Návrh osvetľovacej sústavy krátkeho tunela sa neobíde bez teórie a praxe

Nedostatočné prepojenie teórie a praxe sa prejavilo aj pri obnove osvetlenia v krátkom tuneli Stratená. Predmetnej tematike už bolo venovaných niekoľko článkov v odborných časopisoch v štádiu obstarávania, ale aj v štádiu riešenia projektu s názvom Obnova tunela Stratená v celkovej hodnote 957 127,72 eur bez DPH (bližšie pozri Oznámenie 17858 – DOP, Vestník č. 83/2021 z 08. 04. 2021)

Chronológia obnovy tunela Stratená

Žiaľ, na projektovanie osvetlenia cestných tunelov neexistuje európska norma a v najbližšom čase sa ani nepočíta s jej návrhom. Národné normy vychádzajú z technickej správy, ktorú CEN schválil 10. novembra 2001. Pretože na Slovensku neexistuje technická norma ², ktorá by poskytla návod na osvetlenie cestných tunelov, bola na základe požiadavky TK 108 Svetlo a osvetlenie ÚNMS SR prevzatá do sústavy slovenských technických noriem 1. marca 2009 technická správa TNI CEN/CR 14380 Osvetlenie.

Osvetľovanie tunelov. Táto technická správa ukázala, okrem iného, aj rozdiel medzi dlhými (s dĺžkou nad 3 000 m), resp. strednými (s dĺžkou od 500 do 3 000 m) a krátkymi tunelmi (do dĺžky 500 m). V prípade tunelov s dĺžkou od 500 m sa berie do úvahy pozitívny kontrast jasu medzi prekážkou (všeobecne máme na mysli osobné alebo nákladné vozidlo) vo vnútri tunela a vozovkou, v prípade krátkeho tunela do dĺžky 500 m, ak nie je zvisle alebo vodorovne zakrivený, sa zvažuje, naopak, negatívny kontrast jasu.

Prax ukázala, že osvetlenie krátkeho tunela s podporou svetelného bazéna predstavuje úspornú alternatívu ku konvenčnému dennému prevádzkovému osvetleniu cestných tunelov. Úlohou tohto netradičného a inovatívneho riešenia osvetlenia je zaručiť viditeľnosť prekážok z pohľadu vodiča v prvej polovici krátkeho tunela zvýšením jasu ich pozadia, t. j. zvýšením ich negatívneho kontrastu jasu. Dostatočná viditeľnosť prekážok v druhej polovici tunela je zaručená denným svetlom prenikajúcim do tunela výjazdovým portálom. Tým vznikne vnem dvoch na seba nadväzujúcich kratších tunelov.

Vybavenie tunela. Svetelná technika. Osvetlenie tunela). Oba dokumenty sú metodicky zhodné, avšak pracovný postup návrhu tzv. svetelného bazéna (v pracovnom preklade sa používa aj svetelná kaluž alebo svetelné vzdúvadlo, resp. aj svetlíkový úsek) a doplnkového denného osvetlenia obsahuje iba RVS 09.02.41.

Postupnosť krokov návrhu osvetlenia krátkeho tunela podľa tohto predpisu som priblížil v metodickej príručke MP Požiadavky na osvetlenie cestných tunelov realizovaných a prevádzkovaných v podmienkach NDS, a. s.³, platnej od 1. mája 2015. V pracovnej verzii MP v roku 2014 som uviedol aj vzorový výpočet normálneho osvetlenia krátkeho tunela Stratená a dlhého tunela Višňové s využitím LED svietidiel FLOWSTAR.

Na výpočet normálneho osvetlenia krátkeho aj dlhého tunela som použil softvérový produkt ReluxTunel. Popritom som pri výpočte osvetlenia krátkeho tunela Stratená v spolupráci so spoločnosťou Relux Informatik, AG, so sídlom v švajčiarskom meste Münchenstein – Bazilej, modifikoval niektoré články Príručky softvéru ReluxTunel.

V apríli 2019 som sa stretol v Bratislave s pracovníkmi Slovenskej správy ciest (SSC) Košice, úseku investičnej výstavby, so zámerom prípravy výzvy na predkladanie ponúk projektu Obnova tunela Stratená (obr. 3). Spolu sme hľadali spôsob minimalizácie investičných nákladov na sanáciu osvetlenia krátkeho tunela Stratená, ktorý by v ňom nespôsobil vyššie prevádzkové náklady.

Po odbornej diskusii, v ktorej som prezentoval vzorový výpočet normálneho osvetlenia krátkeho tunela Stratená z októbra 2014, sme došli k záveru, že iba osvetľovacie zariadenie so svetelným bazénom na platforme LED symetrických tunelových svietidiel zabezpečí viditeľnosť potrebnú na plynulú a bezpečnú premávku v predmetnom tuneli a zrakovú pohodu účastníkov cestnej premávky pri minimálnych investičných a prevádzkových nákladoch.

Naopak, adaptačné osvetlenie tunelovej rúry z obidvoch dopravných smerov dvojpruhovej cestnej komunikácie s dĺžkou 324 m, ktorá nie je zvisle a ani vodorovne zakrivená, je z každého hľadiska neakceptovateľné. V júni 2019 som s podporou modifikovaného softvéru ReluxTunel našiel medzi produktmi štandardného typového radu LED modulov, prezentovaného katalógom LEDiL, kap. STREET & AREA LIGHTING, vhodné krivky svietivosti na osvetlenie vozovky v pásme svetelného bazéna, doplnkového denného osvetlenia a prejazdového osvetlenia tohto tunela.

Následne som určil Požiadavky na obstaranie LED symetrických tunelových svietidiel na osvetlenie krátkeho tunela Stratená. V tom istom mesiaci som odovzdal požadovanú dokumentáciu firme ELHYCO, s. r. o., na spracovanie kapitoly Umelé osvetlenie a vnútorné silové rozvody a prekládka telekomunikačného kábla pre súťažné podmienky na účely prípravy výzvy na obnovu tunela Stratená formou verejného obstarávania.

Dňa 19. septembra 2019 bola táto výzva zverejnená vo Vestníku verejného obstarávania. V decembri 2019 po vyhodnotení verejného obstarávania, ktorého sa zúčastnilo 9 uchádzačov, podpísala SSC zmluvu o dielo so spoločnosťou TUBAU, s. r. o.

Čo bolo ďalej?

Dňa 14. februára 2020 som odovzdal firme ELHYCO, s. r. o., kontakty pracovného tímu, ktorý sa podieľal na príprave podkladov kap. Umelé osvetlenie a vnútorné silové rozvody a prekládka telekomunikačného kábla pre súťažné podmienky, ktoré požadovala spoločnosť TUBAU, s. r. o., od tejto firmy. Kontakty potrebovala stavebná spoločnosť, aby mohla realizovať umelé osvetlenie tunela vlastnými pracovníkmi.

Dňa 13. mája 2020 som absolvoval stretnutie so zástupcami spoločností TUBAU, a. s., Amberg Engineering Slovakia, s. r. o., ELTODO SK, a. s., a ELHYCO, s. r. o. Zámerom tohto stretnutia bolo okrem iného overiť možnosti zníženia investičných nákladov na sanáciu osvetlenia tunela. Spolu so zástupcami ELHYCO, s. r. o., som zaujal stanovisko, že všetky cenové rezervy boli vyčerpané pri definovaní súťažných podmienok, čo sa odrazilo aj v predpokladanej cene obnovy tunela na úrovni 1,25 mil. eur bez DPH.

Zástupca spoločnosti TUBAU, a. s., však požiadal firmu ELHYCO, s. r. o., aby projekt osvetlenia krátkeho tunela Stratená ⁴ prepracovala a predložila výkaz výmer s alternatívou adaptačného osvetlenia, čo som ja ako spracovateľ projektovej dokumentácie (PD) osvetlenia krátkeho tunela Stratená odmietol. Dňa 1. júna 2020 nadobudol platnosť technický predpis TP 115 Osvetlenie cestných tunelov, stále však platí, že pokiaľ nebude zrušená platnosť TNI CEN/ CR 14380 Osvetlenie.

Osvetľovanie tunelov, je technický predpis TP 115 v sporných článkoch s TNI CEN/CR 14380 neplatný. Napriek tomu však vraj vznikla nutnosť prepracovania projektu osvetlenia tunela Stratená. Autor TP 115 však opomenul, že v článku 3.17.1 uviedol, že Zabezpečenie vhodného spôsobu osvetlenia krátkych tunelov cez deň závisí od konkrétnej situácie a možno ho uskutočniť s použitím pásiem osvetlenia krátkeho tunela (bod b) v súlade s RVS 09.02.41.

Projekt, ktorý bol súčasťou dokumentácie na predkladanie ponúk obnovy tunela Stratená, však je v zhode s TNI CEN/CR 14380, s pásmami osvetlenia krátkeho tunela podľa najnovšej verzie rakúskeho technického predpisu RVS 09.02.41 a s MP Požiadavky na osvetlenie cestných tunelov realizovaných a prevádzkovaných v podmienkach NDS, a. s.

To znamená, že projekt zverejnený 19. septembra 2019 vo Vestníku verejného obstarávania nebol v rozpore s článkom 3.17.1 technického predpisu TP 115. Treba ale pripomenúť, že TP 115 neobsahuje konkrétny postup návrhu osvetlenia krátkeho tunela.

Navzdory tomu sa 8. októbra 2020 objavila firma LED SOLAR TRADE, ktorá bez verifikácie čiastkových skúšok vzorky protismerného tunelového svietidla LED TL-SQ poskytla firme ELHYCO, s. r. o., katalógový list „vyplnený“ podľa Požiadaviek na obstaranie LED symetrických tunelových svietidiel… bez pokrytia skúšobnými protokolmi.

No aj tak, v prípade jednej tunelovej rúry s obojsmernou premávkou, je použitie protismerného osvetlenia so samostatnou ovládacou jednotkou DALI neprípustné. Namieste je však otázka, ktoré skúšobné laboratórium, neakreditované SNAS, poskytlo ELUMdata LED TL-SQ svietidla bez CE označenia. Moje stanovisko k prepracovanému projektu osvetlenia krátkeho tunela Stratená bolo uverejnené v odbornom časopise Jemná mechanika a optika (JMO)⁶.

Na základe mojich poznámok zhrnutých v JMO a šetrenia SSC Košice, úseku investičnej výstavby, prepracovanú PD stavby, ktorú zhotoviteľ odovzdal po 12 mesiacoch od podpísania zmluvy, SSC zamietla. V apríli 2021 prišla na scénu firma VOLTATECH, a. s., zaoberajúca sa servisnými a montážnymi prácami technologických zariadení cestných tunelov, ktorá v spolupráci s ELHYCO, s. r. o., zahájila realizáciu kap. Umelé osvetlenie a vnútorné silové rozvody a prekládka telekomunikačného kábla podľa zmluvy o dielo podpísanej medzi SSC a spol

Ako to dopadlo?

V krátkom tuneli Stratená sú inštalované kufríkové (36 ks svetelný bazén a 16 ks doplnkové denné osvetlenie; spolu 52 ks) a lineárne LED svietidlá (40 ks prejazdové osvetlenie), ktoré boli dodané s integrovanou ovládacou jednotkou DALI. Treba poznamenať, že svetelnotechnický projekt bol vypracovaný 12. júna 2019, avšak k rekonštrukcii osvetlenia tunela pristúpila firma VOLTATECH, a. s., až v apríli 2021, preto projektant objektu ELHYCO, s. r. o., využil ponuku spoločnosti Broll Systemtechnik, KG, a nahradil pôvodné symetrické LED moduly modulmi s inovovanými čipmi s totožným rozložením svietivosti, avšak s vyššími mernými výkonmi a následne inými príkonmi.

Konkrétne kufríkové svietidlá s max. príkonom 160 W (pôvodný príkon bol 231 W) a merným výkonom 155 lm/W a lineárne LED svietidlá s max. príkonom 100 W (pôvodný príkon bol 90,1 W) a merným výkonom 125 lm/W. Ich skutočný účinník je min. 0,95. (Pozn.: Broll Systemtechnik, KG, pravidelne po dvoch rokov zavádza do výroby nové inovované moduly.).

Konštrukčné riešenie kufríkového svietidla s LED modulom 4 × 16 čipov a lineárneho svietidla s LED modulom 3 × 16 čipov je stavebnicové. Rozmery kufríkového svietidla sú 690 × 500 × 168 mm a lineárneho svietidla 1 480 × 182 × 120 mm, ich hmotnosť je cca 24 kg. Podľa druhu ochrany pred zásahom elektrickým prúdom patria tieto svietidlá do triedy I, ich trieda krytia je IP66 a sú chránené proti prúdu tlakovej vody 6 barov. Na vyhotovenie telesa, bezpečnostných zámkov a montážnych držiakov oboch svietidiel sa použila nehrdzavejúca oceľ, elektrolyticky leštená, s číslom materiálu 1.4571.

Kryt s bezpečnostným sklom je uchytený zámkami, ktoré sú navrhnuté tak, aby umožňovali otváranie a zatváranie krytu na oboch pozdĺžnych stranách svietidiel a zároveň aby v otvorenom stave zabránili oddeleniu krytu od telesa svietidla. Kufríkové, ako aj lineárne LED svietidlá majú patentovaný teplotný manažment, sú určené pre teplotu okolia od -30 °C do +40 °C.

Sú vybavené aj zariadením na vyrovnanie tlaku. Rýchle vizuálne prehliadky prevádzky kufríkových svietidiel možno pritom vykonať bez ich otvorenia, pomocou kontrolky spozorovateľnej zvonka. Pri náhradnej teplote chromatickosti Tcp = 4 000 K je ich všeobecný index podania farieb Ra > 70.

Maximálna odchýlka Tcp LED čipov je ±200 K. Pri predpokladanej životnosti 80 000 h a prevádzkovej teplote okolia 25 °C je pokles počiatočného svetelného toku použitých LED modulov charakterizovaný hodnotou L80/B10. Záručná doba oboch symetrických LED svietidiel je 9,2 rokov

Svetelný stred prvého prejazdového svietidla sa nachádza 10 m od portálu a posledného svietidla 314,20 m od portálu v smere staničenia. Svetelný stred prvého svietidla na doplnkové denné osvetlenie je umiestnený 96,00 m od portálu a posledného svietidla 134,50 m od portálu. Za svetelným bazénom sú svetelné stredy svietidiel na doplnkové denné osvetlenie umiestnené od kóty 187,50 m po kótu 226,00 m za portálom.

Svetelný stred prvého svietidla na osvetlenie svetelného bazénu sa nachádza 140,00 m od portálu a posledného svietidla 182,00 m od portálu v smere staničenia. Rozstupy medzi svietidlami na prejazdové osvetlenie sú 7,8 m, medzi svietidlami na doplnkové denné osvetlenie 5,5 m a medzi svietidlami v pásme svetelného bazéna 1,2 m. Celkový počet inštalovaných svietidiel v tuneli Stratená je 92 ks.

Pri návrhovej rýchlosti 70 km/h sa jas svetelného bazéna a doplnkového denného osvetlenia môže znižovať iba na úroveň 50 % nastaveného svetelného výkonu; nočné osvetlenie prejazdového pásma sa znižuje takisto na úroveň 50 % denného osvetlenia.

Obojsmerné dopravné gombíky pre vodiace osvetlenie komunikácie v tuneli sú umiestnené pri hrane núdzových chodníkov, a to tak, že v smere staničenia na pravej strane vozovky (17 ks) vyžarujú svetlo bielej farby a na ľavej strane vozovky (17 ks) oranžovej farby, obdobne to platí aj pri vjazde do tunelovej rúry cez východný portál.

Rozstupy medzi dopravnými gombíkmi sú približne 20 m. Sú použité tri regulačné stupne, a síce na úrovni 25 % maximálneho svetelného výkonu počas nočných hodín, 50 % počas dňa a 100 % s možnosťou ručného prepnutia do pomalého blikania (interval 5 s) pri zmene dopravných stavov alebo rýchleho blikania (interval 0,5 s) pri havárii a inom mimoriadnom dopravnom stav.

Zhrnutie výsledkov merania

V PD osvetlenia krátkeho tunela Stratená bola určená hrubým odhadom podľa RVS 09.02.41 hodnota jasu približovacieho pásma L20 = 2 040 cd/m2 . Trieda odrazivosti R3 pre starší suchý asfaltový povrch vozovky s priemerným činiteľom jasu q0 = 0,06 sr-1 bola zvolená naslepo.

Takisto aj odrazivosť profilových plechových stien do výšky 2 m sa stanovila odhadom na 25 %. Hodnota udržiavacieho činiteľa 0,8, ktorý zohľadňuje straty svetla spôsobené znečistením svietidiel a relevantných povrchov v tuneli, ako aj pokles svetelného toku LED svietidiel, sa takisto odhadli. Tieto parametre sú tak hlavným zdrojom neistoty návrhu osvetlenia krátkeho tunela Stratená.

Statické meranie jasu sa vykonalo jasovým analyzátorom LMK 5-1 so zaznamenaním obrazu každého pásma tunelovej rúry v počítači pre laboratórnu analýzu pomocou softvéru LMK LabSoft a doplnkového softvéru Straßen und Tunnel. Treba poznamenať, že úroveň jasu prejazdového osvetlenia, doplnkového denného osvetlenia a osvetlenia svetelného bazéna sa udržuje na konštantnej hodnote.

Rozdiel týchto úrovní má zaistiť vysoké hodnoty kontrastu jasu prekážok. Pomer jasov pásiem P : D je zhruba 1 : 3 a D : B 1 : 6. Pozn.: Zraková pohoda sa narúša pri zmene jasu zorného poľa v pomere 1 : 10; oslnenie nastáva pri zmene 1 : 100. Najnižšie požadované hodnoty pozdĺžnej rovnomernosti jasu Ul a rovnomernosti jasu Uo povrchu vozovky v tuneli a pred portálom sú Ul ≥ 0,60 a Uo ≥ 0,40. Tieto hodnoty sú dodržané.

Vyššie hodnoty jasu v jednotlivých pásmach krátkeho tunela Stratená vznikli náhradou pôvodného symetrického LED modulu kufríkového svietidla modulom s inovovanými čipmi a v dôsledku nižšieho odhadu niektorých vyššie citovaných parametrov tunelovej rúry. V prípade prejazdového osvetlenia sa pre vyššie uvedené neurčitosti svetelnotechnických vlastností jazdeného asfaltového povrchu vozovky a odraznosti profilových plechových stien tunelovej rúry zvolil vyšší príkon lineárnych

svietidiel. Vo všetkých pásmach tunela sa však pomocou jasomera JAS-LuV a integrovaných ovládacích jednotiek DALI budú udržovať optimálne hodnoty jasov. Pomocou jasového analyzátora LMK 5-1 sa v zmysle odporúčania firmy TechnoTeam Bildverarbeitung, GmbH, vykonala aj kalibrácia jasomera JAS-LuV približovacieho pásma L20.

V tomto prípade bola pozícia pozorovateľa približne 52 m pred východným portálom, kde je umiestnený jasomer JAS-LuV (pozn.: je to brzdná vzdialenosť podľa RVS 09.02.41 a MP platná pre návrhovú rýchlosť 70 km/h). Jasový analyzátor LMK 5-1 so širokouhlým objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 18 mm bol inštalovaný na trojnožke, ktorá umožnila nastavenie oka pozorovateľa 1,5 m nad povrchom vozovky a uhol pozorovania na 89° ± 0,5°.

V rovnakom momente, ako bola odčítaná hodnota jasu jasového analyzátora LMK 5-1, bola odčítaná aj hodnota jasu na displeji riadiaceho panelu osvetľovacej sústavy tunela. Ich pomer určuje korekčný činiteľ jasomera JAS-LuV k = L20/Ldisplej.

Pomocou prístroja Mavospec Base sa zmerala spektrálna charakteristika LED modulov, dominantná vlnová dĺžka l = 597 nm, index blikania % < 1,0, náhradná teplota chromatickosti Tcp = 3911 K, všeobecný index podania farieb Ra = 81,4, trichromatické súradnice diagramu chromatickosti CIE kufríkového svietidla a lineárneho svietidla x = 0,3878 a y = 0,3909.

Preverené hodnoty potvrdili vhodnosť použitia integrovaných LED modulov. Meranie vykonal 26. júla 2021 Ing. Matthias Wagner, MSc., zamestnanec pobočky SL Broll Systemtechnik, KG, so sídlom v Rakúsku. Treba poznamenať, že menovaný sa zúčastnil 17. septembra 2019 medzilaboratórneho porovnania podľa vopred určených podmienok SNAS v tuneli Žilina. Meranie potvrdilo spôsobilosť Ing. Matthiasa Wagnera, MSc., vykonávať fotometrické merania v cestných tuneloch doma a v zahraničí.

Záver

• „kufríkové“ a „lineárne“ LED svietidlá použité na osvetlenie tunela Stratená a vodiace osvetlenie komunikácie v tuneli sú TOP produkty;
• celkový počet inštalovaných LED svietidiel v tuneli je 92 ks; príkon LED svietidiel pri najvyššom svetelnom výkone v pásme svetelného bazéna (5,76 kW), doplnkového denného osvetlenia (2,56 kW) a prejazdového osvetlenia (4 kW) predstavuje spolu 12,32 kW;
• osvetlenie krátkeho tunela Stratená s podporou svetelného bazéna reprezentuje úsporu svietidiel rádovo o 40%;
• pred portálom je umiestnený kalibrovaný jasomer JAS-LuV renomovanej firmy ELECTRIC-SPECIAL Phototronicssysteme, GmbH;
• kvalita inštalácie technologického vybavenia tunela je perfektná.

Literatúra
1. Horňák, P.: Niekoľko poznámok vyzvaných quasi TP xxx Osvetlenie cestných tunelov. Jemná mechanika a optika, č. 5/2020.
2. Horňák, P.: Argumenty na vypracovanie návrhu pôvodného normalizačného dokumentu STN xxxx Osvetlenie. Osvetľovanie tunelov. Inžinierske stavby/Inženýrské stavby, č. 5/2019.
3. Horňák, P.: MP Požiadavky na osvetlenie cestných tunelov realizovaných a prevádzkovaných v  podmienkach NDS, a. s., Bratislava, NDS, a. s., 2014.
4. Horňák, P.: Osvetlenie krátkych tunelov. Inžinierske stavby/Inženýrské stavby, č. 5/2020.
5. Horňák, P.: Denné prevádzkové osvetlenie krátkych tunelov. Inžinierske stavby/Inženýrské stavby, č.1/2014.
6. Horňák, P.: Skúsenosť je dobrá škola, iba školné je príliš vysoké. Jemná mechanika a optika, č.2/2021.
7. Horňák, P.: Quo vadis LED svietidlá. Inžinierske stavby/Inženýrské stavby, č. 3/2021.
8. Wagner, M.: Protokol merania osvetlenia krátkeho tunela STRATENÁ, vozovky pred východným portálom, kvalitatívnych parametrov integrovaných LED modulov, ako aj kalibrácie jasomera Jas