Poznatky z osvetlenia tunela Lučivná
prof. Ing. Pavol Horňák, DrSc.,
odborný poradca Národnej diaľničnej spoločnosti, a. s. Bratislava, Slovenská republika
Koncom roka 2004 bol na východnom Slovensku dokončený takmer päťkilometrový tunel Branisko a v roku 2005 asi 600metrový tunel Horelica na severe krajiny. Bratislavský tunel Sitina slúži motoristom od 24. júna 2007 a tunel Lučivná pod biokoridorem na 330. km D1 od Bratislavy od 11. decembra 2007. Na diaľnici D1, ktorá má v budúcnosti spojiť Bratislavu s Košicami, sa v blízkej budúcnosti predpokladá naprojektovať a vybudovať ďalšie tunely.
1. Základné informácie
Na začiatku niekoľko zaujímavých údajov:
- ide o priamy tunel obdĺžnikového prierezu so separovanými dopravnými prúdmi v oddelených tunelových rúrach dĺžky 250 m; v jednom dopravnom páse sú dva jazdné pruhy; pomer šírky vozovky vrátane chodníkov a svetlej výšky prejazdného profilu predstavuje približne číslo 2;
- návrhová rýchlosť vozidiel je 100 km/h a celková brzdná dráha pri nulovom sklone vozovky je 93 m;
- hodnota jasu približovacieho pásma L20 bola zvolená 4 000 cd/m2 (pre východný a západný vjazd);
- odrazové vlastnosti povrchu vozovky a povrchu stien tunela sú podľa [6] definované na základe kategórií použitých povrchov R3 (priemerný súčiniteľ jasu Q0 = 0,08 sr–1) a R1 (priemerný súčiniteľ jasu Q0 = 0,10 sr–1).
2. Pravidlá pre stanovenie potreby osvetlenia krátkeho tunela cez deň
Podľa [1] patrí tunel Lučivná do kategórie krátkych tunelov. Vzhľadom na to je treba dať odpoveď na otázku, či ho nutno cez deň osvetľovať?
Podľa [2] pomerný výhľad DSV pre:
- rúru A – smer Poprad je približne 6,
- rúru B – smer L. Mikuláš je približne 2.
Ak DSV < 6, tunel potrebuje cez deň osvetlenie.
V prípade požiadavky [3], ak je percentuálny priehľad LTP < 20 %, čo je prípad tunela Lučivná, je osvetlenie tunela cez deň potrebné.
Ak sa vezme do úvahy daný pomer šírky vozovky vrátane chodníkov a svetlej výšky prejazdného profilu, boli svietidlá podľa [4] správne rozmiestnené približne v osi dopravného pásu.
3. Požiadavky na svietidlá pre tunely
Treba zdôrazniť, že všeobecné požiadavky a skúšky tunelových svietidiel sú obsiahnuté v norme [5]. Osobitné požiadavky na svietidlá na osvetlenie tunelov sú v stredoeurópskom priestore najlepšie spracované v [2]. Tieto požiadavky spĺňajú tunelové svietidlá SRX-V4A-ED-34 150 W alebo 400 W Philips. Rozmiestnenie svietidiel v tuneli Lučivná je zrejmé z obr. 1.
Príkon použitých vysokotlakových sodíkových výbojok produktovej rady Master SON T PIA Plus je 150 W (svetelný tok 17 500 lm) a 400 W (svetelný tok 55 500 lm). Tieto výbojky vďaka výborným parametrom v úspore energie a spoľahlivosti po celú dobu ich života minimalizujú celkové investičné náklady.
4. Projekt osvetlenia
Projektant pri návrhu osvetlenia tunela Lučivná vychádzal z požiadaviek na osvetlenie stredných a dlhých tunelov, čím pri vyššom počte svietidiel garantoval zrakovú adaptáciu vodiča aj pre mokrý povrch vozovky a hodnotu jasu približovacieho pásma L20 až 6 000 cd/m2; takýto stav môže nastať, pokiaľ biokoridor nad portálom tunela nebude zalesnený ihličnatými stromami. V tomto prípade nutno venovať pozornosť štyrom pásmam osvetlenia.
Medzné pásmo je prvý vnútorný úsek tunela. Dĺžka tohto pásma závisí od návrhovej rýchlosti. V projekte osvetlenia tunela Lučivná bola zvolená ideálna celková brzdná dráha 93 m.
Priemerný jas vozovky za portálom tunela Lfe je priamo úmerný veľkosti jasu L20:
Lfe = fGSBL20 pre protismerné osvetlenie asymetrickými svietidlami alebo Lfe = fSYML20 pre symetrické osvetlenie symetrickými svietidlami.
Pre návrhovú rýchlosť 100 km/h a protismerné osvetlenie je Lfe = 0,05 · 4 000 = 200 cd/m2 (tab. 1).
Pretože cez deň je na začiatku medzného pásma hodnota jasu na úrovni jasu približovacieho pásma L20, je prvé svietidlo inštalované 10 m od portálu. Preto projektant odporúča znížiť hodnotu jasu v prvej polovici medzného pásma na 80 % (160 cd/m2). V druhej polovici medzného pásma jas dopravného pásu stupňovito klesá na smernú hodnotu okolo 40 %, t. j. 64 cd/m2.
Prechodové pásmo je úsek tunela, ktorý nasleduje po medznom pásme. V prechodovom pásme sa úroveň jasu existujúca na konci medzného pásma znižuje na úroveň jasu vnútorného pásma. Dĺžka prechodového pásma (102 m) závisí od návrhovej rýchlosti a rozdielu úrovní jasu medzi koncom medzného pásma a vnútorného pásma. Koniec prechodového pásma leží v mieste poklesu jasu na hodnotu trojnásobku jasu vnútorného pásma.
Vnútorné pásmo je úsek tunela, ktorý nasleduje po prechodovom pásme. Vo vnútornom pásme sa úroveň jasu Lfi udržuje na konštantnej hodnote Lfi = 6kVSkFGkVA (cd/m2) kde kVS je činiteľ predpokladanej intenzity dopravy, kFG činiteľ návrhovej rýchlosti, kVA činiteľ užívateľov tunela (tab. 2).
Pre jas Lfi v tuneli Lučivná platí Lfi = 6 · 0,8 · 1,2 · 1,0 ≈ 6 cd/m2
Výjazdové pásmo je úsek tunela, v ktorom je videnie vodiča blížiaceho sa k výjazdu z tunela ovplyvnené jasom priestoru za tunelom. Vo výjazdovom pásme nie je situácia s ohľadom na viditeľnosť a zrakovú pohodu cez deň kritická, pretože obrysy prekážok nachádzajúcich sa vo výjazde sú dobre viditeľné proti jasnému otvoru výjazdu. Preto vyhovuje osvetlenie doporučené pre vnútorné pásmo tunela.
Navrhnuté pásma osvetlenia tunela Lučivná podľa [2], resp. [3], sú špecifikované v tab. 3. Všetky uvedené hodnoty jasu sú hodnoty udržiavacieho jasu LBL, pod ktoré jas nemá poklesnúť. Je to priemerný jas v čase, keď sa má urobiť údržba. Začiatočný jas LPL je priemerný jas v novej osvetľovacej sústave.
Hodnota začiatočného jasu LPL = LBL/fPL. Udržiavací činiteľ fPL osvetľovacej sústavy závisí od činiteľa starnutia a úmrtnosti svetelných zdrojov (regulácie osvetlenia počas dňa), od činiteľa znečistenia svietidiel a od činiteľa znečistenia stien a jazdnej dráhy v tuneli. Hodnota udržiavacieho činiteľa osvetľovacej sústavy tunela Lučivná je fPL = 0,66.
5. Zmeny osvetlenia počas dňa a ovládanie osvetlenia
Jas približovacieho pásma L20 vyhodnocuje jasomer Lu inštalovaný pred vjazdom do tunela vo vzdialenosti celkovej brzdnej dráhy a vo výške približne 4,5 m nad vozovkou po jej pravej strane. Rozdiel medzi hodnotou udržiavacieho jasu LBL a jeho skutočnou veľkosťou Lfe je kritériom pre riadenie osvetlenia. Avšak trvalá prevádzka osvetlenia tunela na maximálny výkon, ktorý zodpovedá hodnotám začiatočného jasu LPL je neekonomická. Preto v medznom pásme tunela je za portálom vo vzdialenosti približne 25 m rovnobežne s pozdĺžnym smerom inštalovaný druhý jasomer Le, ktorý zaistí reguláciu osvetlenia vychádzajúcu z hodnoty udržiavacieho jasu LBL. Namerané hodnoty kontrolných jasomerov Lu a Le sú všeobecne odlišné od jasov pozorovaných vodičom. Preto treba raz ročne zisťovať korekčný činiteľ.
Teda v tuneli Lučivná bola použitá stupňovitá regulácia osvetlenia:
1. denný režim
- adaptačné pásmo – medzné a prechodové pásmo 33 %, 66 % a 100 %,
- vnútorné pásmo 100 %,
- výjazdové pásmo 100 %;
2. nočný režim
- vo vnútri tunela 50 % denné hodnoty jasu vnútorného pásma.
Dotykový panel ovládania osvetlenia tunela Lučivná je na obr. 2.
6. Kontrola stavu osvetlenia tunela Lučivná
Počet meraní 9. decembra 2007 od 13:00 do 22:30 h bol obmedzený na uvedenie osvetľovacieho zariadenia do prevádzky. Preverila sa funkčnosť riadenia a regulácie osvetlenia tunela Lučivná a zaprotokolovali sa jasy na povrchu vozovky pre denný režim: adaptačné pásmo – medzné a prechodové pásmo 100 %, vnútorné pásmo 100 % a výjazdové pásmo 100 % v rúre B – smer L. Mikuláš. Meranie rúry A – smer Poprad v plnom rozsahu bolo znemožnené mokrým povrchom vozovky, zapríčineným čistiacimi vozidlami pred uvedením tunela do prevádzky. Na meranie priemerného jasu boli použité kalibrované jasomery LS-100 a Rollei.
Vypočítané hodnoty jasu na povrchu vozovky sú nižšie ako namerané. Preto 3 – stupeň regulácie osvetlenia sa využije len vtedy, keď hodnota jasu v približovacom pásme L20 bude na úrovni 6 000 cd/m2. Nočný režim – vo vnútri tunela (50 %) a bez redukcie výkonu (100 %) – pre denný režim dosahuje najvyššiu presnosť výpočtu. Celková (U0 ≥ 0,4) a pozdĺžna (Ul ≥ 0,6) rovnomernosť jasu na povrchu vozovky, ako aj osvetlenie stien tunela do výšky 2 m spĺňajú požiadavky uvedené v [6]. Najvyššia hodnota zvýšenia prahovej hodnoty TI je menšia ako 3 %, prípustná hodnota je menšia ako 15 %. Rušivý vplyv mihania je pre krátke tunely zanedbateľný.
7. Záver
Osvetľovacie zariadenie tunela Lučivná bolo pred uvedením do prevádzky vyskúšané, bola overená bezpečnosť prevádzky riadenia a regulácie osvetlenia a vykonané potrebné skúšky, odborné prehliadky a sú nastavené prevádzkové hodnoty udržiavacieho jasu LBL podľa projektu. Po podpísaní prezenčnej listiny 10. decembra 2007 účastníkmi funkčných skúšok technologického vybavenia tunela sa 11.decembra 2007 zahájila prevádzka tunela Lučivná. Tento tunel spĺňa stanovené základné technické požiadavky a funkčné princípy uvedené v [2] a [3].
Súvisiace technické podmienky, predpisy a normy
[1] STN 73 7507 Projektovanie cestných tunelov.
[2] RVS 09.02.41 Projektierungsrichtlinien Tunnelbeleuchtung (Version 20).
[3] TNI CEN/CR 14380 Osvetlenie. Osvetľovanie tunelov (triediaci znak 36 0412).
[4] RABT Richtlinien für die Ausstattung und Betrieb von Strassentunneln.
[5] STN EN 60598-1 Svietidlá. Časť 1: Všeobecné požiadavky a skúšky; Časť 2-3: Osobitné požiadavky. Svietidlá na osvetľovanie ciest a ulíc a Časť 2–22: Osobitné požiadavky. Svietidlá na núdzové osvetľovanie.
[6] STN EN 13201-2 Osvetlenie pozemných komunikácií. Časť 2: Svetelnotechnické požiadavky; Časť 3: Svetelnotechnický výpočet a Časť 4: Metódy merania svetelnotechnických vlastností.
[7] DIN 67524-1: Beleuchtung von Strassentunneln und Unterführungen – Allgemeine Gütemerkmale und Richtwerte.
[8] STN EN 1838 Požiadavky na osvetlenie. Núdzové osvetlenie.
[9] Nariadenie vlády Slovenskej republiky č. 344/2006, o minimálnych bezpečnostných požiadavkách na tunely v cestnej sieti.
[10] TP 98 Technologické vybavení tunelů pozemních komunikací. Technické podmínky. ELTODO EG, a. s.
[11] Zákon č. 142/2000 Z. z., o metrológii a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení zákona č. 431/2004 Z. z.
[12] STN EN 13032-1 Svetlo a osvetlenie. Meranie a vyhodnotenie fotometrických údajov svetelných zdrojov a svietidiel. Časť 1: Meranie a formulár súborov.
Obr. 1. Rozmiestnenie svietidiel v tuneli Lučivná
Obr. 2. Dotykový panel optimalizácie ovládania osvetlenia tunela Lučivná
Tab. 1. Hodnoty činiteľov pre výpočet jasu za portálom
Tab. 2. Hodnoty činiteľov kVS, kFG, kVA
Tab. 3. Údaje osvetlenia tunela Lučivná (uvedené hodnoty jasu sú hodnoty udržiavacieho jasu LBE)
Tab. 4. Údaje svetelných zdrojov a svietidiel
Tab. 5. Použité merací prístroje
Tab. 6. Vypočítané (LPL, LBL) a namerané priemerné hodnoty jasu v tuneli pri novom stavu osvetlenia
Tab. 7. Nastavenie riadenia, regulácie a meranie osvetlenia tunela Lučivná kamerou Lucas (ESP)