Potential för en energieffektivare väg- och gatubelysning : jämförelser mellan dimning och olika typer av ljuskällor

www.vti.se/publikationer

Annika Jägerbrand Annelie Carlson

Potential för en energieffektivare

väg- och gatubelysning

Jämförelse mellan dimning och olika typer av ljuskällor

Utgivare: Publikation: VTI rapport 722 Utgivningsår: 2011 Projektnummer: 50792 Dnr: 2009/0228-24 581 95 Linköping Projektnamn:

Vägbelysning och effektreduktion

Författare: Uppdragsgivare:

Annika Jägerbrand & Annelie Carlson Energimyndigheten och Trafikverket

Titel:

Potential för en energieffektivare väg- och gatubelysning: jämförelse mellan dimning och olika typer av ljuskällor

Referat (bakgrund, syfte, metod, resultat) max 200 ord:

För att minska energianvändning och kostnader för väg- och gatubelysning är det av vikt att ha en så energieffektiv belysning som möjligt och att den huvudsakliga funktionen fortfarande upprätthålls. Målen med projektet var att ta fram grunddata för olika åtgärder som leder till en energieffektivisering av väg- och gatubelysningsnätet och att undersöka hur användning av dimning och olika ljuskällor påverkar synbarhet såsom den uppfattas av människor. Denna studie visar att flera av de befintliga belysnings-anläggningarna som är undersökta har potential att minska sin energiförbrukning genom att sänka effekten och ändå uppfylla de krav som ställs utifrån trafiksäkerhetssynpunkt, detta eftersom medel-luminansmätningar och medelbelysningsstyrkemätningarna vi genomfört visar att värdena hamnar emellan de klasser som det i dagsläget finns rekommendationer om att följa. I denna studie redovisas fyra olika typer av dimningsschema utifrån olika förutsättningar där besparingarna i kWh/år ligger på mellan 19–50 %. Våra resultat från en webbenkät baserad på fotografier från vägar med olika

vägbelysning visar att svaren inte var entydiga när det gällde bäst synbarhet mellan ljuskällorna. Däremot visar undersökningen att betydligt fler (62,4–71,6 %) väljer keramisk metallhalogen som vägbelysning framför högtrycksnatrium ifall de skulle köra bil för att känna sig mest bekväma, oavsett avstånd.

Nyckelord:

Vägbelysning, ljuskällor, synbarhet, energi, effekt

ISSN: Språk: Antal sidor:

Publisher: Publication: VTI rapport 722 Published: 2011 Project code: 50792 Dnr: 2009/0228-24

SE-581 95 Linköping Sweden Project:

Roadlighting and effect reduction

Author: Sponsor:

Annika Jägerbrand & Annelie Carlson The Swedish Energy Agency and the Swedish Transport Administration

Title:

Potential for more energy-efficient road and street lighting: comparison between dimming and different types of light sources

Abstract (background, aim, method, result) max 200 words:

In order to reduce energy use and its accompanying costs, it is important to have as energy-efficient road and street lighting as possible. The objectives of this project were to provide basic data for different energy efficiency measures for road and street lighting and to examine how the use of dimming and various light sources affects visibility. This study shows that there is potential to reduce the energy consumption of several of the existing road lightings by reducing power and still meet the requirements based on traffic safety, because the luminance and the illuminance we measured show that some of the values fall between the recommended classes. This study highlights four different types of dimming schedules based on different conditions in which the savings in kWh/year is between 19–50%. The results from a web survey based on photographs from roads with various lighting show that responses were not conclusive regarding the best visibility between light sources. However, the survey shows that more people (62.4–71.6%) choose ceramic metal halide lighting instead of high-pressure sodium in order to feel most comfortable when driving.

Keywords:

Roadlight, energy, light source, luminance, illumination, dimming, street lighting

VTI rapport 722

Förord

Denna rapport har huvudsakligen författats av Annika Jägerbrand, VTI, inom ramen för projektet Energieffektivare väg- och gatubelysning (VTI projekt 50792, dnr 2009/0228-24).

Projektet initierades av Annika Jägerbrand och har utförts på uppdrag av Trafikverket och Energimyndigheten inom ramen för programmet för energieffektivisering inom belysningsområdet. Kenneth Asp och Leif Eklöv har varit kontaktpersoner från respektive Energimyndigheten och Trafikverket.

Medverkande och hjälpande i projektet på ett eller annat sätt har följande personer varit: Martin Strid, Trafikverket, nyttljus.se

Henrik Gidlund, belysningsansvarig, Stockholms kommun Ingemar Johansson, belysningsansvarig, Göteborgs kommun

Johan Nilsson, belysningsansvarig, Utsikt nät AB (Linköpings kommun) Mikael Silkeberg, fotograf, http://www.silkeberg.com/.

Tack!

En del personer har blivit rådfrågade under projektets gång. Till alla dessa riktas också ett varmt tack. Tack även till de personer som hjälpt till på andra sätt, speciellt Sven-Olof Lundqvist, Carina Fors, Staffan Dahlberg och Anders Genell.

Skriften utgör slutrapport för uppdraget. Stockholm maj 2011

Kvalitetsgranskning

Extern peer review har genomförts 15 februari 2011 där Nils Svendenius var lektör. Annika Jägerbrand har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus

27 april 2011. Projektledarens närmaste chef Maud Göthe-Lundgren har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 9 maj 2011.

Quality review

Review seminar was carried out on 15 February 2011 where Nils Svendenius reviewed and commented on the report. Annika Jägerbrand has made alterations to the final manuscript of the report. The research director of the project manager Maud Göthe-Lundgren examined and approved the report for publication on 9 May 2011.

VTI rapport 722

Innehållsförteckning

3.2 Mätning av belysningsnivå, belysningsstyrka och spektralfördelning .... 14

3.3 Synbarhetsundersökning ... 16

3.4 Styrsystem ... 16

3.5 Analys av data och värden ... 16

4 Resultat ... 17

4.1 Spektralfördelning ... 17

4.2 Styrsystem ... 17

4.3 Energimått ... 18

4.4 Relationer mellan variablerna ... 18

4.5 Mått på luminans och belysningsstyrka ... 22

4.6 Dimning ... 27

4.7 Synbarhet. ... 29

5 Diskussion ... 32

6 Referenser ... 38 Bilaga A. Spektralfördelningsmätningar

Bilaga B. Luminansbilder högtrycksnatriumbelysning

Bilaga C. Luminansbilder keramisk metallhalogenbelysning Bilaga D. Luminansbilder övrig belysning

VTI rapport 722 5 Potential för en energieffektivare väg- och gatubelysning: jämförelse mellan

dimning och olika typer av ljuskällor av Annika Jägerbrand och Annelie Carlson

Sammanfattning

Trafikbelysningens huvudsakliga funktion är att göra vägen och vägområdet säkert för människor. För att minska energianvändning och kostnader för denna är det av vikt att ha en så energieffektiv belysning som möjligt utan att försämra den huvudsakliga funktionen. Målen med projektet är att ta fram grunddata för olika åtgärder som leder till en energieffektivisering av väg- och gatubelysningsnätet och att undersöka hur användning av dimning och olika ljuskällor påverkar synbarhet såsom den uppfattas av människor.

I projektet användes en relativt ny metod för att mäta luminans som baseras på digital fotografering. Metoden möjliggjorde att vi kunde jämföra luminans mellan 18 olika mätningar där belysningen hade olika effekt och ljuskälla. Mera specifikt så ingick fem mätplatser med keramisk metallhalogen (70–200 W), nio mätningar av högtrycks-natrium (35–250 W), två mätplatser av kompaktlysrör (42–100 W) samt en mätning vardera av OLED (100 W) och LED (100 W).

Denna studie visar att det finns potential att minska energianvändningen i flera av de befintliga belysningsanläggningarna som är genom att sänka effekten och ändå uppfylla de krav som ställs utifrån trafiksäkerhetssynpunkt, detta eftersom medelluminans-mätningarna och medelbelysningsstyrkemedelluminans-mätningarna som genomförts visar att värdena hamnar emellan de klasser som det i dagsläget finns rekommendationer om att följa. Det finns potential att spara energi genom att anpassa belysningseffekten efter väder-leksförhållande och detta borde kunna utnyttjas i en betydligt högre grad än det görs idag, speciellt i norra delen av Sverige. På vägar och leder med stora variationer i fordonsintensitet finns hög potential för att minska belysningseffekten till lägre luminansklasser under de tidsperioder då trafikflödet är lågt utan större risker för

trafikolyckor, förutsatt att en individuell bedömning görs från fall till fall. I denna studie redovisas fyra olika typer av dimningsscheman utifrån olika förutsättningar där bespa-ringarna i kWh/år ligger på mellan 19–50 %. Genom att applicera olika typer av dimningsscheman för befintliga belysningsanläggningar kan man skräddarsy lösningar utifrån områdesförutsättningar. I framtiden finns även möjligheter att införa synkroni-serade sänkningar av väg- och gatubelysningseffekt och hastighetsgränser (så kallade variabla hastighetsgränser) för att spara energi men ändå bibehålla trafiksäkerheten. Våra resultat från webbenkäten baserad på fotografier från vägar med olika vägbelys-ning visar att de flesta ansåg att synbarheten av en mörkklädd person var bäst i de högsta effekterna av vardera ljuskälla (högtrycksnatrium och keramisk metallhalogen) medan svaren inte var entydiga när det gällde bäst synbarhet mellan ljuskällorna. Däremot visar undersökningen att betydligt fler (62,4–71,6 %) väljer keramisk metallhalogen som vägbelysning framför högtrycksnatrium ifall de skulle köra bil för att känna sig mest bekväma, oavsett avstånd.

När vi jämförde våra resultat med en annan publikation hamnade effektbehov/km väg högre för de flesta typerna av belysning vi undersökt för de vägar med 50 km/h (låg stolphöjd) som ingick i denna undersökning. Våra resultat visar att en väg med 150 W

högtrycksnatrium och effektbehov om 4,3 kW/km uppfyllde samma MEW-klass som 100 W keramisk metallhalogen. Stolpavståndet var dock 5 m längre på 150 W-vägen. I denna undersökning har vi inte uppmätt några större skillnader mellan högtrycks-natrium och keramisk metallhalogen på medelluminansnivåer eller medelbelysnings-styrka. Däremot antyder mätningarna av luminansjämnhet och belysningsstyrkejämnhet att keramisk metallhalogen kan ha högre nivåer jämfört med högtrycksnatrium.

7 Potential for more energy-efficient road and street lighting: comparison between dimming and different types of light sources

by Annika Jägerbrand and Annelie Carlson

VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) SE-581 95 Linköping Sweden

Summary

The main function of traffic lighting is to make the road and the road area safe for people. In order to reduce energy use and costs for traffic lighting it is imperative to have as energy-efficient lighting as possible while still maintaining the requirements for road lighting.

The objectives of this project are: (I) to provide basic data for various steps leading to the energy efficiency of road and street lighting network. (II) to examine how the use of dimming and various light sources affect visibility as experienced by people. The project used a relatively new method for measuring luminance based on digital photography. This new approach made it possible to compare the luminance of 18 different measurements where the lights had different power and source. Specifically, it included five test sites with ceramic metal halide (between 70–200 W), nine

measurements of high-pressure sodium (35–250 W), two measurements of compact fluorescent lamps (42–100 W) and one measure each of the OLED (100 W), and LED (100 W).

This study shows that there is a potential to reduce the energy consumption of several of the existing road lightings by reducing power and still meet the requirements based on traffic safety, because the measured luminance and the illuminance show that some of the values fall between the recommended classes.

There is potential to save energy by adjusting the lighting after weather conditions and this could be exploited in a much higher level than it is today, especially in the northern part of Sweden. On roads with large variation in vehicle intensity there is high potential to reduce the lighting effect to lower luminance classes during periods when traffic flows are low, provided that individual assessment is made on a case by case basis. This study highlights four different types of dimming schedules based on different conditions in which the savings in kWh/year are between 19–50%. By applying different types of dimming schedules road lighting systems can be tailored to reach a very high degree of energy efficiency. In the future there are also opportunities to introduce synchronized reductions in road lighting and speed limits (so-called variable speed limits) to save energy but still maintain road safety.

Results from the web survey based on photographs from roads with various lighting show that most people thought that the visibility of a dark-dressed person was best in the maximum effect level for each light source (high pressure sodium and ceramic metal halide), whereas responses were not decisive regarding the best visibility between light sources. However, the survey shows that more people (from 62.4–71.6%) choose ceramic metal halide lighting instead of high-pressure sodium in order to feel most comfortable if they would be driving.

When the results were compared with another publication the power demand per km road was higher for most types of lighting we examined on 50 km/h roads in this study (they also have low pole height). Our results also show that a road with 150 W high

pressure sodium lighting and power demand of 4.3 kW/km met the same MEW-class as a road with 100 W ceramic metal halide lighting. The difference is that the 150 W road had a 5 m wider spacing between the light poles.

In this study, we did not detect any significant differences between high-pressure

sodium and ceramic metal halide on average luminance or illuminance levels. However, measurements of uniformity of luminance and illuminance of ceramic metal halide lamps were sometimes at higher levels compared to high pressure sodium lamps.

VTI rapport 722 9

1

Bakgrund

Trafikbelysningens huvudsakliga funktion är att göra vägen och vägområdet säkert för människor. Belysningen bör därför ge bra synbarhet och även belysa vägen, objekt och vägens sidoområde på ett sådant sätt att risken för olyckor minskar. Genom att införa vägbelysning kan trafikolyckor i mörker påverkas i en positiv riktning. Mera specifikt visades i en metaanalys på 37 undersökningar att antalet trafikolyckor med dödsfall minskade med 65 % medan antalet olyckor med skadade minskade med 30 % (se t.ex. Elvik, 1995). En bra och välfungerande väg- och gatubelysning är därför mycket viktig för att hålla ned antalet mörkerolyckor (t.ex. Elvik et al., 1997, Boyce, 2009).

Att upprätthålla en god vägbelysning innebär dock även att en väsentlig mängd energi används och med det kostnader. För att minska energianvändning och kostnader för denna är det av vikt att ha en så energieffektiv belysning som möjligt utan att försämra den huvudsakliga funktionen. I Sverige är energianvändningen för väg- och gatubelys-ningen ungefär 1,5 TWh per år varav sparpotentialen uppges ligga på cirka 27 % (Belysningsbranschen, 2010a). Det beror bland annat på att mycket av Sveriges väg- och gatubelysning är föråldrat och skulle kunna bytas ut mot mer energieffektivare belysning. Ekodesigndirektivet medför att kvicksilverlampor blir olagliga att saluföra från 2015, vilket har skyndat på processen att byta ut väg- och gatubelysning.

I dagsläget finns följande väg- och gatubelysning tillgänglig: kvicksilver, högtrycks-natrium, keramisk metallhalogen, kompaktlysrör, lysrör (lågtrycksnatriumsilverlampor), LED samt plasmalampor/induktionslampor. Användningsområdena för de olika typerna av ljuskällor varierar, t.ex. föredrar många att använda vitare ljus som lysdioder eller keramisk metallhalogen på torg och gator i tätortsområden med mycket folk i rörelse, medan högtrycksnatrium exempelvis används på vägar och GC-banor (VGU, 2004). Det finns inga tydliga regler för när man använder vilken typ av ljuskälla utan det är upp till beställarna av belysningen att själva avgöra vad de behöver, utifrån ekonomiska förutsättningar och de krav som skall uppfyllas.

Olika ljuskällor har olika livslängd, belysningskaraktärer och energiåtgång och det går att få energieffektivare ljuskällor som ger mer lumen per watt, där ett exempel är att det går att byta ut kvicksilverlampor på 400 W till 150 W keramisk metallhalogen. Med 4 000 timmar i brinntid per år finns potential att spara 1 000 kWh per år och belys-ningspunkt (ej medräknat driftdonets energianvändning). Det är även möjligt att byta ut 125 W kvicksilverlampor mot 70 W högtrycksnatriumlampor och spara 52 W per belysningspunkt (Boyce et al., 2009), motsvarande 208 kWh per år och belysnings-punkt.

Det finns många goda exempel på hur kommuner förändrat sin belysning och sparat energi och pengar. Umeå bytte 14 600 stolparmaturer med 125 W kvicksilverlampor till 50 W högtrycksnatrium samt 600 stycken 250 W kvicksilverlampor mot 2 x 70 W keramisk metallhalogen och sparade in 5 miljoner/år enbart på utbytet av 125 W kvicksilverlamporna (Belysningsbranschen, 2010a). Västerås har sedan år 2000 haft en 10-årig strategi att byta ut sina 15 000 armaturer med kvicksilverlampor på vägar och GC-banor mot högtrycksnatrium och har då sparat totalt 4 000 MWh per år, vilket motsvarar ca 3 miljoner/år (Belysningsbranschen, 2010a).

Göteborgs kommun har infört intelligent/adaptiv styrning av högtrycksnatriumbelysning på flera vägar, t.ex. Tuvevägen, Högsboleden och Södra Tagenevägen. Systemet

innebär att det går att direkt styra varje enskild belysningspunkt (Guo, 2008) och man har valt att utnyttja styrningen till att minska effekten, dimma, under vissa tidpunkter.

Under rusningstrafik är dimningsnivån på 70 %, under natten 35 % och övrig tid 50 % (E-street, 2007). Genom sitt adaptiva vägbelysningssystem har Göteborgs kommun minskat energianvändningen med 61 % på Tuvevägen och 54 % på Högsboleden (Ringström, 2009).

I Linköpings kommun prövades strategin att ta bort varannan belysningsstolpe på vissa vägar under 1980-talet då man uppmärksammats på att vägbelysningen var överdimen-sionerad (muntlig kommentar Johan Nilsson, Utsikt nät ab).

Fastän flertalet av de belysningsansvariga idag aktivt arbetar med att byta ut ljuskällor och genomför olika åtgärder för att spara energi som ett led i miljöarbetet finns inte många studier som har analyserat dessa olika typer av åtgärder ur aspekter såsom energibesparingar, uppfyllande av dagens belysningskrav samt möjliga trafiksäkerhets-aspekter.

För att undersöka hur man kan genomföra konsekventa och långsiktiga besparingar av energiåtgång för väg- och gatubelysningen kommer detta projekt att utvärdera det egentliga behovet av väg- och gatubelysning. Detta görs genom att undersöka

effektreducering i form av olika ljuskällor eller dimning samt hur olika justeringar av väg- och gatubelysningsnätet kan påverka energianvändningen (t.ex. styrsystem och väderförhållande). Utvärderingen fokuserar på kravuppfyllnad enligt EN 13201 och VGU (VGU, 2004) samt mänsklig synbarhet.

I projektet används en relativt ny metod för att mäta luminans, vilken baseras på digital fotografering, LMK Mobile Advanced, www.technoteam.de (Ekrias et al., 2008a; Guo, 2008). Metoden har tidigare använts för att exempelvis utvärdera hur väderlek påverkar luminans (Ekrias et al., 2008b) och justering av intelligent belysning utifrån luminans-nivå och trafikflöde (Guo et al., 2007). Användandet av LMK Mobile Advance inom detta projekt möjliggjorde en jämförelse av kravuppfyllnad för flera vägavsnitt (18 st.) med olika ljuskällor och effektnivåer.

VTI rapport 722 11

2

Syfte och mål

Syftet med projektet är att försöka identifiera vilka olika vägar eller geografiska områden där det går att genomföra förändringar på väg- och gatubelysningen för att energieffektivisera utan risk för påverkan på trafiksäkerhet eller andra negativa effekter, utifrån vilka behov som finns av belysningen.

Exempelvis kan man fråga sig ifall nuvarande väg- och gatubelysningen stämmer överens med gällande belysningsnormer och människors upplevelse, något man också börjat fråga sig i andra länder. I Storbritannien tillåts exempelvis sedan 2003 använd-ningen av ytterligare en S-klass på GC-vägar med plan beläggning när RA-index ≥ 60 (Fotios and Cheal, 2005), vilket betyder att ljuskällan har en relativt bra färgåtergivning. Målen med projektet är:

 att ta fram grunddata för olika åtgärder som leder till en energieffektivisering av väg- och gatubelysningsnätet

 att undersöka hur användning av dimning och olika ljuskällor påverkar synbarhet såsom den uppfattas av människor.

3

Metodik

Eftersom syftet med projektet är att undersöka vilka energibesparingar som kan göras genom att använda olika typer av ljuskällor som gatu- och vägbelysning, inkluderades ljuskällor såsom metallhalogen, högtrycksnatrium, LED och kompaktlysrör i under-sökningen. Undersökningen omfattade både belysning ur teknisk synvinkel (uppmätta värden) och upplevd synbarhet. Dessutom inkluderas potentiella energibesparingar genom användning av dimning och förändring i styrsystem.

Följande analyser genomfördes:

 Belysningsnivå, luminans. För mätningar av belysningsnivå uppmättes luminans med en digital kamera, därefter konverterades fotografierna till luminansvärden där en korrigering med hänsyn till spektralfördelningen genomfördes för ljuskällan i fråga.

 Belysningsnivå och styrka. Belysningsstyrka uppmättes i lux genom horisontell mätning direkt på vägytan.

 Spektralfördelning. Detta uppmättes strax nedanför belysningsstolpen.  Synbarhet. Synbarhet undersöktes genom att ta fotografier och analyserades

genom en webbenkät.

 Styrsystem. Undersökning av styrsystem för vägbelysning och deras besparingspotential gjordes genom intervjuer med 12 kommuner. Mätningar av vägbredd, stolpavstånd och stolphöjd gjordes i fält med en digital avståndsmätare. För förklaring av enheter hänvisas till t.ex. (Nygårdhs, 2006).

3.1

Val av studievägar

Val av de vägar som skulle ingå i studien gjordes efter kontakter med nyttljus.se, Stockholms kommun, Göteborgs kommun samt Utsikt nät AB som har hand om väg- och gatubelysningen i Linköpings kommun. Urvalskriterierna för att genomföra mätningar på ett vägavsnitt var att vägarna var relativt raka, inte var alltför mycket trafikerade samt att gatu- och vägbelysningen var placerad på stolpar vid vägkanten. I ett fall på Floragatan i Stockholm genomfördes mätningar på hängande vägbelysning eftersom det inte fanns något annat alternativ tillgängligt. Vägar och information om mätområdena finns presenterat i Tabell 1.

VTI rapport 722 13

Tabell 1 Beskrivning av vägar och mätområden som ingick i undersökningen. Se bilagorna B–D för närmare beskrivning av de ingående körfälten. MH=keramisk metallhalogen, HPS=högtrycksnatrium, OLED=organic light-emitting diod, LED=lysdiod, KL=kompaktlysrör.

Område och väg GPS koordinater Hastighet _(km/tim)

Stolp-höjd (m) Stolp-avstån d (m) Bredd på väg (m) Antal

körfält Ljus-_källa Effekt _(W) Foto syn-barhet Stockholm Dag Hammarskjölds väg N59° 19,99; E18° 6,32 50 8 30 7,4 1 MH 100 Valhallavägen N59° 20,19; E18° 6,37 50 8 24 7,7 2 MH 100 X Artemisgatan N59° 21,32; E18° 6,00 50 6 21,6 5,5 2 MH 70 X Porjusgatan N59° 21,19; E18° 5,80 50 6 20 6,1 2 HPS 70 Floragatan N59° 20,58; E18° 4,48 50 8 20 7 2 MH 2x100 X Göteborg

Södra Tagenevägen N57° 45,58; E11° 59,34 70 8 30 9 2 HPS 100 X

N57° 45,58; E11° 59,34 70 8 30 9 2 HPS 70 X N57° 45,58; E11° 59,34 70 8 30 9 2 HPS 50 X N57° 45,58; E11° 59,34 70 8 30 9 2 HPS 35 X Väg 190 N57° 45,86; E12° 00,93 70 9 40 12 2 OLED 100 N57° 45,87; E12° 00,99 70 9 40 12 2 LED 100 N57° 45,51; E12° 00,23 70 5,5 21 5,5 1 KL 100 Linköping Åttinggatan N58° 22,78; E15° 38,52 50 4,5 22 5 2 KL 42 Spanngatan N58° 22,85; E15° 38,51 50 4,5 23 5 2 MH 70 Fjärdinggatan N58° 22,81; E15° 38,50 50 4,5 23 5 2 HPS 50 Fångögatan N58° 25,44; E15° 40,71 70 8 35 5 1 HPS 150 Lambohovsleden N58° 23,73; E15° 36,22 50 10 50 9 2 HPS 250 Wallenbergsgatan N58° 23,80; E15° 33,79 50 7 32 4 1 HPS 100

I Stockholms kommun har man som strategi att använda keramisk metallhalogen som ljuskälla i sitt gatu- och vägbelysningsnät (Belysningsbranschen, 2010a) och det var möjligt att finna vägpartier med rak dragning i icke alltför trafikerade miljöer. För metallhalogen valde vi att för belysningsmätningarna inkludera Dag Hammarskjölds väg (100 W), Valhallavägen (100 W), Artemisgatan (70 W), samt Floragatan där det finns hängande belysning (2 x 100 W). Inom området Ropsten där Artemisgatan är belägen finns även belysning med 70 W högtrycksnatrium på Porjusgatan och denna inkluderades även i studien eftersom miljön var relativt likartad med Artemisgatan. Foton för synbarhetsundersökningen togs på Valhallavägen, Artemisgatan, Porjusgatan samt Floragatan.

I Göteborg finns intelligent vägbelysningssystem som kan regleras med hjälp av fjärr-styrning. Utav de vägar där detta styrsystem finns installerat beslöt vi att genomföra mätningar på en del av Södra Tagenevägen där det finns högtrycksnatrium 100 W. Vägavsnittet som valdes ligger beläget så att ingen belysning i närheten störde mätningarna. Vägen är relativt rak och hastighetsbegränsningen är 70 km/h på den sträcka som ingick i mätningen. Belysningen på Södra Tagenevägen reduceras

(dimmas) i effekt enligt följande tidsschema: effekten mellan klockan 6–9 och 16–19 är 70 %; 50 % effekt mellan klockan 5–6 och 19–21; 35 % effekt mellan klockan 21–5. Mätningarna genomfördes av både belysningsnivå och belysningsstyrka på effekterna:

100 %, 70 %, 50 %, och 35 %. Även foton för synbarhetsundersökningar togs för dessa effektnivåer.

På väg 190 i Hjällbo, Göteborg finns ett experimentområde där Trafikverket testar tre olika typer av ny vägbelysning: OLED, LED och kompaktlysrör (Siewert and

Casteborn, 2010). Eftersom denna vägsträcka är hårt trafikerad kunde bara luminansfoto och ej belysningsstyrka uppmätas och fotografierna togs från vägens sidoområde. I Linköpings kommun finns ett testområde i ett villakvarter med flera sorters ljuskällor och med samma vägmiljöförhållande: keramisk metallhalogen (70 W), högtrycks-natrium (50 W), och kompaktlysrör (42 W), (se Jägerbrand and Robertson, 2010 för bilder).

Ytterligare två vägavsnitt med högtrycksnatrium inkluderades för att få med ljuskällor med högre effekt än de övriga: Fångögatan (150 W) och Lambohovsleden (250 W). Även Wallenbergsgatan inkluderades för att få ytterligare en mätning av 100 W högtrycksnatrium. Fångögatan och Wallenberggatan är lokaliserade i industriområden medan Lambohovsleden är en genomfartsled och alla tre finns i Linköping.

3.2

Mätning av belysningsnivå, belysningsstyrka och

spektralfördelning

Belysningsklass för vägar och gator är i VGU angivna antingen baserade på medel-luminans och medel-luminansjämnhet (MEW- eller L-klasserna baserade på medel-luminans) eller medelbelysningsstyrka och belysningsstyrkejämnhet (CE- eller E-klasserna). MEW klasserna gäller vägar och trafikleder byggda för hög eller normal hastighet med en siktsträcka på över 60 m, medan CE-klasserna gäller för ex. konfliktzoner och används för motorfordonsförare, cyklister och fotgängare då synavståndet är mindre än 60 m (VGU, 2004). I denna studie var vi intresserade av att undersöka i vilka belysnings-klasser de undersökta mätområdena hamnade och därför har mätningar inkluderats som innebär att de går att bedöma relativt väl både i MEW-klass och CE-klass.

3.2.1 Belysningsnivå: luminansmätningarna

För luminansmätningarna användes LMK mobile advanced (Technoteam

bildverarbeitung GmbH) som är baserad på Canon EOS 350D digital reflex kamera (http://www.technoteam.de; TechnoTeam, 2006). Metoden innebär att man använder sig av digital kamera där bilderna i efterhand blir kalibrerade i ett mjukvaruprogram (LMK LabSoft) för att få fram värden på luminans. Foton som blev tagna med Canon EOS kameran för transformering till luminansvärden kallas härmed för ”luminansfoto”. För att följa Europastandarden för mätningar av vägbelysning (EN 13201-(3)) togs först luminansfoto på 60 m avstånd. Efter analys visade det sig att detta avstånd gav för grovpixliga bilder och därför beslutades att ta foton från en observatörspunkt vid 30 m avstånd. Forskningsresultat från en studie där de använde sig av samma system, dvs. LMK Mobile Advanced, visade att vare sig höjdskillnader (1, 5, 3, 4 och 5 m) eller avståndsskillnader hade någon direkt påverkan på luminansnivåer (Guo et al., 2007). Höjden på kameran var 115 cm i alla fotograferingar som användes i analyserna. Vägavsnittets mätområde mellan två belysningsstolpar markerades med 4 starka fick-lampor i varsitt hörn och ibland även en i främre mitten. Två omgångar luminansfoton togs på samma område, varav ett enbart användes för att i detalj kunna avgöra mät-områdets storlek i de efterföljande analyserna. Analyser av luminansmedelvärde och

VTI rapport 722 15 luminansjämnhet följde riktlinjerna i EN 13201 och VGU 2004 där 60 enskilda

mätpunkter är utspridda i ett regelbundet mönster inom mätområdets yta (VGU, 2004). Observera dock att utvärderingen av luminans i 60 mätpunkter är genomförd för både dubbla och enkla körfält (se Tabell 1). Enligt EN 13201 och VGU skall 30 mätpunkter för ett körfält uppmätas i fältets körriktning (för att uppskatta hur en bilist upplever situationen) och det är oklart ifall detta påverkar våra medelvärden i större utsträckning. Olika ljuskällor har olika våglängdsammansättning och då detta påverkar hur den fotometriska digitala analysen av luminansvärden tas fram så justerades luminansfotona genom kalibrering.

I vissa mätningar var det på grund av för mycket trafik inte möjligt att stå mitt i vägens körfält för att ta luminansfotona. Detta gällde väg 190, Fångögatan och Lambohovs-leden och i dessa fall togs fotona från vägens sidoområde.

3.2.2 Belysningsstyrka

Inom varje vägavsnitt togs 9 mätningar av belysningsstyrka (lux) med Konica Minolta T10. Mätningar genomfördes rakt nedanför vardera belysningsspunkt, tvärs vägens mitt i tre punkter (Figur 1). Tre mätpunkter togs på liknande sätt men exakt mittemellan belysningspunkterna för att få fram minimivärden (Figur 1). Dessa nio värden användes för att räkna ut vad varje enskild punkt skulle få för värde om hela mätområdet delades in i 10 x 7 belysningspunkter, varav 10 befann sig längs med vägens riktning och 7 var tvärs vägen.

Uträkningen genomfördes så att värden tvärs vägen beräknades genom att ta 75 % och 25 % av värdena från den mest närliggande punkten och den näst mest närliggande punkten. För värden längs vägen användes olika procentvärden för att uppskatta vad nivån skulle bli (80 % och 20 %, 60 % och 40 %, 40 % och 60 % samt 20 % och 80 % av de i fält uppmätta värdena). Endast 10 x 6 (d.v.s. 60 värden) användes för att räkna ut medelvärde och jämnhet.

För Dag Hammarskjöldsvägen togs totalt 30 mätningar och vid utvärdering av vår uträkningsmetod visade sig värdena endast avvika med 6 %. I Figur 1 ges en beskrivning av mätpunkterna för belysningsstyrkan där ljuskällornas placering är markerade med ☼ och mätpunkterna med ×.

Figur 1 Beskrivning av mätpunkter för belysningsstyrkemätningar.

3.2.3 Spektralfördelning

På alla mätplatser uppmättes spektralfördelningen strax nedan en belysningsstolpe med Jeti Specbos 1201 spectroradiometer (Jeti Technische Instrumente GmbH,

http://www.jeti.com) mot en vit yta. Samma vita yta fotograferades med luminans-kameran. Luminansen uppmätt från spektralfördelningsmätaren användes för att kalibrera luminansmätningarna med kameran.

3.3

Synbarhetsundersökning

Synbarhetsundersökningen fokuserade på högtrycksnatrium och keramisk metall-halogen, se Tabell 1. En mörkklädd person ställde sig i körfältets mittområde

mittemellan belysningsstolparna och fotografier togs på 24, 36 och 48 meters avstånd från personen. Fotografierna togs med en Hasselblad H2 med digitalt bakstycke Phaseone 30+ och objektiv 80 mm/2.8 Hasselblad. Inställningarna var 4 sekunders exponering, bländare 5.6 och ISO 100. Råfiler bearbetades i programmet Capture One. Synbarhetsundersökningen gjordes via ett webbformulär med frågor och bilder (Bilaga E), som mest svarade 213 personer på frågorna.

I synbarhetsundersökningen ville vi först ta reda på hur stor betydelsen belysningens effekt är på synbarhet för de två olika huvudtyperna av ljuskällor (högtrycksnatrium och metallhalogen) för tre olika avstånd. Därefter var det intressant att jämföra synbarhet mellan högtrycksnatrium och metallhalogen, dvs. jämföra samma effektnivåer och avstånd för de två olika ljuskällorna. Webbenkätens frågor och bilder är inkluderade som Bilaga E.

3.4

Styrsystem

Frågor om vilka styrsystem som 12 olika kommuner använde sig utav ställdes inom ramen för ett annat projekt (Jägerbrand et al., 2011). Kommunerna som ingick var: Tingsryd, Torsby, Vännäs, Strömstad, Lerum, Katrineholm, Piteå, Värmdö, Umeå, Jönköping, Linköping och Västerås.

3.5

Analys av data och värden

Beroendeförhållandet mellan variablerna analyserades med Spearman’s rho korrelationsanalys i SPSS statistics 17.0.0.

VTI rapport 722 17

4

Resultat

4.1

Spektralfördelning

På alla mätområden genomfördes spektralfördelningsmätningar, se bilaga A. Spektral-fördelning och färgtemperaturen mellan de olika ljuskällorna skiljer sig åt. Våra mätningar visar att kompaktlysrör, OLED, LED och keramisk metallhalogen generellt har högre färgtemperatur än högtrycksnatrium (Tabell 2).

Tabell 2 Spektral radians, färgtemperatur och dominant våglängd från spektralfördelningsmätningarna för de 18 olika vägavsnitten som ingår i undersökningen. Väg Belysning Effekt (W) Spektral radians 380-780nm [W/(sr*sqm)] Färg-temperatur [K] CCT Dominant våglängd [nm] Stockholm Dag Hammarskjölds väg Metallhalogen 100 0,0045 2 594 586,1 Valhallavägen Metallhalogen 100 0,0064 2 553 585,5 Artemisgatan Metallhalogen 70 0,0108 2 706 584,0 Porjusgatan Högtrycksnatrium 70 0,0065 1 920 588,7 Floragatan Metallhalogen 2x100 0,0090 2 494 587,1 Göteborg Södra Tagenevägen Högtrycksnatrium 100 0,0054 1 986 589,2 Högtrycksnatrium 70 0,0030 1 982 588,7 Högtrycksnatrium 50 0,0021 2 204 587,5 Högtrycksnatrium 35 0,0008 2 048 589,3 Väg 190 OLED 100 0,0036 4 234 572,5 LED 100 0,0026 5 061 564,0 Kompaktlysrör 100 0,0093 4 181 575,1 Linköping Åttinggatan Kompaktlysrör 42 0,0051 2 809 584,1 Spanngatan Metallhalogen 70 0,0057 2 596 586,4 Fjärdinggatan Högtrycksnatrium 50 0,0084 1 947 589,0 Fångögatan Högtrycksnatrium 150 0,0018 2 104 587,2 Lambohovsleden Högtrycksnatrium 250 0,0089 2 018 588,4 Wallenbergsgatan Högtrycksnatrium 100 0,0162 1 992 588,4

4.2

Styrsystem

Intervjuer med 12 olika kommuner i Sverige visar att de flesta har någon typ av styrsystem; de flesta har skymnings/ljusrelä (eller fotocell) i kombination med klockor men exempel på andra system fanns också: tidkontroll, minicallsystem, sms-styrning och frekvensstyrning.

4.3

Energi och effektmått

Tabell 3 utgör en översikt över de olika energi- och effektmått som man kan räkna fram för de mätområden som ingår i denna undersökning. Det område som har högst

energiåtgång per belysningspunkt och per km är Floragatan. Variablerna kW/lux/km och kW/cd/m2/km är mått på effektbehov och belysningseffekt per kilometer.

Högtrycksnatriumbelysningen om 50 W och 70 W har som lägst värden av kW/lux/km (0,34 och 0,32), medan höga värden återfinns hos den dimmade högtrycksnatrium-belysningen på S. Tagenevägen (0,93, 1,37 och 1,98) och även för keramisk metall-halogen (t.ex. 0,53–0,75). För variabeln kW/cd/m2/km har kompaktlysrör lägst värden (4,75 och 5,97), medan S. Tagenevägens dimmade högtrycksnatriumbelysning återigen har högst värden (42,0 och 23,1).

Tabell 3 Energi- och effektmått på de uppmätta vägområdena. Effekt per belysnings-stolpe, energianvändning per år per belysningsbelysnings-stolpe, effektbehov per km, energian-vändning per km och år, effektbehov per beräknad medellux och km samt effektbehov per uppmätt medelluminans och km (per år).

Område och väg Belysning Effekt Energi/år Effekt/km Energi/km/år kW/lx/km kW/(cd/m2)/km

(W) (kWh)^ (kW/km) (kWh)^ (kW) (kW)

Stockholm

Dag Hammarskjölds väg Metallhalogen 100 400 3,3 13 333 0,75 14,63 Valhallavägen Metallhalogen 100 400 4,2 16 667 0,62 10,67 Artemisgatan Metallhalogen 70 280 3,2 12 963 0,53 8,77 Porjusgatan Högtrycksnatrium 70 280 3,5 14 000 0,34 6,02 Floragatan Metallhalogen 2x100 800 10,0 40 000 0,94 15,09

Göteborg

Södra Tagenevägen Högtrycksnatrium 100 400 3,3 13 333 0,79 19,35 Högtrycksnatrium 70 280 2,3 9 333 0,93 19,53 Högtrycksnatrium 50 200 1,7 6 667 1,37 23,08 Högtrycksnatrium 35 140 1,2 4 667 1,98 42,00 Väg 190 OLED 100 400 2,5 10 000 Inget data 23,88 LED 100 400 2,5 10 000 Inget data 34,78 Kompaktlysrör 100 400 4,8 19 048 Inget data 4,75

Linköping

Åttinggatan Kompaktlysrör 42 168 1,9 7 636 0,40 5,87 Spanngatan Metallhalogen 70 400 3,0 12 174 0,67 16,43 Fjärdinggatan Högtrycksnatrium 50 200 2,2 8 696 0,32 5,97 Fångögatan Högtrycksnatrium 150 600 4,3 17 143 Inget data 27,27 Lambohovsleden Högtrycksnatrium 250 1000 5,0 20 000 Inget data 20,00 Wallenbergsgatan Högtrycksnatrium 100 400 3,1 12 500 Inget data 11,64 ^ Brinntid = 4 000 timmar per år.

4.4

Relationer mellan variablerna

Korrelationsanalysen visade att variabler som är mått på dimensioneringen av vägen och vägbelysningen är positivt interkorrelerade (Tabell 4), d.v.s. stolphöjd, stolpavstånd (se även figur 2A), vägbredd och antal körfält.

VTI rapport 722 19 En annan grupp av variabler som är interkorrelerade är energiberoende mått såsom effekt per belysningsstolpe, effekt per km och även den positiva korrelationen som finns mellan energi och belysningseffekt är signifikant (t.ex. effekt per belysningsstolpe och medelluminans och belysningsstyrka).

Stolphöjd och effekt uppdelat på olika ljuskällor visar att avseende högtrycksnatrium finns många av stolphöjderna med i denna undersökning medan keramisk metallhalogen endast finns representerad på tre stolphöjder och övriga ljuskällor i två eller endast en stolphöjd (figur 2B).

Variablerna kW/lux/km och kW/cd/m2/km är mer korrelerade med dimensionerings-variablerna än med energirelaterade variabler, antagligen beroende på att värdena är kilometer beroende.

Medelluminans och medelbelysningsstyrka är korrelerade med energirelaterade variabler medan luminansjämnheten är beroende av vägbredd och antal körfält men även av effekt per km. Belysningsstyrkejämnhet däremot är endast signifikant korrelerad med stolphöjd.

Tabell 4 Korrelationsanalys av datat. A

nalyserat med Spearman’s rho. ** = P < 0,01,

* = P < 0,05. n=18, men för medelbelysning

sstyrka och belysningstyrkejämnhet n=13.

Va ria be l kW /lu x/ km Be ly sn in gs -st yr ke jä mn he t St ol ph öjd 1 St ol pa vs tån d 0, 73 ** 1 Vä gb re dd 0, 81 ** 0, 47 1 An ta l k ör fä lt 0,1 1 -0 ,1 3 0, 45 1 Ef fe kt / b el ys ni ng ss to lp e (W ) 0, 55 * 0, 34 0, 12 -0, 37 1 Ene rg ia nv änd ni ng / år / st ol pe 0, 46 0, 31 0, 05 -0, 33 0, 97 ** 1 Ef fe kt / k m (W /k m ) 0, 17 -0 ,15 -0 ,1 4 -0 ,3 5 0, 83 ** 0, 82 ** 1 kW /c d/ m 2/ km 0,7 6 ** 0, 74 ** 0,6 3 ** 0,1 6 0,1 7 0,1 9 -0 ,2 2 1 kW /lu x/ km 0,8 0 ** 0, 44 0,7 5 ** 0,0 6 0,0 8 0,0 9 -0 ,1 6 0,9 3 ** 1 M ede llu m ina ns (c d/ m 2) -0 ,07 -0, 18 -0 ,39 -0, 45 0, 63 ** 0, 58 * 0, 80 *' -0 ,5 2 * 0, 51 1 Lum in an sjä m nhe t -0 ,28 -0, 38 -0 ,59 * -0, 64 ** 0, 36 0, 32 0, 58 * -0 ,5 0 * -0 ,2 5 0, 70 ** 1 M ed el be ly sn in gs st yr ka -0 ,0 2 -0 ,1 6 -0 ,4 3 -0 ,5 1 0,8 0 ** 0,7 6 ** 0,8 0 ** -0 ,4 0 -0 ,3 5 0, 93 ** 0,6 1 * 1 Bel ys nin gs st yr kejä m nhe t 0, 62 * -0 ,2 5 0, 47 0 0, 36 0, 22 0, 51 0, 09 0, 34 0, 22 0, 47 0, 15 1 St ol p-hö jd St ol p-av st ånd Vä g-br ed d An ta l kö rf äl t M edel -lu m ina ns (c d/ m 2) Lu m inan s-jä m nh et Me de l-be lys ni ng s-st yr ka Eff ek t / be ly sn in gs -st ol pe (W ) En er gi an vän dn ing / år / st ol pe Ef fe kt / km (W /k m ) kW /c d/ m 2/ km

21 Figur 2A Stolphöjd och stolpavstånd. 2B. Stolphöjd och effekt (W) uppdelat på de olika

ljuskällorna (HPS=högtrycksnatrium, KL=kompaktlysrör, LED=lysdiod, MH=keramisk metallhalogen, OLED=organic light-emitting diode). Samma mätområde som tabell 1.

4.5

Mått på luminans och belysningsstyrka

I figurerna 2–6 är en uppdelning gjord på stolpgrupp och på ljuskälla för att trender i luminans och belysningsstyrka ska bli så tydliga som möjligt.

Högre stolphöjd innebär att medelluminansen blir lägre än samma effektnivå med lägre stolphöjd (Figur 3A), trots att stolpavstånden anpassas till en viss luminansnivå vid nybyggnation. De olika mätområdena hamnade i varierande MEW klasser enligt medelluminansmätningen (Figur 3B, från högsta nivå MEW1 (Lambohovsleden) till under lägsta nivå (gäller för dimmad högtrycksnatrium på S. Tagenevägen samt LED belysningen på väg 190).

För luminansjämnhet märks inga direkta skillnader mellan stolphöjder (Figur 4A), medan 6 mätområden med högtrycksnatrium hamnar under lägsta tillåtna nivå och tre ovanför (Figur 4B). För keramisk metallhalogen hamnar bara ett mätområde under lägsta tillåtna luminansjämnhet medan både OLED och LED på väg 190 hamnar under lägsta nivå. Båda mätområdena med kompaktlysrör hamnar ovanför lägsta tillåtna nivå, kompaktlysrör med 100 W har värden som är närapå dubbla jämfört med gränsvärdena för luminansjämnhet.

Även för medelbelysningsstyrka finns en trend av högre värden när stolparna är lägre (Figur 5A) men till skillnad mot luminansklasserna hamnade inga av mätområdena i de två högsta belysningsklasserna CE1 och CE0. Värdena för medelbelysningsstyrkan hamnade på ungefär samma nivåskillnader som medelluminans med en ganska stor spridning i vilka klasser de olika mätområdena uppfyller (Figur 5B).

Några av de lägsta belysningsstolparna hamnade på riktigt låga värden av uträknad belysningsstyrkejämnhet men samtidigt hamnade endast två mätningar utav 13 på en godkänd nivå (Figur 6A). Fyra mätområdena med keramisk metallhalogen hamnade på högst nivå av belysningsstyrkejämnhet medan alla mätområden med högtrycksnatrium och ett mätområde med keramisk metallhalogen hamnade under miniminivå (Figur 6B).

VTI rapport 722 23

Figur 3A Effekt (W) och medelluminans (cd/m2_{) över de uppmätta mätområdena uppdelat på}

hög (≥ 8m) och låg stolpgrupp (≤ 7m). 3B. Effekt (W) och medelluminans (cd/m2_{) uppdelat på}

ljuskällor, HPS=högtrycksnatrium, KL=kompaktlysrör, LED= lysdiod, MH=keramisk

metallhalogen, OLED=organic light-emitting diode. De horisontella linjerna motsvarar krav på belysningsklasser för torra vägbanor i enlighet med Europastandarden SS-EN 13201 och VGU (2004), MEW är en luminansklass som gäller för vägar och trafikleder byggda för hög eller normal hastighet med en siktsträcka >60m.

Figur 4A Effekt (W) och luminansjämnhet över de uppmätta mätområdena uppdelat på hög (≥ 8m) och låg stolpgrupp (≤ 7m). 4B. Effekt (W) och luminansjämnhet uppdelat på ljuskällor, HPS=högtrycksnatrium, KL=kompaktlysrör, LED= lysdiod, MH=keramisk metallhalogen, OLED=organic light-emitting diode. Den horisontella linjen motsvarar lägsta krav på luminansjämnhet i enlighet med MEW klassen för torra vägbanor, Europastandarden SS-EN 13201 och VGU (2004). MEW är en luminansklass som gäller för vägar och trafikleder byggda för hög eller normal hastighet med en siktsträcka >60m.

VTI rapport 722 25

Figur 5A Belysningsstyrka (lux) och effekt (W) över de uppmätta mätområdena

uppdelat på hög (≥ 8m) och låg stolpgrupp (≤ 7m). 5B. Belysningsstyrka (lux) och effekt (W) uppdelat på ljuskällor, HPS=högtrycksnatrium, KL=kompaktlysrör, och

MH=keramisk metallhalogen. De horisontella linjerna motsvarar krav på

belysningsklasser för torra vägbanor i enlighet med Europastandarden SS-EN 13201 och VGU (2004), CE är klasser för väg- och gatubelysning i lux och gäller för vägar och gator vid konfliktzoner men gäller även cyklister och gående samt då synavståndet är <60m.

Figur 6A Belysningsstyrkejämnhet (baserat på beräknat data) och effekt (W) över de uppmätta mätområdena uppdelat på hög (≥ 8m) och låg stolpgrupp (≤ 7m). 6B. Belysningsstyrkejämnhet (baserat på beräknat data) och effekt (W) uppdelat på ljuskällor, HPS=högtrycksnatrium, KL=kompaktlysrör, och MH=keramisk metallhalogen. Den horisontella linjen motsvarar krav på lägsta belysningsstyrkejämnhet för torra vägbanor i enlighet med Europastandarden SS-EN 13201 och VGU (2004), CE är klasser för väg- och gatubelysning i lux och gäller för vägar och gator vid konfliktzoner men gäller även cyklister och gående samt då synavståndet är <60m.

VTI rapport 722 27

4.6

Dimning

Dimning innebär en reducering av effekten hos väg- och gatubelysningen. Detta går att genomföra på flera sätt, exempelvis såsom föreslås i tabell 5.

Dimningsschema A är samma som man i dagsläget använder på Södra Tagenevägen i Göteborg på 100 W högtrycksnatriumbelysning. Detta dimningsschema kan passa då man har effekter om 100 W och uppåt där fordonsintensiteten varierar extremt mycket på dygnet, vilket skulle kunna motivera till en så stor sänkning av effekten under dygnets icke-trafikerade timmar att man hamnar under 0,5 cd/m2 i medelluminansnivå eller under 7,5 lux i medelbelysningsstyrka.

Dimningsschema B är ett exempel på hur man kan dimma ned keramisk metallhalogen, förslagsvis från 100 W och uppåt. Det finns en risk att nivåer på 65 % av 100 W

keramisk metallhalogen hamnar under lägsta nivå för godkända medelluminansvärden. Dimningsschema C skulle kunna passa för bostadsområden och gator med låga

belysningsstolpar där man främst vill ha trygghetsbelysning, eftersom effekten är nedsatt till 50 % under nattetid. Dimningsschema D, är en dimning i bara två steg (100 % eller 70 %) som skulle kunna användas på både vägar med varierande

Tabell 5 Exempel på olika dimningsschema för väg- och gatu

bel

ysn

ing. Ljuskällor: MH=Keramisk metallha

lo gen, HPS=högtrycksna tri um, KL=kompak tlysrö

r, LED= lysdiod, MH=keramisk metallhalogen, OLED=o

rganic lig

ht-emitting diode. Dimn

ingsschema A: 70 % effekt

kl. 16–19, 06–09; 50 % effekt kl.19–21, 05–06; 35

% effekt kl. 21–05. Kan passa för högtrafi

kerade vägar med låg fordonsintensi

tet under natten. Dim ningsschem a B: 100 % effekt kl.16–19, 06–09; 85 % ef fekt kl. 19–21, 05–06; 65 % effekt 21–05. K an passa för vissa ty per av

keramisk metallhalogenbelysning. Dimningsschema C: 100 % eff

ekt kl.16–21, 06–09; 80 % effekt kl

. 21–00, 05–06; 50 % effekt kl.0

0–05. Kan

passa för bostadsgator. Dimningsschema

D: 100 % effekt kl. 16–22, 05–09; 70 % effekt

kl. 22–05. Dimning som är applicerbar på b

åde vägar och gator. S tol phöj d E ffek t E ner gi anv än dni ng V äg (m ) (W ) (k W h / å r) kW h / bel ys ni ngs st ol pe oc h år B es par in g kW h kW h / bel ys ni ng s st ol pe oc h år B es pa ring kW h kW h / bel ys ni ng s st ol pe oc h år B es pari ng kW h kW h / be lysn in gs st ol pe oc h år B es par ing kW h D ag H am m ar sk jöl ds v äg 8 M H 100 400 323 77 25 2 148 V al hal lav äg en 8 M H 100 400 323 77 25 2 148 A rtem is gat an 6 M H 70 280 160 120 17 6 104 P or jus gat an 6 H P S 70 280 160 120 17 6 104 Fl or aga tan 8 M H 200 800 647 153 50 4 296 S ödr a Tage nev ägen 8 H P S 100 400 200 20 0 25 2 148 S ödr a Tage nev ägen 8 H P S 70 280 S ödr a Tage nev ägen 8 H P S 50 200 S ödr a Tage nev ägen 8 H P S 35 140 V äg 19 0 9 O LE D 100 400 200 20 0 25 2 148 V äg 19 0 9 LE D 100 400 V äg 19 0 5, 5 K L 100 400 200 20 0 25 2 148 Å tti ngg at an 4, 5 K L 42 168 10 6 62 S pann gat an 4, 5 M H 70 400 160 240 17 6 224 Fj är di nggat an 4, 5 H P S 50 200 114 86 12 6 74 Få ngög at an 8 H P S 150 600 300 30 0 37 8 222 La m bo hov sl eden 10 H P S 250 1000 500 50 0 63 0 370 W al len ber gs gat an 7 H P S 100 400 200 20 0 228 172 25 2 148 Di m n in g A 5 0 % D im n in g B 1 9 % Di m n in g C 4 3 % Di m n in g D 3 7 % Lj us -kä lla

29

4.7

Synbarhet

Mellan 18 januari till 9 mars 2011 samlades data in från webbenkäten (se Bilaga E), med varierande antal svar på de olika frågorna i enkäten (194–213 svar). En figur (dvs. en svartklädd person) placerades i mitten av körfältet exakt mellan två belysningsstolpar (se Bilaga E). Fotograferingen skedde med samma inställningar och på samma vis vid varje tillfälle. Foton togs på avstånd av 24 m, 36 m och 48 m från figuren.

Den första frågan var ”I vilken bild ser du figuren på körbanan bäst?” och svaren visar att de flesta valde 100 W högtrycksnatrium (79,3–88,7 %) framför 70 W, 50 W och 35 W på exakt samma sträcka, oavsett avstånd från figuren (Tabell 6). Även för keramisk metallhalogen valde majoriteten den högsta effekten (200 W, 68,2–77,3 %) oavsett avstånd, framför 100 W och 70 W. När samma fråga ställdes mellan 100 W högtrycksnatrium och 100 W keramisk metallhalogen skiljde sig svaren åt mellan de olika avstånden (Tabell 6). Avståndet 36 m låg allra först i webbenkäten och det är möjligt att detta spelat viss roll för fördelningen av svaren.

På frågan ”syns figuren lika bra i alla bilderna?” där bilderna var tagna på vägar med 70, 100 och 200 W keramisk metallhalogen belysning svarade 90,9 % (24 m avstånd); 90,4 % (36 m avstånd) och 91,9 % (48 m avstånd) nej.

Tabell 6 Webbenkätresultat från svar (i %) på frågan ”I vilken bild ser du figuren på körbanan bäst? ”när en jämförelse mellan olika effektnivåer av högtrycksnatrium och/eller keramisk metallhalogen i kombination med olika avstånd testades. För högtrycksnatrium användes exakt samma vägsträcka, medan olika vägsträckor

användes för keramisk metallhalogen. Bilder som ingick i webbenkäten finns i Bilaga E. n=antalet deltagare som svarade på frågorna.

I vilken bild ser du figuren

på körbanan bäst? Avstånd (m) n=213 100 W 70 W 50 W 35 W Vet ej 24 79,3 12,7 1,4 0,0 0,5 36 88,7 7,5 0,5 0,9 0,5 48 82,6 13,6 0,5 0,0 0,5 n=198 200 W 100 W 70 W Vet ej 24 69,7 20,7 4,0 3,0 36 77,3 17,7 3,0 1,0 48 68,2 22,7 3,5 3,0

n=194 Keramisk metallhalogen Högtrycksnatrium Vet ej

24 54,1 34,0 9,3

36 40,7 50,5 7,7

48 56,2 33,5 9,8

Belysning och ljuskälla

Högtrycksnatrium

Keramisk metallhalogen

100 W

I enkäten ingick en subjektiv bedömning av vilken effektnivå av högtrycksnatrium som är tillräcklig för att undvika påkörning. Frågan var följande: ”Låtsas att du skall köra bil. Vilken är den mörkaste bilden där du kan se figuren tillräckligt bra för att hinna stanna utan att köra på den?” För avstånden 36 m och 48 m svarar de flesta att 70 W och

50 W effekt på högtrycksnatrium är tillräckligt för att hinna stanna, medan när avståndet är 24 m är 50 W tillräckligt (Figur 7).

Figur 7 Antal svar från webbenkät om vägbelysning på frågan: ”Låtsas att du ska köra bil. Vilken är den mörkaste bilden där du kan se figuren tillräckligt bra för att hinna stanna utan att köra på den?” Bilderna togs under samma förhållande (på samma väg och med samma belysningsstolpar), där belysningseffekten dimmades ned. Figuren stod mittemellan två belysningsstolpar på alla bilder. n=200 (24 m), 209 (36 m) och

207 (48 m).

Jämförelse mellan 100 W högtrycksnatrium och 100 W metallhalogen visar att betydligt fler (62,4–71,6 %), oavsett avstånd till figuren, anser att vägbelysning med keramisk metallhalogen är att föredra när man kör bil för att känna sig bekväm (Tabell 7). När frågan istället gällde vilken belysning man skulle föredra för att undvika att köra på objekt mitt i vägen svarade fortfarande fler att de föredrog keramisk metallhalogen men andelen som föredrog högtrycksnatrium ökade en aningen (Tabell 7).

VTI rapport 722 31

Tabell 7 Webbenkät med jämförelse mellan 100 W högtrycksnatrium och 100 W keramisk metallhalogen som vägbelysning. Svar på frågorna ”Låtsas att du ska köra bil. Vilken vägbelysning skulle du föredra att köra i för att känna dig mest bekväm?” och ”Du fortsätter köra bil. Vilken vägbelysning skulle du föredra att köra i för att undvika att köra på personer mitt i vägen?”. Bilderna som användes var tagna från olika vägsträckor. Bilder som ingick i webbenkäten finns i Bilaga E. n=194 (antalet deltagare som svarade på frågorna).

Fråga Avstånd (m) Keramisk metallhalogen Högtrycksnatrium Vet ej

Mest bekväm vägbelysning 24 71,6 20,6 5,2

36 62,4 28,9 7,7

48 68,6 23,2 7,7

Vilken vägbelysning är att föredra för att undvika köra

på personer mitt i vägen? 24 59,8 27,8 9,8

36 55,2 33,5 10,3

5

Diskussion

Eco-designkraven för väg- och gatubelysning i kombination med målen för energi-effektivisering och ökande elpriser, har gjort det högaktuellt för de som ansvarar för väg- och gatubelysning att vidta åtgärder. Det finns olika strategier för att spara energi på väg- och gatubelysningen, vilka kan delas in i fyra olika områden: förändringar i teknologi (byte av ljuskälla, kontrollfunktioner av belysningsstyrka och energitillgång), förändring i användningsmönster (tidsrelä, fjärrstyrning, och dimning), ändringar i standarder och kontrakt samt ändringar i design (Boyce et al., 2009). Det är framförallt två av dessa som är aktuella för de som ansvara för väg- och gatubelysning:

 att använda ny teknologi, som att installera energieffektivare ljuskällor.  att ändra användningen av belysningen, som att införa styrning.

Projektets syfte är att undersöka ”det egentliga behovet” av vägbelysning. Det finns många olika sätt att energieffektivisera väg- och gatubelysning på (se ovan) men själva grundfrågan är om de behov som finns uppfylls om åtgärderna genomförs.

Denna studie visar att flera av de befintliga belysningsanläggningarna som är under-sökta har potential att minska sin energianvändning genom att sänka effekten och ändå uppfylla de krav som ställs utifrån trafiksäkerhetssynpunkt (krav enligt VGU). Detta eftersom medelluminansmätningar och medelbelysningsstyrkemätningarna vi genom-fört visar att värdena hamnar emellan de klasser som det i dagsläget finns rekommen-dationer om att följa. Ett exempel är Lambohovsleden i Linköping (250 W högtrycks-natrium) där medelluminansen nattetid är 2,5 cd/m2 men gränsen för den högsta luminansklassen är 2,0 cd/m2. Ett dilemma kan vara att vissa belysningsanläggningar måste dimensioneras att ge högre luminans inledningsvis eftersom de försämras ju äldre de blir, och att de har högre luminans än angivet i VGU kan alltså bero på att de är dimensionerade att uppfylla kraven under många år framöver.

Det finns en möjlighet att kraven i VGU är för högt satta och i så fall finns en enorm potential till energibesparingar genom att anpassa kraven till det behov som trafikan-terna har. För att kunna fastställa korrekta nivåer mellan behoven hos trafikantrafikan-terna och belysningsklass krävs fördjupade och omfattande undersökningar av trafiksäkerhet, synbarhet, komfort, framkomlighet och trygghet. Det finns nämligen en hög risk att sänkta belysningsnivåer försämrar synbarheten och trafiksäkerheten. Samtidigt skulle besparingarna på de sänkta belysningsnivåerna kunna användas för att öka belysningen på andra sträckor och därmed påverka trafiksäkerheten på ett positivt sätt, se t.ex. Nygårdhs (2006). Detta beror på att vägbelysning som införs på obelyst väg ger så pass stora olycksreduktioner att de kompenserar för en eventuell ökad olycksrisk där man reducerar belysningsnivån. En sådan åtgärd med sänkning av belysning på vissa sträckor och ökning på andra innebär inte nödvändigtvis att det sammantaget blir en energibesparing, men belysningen kan bli mer energieffektiv med avseende på dess trafiksäkerhetsrelaterade aspekt.

Den här studien har valt ut belysningsanläggningar relativt systematiskt och dessa är förmodligen relativt väl representativa för Sveriges belysningsbestånd. Det är därför högst troligt att det finns ett stort antal överdimensionerade belysningsanläggningar i Sverige, även om mätningar såsom de vi utfört alltid innehåller en viss mätosäkerhet. Det hade varit önskvärt att ha gjort en jämförande studie mellan vilken luminansklass belysningsanläggningen är tänkt att uppfylla under planeringsstadiet, samt mellan de två

VTI rapport 722 33 metoderna som idag används för att uppskatta luminansklass, dvs. luminanskamera och luminansmätare.

På vägar och leder med stora variationer i fordonsintensitet eller gator och vägar med en trafikmiljö som är lättare nattetid än i övrig mörkertrafik, bör man kunna sänka effekten på vägbelysningen till lägre luminansklasser under de tidsperioder då trafikflödet är lågt utan större risker för trafikolyckor, förutsatt att en individuell bedömning görs från fall till fall. Framförallt bör följande fyra faktorer beaktas: fordonstäthet, väderlek, sikt-sträcka och hastighetsgräns. Dessutom bör det tas hänsyn till den allmänna trafiksitua-tionen innan effektändringar införs, så att man exempelvis inte sänker effekten på vägbelysningen när den även förser GC-vägar med belysning. I dagsläget genomför vissa kommuner permanenta sänkningar av effekten på gatubelysningsnätet utan att det sker någon efterkontroll av kravuppfyllnad.

Från webbenkäten där deltagarna fick välja vilken som var den mörkaste bilden av olika effektnivåer på högtrycksnatrium där man tyckte att man såg figuren tillräckligt bra för att hinna stanna utan att köra på den valde nästan lika många 70 W och 50 W när avståndet var 48 m. Antal som valde 50 W effekt ökade med närheten till figuren och vid 24 m avstånd tyckte 46,9 % att 50 W var tillräckligt bra för att undvika påkörning. Detta visar hur avgörande avståndet är för synbarhet vid olika belysningseffekter och därmed också för stoppsträckan. Således bör det vara fullt möjligt och fortfarande trafiksäkert att införa synkroniserade sänkningar av väg- och gatubelysningseffekt och hastighetsgränser ifall man har sådana möjligheter. Eftersom det blir allt vanligare att använda sig av variabla hastighetsgränser är detta något att ha i åtanke för ytterligare energieffektiviseringar av belysningen. Samtidigt bör man välja områden med omtanke när man inför sådana kombinerade sänkningar av hastighet och vägbelysning så att inte känsliga vägzoner och trafiksituationer drabbas.

Genom att applicera olika typer av dimningsschema för befintliga belysningsanlägg-ningar går det att skräddarsy lösbelysningsanlägg-ningar utifrån områdesförutsättbelysningsanlägg-ningar. I denna studie redovisas fyra olika typer av dimningsscheman utifrån olika förutsättningar där

besparingarna i kWh/år ligger på mellan 19–50 %. Att investera i dimningsutrustning är därför att rekommendera som en lämplig åtgärd när man är på väg att byta eller relativt nyligen bytt ut väg- och gatubelysningen eftersom det ger bra möjligheter för att ytterligare spara energi. Eftersom applikationer i form av variabel dimning är relativt nytt finns i dagsläget inga rekommendationer på miniminivåer för väg- gatubelysning. Det vore önskvärt att sådana togs fram utifrån olika förutsättningar för att belysnings-ägare skall ha något att agera utifrån.

Eftersom dimningssystem är relativt ovanligt bland Sveriges belysningsägare jämfört med styrsystem av typen skymningsrelä/fotocell bör det påpekas att det även här finns chans att spara energi genom att exempelvis tända belysningen en timma senare än normalt. Detta har man gjort i Reykjavik som en besparingsåtgärd. Eventuella trafik-säkerhetsaspekter utav senare tändning är dock okända och en eventuell tändning/-släckning senare/tidigare skulle behövt utvärderas innan implementering sker i större skala.

Användningen av luminanskameran gör det möjligt att utvärdera belysningsanlägg-ningarna så att man kan finjustera effekten utifrån luminansnivåerna. Det behövs

ytterligare studier om användningen av luminanskameran innan den går att använda mer effektivt under olika ljuskällor och förhållande. Exempelvis finns i dagsläget ingen studie som undersökt ifall det skiljer sig åt i luminansvärden mellan foton tagna i och emot körriktningen på vägar. I denna studie korrigerades luminansvärdena med hjälp av

en spektralfördelningsmätare. Det vore önskvärt ifall kalibreringsvärden för olika typer av ljuskällor togs fram så att luminanskameran kunde användas utifrån sådana redan framtagna och standardiserade värden. Luminanskameran kommer att ha väldigt många användningsområden i framtiden, t.ex. går det att snabbt och enkelt mäta luminans på vägar, objekt och skyltar där manuella mätningar är omöjliga att genomföra utan att stänga av vägen. Andra användningsområden är mätning av vägmarkeringar, vägmiljö, reklamskyltar och störande belysning såsom bländning från omgivningsmiljön.

I dagsläget pågår forskning (t.ex. Helsingfors Universitet och Oslo kommun) som ämnar utveckla styrning mellan luminansnivå på vägytan och effektnivå på vägbelys-ningen så att effekten på ljuskällan sänks automatiskt t.ex. när det är snö eller blött på vägytan. Detta beror på att även väderleksförhållanden har en icke obetydlig effekt på luminans (Ekrias et al., 2008b). Ekrias et al. (2008b) har uppmätt att medelluminansen var 2,7 respektive 0,5 gånger högre under snöiga väglagsförhållanden jämfört med torrt väglag för högtrycksnatrium respektive keramisk metallhalogen. Därför är det välmoti-verat att anta att man under vinterförhållande kan minska på belysningseffekten utan att riskera hamna på låga värden i medelluminans. Detta borde kunna utnyttjas i en betyd-ligt högre grad än det görs idag i norra delen av Sverige.

Webbenkäten som utfördes visade att synbarhet av en svart figur (mörkklädd person) alltid uppfattades som störst i högsta belysningseffekten, oavsett avstånd men att det är mer oklart när det gäller att jämföra synbarhet mellan högtrycksnatrium och keramisk metallhalogen. På fotografierna när avståndet var 36 m till figuren tyckte 40,7 % att figuren var mer synbar i keramisk metallhalogen än i högtrycksnatriumbelysning (50,5 % tyckte högtrycksnatrium var bättre) medan 54,1 % och 56,2 % tyckte figuren var mer synbar i keramisk metallhalogen på de två övriga avstånden (24 m och 48 m). Det är oklart varför svaren är tvetydiga men faktum var att ordningsföljden i webb-enkäten var i den första jämförelsen 36 m-avstånd medan de två andra avstånden kom i frågorna därefter. Det är möjligt att detta har påverkat resultaten på något sätt.

I en annan jämförelse mellan keramisk metallhalogen och högtrycksnatrium i denna undersökning svarade 62,4–71,6 % att de föredrog keramisk metallhalogen före

högtrycksnatrium för att känna sig bekväma vid bilkörning. Det intressanta var dock att via kommentarerna framkom att de tyckte att figuren i keramisk metallhalogen är upplyst sämre än i högtrycksnatrium-ljuset. En förklaring till detta är att kontrasten mot den ljusare vägytan (jämfört med högtrycksnatrium) gör att den syns bättre i bilden. Vi gjorde inga vertikalbelysningsmätningar så det är osäkert exakt hur ljuset föll på figuren i bilderna. Det finns också möjlighet att folk bedömer omgivningen runt vägen och bakgrunden framför att endast bedöma ”ljuset” när de väljer vilken vägbelysning de föredrar.

Någon tyckte att vägsträckorna inte var riktigt jämförbara pga. att de hade en aning annan kurvning i bakgrunden samt att figuren står lite olika med benen i de två fotona. En annan person tyckte att personen borde synas bättre i det vita ljuset men att den inte gjorde det i jämförelse med det gula ljuset. Det vitare ljuset (keramisk metallhalogen) gör att man kan se färger mer naturtroget och det gör det enklare att se omgivningen medan det gulare ljuset har ”bättre” bakgrundsljus (i fotografierna i denna under-sökning).

Vid planering av webbenkäten antog vi att vägsträckorna med 100 W högtrycksnatrium (Södra Tagenevägen) och 100 W keramisk metallhalogen (Valhallavägen) hade ungefär liknande belysningsstyrka. I efterhand kan man konstatera att vägbelysningen skiljer sig åt i stolpavstånd (Södra Tagenevägen har längre stolpavstånd), samt i medelluminans