基于混合光源的隧道照明改善方案研究

摘要：隧道照明是保障隧道交通安全、高效运行的基本措施之一。现以长度300 m的隧道中段为研究对象，对LED灯、高压钠灯、荧光灯进行不同的光源组合，形成混合光源，并通过测试区的照度均匀度测试，对不同组合方案进行了评价，对比3种方案的照明效果。测试结果表明，高压钠灯与荧光灯混合照明具有较为理想的照明效果。

关键词：隧道;照明;混合光源

0 引言

随着我国公路建设，特别是山区公路建设脚步的加快，公路隧道的建设数量也逐步增多。隧道中的照明系统是隧道内车辆安全运行的重要保障，与道路其他路段照明相比，隧道照明需要保持全天候光照强度，隧道照明的电能消耗总和非常庞大。目前，我国公路隧道数量达1.6万余条，总长度超过1.5万km，隧道照明在保证照度的前提下，对其进行节能设计具有重要意义。

本文对LED灯、高压钠灯、荧光灯3种不同类型的光源组合进行照度对比分析，通过不同光源组合方案的照明效果对比，为隧道照明设计提供参考。

1 混合光源组合方案

隧道照明设计的重要环节之一是灯源的选择。灯源需要满足光效、光色、光通量、使用寿命等指标要求，同时在车辆尾气烟雾的干扰下要能保证充足的能见度。应用于隧道照明的主要光源包括LED灯、钠灯、荧光灯、卤素灯、电磁感应灯等。隧道照明中使用比例最大的是荧光灯与高压钠灯，其具有良好的光照强度，在实际工程中应用较为广泛。目前隧道照明多选用单一光源，未能将不同光源的特性进行组合应用，为此，本文将对LED灯、荧光灯、高压钠灯3种光源进行混合装配，构建不同的光源组合模型。

1.1    高压钠灯与LED灯组合

LED灯的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4，寿命可达10万h以上。LED灯可以频繁启动或关断，可靠性更高，固态封装，属于冷光源类型，配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，提高视觉效果，消除视觉疲劳。高压钠灯与LED灯的光效参数相接近，两者兼具节能、透雾性强、使用寿命长、光线柔和、响应速度快等特点，将两者组合使用，可有效提高照明效率，降低照明能耗。

1.2    荧光灯与LED灯组合

无极荧光灯由高频发生器、耦合器和灯泡组成。玻管采用硬质玻璃，管内充入惰性气体及微量水银，管壁涂敷高效三波长荧光粉，灯管两端涂敷导电胶，并施加高压，使灯管内气体电离，水银蒸汽受激发放电，受激原子返回基态时辐射出紫外线，灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。荧光灯具有寿命长的特点，平均使用寿命长达1万h，使用寿命是普通白炽灯的5倍，功率因数高达0.98，同时具有较高的显色性。LED灯亮度高、显色性强、工作电流小，可与荧光灯进行互补。

1.3    荧光灯与高压钠灯组合

高压钠灯的光线为金白色，具有很强的透雾能力，同时具有较高的发光效率，能耗相对较低，在道路、隧道、公园等场所得到普遍使用。高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸汽和氙气的低气压放电。随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐上升，汞、钠蒸汽压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度達到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态。与高压钠灯相比，荧光灯相对费用高些，但其不需要配置镇流器，运行维护成本低，两者组合可降低隧道照明系统的总造价。

2 光源混合模型测试

2.1    高压钠灯与LED灯混合模型

将某隧道的中段作为研究对象，长度为300 m。高压钠灯与LED灯进行组合安装，采用两侧对称安装方式，高压钠灯型号为BMQ22，LED灯型号为NVC5831，功率均选用70 W，两个轴向的发光角度设为120°，纵向方向上灯具的安装间距设为2 m，灯具的安装高度设为4.5 m，横向方向的设置间距为4.5 m。在隧道模型中，取一块测试区域，将该区域划分为7 m×7 m的矩阵测试点，统计该区域路面的照度平均均匀度和中线的照度均匀度。测试区域的网格框架如图1所示。高压钠灯与LED灯混合模型的测试区域内的典型测量点照度值统计如表1所示，表中横坐标代表测量点在测试区的横向坐标，纵坐标代表测量点在测试区的纵向坐标。

2.2    荧光灯与LED灯混合模型

LED灯型号同样选择为NVC5831，荧光灯型号为ZQ109，功率均选为70 W，为保证其他环境参数的一致性，采用相同的安装规格，两个轴向的发光角度设为120°，纵向方向上灯具的安装间距设为2 m，灯具的安装高度设为4.5 m，横向方向的设置间距为4.5 m。荧光灯与LED灯混合模型的测试区域内的典型测量点照度值统计如表2所示。

2.3    高压钠灯与荧光灯组合模型

高压钠灯型号为BMQ22，荧光灯型号为ZQ109，功率均选为70 W，采用相同的安装配置参数，高压钠灯与荧光灯组合模型的测试区域内的典型测量点照度值统计如表3所示。

3 光源混合模型照度均匀值对比

本文主要提出了3种光源混合模型，为对比这3种方案的光照效果，对3种模型的路面光照均匀度进行统计对比。照度均匀度对比结果如表4所示，在相同的灯具分布条件下，平均照度值最高的是荧光灯与LED灯组合，但其路面的纵向均匀度和总体均匀度并不高。高压钠灯与荧光灯组合的平均照度值偏低，但路面光照的总体均匀度和纵向均匀度值均很高，能够满足隧道中人眼的视觉要求。

4 结语

本文对LED灯、荧光灯、高压钠灯进行了光源混合匹配，并对不同光源组合方式进行了测试与对比，建立了测试模型，对比3种不同光源组合的照度平均均匀度与纵向均匀度值。通过照度均匀度值的统计，总结了3种方案的特点。测试结果表明，荧光灯与LED灯组合具有最高的照度，但均匀度总值和纵向均匀度并不高，整体照明效果一般。荧光灯与高压钠灯的照度均匀度和纵向照度均匀度表现良好，是较为理想的组合方式，能够满足隧道中视线对光照的要求。

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收稿日期：2020-03-01

作者简介：鲍国栋（1987—），男，陕西西安人，工程师，研究方向：市政电气设计、低压供配电设计。