كيف تساهم إضاءة الشوارع LED في تقليل التلوث الضوئي؟

عالم الضوء يلبي احتياجات الناس الوظيفية "رؤية"، ويلعب أيضًا وظيفة زخرفية تتمثل في إبراز الجو البيئي، وتجسيد البيئة الحضرية، وإبراز الشكل ثلاثي الأبعاد. كل مدينة في العالم مضاءة بشكل خافت، والنسيج الحضري أكثر وضوحا، وأضواء المدينة المنقطة تزين الأرض تحت الليل بتألق لا يضاهى.

في الوقت الحاضر، في بيئة معيشية عالية الكثافة، أصبح ذلك رفاهية للناس "أنظر إلى السماء المرصعة بالنجوم". ووفقا للتحليل العلمي، فإن سطوع السماء الناتج عن الإضاءة الاصطناعية في سماء الليل يبلغ 9 أضعاف سطوع الخلفية الطبيعية. قام باحثون في إيطاليا والولايات المتحدة بدراسة بيانات الأقمار الصناعية الخاصة بالتلوث الضوئي في المناطق السكنية والمناطق الصناعية حول العالم، ووجدوا أن السكان في ثلثي العالم لا يمكنهم رؤية سماء الليل المرصعة بالنجوم، خاصة في أوروبا الغربية والولايات المتحدة. حيث لا يستطيع ما يصل إلى 99% من السكان رؤية السماء المرصعة بالنجوم. تم استبدال سماء الليل المرصعة بالنجوم بأضواء الشوارع التي تضيء الشوارع كما لو كانت نهارًا، ولافتات النيون المبهرة، وإضاءة الليزر التي تنطلق في السماء... الملايين من أضواء المدينة تضيء مدننا كل ليلة، ولكن جزءًا فقط من هذا الضوء يستخدم في الواقع لإنارة الشوارع أو الأرصفة - ويضيع الباقي وينعكس فوق الأفق، مما يضيء سماء الليل، مسبباً ما يسمى بالتلوث الضوئي.

تعريف التلوث الضوئي

تعد مشكلة التلوث الضوئي نوعاً جديداً من التلوث البيئي، كما أنها مشكلة دولية. أعطتها الدول حول العالم ألقابًا مختلفة. في أوروبا والولايات المتحدة يطلق عليه "ضوء مزعج"، في اليابان يطلق عليه "التلوث الضوئي"، وفي الصين يطلق عليه عمومًا "التلوث الضوئي" أو "التلوث الضوضائي والضوئي". مشكلة التلوث الضوئي تنطوي على نطاق واسع، وهناك العديد من تخصصات التصميم، والمشاكل معقدة نسبيا. هناك آراء مختلفة حول تعريف وفهم التلوث الضوئي في الدوائر النظرية في الداخل والخارج.

يتميز التلوث الضوئي بالخصائص التالية:

1. على المستوى الفني، يتجاوز التلوث الضوئي الناتج عن الإضاءة الاصطناعية بعض المعايير الدولية أو المحلية من حيث الكمية واللمعان والشدة وغيرها من قياسات وحسابات الإضاءة؛

2. على المستوى الذاتي، لا يؤثر التلوث الضوئي على مشاعر الإنسان الفسيولوجية واحتياجاته الجمالية فحسب، بل يؤثر أيضًا على مشاعر الإنسان النفسية وأفكاره الجمالية، كما يهدد توازن البيئة الطبيعية. والبيئة؛

3. نطاق التأثير، يشير التلوث الضوئي إلى جزء التلوث الضوئي الذي لا يقع خارج المنطقة المستهدفة أو الحدود. التلوث الضوئي، بالمعنى الواسع، هو مصطلح عام للآثار السلبية للإشعاع الضوئي المفرط، بما في ذلك الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، على صحة الإنسان والبيئة المعيشية للإنسان.

التلوث الضوئي في الإضاءة الليلية في المناطق الحضرية

يشمل التلوث الضوئي في الإضاءة الليلية الحضرية بشكل أساسي تلوث الضوء في الغلاف الجوي، وتسلل الضوء، والوهج، وما إلى ذلك.

1) التلوث الضوئي في الغلاف الجوي

تحت تأثير انعكاس وانتشار الغبار أو بخار الماء أو الجزيئات العالقة الأخرى، يدخل الضوء الاصطناعي المتولد على الأرض إلى الغلاف الجوي ويتسبب في توهج السماء فوق المدينة، وهو ما يسمى تلوث الضوء الجوي.

هناك سببان رئيسيان للتلوث الضوئي في الغلاف الجوي: الأول هو دخول الضوء المباشر إلى الغلاف الجوي؛ والآخر هو أن الضوء يدخل إلى الغلاف الجوي بسبب انعكاس الأرض أو الأسطح العاكسة الأخرى.

2) تدخل الضوء

يشير تسرب الضوء إلى ظاهرة أن الضوء المباشر المجاور أو الضوء المنعكس يتجاوز النطاق الذي يجب إضاءته، ويضيء أشياء أخرى حوله وينتج عنه تأثيرات ضارة.

3) الوهج

الوهج يأتي بشكل رئيسي من رؤية الوهج مباشرة في مجال الرؤية. يمكن أن يسبب الوهج عدم الراحة البصرية، والانزعاج، والتعب، وما إلى ذلك، وفي الحالات الشديدة، فإنه سيضر بالبصر وحتى يسبب مخاطر على السلامة. يمكن أن تكون إضاءة الطريق، وإضاءة الأمان، والإضاءة الرياضية، وإضاءة الإعلانات واللافتات، والمصابيح الأمامية للسيارات مصادر للتوهج، والذي يكون أكثر وضوحًا في الليل عندما تصبح البيئة المحيطة أكثر قتامة. يكون خط رؤية الأشخاص'أفقيًا بشكل عام. عندما تكون الزاوية بين الاتجاه الطبيعي للمصباح والمستوى الأفقي صغيرة أو عندما ينبعث المصباح الكثير من الضوء في هذا الاتجاه، فسوف يتداخل بشكل خطير مع الراحة أو الأنشطة العادية للأشخاص. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تباين السطوع المفرط سوف ينتج عنه وهج أيضًا. عندما ينقل الأشخاص أعينهم من الأجسام شديدة السطوع إلى الخلفية المظلمة خلفهم بسرعة معينة، فإن أعينهم لن ترى بوضوح لفترة معينة من الزمن. لذلك، من المهم جدًا التحكم في السطوع وتجانسه في الإضاءة الخارجية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاستخدام العشوائي للضوء الملون في إضاءة المشهد الليلي سوف يتداخل أيضًا مع الحكم الطبيعي للسائق على إشارات المرور والمناظر المحيطة.

مخاطر التلوث الضوئي

(一) الإضرار بالمحيط الحيوي

1. التأثير البشري

① الأضرار التي لحقت البصر

② عدم التوازن الصحي

③نفاد الصبر العاطفي

④تقليل الشعور بالأمان

2. التأثير على الكائنات الطبيعية

①الحيوانات

مع زيادة الإضاءة الليلية، تواجه الحيوانات الليلية صعوبة في التكيف مع الإضاءة الساطعة في الليالي، ويتسبب الارتباك في الوفاة على نطاق واسع واضطراب التمثيل الغذائي، ويقلل الإنتاجية.

② النباتات

إن التعرض طويل الأمد لأضواء الشوارع ليلاً يجعل النباتات تقضي وقتًا طويلاً "يوم"، لذا يتقدمون في السن مبكرًا.

(ج) الإضرار بالحياة الاجتماعية

① تعريض السلامة المرورية للخطر

الوهج والفيضانات الخفيفة وتسلل الضوء الناجم عن التلوث الضوئي لا يتداخل فقط مع إيقاعات الساعة البيولوجية للأشخاص، بل يقلل أيضًا من كفاءة عمل السائق ويسبب حوادث مرورية، وما إلى ذلك. مما يؤثر على عمل السائق ويعرض السلامة المرورية للخطر.

② تؤثر على المراقبة الفلكية

ومع زيادة سطوع السماء، لا يستطيع التلسكوب تصفية الضوء بخصائص طيفية معينة في السماء، وسيؤثر الضوء المباشر للإضاءة الحضرية بشكل مباشر على أنشطة الرصد الفلكي، مما يجعل المرصد يضطر إلى الانتقال إلى مناطق نائية بعيدة عن المدينة.

③ فقدت سماء الليل الجميلة

في سماء الليل الزرقاء الداكنة، تصبح النجوم المتلألئة بطل البيئة الليلية وأثمن الموارد الطبيعية للبشر. لا ينبغي للبشر تطوير تكنولوجيا الإضاءة المتقدمة على حساب فقدان سماء الليل الجميلة.

④ هدر الطاقة

يهدر التلوث الضوئي الكثير من موارد الطاقة. عندما لا يتم ضبط زاوية تجهيزات الإضاءة بشكل صحيح، أو لا يضيء الضوء على الهدف المقصود، أو يضيء مصدر الضوء في السماء، فسوف يتسبب ذلك في إهدار الطاقة.

(3) الإضرار بالبيئة الحضرية

①التأثير على المشهد الليلي الحضري

الإضاءة الزخرفية التي ليس لها أي غرض أو تفتقر إلى التعبير الفني من المرجح أن تشكل ضوءًا غامقًا، مما يضر بالمنظر الليلي للمدينة، ومزعجًا.

② التأثير على المناخ الحضري

وقد أدت النفايات الغازية المنبعثة من إنتاج الطاقة إلى تفاقم اتجاه ارتفاع درجات الحرارة العالمية، مما أدى إلى "تأثير الجزيرة الحرارية"وتشكلت أيضًا أمطار حمضية مستمرة في المدن، مما أدى إلى تدهور البيئة الحضرية.

تحليل سبب التلوث الضوئي في المشهد الليلي في المناطق الحضرية

1. عدم وجود تخطيط شامل للإضاءة

2. نقص الوعي بالعلوم الإنسانية وحماية البيئة

3. - عدم صيانة وإدارة معدات الإضاءة

4. عدم وجود تحسن فني

5. استثمار رأس المال غير المستقر

كيفية جعل أضواء الشوارع تقلل من التلوث الضوئي؟

في حين أن العديد من العوامل تساهم في التلوث الضوئي، فإن إضاءة الشوارع تضمن الرؤية والسلامة وهي ضرورية في البيئات الحضرية. وبما أنه لا يمكن تقليل عدد المصابيح، فمن الأفضل تصميم وتحسين تكنولوجيا مصابيح الإضاءة من النهاية، وهذا هو الدور الرئيسي الذي يلعبه مصنعو المصابيح والمهندسون المعماريون والمصممون. مع استمرار صناعة الإضاءة في التحول بعيدًا عن مصادر الإضاءة التقليدية مثل الصوديوم عالي الضغط أو الهاليدات المعدنية للإضاءة الخارجية، هناك اهتمام متزايد بطرق تقليل التلوث الضوئي الناتج عن تركيبات LED الخارجية.

نشر مركز الأبحاث الألماني لعلوم الأرض GFZ مؤخرًا دراسة حول إضاءة الشوارع الحضرية في توكسون، أريزونا، مما يوفر نظرة ثاقبة حول كيف يمكن للتصميم الجيد لمصابيح LED تقليل التلوث الضوئي. تعد توسون في طليعة التحول إلى مصابيح LED، حيث تمت ترقية جميع مصابيح الشوارع تقريبًا لتشمل الاتصالات اللاسلكية وقدرات التعتيم. أُجريت الدراسة على مدار 10 أيام في شهري مارس وأبريل 2019، باستخدام القمر الصناعي Suomi National Polar Orbiting Partnership (NPP) للحصول على صور لمنطقة توكسون ليلاً. في بعض الليالي، تم ضبط مستويات الإضاءة لحوالي 14000 من إجمالي 19500 مصباح شوارع على السطوع الكامل، وفي ليالي أخرى تم ضبط السطوع على السطوع الكامل.

تُظهر هذه الصور، التي التقطها القمر الصناعي Suomi NPP التابع لناسا، أضواء الشوارع مضاءة ليلاً في توكسون مضبوطة على سطوع كامل وسطوع بنسبة 30 بالمائة.

وخلص فريق البحث إلى أن حوالي 20 بالمائة من الإضاءة الليلية في توكسون تُعزى إلى إضاءة الشوارع، بينما يتم توليد الباقي عن طريق اللافتات والواجهات ونوافذ المتاجر والملاعب الرياضية والمزيد. وإذا أمكن نقل هذه الاستنتاجات إلى مدن أخرى، فإنها ستثبت مدى انتشارها. ما هي مشاكل التلوث الضوئي المحتملة التي يمكن حلها عن طريق تصميم إضاءة LED.

يمكن القول إن الأداة الأكثر أهمية في ترسانة مصمم وحدات الإنارة'عندما يتعلق الأمر بتقليل التلوث الضوئي أو الضوء الشارد تُعرف باسم "BUG" التصنيف الذي يرمز إلى الإضاءة الخلفية والشعاع العالي والوهج. تم تطوير نظام تصنيف الأخطاء بشكل مشترك من قبل جمعية هندسة الإضاءة (IES) والجمعية الدولية للسماء المظلمة (IDA) لتوفير طريقة متسقة لتقييم كمية الضوء الشارد المتسرب من الإضاءة الخارجية.

يعد الضوء الشارد في البيئات الخارجية أمرًا غير مرغوب فيه ليس فقط لأنه يتسبب في توهج السماء، ولكن أيضًا لأنه يسبب استهلاكًا غير ضروري للطاقة. تشمل أمثلة الضوء الشارد التعدي (أي الضوء المنبعث في أماكن غير متوقعة، مثل دخول مصباح الشارع إلى نافذة قريبة)، والزجاج الذي يساهم في السماء، والوهج (أي وجود الكثير من الضوء على مستوى العين الذي يسبب عدم الراحة أو الرؤية). ضعف).

تعتمد تقييمات الأخطاء على مخرجات اللومن المقاسة في كل منطقة من المناطق الثلاث الموضحة في الرسم البياني أدناه.

يتم اشتقاق تقييمات الأخطاء من مخرجات اللومن المقاسة لكل منطقة من هذه المناطق.

الإضاءة الخلفية، كما يوحي الاسم، تشير إلى الضوء المنبعث خلف معدات الإضاءة. وتنقسم منطقة الإضاءة الخلفية أيضًا إلى أربع مناطق فرعية، تتوافق مع زوايا الانبعاث من 0 درجة (أي الضوء الذي يشير إلى الأسفل نحو الأرض) إلى 90 درجة (أي الضوء الذي يشير في الغالب إلى الخارج بالتوازي مع الأرض). وبالمثل، تنقسم منطقة الوهج أيضًا إلى أربع مناطق فرعية تتوافق مع الزيادة في زاوية الانبعاث من الوهج المنخفض إلى الوهج العالي. تتكون منطقة الإضاءة العلوية من منطقتين فرعيتين فقط، واحدة للضوء الموجه بشكل رئيسي إلى الأعلى والأخرى للضوء الموجه بشكل رئيسي إلى الخارج.

يتم تحديد تصنيف الأخطاء بناءً على وحدات اللومن المقاسة لكل قسم من الأقسام المذكورة أعلاه في جدول البحث المقدم في IES TM-15-11 (نظام تصنيف وحدات الإنارة لوحدات الإنارة الخارجية)، مع تعيين قيمة لكل معلمة من 0 إلى 5 . على سبيل المثال، قم بتعيين فئة BUG B0 U0 G0 إلى وحدة إنارة ذات خرج ضوء عالي الاتجاه للأسفل. سيتم تعيين مستوى BUG من B2 U0 G2 إلى وحدة الإنارة التي تبعث معظم الضوء الناتج إلى الأمام والخلف، ولكن ليس إلى الأعلى. لاحظ أن تصنيف الأخطاء هو أحد العوامل فقط في تحديد ما إذا كانت وحدة الإنارة مناسبة لتطبيق إضاءة معين، ولكن بشكل عام، كلما انخفض تصنيف الأخطاء، انخفض احتمال التلوث الضوئي.

من منظور التصميم، هناك ثلاث خطوات لتقليل التلوث الضوئي: استخدام الألوان الدافئة، وتعتيم الضوء، والحجب. أولاً، بدلاً من استخدام الضوء الأزرق - الضوء الأزرق له تأثير أكبر على إيقاع الساعة البيولوجية - يوصى باستخدام مصابيح LED ذات درجة حرارة منخفضة، والتي تضيء بألوان أكثر نعومة أو صفراء أو حمراء (عادة لا تزيد عن 3000 كلفن). بالإضافة إلى أنها تتمتع بنفس كفاءة الطاقة وسعر مشابه للبدائل الزرقاء، فإن هذه المنتجات تشتت ضوءًا أقل وبالتالي فهي أكثر ملائمة للسماء ليلاً. بالإضافة إلى ذلك، ومن أجل الاستدامة على المدى الطويل، يجب أن تكون مستويات الإضاءة معتدلة وموحدة ومطابقة للاستخدام والمنطقة والوقت من اليوم وحركة المرور. في الواقع، يمكن أن تكون معظم الأضواء الخارجية خافتة بنسبة 25% دون أي فقدان للرؤية.

عامل رئيسي آخر: التأكد من توجيه الضوء بشكل فعال إلى نقطة الوجهة، بدلاً من نشر الضوء عبر السماء. كيف؟ يجب أن تحجب جميع وحدات الإنارة أو تمنع تسرب الضوء إلى الأعلى بشكل كامل. وبهذه الطريقة، لا يتم تسليط الضوء لأعلى، بل لأسفل - ويفضل أن يكون ذلك بزاوية ضيقة، مما يقلل من الوهج فوق المدينة.

فيما يتعلق بالتكنولوجيا، ينبغي اعتماد تدابير الوقاية والسيطرة التالية للتلوث الضوئي الناتج عن إضاءة المشهد الليلي في المناطق الحضرية:

A. الطريقة الأساسية للتحكم في التلوث الضوئي هي توفير تصميم معقول لإضاءة المشهد الليلي. يجب أن يعتمد التحكم في إضاءة المشهد الليلي الحضري على الإدارة المركزية الذكية والتحكم اللامركزي. على سبيل المثال، يمكن استخدام الوضع العادي ووضع العطلة ووضع المهرجان الرئيسي للإضاءة الكاشفة، ويمكن استخدام مفاتيح توقيت الكمبيوتر الصغير أو مفاتيح إيقاف تشغيل التوقيت التي يتم التحكم فيها بالضوء للإعلان والديكور وإضاءة الطريق والإضاءة الكاشفة.

B. تخصيص وقت إطفاء الأضواء وتقليل وقت تشغيل الأضواء. يمكن إيقاف تشغيل الإعلانات والديكور وإضاءة الطرق والإضاءة الكاشفة للمباني أو إيقاف تشغيلها جزئيًا بعد منتصف الليل، الأمر الذي لا يوفر الطاقة فحسب، بل يقلل أيضًا من التلوث الضوئي ويطيل عمر خدمة تركيبات الإضاءة.

C. استخدم مصابيح LED عالية الكفاءة لتحسين كفاءة الإضاءة الكاشفة. الحد من المناطق الحضرية "تأثير الجزيرة الحرارية" وحماية البيئة الايكولوجية الحضرية.

D. أفضل طريقة للحد من الضوء الشارد هي استخدام المصابيح المقطوعة أو تركيب الشبكات وألواح التظليل والأغطية الواقية وما إلى ذلك. لمصدر الضوء للتحكم بشكل فعال في زاوية التظليل لتركيبات الإضاءة ومنع الضوء المباشر من الهروب والوهج. بالنسبة للمباني ذات الأضواء الكاشفة، يتم اعتماد طريقة تسليط الضوء من الأعلى إلى الأسفل لمنع هروب الضوء المنعكس؛ بالنسبة للمباني ذات الجدران الساترة الزجاجية الكبيرة، يمكن استخدام نقل الضوء الداخلي لتسليط الضوء على صورة المبنى.

E. يعد البناء الآمن والموثوق أيضًا أحد التدابير الفعالة لضمان جودة الإضاءة الليلية في المناطق الحضرية ومنع التلوث الضوئي والسيطرة عليه. موقع المصباح والتحكم فيه. لا يمنع الإعداد المعقول للمعدات تلوث الضوء الشارد فحسب، بل يمنع أيضًا التلوث البصري الناجم عن تعرض المصابيح ومعدات التحكم. وفي الوقت نفسه، تمنع إجراءات حماية المبنى أثناء التثبيت أيضًا الإضرار بالمناظر الطبيعية الحضرية وواجهة المبنى نفسه، مما قد يتسبب في تلوث المناظر الطبيعية البصرية.

F. تعد الصيانة اليومية لمصابيح ومعدات الإضاءة الليلية الحضرية مثل الإعلانات والديكورات والطرق والمباني أحد الإجراءات الفعالة لمنع التلوث الضوئي، كما أنها ضمانة مهمة لمنع السقوط وإيذاء الأشخاص وحوادث التسرب الكهربائي. وتلوث المناظر الطبيعية الحضرية.

ونظرًا للدور الذي يمكن أن يلعبه التصميم، فإننا نقدم العديد من الأمثلة الملهمة لمصابيح الشوارع التي يشتمل تصميمها على واحدة أو أكثر من النقاط المذكورة أعلاه، مما يساهم بشكل إيجابي في تقليل التلوث الضوئي.

1. مصباح الشارع LED CHZ-GD32

وحدة الإنارة تصدر وحدة الإنارة هذه شعاعًا متناظرًا إلى الأسفل بدون وهج. يمنع الغطاء العلوي ذو الحافة العريضة الضوء من الانطلاق إلى الأعلى، في حين أن الانعكاسات المطلية بالورنيش تخلق توزيعًا مريحًا ومنتشرًا للضوء. يقوم نظام التحكم الذكي بتخصيص وقت تبديل الأضواء، مما لا يوفر الطاقة فحسب، بل يقلل أيضًا من التلوث الضوئي.

2. CHZ-ST29  أدى ضوء الشارع

تستخدم وحدة الإضاءة هذه، البسيطة والعملية، وحدات LED متعددة الرقائق، +-15 لإلقاء ضوء ناعم ومنتشر ومائل على الطريق.