Blog 24 marzo 2016

De-illuminazione: un caso di business

Getting to grips with the facts and figures of LED vs retro-reflective

Il TSRGD offre alle autorità locali e ai proprietari di asset la possibilità di spegnere determinati segnali e paletti; i risparmi apparenti sono evidenti… ma avviene a scapito della sicurezza stradale?

Recenti e proposte modifiche alle normative hanno ridotto le condizioni in cui l’illuminazione di segnali e paletti (in determinati contesti) è obbligatoria. Questa semplificazione trasferisce l’onerosa responsabilità decisionale e il rischio connesso allo spegnimento all’autorità locale o al proprietario dell’asset. Si trovano di fronte a due scelte immediate: continuare a illuminare i segnali e i paletti per i quali il requisito è stato rimosso, oppure spegnerli e utilizzare materiale catarifrangente.

Questa semplificazione ha favorito la diffusione e le opportunità per i paletti catarifrangenti, ossia paletti non illuminati che riflettono la luce incidente sulla loro superficie per segnalare le zone di pericolo, nonché per i fornitori di materiali catarifrangenti per ogni tipo di segnaletica stradale. Questi prodotti offrono il vantaggio di eliminare completamente i costi energetici correnti. Tuttavia, vi sono diverse altre considerazioni da tenere in conto nel prendere questa decisione.

I materiali catarifrangenti presentano limitazioni tecniche: se non vengono mantenuti puliti da sporco, graffiti e persino dalla rugiada, la loro efficacia si riduce considerevolmente. Molti fattori, tra cui il posizionamento, i livelli di illuminazione ambientale e l’angolo rispetto all’osservatore, influiscono sulla chiarezza di visibilità del segnale o del paletto per un utente della strada nelle ore notturne. Le superfici riflettenti non forniscono una soluzione adeguata per segnalare potenziali zone di pericolo a pedoni o ciclisti; rappresentano inoltre un problema per i conducenti di veicoli di grandi dimensioni, seduti molto più in alto rispetto ai loro fari.

Le indicazioni del DfT in merito alla rimozione dell’illuminazione diretta recitano: «si raccomanda che un’analisi del rischio rigorosa sia alla base di qualsiasi decisione in tal senso, caso per caso».

Una nota aggiuntiva del Traffic Signs Manual, Capitolo 3, afferma: «alcuni segnali potrebbero trovarsi in posizioni in cui non ricevono un’illuminazione adeguata dai fari e potrebbe essere opportuno prevedere un’illuminazione diretta indipendentemente dai requisiti normativi.»

Il caso economico

I tagli al bilancio delle autorità locali rendono sempre più difficile mantenere gli asset esistenti, adottare i progressi tecnologici e beneficiare dei nuovi sviluppi di prodotto. Esistono molte opzioni per ridurre i costi associati all’esercizio e alla manutenzione di segnali e paletti illuminati. Questo articolo si propone di analizzare le aree di costo operativo per i paletti e i segnali illuminati internamente con tecnologia tradizionale, e valuta il caso economico per l’utilizzo di prodotti catarifrangenti rispetto al retrofit LED di questi sistemi. In tale contesto sono state formulate alcune ipotesi, elencate in appendice all’articolo.

Vengono inoltre considerati i fattori di sicurezza legati allo spegnimento e le opzioni disponibili per ottenere una riduzione dei costi mantenendo i segnali con illuminazione diretta.

I costi operativi associati a un paletto tradizionale o a un segnale illuminato esternamente si suddividono nelle seguenti aree:

Costi energetici
Onere CRC (collegato al consumo energetico)
Costi di pulizia
Quota dei costi di sostituzione continuativa delle lampade
Quota dei costi continuativi del segnale/paletto

Paletti

I paletti illuminati internamente sono composti da una base, o fondazione, e da una parte superiore in materiale polimerico. La base contiene un Gear Tray e ospita tradizionalmente 2 o 3 lampade fluorescenti, azionabili da un alimentatore magnetico o ad alta frequenza. La parte superiore è un componente a basso costo del paletto, prodotto in grandi volumi. Quando è illuminato, il paletto appare luminoso e uniforme, segnalando ai conducenti una zona di potenziale pericolo da qualsiasi angolazione.

La parte superiore di un paletto ha generalmente una durata di 10 anni. Trascorso questo periodo, può essere staccata dalla base e sostituita facilmente con una nuova.

Il consumo energetico viene calcolato in base alla potenza assorbita (30 watt di circuito per 2 lampade PL da 11W) e al numero di ore di funzionamento annuo (preso come 4.500 ore per il funzionamento dal crepuscolo all’alba).

Con l’accumulo di sporco, polvere e detriti sulla superficie superiore del paletto, la quantità di luce trasmessa si riduce. È pertanto necessario pulire periodicamente la superficie esterna del paletto. La frequenza necessaria dipende dall’ambiente locale, ma un regime tipico prevede 1 pulizia all’anno.

La quota dei costi relativi alla sostituzione delle lampade e della parte superiore del paletto viene calcolata considerando la vita attesa del prodotto e l’utilizzo annuo. Di seguito è riportata una panoramica dei costi:

La Figura 2 mostra che i costi energetici rappresentano il 47% dei costi operativi totali. Per ridurre i costi mantenendo al contempo la conformità normativa e la sicurezza degli utenti della strada, è importante intervenire su ciascuna area di spesa singolarmente, a partire dal consumo elettrico.

PALETTI CATARIFRANGENTI

I paletti catarifrangenti eliminano completamente i costi associati all’energia e alla sostituzione delle lampade. Tuttavia, si registrano aumenti significativi dei costi di pulizia e di sostituzione continuativa dei paletti a seguito di danni.

Con un paletto illuminato internamente, l’accumulo di sporco riduce gradualmente la trasmissione della luce attraverso la parte superiore. Le proprietà riflettenti di un paletto catarifrangente richiedono però che la superficie sia relativamente pulita, il che giustifica una maggiore frequenza di pulizia e conseguenti costi di manutenzione più elevati. La sostituzione periodica dell’intero paletto sarà necessaria con il degrado della superficie riflettente (circa ogni 10-12 anni). Poiché il costo del paletto catarifrangente è significativamente superiore a quello di una parte superiore in polimero, anche i costi di sostituzione continuativa risultano più elevati.

Vale la pena notare che, a seguito di un incidente, può essere necessario sostituire il paletto, poiché la superficie riflettente può danneggiarsi, aumentando ulteriormente i costi. Dal punto di vista della sicurezza critica, un incidente grave può spezzare il paletto, staccandolo completamente dal suolo. Nel caso di un paletto catarifrangente, questo lascerebbe il pericolo completamente non segnalato, mentre quando la parte superiore si stacca dal suolo, la piastra di base continua a essere illuminata, svolgendo una funzione analoga a un occhio di gatto e garantendo una certa visibilità residua.

La Figura 3 mostra che, pur essendo eliminati i costi energetici, altri aumentano in modo significativo:

Il costo operativo annuo totale si riduce di circa il 33%. Tuttavia, considerando gli elevati costi iniziali per rimuovere o mettere in sicurezza l’alimentazione esistente e il costo del nuovo paletto, il tempo di rientro dell’investimento diventa difficile da giustificare.

PALETTI CON RETROFIT LED

I retrofit LED offrono il vantaggio di costi iniziali relativamente contenuti, garantendo al contempo una riduzione del consumo energetico. Inoltre, mantenere la configurazione con paletto illuminato internamente comporta i già citati vantaggi aggiuntivi in termini di visibilità, senza richiedere tempo o risorse per una valutazione del rischio dettagliata.

La conversione a LED tramite sostituzione della lampada (rispetto alla sostituzione dei Gear Tray) consente un’installazione estremamente semplice mantenendo i costi contenuti. Permette inoltre all’installatore di continuare a mantenere due sorgenti luminose con fusibili separati anziché una, come raccomandato nel rapporto CSS, offrendo la garanzia che in caso di guasto di una lampada sia ancora presente un po’ di luce.

La Figura 4 mostra come il costo complessivo si riduca, con un risparmio superiore al 40%:

I periodi di rientro dell’investimento per i diversi scenari di confronto sono riassunti nel grafico seguente:

È possibile ottenere risparmi sulle entrate operative attraverso lo spegnimento, e gli investimenti in conto capitale possono sostenere l’utilizzo di paletti catarifrangenti. Tuttavia, questa soluzione è adeguata per tutti gli utenti della strada, in particolare quelli non motorizzati?

Segnali

I materiali di segnaletica catarifrangente offrono un livello di illuminazione paragonabile all’illuminazione diretta in molte circostanze; tuttavia, da soli non forniscono un’illuminazione sufficiente a giustificare la rimozione di tutta l’illuminazione, e occorre valutare il metodo di illuminazione più appropriato per ciascuna situazione.

I dettagli completi sono disponibili nel TSRGD; in sintesi, le condizioni in cui l’illuminazione dei segnali rimane obbligatoria sono le seguenti:

Segnali di avvertimento e regolamentazione in presenza di altezza libera limitata
Segnali di regolamentazione critica per la sicurezza
Segnali terminali di regolamentazione, come Stop, Divieto di accesso, Limiti di velocità
Segnali autostradali
Segnali su paletti illuminati internamente

La maggior parte dei segnali luminosi esistenti contiene tubi fluorescenti doppi che possono essere facilmente sostituiti con lampade LED retrofit per ridurre il consumo energetico e le visite di manutenzione necessarie per la sostituzione delle lampade. I livelli di illuminazione richiesti per i segnali illuminati internamente o esternamente sono specificati nella BS EN 12899-1 e qualsiasi aggiornamento o opzione di retrofit considerata deve essere conforme a tale norma. I valori di degradazione del flusso luminoso (L80) devono essere presi in considerazione e inclusi nel calcolo del costo totale del ciclo di vita e dei tempi di rientro.

Il consumo energetico di un segnale luminoso tradizionale è calcolato come 15 watt di circuito (per 1 lampada PL da 11W) e il numero di ore di funzionamento annuo (preso come 4.500 ore per il funzionamento dal crepuscolo all’alba). Di seguito è riportata una panoramica dei costi.

Come nel caso del sistema con paletto tradizionale, i costi energetici rappresentano quasi la metà dei costi operativi totali di un segnale. L’energia elettrica, insieme ai costi di manutenzione, è un’area di intervento prioritaria per molte autorità locali che intendono ridurre i costi di esercizio.

SEGNALI CATARIFRANGENTI

I segnali catarifrangenti eliminano completamente i costi associati all’energia e alla sostituzione delle lampade. Tuttavia, si registra un aumento significativo dei costi di pulizia e di sostituzione continuativa a seguito di danni.

Sorgono preoccupazioni per i conducenti di veicoli di grandi dimensioni, dove i fari si trovano molto più in basso rispetto alla posizione del guidatore. I materiali catarifrangenti riflettono la luce in modo eccellente direttamente verso la sorgente luminosa con un basso angolo di riflessione, il che funziona bene per i conducenti di auto. Tuttavia, per i veicoli pesanti, gli autobus e altri mezzi di grandi dimensioni, i livelli di luce riflessa verso il guidatore sono spesso significativamente inferiori. Come per i paletti catarifrangenti, vi è scarsa indicazione dei pericoli per ciclisti o pedoni.

La Figura 7 mostra che, pur essendo eliminati i costi energetici, altri aumentano in modo significativo.

SEGNALI CON RETROFIT LED

I retrofit LED offrono il vantaggio di costi iniziali relativamente contenuti, garantendo al contempo una riduzione del consumo energetico e dei costi di manutenzione. Questa riduzione dei costi operativi consente alle autorità locali di mantenere i segnali luminosi senza necessità di spegnerli o sostituirli completamente. La conversione a LED tramite sostituzione della lampada (rispetto alla sostituzione dei Gear Tray) consente un’installazione estremamente semplice mantenendo i costi contenuti.

La Figura 8 mostra come il costo complessivo si riduca, con un risparmio superiore al 40%.

I periodi di rientro dell’investimento per i tre scenari di confronto sono riassunti nel grafico seguente:

I segnali alimentati a energia solare, i segnali elettroluminescenti e l’illuminazione a bassa tensione sono altre opzioni disponibili non considerate nel presente articolo; si presume tuttavia che i tempi di rientro siano analoghi a quelli calcolati per le installazioni con prodotti catarifrangenti.

Conclusioni e raccomandazioni

Lo spegnimento di qualsiasi elemento per la sicurezza stradale deve essere affrontato con cautela, effettuando le opportune valutazioni del rischio e tenendo conto dell’ambiente, dell’utilizzo dell’area, dell’impatto dello sporco e dell’inquinamento sui materiali catarifrangenti, nonché del rapporto costi-benefici complessivo.

Le soluzioni non illuminate sono opzioni valide da considerare nell’ambito delle valutazioni del rischio progettuali per le nuove installazioni. I calcoli mostrano tuttavia che per le installazioni esistenti non vi è alcun vantaggio economico nello spegnimento, a causa degli elevati costi iniziali di modifica e del fatto che l’investimento per l’approvvigionamento elettrico è già stato effettuato.

È stato dimostrato che una soluzione illuminata può essere la più conveniente dal punto di vista economico, e continua a garantire la sicurezza stradale per tutti gli utenti, compresi pedoni, ciclisti e conducenti di veicoli di grandi dimensioni.

Riferimenti e approfondimenti:

CSS SL5/2007 Guidance on the lighting requirement for traffic signs and bollards (2007)
Traffic Sign Regulations General Directions, 2002, Amendment 2 (2011)
Traffic Signs Manual Chapters 3 and 4