Aktuelle teknologier

I dag benyttes ulike lyskilder som høytrykknatriumlamper, lavtrykknatriumlamper, metallhalogenlamper og LED (lysemitterende dioder). LED-lamper er nå å anse som den foretrukne teknologien, og den mest aktuelle for framtiden. LED har gode egenskaper med tanke på lysutbytte sett opp imot avgitt mengde watt, fargegjengivelse, levetid og et redusert vedlikehold. Før vi går dypere i egenskaper og kvaliteter, ser vi det hensiktsmessig å redegjøre for noen av lyskildenes utvikling.

Historisk perspektiv

Mange har en oppfatning av LED som en relativt ny teknologi. Men teknologien strekker seg faktisk tilbake til tidlig 1900-tallet, med den engelske forskeren, Henry Joseph Round. Han var den som "oppdaget" LED ved et eksperiment der uorganisk materiale ble tilført strøm. Historiebøkene dokumenterte dette som uinteressante hendelser og slik ble det værende en stund. I senere tid har det blitt eksperimentert med ulike krystaller for enklere og bedre lys.

LED er altså ikke noe nytt og det var først på 60 og 70-tallet at teknologien ble mer kommersiell og man fant den i eksempelvis indikatorlamper og instrumenter. Et annet eksempel er laserteknologien i Bluray-spilleren, som er basert på LED-teknologi. Et stykke ut på 2000-tallet var det utviklet LED-belysning som gav ca. 100 lumen per watt. Dette tallet har per i dag stabilisert seg på ca. 150 lumen per watt. Utviklingen går videre, men ikke i de store stegene. Det legges vekt på for eksempel optimalisering av optikk, slik at lyset dioden produserer fanges opp og kastes i ønsket mengde og retning.

Om vi ser på utviklingen og bruk av gatebelysning i det offentlige rom, brukte de første lysene olje og gass som energikilde. Den historiske oppbygningen av gatelyset benytter vi også i dag, en enkel mast med en lyskilde et godt stykke plassert over bakken. Det mest hensiktsmessige den gang var bruk av gass, ofte med en direkte forsyning fra et nærliggende gassverk. Slik gassbelysning ble ikke særlig utbredt, og den offentlige belysningen ble først utbredt med inntoget av elektrisitet. I vårt land kan vi spore den første gnisten over 100 år tilbake i tid, året er 1891. Hammerfest var den første byen i Norge, og faktisk den første i Nord-Europa. Elektrisitet var en luksusvare, og forbeholdt noen ytterst få. Industrien var en av de første aktørene som benyttet seg av elektrisitet, etterfulgt av noen kommuner. Som vi kommer tilbake til senere i rapporten, ble det allerede den gang registrert at belysning i det offentlige rom hadde en preventiv effekt på kriminalitet.

I årene før strømmen ble slått på i Hammerfest, ble det første steget at Samlaget satte av hele 2000 kr for installasjon av belysning. Etter noen år og ved oppstart av arbeidet, var summen steget til 17 000 kr. Det var nå klart for å skrive historie. Det ble bygget et anlegg der en turbin produserte ca. 44,7kW som var nok til å forsyne nesten 700 lyskilder, i tillegg til noe gatebelysning. Det ble investert i 18 buelamper som utgjorde gatebelysningen, og hele 300 lys til utvalgte hus. Buelampen bestod av to kullstifter med en viss avstand, kapslet inne i en glasskuppel. Strømmen slo over fra den ene stiften til den andre ved å føre de sammen. Deretter flyttet man de raskt fra hverandre for å holde en lysbue i "luften" med en temperatur på rundt 4000 grader celsius. Sammenlignet med dagens LED og dens forventede levetid, hadde buelampen 10-15 timers brenntid. Deretter måtte man rengjøre glasset og sette inn nye stifter.

Det er verdt å nevne at ved å regne kroneverdien fra slutten av 1800-tallet opp imot dagens krone, ville det tilsvare over 50 kroner pr. kWh. En enebolig med tilsvarende forbruk 20 000 kWh, hadde da betalt rundt 1 million kroner i strømregning. Årene har gått og Norge har vist seg å være rik på fornybare energiressurser, som vi også utnytter flittig og effektivt. Dette er nok en viktig faktor til de mange opplyste veier i per 2020.

Figur 3, Grunnleggende om LED, Hentet fra: glamox.com/no

Kost / nytte

Gruppen ser det nødvendig å drøfte noen tanker rundt temaet kost / nytte. Det er ikke utført regnestykker eller vurdert økonomiske beslutninger ved lønnsomhet i forhold til installasjoner. I det påfølgende avsnitt vil teksten stå som en kommentar til vårt hovedtema.

« Et statistisk liv har en verdi tilsvarende 34,58 millioner kroner ».

Nye Veier, er et aksjeselskap stiftet i 2015, og som i 2016 formelt overtok ansvaret for veiutbygging og drift fra Statens vegvesen. Visjonen er bedre og tryggere veier, til en lavere gjennomføringskostnad. I denne sammenhengen har de gjort teststrekninger uten tradisjonell belysning, og mener å kunne dokumentere at det ikke foreligger økning i ulykkestall. Det man i grove trekk kan hente ut ifra dette er at trafikksikkerhet kan bestå av mer enn belysning. Hvordan veien er bygget, antall svinger, doseringer, avstand til langsgående miljø, viltferdsel, midtdeler, reflekser, sidemarkering, miljøtiltak, holdningskampanjer etc. Nye Veier synes å være av den oppfatning at holdningene til veilys bør utfordres, men har til nå ikke fått medhold fra det offentlige. /p>

Det å anlegge ny veibelysning utgjør en kostnad i et veiprosjekt. Både i faktisk utførelse og det som skal driftes i ettertid. Det er anslått en byggekostnad på det som klassifiseres som motorveg tilsvarende ca. 1,25 millioner kroner per km vei. For vedlikehold av en slik strekning er det anslått kostnader tilsvarende 100 000 kr per km vei. Bruken av gatelys er ved enkelte strekninger / klassifiseringer lovpålagt. Hvorvidt bruken av den kan forsvares i kroner og øre, virker å være et åpent spørsmål. Det er mindre forskning på dette feltet, og de fagartikler eller uttalelser som er å oppdrive, spriker noe.

Om vi kunne dokumentere en unngått trafikkulykke ved en gitt strekning, på grunn av veibelysning, for så å måle dette opp imot utgifter knyttet til vegbelysningen, ville dette latt seg visualisere i et relativt enkelt regnestykke. Dette er nok dessverre mer komplekst, ref. overstående punkter, og er selve kjernen i kost/nytte-punktet. En ulykke kan bestå av en kjede uønskede hendelser, der manglende lys er en av flere faktorer. Værforhold, hastighet, sjåførens vurderinger, grad av tretthet, dagsform, distraherende handlinger, grad av fokus, manglende eller dårlig veibelysning, møtende trafikk, tilgjengelige valg i avgjørende øyeblikk etc. Er sjåføren trøtt, hjelper det kun med søvn.

Noe forskning fra Norge, peker på redusert risiko ved bruk av veibelysning. Den er også åpen på manglende dekning og gyldighet. Det er som nevnt, flere faktorer ved en ulykke og hvordan skal man definere et slikt regnestykke .

Som et utgangspunkt tåler mennesket en kollisjon i hastigheter opp til 70 km/h. Alle overskridelser utover dette medfører en drastisk økning i dødelighet.

  • Når gjennomsnittsfarten øker med 5 %, øker risikoen for personskadeulykke med 10 % og risikoen for å bli drept med 25 %
  • Der farten økes fra 80 (når fartsgrensen er 80) til 93 km/t, dobles risikoen for å bli drept i en ulykke.

Fart og veistandard er argumenter for alternativ bruk av "veilyspenger". Som Nye Veier er inne på, skal det bygges eller utbedres flere veistrekninger, i stedet for å belyse de? Et argument for veibelysning er sikkerheten i et tenkte tilfelle et kjøretøy må stanse i veibanen. Alternativet er stans veibanen, i mørket. Da blir vurderingen om man skal / har råd til å ta hensyn til alle «worst case» scenarioer.

Lyskilder

Lavtrykksnatriumlampe - LPS

Figur 4, Lavtrykks natrium-damp lyskilde

LPS har et gul-oransje lys med høyt lysutbytte på ca. 150lm/W og ca.18 000 brenntimer. Denne lyskilden produserer et lys som ligger tett på øyets mest følsomme område, og øyet opplever en stor lysmengde. Det er slik at spekteret av avgitt lys ligger tett, som da resulterer i det som refereres til som monokromatisk. Med andre ord en dårlig fargegjengivelse og kontrast.

Høytrykksnatrium - HPS

HPS har et mer gulhvit lys med en fargegjengivelse lik Ra = 20. Den har lysutbytte på 80-130 lm/W. Natriumslampen blir i dag brukt mye til industri, flomlys, gatelys og tunnelbelysning. Normal levetid er på mellom 12 000 - 18 000 brenntimer. For at pæren skal tenne, er den avhengig av en forkobling, enten elektronisk eller konvensjonell. Det kobles en reaktor i serie med pæren som fungerer som en strømbegrenser. For å tenne pærene så brukes det ofte et tennapparat som generer en spenning på 2,5kV og 4,5kV som starter reaksjonen i lampen slik at den lyser.

Ved bruk av konvensjonell forkobling vil effektforbruket til lyskilden være variere med spenningen til armaturen. Der den påtrykte spenningen øker med 4%, øker effekten med 10%. Lysutbyttet til lampen vil også variere ved ulike spenningsnivå, der økt spenning også øker lysutbytte fra lampen. Spenningen vil også påvirke levetiden til pæren i form av slitasje. Ved bruk av elektronisk forkoblingsutstyr vil lampen motta en mer stabil spenning og dermed får vi et mer jevnt forbruk og lysutbytte.

Figur 5, Høytrykks natrium-damp lyskilde

Metallhalogen

Figur 6, Metallhalogen lyskilde

Metallhalogen har ofte et hvit lys i området 5000K, og en fargegjengivelse på Ra= 80 – 95. Lysutbyttet ligger mellom 71-93lm/W og den har en levetid på ca. 12 000 brenntimer. Metallhalogenlampen er videreutviklet fra kvikksølvlampa slik at den har forbedret lysutbyttet og fargegjengivelsen. For at lampen skal tenne, trenger vi også her forkoblingsutstyr. Reaktoren er koblet i serie med lampen, men det er ikke nødvendig med et tennaparat for tenning. Denne type lyskilde er mest benyttet i områder med mange trafikanter på grunn av sin gode fargegjengivelse.

Lysemitterende diode - LED

Figur 7, Oppbygging av LED linse og chip

LED er en forkortelse for lysemitterende diode. Den er bygd opp av flere lag med halvledermaterialer, og ved tilført strøm avgir dioden lys. Lyskilden har ofte et hvit lys i området 4000 K, og har en fargegjengivelse på Ra= 80 – 95. Lysutbyttet ligger på ca.100 - 150 lm/W. Levetiden kan forventes å være 50 - 100 000 brenntimer. Lysdioden består av en anode (+) og en katode (-), og normal spenning over dioden er 1,8V til 3,5V. Fargen i lyset en LED avgir er avhengig av hvilke halvledermatereiler den består av. LED-chipen avgir fargene rødt, gult, grønt eller blått avhengig av krystallsammensetningen. Ved å bruke fosforbelegg over LED-chipen kan den også avgi et hvitt lys. Dette er den mest brukte utførelsen per i dag. En annen metode for å produsere hvit lys, er å blande en rød, grønn og blå diode (RGB), og på den måten oppfatter vi et hvit lys.

Fordeler LED Ulemper LED
Strømtrekk / kabling Krav til kjøling
CLO (Constant light/lumen output) Varmefølsom
Mindre vedlikehold Ulikkvalitet (chip)
Lengre levetid EMC støy
Bedre lysutbytte Lukket system
Smarte styremekanismer Fargetemperatur (hvit)
Mindre varme Kastelengde / rekkevidde
God fargegjengivelse (CRI/Ra) SDCM (variasjoner i farge over batcher)
Påvirkes ikke av vibrasjoner
Starter umiddelbart
Inneholder ikke tungmetaller

Tabell 1, Fordeler og ulemper med LED lyskilde

Styringssystemer for veibelysning

Det er mange produsenter som tilbyr ulike systemer for styring av veilys. Noen satser på toppsystemer for å overvåke tilstanden på belysningen, som feil på armaturer, logg av strømforbruk og mulighet for fjernstyring av hele anlegget. Andre satser på teknologi som styrer belysningen avhengig av trafikkbildet på stedet.

Datek Light Control

Ved bruk av Datek Light Control, benyttes en gateway ute i anlegget som hovedkontroller. Denne kommuniserer med armaturene, og via telenettet leveres data til en skyløsning for tilbakemeldinger. Gatewayen kommuniserer over det som heter ZigBee protokoll, og kan styre over 500 armaturer. Gatewayen kan også kommunisere over DALI, som er en bus-løsning med maks 64 noder/enheter. Løsningen har muligheter for å supplere med digitale og analoge styringsenheter, som en lux-sensor som rapporterer lysmengden på plassen.

Comlight

Comlight er et system som regulerer gatebelysningen ved å bruke en radar. Denne dimmer eller kobler lysarmaturene inn ved bevegelser i veibanen. I hver mast er det montert en dopplerradar som kommuniserer med sin lysarmatur, og resten av installasjonen. Når en radar detekterer bevegelse, kan et vist antall lysarmaturer koble inn i fartsretning. Det er mulig å definere hvor mange som skal aktiveres, ut ifra hastighet og type objekt. Systemet kan ved radaren skille på myke trafikanter og kjøretøy. Kommunikasjonen skjer via RF/ radiosignal i frekvensområdet 900 MHz. Systemet kan brukes på tvers av produsenter så lenge lysarmatureren er utstyrt med SR-Connector, DALI eller 1-10V.

Radaren programmeres trådløst via en PC, og hvert anlegg kan justeres individuelt og tilpasses kunden. Det finnes to varianter av radaren, den ene monteres på selve masten og det trekkes kabel ut til armaturen. Den andre typen tilkobles direkte i en SR-Connector som er plassert selve armaturen.

Figur 8 Comlight radar for ettermontering på mast

Figur 9 Comlight radar med SR-connector

Osram

Styresystemet SLC består av et toppsystem, SCADA og en eller flere lampekontrollere. SLC står for Street Light Control og er en software fra Osram. Det kan være skybasert eller ligge lokalt hos veilysholder. Med SLC kan man redusere energiforbruket, driftskostnader, øke sikkerheten og fleksibiliteten.

Osram leverer to systemer: 2Dim og 4Dim. Ved bruk av 2Dim har man to alternative styre metoder 0-10V og AstroDim. Ved 4Dim kan man også benytte AstroDim, StepDim, MainsDim og Dali. AstroDim og stepDim er ferdigprogrammerte dimmeprofiler som reduserer effektforbruket på nattestid.

Leverandøren gir en estimert besparelse på:

Astrodim:

20% per år med HPS - lyskilder

30% per år med LED - lyskilder

Stepdim:

15% per år med HPS - lyskilder

25% per år med LED – lyskilder

Mainsdim, Dali og 0-10V styring kan linkes mot analoge lysmålere og bevegelsessensorer. Det vil derfor være varierende besparelser, avhengig av geografisk plassering og trafikkmengde.

Kommunikasjonen mellom programvare og gateobjekter skjer via en sikker IP-kobling i form av GPRS, Ethernet eller optisk fiber.

Defa

Defa har en enkel type styring av lysarmaturene som reduserer effektforbruket til lysarmaturene ved hjelp av noe de kaller for, Night Reduction. Systemet fungerer ved og dimme ned lysarmaturene fra kl. 23-05 til 50%. De hevder at dette systemet alene vil redusere effektforbruket med 25% sammenlignet med standard armaturer uten dimming. Armaturene reguleres av og på med et astro-ur eller ved fotocelle.

Kommunikasjonsmetoder ved bruk av smartstyring

Kommunikasjon mellom lysarmaturer og grensesnitt/styresystemer er flere, noen av de mest brukte er DALI, powerline, ZigBee og analogstyring. Noen av systemene har 2-veis kommunikasjon, mens andre har bare en-veis. Sistnevnte sender (sensorer) til mottaker (gateway) der grensesnittet tolker signal fra sensor og videresender styresignal til en armatur iht. parameter.

Powerline

Ved bruk av Powerline går kommunikasjonen over strømnettet ved å sende digitale signaler med frekvenser på 116kHz eller 132kHz. Denne typen kommunikasjon er sårbar for elektronisk støy, EMI.

DALI

DALI står for Digital, Addressable, Light, Interface. Dali er eget system utviklet for å styre belysning over bus. I 1996 begynte arbeidet med og utvikle en standard for belysningsstyring, tre år senere i 1999 var standarden ferdig. Det er en toveis kommunikasjonsbuss mellom armatur og styresystemet. Med DALI har alle armaturene en individuell adresse som kan styres separat, hver DALI-router kan styre inntil 64 enheter og 16 soner. Kommunikasjonsrekkevidden er ca. 300 m, der en repeater kan øke rekkevidden til ca. 600m.

Analog styring

Innen analog styring/regulering finnes det flere standarder, der de vanligste er 1-10V og 4-20mA. Ved analog styring brukes det en sensor som måler lysstyrke, og sender signalet videre til en PLS. Denne enheten leser og tolker verdien fra lyssensoren, og sender fra seg en analog verdi til en lysarmatur. Avhengig av verdiene vil armaturen øke eller redusere lyset. Ved analog styring, blir det ofte benyttet 1-10V for styringen.

ZigBee

ZigBee er en trådløs kommunikasjonsprotokoll. Zigbee kan kommunisere over lengder på ca. 100 meter, og er basert på IEEE 802.15.4 standarden. I et nettverk med ZigBee-noder kan det være inntil 65 000 noder. Protokollen benyttes ved ulike områder der trådløs kommunikasjon er egnet. Dette kan være utstyr tilknyttet bygningsautomasjon, fjernkontroller til spillkonsoller, sensorer og alarmer. En fordel er at systemet trekker lite strøm, og er derfor godt egnet til utstyr som ikke er tilkoblet nettspenning.

< Teststrekning

Miljø og nærområder >