Sự hiểu biết và lựa chọn một cỏch chớnh xỏc cỏc thiết bị chiếu sỏng cũng như cỏc thành phần của nú là một điều hết sức cần thiết cho kết quả tổng hợp của cụng việc thiết kế chiếu sỏng đường phố. Cỏc thiết bị chiếu sỏng trong chiếu sỏng đường phố cú thể được chia thành 3 nhúm sau:
+ Hệ thống điện: gồm ballast (chấn lưu), dõy dẫn, bộ điều khiển quang điện và một số thiết bị khỏc.
Cỏc đốn phúng điện khớ dựng trong chiếu sỏng đường luụn đũi hỏi phải cú cỏc bộ mồi và chấn lưu để khởi phỏt và ổn định chế độ hoạt động cho đốn. Cỏc chấn lưu được thiết kế để cú thể hoạt động trong cỏc dải tham số danh định (cụng suất, điện ỏp và dũng điện). Như vậy, giữa đốn và chấn lưu trong một bộ đốn phải tương thớch với nhau nếu khụng đốn cú thể bị giảm tuổi thọ, thậm chớ cú thể bị chỏy. Tất cả cỏc bộ phận bằng kim loại trờn cột đốn và cỏc thiết bị điện của bộ đốn đều phải được nối đất.
+ Hệ thống quang học: gồm cú nguồn sỏng (đốn), cỏc bộ phản xạ, khỳc xạ và bầu đốn (hệ thống này được đề cập ở chương 1).
+ Hệ thống cấu trỳc: gồm cú bộ đốn và cỏc thiết bị liờn kết với nú như cần đốn, cột đốn và đế múng.
Trong thiết kế chiếu sỏng đường, độ cao của cột đốn ảnh hưởng tới cường độ chiếu sỏng, diện tớch được chiếu sỏng, sự đồng đều độ rọi và độ lúa. Cỏc bộ đốn được lắp đặt trờn cỏc cột càng cao thỡ trường sỏng càng được mở rộng, đồng đều hơn và đỡ lúa nhưng độ rọi trờn mặt đường lại bị giảm đi.
Để nõng cao hiệu quả chiếu sỏng, cần phải căn cứ vào cỏc tham số cụ thể của đối tượng và hệ thống chiếu sỏng như: loại đường, độ cao cột đốn, độ vươn của cần đốn, gión cỏch cỏc cột, cỏch bố trớ cột, ...
3.2. Cỏc tham số trong chiếu sỏng đường
3.2.1. Phõn loại đường
Sự phõn loại đường cú thể dựa trờn nhiều yếu tố:
- Theo sự phõn cấp (cấp đụ thị, cấp khu vực và đường nội bộ); - Theo tiờu chuẩn chiếu sỏng (loại A, loại B, loại C, loại D, loại E);
Bảng 3.1. Theo TCXDVN 259:2001
Cỏc yờu cầu của hệ thống chiếu sỏng đường sẽ được đặt ra tương ứng với sự phõn loại đường cụ thể.
3.2.2. Độ cao của bộ đốn
Độ cao của bộ đốn là khoảng cỏch tớnh từ bộ đốn đến mặt đất. Việc xỏc định độ cao này phụ thuộc vào loại đường và chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi độ rộng đường cần được chiếu sỏng. Độ cao khuyến nghị thường là 9,14m; 10,50m; 12,19m; …
3.2.3. Gión cỏch cỏc cột đốn
Gión cỏch cỏc cột đốn đúng vai trũ chủ chốt trong chiếu sỏng đường. Khi gión cỏch tăng, sự đồng đều độ rọi dọc theo mỗi làn đường sẽ giảm. Nếu vượt quỏ giỏ trị độ cao cho phộp thỡ trờn đường sẽ cú những vết tối làm nhiễu loạn sự nhỡn thấy và ảnh hưởng đến người tham gia giao thụng với tốc độ cao vào ban đờm.
Gión cỏch giữa cỏc cột đốn phụ thuộc vào: + Bộ đốn sử dụng;
+ Cỏch bố trớ chiếu sỏng; + Độ cao của bộ đốn;
Cơ quan SINA khuyờn rằng gión cỏch giữa cỏc cột đốn cần < 4,5 độ cao cột đốn (MH) đối với cỏc bộ đốn phõn bố ngắn; < 7,5MH đối với cỏc bộ đốn phõn bố
đường cực đại cường độ của hai bộ đốn kế tiếp nhau gặp nhau trờn mặt đường.
Hỡnh 3.2: Gión cỏch đốn
Hỡnh 3.3: Vựng tối và sỏng giữa cỏc đốn
Hỡnh 3.4 Cỏc thụng số hỡnh học của đốn
MH = h là độ cao của bộ đốn; l - chiều rộng của đường; s - gión cỏch giữa hai cột; a - độ nhụ của đốn ra lũng đường; e - độ vươn của cần đốn.
3.2.4. Độ vươn của cần đốn
Độ vươn của cần đốn là khoảng cỏch nằm ngang tớnh từ điểm chiếu của đốn trờn đường tới chõn cột (hỡnh 3.4). Theo khuyến nghị, để trỏnh rung và gõy vướng tầm nhỡn, độ vươn khụng được quỏ 1/4 độ cao bộ đốn.
3.2.5. Sự bố trớ cỏc cột đốn
a. Kiểu đơn tuyến (hỡnh 3.5a)
Bố trớ đốn chỉ về một phớa của đường giao thụng. Điều kiện ỏp dụng là : - Đường phố tương đối hẹp.
- Cú cõy cối ở một bờn đường.
- Cú đoạn đường uốn cong (phải bố trớ đốn ở phớa ngoài đường cong)
Yờu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ l, trong đú h là độ cao cột đốn so với mặt đường, l là chiều rộng mặt đường.
b. Kiểu so le (hỡnh 3.5b)
Đốn được bố trớ so le về hai bờn của đường giao thụng, ỏp dụng cho đường hai chiều chuyển động. Yờu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ 2l/3.
c. Kiểu đối diện (hỡnh 3.5c)
Áp dụng khi đường giao thụng cú độ rộng lớn. Yờu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ 0,5l.
d. Kiểu trục giữa (hỡnh 3.5d)
Áp dụng với đường đụi, ở giữa cú dải phõn cỏch. Yờu cầu để đảm bảo đồng đều độ chúi theo phương ngang là h ≥ l.
Hỡnh 3.5b. Kiểu so le
Hỡnh3.5c. Kiểu đối mặt
Hỡnh 3.5d. Kiểu trục giữa
3.2.6. Một số vấn đề khỏc cần quan tõm
Trong trường hợp cú sự chiếu sỏng khụng đều trờn đường, người ta cú thể thay đổi độ nghiờng, độ quay hộp đốn để đảm bảo độ rọi chiếu sỏng đều, cần thiết trờn vỉa hố cũng như dưới lũng đường.
a). Độ nghiờng
Là vị trớ gúc của hộp đốn so với trục đi qua tõm búng đốn, dọc theo phương ngang. Khi hộp đốn nằm ngang, sự dịch chuyển đầu nằm ngang của gúc nghiờng là 00. Nếu hộp đốn hất lờn phớa trờn được tớnh là dương, xuống phớa dưới được tớnh là õm.
Hỡnh 3.6. Độ nghiờng của bộđốn b). Độ quay hộp đốn
Được tớnh theo gúc quay hộp đốn quanh trục đi qua tõm của đốn. Nếu nhỡn từ phớa đầu của cần đốn thỡ chiều quay theo kim đồng hồ là chiều dương, ngược lại là chiều õm.
Hỡnh 3.7. Độ quay của bộđốn c). Ánh sỏng khụng mong muốn
Là ỏnh sỏng gõy ra do đúng gúp về phổ, về hướng, cũng như về cường độ làm khú chịu, khụng tiện nghi, làm đóng chớ hoặc giảm tầm nhỡn cho người lỏi xe. Cỏc kỹ sư thiết kế chiếu sỏng phải quan tõm đến vấn đề này ngay khi thiết lập kế hoạch và thi cụng.
00 + 100 -100
3.2.6.2. Sự phõn bố trường sỏng
Khụng như cỏc loại đốn chiếu sỏng khỏc, bộ đốn chiếu sỏng đường được đặt cố định ở trờn cao. Cỏc bộ đốn đường cú sự phõn bố cường độ đặc biệt để thiết kế chiếu sỏng trờn cỏc dải dài, hẹp ở một phớa của đốn, cũn phớa kia, cường độ được giảm tối thiểu. Cỏc phõn bố cường độ ở phớa trờn và dưới ở dải hẹp nhỡn chung là như nhau.
Một bộ đốn chiếu sỏng đường được bố trớ điển hỡnh là cột đốn lựi vào phớa sau mộp đường cũn đốn thỡ nhụ ra ngoài đường. Điểm 0o theo phương thẳng đứng ở phớa dưới bộ đốn và tại điểm chiếu của đốn trờn mặt đường (hỡnh vẽ 3.8a). Vạch 0o theo phương ngang hướng về phớa trước của đốn và hướng sang phớa bờn kia đường. Vạch 180o hướng về phớa chõn cột đốn ở phớa sau điểm chiếu của đốn. Cỏc vạch ngang TRL (Transverse Road Line) và dọc LRL (Longitudinal Road Line) của đường được vẽ lại như đó chỉ ra trong hỡnh 3.8b. Chỳng được tớnh theo đơn vị độ cao MH của cột và được phõn làm 3 loại bộ đốn đường, do Ủy ban chiếu sỏng đường IESNA (IES Roadway Lighting Committee 1983) đưa ra, dựa vào sự phõn bố cường độ của đốn đường theo phương thẳng đứng, theo phương ngang và theo gúc gần 900 theo phương thẳng đứng [8].
(a) (b) Hỡnh 3.8. Sự phõn bố trường sỏng
Sự phõn bố theo phương thẳng đứng của bộ đốn đường được xỏc định bởi vị trớ cường độ cực đại của đốn. Nếu vị trớ đú nằm giữa 1,0 và 2,25MH của cỏc vạch TRL, thỡ sự phõn bố theo phương thẳng đứng được gọi là “ngắn” (short – S), nếu nằm giữa 2,5 và 3,75MH của cỏc vạch TRL thỡ gọi là “trung bỡnh” (medium – M), và nếu nằm giữa 3,75 và 6,0MH của cỏc vạch TRL thỡ gọi là “dài” (long – L). Cỏc vạch TRL 1.0, 2.25, 3.75 và 6.0MH lần lượt tương ứng với cỏc gúc tới 450, 660, 750 và 800 trờn đường. Như vậy, nếu một bộ đốn cú sự phõn bố trung bỡnh thỡ cường độ cực đại của nú nằm ở một gúc ở khoảng giữa 600 và 750 theo phương thẳng đứng. Một vớ dụ cho loại đốn này được chỉ ra trong hỡnh 3.9.
Hỡnh 3.9. Đốn đường loại II dạng phõn bố trung bỡnh
Sự phõn bố của bộ đốn theo phương ngang (hai bờn) dựa vào số đo của độ rộng chựm sỏng và được xỏc định bởi vị trớ của đường cong đẳng cường độ ở nửa cường độ cực đại. Đõy được gọi là “vết đẳng cường độ ở nửa cực đại”. Theo sự phõn bố này, cỏc bộ đốn được chia ra bốn loại (xem hỡnh 3.8b và hỡnh 3.11).
Loại I (Type I): Vết nửa cường độ cực đại khụng giao cắt với cỏc vạch LRL 1.1MH trong miền cú cường độ cực đại (S, M hoặc L). Cỏc bộ đốn này thường được
Loại II (Type II): Vết nửa cường độ cực đại khụng giao cắt với vạch LRL 1,75MH trong miền cú cường độ cực đại. Cỏc bộ đốn này cũng thường được lắp đặt ở gần mộp đường.
Loại III (Type II): Vết nửa cường độ giao cắt với vạch LRL 1.75MH nhưng lại khụng cắt vạch LRL 2,75MH trong miền cú cường độ cực đại được. Một vớ dụ của đốn loại III được chỉ ra trong hỡnh 3.11.
Loại IV (Type II): Vết nửa cường độ giao cắt với vach LRL 2,75MH nằm trong miền mà ở đú cú cường độ cực đại.
Ngoài ra, cũn một sự phõn bố cường độ theo loại V (Type V, xem hỡnh 3.11) đó khụng đưa ra ở hỡnh 3.8b. Cỏc bộ đốn loại này thường được đặt ở cỏc ngó tư đường do cú sự phõn bố quang thụng theo mọi phương.
Cuối cựng, cỏc bộ đốn đường cũn được phõn loại dựa trờn sự phõn bố cường độ sỏng ở gúc lớn gần bằng 900 theo phương thẳng đứng. Bộ đốn được gọi là cutoff (xem hỡnh 3.12a) nếu như cường độ của nú khụng lớn hơn 100cd/1000lm phớa trờn gúc 800 theo phương thẳng đứng và khụng lớn hơn 25cd/1000lm ở phớa trờn gúc 900 ở tất cả cỏc hướng theo mặt phẳng nằm ngang. Bộ đốn được gọi là semi-cutoff (xem hỡnh 3.12b) nếu như cỏc số liệu trờn là 200 Cd/100lm trờn phương 800
và 50Cd/1000lm trờn phương 900. Bộ đốn được gọi là non-cutoff nếu như khụng bị giới hạn cường độ (xem hỡnh 3.12c).
3.2.7. Sự phõn loại bộ đốn chiếu sỏng đường
Cỏc bộ đốn đường cú thể được phõn loại dựa theo hỡnh dỏng hỡnh học, dựa trờn sự phõn bố cường độ sỏng hoặc dựa trờn mức độ hạn chế chựm sỏng.
Căn cứ vào hỡnh dỏng, cỏc bộ đốn cú những tờn gọi như: bộ khỳc xạ (cũn gọi là bộ đốn đầu rắn, hỡnh 3.10.a ), bộ đốn thấu kớnh phẳng (hỡnh 3.10b, c)
Dựa trờn sự phõn bố cường độ sỏng, cú cỏc loại bộ đốn như: loại phõn bố hai bờn (cú loại I, loại II, loại III, loại IV, loại V), loại phõn bố theo phương thẳng đứng (theo phương dọc đường, lại được chia thành phõn bố ngắn, phõn bố trung bỡnh và phõn bố dài ).
a b c Hỡnh 3.10. Bộđốn khỳc xạ và bộđốn thấu kớnh phẳng. Hỡnh 3.11. Cỏc kiểu đốn phõn bố hai bờn Loại I Loại I – ngó tư Loại V Loại II Loại II – ngó tư Loại III Loại IV
a
b
c
Hỡnh 3.12. Cỏc bộ đốn cutoff (a), semi-cutoff (b) và non-cutoff (c).
3.2.8. Yờu cầu chung đối với cỏc bộ đốn chiếu sỏng đường
Cỏc bộ đốn chiếu sỏng đường cần được lưu ý những đặc điểm sau đõy:
(1). Đặc điểm quang học: liờn quan đến cỏc chi tiết phản xạ, khỳc xạ, khuếch tỏn và cấu tạo để điều chỉnh búng đốn.
Cấu tạo để điều chỉnh cho phộp hoặc sử dụng nhiều búng đốn cú cụng suất khỏc nhau hoặc để thay đổi đặc điểm phõn bố quang thụng của đốn với mục đớch :
- Đặt búng đốn vào đỳng vị trớ quang học.
- Điều chỉnh phõn bố quang thụng của đốn trờn bề mặt cần chiếu sỏng.
Cường độ ỏnh sỏng < 2,5 % quang thụng tương ứng Cường độ ỏnh sỏng < 10 % quang thụng tương ứng Cường độ ỏnh sỏng < 5 % quang thụng tương ứng Cường độ ỏnh sỏng < 20 % quang thụng tương ứng Khụng giới hạn cường độ
(2). Đặc điểm cỏch điện: thường dựng cấp I (cỏch điện đơn giản) và cấp II (cỏch điện kộp khụng cú đầu nối đất).
(3). Đặc điểm cơ học: chống sự xõm nhập của bụi, nước vào đốn. Thường kớ hiệu bằng chữ IP, tiếp theo là hai con số: số thứ nhất biểu thị cấp chống xõm nhập bụi, số thứ hai cho biết cấp chống xõm nhập nước. Thường cú 8 cấp, cấp càng lớn càng tốt [4]. Bảng 3.2.Chỉ số IP Chỉ số thứ nhất Miờu tả Chỉ số thứ hai Miờu tả 1 Bảo vệ chống vật rắn cú đường kớnh lớn hơn 50 mm 1 Bảo vệ chống những giọt nước rơi thẳng 2 Bảo vệ chống vật rắn cú đường kớnh lớn hơn 12 mm 2 Bảo vệ chống những giọt nước rơi nghiờng 15o so với phương thẳng đứng 3 Bảo vệ chống vật rắn cú đường kớnh lớn hơn 2,5 mm 3 Bảo vệ chống những giọt nước rơi nghiờng 60o so với phương thẳng đứng 4 Bảo vệ chống vật rắn cú đường kớnh lớn hơn 1 mm 4
Bảo vệ chống tia nước phun từ
mọi hướng với ỏp lực 0,3 bar từ khảng cỏch 3m 5 Lượng bụi để lọt khụng gõy ảnh hưởng tới thiết bị 5 Bảo vệ chống ngấm nước (<1m) 6 Bảo vệ chống bụi tuyệt đối 6 Vật liệu cú thể chịu ngập bảo vệ
chống ngấm kộo dài dưới ỏp lực
Vớ dụ: IP43 tức là chống bụi cấp 4 (bụi >1mm); chống nước cấp 3 (chống nước mưa).
(4). Đặc điểm về nhiệt: điều kiện làm việc của đốn và chấn lưu theo nhiệt độ.
(5). Đặc điểm thẩm mỹ: vẻ đẹp cả ban đờm và ban ngày, mang lại sự hài hũa cho cấu trỳc tổng thể.
(6). Đặc điểm phõn bố quang thụng và phõn bố cường độ sỏng: đõy là đặc điểm quan trọng, cú liờn quan đến sự phõn loại bộ đốn và tớnh toỏn thiết kế chiếu
Xuất bản phẩm CIE 43-1979 quy định sử dụng hệ tọa độ C – γ để biểu diễn phõn bố cường độ sỏng của đốn đường (hỡnh vẽ 1) : cỏc hướng phõn bố cường độ sỏng trong khụng gian được xỏc định bởi hai tọa độ C và γ. Điểm khụng O, gốc hệ tọa độ, là tõm quang học của đốn. Cỏc mặt phẳng đứng ‘C’ quay quanh trục đứng gốc (trục dọc đường tương ứng C=0o và C=180o, trục ngang đường tương ứng với C=90o và C=270o). Cỏc gúc nghiờng trờn mỗi mặt phẳng đứng biểu thị bằng ‘γ’ mà đỉnh là tõm quang học của đốn ( γ=0o khi trục hướng xuống dưới, γ=180o
khi trục đứng hướng lờn trờn) [2].
Hỡnh 3.13. Hệ thống trục tọa độ C - γ
Biểu đồ phõn bố cường độ sỏng của đốn thể hiện trị số cường độ sỏng (theo cd) đối với quang thụng tiờu chuẩn 1000lm tương ứng với một hoặc nhiều mặt phẳng đứng ‘C’, trong đú đặc biệt quan tõm mặt phẳng theo phương dọc đường (C=0o và C=180o), theo phương ngang (C=90o
cường độ cực đại, gọi là phương chớnh. Phõn bố cường độ sỏng của đốn cú thể được xem như là thẻ căn cước của đốn.
3.3 Tớnh toỏn chiếu sỏng đường với một đốn Natri cao ỏp
Giả thiết rằng cỏc bộ đốn đó khảo sỏt với gúc kế quang học được dựng trong thiết kế chiếu sỏng đường. Để đơn giản trong tớnh toỏn, giả định rằng đốn được đặt ở độ cao h = 12 m so với mặt đường, cần đốn vuụng gúc cột đốn (tức đốn song song với mặt đường). Dựa trờn bảng số liệu thực nghiệm về sự phõn bố cường độ sỏng theo gúc, tớnh độ rọi tại cỏc điểm cỏch nhau a = 1 m tớnh từ điểm chiếu của đốn trờn mặt đường theo cỏc phương dọc và ngang của đường.
Hỡnh 3.14. Mụ hỡnh tớnh toỏn độ rọi
Để tớnh độ rọi tại một điểm trờn mặt đường ta ỏp dụng cụng thức: ( ) 2 cos r I E ϕ ϕ = (3.3)
với r là khoảng cỏch từ đốn tới điểm tớnh toỏn, theo hỡnh (3.11) thỡ r = h / cosφ, do đú :