UTVÄRDERING AV DIMENSIONERINGSMODELLER FÖR INFARTSBELYSNING I TUNNLAR.

Transkript

1 Uppdragsnr: (9) UTVÄRDERING AV DIMENSIONERINGSMODELLER FÖR INFARTSBELYSNING I TUNNLAR. Uppdrag Uppdraget omfattar utredning av modellerna i CIE 88:2004, slöjluminans metoden och L20-metoden. Minst en tunnelmynning beräknas och resultatet för de båda beräkningarna jämförs. Resultatet av detta skall diskuteras i förhållande till innehållet i nuvarande VGU avseende tunnel belysning. Till utredningen har tillkommit att gå igenom nedan redovisat underlag, speciellt CEN/CR och korta tunnlar. Före detta uppdrag så har vi lämnat synpunkter på VGU:s nuvarande utformning avseende tunnelbelysning på ett möte 22/9 samt i en lista översänd efter mötet. Underlag Underlaget är nu genomläst alternativt genomögnat för att bilda oss en uppfattning om viktiga parametrar och skillnader i materialet. VGU 2004:80 CIE 88:2004, 2nd edition CEN/CR 14380:2003 (CEN/TC 169/WG6, N458TR Tunnel Lighting) Utdrag ur Håndbok 264, Tunnelbelysning CIE 189:2010 Följande material har också scannats: RABT (scanna) DIN (edition 1972) SS-EN :2005 SS-EN :2003 SS-EN Tunnel 04 Lighting of short tunnels during daytime, Kretzer en Master uppsats. WSP Ljusdesign Stockholm-Globen Besök: Arenavägen 7 Tel: Fax: WSP Sverige AB Org nr: Styrelsens säte: Stockholm

2 Uppdragsnr: (9) Resumé av genomgånget material CIE 88:2004 I denna redovisas slöjluminans-metoden. Ett relativt teoretiskt upplägg, med formler som ger ett säkert utseende. Men för att få fram värden som skall användas i formeln görs lika grova uppskattningar av luminanser som i L20 metoden. Yttre förutsättningarna är ytterst variabla och varierar kraftigt! Bilförarens synfunktion och övriga skillnader i bilen är mycket olika! Stor skillnad mellan dag och natt. Slöjluminans metoden använder en siktkon på 56,8 o. Rent teoretiskt så stämmer slöjluminansmetoden bättre in på verkligheten. Men den är en mycket detaljerad metod som baseras på grovt antagna värden som varierar mycket i verkligheten. Viktiga parametrar: Hastighet (adaptations tid) Vägens lutning och friktion Trafik komplexiteten inkl. vägens standard Parametrar att bestämma: SD, stoppsträcka (reaktionstid och broms tid) Infartsmiljö och beräkning av L th. Här skiljer sig metoderna åt. Hur inverkar de olika metoderna på slutresultatet för samma tunnelmynning? Noterat: Detaljerade formler. Grova antaganden för variabler med stor variation. (friktion och luminanser) Vissa konstanter är inte förklarade i texten! Väderstreck CIE 189:2010 I denna redovisas den teoretiska bakgrunden till olika beräkningsmetoder/formler. VGU I VGU 2004:80 används L20 metoden och ett antal tabeller och figurer ger dimensionerande SD och L th samt beskriver hur den skall styras ner till inre zonens värde. En siktkon på 20 o används, vilket har gett metoden sitt namn. Hastighet och väg standard ger SD, som används för att bedöma vilken miljöklass tunnelmynningen har. Därefter avgör tillfartriktning och belysningsprincip vilken luminans som blir dimensionerande.

3 Uppdragsnr: (9) Noterat: Det är svårt att ibland veta vilka värden man skall välja för det finns ingen vägledning. Vi har tidigare framfört synpunkter på vissa svårigheter och felaktigheter. Håndbok 264 Störst olycksrisk 50m utanför och 50 m in i tunnel, större än på väg och i tunnel mitt. Det finns ingen gemensam EU-standard för tunnelbelysning. Norska vägtunnlar längre än 100 m skall ha belysning. Genomlysetsareal mindre än 20 % vid SD, skall ha belysning. Samma zonindelning som EU. Adaptation: mesta adaptationen avklarad efter sekunder. (källa?) Full adaptation ca halv timme. Ju större differens mörkt-ljust ju längre adaptationstid. Använder L20-metoden med angiven SD. Se bilder sid 4 och jämför med slöjluminans beräkning/vgu. Datorprogram kräver det ett foto på en verklig tunnelmynning? Krav för att begränsa bländning. Monotoni, trötthet, epilepsi, tunnelrädsla Symmetriskt-, mot- och medljus. Har inte nämnt metallhalogen som ljuskälla! Har inte diskuterat färgåtergivning. RABT 2006 (hänvisa till DIN 67524) Behandlar tunnelutformning i stort. Kapitel 3 behandlar belysning. Se appendix A. Redovisar en klassningsmetod för att avgöra typ och k-värde! L 20 *k ger L th.

4 Uppdragsnr: (9) CEN Mer pedagogiskt upplagd än CIE 88: Beskriver kvalitet för tunnelbelysning: Luminans och belysningsstyrka på vägyta. Luminansnivå på väggar. Jämnhet Kontroll av bländning Undvika flimmer 2 Variabler Hastighet, reaktionstid (antagen), f (friktion, antagen), s (vägens lutning), SD och senare k (antagen), qc (antagen). 3 Trafiksituationen 4 Väg o tunnel struktur 5 Långa och korta tunnlar 6 Belysningssystem Redovisar kort med, mot och asymmetrisk belysning. Det framkommer inte om man behandlar sidoplacerade armaturer!! Diskussion om bländningens inverkan på försämrad kontrast känslighet?? 7 Bländning flimmer 8 Belysningsstyrning Annex A1 A5 A1: L20 metoden något annorlunda än VGU och CIE. A2: Trafik vägd L20. Resultat ifrån A!? A3: Slöjluminans i Nederländerna. Skiljer sig från den i CIE. A4: En Fransk metod.... kolla Lth i jfr med VGU!! A5: Korta tunnlar. Beror på krökning i sid och höjd led. Hur mycket dagsljus som kommer in och hur väl man ser andra ändan! Lighting of short tunnels during daytime, Kretzer, en Master uppsatts. I denna masters-uppsatts har studerats hur man kan belysa korta tunnlar under dagtid. Först en genomgång av historik och vilka standarder som gäller idag. Val av belysning för en kort tunnel och vad en kort tunnel är värderas enligt CIE 88:2004, figur 4.1.

5 Uppdragsnr: (9) Definition av vad som är en kort tunnel är inte helt klar, men man har valt att följa CIE. Historiskt har ett lösa dagtids belysningen varit att göra en ljusslits som kan betraktas som en inre belyst del av tunneln för att även där få en siluett-verkan, för upptäckt av hinder eller personer som rör sig i tunneln. Diskussioner om luminansnivå har pågått under tid, men nu föreslås ca 15 cd/m 2. Dagsljus inträngning är en avgörande faktor. Men det har visats i olika undersökningar att det är sällan att man kan utnyttja mer än 25 m i vardera änden av tunneln. I uppsatsen så redovisas resultat från försök med tre olika system för dagsljus belysning av korta tunnlar: ljusslits, luminanta band och LED-strips. Av resultaten att döma så visar de två sistnämnda vara de system som ger bäst upptäcktsgrad (sid 70-90). Frågor om tex underhåll, rengöring av lågt placerade ljushet bör diskuteras. Troligen så är dessa betydligt mer energieffektiva än att försöka uppnå mer än 15 cd/m 2 i tunnelns mitt. Ljusslits alternativet visar på brister i upptäcktsgrad strax före och efter ljusslitsen. Det framgår inte klart vilken luminans som måste uppnås av de luminanta banden eller LED-stripsen. Ett annat tänkbart system kunde vara sidemitterande ljusfiber som driv med en solkollektor. Då får man också en automatisk reglering av ljusheten på fibern i förhållande till solljuset.

6 Uppdragsnr: (9) Utredning Vi har noterat att SD (hastighet och tid) är en viktig start parameter för de flesta av de genomgångna metoderna. Den bör korrespondera mot ögats möjlighet (i tid) att adaptera. CIE redovisar en mycket detaljerad start vad avser vikt på fordon och friktionskoefficient. Det är stor spridning i vilken friktionskoefficient man väljer. Fordonets vikt har med angiven teori ingen inverkan på SD. En annan notering är att siktkonen skiljer sig åt i de två modellerna L 20 (20 o ) och slöjluminans (56,8 o ). De olika luminansvärdena (himmel, byggnad, väg etc) som skall användas i modellerna är antagna och skiljer sig delvis åt. Men de antagna värdena skall representera en verklighet med en mycket stor variation i luminanser och dessutom beroende på väderförhållande. Detta pekar på att ingångsvärdena är en osäkerhetsfaktor för metoderna. CIE L 20 kontra VGU Vi studerar hur vikt, lutning och friktion inverkar på SD enl CIE L 20 Massan elimineras i formel A2.2. Friktion väljs för våt vägbana: 60 km/h=0,375 och 80 km/h=0,33 samt 120 km/h=0,3. Finns det någon vits att fundera över snö och is? SD för 60/f0,375=54 m, tid 3,3 s SD för 80/f0,330=98 m, tid 4,4 s Enligt Håndbok 264 så har det mesta av ögats adaptation utförts på ca s. Differens mellan CIE och VGU finns beräknad och redovisad i tabell nedan. Beräkningen visar värden för reaktionstid (t o ) 1 sekund respektive 2 sekunder samt för olika lutning. SD för CIE ligger i VGU intervallet. Men frågan är hur definierar/väljer man vägstandard i tabell 6-2 VGU.

7 Uppdragsnr: (9)

8 Uppdragsnr: (9) Jämförelse av angivna luminanser L 20 mellan CIE/VGU. I CIE finns luminanser angivna i tabell och tillsammans med formel A1.3 samt k får vi L 20. K finns inräknat i VGU tabell 6-3, men hastigheter överensstämmer inte. Valen av miljötyper är ungefär desamma men i CIE beräknas värdena i VGU finns värdena i tabellen. Värdena på L 20 skiljer sig åt, tex söder, 35 % himmel ger CIE ca 8300 cd/m 2 och VGU 5000 cd/m 2. I CIE skiljer man inte på ljusprinciperna i L 20 metoden! Valet av hastighet, lutning och friktion ger en SD i CIE. Även k-faktorn varierar med hastigheten (tabell A.1.3) som är inbakad i VGU tabell 6-3. Teorierna stämmer överens men sättet att beräkna L 20 skiljer sig åt. Valet av miljötyp är mer flexibelt i CIE. Siktkonen används på likartat sätt i båda handlingarna. VGU känns mer robust vid första anblicken men man bör förklara olika val bättre. Dessutom så kanske bara ett värde skulle anges oberoende av belysningsprincip. Man kan ange en faktor för olika belysningstyper för korrigering. Bakgrunden till hur de olika värdena i friktion, luminanser, slöjluminanser samt siktkon är valda bör studeras för slöjluminansmetoden. Detta är viktigt med hänsyn till att dessa indata är avgörande för resultatet och att de dessutom har en stor variation i verkligheten. Jämförelse slöjluminansmetoden och L20-metoden i CIE Samma beräkning av SD. Diskuterar trafiksituationer men används inte i modellen vad vi funnit. Använder en större siktkon. Många värden är antagna i formlerna och en mycket detaljerad beräkning för en mindre del av resultatet (ca 30 %) och värden ansatta på belysningsprinciper. Det är bra att denna skillnad görs på slutet av beräkningen. Att använda en större siktkon kan kännas vettigt i förhållande till ögats adaptionsnivå. Men det finns ett antal antaganden som känns osäkra. Det finns säkert underlag för de faktorerna men de bör redovisas. Beräkning av dimensionerande luminans för infartsbelysning i tunnel En tunnelmynning har överslagsmässigt beräknats. Vald tunnelmynning är från Nordsydaxeln (Söderledstunneln) med södergåenderiktning från centralbron. Enligt VGU s metod blev L th 95 cd/m 2 med hastighet 70 km/h, miljötyp 4 och symmetrisk belysning. En överslagsberäkning enligt CIE s slöjluminans metod så blir L th 384 cd/m 2 för symmetrisk belysning. Dvs en faktor 4 gånger högre. Motsvarande värde för motljus blir 75 respektive 250. En faktor 2,5 gånger högre. Detta beror främst på de antagna (uppmätta) värdena för himmel och ruta samt på en vidare siktkon. Beräkning och tabell se nedan.

9 Uppdragsnr: (9) Sammanfattning Vad avser SD så bör man fundera över en förklarande text över hur man väljer vägstandard och vad man väger in i den. Se tabell sid 7 med beräkning för olika lutning och olika reaktionstid hur SD varierar och hur lång SD blir i CIE respektive VGU. Slöjluminansmetoden enligt CIE baseras på en beräkningsmetod som är mer komplex och detaljerad än L20-metoden. Dock så är slöjluminansmetodens ingångsdata behäftade med stora osäkerheter och variationer i verkligheten. Dessutom är mer än hälften av den beräknade luminansen en konstant som är ett bidrag från atmosfären och vindrutan. Vid en jämförande beräkning på samma tunnelmynning med samma hastighet och miljötyp, så blir enligt VGU s metod L th 95 cd/m 2 för symmetrisk belysning. Medan en överslagsberäkning enligt CIE s slöjluminans metod blir L th 384 cd/m 2 för symmetrisk belysning. Dvs en faktor 4 gånger högre. Motsvarande värde för motljus blir 75 respektive 250. En faktor 2,5 gånger högre. Dagbelysningen i korta tunnlar kan lösas med tex lågt placerade LED-strips. Stockholm Peter Pertola, Staffan Abrahamsson