新型照明光源在中國公路隧道照明領域的應用及發(fā)展

2014年10月新型照明光源在中國公路隧道照明領域的應用及發(fā)展

目錄

截止2012年底，全國公路總里程達423.75萬公里，其中高速公路里程達9.62萬公里。

公路隧道10022處、805.27萬米，其中特長隧道441處、198.48萬米，長隧道1944處、330.44萬米。（1）我國公路運輸安全形勢1.中國公路隧道照明簡介

公路隧道照明的主要功能就是為駕駛人員提供良好的視覺條件，保障交通安全，其功能主要體現(xiàn)在以下三方面：幫助駕駛人員適應隧道內外強烈的亮度差異；提供識別公路線形，發(fā)現(xiàn)路面異常的必要環(huán)境亮度；緩解駕駛人員在隧道封閉空間內行駛的視覺疲勞和壓迫感。1.中國公路隧道照明簡介與此同時，隧道照明能耗問題日益突出，對部分省份隧道管理部門的調查表明，照明能耗已成為公路隧道運營中最主要的開支。公路隧道照明的問題1.中國公路隧道照明簡介公路隧道照明的出路新產(chǎn)品新技術理論研究標準化研究四者的關系：相輔相成共同實現(xiàn)公路隧道照明的安全性、經(jīng)濟性、節(jié)能性平衡發(fā)展1.中國公路隧道照明簡介公路隧道照明光源公路隧道常用照明光源包括高壓鈉燈、白光LED、無極燈等，白光LED光源具有如下優(yōu)點：電光轉換效率高動態(tài)響應特性好使用壽命長綠色環(huán)保技術提高、成本降低的潛力巨大1.中國公路隧道照明簡介公路隧道照明控制方式公路隧道照明節(jié)能要以保證行車安全為前提，在此條件下常采取的節(jié)能措施包括實施節(jié)能控制、改善燈具配光結構等，LED燈具良好的動態(tài)響應特性和配光設計使其在節(jié)能應用中如魚得水。常見的節(jié)能控制措施主要有：分級控制通過開啟或關閉照明配電回路的方式減少控制工作燈具數(shù)量。動態(tài)調光控制通過脈沖寬度調制（PWM）的方法調節(jié)LED光源亮度。以上節(jié)能措施可根據(jù)洞口亮度、車流量時間分布的統(tǒng)計結果進行編程控制，也可通過光度傳感器和車輛檢測器獲得實時數(shù)據(jù)進行調節(jié)。1.中國公路隧道照明簡介2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例三部委隧道LED照明示范工程示范工程總體概況：15個隧道LED照明示范項目20個室內LED照明示范項目15個城市LED路燈示范項目2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例四階段跟蹤測試1）安裝點亮運行1000小時2）安裝點亮運行3000小時3）安裝點亮運行6000小時4）安裝點亮運行10000小時具體測試內容與要求1）路面亮度及均勻度：滿足設計規(guī)范要求2）隧道洞壁與路面亮度比：≥0.43）色溫和顯色指數(shù)測試：≤6000K、≥654）燈具節(jié)能效率：48小時現(xiàn)場能耗測試5）燈具光衰或光通維持率2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例選擇測試區(qū)域

區(qū)域內測點選擇幾何還原后的區(qū)域選擇亮度總均勻度計算公式亮度縱向均勻度計算公式隧道中間照明段亮度測試影像隧道路面亮度實測數(shù)據(jù)分析光衰18.0%左右工程實際環(huán)境：隧道內汽車尾氣和灰塵污染因素（定期清洗）2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例測試隧道內不同區(qū)段色溫與顯色指數(shù)2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例分段色溫，K顯色指數(shù)備注入口5572.082.21色溫平均值5472.0K，顯色指數(shù)平均值81.625446.081.275398.081.39過渡15556.079.19色溫平均值5675.3K，顯色指數(shù)平均值80.135724.080.675746.080.52過渡25576.078.86色溫平均值5739.3K，顯色指數(shù)平均值80.115890.081.25752.080.28過渡35996.078.64色溫平均值5997.3K，顯色指數(shù)平均值79.055994.078.956002.079.56出口段5892.079.78色溫平均值5890.7K，顯色指數(shù)平均值78.615838.077.745942.078.31000小時3000小時6000小時色溫實測數(shù)據(jù)分析4.0%左右工程測驗數(shù)據(jù)隧道名稱隧道長度（km）24h內隧道LED照明系統(tǒng)的能耗（kWh/km）（數(shù)據(jù)升序排列）備注正兜II號隧道0.810398.7朋山嶺隧道2.973460.02桃源隧道2.152497.33前埭隧道2.580517.29熊村隧道0.736543.48無節(jié)能控制格龍隧道（左洞）1.03545.63采用精細化無級節(jié)能調光控制洪厝隧道0.740585.34潼湖隧道1.838612.08正兜1號隧道1.405617.83禾荷圍隧道2.308623.92格龍隧道（左洞）852.48采用分級節(jié)能調光控制清林逕隧道1.015876.852.新型光源在公路隧道照明領域應用案例經(jīng)過工程測試可知，隧道照明系統(tǒng)采用調光模式具有很好的節(jié)能效果。本節(jié)采用理論計算確定出單位隧道長度能耗值，并計算對比調光與不調光兩種模式下的能耗對比，獲取調光模式下的節(jié)能率。路況條件為：洞外亮度：3500cd/m2

，車速：80km/h，車流量：大于700輛/h，小于2400輛/h；路面：瀝青路面。單洞長度（m）白天總功率（w）夜間總功率（w）調光模式下全天單位長度能耗（kw*h/km）非調光模式下全天單位長度能耗（kw*h/km）節(jié)電比例1000390209840586.32936.4837.39%500341805000940.321640.6442.69%3003318040001487.22654.443.97%注：調光模式指采用白天+夜間兩種時序控制，白天時序持續(xù)時間12小時，夜間時序模式12小時。2.新型光源在公路隧道照明領域應用案例標準化對項于引導產(chǎn)躍業(yè)發(fā)展方雄向，統(tǒng)一妙技術要求誓，規(guī)范市箭場行為有倦著重要的巧推動作用徑，公路隧陣道照明相植關標準化賠研究涵蓋輩以下幾個餐方面：設計標準產(chǎn)品標準質量驗收舊標準養(yǎng)護標準裹等3.公路隧道礙照明標準狹化研究設計標準JTJ淺02霜6.1搜—19暮99《公路隧道猴通風照明居設計規(guī)范》指標、參美數(shù)等的確造定以高壓鈉燈為基礎3.公路隧道哈照明標準緊化研究制/修訂標準JTG/殃T70騎/2-0孕1—20未14《公路隧道擋照明設計耀細則》已考慮白光LED、無極熒泡光燈等新型光寬源特點關鍵指標第9章節(jié)獄能標準竊與措施——當顯色指趕數(shù)Ra≥囑65，色溫介誼于3500盡K~65做00K的LED光源用于隧道剛基本照明幣時，亮度決可按表6.1.預1所列亮舅度標準晌的50%取值，蘭但不應抵低于1cd竄/m2。3.公路隧棕道照明樣標準化的研究——當顯色指四數(shù)Ra≥6處5，色溫介就于350浴0K~中650蹦0K的單端無感極熒光傍燈用于隧道皆基本照明邁時，亮度次可按表6.1贈.1所列亮凈度標準仔的80%取值，志但不應宴低于1cd/預m2。產(chǎn)品標峽準JT/T歪609－2004郊《公路隧道拐照明燈具》“一、疊范圍左標禿準適用午于以熒撒光燈、幫鈉燈等燭氣體放愧電燈為溫光源的夏公路隧閘道用照病明燈具戒。隧道遠用其它好燈具可劃參照執(zhí)常行。”3.公路隧假道照明皂標準化茄研究編制/修訂標準交通運輸釘行業(yè)標準旋（已報批踐，待頒布沙實施）《公路LED照明燈飲具砍第1部分：通汽則》《公路LED照明燈具蒼第2部分：公株路隧道LED照明燈具》《公路LED照明燈具賣第5部分：泥照明控汽制器》3.公路隧道伶照明標準眉化研究項目名稱技術要求試驗方法型式檢驗出廠檢驗材料要求5.26.3√√結構尺寸5.36.4√√外觀質量5.46.5√√燈具初始光效5.56.6√√噪聲5.66.7√√燈具結溫5.76.8√√顯色指數(shù)5.86.9√√燈具光度性能5.96.10√√燈具防眩性能5.106.10√√機械力學性能5.116.11√×電磁兼容性5.126.12√×絕緣電阻5.13.16.13.1√√電氣強度5.13.26.13.2√×接觸電阻5.13.36.13.3√√電源適應性5.13.46.13.4√√防護性能5.13.66.13.5√×耐低溫性能5.14.16.14.1√×耐高溫性能5.14.26.14.2√×耐濕熱試驗5.14.36.14.3√×耐溫度交變性能5.14.46.14.4√×耐機械振動性能5.14.56.14.5√×耐鹽霧腐蝕性能5.14.66.14.6√×耐候性能5.14.76.14.7√×功能要求5.156.15√√可靠性5.166.16√×注1:本表4~9為發(fā)光燈具的檢驗項目，其它項目為通用檢驗項目。注2:型式檢驗和出廠檢驗樣品的抽樣和數(shù)量在具體產(chǎn)品標準部分確定。注3:√為檢驗項目，×為不檢驗項目。公路LED照明燈遼具檢驗嗽項目項目名稱技術要求試驗方法型式檢驗出廠檢驗材料要求5.26.3√√外觀質量5.36.4√√通用要求5.46.5√√數(shù)字調光控制器性能要求要求5.56.6√√模擬調光控制器性能要求5.66.7√√軟件要求5.76.8√√電磁兼容性能5.86.9√О電氣安全性能5.96.10√×耐低溫性能5.106.11√О耐高溫性能5.106.11√О耐濕熱試驗5.106.11√О耐溫度交變性能5.106.11√О耐機械振動性能5.106.11√О耐鹽霧腐蝕性能5.106.11√×注：√為必檢驗項目，×為不檢驗項目，О為可選項檢驗項目。照明控制繩器檢驗項訊目3.公路隧性道照明縣標準化退研究老化時間a

h光通量維持率3000≥96%6000≥92%10000≥86%a老化時間包括燈具老煉試驗時間1000h。等級初始光效

lm/W額定相關色溫≤3500K3500K<額定相關色溫≤5500KⅠ100110Ⅱ90100Ⅲ8590公路隧銷道LED照明燈具光通量哀維持率公路隧道LED照明燈些具初始光稱效等級安裝支架幕結構尺寸游圖質量驗敞收標準鍋和養(yǎng)護納標準JTG銹F8牌0-2纖004《公路工程性質量檢驗影評定標準裝第二冊機電工程》技術指洪標要求主以電氣安全、亮度及其均勻性等為主JTG編F80（修訂姓中）技術指標態(tài)增加了色料溫、顯色鴨指數(shù)的要帆求3.公路隧道輸照明標準賽化研究應用視覺悠功效法的酒照明安全倉性評價光源光譜交對人眼視姥亮度的影哈響基于公還路隧道撈應用條嬸件的燈厲具能效網(wǎng)測試方憂法公路隧道男路面、面再層改造對吼照明指標垃的影響光源光徒譜對人稈眼視敏私度、疲再勞度的青影響高穿透性脈光源及其婆光譜特性些研究……4.公路隧道符照明領域澤的研究（1）應用視飽覺功效法多的照明安矛全性評價當前公路態(tài)隧道照明粗領域的應稼用與研究荒呈現(xiàn)以下建特點：光源種類寨日趨多樣煌化；人眼視朋覺效應稠研究逐言漸深入烤，影響細照明質假量的考梅慮因素挪不斷增發(fā)加；傳統(tǒng)的亮析度、照度劫指標已不孕能全面、庸準確的評質價照明質控量。4.公路隧道融照明領域咐的研究本項目襖擬采用仇的視覺跨功效法忽實驗是皂通過構加建仿真濱環(huán)境，哨模擬再屑現(xiàn)公路藥隧道照顆明特點亞，通過內測試視張標觸發(fā)赴和被試羽者動作借截止的甜反應時趙間差，最分析照那明環(huán)境碌對視標懼視認性架的影響惠，進而削分析、肝評價照裝明質量剛。因變量觀：反應蜻時間變量：環(huán)團境亮度、軟照明光源肝、分辨力妻閾值等實驗方案余設計基本腔流程4.公路隧道復照明領域鋪的研究實驗特雅點：以觀察者伐做為試驗航“黑箱”剝；以大樣本貪量被試者另的真實視咬覺感知和斯應激反應應作為照明文質量評價旁的“打分煙器”；以反應時游間為定量錢依據(jù)，反吵推得到相懲同安全性錦條件下，適不同類型槳光源所應椒該達到的纏最小背景襖亮度指標口要求。4.公路隧府道照明童領域的檢研究視覺反應時間測試系統(tǒng)示意圖照明反應時間實驗流程圖4.公路隧道程照明領域巷的研究背景亮度，cd/m20.51.01.52.02.53.0HPS，ms525422333301297270MH，ms461402325296283260LED，ms410326285275252248不同光逗源在不扛同背景吊亮度(cd防/m2)下的反應脆時間對比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308不同光扣源在不歇同對比跡度下的床反應時號間平均債值視標偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms316335360不同光源酷在不同視唯標偏心角個下的反應水時間平均拾值高壓鈉燈顯色指數(shù)豬：19.向2金屬鹵縱化物燈顯色指數(shù)屑：99.2白光LED顯色指貞數(shù)：72.騰44.公路隧湯道照明布領域的廊研究反應時間，ms亮度平均值，cd/m2高壓鈉燈金鹵燈白光LED42510.310.823301.51.450.9530321.871.262992.51.911.694.公路隧道鼓照明領域粘的研究（2）光源光慎譜對人眼明視亮度的淘影響中間視師覺表征才的是人昏眼介于覽明視覺丘和暗視需覺狀態(tài)泡之間的掛一種情蝴況，一尼般認為適對應的蠢環(huán)境亮拘度在0.0桌01c徹d/m2到幾個cd/m2之間，嗎比較接恭近于夜叮間室外稀照明和公路隧頁道基本汪段照明的亮度水竭平。而在現(xiàn)傷行公路械隧道照蔑明相關慌產(chǎn)品、贈設計、察檢測的翻標準規(guī)堵范中所螞指的亮蘆度均為吸明視覺隸亮度。4.公路隧聾道照明關領域的窗研究光譜效餅率函數(shù)短反應了纖人眼對擱不同波條長輻射嶺的視覺素感知能塊力，也芹是計算唉等效亮真度的重霉要參量菊。本項目研孝究以MOVE（Meso恐pic砌Opti騙misa視tion右of系Visu叮alE財ffic榆iene堤y）模型作竊為分析中諷間視覺光倚譜效率函占數(shù)研究基明礎，其簡陜化線性模竿型可表示厭為

x代表了明視覺函數(shù)在中間視覺函數(shù)中所占的權重，是模型建立的重要參數(shù)4.公路隧解道照明昂領域的醒研究計算順序公式表甜示在求得握的基礎房誠上，通忙過測試莊得到光姿源輻照匆強度光臣譜分布逮即可得滋到中間溝視覺條釘件下的轟總光通逝量由于在其片他條件相奧同的情況艇下，總光偷通量與亮柿度的數(shù)值桃成正比，萬則可以得腔到中間視電覺相對于喬明視覺的哪等效亮度賽計算公式4.公路隧蝴道照明典領域的緒研究應用公碰式推導產(chǎn)計算得做到不同鬧背景亮抵度條件太下的中容間視覺房誠等效亮鋼度，其桶與明視跑覺亮度星的比值訴如右圖央所示：通過數(shù)值管擬合，擬情合曲線如刮圖所示，識其函數(shù)可慢表示為：常數(shù)因變量變量不同光源墳背景亮度俘與中間視嘴覺等效亮起度比值關許系圖4.公路隧徒道照明源領域的狐研究根據(jù)此公前式可以方盡便的計算野得到特定躍光源在中宏間視覺條撈件下明視撇覺亮度與或等效亮度燒的比值關餃系。光源編號LED1#LED2#LED3#LED4#色溫4868K5549K5853K6924KGaN藍色發(fā)振光YAG：Ce黃色發(fā)光4.公路隧道楊照明領域豬的研究背景亮度，cd/m2中間視覺等效亮度，cd/m2LED1#LED2#LED3#LED4#0.50.640.680.670.7311.221.271.261.351.51.771.841.831.9422.322.392.382.512.52.852.932.913.0633.373.463.443.5944.394.494.474.6355.45.495.475.63不同色溫白光LED背景亮度與等效亮度關系曲(a:LED1#,b:LED2#,c:LED3#,d:LED4#)

通過數(shù)值擬合，擬合曲線如圖所示，其函數(shù)可表示為：

根據(jù)此公式可以方便的計算得到不同色溫LED光源在中間視覺條件下明視覺亮度與等效亮度的對應關系。白光LED在不同背也景亮度條諷件下的中服間視覺等念效亮度對華照表4.公路隧道逃照明領域容的研究（3）基于公害路隧道應水用條件的臨燈具能效沉測試方法4.公路隧道博照明領域北的研究功率光通量燈具能蘿效通用測蛛試方法隧道現(xiàn)儀場條件4.公路隧曉道照明輝領域的蛇研究公路隧道刃建筑限界皺橫斷面組坡成最小寬扯度（單途位，m）公路等級較：高速公羅路設計速度:120岔km/挖h公路隧道徐功能性照羞明區(qū)域范泥圍4.公路隧副道照明島領域的濁研究某應用崇高壓鈉新燈的公成路隧道鑰照明區(qū)師域亮度舅分布圖某應用召白光LED照明燈堤具的公紋路隧道那照明區(qū)據(jù)域亮度牲分布圖4.公路隧道員照明領域槍的研究亮度指標，cd/m2區(qū)域編號123456平均值8.6692.0272.0232.6483.2862.927最小值3.3140.9241.2801.5922.3752.085最大值18.866.5845.3025.2795.4286.8001654324.公路隧希道照明理領域的講研究照明燈具族在公路隧減道橫斷面保方向的有坦效照明區(qū)顯域角度范答圍為79.7賣0°，則以燈食具光軸方原向為0°，燈具有預效照明區(qū)汪域在隧道趕橫斷面邊學界條件為-28條.13°~51擠.57°。CIE扁Type閉CCIE疼Ty斧pe患B4.公路隧著道照明濾領域的桿研究序號總光通量，lm有效光通量，lm光通量利用系數(shù)12102020609.750.9823400032567.750.96375206877.750.9142060018740.750.9152430022036.250.9162049018479.250.9720000177970.89876306663.750.87915821376.750.871065405417.50.83111143289260.781275005725.750.761399007550.750.7614510038390.7615179213130.7316696504.250.72174800031165.50.651832000196800.6219743544280.6205500032439.50.59公路隧碗道照明漫燈具光壞通量利毛用率測試燈具吹樣本的總磁能效與有慶效能效示族意圖4.公路隧道觸照明領域借的研究（4）公路吹隧道路胖面、面庫層改造見對照明仔指標的配影響一定照明味條件下某艇點的亮度起值計算方擺法，公式康如下所示Lpi—踢—燈具i在計算點p點產(chǎn)生的蝦亮度，cd/寄m2；Lp源——p點總亮度害，cd/m2；Β——觀察面與滲光入射面侄間角度，°；γ——p點對應再的燈具遮光線入步射角，°；Icγ——燈具在計打算點p的光強售值，cd；r（β，γ）——簡化亮度也系數(shù)。亮度計福算示意掌圖4.公路隧道乎照明領域逮的研究簡化亮庫度系數(shù)水泥混姐凝土路招面簡化謊亮度系梯數(shù)表瀝青路面足簡化亮度鍬系數(shù)表4.公路隧道醋照明領域暢的研究簡化亮度閑系數(shù)可用撒于照度平盞均值和亮訂度平均值里的換算瀝青路面：漿（15~偉22）lx/桃cd·劃m-2水泥混移凝土路耽面：（10~趁13）lx/恥cd·鄉(xiāng)豐m-2240挺a.u.240否a.u.路面材料瀝青水泥白色鋪裝黃色鋪裝亮度系數(shù)lx/cd·m-2151038相同光繼通量相同路敏面照度16248030路面亮度通，cd/m2白色鋪裝朝材料：害（3~6）lx/c正d·m-2黃色鋪裝晌材料：梳（8~12）lx/c專d·m-24.公路隧搏道照明扇領域的劫研究照射在隧動道功能性籠照明有效閑區(qū)域之外駱的光強會詠有部分反衫射到有效集照明區(qū)域企，對于提魂高隧道路策面的亮度偽平均值和桐均勻度有械著一定的逝效果。面層平均反射率有效能效，lm/W12345678910098.0597.2273.1792.6492.7190.1988.9972.240.0282.840.1298.2997.7174.0493.7493.8191.3990.3173.4940.7484.880.3698.7798.6875.7895.9496.0193.8092.9576.0842.1788.9511121314151617181920074.3845.8145.7645.1642.3537.9171.9871.8264.1775.270.1276.9047.5547.4946.8744.2339.6876.6377.1069.3081.550.3681.9351.0250.9650.2947.9943.2285.9387.6779.5794.10普通水匯泥砂漿樓面層反吹射系數(shù)鄙約為0.3白瓷磚面軌層反射系飾數(shù)約為0.9公路隧道搏照明有效粘區(qū)