Wie berechnet man die Höhe eines Hochmastfeuers?

Wenn Sie jemals nachts eine Autobahn entlang gefahren sind, ein weitläufiges Industriegelände besucht haben oder nach Sonnenuntergang über einen großen Sportplatz gelaufen sind, haben Sie sich auf die Beleuchtung mit hohen Masten verlassen, um diese Bereiche sicher und nutzbar zu halten. Als Lieferant von Hochmasten ist eine der häufigsten Fragen, die ich von Kunden – Ingenieuren, Facility Managern und Auftragnehmern gleichermaßen – bekomme: „Wie berechne ich die richtige Höhe für meine Hochmastleuchten?“ Das ist keine Vermutung, und wenn man an diesem Detail spart, kann dies zu einer schwachen, ungleichmäßigen Beleuchtung führen, die nicht den Sicherheitsstandards entspricht, oder dazu, dass Geld für einen Mast verschwendet wird, der höher ist, als er sein muss. Nach 12 Jahren in diesem Geschäft habe ich Dutzende dieser Berechnungen mit Kunden durchgearbeitet, und ich erläutere hier die Wissenschaft dahinter, ohne dass Fachjargon erforderlich ist.

Lassen Sie uns zunächst klarstellen, was ein Hochmastlicht ist, um die Bühne zu bereiten. Ein Hochmast ist ein hoher, vertikaler Mast (normalerweise aus Stahl, da er langlebig und wetterbeständig ist), an dessen Spitze sich mehrere Leuchten befinden, die für die effiziente Beleuchtung großer, offener Flächen konzipiert sind. Im Gegensatz zu kleinen Lichtmasten, die nur einen winzigen Punkt abdecken, können hohe Masten mit einer einzigen Einheit 10.000 Quadratmeter oder mehr beleuchten. Die Höhe des Mastes ist die Grundlage dieser Abdeckung, und wenn man sie falsch angibt, ist jede andere Wahl der Beleuchtung irrelevant.

Wo fängst du also an? Der erste Schritt besteht darin, die Beleuchtungsanforderungen Ihres Projekts zu definieren. Jeder Raum hat unterschiedliche Anforderungen: Ein Autobahnkreuz benötigt gleichmäßiges Licht, damit Autofahrer Verkehrsschilder und Hindernisse erkennen können, auf einem Parkplatz müssen dunkle Ecken beseitigt werden, um Kriminalität abzuschrecken, und ein Sportplatz benötigt bestimmte Lichtstärken für Spieler und Zuschauer. Aufsichtsbehörden (wie die Illuminating Engineering Society oder IES in den USA) veröffentlichen Richtlinien für diese Werte, das ist also Ihr Ausgangspunkt. Beispielsweise empfiehlt IES mindestens 0,5 Fußkerzen (fc) für allgemeine Parkplätze, 2 fc für belebte Einzelhandelsparkplätze und bis zu 50 fc für professionelle Sportplätze. Diese Zahl wirkt sich direkt darauf aus, wie hoch Ihr Mast sein muss.

Als Nächstes müssen Sie den zu beleuchtenden Bereich kartieren. Nehmen wir an, Sie haben einen 200 x 200 Fuß großen Parkplatz. Sie müssen herausfinden, wie viele hohe Masten Sie verwenden und wo Sie sie platzieren – normalerweise in gleichmäßigen Abständen, wobei kein Punkt mehr als die Hälfte des Abstands zwischen zwei Masten und einer Leuchte beträgt. Diese „Halbabstandsregel“ ist von entscheidender Bedeutung: Sie sorgt dafür, dass sich das Licht gleichmäßig überlappt, sodass keine dunklen Lücken entstehen. Bei einem einzelnen hohen Mast, der eine Fläche von 10.000 Quadratfuß abdeckt (z. B. ein 100 x 100 Fuß großer Spot), würde der halbe Abstand zwischen diesem Mast und dem nächsten 50 Fuß betragen. Diese Zahl steht in direktem Zusammenhang mit der Masthöhe, da die Breite und Ausbreitung des Lichtstrahls davon abhängt, wie hoch es montiert ist.

Hier ist die Kernrechnung: Für die meisten allgemeinen Anwendungen beträgt die optimale Masthöhe etwa das 1,5-fache der Breite des von der Leuchte abgedeckten Bereichs. Warten Sie, lassen Sie mich das konkretisieren. Wenn Ihr Licht einen Radius von 50 Fuß (also einen Bereich mit einem Durchmesser von 100 Fuß) abdecken muss, gilt: 50 x 1,5 = 75 Fuß. Das ist eine typische Höhe für parkplatzhohe Masten. Aber bevor Sie das festlegen, müssen Sie zwei große Faktoren berücksichtigen: den Abstrahlwinkel der Leuchte und Hindernisse.

Der Abstrahlwinkel gibt an, wie weit sich das Licht von der Leuchte ausbreitet. Einige Leuchten sind schmal (15–30 Grad) und für die Beleuchtung großer Entfernungen wie Autobahnen konzipiert. andere sind breit (60–90 Grad) und eignen sich perfekt für kleinere, offene Bereiche wie Parkplätze. Wenn Sie an einem kurzen Mast eine engstrahlende Lampe verwenden, erhalten Sie einen konzentrierten Lichtstrahl, der nur einen kleinen Punkt trifft und große dunkle Bereiche hinterlässt. Wenn Sie einen breiten Strahl an einem zu hohen Mast verwenden, wird das Licht zu dünn gestreut, was zu niedrigen Fußkerzen dort führt, wo Sie sie benötigen. Aus diesem Grund dient die 1,5-fache Regel als Grundlinie, Sie müssen jedoch den Abstrahlwinkel anpassen. Lassen Sie uns das testen: Eine breitstrahlende Leuchte (80 Grad), die an einem 75-Fuß-Mast montiert ist, hat einen Abdeckungsradius von etwa 65 Fuß, was perfekt mit dem 50-Fuß-Radius übereinstimmt, den wir zuvor benötigten. Wenn Sie einen schmalen Strahl (20 Grad) auf demselben 75-Fuß-Mast verwenden würden, wäre seine Abdeckung nur etwa 27 Fuß – viel zu klein für einen 100-Fuß-Bereich. Vergleichen Sie daher immer den Abstrahlwinkel Ihrer Leuchte mit der Höhe; Die meisten Leuchtenhersteller veröffentlichen Streudiagramme, die genau zeigen, wie viel Fläche ihr Licht in verschiedenen Höhen abdeckt.

Dann gibt es Hindernisse. Dies ist ein Schritt, den viele Leute überspringen und der große Probleme verursacht. Wenn Ihr hoher Mast in der Nähe von Stromleitungen, Gebäuden oder sogar vorhandenen Bäumen steht, können diese Dinge das Licht blockieren und Schatten erzeugen. Dort haben sich Kunden gemeldet, die dachten, ihr 60-Fuß-Mast reichte aus, nur um in 30 Fuß Entfernung ein 50 Fuß hohes Lagerhaus zu finden, das 40 % des Lichts blockierte. Wenn Sie Hindernisse haben, müssen Sie den Mast so weit anheben, dass das Licht darüber hinwegkommt. Wenn Sie beispielsweise ein 50 Fuß hohes Hindernis 20 Fuß vom Mast entfernt haben, muss die Masthöhe mindestens 50 Fuß betragen, plus genügend zusätzliche Höhe, um das Hindernis um 10–15 Fuß freizugeben, um eine Schattenbildung auf dem Bereich, den Sie beleuchten, zu vermeiden. Das bringt uns auf 60-65 Fuß, statt der ursprünglichen 50 Fuß, die jemand vielleicht vermutet hätte.

Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist die Wind- und Strukturstabilität. Hohe Masten, insbesondere hohe Masten (über 100 Fuß), müssen starkem Wind, Regen, Schnee und sogar Eis standhalten. Die Höhe des Mastes hat Einfluss auf seine strukturelle Belastung: Je höher er ist, desto mehr Kraft übt der Wind auf ihn aus. Deshalb verwenden wir für hohe Masten nicht die gleichen Masttypen wie für kleine Lichtmasten. Viele unserer Kunden kommen zu uns, weil sie sich mit Beleuchtungsberechnungen, aber nicht mit Tragwerksplanung auskennen, und fragen, ob sie Masten aus anderen Anwendungen verwenden können – wie zum Beispiel die Stahlmasten für Monopol-Stromübertragungsleitungen, die Sie unter /wireless-towers/monopole-towers/monopole-power-transmission-line-steel-tower.html finden. Obwohl diese Monopole für vertikale Lasten ausgelegt sind, sind sie möglicherweise nicht für die spezifischen Windlasten und Leuchtenlasten hoher Masten optimiert. Unsere hohen Masten sind maßgeschneidert, um Höhe, Lichtabdeckung und strukturelle Sicherheit auszubalancieren, sodass die Leuchte auch bei starkem Sturm an Ort und Stelle bleibt. Ich rate Kunden immer, mit einem Anbieter zusammenzuarbeiten, der die Bautechnik in den Beleuchtungsberechnungsprozess integriert und nicht nur die Beleuchtung selbst.

Lassen Sie uns ein vollständiges Beispiel durchgehen, um dies zu veranschaulichen. Angenommen, Sie entwerfen ein neues LKW-Terminal mit einer Größe von 150 x 150 Fuß mit dem Ziel, gemäß den IES-Richtlinien eine Lichtstärke von 1 fc für die allgemeine Flächenbeleuchtung zu erreichen. Schritt 1: Die Fläche beträgt 22.500 Quadratfuß. Wir verwenden zwei hohe Masten mit einem Abstand von 100 Fuß (jeder Punkt liegt also innerhalb von 50 Fuß von einem Mast, entsprechend der Halbabstandsregel). Schritt 2: Die erforderliche Abdeckung pro Mast beträgt einen Radius von 75 Fuß (da der halbe Abstand zwischen den Masten 50 Fuß beträgt, geben wir aus Sicherheitsgründen eine Überlappung von 25 Fuß an). Schritt 3: Wählen Sie eine 70-Grad-Breitstrahlleuchte mit einer empfohlenen Montagehöhe von 1,25-fachem Abdeckungsradius. 1,25 x 75 Fuß = 93,75 Fuß, also runden wir auf 95 Fuß. Schritt 4: Auf Hindernisse prüfen. Auf der Nordseite des Terminals, 30 Fuß vom ersten Mast entfernt, befindet sich ein 40 Fuß hohes Schild. Wir müssen einen Abstand von 15 Fuß zum Schild haben, also addieren Sie 15 Fuß zur Höhe: 95 +15 = 110 Fuß. Schritt 5: Strukturbelastung bestätigen. Ein 110 Fuß hoher Mast mit 8 Leuchten passt gut zum Design unserer Standard-Hochmastmodelle, die auf Windgeschwindigkeiten von 120 Meilen pro Stunde und 20 Pfund Eis getestet wurden. Erledigt. Das ist eine solide, wissenschaftlich fundierte Berechnung.

Häufige Fehler, die ich bei Kunden beobachte: Zuerst verlassen sie sich ausschließlich auf die niedrigste Höhe, um Geld zu sparen, und müssen später weitere Masten hinzufügen, was am Ende mehr kostet. Wenn Sie beispielsweise auf diesem LKW-Terminal zwei 60-Fuß-Masten anstelle von 110-Fuß-Masten aufstellen, benötigen Sie drei weitere Masten, um das gleiche Lichtniveau zu erreichen, wodurch die anfänglichen Einsparungen zunichte gemacht werden. Zweitens kann die Nichtberücksichtigung des Lichtaustritts durch hohe Masten dazu führen, dass Licht in angrenzende Bereiche gelangt, was ein Problem darstellen kann, wenn Sie sich in der Nähe eines Wohnviertels befinden. Aus diesem Grund empfehlen wir manchmal, die Höhe oder den Winkel der Vorrichtung anzupassen, um das Verschütten zu reduzieren. Dies ist ein weiterer Faktor, der mit der Art und Weise zusammenhängt, wie Sie die Höhe berechnen. Drittens: Ignorieren Sie die Wartung: Höhere Masten sind für den Lampenwechsel schwieriger zu besteigen. Wenn Sie also einen einfacheren Zugang wünschen, können Sie einen etwas kürzeren Mast mit mehr Befestigungen anstelle eines sehr hohen Masts wählen, der schwieriger zu warten ist. Das ist eine persönliche Präferenz, die man aber berücksichtigen muss.

Als Lieferant habe ich gesehen, wie Kunden uns halbe Kalkulationen vorgelegt haben, und wenn wir diese Schritte mit ihnen durchgehen, sind sie immer überrascht, wie viel darin steckt. Die gute Nachricht ist, dass Sie kein Lichtingenieur sein müssen, um alles richtig zu machen. Wir verfügen über ein Team, das mit jedem Kunden zusammenarbeitet, um die Berechnung genau an seine Räumlichkeiten, Anforderungen und sein Budget anzupassen. Wir beziehen unsere Materialien auch von vertrauenswürdigen Herstellern, einschließlich der Monopol-Telekommunikationstürme unter /wireless-towers/monopole-towers/monopole-telecommunications-tower.html, der Monopoltürme mit Einzelrohr-Landschaftszellen unter /wireless-towers/monopole-towers/single-tube-landscape-cell-monopole-tower.html und der Stahlmasten für Stromübertragungsleitungen unter /wireless-towers/monopole-towers/power-transmission-line-steel-tower.html und Strommasten aus verzinktem Stahl für die Stromübertragung unter /wireless-towers/monopole-towers/galvanized-steel-power-tower-for-power.html – obwohl wir diese Designs speziell für die Beleuchtung hoher Masten anpassen, da unsere Priorität darin besteht, Lichtabdeckung, Struktur und Kosten in Einklang zu bringen.

Wenn Sie ein Hochmastbeleuchtungsprojekt planen, besteht der beste erste Schritt darin, Ihre Raumabmessungen, Ihren Standort und Ihre Beleuchtungsziele festzulegen. Wir können Ihnen dabei helfen, die gesamte Berechnung durchzugehen, auf Hindernisse zu prüfen, strukturelle Anforderungen zu bestätigen und Ihnen sogar Befestigungsoptionen zu zeigen, die zu Ihrer Körpergröße passen. Unabhängig davon, ob Sie einen kleinen Parkplatz oder einen großen Industriekomplex beleuchten möchten, ist die Wahl der richtigen Höhe die erste und wichtigste Entscheidung, die Sie treffen werden, und sie wird sich in den kommenden Jahren in Bezug auf Sicherheit, Effizienz und Kosten auszahlen.

Referenzen

1. Illuminating Engineering Society (IES). (2020). Beleuchtung für Parkeinrichtungen: ANSI/IES RP-20-20. New York, NY: Illuminating Engineering Society.
2. American National Standards Institute (ANSI). (2018). Tragwerksentwurfskriterien für Stahlmasten und -türme. Washington, D.C.: American National Standards Institute.
3. Beleuchtung Europa. (2021). Hochmastbeleuchtung: Best Practices für die Straßen- und Flächenbeleuchtung. Brüssel, Belgien: Beleuchtung Europas.