高速公路隧道照明光源的选择研究

2018-08-23阮颖高正龙陶冶温丽闫岩

中国设备工程 2018年16期

阮颖，高正龙，陶冶，温丽，闫岩

（1.安徽省交通控股集团芜湖高速公路管理中心，安徽芜湖 241000；2.丹东三安技术发展有限公司，辽宁丹东 118000）

随着现代化建设的发展，隧道照明设施的规模及数量将越来越大。隧道属于高能耗场所，电力运营费用越来越高，将更加迫切需求高效节能光源、照明节能控制系统、合理亮度设计以提高照明效果，保证行车的安全性和舒适性。隧道照明光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰、寿命、显色性要求，同时还要保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。本文从隧道的视觉特点、照明光源特性比较、LED光源性能优势分析三个方面进行研究，为合理选用高速公路隧道照明光源提供理论依据。

1 隧道的视觉特点

隧道是道路照明上较特殊的路段，由于其特性，驾驶者在白天明亮的环境下进入隧道时，会产生种种人眼视觉上的问题。

（1）接近隧道前的视觉效应（白天）。由于隧道外的辉度与隧道内的辉度差异极大，所以驾驶者眼睛对于照明不足的长隧道，容易产生黑洞效应；对于照明不足的短隧道，则容易产生黑框效应。

（2）进入隧道的视觉效应（白天）。驾驶者进入隧道后须经过一段时间才能看清楚隧道内的状况，即称为人眼暗适应现象，这是因为辉度剧烈的变化，使人眼不能迅速适应所导致。

（3）隧道内部的视觉效应。在长隧道行驶时，由于汽车所排的废气无法迅速散去，故隧道内的能见度降低。

（4）隧道出口处的视觉效应。在白天驾驶者离开隧道时，由于通过出口连接外部的辉度极高，使得驾驶者的眼睛受到强烈眩光，产生不舒适感；在夜晚刚好与白天相反，隧道出口处的续接照明路段，则需依赖一般路灯照明作为补充，以免使人眼产生黑洞效应。

表1 隧道照明光源与特性

2 隧道照明光源特性比较

隧道照明光源，除了必须满足在隧道内特定环境下的光效、均匀度、寿命与工作特性、色温、演色性、调光控制的难易程度等主要要求外，应选择在隧道内能提供良好能见度与诱导性的光源，以提供驾驶者安全及舒适的行车环境。隧道照明常用的光源与其主要特性如表1所示。

由表1可明显看出LED隧道光源与传统光源的优劣性，LED光源在寿命、演色性、启动时间与调光的可能性上均占有优势。随着LED灯具的光源效率不断提升，LED大幅应用在隧道照明的可行性是可预见的。近年来在环保意识提高与节能减碳的大背景下，LED作为一个隧道应用的新型光源，其节能研究受到了极大关注。

3 LED光源性能优势分析

（1）发光效率。灯具的发光效率越高代表其节能减碳效果越好，输出可视光比例越大，热耗损越少，也代表着灯具的可靠性提高，目前在市售的白光LED芯片其发光效率已达160lm/W；隧道灯具发光效率则介于80～100lm/W。白光LED发光的光谱中，仅存在可视光与热损失，其可视光与热损失比率各为50%，且白光LED的优势是光谱中无紫外光成分，不会对被照体产生光害，影响人眼视觉。LED半导体光源对温度的敏感性较高，工作温度高则会产生光源效率降低、色温偏移、寿命减低等效应。随着LED光源发光效率逐年提高，代表可视光的比例增高，热损失降低，散热结构简化，间接地提高LED光源的优势。

（2）寿命与维护系数。作为隧道照明的光源，其路面辉度的维持率不仅是为了驾驶者安全上的顾虑，更是维护单位所重视的课题，故对于灯具光源的光衰现象，应当十分重视。LED定义其光通量衰减至70%时为其光源的寿命，LED光源寿命可高达50000小时，且当LED光源使用约20000小时后，其光通量维持率能达到85%～90%；若以光衰减至70%来衡量一般高压钠灯，其光源寿命仅约为10000小时，是LED光源寿命的20%。由于LED隧道灯具其透光罩采用防静电的材质，几乎不存在静电吸尘等问题，且LED光源使用50000小时仅光衰25%，理论上其光源寿明可达5.7年，而一般高压钠灯约使用10000小时光衰达25%～30%。基于以上的原因，使用LED光源作为隧道照明时，其维护系数应相对提高，以利于节能效果的实现。

（3）色温与演色性。一般来说，白光LED的色温介于4000～20000K之间。由于隧道内行驶给予驾驶者的感受较为闷热，故隧道照明设计时应选择色温较高的LED光源，以提供驾驶者在隧道内行车的舒适性。高压钠灯作为隧道光源时，其演色性指数仅为20～25，近似于单色光，使得人眼对障碍物颜色、行驶道路空间的判断能力降低；而LED光源的演色性指数为80以上，相对于高压钠灯有较大的改善，在其相同照明条件下，LED光源比高压钠灯有更好的辨识能力，因此在设计隧道照明的入口区时，将折减系数做适当降低，照明效果仍然满足驾驶者安全行车的需求。