Системы освещения на высоких мачтах: Полное инженерное руководство

Современная крупномасштабная инфраструктура — от разветвленных международных аэропортов до сложных транспортных развязок и огромных промышленных портов — опирается на один непреложный фактор: безопасное, равномерное и надежное освещение. Когда обширная открытая территория требует высокоинтенсивного освещения с минимальным количеством препятствий на уровне земли, стандартного уличного фонаря просто недостаточно. Именно здесь на помощь приходит  мачтовое освещение,  представляющее собой оптимальное инженерное решение.

Если вас часто спрашивают: «Что такое высотная мачтовая система освещения?», то определение простое, но весьма техническое. Это специализированная, высокая осветительная конструкция, обычно высотой от 20 метров (65 футов) до более 45 метров (150 футов), предназначенная для размещения кольца из множества мощных светильников. Ее основная цель — освещение больших площадей с предельной равномерностью при минимизации бликов и загромождения пространства на уровне земли.

В этом всеобъемлющем руководстве мы подробно разберем сложную анатомию этих массивных конструкций, рассмотрим существенные различия между прожекторами на высоких мачтах и ​​обычными прожекторами, углубимся в тонкости модернизации освещения с использованием светодиодов (включая требования EPA и ограничения по весу) и обсудим основные инженерные правила, которые помогут вам принимать обоснованные решения по проекту.

Оглавление

Анатомия мачтовой системы освещения

Мачтовое освещение против прожекторного освещения: в чем разница?

Широкое применение мачтовых осветительных приборов

Зачем и как  модернизировать мачтовые светильники с помощью светодиодов ?

Основы инженерного дела: правила устройства и установки фундаментов на опорах.

Что такое стоимость осветительных мачт и общая стоимость владения (TCO)?

Заключение

Анатомия мачтовой системы освещения

Распространенное заблуждение заключается в том, что высокая мачта — это просто исключительно высокий столб с установленными на нем фонарями. В действительности это сложная инженерная система, разработанная для работы в экстремальных погодных условиях и безопасного обслуживания на уровне земли. Полная установка состоит из четырех основных компонентов:

1. Высокие опоры осветительных мачт (несущая конструкция)

Опора  для осветительных мачт  обычно изготавливается из высокопрочной полигональной стали, оцинкованной горячим способом. Разработанные для выдерживания сильных ветровых нагрузок и вибраций, эти опоры сужаются от широкого, усиленного основания к более узкой вершине. Если вас интересует вопрос «Какова высота осветительных мачт?», то отраслевые стандарты для освещения больших площадей обычно предусматривают  высоту 25 м  и  30 м  , хотя в зависимости от задачи их можно изготовить на заказ и большей высоты.

2. Опускающие устройства и двигатели (основной блок технического обслуживания)

Поддержание осветительных приборов на высоте 30 метров с помощью автовышки невероятно опасно и дорого. Поэтому в большинстве современных систем используется внутреннее  опускающее устройство . Этот механизм включает в себя подвижную раму (опускающее кольцо), соединенную с прочными стальными тросами авиационного класса. Приводимый в действие специализированным  двигателем (лебедкой) для осветительных приборов,  расположенным у основания мачты, весь комплект осветительных приборов может быть безопасно опущен на землю одним оператором для очистки, ремонта или установки светодиодов.

3. Светильники / Источники света

На опускающем кольце симметрично или асимметрично установлены  осветительные приборы на высоких мачтах .Исторически сложилось так, что в них использовались энергоемкие натриевые лампы высокого давления (HPS) или металлогалогенные лампы (MH) мощностью от 1000 до 2000 Вт. Сегодня отрасль активно переходит на светодиодные технологии. Переход на высокоэффективные  светодиодные мачтовые светильники мощностью 400 Вт ,  500 Вт или 1000  Вт не  только снижает энергопотребление до 60%, но и устраняет значительное снижение светового потока, характерное для традиционных газоразрядных ламп высокого давления (HID).

4. Системы управления (мозг)

Внутри основания мачты надежно размещена  панель управления освещением . Этот электрический узел распределяет питание на внутренний двигатель и расположенные над ним светильники. В нем обычно размещаются важные компоненты, такие как автоматические выключатели, переключатели аварийного отключения фотоэлементов (для автоматической работы от заката до рассвета) и промышленные устройства защиты от перенапряжения, защищающие чувствительные светодиодные драйверы от ударов молнии.

Мачтовое освещение против прожекторного освещения: в чем разница ?

При планировании освещения для больших объектов руководители часто ищут информацию по запросу « освещение на высоких мачтах против прожекторного освещения », чтобы определить наилучший подход. Хотя для неподготовленного глаза они могут показаться похожими,  установка прожектора на высокой мачте  принципиально отличается от стандартного прожектора для освещения больших площадей с точки зрения оптики, конструктивных решений и протоколов обслуживания.

Вот подробное описание основных различий:

Широкое применение мачтовых осветительных приборов

Благодаря своей способности освещать огромные площади с минимальным количеством опор, мачтовые системы являются бесспорными лидерами в критически важных условиях на открытом воздухе. Они применяются в различных отраслях, предъявляющих высокие требования:

Транспортная  инфраструктура : Для крупных транспортных узлов безопасность имеет первостепенное значение.  Высокомачтовое освещение  на сложных развязках и пунктах взимания платы за проезд обеспечивает водителям видимость без теней и ослепляющего света. Аналогичным образом,  высокомачтовое освещение в аэропортах  на взлетно-посадочных полосах и перронах обеспечивает яркое, равномерное освещение для наземного персонала и пилотов, строго соответствующее оптическим нормам FAA или ICAO.

l  Промышленные и охранные объекты : В условиях круглосуточной работы, таких как морские порты, контейнерные терминалы и железнодорожные сортировочные станции, требуется надежное освещение. Высокие мачтовые светильники в этих зонах должны иметь морское, коррозионностойкое покрытие, способное выдерживать воздействие солевых брызг и суровых погодных условий, обеспечивая при этом непревзойденное охранное освещение.

Спортивные  и коммерческие комплексы : для масштабных мероприятий  требуется освещение стадионов на высоких мачтах . Обеспечивает высокий индекс цветопередачи (CRI) и отсутствие мерцания, необходимые для телевещания в формате HD, эффективно контролируя при этом рассеивание света в соседние жилые районы. Кроме того, крупные торговые центры и логистические узлы полагаются на освещение парковок на высоких мачтах для обеспечения безопасности пешеходов и предотвращения вандализма за счет уменьшения количества столбов, загромождающих пространство.

Узнайте больше о решениях для освещения стадионов с помощью высоких мачт.. 

Зачем и как модернизировать мачтовые светильники с помощью светодиодов ? 

Создание с нуля совершенно новой системы высоких мачт, включая выемку грунта, заливку массивных бетонных фундаментов и установку стальных опор по индивидуальному заказу, требует колоссальных капиталовложений. К счастью, оцинкованные стальные опоры и внутренние системы опускания, как правило, рассчитаны на срок службы от 30 до 50 лет. Самым слабым звеном обычно являются устаревшие газоразрядные светильники на вершине.

Таким образом, сохранение существующей конструктивной инфраструктуры и простая замена старых светильников на современные светодиодные мачтовые светильники  (процесс, известный как модернизация) является наиболее экономически эффективной и действенной стратегией в отрасли. Однако модернизация — это не просто замена лампочки. Для обеспечения конструктивной безопасности и оптимального проектирования мачтовых светильников инженеры должны тщательно оценить следующие факторы: 

Строгие ограничения по весу на занижающих кольцах.

Каждый механизм спуска, состоящий из моторизованной лебедки и стальных тросов, имеет строго определенную безопасную рабочую нагрузку (SWL). Более старые металлогалогенные светильники мощностью 1000 Вт имели определенный весовой профиль. Если заменяемый светодиодный светильник окажется чрезмерно тяжелым из-за громоздких радиаторов, это может перегрузить существующие стальные тросы, вызвав заклинивание двигателя лебедки или, что еще хуже, катастрофический обрыв тросов.  Для безопасной модернизации крайне важно сотрудничать с опытным производителем мачтовых светильников, разрабатывающим легкие и высокоэффективные светодиодные светильники.

Эффективная прогнозируемая площадь (EPA) и безопасность от ветровой нагрузки

Согласно строгим стандартам AASHTOВ соответствии со стандартами Американской ассоциации государственных автомобильных дорог и транспортных чиновников (AAHA), каждый существующий столб был спроектирован с учетом максимально допустимой ветровой нагрузки. Показатель EPA — измеримая площадь поверхности светильника, сопротивляющаяся ветру, — является критически важным параметром. Если ваши новые светодиодные светильники имеют больший показатель EPA, чем оригинальные газоразрядные лампы, столб может испытывать чрезмерное аэродинамическое сопротивление во время шторма, что увеличивает риск обрушения конструкции. Переход на светодиодные светильники с компактным, аэродинамическим корпусом и низким показателем EPA гарантирует сохранение структурной целостности мачты.

Стандартная совместимость при монтаже

Часто при модернизации подрядчиков беспокоит вопрос о том, смогут ли новые светодиодные светильники физически крепиться к старому опускающему кольцу. Современные светодиодные мачтовые светильники разработаны для бесшовной интеграции. Обычно они оснащены стандартными скользящими креплениями или усиленными поворотными кронштейнами, которые надеваются непосредственно на стандартные вертикальные или горизонтальные выступы диаметром 2 или 2-3/8 дюйма, имеющиеся почти на всех существующих опускающих кольцах, или надежно прикручиваются к ним. Это позволяет быстро и легко установить светильники без необходимости дорогостоящего изготовления деталей на заказ.

Превосходные оптические характеристики

Заменив устаревшую натриевую лампу высокого давления мощностью 1000 Вт на высококачественный светодиодный светильник мощностью 400 или 500 Вт, предприятия могут мгновенно устранить существенное снижение светового потока, характерное для традиционных ламп. Усовершенствованная светодиодная оптика направляет свет именно туда, где он необходим, значительно улучшая равномерность освещения на уровне пола и устраняя «темные пятна», часто встречающиеся в старых установках.

Основы инженерного дела: правила устройства и установки фундаментов на опорах.

Для инженеров-строителей и электромонтажников физическое возведение этих массивных башен требует тщательного планирования. Часто задаваемый в отрасли вопрос: «На какой глубине должна быть заглублена в землю 20-футовая опора?» или «Какого размера бетонное основание для опоры освещения?»

Правила определения глубины фундамента и устройства бетонного основания

Хотя общепринятое в отрасли правило предполагает, что глубина заглубления стандартного столба должна составлять примерно 10% от его общей высоты плюс 2 фута, на высокие мачтовые башни действуют совершенно иные физические силы. Поскольку 30-метровый столб с множеством светильников ведет себя как огромный парус на ветру, правильную  конструкцию  фундамента для высокой мачтовой осветительной установки невозможно предугадать. 

Расчеты должны производиться лицензированным инженером-конструктором. Проект в значительной степени опирается на местные геотехнические отчеты о грунте, глубину промерзания и региональные ветровые зоны. Фундамент обычно включает в себя глубокие железобетонные буронабивные сваи (кессоны), заполненные мощными анкерными болтами, чтобы обеспечить устойчивость конструкции высокой мачты осветительного столба к ураганным ветрам.

Протоколы безопасности при монтаже

Установка высоких мачт осветительных столбов  — это масштабная логистическая операция. Для подъема многосекционной стальной мачты требуется мощный кран. Согласно правилам техники безопасности, бетонное основание должно полностью затвердеть (часто 28 дней) до установки столба. Кроме того, все внутренние тросы для спуска и моторизованная лебедка должны быть тщательно осмотрены и протестированы на уровне земли, прежде чем мачта будет поднята в вертикальное положение.

Что такое стоимость осветительных мачт и общая стоимость владения (TCO) ?

При составлении бюджета проекта крайне важно понимать  структуру ценообразования на мачтовое освещение  . Руководители объектов часто стремятся определить общую стоимость мачтового освещения, которую необходимо разбить на первоначальные капитальные затраты и долгосрочную общую стоимость владения (TCO).

Разбивка капитальных затрат

При полной перестройке светильники — лишь одна часть головоломки. Массивная стальная конструкция составляет большую часть  стоимости высокого мачтового осветительного столба , за ней часто следует комплексное инженерное проектирование, необходимое для глубокого бетонного фундамента. Механическое устройство для опускания и лебедочный двигатель также составляют значительную часть бюджета.

Совокупная стоимость владения (TCO) и рентабельность инвестиций (ROI).

Именно поэтому модернизация существующих столбов с помощью светодиодных технологий так выгодна с финансовой точки зрения. Хотя светодиодный светильник промышленного класса может стоить дороже, чем замена лампы HID, окупаемость инвестиций обычно достигается в течение 2-3 лет. Благодаря сокращению энергопотребления до 60% и полному исключению необходимости аренды специализированных автовышек каждые три года для замены перегоревших ламп HID, экономия на техническом обслуживании сама по себе покрывает стоимость модернизации с использованием светодиодов.

Заключение

Будь то освещение взлетно-посадочной полосы международного аэропорта или модернизация крупной транспортной развязки, системы с высокими мачтами являются бесспорным стандартом для освещения больших площадей без теней. Однако, поскольку отрасль быстро переходит от устаревшей технологии газоразрядных ламп высокого давления (HID), понимание инженерных нюансов модернизации с использованием светодиодов — в частности, ограничений по весу, ветровых нагрузок по стандартам EPA и оптической точности — является ключом к успешному проекту.

Независимо от того, планируете ли вы строительство совершенно нового фундамента или ищете безопасную, соответствующую стандартам модернизацию существующих систем натриевых ламп высокого давления с использованием светодиодов, выбор правильного светильника имеет решающее значение. Компания Ceramiclite, являясь одним из ведущих производителей светодиодных мачтовых светильников и надежным поставщиком мачтовых светильников,Наши инженеры разрабатывают высокопроизводительные светодиодные светильники, специально предназначенные для таких сложных условий эксплуатации. Светильники отличаются сверхнизким профилем EPA, легкой конструкцией с системой теплоотвода и стандартной совместимостью с различными вариантами монтажа, что обеспечивает безопасную, эффективную и беспроблемную модернизацию вашей инфраструктуры.

Готовы преобразить освещение вашего помещения? Свяжитесь со специалистами Ceramiclite уже сегодня!Чтобы запросить подробные технические характеристики продукции или получить бесплатный индивидуальный расчет проекта освещения DIALux для вашего следующего проекта с высотными мачтовыми опорами.