Kennisplatform OV Module 1 november Kennisplatform OV. Module 1 november Netbeheer - Techniek 1 Opleiding en Training

Transcriptie

1 Kennisplatform OV Module 1 november 2011 Netbeheer - Techniek 1

2 INHOUD 1. Inleiding Definitie van openbare verlichting De functies van openbare verlichting Bevorderen verkeersveiligheid Bevorderen sociale veiligheid Bevorderen leefbaarheid en comfort Openbare verlichting in België Rol Eandis Licht Zichtbare deel elektromagnetische straling Het menselijk oog Het netvlies Kegeltjes Staafjes Relatieve spectrale ooggevoeligheid Gedrag van licht op voorwerpen Doorlating en breking van licht Doorlating of transmissie van licht Breking of refractie van licht Absorptie van licht Terugkaatsing of reflectie van licht Fotometrische grootheden Algemeen Lichtstroom (flux) v of F v in lumen Lichtsterkte I v in candela Verlichtingssterkte E v in lux Luminantie L v in cd/m²...19 Netbeheer - Techniek 2

3 1. Inleiding Openbare verlichting zorgt ervoor dat het openbare leven bij duisternis kan doorgaan door bevordering van de sociale veiligheid en verkeersveiligheid. Anderzijds is de uitbreiding van openbare verlichting niet wenselijk op grond van milieu- en kostenaspecten. De ontwerper zal samen met de gemeente de optimale beslissing nemen om aan al deze wensen te beantwoorden. 1.1 Definitie van openbare verlichting De criteria voor openbare verlichting staan in het document AM-160-P Beleid i.v.m. nieuwbouw en onderhoud Openbare Verlichting. Rekening houdend met de algemene definitie openbare verlichting opgenomen in het besluit van de Vlaamse regering van 26 maart 2004 wordt hieronder ter verduidelijking vastgelegd welke verlichtingsinstallaties door de DNB s aanvaard worden als openbare verlichting. Verlichtingsinstallaties die voldoen aan de hieronder opgenomen criteria worden beschouwd als openbare verlichting: Functionele verlichting (FV): De verlichtingsinstallaties in eigendom van de gemeente met als hoofdfunctie het verlichten van wegen, oversteekplaatsen, fiets- en wandelpaden, tunnels, waterlopen, marktpleinen, speelpleinen, bovengrondse openluchtparkings, die in beheer zijn van de gemeente. Monumentverlichting (MV): De verlichtingsinstallaties in eigendom van de gemeente met als hoofdfunctie het verlichten van monumenten (gebouw, standbeeld, kunstwerk) in beheer van de gemeente en waarbij deze verlichtingstoestellen eveneens voldoen aan de criteria voor standaard monumentverlichting (1). Bakenverlichting: De lichtgevende bakenverlichting in eigendom van de gemeente (lichtkegels, lichtnagels, Leds in boord van rotondes en naast wegen/paden. (1) Criteria voor standaard monumentverlichting : o Verlichtingstoestellen staan buiten opgesteld op openbaar domein (Gevel naast openbare weg/pad is openbaar domein). o Zowel de verlichtingstoestellen als de voedende kabels (ganse traject) zijn 24/24 uur langs buiten bereikbaar door personeel van Eandis. o Verlichtingstoestellen bereikbaar met standaard hoogtewerker. o De verlichtingstoestellen volgen een binnen het zendgebied bestaand brandregime. o Het te verlichten monument moet gelegen zijn langs een openbare weg of plein. Volgende verlichtingsinstallaties worden dus niet beschouwd als openbare verlichting: Verlichtingsinstallaties die niet in eigendom zijn van de gemeente. Verlichtingsinstallaties met als doelstelling het verlichten van sportterrein, containerpark, begraafplaats, schoolspeelplaats, atletiekpiste. Verlichtingsinstallaties in bus- en wachthokjes, publiciteitsborden. Feestverlichting (kerstverlichting ). Verkeerssignalisatie (3-kleur, Bi-flash, oranje knipperlicht, verkeersborden, zone-30-bord. Binnenverlichting (vb. sporthal, bibliotheek, zwembad ). De verlichtingsinstallaties die aangesloten zijn achter een teller. De DNB s zijn eigenaar van het (OV-)net tot en met het aansluitkastje. De gemeenten zijn eigenaar (Asset owner) van de lichtmast, verlichtingstoestel en lamp. Eandis (DNB) zorgt voor de plaatsing, het onderhoud (Asset manager) en de gegevens van verbruik. Netbeheer - Techniek 3

4 1.2 De functies van openbare verlichting Bevorderen verkeersveiligheid Openbare verlichting brengt een belangrijke bijdrage tot een veilige en vlotte afwikkeling van het verkeer. Auto s of fietsen verlichten slechts een klein gedeelte van de weg en geven laat een beeld in welke richting de weg loopt. De verlichting van de weg moet zodanig zijn dat verkeersdeelnemers het verloop van de weg, hindernissen, de aanwezigheid van zijwegen en ingewikkelde wegsituaties of andere verkeersdeelnemers kunnen overzien. Figuur 1: Verkeersveiligheid- Verlichting Bevorderen sociale veiligheid Openbare verlichting creëert ook een sociaal veilige omgeving zonder direct gevoel voor dreiging of gevaar. De wijze van inrichting is voor een belangrijk deel bepalend voor de ervaring van dit veiligheidsgevoel. Het moet er voor zorgen dat de omgeving goed te overzien is en het mogelijk maakt tegemoet komende personen op een redelijke afstand te kunnen herkennen Bevorderen leefbaarheid en comfort Figuur 2: Misdaad - Verlichting Openbare verlichting speelt een belangrijke rol bij het tot zijn recht komen van de openbare ruimte. Het bijzondere karakter van een plek kan met behulp van de openbare verlichting tot uitdrukking worden gebracht (monumentaal bouwwerk, het plaatsen van klassieke lantaarns in een park of de plaatsing van eigentijds vormgegeven lichtmasten op een plein of in winkelcentra). Netbeheer - Techniek 4

5 1.3 Openbare verlichting in België In 2005 stonden er in België ongeveer 2 miljoen lampen opgesteld als openbare verlichting. Hiervan zijn er 1,6 miljoen opgesteld bij de gemeenten en de rest bij de Gewesten (autosnelwegen en nationale wegen). Figuur 3: Overzicht OV in België Eandis voorziet de exploitatie van bijna 40% van het aantal lampen opgesteld in België voor openbare verlichting. In Vlaanderen is dit bijna 65%. Figuur 4: Samenstelling OV-park België 1.4 Rol Eandis De DNB s zijn eigenaar van het (OV-)net tot en met het aansluitkastje. De gemeenten zijn eigenaar (Asset owner) van de lichtmast, verlichtingstoestel en lamp (exclusief Sibelgas). Eandis (DNB) zorgt voor de plaatsing, het onderhoud (Asset manager) en de gegevens van verbruik. Netbeheer - Techniek 5

6 2. Licht Licht is het zichtbare deel (waarneembaar voor het menselijke oog) van de elektromagnetische straling gemeten volgens de ooggevoeligheid van de mens. Een lichtbron is een voorwerp dat licht geeft. Er zijn natuurlijke lichtbronnen zoals de zon of kunstmatige lichtbronnen zoals een gloeilamp. 2.1 Zichtbare deel elektromagnetische straling Licht is het zichtbare deel van elektromagnetische straling. Figuur 5: Elektromagnetische golf De golflengte van een golf is de afstand tussen twee opeenvolgende cycli. Deze ligt voor licht tussen violet 380 nm en rood 760 nm (1 nm = 10-9 m). De mogelijkheid om verschillende golflengten van licht waar te nemen stelt ons in staat om kleuren waar te nemen. Figuur 6: Zichtbare elektromagnetische straling De basiskleuren zijn rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet (ROGGBIV). Figuur 7: Elektromagnetische straling Netbeheer - Techniek 6

7 De samenstelling van verschillende straling in een lichtstraal noemt men het spectrum. Dit is een grafiek met alle golflengtes en hun sterkte. Figuur 8: Spectrum zonlicht De kleurtemperatuur geeft aan in welke mate licht van een lichtbron ervaren wordt. Deze waarde wordt bepaald met de kleur van een zwart lichaam dat opgewarmd wordt tot een bepaalde temperatuur. Hoe lager hoe roder (warme kleur), hoe hoger hoe blauwer (koude kleur). Figuur 9: Kleurtemperatuur Netbeheer - Techniek 7

8 Wit licht is polychromatisch. Het is een samenstelling van verschillende zichtbare golflengtes (bv de zon). poly (veel) chroma (kleur) tisch mono (enkel) chroma tisch PROEF: Samenstellen van wit licht met de kleurencarrousel of het breken van licht met een prisma. Licht is enkel zichtbaar als men in de lichtbron kijkt of omdat een lichtstraal op een voorwerp botst en reflecteert in de richting van het oog. Figuur 10: Prisma PROEF: Nauwe lichtstraal en een stofwolk. Netbeheer - Techniek 8

9 Opmerking: Wetenschappers zijn er nog steeds niet uit of licht (straling) nu enkel een golf is, een foton (heel klein lichtdeeltje) of beide. Met verschillende proeven kan je de twee stellingen bewijzen. Het golfverschijnsel kan men met diffractie- en interferentieproeven aantonen. Figuur 11: Interferentie Het foto-elektrisch effect kan men verklaren met het deeltjeskarakter. Figuur 12: Zonnecellen Netbeheer - Techniek 9

10 2.2 Het menselijk oog Het netvlies Het netvlies (retina) is het deel achter in het oog dat bestaat uit lichtgevoelige cellen (fotoreceptoren). De kegeltjes zorgen ervoor dat we kleuren zien (fotopisch of dag zien) en de staafjes zorgen voor het zien in een donkere omgeving (scotopisch of nacht zien). De overgang tussen de twee noemt men mesopisch (bv. bij maanlicht) Kegeltjes Figuur 13: Doorsnede oog Er zijn drie soorten kegeltjes in het netvlies die gevoelig zijn voor een bepaalde kleur door hun eigen kleurpigment. Elke kegel heeft een maximum gevoeligheid in een bepaald golflengtegebied. S-kegeltjes: M-kegeltjes: L-kegeltjes: Short wavelength 564 nm rood Middle wavelength 533 nm groen Long wavelength 437 nm blauw Deze waarden zijn bepaald in de CIE 1931 (Centre International de l Eclairage) Staafjes Staafjes zijn erg lichtgevoelig, maar kunnen geen kleuren onderscheiden. Ze zijn vooral gevoelig voor 498 nm blauw-groen licht. Figuur 14: Relatieve spectrale gevoeligheid kegeltjes-staafjes Netbeheer - Techniek 10

11 2.2.4 Relatieve spectrale ooggevoeligheid Kegeltjes worden niet alleen geactiveerd door de golflengte waarvoor ze gevoelig zijn. Ze zullen ook in mindere mate geactiveerd worden door aangrenzende golflengten. Het menselijke oog is dus voor lichtstralen bij gelijke stralingsenergie met verschillende golflengten of kleur niet even gevoelig. De efficiëntie van bijvoorbeeld 700 nm rood licht is maar 4% als dat van 555 nm geelgroen licht. Figuur 15: Absolute spectrale gevoeligheid kegeltjes Men heeft hiervoor internationaal (CIE) een curve bepaald dat de ooggevoeligheid ten opzichte van licht met een bepaalde golflengte (dus kleur) weergeeft voor dagzien V( ) en nachtzien V ( ). Het menselijk oog is overdag het meest gevoelig voor licht met een golflengte van 555 nm (geelgroen licht) en s nachts voor licht met een golflengte van 507 nm (groen licht). Figuur 16: Relatieve spectrale ooggevoeligheid dagnacht Het mesopisch zicht (de zone waar de kegeltjes en staafjes beide actief zijn) situeert zich tussen de 0,001 en de 3 cd/m². Dit is ook de zone waarin typische straatverlichting zich bevindt. Er zijn al verschillende studies gebeurd om V m ( ) beschrijven maar er is nog steeds geen internationaal akkoord. Ook de lichtbehoefte van een mens bij 50 jaar ligt 4 maal hoger als bij 20 jaar. Figuur 17: Aanpassing donker Netbeheer - Techniek 11

12 3. Gedrag van licht op voorwerpen Voorwerpen zijn zichtbaar met een bepaalde kleur door de reflectie, transmissie en absorptie van bepaalde lichtgolven. De som van de drie coëfficiënten is steeds gelijk aan 1. 1 Figuur 18: Transmissie-Absorptie- Weerkaatsing De kleurweergave geeft aan hoe kleuren bij een bepaalde lichtbron worden weergegeven. Figuur 19: Kleurweergave op een voorwerp Netbeheer - Techniek 12

13 3.1 Doorlating en breking van licht Doorlating of transmissie van licht Als een materiaal of voorwerp licht doorlaat noemt men dit doorlating of transmissie (doorschijnend). De transmissiecoëfficiënt is het deel van de straling dat wordt doorgelaten. Er bestaat in analogie met terugkaatsing ook gerichte transmissie en diffuse transmissie of een combinatie van beide. Figuur 20: Transmissie Een voorwerp met niet selectieve of neutrale transmissie zal het licht onveranderd doorlaten. PROEF: Gekleurde filter. Voorbeelden: Helder glas: = 0,90 0,93 PMMA: = 0,80 0,93 PC: = 0,87 0, Breking of refractie van licht Breking is de verandering van richting van straling door verandering van middenstof of niet homogeen midden (verandering van de voortplantingssnelheid). sin sin 1 2 n n 1 2 Figuur 21: Refractie n i : relatieve brekingsindex (snelheid lucht t.o.v. middenstof i). PROEF: Glas water (Glas is optisch dichter dan lucht / Water is optisch ijler dan lucht). Netbeheer - Techniek 13

14 3.2 Absorptie van licht Een deel van de lichtstralen die op een voorwerp invallen worden opgeslorpt en omgezet in warmte. De absorptiecoëfficiënt is het deel van de straling dat wordt geabsorbeerd. Figuur 22: Absorptie 3.3 Terugkaatsing of reflectie van licht Terugkaatsing is de terugzending van straling door een oppervlak. De reflectiecoëfficient gereflecteerd. is het deel van de straling door het oppervlak Figuur 23: Gerichte reflectie Er bestaat gerichte reflectie en diffuse reflectie of een combinatie van beide. Figuur 25: Isotrope diffuse reflectie Figuur 24: Willekeurige diffuse reflectie Een voorwerp met niet selectieve of neutrale reflectie zal het licht onveranderd terugkaatsen. PROEF: Spiegel. Het wegdek vormt de achtergrond voor de waarneming van voorwerpen die voor het verkeer van belang zijn. De luminantie wordt bepaald door de intensiteit van het opvallend licht en door de reflecterende eigenschappen van het wegoppervlak. Om de lichtreflectie van het wegdek hoger te maken werden vroeger witte steentjes toegevoegd. De helderheid en de reflectie-eigenschappen van een wegdek zijn bepaald door de CIE in R-tabellen (met de reflectiewaarden onder elke hoek). Netbeheer - Techniek 14

15 4. Fotometrische grootheden 4.1 Algemeen Fotometrie is het meten van grootheden in verband met lichtstralen die rekening houden met de gevoeligheid van het oog. Figuur 26: Verband fotometrische grootheden 4.2 Lichtstroom (flux) v of F v in lumen De lichtstroom is de totale hoeveelheid licht (stralingsenergie Q v van het zichtbaar deel van de elektromagnetisch straling Q e ) die een lichtbron per seconde uitstraalt gewogen volgens de relatieve spectrale gevoeligheid van het menselijk oog. dq v v dt lichtstroom [lm] Q v : lichtenergie [lm.s] t: tijd [s] Stralingsenergie Q e van de zon bestaat uit 47% zichtbare straling Q v 46% warmtestraling 7% UV-straling Berekeningen hebben aangetoond dat: Voorbeeld: Voorbeelden: 1 W 555 nm (geelgroen) licht = 683 lm (fotopisch) oog aangepast bij dag. 1 W 507 nm (groen) licht = 1700 lm (scotopisch) oog aangepast bij nacht. 1 W straling met een golflengte van 490 nm blauw-groen licht is 0,2 x 683 = 137 lm dag. 1 W straling met een golflengte van 700 nm rood licht is ongeveer 27 lm dag. Kaars Gloeilamp 100W MHHP-TC 100W NAHP-TC 100W NALP-TC 91W 10 lm 1400 lm 8600 lm lm lm Netbeheer - Techniek 15

16 4.3 Lichtsterkte I v in candela De lichtsterkte (stralingssterkte) van een lichtbron is het deel van de lichtstroom (hoeveelheid licht) die in een bepaalde richting (per eenheid van ruimtehoek) per seconde uitgestraald wordt. v I v lichtsterkte [cd] 1 cd = lm/sr Figuur 27: Steradiaal : ruimtehoek [sr : steradiaal] oppervlakte bolschil gedeeld door het kwadraat van de straal voor een volledige bol is = 4 Omrekening van stralingshoek naar ruimtehoek 1sr 2 1 cos 2 Komt van het Latijnse woord kaars. Eén candela komt overeen met de lichtsterkte van een bepaalde standaard kaars (oude definitie). Voorbeelden: Figuur 28: Voorbeelden lichtsterkte De lichtsterkteverdelingskrommen (polair lichtsterktediagram) geven de lichtverdeling van lichtbronnen (lampen, verlichtingstoestellen, ) in verschillende vlakken van de ruimte die onder verschillende hoeken gemeten is. Dit diagram is het verband tussen de lichtstroom en lichtsterkte. Deze is meestal weergegeven voor een lichtstroom van 1000 lm. I v v lamp I v grafiek 1000 Figuur 29: Lichtverdeling lamp Netbeheer - Techniek 16

17 Bij verlichtingstoestellen voor openbare verlichting gebruikt men vooral de C-vlakken (vlakken loodrecht op de baan) met de curve voor iedere invalshoek. Figuur 30: C-vlakken 3D Figuur 31: C-vlakken Figuur 32: Light Distribution Curve (LDC) van een verlichtingstoestel Netbeheer - Techniek 17

18 4.4 Verlichtingssterkte E v in lux De verlichtingssterkte is de hoeveelheid lichtstroom op een belicht oppervlak. v Ev verlichtingssterkte [lux] 1 lux = 1 lm/m² S S: oppervlakte [m²] Bij belichting onder een hoek: v Ev [lux] S.cos De belichtingssterkte in verschillende punten is anders en daarom maakt men gebruik van een gemiddelde E m. Voorbeelden: Zomerdag zonder wolken: Nacht bij volle maan: Grens kleur zien mens: lux 0,2 lux 0,1 lux De isoluxkrommen zijn verbindingen van punten op een oppervlak met gelijke verlichtingssterkte. Figuur 33: Voorbeeld van isoluxdiagrammen Netbeheer - Techniek 18

19 4.5 Luminantie L v in cd/m² De luminantie is de lichtsterkte per m² geprojecteerd oppervlak loodrecht op de kijkrichting van een lichtbron of een verlicht oppervlak. Dit is de enige zichtbare lichttechnische grootte. I v Lv S.cos luminantie [cd/m²] S.cos : bekeken oppervlak [m²] Figuur 34: Zicht onder een hoek Voorbeelden: Figuur 35: Voorbeelden luminantie Netbeheer - Techniek 19