公路隧道照明节能技术标准化

公路隧道照明节能技术标准化研究

交

通运输部软科学研究项目项目研究路线项目概述与执行情况目录313下一步工作安排5项目取得主要成果4项目主要研究内容321.项目概述与执行情况

近几年新型隧道照明节能灯具、照明节能控制技术与装备、设计指标优化、优化灯具布设方案和新能源供配电技术等，这些成果在国内部分高速公路隧道照明系统中得到了推广应用，取得了一定的节能效果。本项目属于2011年交通运输部下达的软科学项目项目任务书(合同)编号：

本项目合同任务书要求及提交的成果形式如下：提交《公路隧道照明节能技术标准化》研究报告---完成提交《公路隧道照明节能技术标准框架体系》表---完成提交2项公路隧道照明灯具技术标准：---完成公路隧道LED照明灯具公路隧道照明节能控制系统1.项目概述与执行情况1.项目概述与执行情况项目研究目标：提出公路隧道节能标准框架体系；提出隧道优化亮度指标；制定隧道关键照明灯具节能技术标准；制定隧道照明节能控制设备技术标准；2.项目主要研究内容项目研究内容：（1）公路隧道照明节能标准化框架体系研究

（2）隧道照明系统设计节能优化指标研究

（3）节能照明灯具指标及节能效果定量分析（4）照明节能控制技术研究及效果定量分析研究技术路线框架

隧道最低安全照度指标+隧道新型节能照明灯具+节能控制技术途径+

节能优化设计确保运营安全的隧道照明节能技术标准体系2.项目主要研究内容↓国内外相关资料调研分析生产企业产品调研实际测试定量分析分析总结研究制订能耗限值↓↓↓↓技术路线3.项目研究路线4.项目取得主要成果成果一、隧道照明节能标准化体系框架：节能法规政策照明灯具节能指标优化节能照明控制与管理节能照明供配电节能照明节能检测与评估4.项目取得主要成果成果一、隧道照明节能标准化体系框架：节能法规政策标准化

灯具标准化

控制标准化

供配电标准化

指标优化标准化

检测标准化

评估标准化

管理标准化4.项目取得主要成果成果一、隧道照明节能标准化体系框架：

4.项目取得主要成果成果二、照明指标节能优化设计方法隧道洞口外减光措施及环境亮度L20（S）指标合理取值方法隧道入口段亮度指标Lth优化设计方法隧道群照明指标优化设计方法

两隧道之间行驶时间（s）＜2＜5＜10＜15＜30前方隧道入口段照明亮度折减率（%）50302520154.项目取得主要成果成果三、中间视觉在隧道照明领域的应用研究中间视觉：亮度范围从0.1cd/m2至3cd/m2条件下的中间视觉特性中间视觉光谱光视效率函数4.项目取得主要成果成果三、中间视觉在隧道照明领域的应用研究中间视觉光谱效率函数模型

MOVE模型（简化线性模型）

代入中间视觉等效亮度的光通量公式，可得中间视觉光谱效率函数受到背景亮度

、明视觉光通量

和暗视觉光通量

的比值两方面的影响，其中

和

的比值中唯一的未确定因素就是照明光源的辐照强度光谱分布。照明光源光谱测试用3m积分球及光谱测试系统4.项目取得主要成果4.项目取得主要成果无极荧光灯白光LED高压钠灯成果三、中间视觉在隧道照明领域的应用研究应用Ocean的LDS2100光谱仪测试包括高压钠灯（HPS）、荧光灯（FL）和白光LED，其辐照强度光谱图4.项目取得主要成果不同类型光源的中间视觉等效亮度分析

在短波部分具有较高辐射强度分布的白光LED和荧光灯，其中间视觉条件下的等效亮度数值要高于相同背景亮度条件下的高压钠灯；白光LED和荧光灯的中间视觉等效亮度Leq和背景明视觉亮度Lb的比值要高于1，即中间视觉条件下的人眼感知能力强于明视觉条件下；高压钠灯的Leq/Lb比值小于1，即在中间视觉条件下的人眼视觉感知能力低于明视觉条件。4.项目取得主要成果在相同背景亮度条件下，不同色温白光LED的中间视觉光谱效率函数非常接近，而色温相对较高的LED4#在背景亮度相同的条件下具有比低色温白光LED更高的等效亮度。不同色温的白光LED等效亮度均表现出了随着背景亮度的增加，中间视觉等效亮度与背景亮度的比值呈逐渐减小的趋势，当背景亮度达到完全的明视觉条件后，背景亮度将于等效亮度趋于一致。白光LED中间视觉等效亮度研究4.项目取得主要成果三种光源：高压钠灯、金属卤化物灯和白光LED研究对象：照明环境背景亮度，视标/环境亮度对比度、视标偏心角与反应时间关系。基于视觉功效法的反应时间测试系统相同反应时间对应的环境背景亮度相同反应时间对应的等效亮度4.项目取得主要成果成果三、中间视觉在隧道照明领域的应用研究实验结果分析（1）从中间视觉理论出发，采用视觉功效法研究隧道LED照明灯具、高压钠灯和金卤灯条件下，驾驶员反应时间与照明背景亮度的关系分别为：（2）对比度对反应时间的影响如下：随着视标对比度的降低，三种光源的反应时间都会增加，且每个光源的增幅相差不大，均约增幅60ms。中间视觉范围内，视标亮度与背景亮度相差越大，视标越容易被人眼识别。4.项目取得主要成果成果三、中间视觉在隧道照明领域的应用研究实验结果分析（3）视标偏心角对反应时间的影响如下：随着视标偏心角的增加，三种光源的反应时间都有所增加，且都近似呈线性增加趋势。这说明中间视觉范围内，中央视觉范围内出现的障碍物最容易被识别。（4）在相同反应时间350ms内，即保证驾驶员相同的安全视认反应时间，白光LED所需的背景亮度最低，为0.86cd/m2，高压钠灯所需的背景亮度最高为1.41cd/m2。

成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果工程测验现场4.项目取得主要成果工程测验数据成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果理论分析成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果理论分析成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果理论分析成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果分析结果调光模式下，单位长度能耗随着隧道长度的增加而减小。调光模式下隧道照明相比非调光模式，可节约40%左右电能。成果四、隧道LED照明单位长度能耗测试与分析4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析照明灯具主要评价指标:光通量色温显色指数配光曲线寿命光电效率4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析测试方法及原理寿命光电效率测量目标光通量LED模块光强分布颜色特性发光维持特性光通量的测量光强分布照度分布球形光度计箱式光度计相对测试法4.项目取得主要成果测试方法及原理

3)光强分布和光束角的测量:LED模块的发光面积、光强大小和光束角估算光强测量距离，选用分布光度计测量LED模块的空间光强分布和光束角。

4)颜色特性测量

LED模块色度特性的测量方法积分球法测量LED模块的平均颜色颜色不均匀度计算开关、寿命和发光维持特性试验4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析LED色温与光色分析隧道照明指标一般介于3.0cd/m2～180cd/m2之间，按柏油路面考虑，即照度指标一般介于30lx～1800lx之间.

4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析LED色温与光效分析同样功率、同样面积封装的LED芯片，色温不同，其光效也有一定的差异.4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析LED灯具色温指标与驾驶视认需求分析 1)试验数据分析

反应时间与背景亮度的关系图光源色温对视觉功效存在着明显影响.在隧道照明系统中，如果持续采用低色温的光源照明，将容易导致驾驶人员中枢神经的麻痹，降低对瞬态事件的反应速度，从而形成安全隐患。4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析LED灯具色温指标与驾驶视认需求分析江西熊村隧道1000小时、3000小时和6000小时色温测试结果:隧道各照明段的平均色温数据在5400K~5900K之间。从广东博深隧道1000小时色温测试平均数据来看，各照明段的平均色温数据在3800K~4200K之间。

示范工程现场测试

1、福建泉州南惠高速公路隧

道LED隧道照明示范工程影像式全景亮度仪4.项目取得主要成果示范工程现场测试♂隧道LED照明灯具色温测试仪隧道LED照明灯具色温显色指数4.项目取得主要成果色温与显色指数测试分段色温，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小时测试数据(江西熊村隧道)色温与显色指数测试3000小时测试数据(江西熊村隧道)4.项目取得主要成果成果五、节能照明灯具指标及节能效果分析LED灯具色温指标与驾驶视认需求分析

3)色温指标确定

结论：本部分关于隧道LED照明灯具色温、光效、显示指数、光通量等主要指标的研究和实际验证结果纳入了交通运输部行业标准《公路LED照明灯具第1部分：通则》（已报批）和《公路隧道LED照明灯具第2部分：隧道LED照明灯具》（已报批）（详见附件1和附件2）。4.项目取得主要成果成果六、隧道照明节能控制技术标准化研究关键影响因素分析隧道照明节能控制系统原理隧道照明节能方法

寿命4.项目取得主要成果成果六、隧道照明节能控制技术标准化研究

4.项目取得主要成果成果六、隧道照明节能控制技术标准化研究隧道照明控制一般原理控制的一般原理：满足司机视觉要求人眼适应曲线是隧道照明控制的基础依据4.项目取得主要成果隧道照明控制方式目前普遍应用；缺点：照明控制效果常与隧道现场环境脱节，不能随实际照明需求实时变化基于LED光源;国内已有示范应用；未来主流控制方式；4.项目取得主要成果隧道照明节能控制算法影响照明控制的输入因素复杂，实际主要因素归纳为：交通量、洞外亮度、时间因素、外部事件。

4.项目取得主要成果公路隧道照明节能控制效益分析

基于LED动态无级调光控制方案初始费用较高，但其全生命周期运营费用最少，经济性最好，费用只有原始控制方案的44%，节能效果明显，具有较高的经济和社会效益。项目基于钠灯传统控制方案基于钠灯动态控制方案基于LED动态控制方案初始费用（万元）灯具费用126.08171.8242.44电缆费用989832通信电缆

22控制设备101010安装费21.7621.7621.76年维护费（万元）年更换光源费3.1728723.1728723.5008172年清扫费1.0881.0881.088能源费78.730552.153525.2771生命周期（年）

303030全生命周期总费用（万元）

2637.581885.991160.18全生命周期下年运营费（万元）

87.9262.8738.67大哗山隧道三种方案节能效益对比4.项目取得主要成果成果六、隧道照明节能控制技术标准化研究工作方式照明控制器有上位机控制、环境亮度控制、车流量控制、本地控制和时序控制等工作方式，照明控制器应能根据上位机指令以及环境光亮度、车流量等参数对LED灯具进行自动调光控制，并具备本地控制和时序控制功能。响应时间照明控制器应对上位机指令以及环境光亮度、车流量等参数及时响应。对上位机的响应时间不大于1s；对环境光亮度、车流量响应时间不大于0.1s，并依据设定的调光阈值输出控制信号。调光等级照明控制器输出的调光等级应不低于24级。调光范围