摘要：现阶段，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。
关键词：高速公路；隧道照明光源；选择研究
引言
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。
1光源光效特性测试
1.1测试方法
公路隧道的照明现普通采用LED灯、高压钠灯等类型，为分析不同光源灯具特性，对依托工程选用的灯具进行积分球光照实验、暗室照明测试，其中高压钠灯为100W，分别采用拱顶布置、两侧布置，LED灯选用60W，拱顶布置。
1.2能耗分布
通过对依托工程选用的灯具的照明基本参数进行测试，测试表明，两侧高压钠灯、拱顶高压钠灯其实际测定的功率较额定功率大，分别为121.4W和112.4W，60WLED灯的功率为58.8W，而3种照明方式的光通量基本相当，拱顶高压钠灯光通量为7152.8lm，两侧高压钠灯的光通量为6912.4lm，LED灯具光通量为6084.9lm，从发光能效分析，LED灯具具有优势，为103.49lm/w；拱顶高压钠灯和两侧高压钠灯的能效仅为63.64lm/w和53.94lm/w，表明LED灯具有明显的节能效益。
1.3光源特性
通过对LED灯和拱顶高压钠灯的环带光通量分布进行测试，2种灯具都为下射光，上射光基本可以忽略不计；在下射光中，高压钠灯在0～30°范围内的光通量占比最高，为43.9%，最大光强出现在0°左右，此后随着角度的增大，光强在X，Y两个维度上都迅速衰弱，该配光形式在灯下形成较强的照射区域，但灯具的间距如果较大，可能形成明暗相间的光栅；LED灯具所采用的配光方式为蝙蝠翼型配光，光通量占比在40～60°范围内占到40%左右，其照射范围更广，路面亮度更加均匀。
2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。
3LED光源性能优势分析
3.1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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
3.2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。
3.3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。
3.4灯具不同布置形式照明特性
照明灯具的布置可采用中线形式、中线侧偏形式，以及两侧交错和两侧对侧对称形式进行布置。选用50WLED灯在隧道中间段采用拱顶中线布置、两侧均匀布置、两侧交错布置。拱顶中间布灯时，由于车道幅宽较大，隧道中间路面照度较大，两边的照度相对较小，产生的照度均匀性较低；对称与交错布置所产生的照度均值相当，照度均匀性也相当，但从伪色图上看出，采用对称布置将在路面上形成明暗相间的光栅，会使驾驶员在通过隧道时感觉烦躁，即“斑马效应”，因此，总体隧道中间段交错布置相对较优。
结语
（1）基于依托工程选用的照明灯具，进行了积分球光照实验、暗室照明实验，测试表明，LED灯和高压钠灯都为下射光，其中高压钠灯最大光强出现在0°，随着角度的增大，在X，Y两个维度上迅速衰弱，LED灯为蝙蝠翼型配光，照射范围更广，路面亮度更加均匀。（2）以室内实验的灯具光强分布为参数，采用DI-ALux软件，分别对依托工程隧道灯具不同布置方式、安装角度以及间距进行了模拟分析，比较了不同布灯方式照明效果及优缺点，提出了最优的布灯方式，为隧道合理灯具布置提供了依据。
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论文作者:赵恒
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/28
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