公路隧道照明系統(tǒng)知識講座

公路(gōnglù)隧道照明系統(tǒng)知識講座2016年3月臺州

高級工程師注冊電氣工程師注冊一級建造師中國照明學會高級會員陳志tc-77@163.com共五十六頁講座(jiǎngzuò)的主要內容隧道照明的要求(yāoqiú)：基于《公路隧道設計規(guī)范》（JTGD70/2-2014）《公路隧道照明設計細則》（JTG/TD70/2-01-2014）【推薦性】，講解隧道照明的功能要求、舒適性要求等。隧道照明的燈具技術：

講解燈具的基本術語概念、燈具參數的識別、燈具選型等。隧道照明的控制技術：

講解燈具的基本術語概念、燈具參數的識別、燈具選型等。共五十六頁一、隧道照明(zhàomíng)的要求1.1隧道(suìdào)照明的評價參數路面亮度值（Lav）路面總均勻度（U0）路面中線縱向均勻度（U1）閃爍（頻閃）誘導性眩光控制節(jié)能指標（照明功率密度）共五十六頁1.2隧道照明(zhàomíng)考慮的因素隧道(suìdào)的交通量隧道通行情況（單向通行還是雙向通行）隧道洞外亮度（隧道洞口環(huán)境、洞門形式、隧道朝向等）隧道長度隧道通車設計時速共五十六頁因素(yīnsù)選擇表共五十六頁共五十六頁1.3隧道(suìdào)路面亮度要求

照明的目的是要能看清楚路面(lùmiàn)的障礙物，障礙物的大小為20cm×20cm×20cm，認識距離為一個停車視距（Ds）；要認清車輛通行情況，來辨識車距。背景亮度共五十六頁背景亮度(liàngdù)與目標識別的關系共五十六頁

隧道內路面亮度是分段考慮的，主要是根據人眼對環(huán)境的適應要求規(guī)定的。不同段的亮度變化曲線(qūxiàn)如下：共五十六頁

隧道內照明一般可以劃分入口段、過渡段、中間段、出口段。在JTG/TD70/2-01-2014規(guī)范中劃分為入口1段、入口2段、過渡1段、過渡2段、過渡3段、中間段、出口1段、出口2段。在2014規(guī)范中入口段Dth計算式如下：另有【設計速度為20km/h~40km/h時，入口段總長度可取(kěqǔ)一倍照明停車視距?！咳肟诙瘟炼萀th，計算如下：隧道照明區(qū)段劃分(huàfēn)及亮度計算和區(qū)段長度計算共五十六頁過渡(guòdù)段

過渡段長度不需要計算，可以根據隧道凈空高度、設計時速參數直接查表獲得。另【當任一過渡段亮度值與中間(zhōngjiān)段亮度比值小于3時，可不設置該過渡段照明?！恐虚g段

中間段長度就是隧道布燈長度減去入口段、過渡段、出口段的值。亮度取值如下表：共五十六頁注：【行人與車輛人車混合通行的隧道，中間段亮度宜不小于2.0cd/m2。】

特殊段的亮度要求：

隧道內交通分流(fēnliú)段、合流段的亮度不宜低于中間段亮度的3倍。

緊急停車帶照明宜采用顯色指數高的光源，其照明亮度不應低于4.0cd/m2。

橫通道亮度不應低于1.0cd/m2。

應急照明：長度L＞500m的高速公路隧道應設置應急照明系統(tǒng)，并采用不間斷供電系統(tǒng)；長度L＞1000m的一級、二級公路隧道應設置應急照明系統(tǒng)，照明中斷時間不應超過0.3s。三、四級公路根據實際情況設計確定。應急照明的亮度應不低于中間段亮度的10%，且不小于0.2cd/m2。共五十六頁出口段出口段長度總長不應超過60米，一般分為出口1段、出口2段，每段長30米。亮度值為中間段亮度的3倍和5倍。長度L≤300m的直線隧道可不設置(shèzhì)出口段加強照明。長度300m＜L≤500m的直線隧道可只設置(shèzhì)EX2出口段加強照明。共五十六頁1.4隧道照明的均勻性要求(yāoqiú)

隧道照明的均勻度【本人】認為比亮度的要求更高，因為照明均勻度不好的，會形成亮暗的“斑馬線”，在車輛快速通行時會有“閃爍”的現象，對駕駛人員造成不適的感覺。隧道內照明的兩個均勻度指標，【本人】認為路面中線縱向均勻度U1比路面總均勻度U0更重要。因為車輛是縱向通行，縱向均勻度好視覺舒適性好，不快的閃爍減少。技術指標要求如下表：共五十六頁共五十六頁1.5閃爍(shǎnshuò)當隧道內按設計速度行車時間超過20s時，照明燈具布置間距應以滿足閃爍頻率低于2.5Hz或高于15Hz為原則。

【當閃爍頻率在4Hz~11Hz之間，不舒適感令人(lìnɡrén)無法忍受?！坷涸O計時速80KM/H，1000米長隧道。V=80000/3600=2.22m/s，2.5≥2.22/S求得S≥0.888m；15≤2.22/S求得S≤0.148m。入口段、過渡段燈具安裝間距不應小于0.148米。共五十六頁1.6誘導性

要求燈具安裝順直，應根據隧道的平曲線、豎曲線來布置，并與隧道的曲線半徑一致。做到美觀(měiguān)、可視性好。建議將燈具安裝于隧道橋架上，容易保證誘導性能。1.7眩光(xuànɡuānɡ)控制（新）

眩光有直接眩光、反射眩光和光幕反射。隧道內大多是直接眩光，由燈具過高的亮度光線直接進入人眼造成的。這還與燈具的安裝高度、安裝間距、燈具的光束角、截光角、遮光角有關，還與車輛類型有關。（詳見下圖）反射眩光主要是經隧道內光潔表面反射高亮度光線進入人眼造成。主要有標牌、導向板、洞室門以及一些設備等。共五十六頁共五十六頁1.8節(jié)能(jiénénɡ)指標（照明功率密度LPD）（新）

目前，隧道照明的規(guī)范中沒有提出(tíchū)照明功率密度的概念。在建筑物照明系統(tǒng)內此概念，并且是強制性條款。

應著手收集不同公路等級、不同設計時速的隧道內照明用電資料。共五十六頁二、隧道(suìdào)照明燈具2.1燈具實物(shíwù)認知高壓鈉燈共五十六頁陣列(zhènliè)式LED燈模塊(mókuài)式LED燈共五十六頁2.2燈具(dēngjù)及照明的基本術語1）可見輻射：能直接引起視感覺的光學輻射，通常將波長范圍限定在３８０ｎｍ和７８０ｎｍ之間。2）光通量：根據輻射對標準光度觀察者的作用導出的光度量(dùliàng)。3）發(fā)光強度：光源在給定方向上的發(fā)光強度是該光源在該方向的立體角元ｄΩ內傳輸的光通量ｄΦ除以該立體角元之商，即Ｉ＝ｄΦ/ｄΩ，該量的符號為Ｉ，單位為坎德拉（ｃｄ），１ｃｄ＝１Lｍ/１ｓｒ。4）亮度：由公式ｄΦ/ｄＡ·ｃｏｓθ·ｄΩ定義的量。式中ｄΦ——通過給定點的束元傳輸的并包含給定方向立體角ｄΩ內傳播的光通量；ｄＡ——包括給定點的輻射束截面積；θ——輻射束截面積與輻射束方向的夾角。該量的符號為Ｌ，單位為坎德拉每平方米（ｃｄ·ｍ－2

＝ｌｍ·ｍ－2

·ｓｒ－1

）。共五十六頁5）照度：表面上一點的照度是入射在包含該點面元上的光通量ｄΦ除以該面元面積(miànjī)ｄＡ之商，即Ｅ＝ｄΦ/ｄＡ

該量的符號為Ｅ，單位為勒克斯（ｌｘ），１ｌｘ＝１ｌｍ/ｌｍ2

。6）視野：當頭和眼睛不動時，人眼能觀察到的空間的角度范圍。7）亮度對比：視野中目標和背景的亮度差與背景亮度之比，即C=（Lt—Lb）/Lb，式中C——亮度對比；Lt——目標亮度；Lb——背景亮度。共五十六頁8）眩光：由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對比，以致引起不舒適(shūshì)感覺或降低觀察細部或目標的能力的視覺現象。9）直接眩光：由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發(fā)光體所產生的眩光。10）反射眩光：由視野中的反射所引起的眩光，特別是在靠近視線方向看見反射像所產生的眩光。11）光幕反射：視覺對象的鏡面反射，它使視覺對象的對比降低，以致部份地或全部地難以看清細部。12）不舒適眩光：產生不舒適感覺，但并不一定降低視覺對象的可見度的眩光。13）失能眩光：降低視覺對象的可見度，但并不一定產生不舒適感覺的眩光。共五十六頁14）色溫（度）：當某一種光源與某一溫度下的完全輻射體（黑體(hēitǐ)）的色品完全相同時完全輻射體（黑體(hēitǐ)）的溫度。其符號為Tc，單位為開(K)。15）相關色溫（度）：當某一種光源與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的色品最接近時完全輻射體（黑體）的溫度。其符號為T，單位為開(K)。16）冷色：光源色的色溫大于5300K時的顏色。暖色：光源色的色溫小于5300K時的顏色。17）中間色：介于冷色和暖色之間的顏色。光源色的色溫介于5300~3300K時為中間色。18）顯色性：照明光源對物體色表的影響（該影響是由于觀察者有意識或無意識地將它與標準光源下的色表相比較而產生的）。共五十六頁19）（燈的）全功率：給定某種燈的額定功率與其鎮(zhèn)流器損耗功率之和。20）（燈的）發(fā)光效率(xiàolǜ)：燈的光通量與燈消耗電功率的商，單位為lm/w。21）截光型燈具

：最大光強方向在0°~65°,其90°和80°角度方向上的光強最大允許值分別為10cd/1000lm和30cd/1000lm的燈具。22）半截光型燈具：最大光強方向在0°~75°,其90°和80°角度方向上的光強最大允許值分別為50cd/1000lm和100cd/1000lm的燈具。23）非截光型燈具：其在90°角方向上的光強最大允許值為1000cd的燈具。共五十六頁24）截光：為遮擋人眼(rényǎn)直接看到高亮度的發(fā)光體，以減少炫目作用的技術。25）截光角：在燈具垂直軸與剛好看不見高亮度的發(fā)光體的視線之間的夾角。26）遮光角：截光角的余角。27）光束角：在給定平面上，已極坐標表示的發(fā)光強度曲線的兩矢徑間所夾的角度，該矢徑的發(fā)光強度值通常等于10%或50%的最大發(fā)光強度值。28）燈具效率：在相同的使用條件下，燈具發(fā)出的總光通量與燈具內所有光源發(fā)出的總光通量之比。共五十六頁顯色指數的理解(lǐjiě)圖2.3重點(zhòngdiǎn)概念理解共五十六頁共五十六頁色溫理解(lǐjiě)圖共五十六頁截光角、遮光角、三平面(píngmiàn)理解圖共五十六頁共五十六頁共五十六頁共五十六頁配光曲線(qūxiàn)、光強分布曲線(qūxiàn)共五十六頁共五十六頁共五十六頁防護(fánghù)等級IP56共五十六頁防觸電類別(lèibié)共五十六頁燈具壽命：燈具光通量衰減(shuāijiǎn)到70%時，燈具的使用時間?！兜缆放c街路照明燈具安全要求》（GB7000.5-2005）《燈具第1部分一般要求與試驗》（GB7000.1-2014）《LED道路隧道照明產品節(jié)能(jiénénɡ)認證技術規(guī)范》（CQC3127-2013）《公路LED照明燈具第1部分：通則》（JT/T939.1-2014）《公路LED照明燈具第2部分：公路隧道LED照明燈具》（JT/T939.2-2014）等2.4隧道照明燈具執(zhí)行的標準共五十六頁2.5隧道(suìdào)照明燈具的要求1）防護等級不低于IP65；2）具有防眩光裝置；3）光源和附件便于更換、可替換性好；4）燈具及附件具有良好的防腐性能；5）燈具投光角度可調；6）燈具效率要高，氣體放電燈不低于70%，功率因數(ɡōnɡlǜyīnshù)不低于0.85；LED燈燈具效能不低于90LM/W，功率因數不低于0.95。7）LED燈具應具有可控性，對燈具的輸出光通量可調。共五十六頁2.6LED隧道(suìdào)燈具1）LED燈具的結構，主要(zhǔyào)有散熱殼體、驅動電源、LED光源、配光裝置、安裝支架等組成。共五十六頁共五十六頁共五十六頁2）燈具(dēngjù)驅動電源共五十六頁共五十六頁3）LED白光發(fā)光(fāɡuānɡ)原理LED白光的芯片有兩種：一是利用熒光粉將藍光LED激發(fā)黃色熒光粉產生白光，或紫外UV-LED所產生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長(bōcháng)(Dichromatic)

或三波長(bōcháng)(Trichromatic)白光，此項元件技術稱之為熒光粉轉換白光LED(Phosphor

Converted-LED)?！綬GB三波長螢光粉】二是多芯片型白光LED，經由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光，RGB三種光色LED按一定比例混合。目前，市場上白光LED商品以藍光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，以目前白光LED產品市場分析，熒光粉轉換白光LED可謂主流。（紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大。）共五十六頁

下圖簡要歸納并比較多種白光LED構裝原理和優(yōu)劣點，其中(a)型構裝方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及；構裝方式(b)則具有技術最成熟且成本低廉之優(yōu)勢，但色偏、演色性不佳，須以適當紅、黃光熒光粉加以改善，此外，最嚴重者為日亞化學專利限制難以規(guī)避；而構裝方式(c)與(d)兩者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且專利局限較不嚴重，因此(yīncǐ)未來深具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

共五十六頁4）LED燈具(dēngjù)的優(yōu)缺點優(yōu)點：可控性能好，發(fā)光顏色可控；輸出光通量可控。發(fā)光效能高，目前可達150LM/W。壽命長，目前燈具標稱均為50000小時，但部標規(guī)定是平均壽命≥40000小時，最低有效壽命≥30000小時（有效壽命、機械壽命、平均壽命）?！綥ED燈具的部件】響應時間短，可以認為即點亮燈具，響應時間只有60ns。配光性能好，它是平面發(fā)光，LED光源可以有不同的視角(shìjiǎo)度和視角(shìjiǎo)不大于180度。光色可滿足各種照明環(huán)境要求。共五十六頁缺點：受溫度影響大，散熱性能不好的燈具，光衰很厲害?！疽?guī)范規(guī)定，燈具結溫不高于105℃，根據(gēnjù)工作環(huán)境溫度不高于40℃，則溫升不得高于65℃?！縇ED燈具組合