隧道照明

當(dāng)前我國(guó)高速公路路網(wǎng)正在不斷完善中，成為國(guó)家現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，伴隨著高速路路網(wǎng)的飛速發(fā)展，高速公路隧道照明成為人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。隧道照明，簡(jiǎn)而言之就是采用光源確保隧道內(nèi)行車(chē)視線(xiàn)的清晰，目的是為了給駕駛?cè)颂峁┝己玫囊曈X(jué)環(huán)境，保證駕駛?cè)税踩?，快速，舒適地駕駛車(chē)輛隧道。那么如何保證隧道的照明用電穩(wěn)定呢？

利泰新電源生產(chǎn)的隧道照明用電專(zhuān)用穩(wěn)壓器采用補(bǔ)償調(diào)壓技術(shù)，是解決電源問(wèn)題的最佳架構(gòu), 如市電高、 低壓、電壓瞬間跌落, 減幅振蕩 , 以及浪涌電壓和諧波干流等；可以對(duì)照明供電實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，自動(dòng)干滑調(diào)節(jié)照明電路電壓，進(jìn)而降低燈具和線(xiàn)路的工作溫度，達(dá)到節(jié)電目的；設(shè)有過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、缺相、短路、過(guò)熱保護(hù)、防雷和故障診斷等功能；確保照明質(zhì)量和行車(chē)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)既節(jié)省電費(fèi)，又延長(zhǎng)燈具使用壽命的效用；具有自動(dòng)，手動(dòng)旁路功能，一旦出現(xiàn)故障可自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電，切換過(guò)程中不會(huì)引發(fā)瞬間滅燈現(xiàn)象，保證行車(chē)安全。

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照明設(shè)施隧道照明指隧道內(nèi)的基本照明和洞口附近的緩和照明?；菊彰魇窃谒淼乐胁?，為保證以設(shè)計(jì)車(chē)速行駛的車(chē)輛和行人安全通過(guò)隧道所需要的最低照明標(biāo)準(zhǔn)。駕駛?cè)藛T由亮視場(chǎng)突然進(jìn)入暗視場(chǎng)時(shí)，視覺(jué)機(jī)能有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程。為保證視覺(jué)機(jī)能的連續(xù)性，在洞外連接洞口的引道及駕駛員視野范圍內(nèi)，白天需要采取遮光措施，在洞內(nèi)連接洞口的一段長(zhǎng)度里需要進(jìn)行緩和照明。同時(shí)，引道與洞內(nèi)緩和段之間的亮度變化率，應(yīng)有一個(gè)界限，以保證視覺(jué)連續(xù)和暗適應(yīng)的過(guò)度。緩和照明段的長(zhǎng)度決定于停車(chē)視距或駕駛?cè)藛T的暗適應(yīng)時(shí)間與設(shè)計(jì)車(chē)速的乘積。

隧道的應(yīng)急設(shè)施指隧道內(nèi)發(fā)生災(zāi)害性事故時(shí)，為防止釀成更大的次生性災(zāi)害而設(shè)置的各種設(shè)施。如通報(bào)裝置、緊急警報(bào)裝置、消防設(shè)備以及其他設(shè)施等。通報(bào)裝置能使事故發(fā)現(xiàn)者立即在現(xiàn)場(chǎng)或附近向隧道管理站報(bào)告；緊急警報(bào)裝置能向后續(xù)車(chē)輛和對(duì)行車(chē)輛的駕駛者發(fā)出緊急信號(hào)；消防設(shè)備指在隧道內(nèi)設(shè)置的滅火器、消火栓和噴霧設(shè)備等；其他設(shè)施包括待避引導(dǎo)設(shè)備、備用電源和監(jiān)視電視等。應(yīng)急設(shè)施費(fèi)用頗高，只有那些重要的、交通量大的長(zhǎng)隧道才考慮使用。

一般隧道照明的主要目的是通過(guò)提供隧道路面上物體的最大可見(jiàn)度，來(lái)防止事故發(fā)生，并為穿過(guò)或進(jìn)入隧道的駕駛員增強(qiáng)安全性和舒適性。

CIE 88-“公路隧道和地下通道照明指南”為隧道照明提供了一個(gè)指導(dǎo)方針，是許多國(guó)家法規(guī)的基礎(chǔ)。它根據(jù)每一個(gè)的具體要求將隧道分成不同的區(qū)域。

首先，入口段需要非常高的亮度值，以便于駕駛員的眼睛能適應(yīng)隧道中較暗的照明條件。入口段的長(zhǎng)度由隧道中的最高限速來(lái)決定，因?yàn)樵礁叩南匏僖蟾L(zhǎng)的入口段。

其次，在過(guò)渡段，路面上的亮度緩慢降低，直到達(dá)到隧道內(nèi)部區(qū)域的照明水平，從而提供從入口處到中間段平滑的適應(yīng)。在入口段的前半部分中，考慮維護(hù)因子為0.67，照明約為150-300 cd/m2，而內(nèi)部區(qū)域通常限制在2-6 cd/m2。

目前公認(rèn)的道路隧道照明的質(zhì)量參數(shù)包括：總體和縱向道路表面照明的均勻性（理想的是沒(méi)有頻閃）、隧道墻面的照明、避免眩光以及色溫和顯色指數(shù)。近年來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，LED逐漸取代傳統(tǒng)隧道鈉燈。許多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將上述參數(shù)的要求進(jìn)行了更新。

新的LED定制標(biāo)準(zhǔn)

除了例如瑞士ASTRA（BundesamtfürStra?en）提出的規(guī)定之外，奧地利ASFINAG的計(jì)劃手冊(cè)（PLaPB 800.562）是首個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)LED隧道照明系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)之一。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將集群引入到不同的隧道照明類(lèi)別中，不僅詳細(xì)說(shuō)明了每個(gè)集群的不同照明要求，而且還規(guī)定了從18米（集群標(biāo)準(zhǔn)）到連續(xù)照明帶之間燈具的不同距離。而且它還對(duì)能源效率、照明顏色及顯色性作了不同的要求。

雖然顯色性在隧道照明中似乎不是最重要的指數(shù)，但是鑒于道路隧道內(nèi)不同信號(hào)顏色的數(shù)量不斷增加，對(duì)于司機(jī)來(lái)說(shuō)，快速區(qū)分黃色和紅色、或藍(lán)色和綠色至關(guān)重要。

而且，與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，LED系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在真正的彩色照明、高光效和高效的透鏡分布。LED系統(tǒng)可以在隧道內(nèi)部和入口區(qū)域提供模擬調(diào)光，從而消除了關(guān)閉整組燈具引起的路面亮度均勻性問(wèn)題。

目前的LED隧道系統(tǒng)已經(jīng)變成智能解決方案，可以將燈具的當(dāng)前狀態(tài)與司機(jī)實(shí)現(xiàn)交流。但是，關(guān)于將支援和控制電子設(shè)備需要在哪里集成，仍然在討論中。一些隧道市場(chǎng)要求在燈具內(nèi)安裝智能驅(qū)動(dòng)，而另一些則要求將所有電子設(shè)備安裝在隧道內(nèi)的維護(hù)間或入口處的控制建筑內(nèi)。這兩種解決方案都有優(yōu)點(diǎn)，后者減少了維護(hù)工作。

基本上，在德國(guó)、奧地利以及瑞士，隧道燈具的一般特性和要求從CRI 20-30的鈉燈轉(zhuǎn)變?yōu)镃RI為70甚至80、4000 - 4500 K的LED，甚至一些目前的項(xiàng)目需要功效甚至超過(guò)110 lm/W、系統(tǒng)壽命大于80,000小時(shí)（在此期間失敗率少于10％）的系統(tǒng)。

圖1 隧道亮度的適應(yīng)曲線(xiàn)

燈具規(guī)格之外的要求

但是一些要求，盡管很重要，單靠照明設(shè)備是不能滿(mǎn)足的。特別是早期的LED燈具比傳統(tǒng)的燈具更耀眼，因此避免眩光就變得越來(lái)越重要。

一些規(guī)定已經(jīng)要求閾值增量為8％甚至只有6％，因?yàn)檩^低的閾值增量意味著較少的眩光。閾值增量是光幕亮度與路面亮度的相對(duì)關(guān)系，越低的光幕亮度或較高的路面亮度都能減少眩光。光幕亮度本身取決于燈具的光通量和光分布。

燈具制造商可以開(kāi)發(fā)出能最大限度提高路面亮度、同時(shí)還可以提供相對(duì)較低的光幕亮度的燈具，但是有一個(gè)關(guān)鍵因素是無(wú)法控制的。這就是路面的亮度系數(shù)q0，它決定了照度（lx）和亮度（cd/m2）之間的關(guān)系。根據(jù)路面等級(jí)，亮度系數(shù)通常在0.05和0.07之間變化。所以，q0可以改變道路上的亮度值約30％。反過(guò)來(lái)，燈具的光通量必須增加30％，這樣會(huì)導(dǎo)致更高的光幕亮度和更高的閾值增量。

圖2 舒適的隧道照明集群

圖3 連續(xù)的隧道照明集群

功效要求及如何實(shí)現(xiàn)

一個(gè)有意義、但不一定能達(dá)到預(yù)期結(jié)果的要求就是發(fā)光效率，即lm / W。該值完美地描述了LED的效率，更高的發(fā)光效率代表更高的能源效率。對(duì)于所有具有對(duì)稱(chēng)光分布的隧道燈具來(lái)說(shuō)，情況也是如此，這普遍適用于隧道的內(nèi)部區(qū)域。由于市場(chǎng)上不同光學(xué)系統(tǒng)的透射率值差不多，幾乎接近90％，而且光分布也提供了類(lèi)似的路面亮度，因此發(fā)光效率是確定整個(gè)燈具能效的最佳選擇。但是，入口段和過(guò)渡區(qū)的燈具呢？

通常，這些燈具會(huì)配備反光元件，可以將光線(xiàn)以非常水平的角度反射給駕駛員。

與對(duì)稱(chēng)光分布的燈具相比，反光的燈具提供了更好的亮度值。因此，反光的燈具在過(guò)去一直是隧道入口區(qū)的選擇，既經(jīng)濟(jì)又高效。但是，這些燈具只能用于入口段和過(guò)渡區(qū)域，因?yàn)樵谶@些區(qū)域，燈具距離較小。在中間段，反光的燈具在8-15m的照明距離會(huì)產(chǎn)生太多的眩光，同時(shí)也產(chǎn)生光線(xiàn)的均勻性問(wèn)題。

如圖4所示，反光燈具的峰值強(qiáng)度處于60°以上的垂直角度，更重要的是，光線(xiàn)幾乎全部分布在一個(gè)方向上。這種“光線(xiàn)彎曲”會(huì)導(dǎo)致反射損失，從而降低透射率，導(dǎo)致燈具的發(fā)光效率降低。對(duì)于入口段和過(guò)渡段的燈具來(lái)說(shuō)，發(fā)光效率值并未考慮在內(nèi)。假設(shè)相同流明輸入的情況下，60°以上峰值的反光燈具會(huì)在路面上產(chǎn)生相當(dāng)高的亮度值，而55°的會(huì)小，盡管后者可能具有更高的透射率值和更高的發(fā)光效率。

圖4 反射光線(xiàn)分布

圖5 對(duì)稱(chēng)的光分布

這里還需要注意的是，在垂直角度更高處具有峰值強(qiáng)度的燈具不一定會(huì)產(chǎn)生更多的眩光。

因此，具體的表面功率密度更適于描述和要求隧道入口照明的能量效率，其包括已知的亮度值、入口段和過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度、以及所有安裝的入口（反光）燈具的功耗。

結(jié) 論

幾乎所有LED燈具的新標(biāo)準(zhǔn)都朝著正確的方向前進(jìn)，會(huì)讓照明質(zhì)量穩(wěn)步提升，當(dāng)然也會(huì)讓燈具更安全、更高的能源效率和更可持續(xù)性。

目前最先進(jìn)的高科技照明燈具，由高檔技術(shù)玻璃制成，可在8-12米的燈具距離內(nèi)提供超過(guò)0.95的縱向均勻度。這意味著行車(chē)道中間的亮度值在隧道中幾乎不會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)際上消除了路面上的所有頻閃。

最新一代的燈管系統(tǒng)可提供高達(dá)125流明/瓦的功率，并將駕駛區(qū)內(nèi)的燈具與維護(hù)室內(nèi)的電源和控制電子設(shè)備完全分開(kāi)。但是，還要面臨一些挑戰(zhàn)，不僅是技術(shù)上，而且法規(guī)也在不斷發(fā)展中。