YOL AYDINLATMASINDA VERİMLİLİK

YOL AYDINLATMASINDA VERİMLİLİK Sermin ONAYGİL İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü onaygil@itu.edu.tr Önder GÜLER İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü onder.guler@itu.edu.tr Anahtar Kelimeler: Yol aydınlatması, Parıltı, Armatür, Düzgünlük, Kamaşma ABSTRACT In this study, the important criteria in road lighting were investigated, lamps and luminaires, used in the road lighting installations, were explained by taking into consideration wrong applications in our country. Different calculations were made on a model road to determine the effect of lamps and luminaires types on efficiency of road lighting installations. As a result of calculations, total saving was obtained up to 65% in operation costs when proper lamps and appropriate luminaires were selected. 1. GİRİŞ Şehir içi ve dışındaki yol aydınlatmalarının gerekliliği yıllardır üzerinde çalışılan konulardır. Ekonomik nedenlerle yapımı ve sürekli işletiminde sorunlar yaşanan yol aydınlatmaları ile sağlanabilecek faydalar, genelde gece kazalarının sayı ve şiddetlerindeki azalmalarla açıklanabilmektedir. Gündüze oranla trafik yoğunluğu %50 azalmasına karşın, gece aydınlatılmamış yollarda meydana gelen ölümle sonuçlanan ciddi kaza sayısında üç kat artış olmaktadır [1]. Kaza sayısı azaltılarak oluşabilecek hasarların önlenmesi ile elde edilen maddi yararların yanısıra, yol aydınlatmaları ile sağlanan esas fayda, can güvenliğidir. Şehiriçi yol ve alanların aydınlatılması ile de suç işleme oranlarında yaklaşık %20, şidetlerinde ise %40 oranlarında düşüş olduğu açıklanmaktadır [2, 3, 4]. Sözü edilen güvenlik ve konfora sahip yol aydınlatmaları, ancak yeterli görüş koşullarına sahip aydınlatma kriterlerinin sağlandığı tesisatlarla gerçekleştirilebilmektedir. Uygun kriterlere sahip olmayan ya da ilk andaki özelliklerini çok kısa sürede kaybeden tesisatlar, tesis ve işletme yatırımları yapılmasına rağmen beklenilen faydaları sağlayamazlar. Özellikle ilk tasarım ve tesis aşamasında verilecek doğru kararlarla uzun yıllar optimum koşulları sağlayan, güvenli ve ekonomik yol aydınlatmalarının gerçekleştirilmesi olasıdır. Bu bildiride, ülkemizdeki şehiriçi yol aydınlatmalarında yıllardır yapılan yanlış uygulamalar dikkate alınarak, bir yol örneği ile gerçekleştirilen alternatif çözümlerle en verimli yol aydınlatması tesisatlarına ulaşılması amaçlanmıştır. 2. YOL AYDINLATMASI KRİTERLERİ Test yollarında ve laboratuarlarda gerçekleştirilen deneysel çalışmaların sonuçlarına dayanarak, yeterli görüş koşullarını sağlayan optimum yol aydınlatması kriterlerini vermeyi amaçlayan Uluslararası öneriler de zaman içinde değişmektedir. Bu değişimlerin nedeni teknolojik gelişmeler ve enerji tasarruf bilincinin yerleşmesidir. Yeni çalışmalardaki temel amaç, yeterli koşulları sağlayan en ekonomik sonuçlara ulaşmaktır. Bu nedenle, yeni önerilerde, yardımcı diğer koşullar da dikkate alınarak, sınıflandırmalar çok daha detaylı yapılmaktadır. Elektrik Dağıtım Şirketlerimiz (TEDAŞ) Uluslararası Aydınlatma Komisyonu (CIE) nun 1977 tarihli önerilerinin keyfi bir uygulaması olan Türkiye Yolları Aydınlatması İçin Tip Projeler [5] adlı yayına göre yol aydınlatma tesisatlarını gerçekleştirirken, Karayolları yeni şartnamelerinde CIE nin 1995 tarihli ve 115 nolu Motorlu ve Yaya Trafikli Yolların Aydınlatılması İçin Öneriler adlı yayınını esas almaktadır [6]. Yol aydınlatması kriterlerinin belirlenmesi konusunda hala en son yayın olan CIE nin bu 115 nolu yayınına göre yollar kullanım amaçları, kullanıcı tipleri, trafik yoğunluğu ve kontrolüne göre Tablo 1 deki gibi sınıflandırılmaktadır. Tablo1. CIE 115 e göre yol aydınlatma sınıfları Yolun Tanımı Bölünmüş yollar, ekspres yollar, otoyollar (otoyola giriş ve çıkışlar, bağlantı yolları, kavşaklar, ücret toplama alanları) Trafik yoğunluğu ve yolun karmaşıklık düzeyi (Not 1); Yüksek... Orta... Düşük... Ayd. Sınıfı M1 M3

Tablo 1 in devamı Devlet yolu ve il yolları (tek yönlü veya iki yönlü; kavşaklar ve bağlantı noktaları ile şehir geçişleri ve çevre yolları dahil) kullanıcılarının (Not3) tiplerine göre Zayıf.... İyi... Şehir içi ana güzergahlar (bulvarlar ve caddeler), ring yolları, dağıtıcı yollar kullanıcılarının (Not 3) tiplerine göre Zayıf... İyi... Şehir içi yollar (yerleşim alanlarına giriş çıkışın yapıldığı ana yollar ve bağlantı yolları) kullanıcılarının (Not 3) tiplerine göre Zayıf... İyi... M1 M3 M4 M5 Not 1. Karmaşıklık; Yolun geometrik yapısını, trafik hareketlerini ve görsel çevreyi içerir. Göz önünde bulundurulması gereken faktörler; şerit sayısı, yolun eğimi, trafik ışık ve işaretleri. Not 2. Trafik kontrolu; Yatay ve düşey işaretlemeler ve sinyalizasyon ile trafik mevzuatının varlığı anlamında kullanılmıştır. Bunların olmadığı yerlerde trafik kontrolu zayıf olarak adlandırılır. Not 3. Kullanıcılar; Motorlu araçlar (kamyon, otobüs, otomobil vb.), bisiklet, yavaş araçlar ve yayalar. Not 4. Ayrım; Tahsisli yol (Herbir trafik cinsinin kullanacağı şeridin kesin olarak ayrıldığı yerler, örneğin otobüs yolu, bisiklet yolu vb.). Bu yol sınıflarında sağlanması gereken aydınlatma kalite büyüklükleri de Tablo 2 deki gibi verilmektedir. Tablo 2. Aydınlatma sınıfları için sağlanması gereken kalite büyüklükleri Ayd. L o (cd/m²) U o U l TI (%) sınıfı M1 2.0 0.4 0.7 10 1.5 0.4 0.7 10 M3 1.0 0.4 0.5 10 M4 0.75 0.4-15 M5 0.5 0.4-15 Burada; L o : Yolun ortalama parıltısı (cd/m 2 ) U o : Ortalama düzgünlük: Her şeridin orta çizgisi üzerinde bulunan gözlemciye göre 60m ilerisinden başlayan 100m lik hesap alanındaki minimum parıltının ortalama parıltıya oranıdır. En düşük değer esas alınır (U o =L min /L ort ) U l : Boyuna düzgünlük: Her yol şeridinin orta çizgisi üzerinde bulunan gözlemci noktasına göre, bu orta çizgi boyunca uzanan kısmi alanlardaki minimum parıltının maksimum parıltıya oranıdır (U l =L min /L maks ) TI : Bağıl eşik artışı : Fizyolojik kamaşmanın neden olduğu görülebilirlik azalmasının ölçüsüdür. Kamaşma koşullarındaki parıltı eşiği L K ile kamaşma olmadığındaki L e eşik farkının Le ye oranı olarak ifade edilir (TI={ L K - L e }/ L e ). Her aydınlatma tesisatında olduğu gibi yol aydınlatmasında da en önemli nokta uygun ışık kaynaklarının (lambaların) seçilmeleridir. Günümüz teknolojisine göre yol aydınlatmalarında kullanılabilen lambaların karakteristik özellikleri Tablo 3 de toplu olarak gösterilmektedir. Tek renkli (monokromatik) sarı ışık yayan alçak basınçlı sodyum buharlı lambaların renk özellikleri açısından yerleşim ve yaya trafiği olan kent içi yollarda kullanılmaları uygun değildir. Yüksek verimli bu lambalar rengin önemli olmadığı, buna karşılık seçiciliğin çok önemli olduğu otoyollar için idealdir. Ancak lamba teknolojisindeki tercihler nedeniyle, bu lambalarda yeni teknolojik gelişmeler gerçekleşmediği için bugün için otoyollarda da yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar üstün konumdadır. Renk özellikleri oldukça iyi olan metal halojen lambaların ömürlerinin kısa olması nedeniyle yol aydınlatması amaçlı kullanılmaları uygun değildir. Dekoratif amaçlı park, bahçe, alan aydınlatmalarında kullanılabilirler. Bu lambaların yol aydınlatmalarında yaygın kullanımları için özellikle ömürleri konusunda teknolojik gelişmelere ihtiyaç vardır. Geçmiş yıllarda özellikle kent içi yol aydınlatmalarında çok kullanılan yüksek basınçlı civa buharlı lambalar zaman içinde yerlerini yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalara bırakmıştır. Özellikle 1970 li yıllarda enerji fiyatlarının çok yükselmesi ile enerji tasarrufunun önem kazanması üzerine, mevcut civa buharlı lambalı armatürlerde hiçbir teçhizat değişikliği yapmadan sadece lamba değiştirilerek kullanılabilen ateşleyicisiz yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar geliştirilmiştir. 125W, 250W ve 400W gücündeki yüksek basınçlı civa buharlı lamba teçhizatı ile kullanılabilen sırasıyla 110W, 210W ve 350W gücündeki bu lambalarla %15 daha az enerji tüketilirken, %35 daha fazla ışık elde edilebilmektedir. Ancak sadece eski civa buharlı lambalı tesisatların iyileştirilmesi amaçlı geliştirilen bu lamba tipinin yeni bir tesisatta kullanılması çok yanlıştır. Tablo 3 deki bilgilere bakıldığında, etkinlik faktörleri 120 lm/w, ömürleri 20 000 saat olan şeffaf tüp yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar varken, etkinlik faktörleri 80 lm/w, ömürleri ise sadece 7000

saat olan bu lambaların kullanılmasındaki yanlışlık açıkça ortaya çıkmaktadır. Tabloda verilen ömür değerleri ekonomik ömür olup, lambaların kullanılmaz hale gelmesi ve ışık akılarının azalmalarından dolayı, toplam ışık akısının %30 değer kaybettiği ana kadar geçen süredir. Bu süre sonunda lambalar yanmaya devam etseler bile, yenileri ile değiştirilmelidir. Yol parıltısını ve düzgünlüğünü arttıran yaygın ve yoğun ışık şiddetli ışık dağılım eğrisine sahip armatürlerin kullanıldığı tesisatlarda kamaşma problemleri ortaya çıkmaktadır. Az sayıda armatür ile verimli bir aydınlatma yaratılması, ancak armatürlerin ışık dağılım eğrilerine kumanda edilmesi ile mümkün olabilmektedir. Ekonomik ve uzun ömürlü tesisatlar, ancak seçilen lambaların iyi korumalı, dış koşullardan en az Tablo 3. Yol aydınlatmasında kullanılan lambaların karakteristik özellikleri Gücü (W) Balast kaybı (W) Işık akısı (lm) Etkinlik fak. (lm/w)* Ekonomik ömür (saat)** Yüksek B.lı Civa buharlı 50-400 9-25 1800-22000 31-52 15 000 Yüksek B.lı Ateşleyicisiz 110-350 15-35 8000-34000 64-88 7 000 Sodyum Elips(fl.kaplı) 70-400 13-40 5600-47000 67-107 18 000 Buharlı Şeffaf tüp 70-400 13-50 6600-55500 80-123 20 000 Alçak Basınçlı Sodyum Buharlı 26-131 32-43 3500-25000 57-145 13 500 Metal Halojen Lamba 70-400 19-60 5500-45000 62-98 6 000 9 000 * Etkinlik faktörü balast kaybı dikkate alınarak hesaplanmıştır. ** Işık akısının %30 değer kaybettiği ana kadar geçen süre. etkilenen ve uygun fotometrik özelliklere sahip armatürlere yerleştirilmeleri ile elde edilebilir. Her türlü atmosferik ve kirlilik koşullarının geçerli olduğu dış mekanlarda gerçekleştirilen yol aydınlatmalarında kullanılan aydınlatma armatürlerinin koruma sınıfları (IP - International Protection - dereceleri) yüksek olmak zorundadır. İlki toza karşı, ikincisi suya karşı koruma özelliğini ifade eden iki rakamla verilen IP koruma sınıflarının açıklamaları Tablo 4 de verilmektedir [7]. Eski şartnamelerde yol aydınlatmalarında IP54 koruma sınıfı yeterli görülürken, günümüz koşullarında bu değerin IP65 olarak seçimi bakım ve tesisat ömrü açısından önemli üstünlükler sağlamaktadır. Tablo 2 deki yol aydınlatması kriterlerini en az sayıda armatür ile sağlayan optimum yol aydınlatması tesisatları, ancak iyi fotometrik özelliklere sahip aydınlatma armatürleri ile gerçekleştirilebilir. Armatürler kamaşma kontrolu açısından, Uluslararası kabullere göre armatürden geçen ve yol eksenine paralel olan düşey düzlemdeki ışık dağılım eğrilerine göre Tablo 5 deki gibi ekranlı, yarı ekranlı ve ekransız olarak üç tipe ayrılmaktadır [7]. Kamaşma ve ışık kirliliğinin önlenmesi açısından ekranlı armatürlerin kullanılması uygun olmasına rağmen, ekonomik koşullar nedeniyle hassas tasarım hesapları yapılarak yarı ekranlı armatürlerin kullanılması tercih edilmektedir. Şüphesiz, tasarım hesapları için gerekli veri grubunu oluşturmayan, fotometrik bilgileri eksik yol aydınlatma armatürlerinin kullanılması yapılan en önemli yanlışlıktır. Tablo 4. Armatürlerin IP koruma sınıfları Birinci İkinci rakam Katı cisimlere karşı koruma rakam Sıvı maddelere karşı koruma 0 Koruma yok 0 Koruma yok 1 50mm den büyük katı cisimlare karşı koruma 1 Dik düşen su damlalarına karşı koruma 2 12mm den büyük katı cisimlare karşı koruma 2 15 lik açıya kadar eğik damlayan suya karşı koruma 3 2.5mm den büyük katı cisimlare karşı koruma 3 60 lik açıya kadar eğik damlayan suya karşı koruma 4 1 mm den büyük katı cisimlare karşı koruma 4 Her yönden gelen su damlalarına karşı koruma 5 Toza karşı koruma 5 Su püskürtmesine karşı korumalı 6 Toza karşı tam koruma 6 Şiddetli deniz dalgalarına karşı koruma - 7 Suya batırılmalara karşı koruma - 8 Basınç altında uzun süre suda kalmaya karşı koruma

Tablo 5. Kamaşma kontrolü açısından armatür tipleri (ışık şiddetleri 1000 lm e göre verilmiştir) Armatür Tipi I 80 I 90 I max ın doğrultusu (γ açısı) Ekranlı 30 cd 10 cd 0-65 Yarı Ekranlı 100 cd 50 cd 0-75 Ekransız *1000cd *Işık şiddeti en fazla 1000cd olabilir. 3. ÖRNEK HESAPLAMALAR Lamba ve armatür seçiminin yol aydınlatmasının verimliliğine etkisini incelemek amacıyla örnek bir yol modelinde farklı alternatif hesaplamalar yapılmıştır. Şekil 1 de şematik olarak gösterilen yol modeli herbirinin genişliği 3.5 metre olan üç şeritli, ortada 3 metre refüjü olan gidiş-geliş yoludur. Toplam 24 metre genişliğindeki yolun her iki yandan 1.5 metre uzunluklu ve 5 eğimli konsollu direklerle karşılıklı düzenekde aydınlatılması düşünülmüştür. Şehir içi yol aydınlatmalarının bakımından sorumlu işletmeciler, yoğun trafik akışlı bölgelerde bakım çalışmalarının trafik kesilmeden yapılabilmesi için karşılıklı aydınlatma düzeneklerini tercih etmektedir. Şehir içi ana güzergah veya ring yolu olabilecek geometrideki bu model yolda trafik kontrolunun zayıf ve iyi olduğu kabulü ile, yol aydınlatma sınıfı olarak ve M3 seçenekleri dikkate alınmıştır. Ortalama yol parıltısının sınıfında 1.5 cd/m 2, M3 yol sınıfında ise 1.0 cd/m 2 ye eşit veya büyük olmasının yanısıra, Tablo 2 de verilen diğer tüm düzgünlük ve kamaşma kriterlerinin de sağlanması amaçlanmıştır. Hesaplamalar, ekranlı (Şekil 2) ve yarı ekranlı (Şekil 3) tip ışık dağılım eğrisine sahip iki farklı yol aydınlatması armatürü içinde 400W lık yüksek basınçlı civa buharlı (YBCB), 350W lık ateşleyicisiz yüksek basınçlı sodyum buharlı (YBSB-Az) ve 250W lık şeffaf tüp yüksek basınçlı sodyum buharlı (YBSB-Şf) lambalar kullanılarak tekrarlanmıştır. Ekranlı tip armatür ile ve M3 yol aydınlatma sınıfları için değişik lamba tipleri ile yapılan tasarım hesaplamalarının sonuçları Tablo 6 da, yarı ekranlı tip armatür ile yapılanlar ise Tablo 7 de verilmektedir. Tablolarda, sağlanan aydınlatma kriterlerinin yanısıra metre cinsinden direkler arası açıklık, direk boyu, konsol boyu ve açıları ile birlikte işletme anında birim kilometre uzunluğunda tüketilen güç (kw/km) miktarları da verilmektedir. Şekil 2. Ekranlı tip armatüre ait ışık dağılım eğrisi k=1.5m s Şekil 3. Yarı ekranlı tip armatüre ait ışık dağılım eğrisi 3m 3.5m w=24m Şekil 1. Örnek yol

Tablo 6. Ekranlı tip armatür ile gerçekleştirilen hesaplamalar Lamba tipi s h k θ L o U o U l1 U l2 U l3 TI kw/km aydınlatma sınıfı 400W YBCB 26 11 1.5 5 1.49 0.68 0.88 0.89 0.77 3.97 32.30 350W YBSB-Az 39 12 1.5 5 1.50 0.65 0.80 0.75 0.71 4.63 20.02 250 YBSB-Şf 38 12 1.5 5 1.50 0.66 0.82 0.75 0.72 4.55 14.30 M3 aydınlatma sınıfı 400W YBCB 38 12 1.5 5 1.00 0.66 0.81 0.75 0.72 4.19 22.10 350W YBSB-Az 56 13 1.5 5 1.02 0.49 0.54 0.52 0.60 5.09 13.86 250 YBSB-Şf 55 12 1.5 5 1.00 0.46 0.50 0.55 0.54 5.38 9.90 Tablo 7. Yarı ekranlı tip armatür ile gerçekleştirilen hesaplamalar Lamba tipi s h k θ L o U o U l1 U l2 U l3 TI kw/km aydınlatma sınıfı 400W YBCB 37 12 1.5 5 1.50 0.50 0.75 0.77 0.85 8.81 22.95 350W YBSB-Az 52 15 1.5 5 1.54 0.64 0.70 0.72 0.76 8.23 14.63 250 YBSB-Şf 52 15 1.5 5 1.50 0.64 0.70 0.72 0.76 8.18 10.45 M3 aydınlatma sınıfı 400W YBCB 53 14 1.5 5 1.00 0.60 0.68 0.72 0.74 8.40 16.15 350W YBSB-Az 74 16 1.5 5 1.07 0.60 0.51 0.51 0.57 9.31 10.78 250 YBSB-Şf 74 16 1.5 5 1.04 0.60 0.51 0.51 0.57 9.25 7.70 4. SONUÇLAR İşletme masrafları açısından karşılaştırıldığında her iki armatürde de, yüksek basınçlı civa buharlı lamba yerine şeffaf tüp yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba kullanılması halinde ortalama %55, ateşleyicisiz yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba yerine yine şeffaf tüp balonlu ve ateşleyicili tipin kullanılması halinde ise %30 luk tasarruf elde edilebilmektedir. Ekranlı tip armatür yerine, ışık dağılım eğrisi daha yaygın yarı ekranlı tip armatür kullanılması ile de işletme masraflarında ortalama %25 tasarruf sağlanabilmektedir. Doğru lamba ve uygun armatür tipi ile işletme masraflarından elde edilebilecek toplam tasarruf oranı %65 e kadar yükselmektedir. İşletme masrafı en düşük olan ve bunun yanısıra fotometrik özellikleri bilinen, koruma sınıfı yüksek yarı ekranlı armatürler içinde ateşleyicili şeffaf tüp yüksek basınçlı sodyum buharlı lambanın kullanıldığı çözümler, aynı zamanda direkler arası açıklığın en fazla olduğu, yani en az sayıda direk ve armatürün kullanıldığı tesisatlardır. Az armatür ve direk sayısı, ilk tesis ve bakım masraflarının da daha düşük olması anlamına gelmektedir [8]. KAYNAKLAR [1] http://www.egm.gov.tr/teadb/02yillik/02fihrist.htm [2] PAINTER K. A., FARRINGTON D, P., Evaluating Situational Crime Prevention A Young People s Survey, The British Journal of Criminology, London, V. 41, No:2, 266-284, Spring 2001. [3] GAN F., GRABOSKY P., Improved Street Lighting and Crime Reduction, The Promise of Crime Prevention, 2nd ed. ISBN 0 642 24172 4 ; ISSN 1326-6004 Canberra: Australian Institute of Criminology, 2000. [4] GRABOSKY P., JAMES M., Crime Prevention and Fear Reduction through Enhanced Street Lighting, ISBN 0 642 22768 3 ; ISSN 1326-6004 Canberra: Australian Institute of Criminology, 1995. [5] Türkiye Elektrik Kurumu Genel Müdürlüğü, D.A.P.T. Dairesi Başkanlığı, Türkiye Yolları Aydınlatması İçin Tip Projeler, 1989. [6] CIE 115, Recommendations for the Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic, 1995. [7] Philips Lighting Manual, Fifth Edition, Netherlands, 1993. [8] ONAYGİL S., GÜLER Ö., ÇOLAK N., İstanbul Kent İçi Yol Aydınlatmaları, 5. Ulusal Aydınlatma Kongresi, s. 65-72, İstanbul, 2004.