طبق برآورد آژانس بین المللی انرژی (IEA) در سال 2005 ، روشنایی حدود 19% از کل برق مصرفی جهان را به خود اختصاص داده است و مصرف روشنایی بیرون به میزان TWh218 (تِرا وات ساعت) بوده که این مقدار بالغ بر 8% از مصرف برق در روشنایی است
طبق برآورد آژانس بین المللی انرژی (
IEA) در سال 2005 ، روشنایی حدود 19% از کل برق مصرفی جهان را به خود اختصاص داده است و مصرف روشنایی بیرون به میزان
TWh218 (تِرا وات ساعت) بوده که این مقدار بالغ بر 8% از مصرف برق در روشنایی است. با توجه به وجود نیاز مبرم برای کاهش مصرف انرژی، روشنایی جاده پیوسته با تغییرات بسیاری مواجه شده است تا بهره بالای انرژی تحقق یابد. عوامل بی شماری مانند رشد جمعیت، افزایش درآمد و اسکان در شهر، توسعه روشنایی بیرون را افزایش داده است که برای اجتناب از مصرف زیاد روشنایی، لازم است تاکید زیادی روی انرژی کارا باشد. روشنایی
LED فرصت بزرگی را جهت افزایش بهره انرژی بوجود می آورد. در پژوهش
Tetri و سایر پژوهشگران برآورد شده است که با کاربرد
LEDها مصرف انرژی روشنایی لوازم منزل در فنلاند را می توان حدود 72% در سال 2030 و 78% در سال 2050 کاهش داد. صرفه جویی بیشتر انرژی در محیط بیرون نیز با استفاده از روشنایی روز و کنترل آن امکان پذیر است. روشنایی جاده بطور اجتناب ناپذیری برای کاربران جاده مهم و با اهمیت می باشد چرا که آنها را قادر به دیدن موانع و محیط اطراف ساخته و از وقوع تصادف جلوگیری به عمل می آید. طبق 62 مطالعه که در مورد روشنایی جاده و تصادفات مربوط به 15 کشور انجام شده است، یافته ها نشان داد که روشنایی جاده بطور میانگین تعداد تصادفات را تا 30% کاهش داد که در مطالعه مذکور همه انواع جاده اعم از جاده های راه های شهری، جاده های راه های روستایی، بزرگراه ها، تقاطع ها و تبادل ها را شامل می شد. تکنولوژی روشنایی جاده در حال تحول است؛ برای مثال، لامپ های جیوه توسط مقررت اتحادیه اروپا (2009) از رده خارج شده اند و همزمان با آن لامپ های
LED با ویژگی های جدید آماده ورود به بازار هستند. منابع نوری سنتی بر اساس تخلیه عمل می کنند اما
LEDها نیمه هادی بوده و قادر به ارائه راهکارهای روشنایی هوشمندانه با حسگرها و الگوریتم های کنترلی هستند. با در نظر گرفتن استفاده بهینه از روشنایی جاده ای هوشمند جهت کاهش مصرف انرژی، روشنایی جاده می تواند سازگار با تغییر ترافیک و شرایط آب و هوایی باشد. در واقع روشنایی جاده با منابع نوری جدید، فتومتری مزوپیک و احتمالات کنترل در حال گذار به مرحله بهتری است. در حال حاضر دانش تلفیق اثر تکنولوژی های نو و روش های اندازه گیری روی روشنایی و مصرف انرژی روشنایی جاده وجود ندارد. در یک پژوهش، یک نگاه جامع به جاده و سایر بهره های انرژی بیرونی مربوط به روشنایی جاده بوسیله سیستم های روشنایی هوشمند، مباحث دیدن و دیده شدن، وضعیت های ترافیکی، امنیت و جنبه های محیطی و اقتصادی مورد بحث قرار گرفته است. همچنین درباره فاکتورهای مختلف بهینه سازی که در بهره انرژی، محیط های امن و مباحث کیفیت بهبود یافته ی دیداری برای کاربران جاده نقش دارند، بحث می شود. علاوه بر موارد مذکور، درباره قابلیت صرفه جویی انرژی براساس تکنولوژی نوین، کنترل آن و میزان مزوپیک بحث شده است. همچنین نیاز برای روش های نوین اندازه گیری و راهکارهای مربوط به نیازهای اندازه گیری برای آینده مورد بحث قرار گرفته است.
دید انسان در شرایط روشنایی بیرون
استانداردهای روشنایی جاده در هر کشور متفاوت است اما یک ویژگی مشترک وجود دارد: انواع کاربران جاده یا هندسه جاده. استانداردها و توصیه ها معمولا شامل معیارهایی برای روشنایی (luminance
) و شدت روشنایی (illuminance
) جاده، یکپارچگی نور در جاده و محدوده خیرگی ایجاد شده توسط روشنایی جاده می شود. در تعریف انیستیتو استانداردهای بومی آمریکا و جامعه مهندسی روشنایی (ANSI/IES
)، روشنایی روش اصلی طراحی خیابان ها و راه های جاده ای مستقیم است؛ شدت روشنایی افقی و عمودی برای محل های عابران پیاده استفاده می شود و شدت روشنایی افقی نیز برای تقاطع ها و تبادلات کاربرد دارد. چشم انسان بطور یکسان به همه طول موج ها وسطوح شدت نور حساس نیست. در شرایط پر نور پاسخ بینایی توسط گیرنده های نوری مخروطی و در شرایط کم نور توسط گیرنده های نوری استوانه ای شکل می گیرد. در سال 1924 ، کمیته بین المللی شدت روشنایی (CIE
) تابع دید فتوپیک را معرفی کرد که بر اساس پاسخ گیرنده های مخروطی چشم است (شکل 1). در سال 1951 CIE
تابع دید اسکوتوپیک را تعریف کرد که بر اساس پاسخ گیرنده های استوانه ای چشم بود؛ و سرانجام در سال 2010 دید مزوپیک به عنوان عملکرد سیستم بصری برای وضعیت های گوناگون بینایی توسط CIE
مطرح شد، به این معنی که چشم با سطوح روشنایی بالای محدوده اسکوتوپیک و پایین محدوده فتوپیک سازگار است و اینکه هر دو گیرنده ی مخروطی و استوانه ای در بینایی شرکت دارند. محدوده عددی دید مزوپیک از cd/m
2 005/0 تا cd/m
2 5 در نظر گرفته می شود. در واقع بهره روشنایی مزوپیک ترکیب خطی بهره روشنایی فتوپیک و اسکوتوپیک می باشد. اما نقصی که روش CIE
برای تعیین بهره روشنایی دید مزوپیک دارد نبود یک تعریف برای میدان تطابقی است که روشنایی از آن میدان بدست می آید. میدان تطابق ناحیه ای از چشم انسان را که با آن تطابق دارد و نیز جایی که روشنایی از آن میدان اندازه گیری می شود تعریف می کند. در شرایط واقعی مانند روشنایی خیابان، روشنایی یکپارچه نیست، بنابراین معیار طراحی برای میانگین روشنایی سطحی جاده که توسط توصیه های کنونی روشنایی جاده بیان شده، بین cd/m
2 3/0 تا cd/m
2 2 است. با این حال، سطح جاده تنها بخشی از مطابقت روشنایی را برای رانندگی در شب فراهم می نماید.
شکل 1. (a) منحنی های طیفی حساسیت چشم در بینایی اسکوتوپیک و فتوپیک. (b) اختلاف های محاسبه شده بین روشنایی مزوپیک و فتوپیک توسط دستگاه مزوپیک به ازای محدوده ای از منابع نوری.
روشنایی ها در سایر بخش های منظره بینایی بر وضعیت تطابق چشم اثر می گذارد. مناظر درخشنده هنگام رانندگی در شب بطور نمونه شامل روشنایی ها در محدوده فتوپیک (چراغ های جلوی اتومبیل، چراغ قوه ها)، محدوده مزوپیک (سطح جاده، مناطق مجاور جاده) و محدوده اسکوتوپیک (مناطق دور از جاده، آسمان) می شود. منظره روشنایی محیطی هنگام رانندگی در شب بطور نمونه در سطح نوری مزوپیک می باشد. مقادیر عددی استانداردهای روشنایی جاده بر اساس فتومتری فتوپیک می باشد اما شرایط بینایی در طول شب خارج از محدوده چراغ های جلوی ماشین معمولا مزوپیک هستند. شکل 1 تفاوت های بین روشنایی های مزوپیک و فتوپیک با منابع نوری مختلف را نشان می دهد. برای مثال، وقتی روشنایی فتوپیک cd/m21 است، روشنایی مزوپیک برای HPS 4% کوچکتر و با LEDهای سفید و سرد 12% بزرگتر از روشنایی فتوپیک است. در روشنایی های کمتر، این تفاوت افزایش می یابد. در شکل b1 مقادیر گزارش شده از CIE آمده است که نشان می دهد هنگام استفاده از منابع نوری LED، وضعیت بینایی چشم انسان بدتر نمی شود.
تهیه و تنظیم: آیسان نامدار
منبع:
Tetri E, Bozorg S, Räsänen RS, Baumgartner H. Road Lighting for Efficient and Safe Traffic Environments. LEUKOS. 2017; (13)4: 1-19.