Ing. Petr Žák Ph.D.,
1. Parametry LED 2. Porovnání LED a HST 3. Návrh veřejného osvětlení 4. Koncepce VO
1. Parametry LED SVĚTELNÉ ZDROJE PRO VŠEOBECNÉ OSVĚTLENÍ Teplotní zdroje Výbojové zdroje Polovodičové zdroje Žárovky Hal. žárovky Vysokotlaké Nízkotlaké Elektrodové Bezelektrodové Bezelektrodové Elektrodové Rtuťové Sodíkové Halogenidové Sodíkové Zářivky Plasmové Indukční OLED LED
1. Parametry LED 200 LED Chladně bílá Kompaktní LED (E27) 150 Panel OLED Měrný výkon (lm/w) 100 Vysokotlaké výbojky, nízké příkony Vysokotlaké výbojky, vysoké příkony Lineární zářivky Plasmové výbojky Indukční výbojky 50 Žárovky Halogenové žárovky Kompaktní zářivky (E27) 0 1940 1960 1980 2000 2020 Rok 2025
1. Parametry LED Typy světelných diod podle generování bílého světla PC-LED (phosporconverted) modrá LED + luminofor, HY-LED (Hybryd LED) -modrá LED + luminofor (B+G) -červená LED RGBA CM-LED (color-mixed) -červená (Red) -zelená (Green) -modrá (Blue) -žlutá (Amber)
1. Parametry LED 1. Proudová hustota J (A/cm 2 ) Určuje množství vyzařovaného světelného toku z čipu. Nejúčinnější LED mají měrný výkon až 220lm/W, ale pouze při nižších proudových hustotách, tedy nižších světelných tocích a větších nákladech Kč/lm. Při větší proudové hustotě dochází k poklesu měrného výkonu. (zdroj: DOE, 2016) 2. Teplota PN přechodu T j ( C) Teplota na přechodu mezi polovodiči typu P a N. S rostoucí teplotou PN přechodu se snižuje vyzařovaný světelný tok. Standardně se uvádí při teplotě okolí 25 C. Výrobci často uvádějí vlastnosti LED při T j = 85 C více odpovídající reálným provozním podmínkám. (zdroj: DOE, 2016).
1. Parametry LED 3. Náhradní teplota chromatičnosti T cp (K) Dosažení vyšších účinností je v současné době náročnější u teple bílých LED než u chladně bílých LED, vlivem menší účinnosti červených LED a luminoforů pro tvorbu červené. Na grafu je uvedena závislost maximálního světelného účinku záření pro různé R a v závislosti na T cp. Lidské oko je citlivější na červené světlo v porovnání s modrým proto se do budoucna předpokládá větší měrný výkon teple bílých LED. (zdroj: DOE, 2016) 4. Index podání barev R a (-) Index podání barev přímo ovlivňuje měrný výkon LED. Změna R a z 80 na 90 znamená pokles hodnot teoreticky dosažitelných světelných účinků záření o 10%. V praxi je u současných PC-LED pokles v rozsahu 15% - 25%. (zdroj: DOE, 2016)
1. Parametry LED ROZDĚLENÍ SVĚTELNÝCH LED SOUČÁSTEK PODLE VÝKONU MP LED HP LED COB LED P = 0.2 1 W Φ = 10 100 lm η = 160 220 lm/w Lineární a plošné zdroje světla P = 1 5 W Φ = 100 500 lm η = 160 lm/w Bodové a lineární zdroje světla P = 5 160 W Φ = 0,5 25 klm η = 160 lm/w Bodové zdroje světla (460 W/50klm/106lm/W)
1. Parametry LED Obr. 7 Odhady vývoje měrného výkonu sériově vyráběných diod, 350 ma (zdroj: DOE, 2016)
2. Porovnání LED a HST Impulsy pro změny ve veřejném osvětlení 70. léta 20. st. - energetická krize vysokotlaké sodíkové výbojky; 80. léta 20. st. - světelné znečištění optické systémy, legislativa, praxe; konec 20. st. - kvalita veřejného osvětlení (bílé světlo) halogenidové výbojky, Cosmopolis, indukční výbojky (mezopické vidění) zač. 21. st. - energetické úspory (globální oteplování) úsporná zařízení a technologie (LED, řídicí systémy); - digitalizace SmartCity, IoT - biologický vliv světla laditelná LED svítidla (tunable LED)
2. Porovnání LED a HST Historický vývoj sodíkových výbojek 1964 první sodíkové výbojky 400 W, ~ 90 lm/w, t = 6 000 hod 1969 sodíkové výbojky 250W, 400W 1980 doba života 24 000 hod, měrný výkon 100-140 lm/w (50 400W) 2. pol. 90. let - měrný výkon 15%
2. Porovnání LED a HST ROZDĚLENÍ VYSOKOTLAKÝCH SODÍKOVÝCH VÝBOJEK PRO VO Válcové Elipsoidní P = 50 250 W = 4 30 klm = 80 120 lm/w Svítidla s přesným optickým systémem pro osvětlení pozemních komunikací (vozovky, chodníky, cyklostezky) P = 50 150 W = 3,5 17 klm = 80 120 lm/w Svítidla pro celkové osvětlení venkovního prostoru (pěší zóny, náměstí, parky)
2. Porovnání LED a HST Vysokotlaké sodíkové výbojky Parametr 50W - 70W 100W - 150W Standard New Rozdíl Standard New Rozdíl Měrný výkon (lm/w) 80 90 13% 95 110 16% Teplota chromatičnosti T cp (K) 2 000 2 000 0% 2 000 2 000 0% Index podání barev R a (-) 20 20 0% 20 20 0% Světelný tok po 20 000 h z (-) 80% 85% 6% 85% 90% 6% Úmrtnost B10 t n90% (hod) 12 000 18 000 50% 14 000 22 000 57% Úmrtnost B50 t n50% (hod) 25 000 30 000 20% 28 000 35 000 25%
2. Porovnání LED a HST Historický vývoj LED 1907 objev elektroluminescence 1962 první světelná dioda červená (N. Holonyak, GE) 1993 modrá dioda (Nakamura, Nichia) 1995 bílá dioda, 20mA, YAG luminofor (Nichia) 1999 vysoko výkonová dioda (HP LED) 350 ma (Lumileds) 2005 2010: mutli chip - COB LED
2. Porovnání LED a HST Výkonové HP LED Využití ve svítidlech s přesnými optickými systémy pro směrové osvětlení (reflektory, čočky) při T j =25 C, I f = 350 ma Barva světla Výrobce Typ Parametry R a ( - ) (lm) (lm/w) Cree XP-G3 70 187 195 Nichia NC SWE17A 70 158 150 Chladně bílá Samsung LH351B 70 160 160 LG Innotek H35C4 70 171 176 Philips Luxeon TX 70 168 172 Neutrálně bílá Teple bílá Cree XP-G3 70 179 187 Samsung LH351B 70 160 160 LG Innotek H35C4 70 160 163 Philips Luxeon TX 70 168 172 Cree XP-G3 70 170 178 Nichia NCSLE17A 70 151 144 Samsung LH351B 70 150 150 LG Innotek H35C4 70 154 157 Philips Luxeon TX 70 157 162
2. Porovnání LED a HST Vhodnost LED pro veřejné osvětlení: Základní charakteristika: dlouhá doba provozu, cca 4000 hod. / rok; změna charakteru využití v průběhu noci. Důležité parametry: účinnost; doba života; možnost regulace.
2. Porovnání LED a HST Současný stav: HST x LED Měrný výkon (lm/w): 115 160 Doba života t (hod) : 25 000 100 000 Regulace : ano* ano Budoucí vývoj LED: Měrný výkon (lm/w) ~ 250 Doba života t (hod) > 250 000
2. Porovnání LED a HST Obec (realizace 2014) Počet obyvatel Pozemní komunikace Počet SM (ks) Příkon P (kw) silnice (km) místní (km) půdovní nový původní nový Dp (%) Loděnice 492 2.4 0.7 58 79 7.6 3.8-50% Malešovice 540 1.3 3.8 95 110 7.3 4.9-33% Mikulovice 630 1.5 4.2 95 133 8.36 5.9-29% Moravany 759 2.7 3.3 123 151 11.9 6.4-46% Morkůvky 448 1.5 1.8 93 97 11.1 4.6-59% Vedrovice 837 1.9 5.4 112 136 14.9 6.1-59% Nivnice 3 349 2.6 14.7 384 402 37.1 18.3-51% Uhřice 209 0.5 0.9 32 39 1.2 1.8 + 48% Vrbka 196 0.6 1.1 34 41 2.1 1.9-11% Lomnice 518 4.1 3.2 110 155 11.7 10.6-9% Malá Morávka 679 9.5 10.0 319 411 30.2 21.9-27% Milotice nad Bečvou 305 1.3 2.5 56 63 5.9 3.1-47% Rybník 821 2.8 5.3 118 125 14.9 5.9-60% Neděliště 362 1.3 1.6 65 65 8.7 4.9-44% Malečov 777 6.8 6.2 250 279 24.5 11.5-53% Čachovice 883 3.0 3.5 92 116 10.1 5.5-46% Klučov (Skramlíky) 934 1.6 0.7 43 43 6 1.9-68% Hořice na Šumavě 830 2.0 4.2 104 104 16.3 5.9-64% Vlasatice 818 2.6 5.0 128 145 14.63 7.9-46% Velemín 1580 6.5 9.1 359 369 41.3 19.3-53% Svijany 306 1.7 1.9 91 91 8.70 5.9-33% Brodek u Konice 895 3.4 5.0 168 205 25.5 9.0-65% Branná 295 2.1 2.9 84 97 17.1 10.0-41% CELKEM 17 463 63.5 97.0 3 013 3 456 337.1 176.9 48%
2. Porovnání LED a HST PARAMETRY: rozteč: 30 m montážní výška: 8 m udržovací činitel: 0,80 Povrch komunikace: R3 Třída osvětlení M4 Šířka komunikace: 7 m Svítidlo 1 LED svítidlo Svítidlo 2 HST svítidlo PARAMETRY SVÍTIDEL PARAMETRY OSVĚTLOVACÍCH SOUSTAV Svítidlo Zdroj P sv (W) sv (lm) sv (lm/w) L m (cd/m 2 ) U O ( - ) U l ( - ) TI (%) SR ( - ) E m (lx) U O ( - ) Norma ČSN EN 13 201-2 ME4a, CE4 0.75 0.40 0.60 15 0.50 10 0.40 Svítidlo 1 LED 51 (44%) 6 200 121 0.76 0.49 0.73 10 0.66 12 0.55 Svítidlo 2 HST 117 (100%) 7 300 62 0.79 0.43 0.61 10 0.60 12 0.54
3. Návrh veřejného osvětlení NÁVRH VEŘEJNÉNO OSVĚTLENÍ
3. Návrh veřejného osvětlení ZÁKONY A VYHLÁŠKY 183/2006 Sb. Zákon o uzemní plánování a stavebním řádu (Stavební zákon); 13/1997 Sb. Zákon o pozemních komunikacích; 104/1997 Vyhláška, kterou se provádí zákon o pozemních komunikacích TECHNICKÉ NORMY: ČSN 73 6101 ČSN 73 6102 ČSN 73 6110 ČSN 73 6201 Projektování silnic a dálnic Projektování křižovatek na pozemních komunikacích Projektování místních komunikací Projektování mostních objektů ČSN EN 13201 - Osvětlení pozemních komunikací část 1: Výběr tříd osvětlení (3/2007) (11/2017?) část 2: Požadavky (5/2005) (6/2016) část 3: Výpočet (5/2005) (6/2016) část 4: Metody měření (5/2005) (6/2016) část 5: Indikátory energetické náročnosti (6/2016) ČSN P 36 0455 Osvětlení pozemních komunikací Doplňkové informace
3. Návrh veřejného osvětlení Tři typy tříd osvětlení pozemních komunikací Komunikace pro motorovou dopravu třídy osvětlení: M1 M6 Konfliktní oblasti třídy osvětlení: C0 C5 Pozemní komunikace pro chodce a pomalou dopravu třídy osvětlení: P1 P7
3. Návrh veřejného osvětlení Část 1: Návod pro výběr tříd osvětlení 1) Princip váhových kritérií pro třídy osvětlení M pokud V WS < 0 pak V WS = 0; pokud M 0 pak M = 1 Parametr Možnosti Popis Váhová hodnota V w Váha V w,t Návrhová Velmi vysoká v 100 km/h 2 rychlost nebo Vysoká 70 < v < 100 km/h 1 omezení Střední 40 < v 70 km/h -1-1 rychlosti Nízká v 40 km/h -2 Hustota dopravy... Velmi obtížný Navigační úkol Obtížný Snadný Celková váha V WS V w,t Třída osvětlení M = 6 - V WS
3. Návrh veřejného osvětlení Část 1: Návod pro výběr tříd osvětlení Tab. 2 Princip adaptivního osvětlení pro třídy osvětlení M Váhová hodnota V w Velmi vysoká v 100 km/h 2 Vysoká 70 < v < 100 km/h 1 Střední 40 < v 70 km/h -1 Parametr Možnosti Popis Návrhová rychlost nebo omezení rychlosti Hustota dopravy Nízká v 40 km/h -2 Váha V w, Δt Dt 1 Dt 2 Dt 3 Dt 4 1 1 1 1 Velmi obtížný 2 Navigační Obtížný 1 úkol Snadný 0 0 0 0 0 Celková váha V WS 4 3 2 4 Třída osvětlení M = 6 - V WS M2 M3 M4 M2
3. Návrh veřejného osvětlení Typ komunikace Úroveň a rovnoměrnost osvětlení Omezení oslnění Okolí Třída osvětlení Povrch komunikace Prahový přírůstek Osvětlení okolí L m (cd/m 2 ) U o ( - ) U l ( - ) f TI (%) R EI ( - ) M1 2,00 0,40 0,70 10 0,35 M2 1,50 0,40 0,70 10 0,35 M3 1,00 0,40 0,60 15 0,30 M4 0,75 0,40 0,60 15 0,30 M5 0,50 0,35 0,40 15 0,30 M6 0,30 0,35 0,40 20 0,30
3. Návrh veřejného osvětlení Konfliktní oblasti Pozemní komunikace pro chodce cyklisty a pomalou dopravu Třída osvětlení C0 50 C1 30 E m (lx) U 0 (-) Třída osvětlení E m (lx) E min (-) S1 15,0 3,00 S2 10,0 2,00 C2 20 C3 15 C4 10 C5 7,5 0,4 S3 7,50 1,50 S4 5,00 1,00 S5 3,00 0,60 S6 2,00 0,40 S7 Neurčeno neurčeno
3. Návrh veřejného osvětlení Osvětlovací soustavy veřejného osvětlení Soustava Poznámka Směrově nerozdělená Komunikace Směrově rozdělená Osová - nepoužívá se Jednostranná b h Vystřídaná h < b 1.5h Párová b > h Řetězcová - nepoužívá se
3. Návrh veřejného osvětlení Příklad výstupu výpočtu
3. Návrh veřejného osvětlení Příklad výpočtu
4. Koncepce veřejného osvětlení KONCEPCE VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ
4. Koncepce veřejného osvětlení Veřejné osvětlení : A) Veřejná infrastruktura: 1) technická infrastruktura: zapínací místa ZM (rozvaděče) a kabely 2) dopravní infrastruktura: světelná místa SM (nosné konstrukce, svítidla) B) Majetek
4. Koncepce veřejného osvětlení NÁKLADY Správa ÚČINKY (ČSN EN 13201) Bezpečnost osob, dopravy a majetku Provoz Údržba Energie Obnova Soustava veřejného osvětlení Estetika a vzhled veřejného prostoru Vedlejší vlivy, rušivé světlo
4. Koncepce veřejného osvětlení KONCEPCE VENKOVNÍHO OSVĚTLENÍ 1. ZÁKLADNÍ PLÁN OSVĚTLENÍ 2. PLÁN OBNOVY A MODERNIZACE 3. STANDARDY PRVKŮ A ČINNOSTÍ
4. Koncepce veřejného osvětlení 1. ZÁKLADNÍ PLÁN OSVĚTLENÍ
4. Koncepce veřejného osvětlení Plošné osvětlení Hlucké tvrze ze všech čtyřech pohledových stran, osvětlení volit z dálkových pozic, nevhodné jsou zemní svítidla, osvětlení včetně střechy tvrze, důležité respektování přiléhající zeleně osvětlení bez vrhajících stínů na fasádu, jas stejný jako u kostela sv. Vavřince. Průměrný jas L m = 2-3 cd/m 2.
4. Koncepce veřejného osvětlení
4. Koncepce veřejného osvětlení Zóna životního prostředí Světlo na objektech Svítivost svítidla Podíl horního toku Jas E v I ULR L b L s lx cd % cd m 2 cd m 2 T < T k T > T k T < Tk T > Tk fasády znaky E1 2 0 2 500 0 0 0 50 E2 5 1 7 500 500 5 5 400 E3 10 2 10 000 1 000 15 10 800 E4 25 5 25 000 2 500 25 25 1 000
4. Koncepce veřejného osvětlení Urbanismus - charakteristické zóny Bezpečnost třídy osvětlení Ekologie zóny živ. prostředí
4. Koncepce veřejného osvětlení 2. PLÁN OBNOVY A MODERNIZACE
4. Koncepce veřejného osvětlení
4. Koncepce veřejného osvětlení Moduly osvětlovací soustavy vycházejí z charakteristických řezů definovaných v Základním plánu VO a jsou rozšířeny
4. Koncepce veřejného osvětlení
5. Příklady realizací Los Angeles Projekt v Los Angeles Základní údaje: Počet svítidel: Řízení: Realizace: Návratnost: Úspory energie: Úspory nákladů: 140 000 ks monitoring všech svítidel 5 let 7 let 68 GWh/rok 10 mil. US$/rok Původní osvětlení HST Nové osvětlení LED
5. Příklady realizací pilotní projekt Smíchov, Praha Park Portheimka Ulice Nádražní Ulice Klicperova Park Portheimka Ulice Stroupežnického Ulice Radlická
DĚKUJI ZA POZORNOST