ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ LED TABANLI YOL AYDINLATMA ARMATÜRLERİ İÇİN OPTİK TASARIM.

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ LED TABANLI YOL AYDINLATMA ARMATÜRLERİ İÇİN OPTİK TASARIM Ömer Faruk TOY FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI ANKARA 2015 Her hakkı saklıdır

TEZ ONAYI Ömer Faruk TOY tarafından hazırlanan LED Tabanlı Yol Aydınlatma Armatürleri İçin Optik Tasarım adlı tez çalışması 25/06/2015 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman : Prof. Dr. Hüseyin SARI Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Jüri Üyeleri : Başkan : Prof. Dr. Ziya TELATAR Ankara Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Hüseyin SARI Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Basri ÜNAL Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. İbrahim DEMİR Enstitü Müdürü

ETİK Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez içindeki bütün bilgilerin doğru ve tam olduğunu, bilgilerin üretilmesi aşamasında bilimsel etiğe uygun davrandığımı, yararlandığım bütün kaynakları atıf yaparak belirttiğimi beyan ederim. 25.06.2015 Ömer Faruk TOY i

ÖZET Yüksek Lisans Tezi LED TABANLI YOL AYDINLATMA ARMATÜRLERİ İÇİN OPTİK TASARIM Ömer Faruk TOY Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Hüseyin SARI LED ışık kaynaklarının aydınlatma sektöründe yer almaya başlamasıyla birlikte, aydınlatma aygıtları için optik tasarım ihtiyacı daha da belirginleşmiştir. Dünya da ve ülkemizde LED kaynaklar ile aydınlatma tekniği çok ilgi görmüş olup sektörde çok sayıda firmanın oluşmasına sebebiyet vermiştir. Yol aydınlatma problemlerinde, yollar, sınıflara ayrılmış olup, aydınlatma bu sınıflara göre değişebilmektedir. M1 ve M2 sınıfları önem derecesi en yüksek olan aydınlatma sınıflarıdır. Bu çalışmada, M1 ve M2 yol aydınlatma sınıflarına sahip yollarda, standart aydınlatma ihtiyacını karşılayacak bir mercek tasarlanmıştır. Burada öncelikle bu sınıflara yönelik bir aydınlatma problemi ve aydınlatma ihtiyacı ortaya konulmuştur. Problemi çözmeye yönelik bir optik tasarım gerçekleştirilmiştir. SolidWorks ve OptisWorks programları ile aydınlatma aygıtının optik bölümü tasarlanmış olup, tasarımın doğruluğu DIAlux aydınlatma hesap programı ile incelenmiştir. Tasarım çıktıları, CIE (Uluslararası Aydınlatma Örgütü) nin teknik raporlarında tayin ettiği aydınlatma kalite büyüklükleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, ortaya konulan aydınlatma problemine bir çözüm geliştirilmiştir. Haziran 2015, 110 sayfa Anahtar Kelimeler: LED, Aydınlatma, Optik Tasarım, OptisWorks, DIAlux ii

ABSTRACT Master Thesis OPTICAL DESIGN FOR LED BASED ROAD LIGHTING LUMINAIRES Ömer Faruk TOY Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Hüseyin SARI Optical design necessity for lighting luminaires clearly appeared after LED light sources started to be used in lighting sector. Lighting with LEDs got a great interest in Turkey and all over world that caused many light companies to come up in the market. In this study, an optical lens, for the roads of M1 ve M2 lighting classes and the standard lighting requirement, is designed. Roads are classified as to the lighting classes in road lighting calculations. M1 ve M2 classes are the most important ones. Here we primarily expressed a road lighting problem oriented to the classes M1 ve M2. An optical design solution for the stated light requirement is displayed. SolidWorks and OptisWorks, designing programs, were used for modelling the optical part of the luminaire. Optical designing outputs rated with DIAlux lighting calculation program. Road lighting quality magnitudes stated in CIE (International Lighting Comission) technical recommodations took into consideration as guidelines to compare the design results. As a result of this study, a solution to the described lighting problem was developed. June 2015, 110 pages Key Words : LED, Lighting, Optical Design, OptisWorks, DIAlux iii

TEŞEKKÜR Bu ve daha başka çalışmalarımda, göstermiş olduğu yakın alaka ve kıymetli katkılarından dolayı değerli danışman hocam Prof. Dr. Hüseyin SARI (Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı) ya ve OptisWorks programını bu çalışmada ücretsiz olarak kullanmamıza imkan veren OPTIS firmasına teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım. Ömer Faruk TOY Ankara, Haziran 2015 iv

İÇİNDEKİLER TEZ ONAY SAYFASI ETİK... i ÖZET... ii ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR... iv KISALTMALAR DİZİNİ... vii ŞEKİLLER DİZİNİ... viii ÇİZELGELER DİZİNİ... xi 1. GİRİŞ... 1 2. KURAMSAL TEMELLER... 3 2.1 Aydınlatma Tekniğinde Kullanılan Temel Büyüklükler... 3 2.1.1 Işık akısı... 3 2.1.2 Uzay açı... 4 2.1.3 Gözün spektral duyarlığı... 4 2.1.4 Işık şiddeti... 5 2.1.5 Işık dağılım eğrisi... 6 2.1.6 Aydınlık düzeyi... 7 2.1.7 Parıltı... 8 2.1.8 Kontrast... 9 2.1.9 Kamaşma... 9 2.2 Yol Aydınlatma Kalite Büyüklükleri... 10 2.2.1 Ortalama parıltı düzeyi... 12 2.2.2 Ortalama parıltı düzgünlüğü... 13 2.2.3 Boyuna parıltı düzgünlüğü... 13 2.2.4 Bağıl eşik artışı... 14 2.2.5 Çevre aydınlatma oranı... 15 2.3 Yol Aydınlatma Tesisat Biçimleri... 17 3. MATERYAL VE YÖNTEM... 19 3.1 Yol Aydınlatma Probleminin Belirlenmesi... 19 3.1.1 M1 sınıfı için belirlenmiş düzenler... 19 3.1.2 M2 sınıfı için belirlenmiş düzenler... 20 3.2 Işık Kaynağının Seçimi... 21 3.2.1 Işık kaynağının etkinlik faktörü... 22 3.2.2 Genel parametreler... 23 3.2.3 Işık kaynağının ekonomik ömrü... 24 3.3 Yol Aydınlatma Hesabının Yapılması... 26 3.3.1 DIAlux aydınlatma hesap programı... 27 3.3.2 DIAlux programında M1 sınıfına uygun yol düzeninin oluşturulması... 28 3.3.3 Işıklık dosyasının ortama aktarılması... 33 3.3.4 Aydınlatma tesisat düzeninin oluşturulması... 34 3.3.5 Hesaplama ve sonuç raporu... 37 3.4 Optik Tasarım... 40 3.4.1 OptisWorks optik tasarım programı... 40 3.4.2 Optik tasarım süreci... 43 3.4.3 Işık kaynağının tanımlanması... 44 v

3.4.4 Optik modelleme... 47 3.4.5 C düzlemleri ve γ açıları... 48 3.4.6 Tasarımda faydalanılan geometrik optik yasalar... 50 3.4.7 C0-C180 profillerin elde edilmesi... 52 3.4.8 Eulumdat dedektörün tanımlanması ve ölçme işlemi... 58 3.4.9 C90-C270 profillerin elde edilmesi... 62 3.4.10 Ray Tracing ve Interactive Source tanımlama... 65 3.4.11 Taban profillerinin çizimi ve mercek yüzeylerinin oluşturulması... 67 3.4.12 M1 ve M2 sınıflarına göre DIAlux yol aydınlatma hesap düzenleri... 75 4. BULGULAR ve TARTIŞMA... 77 4.1 M1 Sınıfına Göre Yapılan Hesaplama Sonuçları... 77 4.2 M2 Sınıfına Göre Yapılan Hesaplama Sonuçları... 78 5. SONUÇ... 79 KAYNAKLAR... 80 EKLER... 82 EK 1 M1 Sınıfı DIAlux raporu... 83 EK 2 M2 Sınıfı DIAlux raporu... 98 ÖZGEÇMİŞ... 110 vi

KISALTMALAR DİZİNİ ANSI ARGEP CIE CAD DFF IEC IES JEDEC KOSGEB Başkanlığı LED LORL MYD PC PCB PMMA SSL TEDAŞ TÜBİTAK TSE UV Amerika Ulusal Standart Enstitüsü Araştırma-Geliştirme ve Planlama Uluslararası Aydınlatma Komisyonu Bilgisayar Destekli Tasarım Alt Yarı Uzaya Giden Işık Miktarı Uluslararası Elektroteknik Komisyonu Aydınlatma Mühendisleri Topluluğu Birleşik Elektron Cihazları Mühendisleri Topluluğu Küçük ve Orta Ölçekli İşletmeleri Geliştirme ve Destekleme İdaresi Işık Yayan Diyot Armatür Işık Çıkış Oranı Malzeme Yönetim Dairesi Polikarbonat Baskı Devre Kartı Poli metil metakrilat LEDAydınlatma Teknolojisi Türkiye Elektrik Dağıtım Anonim Şirketi Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu Türk Standartları Enstitüsü Morötesi Radyasyon vii

ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Kısmi ışık akıları ve uzay açıları... 3 Şekil 2.2 Uzay açı... 4 Şekil 2.3 Gözün spektral duyarlık eğrileri... 5 Şekil 2.4 Noktasal bir ışık kaynağının γ doğrultusundaki ışık şiddeti... 5 Şekil 2.5 Her hangi bir ışık kaynağına ilişkin ışık dağılım eğrisi örneği... 6 Şekil 2.6 Ortalama aydınlık düzeyi... 7 Şekil 2.7 Noktasal yatay ve düşey aydınlık düzeyleri... 8 Şekil 2.8 Göze etki eden tek fotometrik büyüklük parıltı(luminans)... 8 Şekil 2.9 Hesap alanı... 12 Şekil 2.10 Boyuna parıltı düzgünlüğünün yol üstü fotoğrafı... 14 Şekil 2.11 Bağıl eşik artışı (TI) ve örtü parıltısı... 15 Şekil 2.12 Çevre Aydınlatma Oranı Hesap Alanı... 16 Şekil 3.1 M1 sınıfı için yol aydınlatma düzeni... 19 Şekil 3.2 M2 sınıfı için yol aydınlatma düzeni... 20 Şekil 3.3 LED üretimi yapan firmalar... 21 Şekil 3.4 Cree XLamp XP-L Power LED... 22 Şekil 3.5 Cree XP-L LED kaynağın spesifikasyonları... 23 Şekil 3.6 Cree XP-L kartezyen ışık dağılım eğrisi... 23 Şekil 3.7 Geleneksel lambalar ve LED lerin zaman bağlı lümen değişimleri... 24 Şekil 3.8 LED kaynakların lümen muhafaza testi sonuç tablosu örneği... 25 Şekil 3.9 Cree XP-L eklem sıcaklığına göre bağıl lümen değişimi... 25 Şekil 3.10 Cree XP-L sürme akımına göre bağıl ışık akısı değeri... 26 Şekil 3.11 DIAlux programı karşılama penceresi... 27 Şekil 3.12 DIAlux aktivasyon alanları... 28 Şekil 3.13 DIAlux 2 şeritli yol düzeni... 28 Şekil 3.14 Orta refüjlü gidiş-dönüş yol düzeni... 29 Şekil 3.15 Bakım faktörü sayfası... 29 Şekil 3.16 Boyutlandırma öncesi yol düzeni... 30 Şekil 3.17 Boyutlandırma sonrası yol düzeni... 30 Şekil 3.18 Yol sınıfı sayfası... 31 Şekil 3.19 Gözlemci sayfası... 31 Şekil 3.20 Refüj boyutlandırma sayfası... 32 viii

Şekil 3.21 Yol aydınlatma sınıfının seçimi... 32 Şekil 3.22 Örnek eulumdat dosyası... 33 Şekil 3.23 DIAlux ortamına ışıklık dosyası alma sayfası... 34 Şekil 3.24 Işıklık düzenleme sayfası... 35 Şekil 3.25 Işıklık düzenleme sayfası... 35 Şekil 3.26 Pole/Bome sayfası... 36 Şekil 3.27 Tesisat yerleşimi düzenleme sayfası... 36 Şekil 3.28 Tamamlanmış yol ve aydınlatma tesisatı düzeni... 37 Şekil 3.29 Hesaplamayı başlat sayfası... 37 Şekil 3.30 Output düzenleme sayfası... 38 Şekil 3.31 Aydınlatma kalite büyüklüklerinin bulunduğu rapor sayfası... 39 Şekil 3.32 DIAlux Street Light Wizard sayfası... 40 Şekil 3.33 OPTIS portal ışık kaynakları kütüphanesi... 41 Şekil 3.34 OptisWorks çalışma alanları... 42 Şekil 3.35 OptisWorks parça ortamında aktif komutlar... 42 Şekil 3.36 OptisWorks montaj ortamında aktif komutlar... 43 Şekil 3.37 Cree Xlamp XP-L 3D model ve ray dosyasının alındığı web sayfası... 44 Şekil 3.38 XP-L ışık oluşum noktası... 44 Şekil 3.39 Ray File Source sekmesi... 45 Şekil 3.40 Işık kaynağı eksen takımının tanımlanması... 45 Şekil 3.41 Ray dosyasının ışık kaynağına tanımlanması... 46 Şekil 3.42 Ray file source ve tanımlandığı yüzeyler... 46 Şekil 3.43 Yol aydınlatma resmi... 47 Şekil 3.44 C düzlemleri, γ açıları ile tanımlanan örnek ışık şiddet tablosu örneği... 48 Şekil 3.45 C düzlemleri / γ açıları... 49 Şekil 3.46 Örnek C0-180/C90-270 ışık dağılım eğrileri... 49 Şekil 3.47 Snell yasası... 50 Şekil 3.48 Toplam iç yansıma kanunu... 51 Şekil 3.49 Havadan PMMA ya gelen ışık için huygens daire şeması... 51 Şekil 3.50 PMMA dan havaya gelen ışık için huygens daire şeması... 52 Şekil 3.51 Cree XP-L mekanik ölçüleri... 53 Şekil 3.52 C0-180 profiline ilk adım... 54 Şekil 3.53 Huygens daireleri ile doğru profillerin oluşturulması... 55 Şekil 3.54 İç profilde huygens ile ışıkların ilk sapmaya maruz bırakılması... 56 ix

Şekil 3.55 Eğri profilin elde edilmesi... 56 Şekil 3.56 C0-180 profili... 57 Şekil 3.57 C0-180 profiline sahip mercek eleman... 57 Şekil 3.58 C0-180 mercek elemanı ve XP-L montajlı... 58 Şekil 3.59 Eulumdat dedektör tanımlama sayfası... 59 Şekil 3.60 Işın sayısı tanımlama sayfası... 60 Şekil 3.61 Simülasyon süreci... 60 Şekil 3.62 Simülasyon sonuçlarına ulaşılan yerler... 61 Şekil 3.63 Eulumdat viewer ile dosyanın incelenme sayfası... 61 Şekil 3.64 C90 profili... 63 Şekil 3.65 C90 mercek elemanı... 63 Şekil 3.66 C90 mercek elemanı ölçüm sonuçları... 64 Şekil 3.67 C270 profili / reflektör yapı... 64 Şekil 3.68 İnteraktif kaynak tipi seçimi sayfası... 65 Şekil 3.69 İnteraktif kaynak tanımlama sayfası... 66 Şekil 3.70 İnteraktif simülasyon ile reflektör yapı davranışının incelenmesi... 67 Şekil 3.71 C0-180 ve C90-270 düzlem profilleri... 68 Şekil 3.72 C0-180, C90-270 ve taban profilleri... 68 Şekil 3.73 İç profilde örülmüş yüzey... 69 Şekil 3.74 İç ve dış oluşturulmuş yüzeyler... 69 Şekil 3.75 İç ve dış oluşturulmuş yüzeylerin kesit görüntüsü... 70 Şekil 3.76 Katıya dönüştürülmüş olan mercek yapı... 70 Şekil 3.77 Mercek kesit görüntüsü... 71 Şekil 3.78 XP-L LED kaynak ile mercek yapının test edilmesi... 71 Şekil 3.79 XP-L LED kaynak ile mercek yapının montajlı resmi... 72 Şekil 3.80 Eulumdat viewer verimlilik sayfası... 73 Şekil 3.81 C0-180 ve C90-270 düzlemlerinde oluşan ışık dağılım eğrileri... 73 Şekil 3.82 Işık şiddet dağılımının 3 boyutlu resmi... 74 Şekil 3.83 Yol üzerinde oluşan isolüx grafikleri... 74 Şekil 3.84 M1 sınıfına uygun yol ve aydınlatma düzenleri... 75 Şekil 3.85 M2 sınıfına uygun yol ve aydınlatma düzenleri... 76 x

ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Türkiye yol aydınlatma sınıfları... 11 Çizelge 2.2 Yol aydınlatma sınıflarına göre aydınlatma kalite büyüklükleri... 11 Çizelge 2.3 TEDAŞ yol aydınlatma sınıfına göre aydınlatma tesisat şekilleri... 17 Çizelge 4.1 M1 sınıfı için elde edilen aydınlatma kalite büyüklükleri... 77 Çizelge 4.2 M1 sınıfı için elde edilen yaya yolu aydınlatma değerleri... 77 Çizelge 4.3 M2 sınıfı için elde edilen aydınlatma kalite büyüklükleri... 78 Çizelge 4.4 M2 sınıfı için elde edilen yaya yolu aydınlatma değerleri... 78 xi

1. GİRİŞ Ülkemizde, enerji ihtiyacı, her geçen gün artış göstermekte ve tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de genel enerji tüketimi içinde elektrik enerjisinin payı sürekli olarak artmaktadır. Aydınlatma sistemleri elektrik enerjisi tüketen tesisatlardır ve ülkemizde tüketilen elektrik enerjisinin yüzde 20 sinin aydınlatma amaçlı kullanıldığı açıklanmaktadır (5. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, Mayıs 2013, Prof. Dr. Sermin ONAYGİL in LED li Yol Aydınlatması ve Enerji Verimliliği Başlıklı Sunumu). Özellikle 2007 yılından beri yoğun bir şekilde enerji verimliliği çalışmaları sürdürülmekte ve elektrik enerjisi tüketiminde önemli bir yere sahip olan aydınlatma sistemleri, mevcut verimsiz eski tesisatlar, bu alandaki teknolojik yeniliklerin ülkemizde de uygulanması, şartname ve yönetmeliklerin oluşturulması, daha verimli aydınlatma sistemlerinin kurulması, güncel konulardan olmuştur. TÜBİTAK, Sanayi Bakanlığı, KOSGEB vs. kurumlar, aydınlatma sektöründeki firmaları, ileri teknolojik aydınlatma aygıtlarının geliştirilmesi ve üretilmesi mevzuunda, destek programları ile desteklemekte ve ileri teknolojik aygıtların, geleneksel aygıtların yerine geçmesi konusunda, kanaat oluşturulmasını hedeflemektedir. Enerji verimliliği kapsamında yoğun olarak yürütülen çalışmalar arasında, kolay uygulanabilir ve izlenebilir olduğu için yol ve sokak aydınlatmalarında yeni teknoloji LED ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürlerinin kullanılması konusu sürekli gündemdedir. Bu uygulamalar, büyük enerji tasarruflarının sağlanabileceği iddia edilerek, hükümetlerin enerji verimliliği stratejileri içinde de yer almaktadır. Ülkemizde, yol ve sokak aydınlatma tesisatları, TEDAŞ bünyesindeki Elektrik Dağıtım Şirketlerince yapılmakta ve kullanılacak olan aydınlatma aygıtları ve ışık kaynakları, TEDAŞ genel müdürlüğü tarafından yayınlanan teknik şartnameler ile belirlenmektedir. 2006 yılından itibaren yol ve sokak aydınlatmalarında, civa buharlı lambaların kullanımı yasaklanmış, yüksek basınçlı sodyum buharlı lamba ve buna uygun aydınlatma armatürleri, yol aydınlatma sistemlerinde kullanılmaya başlanmıştır. Ancak son yıllarda hem enerji tasarruf miktarlarının cazip seviyelere gelmiş olması, hem de daha kaliteli aydınlatma sistemlerinin oluşturulabilmesine imkan sunması sebebiyle, LED kaynaklı yol aydınlatma aygıtları gündeme gelmiş ve önlenemez bir şekilde 1

markete dahil olmuştur. TEDAŞ Genel Müdürlüğü ARGE Daire Başkanlığı LED yol aydınlatma aygıtlarına ilişkin bir teknik şartname yayınlamış olup, 2016 yılında, yeni tesis projelerinde, LED ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürlerinin kullanılması zorunlu hale gelmiştir. LED ışık kaynaklarının, yol aydınlatma sektöründe önemli bir aktör olması ile birlikte, aydınlatma alanında faaliyet gösteren firma sayısı hızla artmış olup, LED aydınlatma armatürü üreten firmalarda oldukça artmıştır. LED yol aydınlatma armatürlerinde, termal ve optik tasarım problemleri ön plana çıkmıştır. Termal tasarım ile LED eklem bölgesi sıcaklıkları düşürülerek, LED ışık kaynaklarının, anma ışık akılarını vermesi sağlanırken, elde edilen bu ışığın bilimsel yaklaşımlar ile elde edilmiş bir optik yapı ile faydalı düzlemlere gitmesini sağlamak gerekmektedir. Ancak bu şekilde, maliyet etkin, tasarruflu, LED armatürlerin elde edilmesi mümkün olacaktır. Dünyada çok sayıda LED üretici firma olup bu firmalar her geçen gün birbirlerine göre farklı bir takım üstünlükleri olan çeşitli sayıda LED ışık kaynaklarını piyasaya sunmaktadırlar. Her bir LED ışık kaynağı, amaca uygun ideal ışık dağılımını elde edebilmek için ekstra bir optik yapıya ihtiyaç duymaktadır. Optik tasarım, LED armatürden elde edilen ışığı elverişli kullanabilmek ve bu vesile ile de daha az enerji kullanarak yol üzerindeki ideal aydınlatma kriterlerini sağlamak bakımından oldukça önemlidir. Bu sebeple, LED li yol aydınlatma armatürlerine yönelik optik tasarım, Dünya da ve ülkemizde çok güncel bir konu haline gelmiştir. Bu konu, hep daha farklı ve daha başarılı bir tasarıma ulaşmak gayesi ile tüm dünyada çok sayıda çalışma görmüş ve üniversitelerde de tez konusu olmaktan geri kalmamıştır (Chen 2008, Jiang vd. 2009, Wang vd. 2010, Feng vd. 2010, Lo vd. 2011, Yang vd. 2011, Wang vd. 2011, Hu ve Qian 2013). Bu çalışmada M1 ve M2 aydınlatma sınıfına sahip yolların aydınlatılmasında, çözüm oluşturacak LED armatürler için optik tasarım yapılmış olup tasarım sonunda bir mercek elde edilmiştir. Bu merceğin üretmiş olduğu ışık dağılımı dosyası DIAlux aydınlatma hesap programında kullanılmıştır. Elde edilen aydınlatma hesap sonuçlarının standartlara uygunluğu incelenmiştir. 2

2. KURAMSAL TEMELLER 2.1 Aydınlatma Tekniğinde Kullanılan Temel Büyüklükler Aydınlatma tekniğinde kullanılan temel büyüklükler, bir ışık kaynağı veya aydınlatma armatürüne ilişkin büyüklükler olup ışık kaynakları ve aydınlatma aygıtlarının değerlendirilmelerinde ve aydınlatma tekniği hesaplarında kullanılırlar. 2.1.1 Işık akısı Işık akısı, bir ışık kaynağının birim zaman içinde yaymış olduğu ışık miktarı olarak tanımlandığı gibi, ikinci bir tanımda şu şekilde verilebilir: Bir ışık kaynağının ışık akısı, bu ışık kaynağından çıkan ve normal bir gözün görmesine ait spektral duyarlık eğrisine göre değerlendirilen enerji akısıdır. Φ = K 0. F. V λ = K λ. F, Φ ile gösterilir ve birimi lümendir [ lm ]. Bu ifadede, F, Enerji akısıdır. K 0, Enerji akısının λ=555nm için fotometrik değeridir ve değeri 682 lm/w tır. K λ, Enerji akısının her hangi bir dalga uzunluğu için fotometrik değeridir. V λ, Gözün spektral duyarlığıdır (Özkaya 1994). Işık akısı, genel olarak uzayda düzgün yayılmaz, uzayın muhtelif doğrultularında yoğunluğu farklıdır. Bu durum uzay açı kavramı ile açıklanabilir. Genel olarak, bir kaynağın toplam ışık akısı, uzayın muhtelif kısımlarına yayılan kısmi ışık akılarının toplamı şeklindedir (Şekil 2.1). Şekil 2.1 Kısmi ışık akıları ve uzay açıları (Özkaya 1994) 3

2.1.2 Uzay açı Uzay açı, noktasal ışık kaynaklarından yayılan ışık şiddet büyüklüklerinin tanımlanmasında kullanılır. Bir noktadan çıkıp koni veya piramit teşkil eden yarı doğruların meydana getirdiği uzay parçasıdır. Koni veya piramidin, küreden ayırmış olduğu küre kapağının alanının, küre yarıçapının karesine oranıdır (Şekil 2.2). Ω simgesi ile gösterilir ve birimi steradyandır (Özkaya 1994). Bu durumda bir noktaya ait uzay açı, Ω = 4πr² = 4π steradyandır. r² Şekil 2.2 Uzay açı (Ryer 1998) 2.1.3 Gözün spektral duyarlığı İnsan gözü elektromanyetik spektrumda 380nm-760nm dalga boyları arasındaki ışıkları algılamakta ve bu aralıktaki farklı dalga boylarındaki radyasyonlara cevabı farklı olmaktadır. İşte gözün çeşitli radyasyonlara karşı bu duyarlık derecesine, gözün spektral duyarlığı veya görülebilme faktörü denilmektedir. V(λ) ile gösterilmektedir. Gözün spektral duyarlığı, çevre aydınlatmasına çok bağlı olup gündüz ve gece için farklı spektral duyarlık eğrilerine sahiptir. Aşağıdaki grafikte gündüz ve gece görmesine ilişkin spektral duyarlık eğrileri verilmektedir (Özkaya 1994). 4

En yüksek duyarlık değerine gündüz 555nm dalga boyunda ulaşılırken, gece, bu değer 507nm olmaktadır (Şekil 2.3). Şekil 2.3 Gözün spektral duyarlık eğrileri (http://www.cardiff.ac.uk, 2015) 2.1.4 Işık şiddeti Şekil 2.4 Noktasal bir ışık kaynağının γ doğrultusundaki ışık şiddeti (Özkaya 1994) 5

I harfi ile gösterilmektedir ve birimi kandela ( cd=lm/sr ) olup noktasal ışık kaynakları için tanımlanmaktadır. Doğrultuya bağlı bir büyüklüktür. Noktasal bir ışık kaynağının her hangi bir γ doğrultusundaki ışık şiddeti, bu doğrultuyu içine alan ΔΩγ uzay açısından çıkan Δϕ ışık akısının ΔΩγ uzay açısına bölümü ile ilgilidir. ΔΩγ sıfıra yaklaşırken bu oranın limiti de Iγ ışık şiddet değerini tanımlar (Şekil 2.4). 1 steradyanlık uzay açıdan 1 lümen değerinde ışık akısı çıkıyor ise bu doğrultudaki ışık şiddet değeri 1 lm/sr veya 1 cd olmaktadır. 2.1.5 Işık dağılım eğrisi Işık kaynakları, uzayda farklı doğrultularda farklı ışık şiddet değerleri gösterebilirler. Noktasal bir ışık kaynağının muhtelif doğrultulardaki ışık şiddet değerlerinin uç noktalarının geometrik yeri bir yüzey olup bu yüzeye söz konusu ışık kaynağının ışık dağılım yüzeyi denir (Özkaya 1994). Eğer kaynaktan geçen bir düzlem üzerindeki ışık şiddetlerinin uç noktaları göz önüne alınırsa, bunların geometrik yeri kaynağın ışık dağılım yüzeyi ile söz konusu düzlemin ara kesitinden ibaret olur, buna ışık dağılım eğrisi veya polar fotometrik eğri denilir (Şekil 2.5). Şekil 2.5 Her hangi bir ışık kaynağına ilişkin ışık dağılım eğrisi örneği 6

Işık şiddet değerleri ve ışık dağılım eğrisi, bir aydınlatma aygıtının değerlendirilmesinde işe yararlar. İdeal aydınlatma değerlerinin elde edilebilmesi için uygun aygıtın seçiminde ışık dağılım eğrileri ve ışık şiddet değerleri tabloları kullanılmaktadır. Optik tasarım süresi boyunca, optik simülasyon sonuçlarında elde edilecek ve değerlendirmeye tabi tutulacak olan yapıya ilişkin ışık şiddet değerleri ve dağılım eğrileridir. Işık şiddeti, ışık kaynağının, noktasal olması durumunda geçerli olan bir büyüklüktür. Bu sebeple yapılan fotometrik ölçmelerde, ölçüm mesafesi ışık kaynağını noktasal kabul etmeye yetecek değerde olmalıdır. Bu mesafe, ışık kaynağının en büyük boyutunun 10 katı alınırsa, %1 değerinden daha küçük bir hata ile ışık kaynağı noktasal kabul edilebilir. 2.1.6 Aydınlık düzeyi Aydınlık düzeyi, Ortalama Aydınlık Düzeyi ve Noktasal Aydınlık Düzeyi olmak üzere ikiye ayrılır. E harfi ile gösterilir ve birimi lüx tür. Ortalama Aydınlık Düzeyi, bir M yüzeyine gelen, Δϕ ışık akısının, yüzey alanı ΔS ye bölümüdür. E av ile gösterilir ve birimi, lm/m² olarak verilir (Şekil 2.6). Şekil 2.6 Ortalama aydınlık düzeyi (Özkaya 1994) 7

Noktasal Aydınlık Düzeyi, yatay ve düşey aydınlık düzeyleri olmak üzere iki bileşene sahiptir ve birimi, cd/m² dir. A noktasındaki bir ışık kaynağından γ açısı ile çıkan I γ ışık şiddetinin, A noktasından r am uzaklıktaki M noktasında meydana getirdiği yatay aydınlık düzeyi E y, düşey aydınlık düzeyi ise E d dir (Şekil 2.7). Yatay ve düşey aydınlık düzeylerinin ifadeleri şu şekildedir; E y = I γ cos γ, E r am ² d = Iγ sinγ r am ² Şekil 2.7 Noktasal yatay ve düşey aydınlık düzeyleri 2.1.7 Parıltı Parıltı, L harfi ile gösterilir. Birimi cd / m² dir. Parıltı doğrultuya bağlı bir büyüklüktür. Gözde aydınlık hissini uyaran yegane fotometrik büyüklüktür ve bir yüzeyin göze ne kadar parlak göründüğünün bir ölçüsüdür (Şekil 2.8) Şekil 2.8 Göze etki eden tek fotometrik büyüklük parıltı (luminans) 8

Parıltı, bir ışık kaynağının kendi ışık yayan yüzeyinin parıltısı olabileceği gibi, ışık kaynağından gelen ışıkları yansıtarak ışık kaynağı gibi davranan bir yüzeyin parıltısı da olabilir. Yol aydınlatma tekniğinde, yol yüzeyindeki parıltı değerleri ile ilgilenilir. Yolu aydınlatan armatürlerin kendi parıltıları ile ilgilenilmez. Esasen ışık kaynaklarının faydalı düzlemler üzerinde oluşturdukları aydınlık düzeyleri tek başlarına bir anlam ifade etmezler, çünkü insan gözü aydınlık düzeyini algılamaz, göz, aydınlık düzeyinin, mevcut olduğu noktadaki, yüzey yansıtma katsayısı ile çarpımı olan parıltı değerini algılar. Yansıtma katsayısı, parıltı hesabı yapılan noktaya göre gözlemci ve aydınlatma aygıtı konumlarına da bağlıdır. Farklı yansıtma katsayılarına sahip yollarda, aynı aydınlık düzeyleri oluşturulmuşta olsa yollar farklı parıltı değerlerine sahip olacaklardır. Yol üzerindeki asfalt kaplamalar türlerine göre farklı yansıtma özelliklerine sahiptirler ve yansıtma özelliklerine göre R1, R2, R3, R4 şeklinde sınıflara ayrılmıştır. Türkiye de asfalt yollar R3 sınıfına girmektedir (Anonim 2008). 2.1.8 Kontrast Göz cisimleri aydınlık-karanlık farkları, şekilleri, hareketleri ve renkleriyle ayırt etme yeteneğine sahiptir. Bunlar içinde, gözün aydınlık-karanlık farkı ile ayırt etme yeteneği olan kontrast duyarlığı başta gelir. Kontrast duyarlığı, aydınlık-karanlık farkının yanı sıra, cisme göre gözlemci konumuna ve çevre parıltısına da bağlıdır. Cisim parıltısı ile eşdeğer bir çevre parıltısı olursa kontrast en yüksek değerini alır. Eğer aydınlık-karanlık farkı çok küçük ise bu kontrastı fark edebilmek için yüksek aydınlık düzeyine ihtiyaç vardır (Özkaya 1994). 2.1.9 Kamaşma Sağlam bir gözün dış etkilerle geçici olarak etrafındaki cisimleri göremez hale gelmesine veya görme kabiliyetinde her hangi bir azalmaya sebep olmaksızın seyahat konforunu engelleyen olaya denir. Görüş alanı içerisindeki tüm ışık kaynakları 9

kamaşmaya neden olurlar. Işık doğrudan veya yol yüzeyinden, çevredeki binalardan, trafik işaretlerinden ya da cisimlerden yansıyarak sürücünün gözüne gelerek kamaşmaya neden olabilir. Yol aydınlatmasında, psikolojik kamaşma ve fizyolojik kamaşma olmak üzere iki türlü kamaşmadan bahsedilebilir. Psikolojik kamaşma, kamaşma sınırlama katsayısı ile tanımlanmıştır. Bu büyüklük aydınlatma tesisatının geometrik ve fotometrik özellikleri dikkate alınarak hesaplanır. Fizyolojik kamaşma, Holladay tarafından tanımlanan, örtü parıltısı formülü ile hesaplanır (The IESNA Lighting Handbook 9th Edition). Kamaşma kaynağından sürücünün gözüne gelen ışınlar, retinada bir örtü parıltısı oluşturlar. Bu durum gözün görme yeteneğini azaltır ve görme keskinliğini düşürür. 2.2 Yol Aydınlatma Kalite Büyüklükleri Uluslararası Aydınlatma Komisyonu, CIE, yol aydınlatma hesaplarında kullanılacak olan parametreleri teknik raporlarında açıklamaktadır. Buna göre yollar, farklı aydınlatma sınıflarına sahiptirler. Farklı aydınlatma sınıfına sahip her yol için elde edilmesi gereken aydınlatma kalite büyüklükleri değişebilmektedir. Bu durum hem aydınlatma tesisatında hem de aydınlatma aygıtlarının seçiminde önemli rol oynamaktadır. Yol aydınlatma sınıfı, yolun kullanıcı tipi, trafik kontrolü, yolun karmaşıklığı, yoldan geçen araç sayısı, yol üzerinde bulunan kavşak veya yol ayrımlarının sıklığı, yolun bulunduğu mahaldeki suç işlenme oranı, yol üstünde park halinde araç durumları vs. parametrelere bağlı olarak tayin edilmektedir. CIE 115-2010 teknik raporu ve TSE 13201-1 Yol Aydınlatma Sınıfı Seçimi standardında Yol aydınlatma sınıflarının tayin edilme yöntemleri detaylı olarak verilmektedir. Ancak her ülkenin, coğrafya, kültür, ekonomi gibi kendi iç değişkenleri vardır. Bu değişkenler de göz önünde bulundurularak Türkiye deki yollar için aydınlatma sınıfları tayin edilmiştir. TEDAŞ genel müdürlüğü tarafından yayınlanan LED ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürleri teknik şartnamesinde yol aydınlatma sınıfları verilmektedir. 10

Çizelge 2.1 Türkiye yol aydınlatma sınıfları (Anonim 2015) Çizelgelerden görüldüğü gibi ülkemizde yol aydınlatma sınıfı M1 den M6 ya kadar 6 sınıftan oluşmaktadır. Her bir yol aydınlatma sınıfı için, trafik güvenliği ve konforu bakımından gerekli olan asgari aydınlatma seviyeleri, aydınlatma kalite büyüklükleri ile verilmektedir. Çizelge 2.2 Yol sınıflarına göre aydınlatma kalite büyüklükleri (Anonimous 2010) 11

TEDAŞ AR-GE Planlama ve Dış İlişkiler Daire Başkanlığı tarafından yayınlanan, TEDAŞ-ARGEP/2010-057.B Mart 2015 teknik şartnamesinde, yol aydınlatma sınıflarına göre değişen, aydınlatma kalite büyüklükleri tablo halinde verilmektedir (Çizelge 2.2). Ülkemizde yol aydınlatma maksatlı alımı yapılacak olan armatürlerin, bu teknik şartnameye uygunluğu araştırılmaktadır. Bu sebeple tüm armatür üreticileri tasarımlarında TEDAŞ teknik şartnamelerini esas almaktadırlar. Aydınlatma tesisatı ile yol üzerinde üretilmesi amaçlanan, aydınlatma kalite büyüklüklerinin, hesap yoluyla elde edilmiş olan değerlerinin, gerçek yol koşulları ile uyuşması için aydınlatılması amaçlanan yolun özellikleri çok iyi tayin edilmiş olmalıdır. Hesaplarda kullanılan tesis şartları uygulamada aynen yerine getirilmelidir. Burada önemli unsurlardan biri de yolun yansıtma katsayısıdır. Bu değer, ülkemizdeki yollar için R3 sınıfı olarak kabul edilmiştir. Aydınlatma hesaplarında ve simülasyon programlarında yol sınıfı R3 olarak tercih edilmektedir. 2.2.1 Ortalama parıltı düzeyi L ort ile gösterilir, birimi cd/m² dir. İki direk arasında kalan hesap alanında, tayin edilmiş olan hesap noktalarında, meydana gelen parıltı değerlerinin, hesap noktası sayısına bölümü ile elde edilir (Anonim 2015) Şekil 2.9 Hesap alanı 12

Her bir gözlemci için, tüm yol üzerindeki parıltı değerleri değiştiği için, her bir gözlemci için ayrı ayrı hesap edilmelidir. Gözlemcinin sadece kendi şeridindeki hesap noktaları değil, yolun tamamı için hesap edilir. Her bir şeritteki gözlemci için ortalama parıltı değerleri ayrı ayrı hesaplanır. Ortalama parıltı değeri hesaplanan bir noktaya yol kenarında dizili tüm armatürlerin katkısı vardır ve bu katkı hesaplamaya dahil edilmektedir (Şekil 2.9). Her bir yol sınıfında elde edilmesi gereken ortalama parıltı değerleri farklıdır. DIAlux aydınlatma tasarım programında yapılan simülasyonlar neticesinde bu değer hesaplanmış olarak elde edilmektedir. 2.2.2 Ortalama parıltı düzgünlüğü U 0 ile gösterilir. Hesap alanına bakan her bir gözlemci için ayrı ayrı hesaplanır. Bir gözlemciye göre tüm hesap alanındaki en düşük parıltı değerinin, aynı gözlemciye göre hesaplanmış olan ortalama parıltı değerine bölümü ile hesaplanır (Anonimous 2010). Örnek olarak 2 şeritli bir yol düşünürsek 1. Şeritte 1. Gözlemcinin, 2. Şeritte 2. Gözlemcinin aktif olduğu düşünülürse ; 1.Gözlemci için, ortalama parıltı L ort1, minimum parıltı değeri L min1 ise, ortalama parıltı düzgünlüğü, U 01 = L min1 L ort1 olarak yazılabilir. 2.Gözlemci için, ortalama parıltı L ort2, minimum parıltı değeri L min2 ise, ortalama parıltı düzgünlüğü, U 02 = L min2 L ort2 olarak yazılabilir (Anonimous 2010). Ortalama parıltı düzgünlüğü, görüş konforu ile alakalı olup sürücü üzerinde psikolojik etkilere sahiptir. Bu sebeple, değeri ne kadar yüksek ise o oranda makbuldür. Ortalama parıltı düzgünlüğü değeri DIAlux programında rapor formatında bulunmaktadır. 2.2.3 Boyuna parıltı düzgünlüğü U l ile gösterilir. Boyuna parıltı düzgünlüğü, her bir gözlemci için ayrı ayrı hesap edilir ancak tüm hesap alanı değil sadece gözlemcinin bulunduğu şerit dikkate alınır. Şeridin 13

orta çizgisi üzerinde bulunan en düşük parıltı değerinin, yine şeridin orta çizgisi boyunca bulunan en yüksek parıltı değerine oranı ile hesaplanır (Anonimous 2010). Şekil 2.10 Boyuna parıltı düzgünlüğünün yol üstü fotoğrafı (Onaygil 2005) Şekil 2.10 dan da anlaşılacağı üzere, boyuna parıltı düzgünlüğü de konforlu ve güvenli bir sürüş için gereklidir. Ne kadar yüksek olursa o oranda makbuldür. TEDAŞ LED ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürleri teknik şartnamesinde alt limit değerler belirtilmiştir. Düşük boyuna düzgünlük değerleri araç kullanıcılarını, periyodik aydınlık karanlık efektlerine maruz bırakmakta bunun sonucunda sinir bozuklukları meydana geldiği gibi gözün görme kabiliyeti üzerine de bozucu etkiler olabilmektedir. Özellikle hareket yanılmaları olabilmektedir. Bir yol aydınlatma simülasyonunda, U l değerleri DIAlux programı tarafından otomatik olarak hesaplanmakta ve rapor formatında yer almaktadır. 2.2.4 Bağıl eşik artışı TI ile gösterilir. Sürücülerin görüş alanındaki aydınlatma armatürlerinden kaynaklanan mutlak kamaşmanın yol açtığı görme zorluğunun bir ölçüsüdür. Yol güvenliği ile ilgili bir büyüklüktür. Yol aydınlatma armatürlerinden direk olarak göze gelen ışıklar kontrastı düşürür ve görmek zorlaşır. Bu etkiye örtü parıltısı da denir. 14

Bağıl eşik artışı (TI), kamaşma yok iken görülebilen bir cismin, kamaşma koşullarında da görülebilmesi için parıltı farkları eşiklerindeki artış yüzdesi ile verilmektedir (Şekil 2.11). Şekil 2.11 Bağıl eşik artışı (TI) ve örtü parıltısı (Onaygil 2005) Kamaşma yok iken parıltı farkı eşik değeri, ΔL e Kamaşma var iken parıltı farkı eşik değeri, ΔL k Bağıl eşik atışı, TI = ΔL k ΔL e ΔL e (Anonim 2015). 2.2.5 Çevre aydınlatma oranı SR ile gösterilir. Yolun kaldırım tarafındaki 5m lik kısmındaki ortalama aydınlık düzeyinin, yol tarafında 5m lik kısımda meydana gelen ortalama aydınlık düzeyine oranı ile hesap edilir (Şekil 2.12). Yolun yakın çevresinin de aydınlatılmış olmasının bir ölçüsüdür (Anonim 2010). 15

Yol aydınlatma tekniğinde temel amaç, yol üzerindeki ve kenarındaki cisimlerin araç kullanıcıları tarafından rahatlıkla görülebilmesi için gerekli kontrastı sağlayacak bir yol parıltısı meydana getirmektir. Özellikle virajlarda olmak üzere, yol üzerindeki veya kenarındaki cisimler için fon parıltısı kaynağı artık yol değil, cisimlerin arkasına düşen yolun yakın çevresi olmaktadır. Aydınlatması düzgün bir yolda ilerleyen sürücüler, yoldaki bu aydınlığa uyum sağladıklarından dolayı karanlık alanlardaki seçiciliği çok azalır. Bu sebeplerden dolayı yolun yakın çevresi de aydınlatılarak, çevre fonunda cisimlerin ve canlıların görülmesi sağlanır. TEDAS ARGEP/2010-057.B LED ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürleri teknik şartnamesinde, tüm yol sınıfları için çevre aydınlatma değerinin 0,5 değerine eşit yada büyük olması gerektiği belirtilmektedir. Çevre aydınlatma oranı da DIAlux aydınlatma programında otomatik hesaplanarak, rapor formatında yer almaktadır. Şekil 2.12 Çevre Aydınlatma Oranı Hesap Alanı 16

2.3 Yol Aydınlatma Tesisat Biçimleri Yol aydınlatma tesisatı, yolun standartlara uygun olarak aydınlatılmasına sebep, yolun durumuna ve sınıfına göre dikkate alınan, aydınlatma direkleri, armatürler, kablolama ve kontrol elemanlarından oluşan sistemlerdir. Yol aydınlatma tesisatları, aydınlatma sınıfına ve yolun geometrik şartlarına göre sınıflara ayrılmıştır. Türkiye de yol aydınlatma tesisatlarının kurulmasından sorumlu kurum TEDAŞ genel müdürlüğüdür. TEDAŞ MYD-95-009B ve TEDAŞ-ARGEP-2010-057B teknik şartnamelerinde, yol aydınlatma sınıflarına göre olması gereken aydınlatma tesisat biçimleri verilmektedir (Çizelge 2.3). Çizelge 2.3 TEDAŞ yol aydınlatma sınıfına göre aydınlatma tesisat şekilleri (Anonim 2010) Genel olarak yol aydınlatma tesisatlarında, lamba yükseklikleri ile direkler arası mesafe için 1/3-1/5 aralığında bir orandan bahsedilebilir. Yani direkler arası konulacak mesafe, 17

lambanın yerden yüksekliğinin 3 ila 5 katı olabilir (Özkaya 1994). Burada aydınlatma kalite büyüklüklerinin sağlanıyor olması da dikkate alınarak direkler arası mesafenin olabildiğince açık olması yeğlenir. Böylece tesis maliyeti düşürülmüş ve enerji tasarrufu gözetilmiş olacaktır. Gidiş-geliş, aynı çift yön trafik akışı olan yolarda, lamba yükseklikleri, yol genişliğine eşit ya da daha büyük ise yolun tek taraflı yapılan aydınlatma tesisatı yeterli olacaktır. Eğer yol genişliği lamba yüksekliğinden daha büyük ise iki taraflı aydınlatma düzenleri kullanılmalıdır. Orta refüj bulunduran yollarda, refüjden aydınlatma yapılması makbuldür. Yolun aydınlatma sınıfına göre kenarlardan ilave aydınlatma tesisatları eklenmektedir. Virajlarda direk aralıkları normal hesap edilen aralıkların yarısı kadar alınabilir. Viraj keskinliği azaldıkça direkler arası mesafe normal değerine doğru yaklaşır. 18

3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 Yol Aydınlatma Probleminin Belirlenmesi Aydınlatma sınıfı M1 ve M2 olan yollar için, çizelge 3.2 de verilmiş olan asgari aydınlatma kalite büyüklüklerinin elde edilmesi gerekmektedir. Her iki yol sınıfına ilişkin yol ve aydınlatma düzenleri aşağıda belirtilmiştir. 3.1.1 M1 sınıfı için belirlenmiş düzenler M1 sınıfı için belirlenmiş düzenler şekil 3.1 de gösterilmiştir. Şekil 3.1 M1 sınıfı için yol aydınlatma düzeni (Anonim 2015) 1-Yol düzeni: 3 adet gidiş yolunda, 3 adet dönüş yolunda olmak üzere 6 şeritli yol ele alınmaktadır. Şerit genişliği 3,5 m ve gidiş-dönüş yolları arasında 2 m genişliğinde refüj yapı vardır. 19

2-Aydınlatma tesisat düzeni: Refüjden ve yol kenarlarından aydınlatma yapılmaktadır. Refüjden çift konsollu ve yol kenarlarından iki taraflı ve kaydırılmış aydınlatma tesisatı dikkate alınmaktadır. Direkler arası mesafe 50 m, direk yükseklikleri 12 m, direk konsol boyu 2 m, direk konsol açısı 15 3-Elde edilmesi gereken yol aydınlatma kalite büyüklükleri şunlardır: L ort 2 cd/m² / U 0 0,4 / U l 0,7 / TI %10 / SR 0,5 3.1.2 M2 sınıfı için belirlenmiş düzenler M2 sınıfı için belirlenmiş düzenler şekil 3.2 de gösterilmiştir. Şekil 3.2 M2 sınıfı için yol aydınlatma düzeni (Anonim 2015) 1-Yol düzeni: 2 şerit gidiş yolunda, 2 şerit dönüş yolunda olmak üzere 4 şeritli yol ele alınmaktadır. 20

şerit genişliği 3,5m olup toplam yol genişliği 14 m dir. 2-Aydınlatma tesisat düzeni: Yol kenarlarından iki taraflı kaydırılmış aydınlatma tesisatı vardır. Her iki taraftaki direkler arası mesafe 40 m, direk yükseklikleri 10 m, direk konsol boyu 2 m, direk konsol açıları 15 olarak tespit edilmiştir. 3-Elde edilmesi gereken yol aydınlatma kalite büyüklükleri: L ort 1,5 cd/m² / U 0 0,4 / U l 0,7 / TI %10 / SR 0,5 3.2 Işık Kaynağının Seçimi Bir önceki bölümde ortaya atılmış olan aydınlatma probleminin çözümünde kullanılacak olan aydınlatma armatürleri, LED ışık kaynaklı armatürler olarak tercih edilmiş olup LED armatürlerde kullanılacak ışık kaynağı Power LED seçilmiştir. Dünyada çok az sayıda Power LED üreticisi mevcuttur (Şekil 3.3). Şekil 3.3 LED üretimi yapan firmalar 21

Tasarımda, ışık kaynağı olarak, Cree XLamp XP-L V-4 LED kaynak tercih edilmiştir (Şekil 3.4). LED çiplerde eklem bölgesinde meydana gelen ısı, ışık çıktı seviyelerini çok etkilemektedir. Bu sebeple LED kaynaklarda termal iletkenlik çok önemlidir. XP-L kaynağın termal iletkenliği 2,2 C / W olup çok iyi bir değerdir (www.cree.com, 2015). Şekil 3.4 Cree XLamp XP-L Power LED 3.2.1 Işık kaynağının etkinlik faktörü Bir ışık kaynağının etkinlik faktörü (e), o ışık kaynağının üretmiş olduğu ışık akısı değerinin, o sırada tüketmiş olduğu aktif elektrik gücü değerine oranıdır ve e ile gösterilir. e = φ P [ lm / W ] formülü ile hesaplanır. Yol aydınlatma tesisatlarında halen kullanılmakta olan yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar etkinlik faktörleri çok yüksek olan lambalardır. Bu sebeple sistemde sodyum lambaların yerini alabilecek ışık kaynaklarının etkinlik faktörleri, sodyum lambalardan daha yüksek olmalıdır. Cree XP-L etkinlik faktörü yüksekliği bakımından oldukça tatmin edici değerdedir. 350mA sürme akımı ve 85 C eklem sıcaklığında yaklaşık 170 lm/w etkinlik faktörüne sahiptir (http://www.cree.com, 2015). 22

3.2.2 Genel parametreler Şekil 3.5 Cree XP-L LED kaynağın spesifikasyonları (http://www.cree.com, 2015) Maksimum sürme akımı 3A olup, 1 adet LED ile 10W güce kadar çıkılabilmekte, ışık akısı değerleri göz önüne alındığında, kompak yapısı sayesinde emsallerine kıyasla daha kompak ve az sayıda LED kullanımı ile maliyet etkin armatür elde edilebilir. 85 C eklem sıcaklığında paketlenmektedir (Şekil 3.5). 125 derece geniş açılı bir ışık dağılım eğrisi olup yol aydınlatması için uygun ışık dağılımı elde etmeye müsaittir (Şekil 3.6). Şekil 3.6 Cree XP-L ışık dağılım eğrisi ve 3 boyutlu görünümü 23

3.2.3 Işık kaynağının ekonomik ömrü Işık kaynakları, tasarımlanmış oldukları anma ışık akılarını zaman içinde koruyamazlar. Başlangıç ışık akıları zamana bağlı olarak azalır (Şekil 3.7). Başlangıç ışık akılarındaki bu azalma etkisi ekonomik ömür tabiri ile tanımlanmaktadır. Şekil 3.7 Geleneksel ışık kaynakları ve LED lerin zaman ile lümen değişimleri (http://www.ledsmagazine.com, 2015) Ekonomik ömür, ışık kaynaklarının başlangıç ışık akılarının belli bir yüzdesini kaybettiği ana kadar geçen süreye denir. Örnek olarak sodyum buharlı lambalarda, başlangıç ışık akı değerinin, %30 azaldığı ana kadar geçen süre ekonomik ömür değeridir. Ekonomik ömrünü tamamlayan bir kaynağın kullanımına devam edilmesi önerilmez, ışık kaynağı halen ışık sağlıyor olmasına rağmen yenisi ile değiştirilmesi gerekir. LED ışık kaynakları, Aydınlatma Mühendisleri Grubu tarafından yayınlanan, IES LM- 80-08 standardına göre, lümen ölçümlerine tabi tutulur. En az 6000 saat olmak üzere çalışan bir LED kaynağın zamana bağlı olarak lümen değişimleri ve renk değişimleri elde edilir. LM-80 testi sonucunda elde edilen veriler, IES TM-21 standardında tarif edildiği üzere, ömür tahmin hesaplamalarında kullanılırlar ve mevzu bahis ışık kaynağına ilişkin ömür tayini yapılır. LED kaynaklar için L70 (anma ışık akısının 0,7 24

katına düştüğü ana kadarki süre), L80 (anma ışık akısının 0,8 katına azaldığı ana kadar ki süre), L90 (anma ışık akısının 0,9 katına azaldığı ana kadar ki süre) gibi bir çok ekonomik ömür büyüklükleri mevcuttur (Şekil 3.8). TEDAŞ LED Armatür teknik şartnamesinde en az 50.000 ekonomik ömür zorunluluğu belirtmektedir. Cree XP-L kaynağın ekonomik ömür değerleri bu şartı karşılamaktadır. Şekil 3.8 LED kaynakların lümen muhafaza testi sonuç (http://www.cree.com, 2015) Şekil 3.9 Cree XP-L eklem sıcaklığına göre bağıl lümen değişimi (http://www.cree.com, 2015) 25

Cree XP-L kaynağın eklem bölgesi sıcaklığı ile lümen azalması 85 C sıcaklık değerinden yüksek değerlerde başlamaktadır (Şekil 3.9). Ayrıca Cree XP-L 1050 ma gibi yüksek bir sürme akımı değerinde %100 lümen çıkışı sağlamakta ve 1050 ma değerinden itibaren lümen çıkış değeri %100 ün altına düşmektedir (Şekil 3.10). Şekil 3.10 Cree XP-L sürme akımına göre bağıl ışık akısı değeri (http://www.cree.com, 2015) Cree XP-L ışık kaynağının bu özellikleri daha kompak ve maliyet etkin armatürlerin tasarımlanmasına imkan vermektedir. 3.3 Yol Aydınlatma Hesabının Yapılması Yol aydınlatma hesabı, önceki bölümlerde tanımları yapılmış olan aydınlatma kalite büyüklüklerinin, bölüm 5 te ortaya konulan aydınlatma probleminde tayin edilmiş olan yol ve aydınlatma düzenekleri dikkate alınarak hesap edilmesidir. Bu hesaplama, bu çalışmada DIAlux aydınlatma hesap programı ile yapılmaktadır. 26

3.3.1 DIAlux aydınlatma hesap programı Yol düzeninin, aydınlatma tesisat düzeninin tanımlanabildiği, ışık kaynağı verilerinin aktarılarak tanımlanan düzen şartlarında hesaplamaların yapılmasına imkan veren ücretsiz bir aydınlatma hesap programıdır. www.dial.de adresinden indirilip kurulabilir. Uluslararası platformda oldukça yaygın kullanılan bir aydınlatma programıdır (Şekil 3.11). İç aydınlatma, dış aydınlatma ve yol aydınlatma modülleri bulunmaktadır. Yol aydınlatma hesaplarında, aydınlatma simülasyon sonuçlarının, seçilmiş olan aydınlatma sınıfına göre, aydınlatma kalite büyüklüklerini sağlayıp sağlamadığını rapor formatında göstermektedir. Şekil 3.11 DIAlux programı karşılama penceresi DIAlux te CAD programları gibi komut yöneticisi, grafik alan ve proje yöneticisi alanlarından oluşmaktadır (Şekil 3.12). 27

Şekil 3.12 DIAlux aktivasyon alanları 3.3.2 DIAlux programında M1 sınıfına uygun yol düzeninin oluşturulması DIAlux açılış penceresinde New Street Project seçeneği seçilerek, standart 2 şeritli bir yol oluşturulmuş olunur (Şekil 3.13). Şekil 3.13 DIAlux 2 şeritli yol düzeni 28

Proje yöneticisinde, Arrangement sekmesinde, roadway parametresi ile 2. bir yol eklenerek, yol düzeni orta refüjlü gidiş-geliş bir yol düzenine getirilir (Şekil 3.14). Şekil 3.14 Orta refüjlü gidiş-dönüş yol düzeni Proje yöneticisinde, Maintenance plan method sekmesindeki değer 0,89 olarak girilir. Bu değer bakım faktörüdür. TEDAŞ teknik şartnamelerinde ülkemiz için bakım faktörünün 0,89 alınması gerektiği belirtilmektedir (Şekil 3.15). Şekil 3.15 Bakım faktörü sayfası 29

Proje menüsünde, Roadway1 (yol1) ve Roadway2 (yol2) sırasıyla seçilmek suretiyle, çıkan menüde bu yollar boyutlandırılır (Şekil 3.16). Şekil 3.16 Boyutlandırma öncesi yol düzeni M1 sınıfı için, her iki yol menüsünde de, şerit sayısı 3 ve şerit genişliği toplamı 10,5 m olarak değiştirilir (Şekil 3.17). Şekil 3.17 Boyutlandırma sonrası yol düzeni 30

Yol menüsünde Street Coating sekmesinde, yol sınıfı R3 ve W3 olarak tayin edilmelidir (Şekil 3.18). Şekil 3.18 Yol sınıfı sayfası Yol menüsünde Observer sekmesinde, her bir şerit için gözlemci yaşı 23 olmalıdır (Şekil 3.19). Şekil 3.19 Gözlemci sayfası 31

Proje menüsünde Median yani refüj sekmesi seçilerek, refüj genişliği ve yüksekliği girilir. Refüj genişliği 2 metredir (Şekil 3.20). Şekil 3.20 Refüj boyutlandırma sayfası Proje menüsünde Roadway sekmeleri altında bulunan Valuation Field Roadway sekmelerini sırasıyla seçerek, illuminance class yani yolun aydınlatma sınıfı M1 olarak seçilmelidir (Şekil 3.21). Şekil 3.21 Yol aydınlatma sınıfının seçimi 32

DIAlux hesaplama sonuçları, bu alanda seçilen yol aydınlatma sınıfı kriterlerine göre otomatik olarak değerlendirilmektedir. Bu alanda literatürde mevcut tüm aydınlatma sınıfları vardır ve her bir yol için ayrı ayrı seçilir. 3.3.3 Işıklık dosyasının ortama aktarılması DIAlux programı aydınlatma hesaplarında, aydınlatma düzeninde kullanılan armatüre ilişkin ışıklık dosyasına bir başka deyişle EULUMDAT dosyasına ihtiyaç duymaktadır. EULUMDAT dosyası, aydınlatma armatürlerinin veya ışık kaynaklarının gonyofotometrik ölçüm sonuçlarının, uluslararası bir format dahilinde, içinde bulunduğu bir text dosyasıdır (Anonimous 1993). EULUMDAT dosya uzantısı ldt olan elektronik bir dosya olup içerisinde ışık kaynağına ilişkin ışık şiddet değerlerini ve ışıklık adı gibi diğer genel bilgileri barındırır (Şekil 3.22). DIAlux programı, aydınlatma hesaplarında bu EULUMDAT dosyası içindeki ışık şiddet değerlerini kullanarak kalite büyüklüklerini hesaplar. Kısacası bu dosya aydınlatma kaynağının bir yol ve tesisat düzeni için uygunluğunu anlamamızı sağlamaktadır. Şekil 3.22 Örnek eulumdat dosyası 33

Işıklık dosyası, DIAlux File Import Luminaire files, sekmeleri sırasıyla seçilerek, dosyanın bulunduğu yerden açılması suretiyle programa dahil edilir (Şekil 3.23). Şekil 3.23 DIAlux ortamına ışıklık dosyası alma sayfası Programa dahil edilen ışıklık dosyası, dosya içinde tanımlı adı ile proje yöneticisinde, Luminaires Used (Kullanılan ışıklıklar) klasörü altında görüldüğü gibi son kullanılan ışıklık dosyaları kısmında da yer alır. Optik tasarım süresi boyunca simülasyonlar sonucunda elde edilen eulumdat dosyaları sürekli olarak DIAlux ortamına aktarılarak aydınlatma hesapları yapılmış ve sonuçlar incelenmiştir. 3.3.4 Aydınlatma tesisat düzeninin oluşturulması Komut yöneticisinde, Insert Luminaire Arrangement Street Arrangement sekmeleri sırasıyla seçilir (Şekil 3.24). 34

Şekil 3.24 Işıklık düzenleme sayfası Proje yöneticisi altında, aydınlatma tesisatı düzenleme sayfası gelir ve burada gerekli seçimler yapılıp değerler girildikten sonra ekle seçeneği ile tesisat düzenleme tamamlanmış olur. Tesisat düzenleme sayfasında, Luminaire, Pole/Bome ve Arrangement sekmeleri bulunaktadır (Şekil 3.25). Şekil 3.25 Işıklık düzenleme sayfası 35

Luminaire sekmesinde, içe aktarılan eulumdat dosyası seçilir ve lümen değeri girilebilir. Şekil 3.26 Pole/Bome sayfası Pole/Bome sayfasında sırasıyla, konsol uzunluğu 2 m, konsol açısı 15 derece, direk yüksekliği 12 m, direkler arası mesafe 50 m şeklinde değerler girilir (Şekil 3.26). Şekil 3.27 Tesisat yerleşimi düzenleme sayfası 36

Burada direkler için refüj veya yol kenarı seçenekleri vardır. M1 sınıfı için hem refüjden, hem de yol kenarından kaydırılmış aydınlatma olduğu için, her iki tesisat ayrı ayrı sisteme dahil edilmelidir (Şekil 3.28). Şekil 3.28 Tamamlanmış yol ve aydınlatma tesisatı düzeni 3.3.5 Hesaplama ve sonuç raporu Komut yöneticisinde, Output Start Calculation sekmeleri sırasıyla seçilerek, tanımlanan düzenlerde, içe aktarılan ışıklık dosyası çalıştırılmış olur (Şekil 3.29). Şekil 3.29 Hesaplamayı başlat sayfası 37

Hesaplama sonunda elde edilen hesaplama sonuçlarını baskı ön izleme butonu ile sergilenebilir. Rapor formatında olmasını istediğimiz genel ve hesap sonuçları proje yöneticisi alanındaki Output Configuration sekmesinde düzenlenir (Şekil 3.30). Şekil 3.30 Output düzenleme sayfası DIAlux sonuç raporu içeriğinde, proje kapağı, içindekiler sayfası, hesaplamada kullanılan aydınlatma armatürlerine ilişkin bilgiler, firma bilgileri, armatür fotoğrafı, hesap yoluyla elde edilen, yol üstü aydınlık düzeyi ve parıltı değerleri, yol ve aydınlatma tesisat düzenlerine ilişkin bilgiler, armatür ve direk koordinatları vs. tanımlamalar sırasında girilen tüm parametreler yer alır. 38

DIAlux sonuç raporunu aydınlatma tasarımcısı düzenleyebilir. Sonuç raporunda bulunmasını önemsediğimiz büyüklükleri seçerek, bulunmasını istemediğimiz büyüklükleri de seçime dahil etmeyerek, sonuç raporunun içeriğini düzenlemiş oluruz. Hesap yolu ile elde edilen aydınlatma kalite büyüklükleri, program tarafından standart değerlerle kıyaslanarak olumlu sonuç yeşil tik işareti ile olumsuz değerler ise kırmızı çarpı işareti ile gösterilirler (Şekil 3.31). Şekil 3.31 Aydınlatma kalite büyüklüklerinin bulunduğu rapor sayfası DIAlux programı, yol ve aydınlatma düzenlerinin değişkenlerine bağlı olarak, oluşan tüm olasılıklara karşılık gelen hesaplamaları toplu halde tablo şeklinde sunmaktadır. File sekmesi altındaki, Wizard sekmesi seçilerek ve burada da Quick Street Planning seçimi yapılarak, DIAlux Street Light Wizard sayfası açılır (Şekil 3.32). Hesaplamaların yapılmasını istediğimiz yol ve aydınlatma düzenleri değişkenleri burada girilir. Her bir düzene ilişkin aydınlatma kriterleri tablo halinde elde edilir. 39

Şekil 3.32 DIAlux Street Light Wizard sayfası 3.4 Optik Tasarım Optik tasarım faaliyeti Optisworks programı kullanılarak yapılmıştır. Tasarımda Cree Xlamp XP-L V4 LED ışık kaynağı kullanılmıştır. 3.4.1 OptisWorks optik tasarım programı OptisWorks programı, her yönüyle modellenmiş bir ışık kaynağından çıkan ışık izlerinin, geçirgen veya yansıtıcı, programda tanımlanmış ortamlarla karşılaştığında ne şekilde bir cevaba sahip olacağını fizik yasaları kapsamında, kullanıcıya sunmaktadır. Programda ışık kaynakları, malzemeler, yüzeyler, ortamlar etraflıca tanımlanabilmektedir. Dedektör tanımlamaları yapılarak bir takım optik ölçümler gerçekleştirilebilmektedir. 40

OptisWorks programının üreticisi OPTIS firmasıdır. Firma portalında Libraries başlığı altında, tanımlı ürünlere ulaşmak mümkündür. Birçok materyal üreticisinin ürün dosyaları, tanımlı yüzey dosyaları, ışık kaynaklarına ait 3D modeller ve ışık kaynaklarının ray dosyalarına portaldan ulaşılabilmektedir. Şekil 3.33 te ışık kaynaklarına ilişkin kütüphane görülmektedir. Buradan kullanılacak dosya alınmak suretiyle tasarımda kullanılabilir. Şekil 3.33 OPTIS portal ışık kaynakları kütüphanesi (www.optis-world.com, 2015) OptisWorks programı, SolidWorks menüsünde bir sekme olarak gelmektedir. Katı ve yüzey modellemeleri SolidWorks ortamında yapılmakta olup optik modelleme veya simülasyon yaparken OptisWorks sekmesiyle OptisWorks ortamına geçilmektedir (Şekil 3.34). OptisWorks programında parça ortamında yapılabilecek etkiler ile montaj ortamında yapılabilecek etkiler farklıdır (Şekil 3.35). 41

Şekil 3.34 OptisWorks çalışma alanları Şekil 3.35 OptisWorks parça ortamında aktif komutlar PART(parça) ortamında, optik özellikler tanımlanıp uygulanabilir. Işık kaynağı tanımlamaları yapılabilir. ASSEMBLY(montaj) ortamında ise, interaktif kaynak ve dedektör tanımlamaları ile raytrace ve simülasyonlar gerçekleştirilebilir (Şekil.3.36). 42

Şekil 3.36 OptisWorks montaj ortamında aktif komutlar 3.4.2 Optik tasarım süreci SolidWorks ortamında 3D parça elde edilir ve PART olarak kaydedilir. SolidWorks montaj ortamı oluşturulur ve ASSEMBLY olarak kaydedilir. Parça ortamında optik modelleme yapılır. Bunlar, ışık kaynağı, ortam ve materyal tanımlama ile yüzey tanımlamalarıdır. Montaj ortamında optik modelleme yapılır. Bunlar, dedektör tanımlamaları, raytrace ve optik simülasyonlar ile sonuçların elde edilmesi ve incelenmesidir. OptisWorks ile çalışırken bir klasör oluşturulur ve tüm dosyalar buraya konur. Oluşturulan parça ve montaj dosyaları buraya kayıt edilir. OptisWorks bu klasör içerisinde bir output isimli klasör oluşturur ve yapılan simülasyonlar sonucunda elde edilen eulumdat dosyaları ve sonuç raporları burada kendiliğinden depolanır. Bu çalışmada yapılan faaliyetler TEZ isimli bir klasör içerisinde toplanmıştır. Işıklık doyaları, parça ve montaj dosyaları oluşturularak buraya kaydedilmiştir. 43

3.4.3 Işık kaynağının tanımlanması Işık kaynaklarına ilişkin verilere Optis portalından erişilebileceği gibi ışık kaynakları üreticilerinin internet adreslerinden de ulaşmak mümkündür (Şekil 3.37). Bu çalışmada seçilmiş olan ışık kaynağı Cree firmasının ürünü olan XLamp XP-L dir. Bu ürüne ilişkin 3D model ve kaynağın OptisWorks programına uygun ray dosyaları www.cree.com adresinden elde edilmiş olup TEZ klasörüne kaydedilmiştir. İndirilen XPL 3D step dosyası, OptisWorks ile açılır. Şekil 3.37 Cree Xlamp XP-L 3D model ve ray dosyasının alındığı web sayfası Şekil 3.38 XP-L ışık oluşum noktası (http://www.cree.com, 2015) 44

Ray dosyası içinde gösterilen ışık oluşum noktasını oluşturmak için, ışık kaynağının belirtilen düzleminde eksenler çizilir (Şekil 3.38). OptisWorks komut yöneticisindeki Optical Properties sekmesi altında Ray File Source sekmesi seçilerek, XP-L 3D modele ray dosyaları tanımlanmaya devam edilir (Şekil 3.39). Şekil 3.39 Ray File Source sekmesi Açılan Ray file source definition sayfasında, eksen sistemi 1 point-2 lines olarak seçilir. Bu, 1 nokta ve iki eksen ile kaynağın tanımlanacağı anlamına gelmektedir. XP-L üzerinde önceden oluşturulan eksenler ve orijin grafik alanda seçilerek tanımlama yapılır (Şekil 3.40). Şekil 3.40 Işık kaynağı eksen takımının tanımlanması 45

Açılan pencerede, Exit geometries alanı seçilip, grafik alanda da ışık kaynağının ışık yayan yüzeyleri seçilmek suretiyle ışık çıkışının olduğu yüzeyler tanımlanmış olur. Pencerede bir alt alanda photometry alanı vardır. Burada, dosya aç sekmesi ile TEZ klasörü içindeki XP-L ray dosyası çağırılır (Şekil 3.41). Şekil 3.41 Ray dosyasının ışık kaynağına tanımlanması Tamam tuşu seçilip, pencere kapandığında ışık kaynağı tanımlama işlemi tamamlanmış olur. Şekil 3.42 Ray file source ve tanımlandığı yüzeyler 46

OptisWorks unsur ağacında Photometric sources sekmesi altına, Ray file source1 şeklinde tanımlanmış dosya gelir. Bu sekme tıklandığında grafik alanda, bu ray dosyalarının hangi yüzeylere tanımlandığı görülmektedir (Şekil 3.42). Daha sonra montaj ortamına alınmak üzere, dosya bu haliyle XPL 3D.sldprt olarak TEZ klasörüne kaydedilir. 3.4.4 Optik modelleme Tasarlanacak olan merceğin malzemesi PMMA (Akrilik) seçilmiştir. PMMA, ışık geçirgenliği oldukça yüksek, %94 seviyelerine çıkabilen, UV etkilerine karşı çok yüksek dirence sahip bir mühendislik plastiğidir. TEZ klasörü içinde MERCEK.sldprt dosyası oluşturulmuş olup bu dosya içerisinde mercek tasarımına devam edilecektir. Mercek dosyasında, ışığın orijinden yayıldığı düşünülerek profiller oluşturulur. Yol aydınlatma probleminde, ışık kaynaklarının koordinatları dikkate alındığında simetrik bir aydınlatmadan bahsedilemez. Genellikle ışık kaynakları yolun kenarındadır veya yol ışık kaynaklarının önünden geçer. Yol üzerinde çok sayıda şerit olduğu düşünülürse şeritlerin ışık kaynaklarına olan uzaklıkları farklıdır (Şekil 3.43). Şekil 3.43 Yol aydınlatma resmi 47

Yol aydınlatmada kullanılan armatürler, C0-180 düzleminde ışığı yana ve C90-270 düzleminde de çoğunlukla öne doğru yaymalıdırlar. Sadece az bir kısmı çevre aydınlatma değerinin de sağlanması için kaldırım tarafına yönlendirilmiş olmalıdır. Direkler arası bölgede karanlık alanlar kalmaması için yanlara doğru oldukça açık, direklerden uzaktaki yol şeritlerinde de aynı aydınlatma konforunu oluşturabilmek için öne doğru da ışığı yaymalıdır. 3.4.5 C düzlemleri ve γ açıları Aydınlatma armatürlerine ilişkin ışık şiddet değerleri veya ışık dağılım eğrileri, düzlemler ve açılar belirtilerek tanımlanır. Yol aydınlatma armatürlerinde, C düzlemleri ve γ açıları ile ışık şiddet tabloları oluşturulur. Her bir düzlemde, tayin edilen her düşey fotometrik açıda ışık şiddet değerleri ölçülmektedir (Anonimous 1996). C0 düzleminden başlayarak tayin edilmiş azimut açılarında C360 düzlemine kadar her bir düzlemde bu ölçmeler yapılır ve tablo haline getirilir (Şekil 3.44). TEDAŞ Yol Aydınlatma Armatürleri Teknik Şartnamesinde azimut açıların yani C düzlemlerindeki adım açılarının 5 olarak, düşey fotometrik γ açılarının da 2,5 olarak alınması belirtilmektedir. Bu durumda C düzlemleri, C0, C5, C10 C360 şeklinde tayin edilir. 360/5=72 toplam C düzlemleri sayısı olur. 180/2,5=72 değeri ise bir düzlemdeki toplam ölçme sayısını göstermektedir (Şekil 3.45). Şekil 3.44 C düzlemleri, γ açıları ile tanımlanan örnek ışık şiddet tablosu örneği 48

Armatürün düşey ekseni dönme ekseni olarak kabul edildiğinde, dönme ekseni etrafındaki düzlemler C düzlemleridir. Her düzlemdeki düşey fotometrik açılar da γ açılarıdır (Anonimous 1996). Şekil 3.45 C düzlemleri / γ açıları (Anonimous 1996) Işık dağılım eğrileri, C düzlemlerinde, dönme ekseni ile γ açılarını yapan ışık şiddet değerlerinin geometrik yeridir. Genellikle C0-180, C90-270 düzlemlerindeki ışık dağılım eğrileri verilmektedir. Aşağıda örneği verilmiş olan ışık dağılım eğrisinde, kırmızı eğri, C0-180 düzlemindeki ışık dağılım eğrisini, yeşil eğri ise C90-270 düzlemindeki ışık dağılım eğrisini, düşey fotometrik açılara göre göstermektedir (Şekil 3.46). Şekil 3.46 Örnek C0-180/C90-270 ışık dağılım eğrileri örneği 49

Bu durumda, tasarlanacak olan mercek temelde 3 profilden oluşmaktadır. Bu profillerden 1.si ışığı yanlara doğru yayacak olan form olup, C0-C180 düzlemindeki ışık dağılım eğrisini üretmektedir. 2.si ışığı öne ve arkaya doğru yayacak olan form olup, C90-C270 düzlemindeki ışık dağılım eğrisini üretmektedir. 3.sü ise, ışığın yol düzleminde şekillenmesinde etkin olan, diğer profillere taban teşkil eden formdur. Profiller arasına, hesap yoluyla atılabilecek yardımcı formlar daha doğru yüzey formlarının elde edilmelerini sağlayabilirler. Profillerin oluşturulmasında, Snell Yasası, Toplam İç Yansıma Kanunu ve Huygens Daireleri metotları kullanılmıştır. Oluşturulan profiller yüzey-loft komutuyla birleştirilip, katı hale dönüştürülmek suretiyle mercek yapı elde edilmiştir. 3.4.6 Tasarımda faydalanılan geometrik optik yasalar -Snell yasası: Kırılma indisleri biri birinden farklı iki ortamın oluşturmuş olduğu yüzeyde, ışığın gelme ve kırılma açılarıyla, ortamların kırılma indisleri arasındaki bağıntıdır (Şekil 3.47). 3.47 Snell yasası (https://www.math.ubc.ca, 2015) -İç yansıma kanunu: Işın çok yoğun ortamdan daha az yoğun bir ortama gelirken gerçekleşen bir olaydır. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama gelen ışığın yüzey 50

normali ile yapmış olduğu açı kritik bir değer üzerine çıktığında, ışığın tamamı yüzeyde yansımaya uğramaktadır. Buna toplam iç yansıma denmektedir (Şekil 3.48). Mercek tasarımlarında, reflektör yapıların oluşturulmasında kullanılan bir özelliktir. Şekil 3.48 Toplam iç yansıma kanunu (http://www.optis-world.com, 2015) -Huygens daireleri (http://www.portal.optis-world.com/documentation): Farklı kırılma indislerine sahip iki ortamın ara yüzeyine gelen bir ışığın kırılma doğrultusunu Snell formulu ile hesaplama yapmaksızın tayin etmeye yarar. Şekil 3.49 Havadan PMMA ya gelen ışık için huygens daire şeması 51

Çapları, kırılma indisleri ile orantılı iç içe, eş merkezli 2 daire çizilir. Işık az yoğun ortamdan geliyorsa, gelen ışın doğrultusu ile küçük dairenin kesişim noktasından ayrım yüzeyine bir dik inilir. Dikmenin büyük daireyi kestiği nokta, kırılan ışığın geçtiği noktadır (Şekil 3.49). Şekil 3.50 PMMA dan havaya gelen ışık için Huygens daire şeması Işık çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geliyorsa, gelen ışığın doğrultusu ile büyük dairenin kesişim noktasından ayrım yüzeyine bir dikme inilir. Dikme doğrultusu ile küçük dairenin kesişim noktası, kırılan ışığın geçtiği noktadır (Şekil 3.50). 3.4.7 C0-C180 profillerin elde edilmesi C0-180 ve C90-270 profilleri iç ve dış profillerden meydana gelmektedir. Optik tasarım yapılırken her iki profilde Huygens daireleri ile tespit edilebildiği gibi, iç profil küresel olarak alınıp ışığa sadece dış profil ile kumanda edilebilir. Tam tersi durumda söz konusu olabilir. Sadece iç profil ile ışık kumanda edilir ve ışık iç profilden geldiği açıda dış profili terk eder. Işığın sadece iç veya dış profil ile yönlendirilemediği durumlarda her iki profilde tasarlanır. 52

TEDAŞ MYD-95-009-B Yol Aydınlatma Armatürleri teknik şartnamesinde, C0-C180 düzleminde üretilecek olan ışık dağılımı eğrisinde, maksimum ışık şiddet değeri 65 ile 75 arasında olması gerektiği belirtilmiştir. Bu açı sınırlaması, olabildiğince ışığın kenarlara yayılması ancak kamaşmaya da sebep olmaması gereğinin bir sonucudur. TEZ klasörü içindeki MERCEK dosyası OptisWorks ile açılır ve bir düzlemde sketch açılmak suretiyle tasarıma başlanır. Tasarıma başlarken XP-L kaynağın mekanik ölçüleri dikkate alınır. XP-L ölçüleri 3,45 X 3,45 X 2,68 [mm] şeklindedir. C0-180 profili oluşturulurken iç profil küresel seçilmiş olup çapı 3,2mm olarak tayin edilmiştir. XP-L kaynağın yüksekliği orijinden itibaren yaklaşık 2mm olduğu için bu ölçü yeterlidir (Şekil 3.51). Şekil 3.51 Cree XP-L mekanik ölçüleri (www.cree.com 2015) Profil oluşturmaya başlarken, orijin noktası, ışık kaynağımızın ışık oluşum noktası olarak kabul edilir. Dış profil küçük doğru parçalarının birleşiminden oluşmaktadır. Profili meydana getirecek olan her bir küçük doğru parçasının doğrultusu, Huygens daireleri kullanılarak kırılan ışığı istediğimiz açıda yönlendirmek suretiyle kendi 53

kendine oluşmaktadır. Programda kırılan ışığın kırılma açısı değiştirildikçe doğru parçalarının doğrultusu da değişmekte yani profil değişmektedir. Kırılma açıları ile oynayarak ideal ışık dağılımını sağlayacak olan profil elde edilir. Nihai duruma ulaştıktan sonra doğru parçalarının uçları spline komutuyla birleştirilerek eğrisel nihai profil elde edilir. İlk doğru parçasının çizimi aşağıdaki şekilde görülmektedir. Düşey ile 5 açı yaparak dış profile gelen ışık geliş doğrultusu ile 5 açı yaparak sapmaktadır. Bu şu anlama gelmektedir: LED kaynaktan gelen 5 lik açıdaki ışıklar, mercek dış profili ile 10 lik açıya yayılmaktadır (Şekil 3.52). Şekil 3.52 C0-180 profiline ilk adım 54

Huygens daireleri çizim sırasında zorluk oluşturmaması, grafik alanda karmaşaya sebebiyet vermemesi için çapları oranı değiştirilmeksizin daha küçük çaplı olarak kullanılabilirler. Orijinden çıkan ışık izleri, dış profili meydana getirecek olan doğru parçalarının orta noktalarından tutturulurlar ve bu noktalara Huygens daireleri yerleştirilerek, ışığın geliş yönüne göre kırılan ışıklar çizilir (Şekil 3.53). Gelen ışık izlerinin düşey veya bir birleri ile yaptıkları açılar girilir. Kırılan ışık izlerinin gelen ışık iz doğrultuları ile yaptıkları açılar ile oynayarak hedeflenen ışık dağılımını sağlayacak doğru parçacıklarından oluşan profil elde edilir. Şekil 3.53 Huygens daireleri ile doğru profillerin oluşturulması C0-180 düzleminde max ışık şiddetinin 70 civarında olmasını hedefliyoruz. Bu sebeple 70 üzerinde açılar ile gelen ışınları 70 ve altına yönlendirir iken keskin bir manevra gerektiği için, bu ışıklar önce iç profilde bir sapmaya maruz bırakılarak, manevra yumuşatılır. Bu 70 ve üzerinde açılarla gelen ışınlara iç profilde de Huygens uygulanarak sağlanır (Şekil 3.54). 55

Şekil 3.54 İç profilde Huygens ile ışıkların ilk sapmaya maruz bırakılması Doğru parçacıklarının uçları eğri komutu ile birleştirilerek, doğru parçacıklarından oluşan profil eğrisel bir profile dönüştürülür (Şekil 3.55-3.56). Şekil 3.55 Eğri profilin elde edilmesi 56

Şekil 3.56 C0-180 profili Elde edilen kapalı kontur döndürme komutu ile katıya çevrilir (Şekil 3.57). Şekil 3.57 C0-180 profiline sahip mercek eleman 57

Elde edilen C0-180 mercek elemanı kayıt edilir ve montaj ortamına alınarak, daha önce tanımlanmış olan XP-L ışık kaynağı ile ölçüme tabi tutularak, 0-180 profilinde hedeflenen ışık dağılımına ulaşılıp ulaşılmadığı kontrol edilir. İdeal ışık dağılımının elde edilmesi sağlanana kadar Huygens daireleri ile elde edilen, kırılan ışıkların kırılma açıları optimize edilirler. Kırılma açılarını değiştirmek, doğru parçalarının doğrultularını değiştirir bu ise eğri profile yeni bir kontur sağlar. OptisWorks ile yeni bir ölçme yapılır ve sonuç istenen ışık dağılımı elde edilene kadar bu adımlara ardışık devam edilir. 3.4.8 Eulumdat dedektörünün tanımlanması ve ölçme işlemi 0-180 mercek elemanı ve XP-L kaynak, montaj ortamına alınarak montajı yapılmıştır (Şekil 3.58). Şekil 3.58 C0-180 mercek elemanı ve XP-L montajlı Burada bir simülasyon gerçekleştirmek için önce dedektör tanımlamak gereklidir. Dedektörler sekmesinden Polar Intensity Detector seçilerek açılan pencerede Axis system kısımında grafik alanda seçimler yapılarak eksen takımı tanımlanır. Type of Polar Intensity Detector kısmında da dedektör tipi olarak Eulumdat seçilmiştir. 58

Eulumdat dedektör ile yapıyı terk edip tüm uzaya yayılan ışıklar ölçülecektir (Şekil 3.59). Şekil 3.59 Eulumdat dedektör tanımlama sayfası Eulumdat dedektör ölçüm sonucu, OptisWorks unsur ağacında Result Manager sekmesi altında Photometric Results ve Intensity Results altında, Eulumdat Detector şeklinde oluşur. Sonuç bir Eulumdat dosyasıdır. OptisWorks programında çeşitli simülasyon yöntemleri vardır. Bu çalışmada Direct Simulation kullanılmıştır. Simülasyonu başlatmadan önce, unsur ağacında, Simulations altında Direct Simulation üzerinde sağ tık edit komutu ile simülasyon parametrelerine girilir ve burada Number of emitted rays penceresinde, ışık kaynağından çıkacak ışın sayısı girilir. Eğer ışık kaynağına ilişkin ray dosyası yeterince ışın bilgisi içeriyorsa, burada girilen ışın sayısı ne kadar çok olursa ışık kaynağı o derece gerçeğe yakın olur, ancak bu durumda simülasyon süreleri çok uzayıp tasarıma devam edilemez hale gelinebilir. Burada makul büyüklükler tercih edilmelidir. Bu çalışmada simülasyonlar 10MRay ile yapılmıştır (Şekil 3.60). 59

Şekil 3.60 Işın sayısı tanımlama sayfası Komut yöneticisinde, simülasyonlar sekmesinde, Direct Simulation seçilerek simülasyon başlatılır. Açılan pencerede simülasyon durumu görülmektedir (Şekil 3.61). Şekil 3.61 Simülasyon süreci 60

Sonuçlar hem program unsur ağacında, Result Manager altında hem de TEZ klasöründeki Output klasöründe oluşmaktadır (Şekil 3.62). Şekil 3.62 Simülasyon sonuçlarına ulaşılan yerler Simülasyon sonucu elde edilen dosya OptisWorks Labs kısmında, Eulumdat Viewer ile açılarak incelenmektedir (Şekil 3.63). Şekil 3.63 Eulumdat viewer ile dosyanın incelenme sayfası 61

Eulumdat Viewer ile C düzlemlerinde elde edilen ışık dağılım eğrilerine Polar Curves sekmesinden ulaşılır. C0-C360 arasındaki her düzleme ilişkin data burada gözlenebilir. Bu çalışmada, C0-180 profili ile oluşturulmak istenen ışık dağılımı elde edilmiştir. Polar Curves penceresinden görüldüğü gibi maksimum ışık şiddetleri 65-75 arasında oluşan, düzgün bir ışık dağılımı elde edilmiştir. Eulumdat Viewer ile ışık dağılımı 3D olarak görüntülenebilmekte olup burada özellikle beklenmedik, agresif davranışlar çok daha rahatlıkla tespit edilebilmektedir. Isolux Curve sekmesi altında, mesafelere göre düzlem üzerinde oluşan aydınlatma gözlenebilmekte ve buradan ışık dağılımının nihai sınırları ölçü olarak anlaşılmaktadır. Eulumdat Viewer, ışık kaynağının sahip olduğu toplam ışık akısının ne kadarı kayboluyor, ne kadarlık kısmı alt yarı uzaya, ne kadarlık kısmı üst yarı uzaya gidiyor bilgilerini de tasarımcıya sunmaktadır. Buradan verimlilik hesapları takip edilmektedir. 3.4.9 C90-C270 profillerin elde edilmesi C90-C270 düzlemlerinde yola doğru ışık dağılım açısı 40-45 arasında iken kaldırım tarafında bu açı 15-20 civarında olmalıdır. C90 düzleminde hedef ışık dağılım eğrisi elde edilebilir, ancak kaldırım tarafında 15-20 gibi bir dar açı mevzu bahis olduğu için bu bölgeye gelen ışıkları bu kadar dar açılı bir bölgeye yönlendirmek mümkün değildir. Bu sebeple C270 düzleminde büyük açılarda yayılacak olan ışıkların yönlendirilmesi için reflektör yapı oluşturulması şarttır. C270 düzleminde büyük açılarla gelen bu ışıklar reflektör yapı ile tekrar yol yüzeyine doğru düzgün bir şekilde yansıtılmalıdır. Kaldırım tarafında ihtiyaç duyulan aydınlatma çok daha az ve sınırlı (yol kenarından itibaren 5m) bir bölge için olduğundan, kaldırım tarafına gelen ışıkların bir kısmını yola yansıtmak şarttır. Burada bahsi geçen reflektör yapı Toplam İç Yansıma kanunundan istifade edilerek oluşturulmaktadır. C90-C270 profili, C0-C180 profili gibi simetrik değildir. C90 düzleminde ışık dağılım eğrisi ile C270 düzlemindeki ışık dağılım eğrisi biri birinden farklıdır. Reflektör yapı C270 profilinde yer almaktadır. 0-180 profilinde uygulanan yöntemler aynı şekilde 62

burada da uygulanır. Huygens daireleri kullanılarak C90 düzleminde iç ve dış profiller elde edilir (Şekil 3.64). Burada ışık izleri 0 den 45 ye düzgün dağılacak şekilde ayarlanır. Şekil 3.64 C90 profili Revolved Boss, yani döndürme komutu ile C90 profilinden katı yapı elde edilir (Şekil 3.65). Montaj ortamına alınarak XP-L ışık kaynağı ile montajı yapılır ve simülasyona tabi tutulur. C90 düzleminde hedeflenen ışık dağılımı durumu kontrol edilir. Huygens dairelerinde kırılma açıları değiştirilerek hedef ışık dağılımı elde edilir (Şekil 3.66). Şekil 3.65 C90 mercek elemanı 63

Şekil 3.66 C90 mercek elemanı ölçüm sonuçları Bu çalışmada mercek malzemesi olarak PMMA malzeme tercih edilmiştir. PMMA malzemenin kırılma indisi 1,4914 ve havanın kırılma indisi 1 dir. Bu durumda PMMA için kritik açı hesaplanırsa, θc = sin 1 ( n2 ) = n1 sin 1 1 = 42,1 olarak bulunur. Bu 1,4914 durumda ışınlar 42,1 den daha büyük açılarla reflektör yapıya gelecek şekilde ayarlanmıştır (Şekil 3.67). Şekil 3.67 C270 profili / reflektör yapı 64

Burada reflektör yapının çok yüksek olmaması için ışıklar dik bir duvar ile reflektör yapıya doğru kırılmıştır. Oluşan reflektör yapı, Revolved Boss komutu ile katı yapıya çevrilerek kontroller yapılır. Reflektor yapının davranışı interaktif simülasyonlar ile daha iyi anlaşılabilir. 3.4.10 Ray Tracing ve Interactive Source tanımlama Ray Tracing, optik yapıların ışık izlerine karşı nitel davranışını anlamamıza yarayan bir araçtır. Ray Tracing sırasında, yansımalar, kırılmalar ve soğurulmalar tamamen simüle edilmektedir. Optik yapı davranışını pratik olarak anlamamızı sağlayan bu interaktif simülasyonlar ancak montaj ortamında yapılabilmektedir. İnteraktif kaynak tanımlamalarında kullanılacak olan çizgi elemanlar parça ortamında oluşturulurlar. Montaj ortamına gelinerek, interaktif kaynak tanımlama ve Ray Trace yapılır. OptisWorks komut yöneticisinde Ray Tracing sekmesi altında Interactive Source seçilir ve interaktif kaynak seçim sayfası açılır (Şekil 3.68). Şekil 3.68 İnteraktif kaynak tipi seçimi sayfası 65

Çok çeşitli interaktif kaynak vardır. Point-Point interaktif kaynak ile tayin edilen iki noktadan geçen ışık izinin davranışı, Point-Face interaktif kaynak ile bir noktadan çıkan ve belirlenmiş bir yüzeye gelen ışık izlerinin davranışları incelenir. Diğer interaktif kaynaklar ile de benzer şekilde uygulamalar yapılır. Bu çalışmada Point-Curve tipi interaktif kaynak kullanılmaktadır. Point-Curve tipi interaktif kaynakta, Point ışık oluşum noktasıdır. Bu noktadan kaynaklanan ışık izleri, yapı üzerinde çizdiğimiz eğri boyunca gelir ve böylece sadece istediğimiz bölgede bir düzlemdeki refleksi görme şansımız olmaktadır. Öncelikle Parça üzerinde, Point-Curve ikilisini çizmek gerekir. Reflektör yapıya gelen ışıkların davranışını görebilmek için orijin noktası point olarak alınmış olup, mercek iç duvarında bir çizgi oluşturulmuştur (Şekil 3.69). Şekil 3.69 İnteraktif kaynak tanımlama sayfası Ray Trace sekmesi altında Interactive Source seçilip açılan sayfada tekrar Point- Curve tipi seçildiğinde tanımlama sayfası gelmektedir. Burada kaynak ismi verilir, tanımlanan interaktif kaynak, bu kaynak ismi ile OptisWorks unsur ağacında oluşur. Grafik alanda, oluşturulmuş olan nokta ve eğri seçilir, ışık izi sayısı ve rengi girilerek 66

tanımlama tamamlanır. Bu sırada grafik alanda noktadan eğriye ışık izleri bir düzlemde belirir. Çok sayıda interaktif kaynak tanımlanmış olabilir. Bu durumda, interaktif simülasyon yapmak istediğimiz kaynak seçilerek simülasyon başlatılır. Simülasyon neticesinde hangi kaynak seçilirse grafik alanda o kaynak ile ilgili sonuçlar belirmektedir. Tanımlamayı müteakip Ray Trace sekmesi altında Ray Tracing Complete Update seçeneği ile interaktif simülasyon elde edilir (Şekil 3.70). Şekil 3.70 İnteraktif simülasyon ile reflektör yapı davranışının incelenmesi C270 düzleminde reflektör yapıya gelen ışınların takip ettikleri yollar Ray Tracing yapılarak incelenmektedir. 3.4.11 Taban profilinin çizilmesi ve mercek yüzeylerinin oluşturulması C0-C180 profilleri ile C90-C270 profilleri, optik yapının iskeletini oluşturmaktadırlar (Şekil 3.71). 67

Şekil 3.71 C0-180 ve C90-270 düzlem profilleri 0-180 ve 90-270 profillerinin taban kısımlarına iç ve dış taban profilleri çizilir. Taban profilleri, yol yüzeyinde oluşacak ışık dağılımı üzerinde etkilidir. Taban profili oluştururken radüs veya uzunluklar gibi birtakım değişken parametreler atanır ve mercek yapı oluşturulduktan sonra yapılan ölçüm neticelerinde iyileştirme gerekliliği oluştuğunda taban profilinde atanmış değişkenler ile oynanarak ışık dağılım eğrisine müdahale edilebilir. Şekil 3.72 C0-180, C90-270 ve taban profilleri 68

Taban profillerini de oluşturduktan sonra yüzeylerin örülmesi işlemine geçilir (Şekil 3.72). Burada SolidWorks yüzey komutları kullanılır. SolidWorks komut yöneticisinde yüzey komutlarına geçilir. Yüzey örme işlemi surface-loft komutu ile yapılır (Şekil 3.73). Şekil 3.73 İç profilde örülmüş yüzey Yüzey oluşturma sırasında surface loft komut sayfasında, profiller kısmında iken grafik alanda taban profili ile C0-180 veya C90-270 profillerinden biri seçilir. Diğer profil rehber eğri olarak kullanılır. Örnek olarak, yüzey komutu sayfasında profil olarak taban profili ile C0-180 profili eklenirse C90-270 profili rehber eğri olarak kullanılır. Böylece hedeflenen yüzeyler elde edilir (Şekil 3.74). Şekil 3.74 İç ve dış oluşturulmuş yüzeyler 69

İç ve dış yüzeyler elde edildikten sonra mercek yapının anma duvar kalınlığı oluşturulur. İç ve dış yüzey tabanlarında paralel yüzeyler oluşturulur ve yine bu yüzeyler, düzlemsel yüzey komutuyla birleştirilerek, mercek yapı içi boş bir kutu haline dönüştürülür (Şekil 3.75). Knit Surface komutu ile yüzeyler tek bir yüzey haline getirilir ve Thicken komutu ile de katıya çevrilir (Şekil 3.76). Şekil 3.75 İç ve dış oluşturulmuş yüzeylerin kesit görüntüsü Katı hale dönüştürülen mercek ve XP-L LED kaynak, TEZ klasörü içinde oluşturulmuş olan TEZ isimli montaj dosyasına alınarak, burada LED, tasarımdaki konumunda mercek içine yerleştirilmiştir (Şekil 3.77-3.79). LED üzerinde daha önce çizilmiş olan eksen takımı kullanılarak Eulumdat dedektör tanımlanmış olup 10GRay de Direct Simulation seçeneği ile simülasyonlar yapılmıştır ve mercek yapının XP-L LED kaynak ile davranışına bakılmıştır (Şekil 3.78). Şekil 3.76 Katıya dönüştürülmüş olan mercek yapı 70

Işık kaynağı, malzeme, yüzey ve dedektör tanımlamalarının doğru bir şekilde yapılması, simülasyon sonuçlarının gerçeği yansıtması bakımından oldukça dikkat edilmesi gereken bir husustur. Simülasyonlar sırasında girilen ışın sayısı, ışık kaynağının ray dosyasında bulunan ışın sayısından daha az olmamalıdır. Aksi halde yanıltıcı simülasyon sonuçları elde edilebilir ve bu sonuçlar aydınlatma hesap sonuçlarını da etkileyerek tasarım sürecini kötü etkiler. Şekil 3.77 Mercek kesit görüntüsü Şekil 3.78 XP-L LED kaynak ile mercek yapının test edilmesi 71

Elde edilen Eulumdat dedektör sonuçları, OptisWorks laboratuvarında Eulumdat Viewer aracı ile incelenmektedir. Bu araç ile, düzlem düzlem ışık dağılım eğrileri incelenebilmektedir (Şekil 3.81). Işık dağılım eğrilerinin meydana getirdiği 3 boyutlu dağılım elde edilebilmekte ve bu resimde, aykırı ve agresif ışınların varlığı ve durumları çok daha net bir şekilde anlaşılabilmektedir (Şekil 3.82). Şekil 3.79 XP-L LED kaynak ile mercek yapının montajlı resmi Eulumdat Viewer ile tasarıma ilişkin optik kayıplar ile alt ve üst yarı uzaylara giden ışık miktarları da gözlenebilmektedir (Şekil 3.80). LORL, yani LED-Mercek yapı ışık çıkış oranı % 95,06 dır. Başka bir deyişle mercekte % 4,94 lük bir kayıp oluşmaktadır. DFF, yani optik merceği terk eden ışıkların alt yarı uzaya giden kısmı, %98,86 olarak elde edilmiştir. TEDAŞ-ARGEP 2010-057.B LED armatür teknik şartnamesinde DFF değerinin %95 ve üzerinde olması istenmektedir. 72

Şekil 3.80 Eulumdat viewer verimlilik sayfası Şekil 3.81 C0-180 ve C90-270 düzlemlerinde oluşan ışık dağılım eğrileri C0-180 ve C90-270 düzlemlerinde elde edilmek istenen ışık dağılım eğrilerine ulaşılmıştır (şekil 3.81). 0-180 düzleminde ışığı 140-150 civarında yanlara doğru 73

yayan bir ışık dağılımı elde edilmiştir. Bu durum parıltı düzeyi düzgünlük faktörlerine olumlu katkıda bulunacaktır. 90-270 düzleminde, yol tarafına giden ışıklar 45 de, kaldırım tarafına giden ışıklar ise yaklaşık 20 de sınırlandırılmıştır. Şekil 3.82 Işık şiddet dağılımının 3 boyutlu resmi Eulumdat Viewer ile yol üzerinde meydana gelen isolüx eğrileri, yükseklik ve mesafeye bağlı olarak incelenebilmektedir. Burada yol üzerinde neredeyse dikdörtgensel bir aydınlatma oluşturulmuştur(şekil 3.83). Böylece ışınlar faydalı düzlemlere yönlendirilmiş olup, kayıplar azaltılmıştır. Şekil 3.83 Yol üzerinde oluşan isolüx grafikleri 74

3.4.12 M1 ve M2 sınıfına göre DIAlux yol aydınlatma hesap düzenleri OptisWorks programında yapılan simülasyon sonucunda elde edilen Eulumdat dosyası, DIAlux programına aktarılarak, oluşturulmuş olan M1 ve M2 düzenleri (Şekil 3.84-3.85) için yapılan aydınlatma hesaplarında kullanılmıştır. Şekil 3.84 DIAlux te oluşturulan M1 sınıfına uygun yol ve aydınlatma düzenleri M1 sınıfı için: Yol aydınlatma geliş ve gidiş yolları için M1 olarak seçilmiştir. Bakım faktörü 0,89 olarak ayarlanmıştır. TEDAŞ-MYD /95-009.B Yol aydınlatma armatürleri teknik şartnamesinde, Türkiye için bakım faktörü değeri 0,89 ve yol sınıfı ise R3 olarak verilmektedir. Yol düzeni, 3 şerit gidiş, 3 şerit dönüş, 2 metre refüj, gidiş ve dönüş yollarında yürüyüş yolları eklenmiştir. Yol kaplaması asfalttır ve yol sınıfı R3 olarak seçilmiştir. Aydınlatma tesisat düzeni olarak, refüjden çift konsollu, kenarlardan ve karşılıklı kaydırılmış aydınlatma tesisatı oluşturulmuştur. Direklerin yükseklikleri 12 metre, 75

direkler arası mesafeler 50 metre olarak ayarlanmıştır. Konsol boyları 2 metre ve açıları 15 olarak oluşturulmuştur. Işık akısı değeri, 18000 lm olarak ayarlanmıştır ve M1 şartlarında hesaplama yaptırılmıştır. Şekil 3.85 DIAlux te oluşturulan M2 sınıfına uygun yol ve aydınlatma düzenleri M2 sınıfı için: Yol aydınlatma sınıfı, geliş ve gidiş yolları için M2 olarak seçilmiştir. Bakım faktörü, 0,89 olarak girilmiştir. Yol düzeni, 2 şerit gidiş, 2 şerit dönüş, gidiş ve dönüş yollarında yürüyüş yolları eklenmiştir. Yol kaplaması tarmac yani asfalttır. Yol sınıfı R3 olarak seçilmiştir. Aydınlatma tesisat düzeni olarak, kenarlardan ve karşılıklı kaydırılmış aydınlatma tesisatı oluşturulmuştur. Direklerin yükseklikleri 10 metre olarak, direkler arası mesafeler 40 metre olarak ayarlanmıştır. Konsol boyları 2 metre ve açıları 15 olarak oluşturulmuştur. Işık akısı değeri 15000 lm olarak ayarlanmış ve M2 şartlarında hesaplama yaptırılmıştır. 76

4. BULGULAR VE TARTIŞMA Optik tasarım sonucunda elde edilen mercek ile gonyofotometrik ölçme yapılmış olup elde edilen ışıklık dosyası DIAlux programında aydınlatma hesaplarında kullanılmıştır. M1 ve M2 sınıfları için yapılmış olan DIAlux aydınlatma hesabı sonuçları çizelge 4.1-4.4 de sunulmuşlardır. Her iki sınıf için yapılan DIAlux hesaplama sonuçları Ek ler bölümünde daha detaylı olarak verilmiştir. Uluslararası Aydınlatma Komisyonu (CIE) ve Türkiye de TEDAŞ Genel Müdürlüğü tarafından tespit edilmiş olan asgari aydınlatma kalite değerleri de çizelgelerde verilmektedir. 4.1 M1 Sınıfına Göre Yapılan Hesaplama Sonuçları Çizelge 4.1 M1 sınıfı için elde edilen aydınlatma kalite büyüklükleri L ort ( cd/m²) U 0 (%) U l (%) TI(%) SR(%) Asgari değerler 2 0,4 0,7 10 0,5 Gidiş yolu şerit-1 2,19 0,57 0,74 9 0,89 Gidiş yolu şerit-2 2,24 0,64 0,87 8 0,89 Gidiş yolu şerit-3 2,27 0,74 0,79 8 0,89 Geliş yolu şerit-1 2,17 0,55 0,76 9 0,89 Geliş yolu şerit-2 2,23 0,60 0,89 8 0,89 Geliş yolu şerit-3 2,27 0,68 0,77 7 0,89 Çizelge 4.2 M1 sınıfı için elde edilen yaya yolu aydınlatma değerleri Ortalama Aydınlık Düzeyi E a ( lüx ) Ortalama düzgünlük U o (%) Asgari değerler 7,5 0,4 Gidiş yaya yolu 23,35 0,81 Geliş yaya yolu 23,35 0,81 77

4.2 M2 Sınıfına Göre Yapılan Hesaplama Sonuçları Çizelge 4.3 M2 sınıfı için elde edilen aydınlatma kalite büyüklükleri L ort ( cd/m²) U 0 (%) U l (%) TI(%) SR(%) Asgari değerler 1,5 0,4 0,7 10 0,5 Gidiş yolu şerit-1 1,63 0,77 0,79 10 0,85 Gidiş yolu şerit-2 1,68 0,77 0,89 9 0,85 Geliş yolu şerit-1 1,60 0,73 0,83 9 0,85 Geliş yolu şerit-2 1,57 0,77 0,73 9 0,85 Çizelge 4.4 M2 sınıfı için elde edilen yaya yolu aydınlatma değerleri Ortalama Aydınlık Düzeyi E a ( lüx ) Ortalama düzgünlük U o (%) Asgari değerler 7,5 0,4 Gidiş yaya yolu 18,39 0,62 Geliş yaya yolu 18,38 0,62 Hesaplamalar sonucu elde edilen yol aydınlatma kalite büyüklükleri, her iki yol sınıfında da, tüm şeritler ve yaya yolları için asgari aydınlatma değerlerini rahatlıkla karşılamaktadır. Özellikle, ortalama ve boyuna parıltı düzgünlüklerinin oldukça yüksek değerlerde olması, yollar üzerinde oldukça düzgün bir aydınlatma sağlandığını göstermektedir. Yollardaki her bir şeritteki sürücü için yaklaşık aynı aydınlatma konforu sağlanmaktadır. Bölüm 3 te tanımlanmış olan yol aydınlatma problemi, bu çalışmada gerçekleştirilen optik tasarım sonucu elde edilen mercek yapı ile çözülmektedir. 78

5. SONUÇ Cree Xlamp XP-L HD LED ışık kaynağı kullanılarak, M1 ve M2 aydınlatma sınıflarına sahip yollar için gerekli aydınlatma kalite büyüklüklerini üretebilen, PMMA malzemeden, mercek tasarımı gerçekleştirilmiştir. Optik tasarım sonucu elde edilen mercek, LED kaynak ile gonyofotometrik ölçmelere tabi tutularak aydınlatma hesaplarında gereken fotometrik veriler elde edilmiştir. Optik simülasyonlar neticesinde elde edilen ışıklık dosyaları, aydınlatma tasarım programlarında, ilgili yol ve aydınlatma düzenekleri ile sınanmıştır. Sonuçlar, yapılan tasarımın M1 ve M2 yol sınıflarının şartlarını sağladığını göstermektedir. Tasarımı yapılan mercek M1 ve M2 aydınlatma sınıfına sahip yollar için üretilen LED armatürlerde kullanılabilir. Burada dikkat edilecek husus, merceğin Cree XP-L HD ile kullanılmasıdır. Alternatif ışık kaynakları, optik simülasyonlar ile aranabilir. Tasarımlanan mercek, % 95 verimle çalışmaktadır. Başka bir deyişle, XP-L LED kaynaktan çıkan ışık akısının % 95 lik kısmı mercekten dış hacıma gelmektedir. Mercek tasarımı yapılırken, plastik enjeksiyon makine ve kalıpçılık tarafı da hesaba katılmıştır. Bundan sonraki süreçte merceğin, optik parça üretimine uygun bir çelikten kalıbı imal edilerek ve optik parça üretimine uygun bir plastik enjeksiyon makinası ile gerçek örnekler elde edilmelidir. Gerçek örnekler elde edildikten sonra, XP-L LED kaynak için bir PCB tasarımı yapılarak LED kaynakların dizilmesi işlemi yapılır. LED modül elde edildikten sonra mercek ile montaj yapılarak gerçek gonyofotometrik ölçmelere tabi tutlmalıdır. Bu ölçümler neticesinde elde edilen fotometrik veriler, tasarım sonunda optik simülasyonlar ile elde edilen fotometrik veriler ile kıyaslanmalıdır. Tasarım, kalıp, üretim ve ölçme hataları bu iki veri arasındaki farka etken büyüklüklerdir. Amaç bu farkı minimize edebilmektir. Bilgisayar programlarından elde edilen veriler ile saha verileri arasındaki fark eğer ihmal edilebilecek boyutta ise hedef başarılmış demektir. 79

KAYNAKLAR Anonim. 2015. LED Işık Kaynaklı Yol Aydınlatma Armatürleri Teknik Şartnamesi. TEDAŞ-ARGEP/2010-057.B. TEDAŞ Genel Müdürlüğü, Ankara. Anonim. 2008. Yol Aydınlatma Armatürleri Teknik Şartnamesi. TEDAŞ-MYD-95-009.B. TEDAŞ Genel Müdürlüğü, Ankara. Anonim. 2006. Yol Aydınlatması-Bölüm 1: Aydınlatma Sınıflarının Seçimi. TS CEN/TR 13201-1.Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. Anonim. 2006. Yol Aydınlatması-Bölüm 2: Performans Özellikleri. TS EN 13201-2.Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. Anonim. 2006. Yol Aydınlatması-Bölüm 3: Performansın Hesaplanması. TS EN 13201-3. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. Anonim. 2015. Web Sitesi: http://www.tedas.gov.tr. Erişim Tarihi: 05.25.2015. Anonimous. 1990. Road Lighting Lantern and Installation Data-Photometrics, Classification and performance. Pub 34. CIE, Austria. Anonimous. 1993. Recommended File Format For Electronic Transfer of Luminaire Fotometric Data. Pub 102. CIE, Austria. Anonimous. 1996. The Photometry and Goniophotometry of Luminaires. Pub 121. CIE, Austria. Anonimous. 2000. The IESNA LIGHTING HANDBOOK, Ninth Edition, Publication Department IESNA, Newyork. Anonimous. 2010. Recommodations for the Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic. Pub 115. CIE, Austria. Anonimous. 2015. Web Sitesi: http://www.intl-lighttech.com. Erişim Tarihi: 05.06.2015. Anonimous. 2015. Web Site: http://www.cree.com/led-components-and- Modules/Products. Erişim Tarihi: 20.04.2015. Anonimous. 2015. Web Site: http://www.dial.de. Erişim Tarihi: 20.04.2015. Anonimous. 2015. Web Site: http://www.portal.optis-world.com/documentation. Erişim Tarihi: 15.04.2015. Anonimous. 2015. Website: http://www.ledsmagazine.com. Erişim Tarihi: 15.05.2015 Anonimous. 2015. Website: https://www.math.ubc.ca. Erişim Tarihi: 20.06.2015. 80

Chen, S.W. 2009. Optical Lens Design of LED Luminaire for Streetlight. Mater s Thesis. National Taiwan University of Science and Technology. Department of Electrical Engineering. Taiwan. Feng, Z., Lou, Y. and Han, Y. 2010. Design of LED freeform optical system for road lighting with high luminance/illuminance ratio. Optics Express. 18(21) 22020-22031 (2010) Hu, X. and Qian, K. 2013. Optimal design of optical system for LED road lighting with high illuminance and luminance uniformity. applied optics. 52 (24) 5888-5893 (2013). Jiang, J., To, Sandy., Lee, W.B. and Cheung, B. 2009. Optical design of a freeform TIR lens for LED streetlight. Optik 121(2010) 1761-1765. Lo, Y.-C., Huang, K.-T., Lee, X.-H. and Sun, C.-C. 2011. Optical design of a Butterfly lens for a Street light based on a double-cluster LED. Microelectronics Reliability. 52(2012) 889-893. Özkaya, M. 1994. Aydınlatma Tekniği, Birsen Yayınevi, 291 s., İstanbul. Onaygil, S.2013. LED li Yol Aydınlatması ve Enerji Verimliliği EVK 2013. 5. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu. 23 Mayıs 2013. Onaygil, S. 2005. Yol Aydınlatması. TEDAŞ Eğitim Semineri. 7 Temmuz 2005. Ankara. Ryer, A. 1998. Light Measurement Handbook, Technical Publication Department, International Light, Inc., Newburyport. 64 p. Walker, B. H. 2008. Optical Engineering Fundamentals, 2nd Edition, SPIE Press, Washington. 278 p. Wang, K., Chen, F., Liu, Z., Luo, X. and Liu, S. 2010. Design of compact freeform lens for application specific light-emitting diode packaging. Optics Express. 18 (2) 413-425 (2010). Wang, S., Wang, K., Chen, F. and Liu, S. 2011. Design of primary optics for LED chip array in road lighting application. Optics Express. 19(104) 716-724. Yang, K., Song, J., Chen, Y. and Lin, B. 2011. Secondary Light Distribution Design for LED Street Light. 2011 International Conference on Electronics and Optoelectronics (ICEOE 2011). China JiLiang University ve Zhejiang University. 81

EKLER Ek 1 m1 Sınıfı Dıalux Raporu Ek 2 m2 Sınıfı Dıalux Raporu 82

Ek 1 M1 SINIFI DIALUX RAPORU 83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

EK 2 M2 SINIFI DIALUX RAPORU 98

99

100

101

102

103

104

105

106