新型照明光源在中国公路隧道照明领域的应用及发展

2014年10月新型照明光源在中国公路隧道照明领域的应用及发展

目录

截止2012年底，全国公路总里程达423.75万公里，其中高速公路里程达9.62万公里。

公路隧道10022处、805.27万米，其中特长隧道441处、198.48万米，长隧道1944处、330.44万米。（1）我国公路运输安全形势1.中国公路隧道照明简介

公路隧道照明的主要功能就是为驾驶人员提供良好的视觉条件，保障交通安全，其功能主要体现在以下三方面：帮助驾驶人员适应隧道内外强烈的亮度差异；提供识别公路线形，发现路面异常的必要环境亮度；缓解驾驶人员在隧道封闭空间内行驶的视觉疲劳和压迫感。1.中国公路隧道照明简介与此同时，隧道照明能耗问题日益突出，对部分省份隧道管理部门的调查表明，照明能耗已成为公路隧道运营中最主要的开支。公路隧道照明的问题1.中国公路隧道照明简介公路隧道照明的出路新产品新技术理论研究标准化研究四者的关系：相辅相成共同实现公路隧道照明的安全性、经济性、节能性平衡发展1.中国公路隧道照明简介公路隧道照明光源公路隧道常用照明光源包括高压钠灯、白光LED、无极灯等，白光LED光源具有如下优点：电光转换效率高动态响应特性好使用寿命长绿色环保技术提高、成本降低的潜力巨大1.中国公路隧道照明简介公路隧道照明控制方式公路隧道照明节能要以保证行车安全为前提，在此条件下常采取的节能措施包括实施节能控制、改善灯具配光结构等，LED灯具良好的动态响应特性和配光设计使其在节能应用中如鱼得水。常见的节能控制措施主要有：分级控制通过开启或关闭照明配电回路的方式减少控制工作灯具数量。动态调光控制通过脉冲宽度调制（PWM）的方法调节LED光源亮度。以上节能措施可根据洞口亮度、车流量时间分布的统计结果进行编程控制，也可通过光度传感器和车辆检测器获得实时数据进行调节。1.中国公路隧道照明简介2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例三部委隧道LED照明示范工程示范工程总体概况：15个隧道LED照明示范项目20个室内LED照明示范项目15个城市LED路灯示范项目2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例四阶段跟踪测试1）安装点亮运行1000小时2）安装点亮运行3000小时3）安装点亮运行6000小时4）安装点亮运行10000小时具体测试内容与要求1）路面亮度及均匀度：满足设计规范要求2）隧道洞壁与路面亮度比：≥0.43）色温和显色指数测试：≤6000K、≥654）灯具节能效率：48小时现场能耗测试5）灯具光衰或光通维持率2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例选择测试区域

区域内测点选择几何还原后的区域选择亮度总均匀度计算公式亮度纵向均匀度计算公式隧道中间照明段亮度测试影像隧道路面亮度实测数据分析光衰18.0%左右工程实际环境：隧道内汽车尾气和灰尘污染因素（定期清洗）2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例测试隧道内不同区段色温与显色指数2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例分段色温，K显色指数备注入口5572.082.21色温平均值5472.0K，显色指数平均值81.625446.081.275398.081.39过渡15556.079.19色温平均值5675.3K，显色指数平均值80.135724.080.675746.080.52过渡25576.078.86色温平均值5739.3K，显色指数平均值80.115890.081.25752.080.28过渡35996.078.64色温平均值5997.3K，显色指数平均值79.055994.078.956002.079.56出口段5892.079.78色温平均值5890.7K，显色指数平均值78.615838.077.745942.078.31000小时3000小时6000小时色温实测数据分析4.0%左右工程测验数据隧道名称隧道长度（km）24h内隧道LED照明系统的能耗（kWh/km）（数据升序排列）备注正兜II号隧道0.810398.7朋山岭隧道2.973460.02桃源隧道2.152497.33前埭隧道2.580517.29熊村隧道0.736543.48无节能控制格龙隧道（左洞）1.03545.63采用精细化无级节能调光控制洪厝隧道0.740585.34潼湖隧道1.838612.08正兜1号隧道1.405617.83禾荷围隧道2.308623.92格龙隧道（左洞）852.48采用分级节能调光控制清林迳隧道1.015876.852.新型光源在公路隧道照明领域应用案例经过工程测试可知，隧道照明系统采用调光模式具有很好的节能效果。本节采用理论计算确定出单位隧道长度能耗值，并计算对比调光与不调光两种模式下的能耗对比，获取调光模式下的节能率。路况条件为：洞外亮度：3500cd/m2

，车速：80km/h，车流量：大于700辆/h，小于2400辆/h；路面：沥青路面。单洞长度（m）白天总功率（w）夜间总功率（w）调光模式下全天单位长度能耗（kw*h/km）非调光模式下全天单位长度能耗（kw*h/km）节电比例1000390209840586.32936.4837.39%500341805000940.321640.6442.69%3003318040001487.22654.443.97%注：调光模式指采用白天+夜间两种时序控制，白天时序持续时间12小时，夜间时序模式12小时。2.新型光源在公路隧道照明领域应用案例标准化对项于引导产跃业发展方雄向，统一妙技术要求誓，规范市箭场行为有倦着重要的巧推动作用径，公路隧阵道照明相植关标准化赔研究涵盖辈以下几个餐方面：设计标准产品标准质量验收旧标准养护标准裹等3.公路隧道碍照明标准狭化研究设计标准JTJ浅02霜6.1搜—19暮99《公路隧道猴通风照明居设计规范》指标、参美数等的确造定以高压钠灯为基础3.公路隧道哈照明标准紧化研究制/修订标准JTG/殃T70骑/2-0孕1—20未14《公路隧道挡照明设计耀细则》已考虑白光LED、无极荧泡光灯等新型光宽源特点关键指标第9章节狱能标准窃与措施——当显色指赶数Ra≥嘱65，色温介谊于3500尽K~65做00K的LED光源用于隧道刚基本照明币时，亮度决可按表6.1.预1所列亮舅度标准晌的50%取值，兰但不应抵低于1cd窜/m2。3.公路隧棕道照明样标准化的研究——当显色指四数Ra≥6处5，色温介就于350浴0K~中650蹦0K的单端无感极荧光傍灯用于隧道皆基本照明迈时，亮度次可按表6.1赠.1所列亮净度标准仔的80%取值，志但不应宴低于1cd/预m2。产品标峡准JT/T歪609－2004郊《公路隧道拐照明灯具》“一、叠范围左标秃准适用午于以荧撒光灯、帮钠灯等烛气体放愧电灯为温光源的夏公路隧闸道用照病明灯具戒。隧道远用其它好灯具可划参照执常行。”3.公路隧假道照明皂标准化茄研究编制/修订标准交通运输钉行业标准旋（已报批践，待颁布沙实施）《公路LED照明灯饮具砍第1部分：通汽则》《公路LED照明灯具苍第2部分：公株路隧道LED照明灯具》《公路LED照明灯具卖第5部分：泥照明控汽制器》3.公路隧道伶照明标准眉化研究项目名称技术要求试验方法型式检验出厂检验材料要求5.26.3√√结构尺寸5.36.4√√外观质量5.46.5√√灯具初始光效5.56.6√√噪声5.66.7√√灯具结温5.76.8√√显色指数5.86.9√√灯具光度性能5.96.10√√灯具防眩性能5.106.10√√机械力学性能5.116.11√×电磁兼容性5.126.12√×绝缘电阻5.13.16.13.1√√电气强度5.13.26.13.2√×接触电阻5.13.36.13.3√√电源适应性5.13.46.13.4√√防护性能5.13.66.13.5√×耐低温性能5.14.16.14.1√×耐高温性能5.14.26.14.2√×耐湿热试验5.14.36.14.3√×耐温度交变性能5.14.46.14.4√×耐机械振动性能5.14.56.14.5√×耐盐雾腐蚀性能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为发光灯具的检验项目，其它项目为通用检验项目。注2:型式检验和出厂检验样品的抽样和数量在具体产品标准部分确定。注3:√为检验项目，×为不检验项目。公路LED照明灯辽具检验嗽项目项目名称技术要求试验方法型式检验出厂检验材料要求5.26.3√√外观质量5.36.4√√通用要求5.46.5√√数字调光控制器性能要求要求5.56.6√√模拟调光控制器性能要求5.66.7√√软件要求5.76.8√√电磁兼容性能5.86.9√О电气安全性能5.96.10√×耐低温性能5.106.11√О耐高温性能5.106.11√О耐湿热试验5.106.11√О耐温度交变性能5.106.11√О耐机械振动性能5.106.11√О耐盐雾腐蚀性能5.106.11√×注：√为必检验项目，×为不检验项目，О为可选项检验项目。照明控制绳器检验项讯目3.公路隧性道照明县标准化退研究老化时间a

h光通量维持率3000≥96%6000≥92%10000≥86%a老化时间包括灯具老炼试验时间1000h。等级初始光效

lm/W额定相关色温≤3500K3500K<额定相关色温≤5500KⅠ100110Ⅱ90100Ⅲ8590公路隧销道LED照明灯具光通量哀维持率公路隧道LED照明灯些具初始光称效等级安装支架幕结构尺寸游图质量验敞收标准锅和养护纳标准JTG锈F8牌0-2纤004《公路工程性质量检验影评定标准装第二册机电工程》技术指洪标要求主以电气安全、亮度及其均匀性等为主JTG编F80（修订姓中）技术指标态增加了色料温、显色鸭指数的要帆求3.公路隧道输照明标准赛化研究应用视觉悠功效法的酒照明安全仓性评价光源光谱交对人眼视姥亮度的影哈响基于公还路隧道捞应用条婶件的灯厉具能效网测试方忧法公路隧道男路面、面再层改造对吼照明指标垃的影响光源光徒谱对人秆眼视敏私度、疲再劳度的青影响高穿透性脉光源及其婆光谱特性些研究……4.公路隧道符照明领域泽的研究（1）应用视饱觉功效法多的照明安矛全性评价当前公路态隧道照明粗领域的应稼用与研究荒呈现以下建特点：光源种类寨日趋多样煌化；人眼视朋觉效应稠研究逐言渐深入烤，影响细照明质假量的考梅虑因素挪不断增发加；传统的亮析度、照度劫指标已不孕能全面、庸准确的评质价照明质控量。4.公路隧道融照明领域咐的研究本项目袄拟采用仇的视觉跨功效法忽实验是皂通过构加建仿真滨环境，哨模拟再屑现公路药隧道照颗明特点亚，通过内测试视张标触发赴和被试羽者动作借截止的甜反应时赵间差，最分析照那明环境碌对视标惧视认性架的影响惠，进而削分析、肝评价照装明质量刚。因变量观：反应蜻时间变量：环团境亮度、软照明光源肝、分辨力妻阈值等实验方案余设计基本腔流程4.公路隧道复照明领域铺的研究实验特雅点：以观察者伐做为试验航“黑箱”剥；以大样本贪量被试者另的真实视咬觉感知和斯应激反应应作为照明文质量评价旁的“打分烟器”；以反应时游间为定量钱依据，反吵推得到相惩同安全性锦条件下，适不同类型桨光源所应椒该达到的缠最小背景袄亮度指标口要求。4.公路隧府道照明童领域的检研究视觉反应时间测试系统示意图照明反应时间实验流程图4.公路隧道程照明领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)下的反应脆时间对比度C0.30.50.8HPS，ms504460438MH，ms416371360LED，ms381316308不同光扣源在不歇同对比迹度下的床反应时号间平均债值视标偏心角0°15°30°HPS，ms460488493MH，ms371412452LED，ms316335360不同光源酷在不同视唯标偏心角个下的反应水时间平均拾值高压钠灯显色指数猪：19.向2金属卤纵化物灯显色指数屑：99.2白光LED显色指贞数：72.腾44.公路隧汤道照明布领域的廊研究反应时间，ms亮度平均值，cd/m2高压钠灯金卤灯白光LED42510.310.823301.51.450.9530321.871.262992.51.911.694.公路隧道鼓照明领域粘的研究（2）光源光慎谱对人眼明视亮度的淘影响中间视师觉表征才的是人昏眼介于览明视觉丘和暗视需觉状态泡之间的挂一种情蝴况，一尼般认为适对应的蠢环境亮拘度在0.0桌01c彻d/m2到几个cd/m2之间，吗比较接恭近于夜叮间室外稀照明和公路隧页道基本汪段照明的亮度水竭平。而在现伤行公路械隧道照蔑明相关慌产品、赠设计、察检测的翻标准规堵范中所蚂指的亮芦度均为吸明视觉隶亮度。4.公路隧聋道照明关领域的窗研究光谱效饼率函数短反应了纤人眼对搁不同波条长辐射岭的视觉素感知能块力，也芹是计算唉等效亮真度的重霉要参量菊。本项目研孝究以MOVE（Meso恐pic砌Opti骗misa视tion右of系Visu叮alE财ffic榆iene堤y）模型作窃为分析中讽间视觉光倚谱效率函占数研究基明础，其简陕化线性模竿型可表示厌为

x代表了明视觉函数在中间视觉函数中所占的权重，是模型建立的重要参数4.公路隧解道照明昂领域的醒研究计算顺序公式表甜示在求得握的基础房诚上，通忙过测试庄得到光姿源辐照匆强度光臣谱分布逮即可得滋到中间沟视觉条钉件下的轰总光通逝量由于在其片他条件相奥同的情况艇下，总光偷通量与亮柿度的数值桃成正比，万则可以得腔到中间视电觉相对于乔明视觉的哪等效亮度赛计算公式4.公路隧蝴道照明典领域的绪研究应用公碰式推导产计算得做到不同闹背景亮抵度条件太下的中容间视觉房诚等效亮钢度，其桶与明视跑觉亮度星的比值诉如右图央所示：通过数值管拟合，拟情合曲线如刮图所示，识其函数可慢表示为：常数因变量变量不同光源坟背景亮度俘与中间视嘴觉等效亮起度比值关许系图4.公路隧徒道照明源领域的狐研究根据此公前式可以方尽便的计算野得到特定跃光源在中宏间视觉条捞件下明视撇觉亮度与或等效亮度烧的比值关饺系。光源编号LED1#LED2#LED3#LED4#色温4868K5549K5853K6924KGaN蓝色发振光YAG：Ce黄色发光4.公路隧道杨照明领域猪的研究背景亮度，cd/m2中间视觉等效亮度，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不同色温白光LED背景亮度与等效亮度关系曲(a:LED1#,b:LED2#,c:LED3#,d:LED4#)

通过数值拟合，拟合曲线如图所示，其函数可表示为：

根据此公式可以方便的计算得到不同色温LED光源在中间视觉条件下明视觉亮度与等效亮度的对应关系。白光LED在不同背也景亮度条讽件下的中服间视觉等念效亮度对华照表4.公路隧道逃照明领域容的研究（3）基于公害路隧道应水用条件的临灯具能效沉测试方法4.公路隧道博照明领域北的研究功率光通量灯具能萝效通用测蛛试方法隧道现仪场条件4.公路隧晓道照明辉领域的蛇研究公路隧道刃建筑限界皱横断面组坡成最小宽扯度（单途位，m）公路等级较：高速公罗路设计速度:120岔km/挖h公路隧道徐功能性照羞明区域范泥围4.公路隧副道照明岛领域的浊研究某应用崇高压钠新灯的公成路隧道钥照明区师域亮度舅分布图某应用召白光LED照明灯堤具的公纹路隧道那照明区据域亮度牲分布图4.公路隧道员照明领域枪的研究亮度指标，cd/m2区域编号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.公路隧希道照明理领域的讲研究照明灯具族在公路隧减道横断面保方向的有坦效照明区显域角度范答围为79.7卖0°，则以灯食具光轴方原向为0°，灯具有预效照明区汪域在隧道赶横断面边学界条件为-28条.13°~51挤.57°。CIE扁Type闭CCIE疼Ty斧pe患B4.公路隧着道照明滤领域的杆研究序号总光通量，lm有效光通量，lm光通量利用系数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公路隧碗道照明漫灯具光坏通量利毛用率测试灯具吹样本的总磁能效与有庆效能效示族意图4.公路隧道触照明领域借的研究（4）公路吹隧道路胖面、面库层改造见对照明仔指标的配影响一定照明味条件下某艇点的亮度起值计算方摆法，公式康如下所示Lpi—踢—灯具i在计算点p点产生的虾亮度，cd/寄m2；Lp源——p点总亮度害，cd/m2；Β——观察面与渗光入射面侄间角度，°；γ——p点对应再的灯具遮光线入步射角，°；Icγ——灯具在计打算点p的光强售值，cd；r（β，γ）——简化亮度也系数。亮度计福算示意掌图4.公路隧道乎照明领域逮的研究简化亮库度系数水泥混姐凝土路招面简化谎亮度系梯数表沥青路面足简化亮度锹系数表4.公路隧道醋照明领域畅的研究简化亮度闲系数可用撒于照度平盏均值和亮订度平均值里的换算沥青路面：浆（15~伟22）lx/桃cd·划m-2水泥混移凝土路耽面：（10~趁13）lx/耻cd·乡丰m-2240挺a.u.240否a.u.路面材料沥青水泥白色铺装黄色铺装亮度系数lx/cd·m-2151038相同光继通量相同路敏面照度16248030路面亮度通，cd/m2白色铺装朝材料：害（3~6）lx/c正d·m-2黄色铺装晌材料：梳（8~12）lx/c专d·m-24.公路隧搏道照明扇领域的劫研究照射在隧动道功能性笼照明有效闲区域之外骆的光强会咏有部分反衫射到有效集照明区域企，对于提魂高隧道路策面的亮度伪平均值和桐均匀度有械着一定的逝效果。面层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普通水汇泥砂浆楼面层反吹射系数鄙约为0.3白瓷砖面轨层反射系饰数约为0.9公路隧道搏照明有效粘区