مقدمة

كشفت دراسة حديثة أن ثلث البشر لا يستطيعون رؤية مجرتنا درب التبانة، وتقع المسؤولية في ذلك إلى حد كبير على أضواء المدن. ففي كل ليلة، لا تضيء المصابيح الحضرية التي لا حصر لها الطرق والأرصفة إلا جزئيًا؛ أما الباقي فيتسرب صعودًا فوق الأفق، مضيئًا السماء ومسببًا التلوث الضوئي.

يتزايد هذا التوهج الاصطناعي قوةً عاماً بعد عام، وتتجاوز أضراره مجرد حجب النجوم. فالوهج الشديد يقلل من السلامة على الطرق، وتستهلك الأضواء طاقة لا داعي لها، كما تتعطل إيقاعات النهار والليل لدى الحيوانات البرية، وقد يؤثر الإضاءة الليلية المفرطة على صحة الإنسان. ولهذا السبب، تكتسب مصابيح الشوارع المصممة جيداً أهمية كبيرة.

لا تقتصر أضواء الشوارع الحديثة التي تعمل بتقنية LED على توفير السطوع الكافي فحسب، بل تركز أيضًا على تحسين توزيع الضوء والحد من الانبعاثات الضوئية غير الضرورية. ومن خلال التصميم البصري المُحسَّن وزوايا التركيب المناسبة وأنظمة التحكم الذكية في الإضاءة، يمكن لمصابيح الشوارع التي تعمل بتقنية LED الحد من الوهج والتلوث الضوئي مع الحفاظ على إضاءة آمنة وفعالة.

فهم الوهج والتلوث الضوئي

ما هو الوهج ولماذا يُعد خطيرًا؟

يُعد التوهج إحدى المشكلات الأكثر شيوعًا في أنظمة إنارة الشوارع التقليدية. ويحدث ذلك عندما يصل سطوع مفرط إلى عيون الناس بشكل مباشر أو يخلق تباينًا قويًّا بين المناطق المضيئة والمظلمة. ومن الأسباب الرئيسية لذلك أن مصابيح إنارة الشوارع التي تعمل بتقنية LED تكون شديدة السطوع أو أن توجيه الضوء غير دقيق.

يمكن لهذا النوع من الإضاءة أن يسلط ضوءه مباشرةً في عيون السائقين. وقد يؤدي ذلك إلى فقدان السائقين الرؤية مؤقتًا عندما تكون مركباتهم تسير بسرعة عالية.

في العديد من حلول إنارة الطرق القديمة، عادةً ما تكون المصابيح غير محمية وتُركَّب بزوايا غير صحيحة. وهذا يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للإضاءة.

إذا تم تركيب هذه الأضواء بالقرب من:

• الأرصفة
• التقاطعات
• مناطق المشاة

قد تؤدي إلى ظهور مناطق شديدة السطوع أو شديدة الظلمة.

ونتيجة لذلك، قد يتعرض الأشخاص الذين يمشون أو يقودون سياراتهم في هذه المناطق لمخاطر تتعلق بالسلامة في الليل.

التلوث الضوئي وتأثيراته

تعد التلوث الضوئي مشكلة رئيسية أخرى في أنظمة الإضاءة الحضرية. فعندما لا يتم التحكم في اتجاه الضوء بشكل سليم أو لا تُستخدم مصابيح مزودة بواقيات، قد يتسرب الضوء الزائد إلى أعلى نحو السماء.

وهذا يؤدي إلى ظهور توهج السماء، مما يجعل السماء الليلية أكثر إشراقًا ويقلل من وضوح النجوم، ويؤثر في الوقت نفسه على البيئة الليلية الطبيعية.

وبطبيعة الحال، فإن ذلك يؤدي أيضًا إلى إهدار غير ضروري للطاقة. فبدلاً من تعزيز السلامة، تؤدي حلول الإضاءة المفرطة هذه إلى زيادة استهلاك الكهرباء، كما أنها تضر بالبيئة الطبيعية والحياة البرية.

مبادئ التصميم الجيد لإضاءة الشوارع

يبدأ الحد من الوهج والتلوث الضوئي بتصميم جيد للإضاءة. فبدلاً من الاكتفاء بزيادة السطوع، ينبغي أن توفر إضاءة الشوارع الكمية المناسبة من الضوء في المكان المناسب وفي الوقت المناسب. وتشكل المبادئ التالية الأساس لتصميم إضاءة شوارع فعالة ومستدامة.

1. لا تقم بتركيب الإضاءة إلا عندما تكون مفيدة فعلاً

يجب أن يكون لكل مصباح وظيفة عملية واضحة. قبل تركيب مصابيح الشوارع أو استبدالها، تأكد من أن الإضاءة ضرورية حقًّا وتجنب الإضاءة غير الضرورية كلما أمكن ذلك.

2. إضاءة المناطق المستهدفة فقط، مع توجيه الضوء نحو الأسفل

يجب أن تقتصر إضاءة مصابيح الشوارع على سطح الطريق دون أن يتسرب الضوء إلى المنازل المجاورة أو النباتات أو السماء ليلاً. ويُعد توجيه الضوء بشكل صحيح أمراً ضرورياً للحد من الوهج والتلوث الضوئي.

3. التزم بالحد الأدنى المطلوب للسطوع

يجب أن تتوافق إضاءة الشوارع مع معايير الإضاءة المعمول بها، مثل المعيار EN13201، دون أن تتسم بسطوع مفرط يؤدي إلى إهدار الطاقة وإحداث وهج غير ضروري.

4. تحديد ساعات عمل صارمة باستخدام أدوات التحكم الذكية

يجب ألا تعمل الإضاءة الخارجية إلا عند الحاجة. وتساعد أجهزة ضبط الوقت وأجهزة الاستشعار وأجهزة كشف الحركة على تقليل الإضاءة غير الضرورية مع الحفاظ على السلامة.

5. اختر درجات حرارة لونية أكثر دفئًا لتقليل الضوء الأزرق

تحتوي الإضاءة ذات درجة حرارة اللون المنخفضة (CCT) والأكثر دفئًا على كمية أقل من الضوء الأزرق، مما يساعد على تقليل تأثيره على كل من البشر والحيوانات البرية مع الحفاظ على رؤية ليلية مريحة.

استراتيجيات تصميم إنارة الشوارع للحد من الوهج والتلوث الضوئي

تشكل المبادئ المذكورة أعلاه الأساس لتحسين إنارة الشوارع. وفي المشاريع الفعلية، يعتمد الحد من الوهج والتلوث الضوئي على اختيار المصابيح، والتصميم البصري، وطرق التركيب، وأنظمة التحكم الذكية في الإضاءة. وتوضح ممارسات التصميم التالية كيفية تطبيق هذه المبادئ في أنظمة إنارة الشوارع الحديثة التي تعمل بتقنية LED.

1. الإضاءة الاتجاهية بزاوية منخفضة

لا تدع الضوء يتجه أبدًا صعودًا فوق الأفق نحو سماء الليل.

اختر طرازات المصابيح المزودة بأغطية أو واقيات لحجب تسرب الضوء إلى الأعلى وإلى الخلف.

يساعد تركيب المصابيح على جانبي وسط الطرق على توزيع الضوء بشكل متساوٍ في الاتجاهين الجانبيين.

إذا كان التصميم البصري رديئًا، فإن إمالة المصابيح بزاوية تتراوح بين 0 و15 درجة ستؤدي إلى توجيه الضوء نحو السماء — لذا يجب تجنب هذا الإعداد تمامًا.

مصابيح الشوارع المثالية لا تصدر أي ضوء فوق المستوى الأفقي بزاوية 90 درجة.

2. تركيز كل الضوء على الأسطح المستهدفة

تركز الأنظمة البصرية المصممة جيدًا الضوء فقط على المناطق التي تحتاج فعليًّا إلى الإضاءة، بدلاً من تسرب السطوع إلى المناطق المحيطة.

يُبيّن معدل الاستفادة من الضوء مقدار الضوء الذي يصل إلى المساحة المفيدة مقارنةً بالضوء الشارد المهدر الذي يتسبب في التلوث.

نقترح الحفاظ على معدل الاستخدام فوق 75% بالنسبة لمصابيح الإنارة العامة القياسية.

الصيغة:

معدل استفادة التدفق الضوئي (U) = التدفق الضوئي الذي تستقبله الأسطح المستهدفة ÷ إجمالي التدفق الضوئي الصادر عن المصباح

يجب أن يكون كل مصباح شارع مصممًا خصيصًا ليلائم الغرض المحدد من الإضاءة.

3. تجنب الإضاءة شديدة السطوع

تخضع جميع أنواع الطرق لمعايير إضاءة رسمية، لذا يجب على مخططي المشاريع تحديد مستوى السطوع المطلوب بدقة.

استخدم برامج محاكاة الإضاءة لاختيار أقل عدد من المصابيح وأقلها استهلاكًا للطاقة، مع ضمان تلبية الاحتياجات المطلوبة.

تجنب السطوع المفرط والأسطح المضيئة غير الضرورية.

تحدد المواصفة القياسية EN13201 معايير واضحة لإضاءة الطرق؛ حيث يجب أن يتراوح السطوع الفعلي بين 100% و120% من القيمة الدنيا المطلوبة.

اختر مصابيح الشوارع التي لا تتميز بسطوع مفرط.

4. تركيب أنظمة التحكم الذكية في الإضاءة

تأتي مصابيح LED الخارجية الآن مزودة بوظائف تحكم مرنة، مما يتيح لنا خفض مستوى السطوع في فترات زمنية مختلفة دون المساس بوضوح الرؤية.

تعمل المستشعرات وبرامج التعتيم المحددة مسبقًا والإشارات اللاسلكية على ضبط إخراج المصباح بناءً على:

• حركة المشاة
• حركة مرور المركبات
• أنواع المواقع

بما في ذلك:

• الأرصفة
• الساحات
• المجمعات السكنية
• الطرق

فيما يلي قائمة بأوضاع التحكم الشائعة في إنارة الشوارع:

تخفيت الإضاءة بواسطة المؤقت

برامج تخفيت الإضاءة باستخدام المؤقت مدمجة مباشرة في محركات تشغيل مصابيح LED.

لا توجد حاجة إلى وحدات تحكم خارجية إضافية.

تقوم المصابيح بتخفيض السطوع تلقائيًّا خلال ساعات الليل المتأخرة، مما يساعد على تقليل الإضاءة الليلية غير الضرورية.

الإنتاج الثابت للومن (CLO)

ينخفض سطوع مصابيح LED بشكل طبيعي مع مرور الوقت.

تعمل تقنية CLO على تعويض هذا الانخفاض من خلال برنامج التشغيل المدمج ومنحنيات TM21.

يقوم مزود الطاقة بزيادة التيار تدريجيًّا للحفاظ على سطوع ثابت.

وهذا يمنع الشركات المصنعة من المبالغة في تحديد القوة الكهربائية منذ البداية.

أجهزة استشعار الحركة

لا تعمل المصابيح بكامل طاقتها إلا عند مرور أشخاص أو مركبات.

وعندما لا يتم رصد أي حركة، تنخفض شدة إضاءتها أو تنطفئ تمامًا.

وهذا يؤدي إلى تحسين:

• كفاءة الطاقة
• الحد من التلوث الضوئي
• خفض تكاليف التشغيل

تُعد مستشعرات الحركة فعالة بشكل خاص في:

• الطرق ذات الكثافة المرورية المنخفضة
• الشوارع السكنية
• مواقف السيارات

التحكم اللاسلكي

تُستخدم الوحدات اللاسلكية من نوع «زيغبي» و«لورا» على نطاق واسع في إدارة إنارة الشوارع.

تتيح أنظمة الإضاءة الذكية اللاسلكية ما يلي:

• المراقبة عن بُعد
• ضبط السطوع
• الكشف عن الأعطال
• إدارة الطاقة

5. تقليل الإضاءة ذات الألوان الباردة

يبدو الضوء الأبيض البارد (5000 كلفن – 6500 كلفن) نقيًّا ومشرقًا، لكن الضوء الدافئ (2700 كلفن – 4000 كلفن) يحتوي على كمية أقل بكثير من الضوء الأزرق، وهو أكثر لطفًا على البشر والنظم البيئية.

تحافظ مصابيح LED ذات اللون الكهرماني (1800–2000 كلفن) على انبعاث الضوء الأزرق عند مستوى أقل من 10%، مع تباين طفيف حسب طراز رقاقة LED.

وقد طبقت عدة دول قيودًا على الضوء الأزرق:

• تحدد جمهورية التشيك الحد الأقصى للإشعاع في النطاق الطيفي الأقل من 500 نانومتر بما يقل عن 10%
• تفرض تشيلي قيودًا أكثر صرامةً

اختر مصابيح الشوارع المزودة بخاصية ضبط درجة حرارة اللون (CCT) لتتمكن من التبديل إلى درجات ألوان أكثر دفئًا في الليل.

الملخص

يُعد التلوث الضوئي مشكلة ملحة يتعين علينا معالجتها. ولهذا السبب، فإن الطريقة التي نختار بها مصابيح الشوارع ونقوم بتركيبها وإدارتها تكتسب أهمية بالغة.

لا يقتصر الحد من الوهج والتلوث الضوئي على تقليل عدد مصابيح الإنارة في الشوارع، بل يتعلق بتصميم أنظمة إنارة شوارع أفضل. فمن خلال استخدام التصميم البصري السليم، والتحكم في اتجاه الضوء، واختيار مستويات السطوع المناسبة، وتطبيق أنظمة التحكم الذكية في الإضاءة، واختيار درجات حرارة اللون الملائمة، يمكن للمدن أن تقلل بشكل كبير من الانبعاثات الضوئية غير الضرورية مع الحفاظ على السلامة المرورية.

لا تقتصر فوائد هذه التحسينات على الحد من الوهج والتلوث الضوئي فحسب، بل إنها تقلل أيضًا من استهلاك الطاقة، وتخفض تكاليف التشغيل، وتحسن الراحة البصرية، وتدعم التنمية الحضرية الأكثر استدامة.

مع استمرار تطور تكنولوجيا إنارة الشوارع باستخدام مصابيح LED، يمكن لأنظمة الإضاءة المصممة جيدًا أن تحقق توازنًا أفضل بين السلامة والكفاءة وحماية البيئة.