مطالعات پژوهشی انجام‌شده در سال‌های گذشته نشان داده‌اند که تفاوت میان روسازی‌های بتنی و آسفالتی تنها به مشخصات سازه‌ای و عمر روسازی محدود نمی‌شود و ویژگی‌های نوری این دو سطح نیز می‌تواند بر طراحی و بهره‌برداری سیستم روشنایی تأثیر بگذارد.پژوهشی که در سال ۲۰۲۰ در Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements منتشر شد، به‌طور مشخص بازتاب نور در روسازی‌های بتنی و آسفالتی را در برابر منابع نوری مختلف، از جمله LED، بررسی کرد. این مطالعه با بررسی ۱۲ نوع سطح روسازی و انجام ۱۲۰۰ اندازه‌گیری روشنایی و درخشندگی، تفاوت آماری معناداری در بازتاب نور میان بتن و آسفالت را گزارش کرد.چرا رنگ سطح جاده برای مهندس برق اهمیت دارد؟آنچه راننده در شب از سطح جاده مشاهده می‌کند صرفاً به مقدار نور خروجی چراغ وابسته نیست؛ بخشی از نور چراغ پس از برخورد با روسازی به سمت چشم راننده بازتاب می‌شود. به همین دلیل در طراحی مبتنی بر درخشندگی (Luminance)، ویژگی‌های بازتابی سطح جاده یکی از پارامترهای مهم محاسبات محسوب می‌شود.
راهنمای رسمی Federal Highway Administration (FHWA) نیز تصریح می‌کند که درخشندگی سطح جاده به مقدار و جهت نور، موقعیت مشاهده‌کننده و ویژگی‌های بازتابندگی روسازی وابسته است. این راهنما همچنین استفاده از درخشندگی را، در موارد امکان‌پذیر، معیار مناسب‌تری برای ارزیابی دید در طراحی روشنایی جاده می‌داند.به بیان ساده، سطح روشن‌تر می‌تواند بخش بیشتری از نور تابیده‌شده را بازتاب دهد و در نتیجه برای دستیابی به سطح دید یا درخشندگی موردنظر، طراح امکان بیشتری برای بهینه‌سازی سیستم روشنایی خواهد داشت.آزمایشی که کاهش تعداد چراغ‌ها را نشان دادیکی از مطالعات مهم در این زمینه، پژوهش W. Adrian و R. Jobanputra با عنوان Influence of Pavement Reflectance on Lighting for Parking Lots است که در سال ۲۰۰۵ توسط Portland Cement Association منتشر شد.پژوهشگران نمونه‌های متعددی از روسازی‌های بتنی و آسفالتی را از نقاط مختلف آمریکای شمالی بررسی کردند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد روسازی‌های بتنی، در شرایط مطالعه، نور بسیار بیشتری نسبت به سطوح آسفالتی بازتاب می‌کنند.اهمیت این مطالعه در آن است که پژوهشگران صرفاً تفاوت ظاهری دو سطح را بررسی نکردند، بلکه اثر این تفاوت را بر طراحی روشنایی نیز مورد توجه قرار دادند.
در یکی از سناریوهای مطالعه، برای دستیابی به عملکرد روشنایی موردنظر، تعداد چراغ‌های موردنیاز برای سطح بتنی کمتر از سطح آسفالتی برآورد شد. این نتیجه نشان می‌دهد که در یک طراحی مشخص، افزایش بازتابندگی روسازی می‌تواند یکی از ابزارهای کاهش تجهیزات روشنایی باشد.با این حال، این عدد نباید به‌عنوان یک ضریب ثابت برای تمام جاده‌ها و بزرگراه‌ها در نظر گرفته شود؛ زیرا مطالعه مذکور مربوط به پارکینگ بوده و هندسه، استاندارد روشنایی و شرایط آن با یک بزرگراه یا معبر شهری متفاوت است.کاهش مصرف برق؛ مهم‌تر از کاهش تعداد پایه‌هااز دیدگاه مهندسی برق، مزیت اصلی روسازی با بازتابندگی بیشتر لزوماً کاهش تعداد پایه‌ها نیست.طراح می‌تواند بر اساس نتایج محاسبات فوتومتریک، یکی از چند راهکار را انتخاب کند:استفاده از چراغ با توان پایین‌تر؛افزایش فاصله میان پایه‌ها در صورت امکان حفظ یکنواختی؛کاهش تعداد چراغ‌ها یا پایه‌ها؛یا ترکیبی از این روش‌ها.
بنابراین ممکن است یک پروژه بتنی دقیقاً همان تعداد پایه‌های پروژه آسفالتی را داشته باشد، اما با چراغ‌های کم‌توان‌تر به سطح عملکرد مشابه برسد.در چنین شرایطی، کاهش مصرف انرژی بدون تغییر تعداد پایه‌ها حاصل می‌شود.FHWA: بازتابندگی روسازی یک پارامتر واقعی در طراحی استموضوع بازتابندگی روسازی صرفاً در مطالعات وابسته به صنعت بتن مطرح نشده است. FHWA سال‌هاست ویژگی‌های نوری روسازی را به‌عنوان یکی از عوامل مؤثر در طراحی روشنایی جاده بررسی می‌کند.این سازمان در بررسی‌های خود اشاره کرده است که جداول قدیمی بازتابندگی روسازی یا R-Tables همیشه قادر به نمایش دقیق شرایط روسازی‌های جدید نیستند و ویژگی‌های سطح، سن روسازی، شرایط خشک یا مرطوب و فناوری‌های جدید روسازی می‌توانند نتایج واقعی را تغییر دهند.همچنین آزمایش‌های FHWA روی شرایط واقعی دید راننده، دو سطح بتن روشن و آسفالت تیره را مقایسه کرده‌اند
و نشان داده‌اند که نوع، رنگ و بازتابندگی روسازی بر کنتراست و قابلیت دید تأثیر دارد.
فناوری LED
اهمیت موضوع را بیشتر کرده استورود گسترده چراغ‌های LED به روشنایی معابر، اهمیت شناخت دقیق رفتار نوری روسازی را افزایش داده است.پژوهش منتشرشده در سال ۲۰۲۰ نشان داد که بازتاب نور روسازی‌های بتنی و آسفالتی در برابر LED با یکدیگر تفاوت دارد و همچنین الگوی بازتاب نور در زوایای مختلف برای منابع LED و منابع نوری سنتی یکسان نیست.این یافته از آن جهت اهمیت دارد که نمی‌توان صرفاً با استفاده از جداول قدیمی، بدون توجه به نوع چراغ و شرایط واقعی روسازی، عملکرد سیستم روشنایی را پیش‌بینی کرد.یک نکته مهم برای پروژه‌های عمرانی ایراننتیجه این پژوهش‌ها نباید به شکل ساده‌سازی‌شده‌ای مانند «جاده بتنی همیشه به تیرهای کمتری نیاز دارد» بیان شود.عبارت فنی و دقیق‌تر این است:روسازی بتنی، در صورت برخورداری از بازتابندگی بالاتر، می‌تواند امکان کاهش توان روشنایی یا بهینه‌سازی تعداد و فاصله تجهیزات روشنایی را فراهم کند؛ اما تعداد نهایی پایه‌ها باید از طریق محاسبات فوتومتریک و بر اساس استاندارد پروژه تعیین شود.این موضوع برای پروژه‌های بزرگراهی، تونلی، فرودگاهی، پارکینگ‌های بزرگ، محوطه‌های صنعتی و سایر فضاهایی که روشنایی شبانه سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را تشکیل می‌دهد، می‌تواند قابل توجه باشد.
از روسازی تا سیستم روشنایی؛
نگاه یکپارچه به طراحیآنچه از مجموعه مطالعات می‌توان دریافت این است که طراحی روسازی و طراحی روشنایی نباید همیشه دو موضوع کاملاً مستقل در نظر گرفته شوند.در یک پروژه جدید، مقایسه همزمان دو گزینه روسازی آسفالتی و بتنی می‌تواند علاوه بر هزینه ساخت و نگهداری، شامل یک مؤلفه دیگر نیز باشد:هزینه و انرژی موردنیاز برای روشنایی در طول دوره بهره‌برداری.در چنین رویکردی، مهندس برق می‌تواند با دریافت مشخصات فوتومتریک واقعی روسازی، سناریوهای مختلفی برای توان چراغ، فاصله پایه‌ها، تعداد تجهیزات و مصرف سالانه انرژی شبیه‌سازی کند.در نهایت، انتخاب روسازی بتنی یا آسفالتی باید بر مبنای مجموعه‌ای از عوامل اقتصادی، سازه‌ای، اقلیمی، ترافیکی، نگهداری و انرژی انجام شود؛ اما پژوهش‌های موجود نشان می‌دهند که ویژگی نوری سطح جاده نیز شایسته آن است که در این محاسبات دیده شود.
جمع‌بندی
شواهد علمی موجود تأیید می‌کنند که بازتابندگی روسازی یک پارامتر واقعی و قابل اندازه‌گیری در طراحی روشنایی معابر است. بتن روشن‌تر، در شرایط مناسب، می‌تواند نور بیشتری را به سمت ناظر بازتاب دهد و از این طریق فرصت کاهش توان مصرفی یا بهینه‌سازی تجهیزات روشنایی را ایجاد کند. مطالعات آزمایشگاهی و پژوهش‌های منتشرشده در مجلات تخصصی نیز تفاوت رفتار نوری بتن و آسفالت را تأیید کرده‌اند.با این حال، تعیین اینکه یک پروژه مشخص چند درصد پایه یا چراغ کمتری نیاز دارد، تنها با انجام محاسبات فوتومتریک همان پروژه امکان‌پذیر است و نمی‌توان یک درصد ثابت را به تمام جاده‌های بتنی تعمیم داد.برای صنعت تأسیسات برق، پیام اصلی روشن است: در طراحی نسل جدید روشنایی معابر، خودِ سطح جاده نیز بخشی از سیستم نوری محسوب می‌شود.
About the Author
