣờng (lƣu lƣợng xe, vận tốc cho phép của
dòng xe)
Đặc điểm đƣờng giao thông: mặt đƣờng sáng hay tối, có dải phân cách hay
không, có hay không có nhà cửa hai bên đƣờng, có bến xe trên đƣờng hay không.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 49 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Khi độ chói không đều, trên mặt đƣờng sẽ tạo thành những mảng sáng tối xen kẽ, làm giảm khả năng phát hiện các chƣớng ngại vật, che giấu các mối hiểm họa. Để ngƣời lái xe có thể nhanh chóng phát hiện các vật chƣớng ngại, các hiểm họa phía trƣớc, thì sự đồng đều độ chói theo phƣơng dọc là hết sức quan trọng. Mặt khác để ngƣời lái xe có thể nhanh chóng nhận ra, ví dụ một ngƣời đi bộ sắp bƣớc vào làn đƣờng của mình thì độ đồng đều độ chói trên toàn bộ mặt đƣờng là rất cần thiết.
Theo phƣơng dọc đƣờng, độ chói đƣợc xem xét tại nhiều điểm giữa hai cột đèn (cách khoảng 5m), theo phƣơng ngang ít nhất hai điểm trên làn xe chạy.
Độ đồng đều của độ chói đƣợc đánh giá theo độ đồng đều chung Uo và độ đồng đều
dọc U1.
Uo=Lmin/Ltb U1=Lmin/Lmax
Trong đó Lmin, Lmax, Ltb tƣơng ứng là độ chói cực tiểu, cực đại và trung bình tại các
điểm khảo sát.
c) Hạn chế lóa:
Hiện tƣợng lóa làm giảm thị lực của mắt ngƣời do sự xuất hiện trong trƣờng nhìn của ngƣời quan sat một nguồn sáng có độ chói cao, dẫn đến làm giảm khả năng nhìn thấy vật, dễ dàng gây ra tai nạn. Nói chung lóa gây ra do chính độ chói cao của đèn chiếu sáng tới mắt ngƣời, nhƣng cũng có thể do các nguồn sáng khác nhƣ đèn quầy hàng, biển hiệu, quảng cáo, biển chỉ dẫn có cƣờng độ sáng quá cao.
Có hai loại lóa là lóa không tiện nghi và lóa mờ. Đối với chiếu sáng đƣờng phố hai loại lóa này có ảnh hƣởng quan trọng đến sự nhìn và có khả năng gây tai nạn, cần xem xét cẩn thận để đề ra yêu cầu cụ thể khống chế chúng.
Lóa không tiện nghi gây khó chịu, không thoải mái, nhƣng không gây rối sự nhìn. Đối với đƣờng đi bộ, lóa không tiện nghi đƣợc đánh giá bằng chỉ số lóa D, phụ thuộc
cƣờng độ sáng I của đèn mọi hƣớng dƣới góc 85o (so với phƣơng thẳng đứng) và diện
tích hình bao A (m2) của phần phát sáng của đèn nhìn theo hƣớng vuông góc với I.
D=I.A-0,5 (cd/m)
Lóa mờ còn gọi là lóa sinh lý, quấy rối sự nhìn, nhƣng không gây cảm giác khó chịu. Khi xảy ra lóa mờ, nguồn gây lóa tạo ra một màng sáng mờ, giống nhƣ một tấm voan mỏng, phủ lên võng mạc làm giảm độ tƣơng phản của các hình ảnh đƣợc chiếu lên đó. Khi đó muốn nhìn rõ vật, ngƣỡng tƣơng phản độ chói cần đƣợc tăng lên. Độ chói làm
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 50 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
mờ hình ảnh trên võng mạc gọi là độ chói che phủ (Ls), còn giá trị tăng thêm độ tƣơng
phản gọi là độ tăng ngƣỡng (TI).
Độ tăng ngƣỡng TI đƣợc tính theo phần trăm (%). Độ chói che phủ Ls là do ánh
sáng nguồn gây lóa tới mắt ngƣời, tạo ra một độ rọi EL trên mặt phẳng vuông góc với tia
nhìn. Ls=K.(EL/θ2) cd/m2.
K: hằng số, phụ thuộc chủ yếu vào tuổi ngƣời lái xe, có thể lấy trung bình bằng 10 cho độ tuổi lái xe phổ biến.
EL: độ rọi trên con ngƣơi của mắt ngƣời quan sát theo hƣớng vuông góc với tia nhìn,
lux.
θ: góc tạo bởi tia nhìn và pháp tuyến nguồn gây lóa. 1,5o< θ<30o.
khi độ chói mặt đƣờng Lm=0,05-5 cd/m2.
TI=65(Ls/Lm) Lm>5: TI=95(Ls/Lm)
Nhƣ vậy độ tăng ngƣỡng TI tăng tỉ lệ thuận với độ chói che phủ và tỉ lệ nghịch với độ chói mặt đƣờng. Để đảm bảo an toàn, độ tăng ngƣỡng TI phải giữ trong phạm vi 10-20%, khi độ tăng ngƣỡng TI lên đến 40% sự an toàn giao thông trên đƣờng bị đe dọa thật sự.
3.1.5. Nguồn chiếu sáng đƣờng phố
Để chiếu sáng đƣờng phố có thể dùng nhiều loại bóng đèn khác nhau.
Đèn dùng bóng nung sáng từ 100 đến 1000W trƣớc đây còn sử dụng, nhƣng nay ít nhà thiết kế để ý đến do nhiều hạn chế của chúng về kinh tế và về kỹ thuật.
Ngày nay ngƣời ta thƣờng dùng đèn với bóng Natri cao áp từ 100, 150, 250 đến 400 và đèn hơi thủy ngân 250W để chiếu sáng các đƣờng cao tốc, đƣờng lớn, đƣờng mạng lƣới, đƣờng thành phố và cả đƣờng nông thôn. Các đèn dung bóng natri cao áp 70, 100W và đèn hơi thủy ngân 125W đƣợc dùng chiếu sáng các đƣờng phố chính, phố phụ ở thành phố và ở các thị trấn, thị xã, các bãi để xe, khu nhà ở.
Đèn dùng bóng huỳnh quang 18, 36, 58W thƣờng hay dùng chiếu sáng các đƣờng hầm, các lối đi ngầm và các đƣờng oto lớn nhỏ, đèn với bóng compact huỳnh quang từ 9 đến 18W cũng thƣờng đƣợc dùng chiếu sáng bên ngoài (lối vào các tòa nhà, sân trong, vùng nhà ở, bãi đỗ xe ngầm,…)
Các đèn sử dụng trong chiếu sáng đƣờng phố thƣờng đƣợc quan tâm những đặc điểm sau đây:
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 51 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Đặc điểm quang học: liên quan đến các chi tiết phản xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán và cấu tạo để điều chỉnh bóng đèn.
Cấu tạo điều chỉnh cho phép sử dụng nhiều bóng đèn công suất khác nhau hoặc để thay đổi đặc điểm phân bố quang thông của đèn với các mục đích:
- Đặt bóng đèn vào đúng vị trí quang học.
- Điều chỉnh phân bố quang thông của đèn trên bề mặt cần chiếu sáng.
2. Đặc điểm cách điện: thƣờng có loại I và II.
3. Đặc điểm cơ học: chống xâm nhập bụi, nƣớc vào đèn. Thƣờng ký hiệu bằng chữ
IP, phía sau có hai con số, số thứ nhất cho cấp chống xâm nhập bụi, số thứ hai là cấp chống xâm nhập nƣớc.
4. Đặc điểm về nhiệt: điều kiện làm việc của đèn và chấn lƣu theo nhiệt độ.
5. Đặc điểm thẩm mỹ: vẻ đẹp cả ban đêm và ban ngày.
6. Đặc điểm phân bố quan thông và cƣờng độ sáng: có liên quan đến sự phân loại
đèn và tính toán chiếu sáng đƣờng.
Đƣờng cong phân bố cƣờng độ sáng:
Ngƣời ta sử dụng hệ tọa độ C-γ để biểu diễn phân bố cƣờng độ sáng của đèn đƣờng: các hƣớng phân bố cƣờng độ sáng trong không gian đƣợc xác định bởi hai tọa độ C và γ. Điểm không (0), gốc tọa độ (C, γ) là tâm quang học của đèn.
Các mặt thẳng đứng “C” quay quanh trục đứng gốc: trục dọc đƣờng tƣơng ứng C=0o
và C=180o, trục ngang đƣờng tƣơng ứng C=90o
và C=270o.
Các góc nghiêng trên mỗi mặt phẳng thẳng đứng biểu thị bằng “γ” mà đỉnh là tâm
quang học của đèn. γ=0o
khi trục đứng hƣớng xuống dƣới, γ=180o khi trục đứng hƣớng
lên trên.
Biểu đồ phân bố cƣờng độ sáng của đèn thể hiện trị số cƣờng độ sáng (theo cd) đối với quang thông tiêu chuẩn 1000lm tƣơng ứng với một hoặc nhiều mặt phẳng đứng “C”,
trong đó đặc biệt quan tâm mặt phẳng theo phƣơng dọc đƣờng (C=0o và C=180o), theo
phƣơng ngang (C=90 o và C=270 o)và theo phƣơng có cƣờng độ cực đại, gọi là phƣơng
chính. Phân bố cƣờng độ sáng của đèn có thể thể hiện dƣới dạng một bảng ma trận hoặc theo dạng biểu đồ.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 52 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Hình 3.1: Hệ thống trục tọa độ C-γ
Phân loại đèn theo đặc điểm quang học:
Theo đặc điểm phân bố cƣờng độ sáng: phân loại đèn theo vùng phân bố quang