5. Các bƣớc thực hiện
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
thông cực đại (giữa Imax và 90% Imax, tƣơng ứng với γmax và γ90) theo phƣơng dọc và
ngang của đƣờng.
Theo phƣơng dọc của đƣờng, phân làm ba loại: ngắn, trung bình và dài:
Loại Ngắn Trung bình Dài
Theo góc γmax γmax<60o 60o ≤ γmax ≤ 70o γmax > 70o
Theo độ dài P P<1,73h 1,73h ≤ P ≤ 2,75 P > 2,75h
Bảng 3.1: Phân loại đèn theo phƣơng dọc của đƣờng.
Theo phƣơng ngang phân thành ba loại: hẹp, trung bình và rộng (C=90o
).
Loại Hẹp Trung bình Rộng
Theo góc γ90 γ90 <45o 45o ≤ γ90 ≤55o γ90 > 55o
Theo độ rộng D D<1h 1h ≤ D ≤ 1,43 D > 1,43h
Bảng 3.2: Phân loại đèn theo phƣơng ngang của đƣờng
Theo chỉ số kiểm soát lóa ISL: chia thành ba loại đèn: thấp, trung bình và cao.
Kiểm soát lóa Thấp Trung bình cao
ISL ISL < 2 2 ≤ ISL ≤ 4 ISL > 4
Bảng 3.3: Chỉ số kiểm soát ISL
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 53 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Theo khả năng gây lóa không tiện nghi phân chia thành ba kiểu đèn chiếu sáng phụ thuộc hƣớng có cƣờng độ cực đại: kiểu (đƣợc) che hoàn toàn, kiểu nửa che và kiểu không (đƣợc) che.
Đèn không đƣợc che rất chói mắt nên không thể dùng để chiếu sáng đƣờng phố. Có thể dùng kiểu này trong các công viên, các đƣờng cho ngƣời đi bộ.
Đèn đƣợc che hoàn toàn tránh đƣợc chói lóa, thƣờng áp dụng cho đèn dùng nguồn sáng điểm.
Đèn nửa che thƣờng dùng cho loại đèn ống có độ chói nhỏ nhƣ đèn huỳnh quang, đèn hơi natri áp thấp. Kiểu đèn Hƣớng Imax Cƣờng độ lớn nhất theo hƣớng 90o Cƣờng độ lớn nhất theo hƣớng 80o
Che hoàn toàn Nửa che Không che 0-60o 0-75o 0-90o 10 cd/1000lm 50cd/1000lm 100cd/1000lm 30 cd/1000lm 100cd/1000lm
Bảng 3.4: Phân loại đèn theo khả năng gây lóa không tiện nghi
3.1.6. Thiết kế chiếu sáng đƣờng phố
Với sự tiến bộ của khoa học chiếu sáng, các phƣơng pháp thiết kế chiếu sáng đƣờng phố cũng ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn.
Kỹ thuật chiếu sáng đƣờng phố có thể coi bắt đầu đánh dấu từ năm 1940, khi có một hƣớng dẫn quốc tế đầu tiên nhằm đảm bảo một độ rọi đồng đều trên đƣờng phố. Chính nó đặt nền móng cho sự phát triển của khoa học chiếu sáng sau này.
Năm 1965, CIE cho công bố một phƣơng pháp tính toán chiếu sáng đƣờng phố nổi tiếng có tên là “phƣơng pháp tỉ số R”, trong đó khái niệm độ rọi đã đƣợc thay thế bởi khái niệm độ chói mặt đƣờng. Đó là một bƣớc tiến đáng kể bởi vì cùng với khái niệm mới, đã có sự tham gia của hiện tƣợng tƣơng phản và sự cảm thụ của mắt.
Năm 1975, CIE lại công bố tiếp “phƣơng pháp độ chói điểm”, cho phép thực hiện các tính toán trên máy tính điện tử độ chói của từng điểm của một phƣơng pháp thiết kế. Phƣơng pháp độ chói điểm đƣợc dùng để kiểm tra lại chất lƣợng của hệ thống chiếu sáng đã thiết kế.
3.1.6.1. Thiết kế sơ bộ chiếu sáng đường phố
Các nội dung chiếu sáng: - Chọn kiểu bố trí đèn
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 54 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
- Chọn kiểu đèn và khoảng cách giữa chúng. - Xác định công suất của đèn
Các kiểu bố trí đèn:
Kiểu bố trí đèn có ảnh hƣởng đến mức độ đồng đều độ chói trên mặt đƣờng và khả năng chỉ dẫn cho ngƣời lái xe. Có năm kiểu bố trí đèn chính:
1) Kiểu đơn phƣơng (một bên)
Kiểu đơn phƣơng: bố trí đèn chỉ theo một phía của đƣờng giao thông. Điều kiện áp dụng: - Khi đƣờng phố tƣơng đối hẹp.
- Khi có cây cối ở một phía đƣờng.
- Khi có đoạn đƣờng uốn cong. Lúc đó nhất thiết phải bố trí đèn ở phía ngoài đƣờng cong nhằm chỉ dẫn ngƣời lái xe.
Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ chói theo phƣơng ngang: h ≥ l.
Hình 3.2: Bố trí đèn kiểu một bên (đơn phƣơng)
2) Kiểu so le:
Áp dụng khi đƣờng phố có hai chiều chuyển động. Khi đó độ đồng đều chung của độ chói sẽ tốt hơn. Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ chói theo phƣơng ngang: h≥2/3l
Hình 3.3: Bố trí đèn kiểu so le
3) Kiểu đối mặt:
Áp dụng khi chiều rộng của đƣờng giao thông quá lớn. yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ chói theo phƣơng ngang là: h≥0,5l
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 55 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
4) Kiểu trục giữa:
Hình 3.5: Bố trí đèn kiểu trục giữa
Áp dụng khi có đƣờng đôi, ở giữa có dãy phân cách. Yêu cầu để đảm bảo dồng đều độ chói theo phƣơng ngang là: h≥l.
Với: h: độ cao đèn so với mặt đƣờng. l: chiều rộng của đƣờng
5) Kiểu bố trí đèn hai phía:
Áo dụng cho đƣờng đôi có dải phân cách chiều rộng lớn. Yêu cầu đảm bảo đồng đều độ chói theo phƣơng ngang: h≥l.
Hình 3.6: Bố trí đèn kiểu hai phía
Xác định khoảng cách cực đại giữa các đèn:
Khoảng cách giữa các đèn có ảnh hƣởng đến sự đồng đều độ chói theo phƣơng dọc của đƣờng giao thông, nó phụ thuộc vào:
- Kiểu đèn. - Kiểu bố trí đèn. - Độ cao đặt đèn.
Khoảng cách cực đại giữa các đèn emax có thể đƣợc xác định từ tỷ số (e/h)max:
Kiểu bố trí đèn (e/h)max theo kiểu đèn
Che hoàn toàn Nửa che
Đơn phƣơng, đối mắt So le 3 2,7 3,5 3,2 Bảng 3.5: Xác định tỉ số (e/h)max Khoảng cách cực đại giữa các đèn:
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 56 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Xác định quang thông yêu cầu của đèn (phƣơng pháp tỉ số R)
R: là tỷ số giữa độ rọi trung bình và độ chói trung bình của mặt đƣờng. R=Etb/Ltb Kiểu đèn R Mặt đƣờng bêtong Mặt đƣờng phủ (áo phủ) Mặt đƣờng lát Sạch Bẩn Sáng Trung bình Tối
Che hoàn toàn Nửa che 12 8 14 10 14 10 20 14 25 18 18 13 Bảng 3.6: Tỷ số R
Do độ chói trung bình của mặt đƣờng đã đƣợc quy định theo tiêu chuẩn, nên độ rọi thực tế phải càng cao nếu mặt đƣờng càng tối. Vì vậy trong phần lớn trƣờng hợp đƣợc khuyến cáo nên dùng mặt đƣờng sáng màu.
Độ rọi trung bình trên mặt đƣờng thực tế xác định bằng công thức:
Etb=R.Ltc. Trong đó: Ltc là độ chói tiêu chuẩn.
Quang thông cần thiết của đèn để đảm bảo độ chói yêu cầu:
Fd=(l.e.LtcR)/(VU)
Trong đó: l và e: các kích thƣớc của đƣờng
Ltc: độ chói tiêu chuẩn của mặt đƣờng.
R: tỷ số thực nghiệm
U: hệ số lợi dụng quang thông của đèn V: hệ số suy giảm quang thông.