高速公路隧道照明光源的選擇研究

阮穎，高正龍，陶冶，溫麗，閆巖

（1.安徽省交通控股集團蕪湖高速公路管理中心，安徽 蕪湖 241000；2.丹東三安技術(shù)發(fā)展有限公司，遼寧 丹東 118000）

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，隧道照明設(shè)施的規(guī)模及數(shù)量將越來越大。隧道屬于高能耗場所，電力運營費用越來越高，將更加迫切需求高效節(jié)能光源、照明節(jié)能控制系統(tǒng)、合理亮度設(shè)計以提高照明效果，保證行車的安全性和舒適性。隧道照明光源應(yīng)滿足隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、光衰、壽命、顯色性要求，同時還要保證在汽車排放形成的煙霧中有良好的能見度。本文從隧道的視覺特點、照明光源特性比較、LED光源性能優(yōu)勢分析三個方面進行研究，為合理選用高速公路隧道照明光源提供理論依據(jù)。

1 隧道的視覺特點

隧道是道路照明上較特殊的路段，由于其特性，駕駛者在白天明亮的環(huán)境下進入隧道時，會產(chǎn)生種種人眼視覺上的問題。

（1）接近隧道前的視覺效應(yīng)（白天）。由于隧道外的輝度與隧道內(nèi)的輝度差異極大，所以駕駛者眼睛對于照明不足的長隧道，容易產(chǎn)生黑洞效應(yīng)；對于照明不足的短隧道，則容易產(chǎn)生黑框效應(yīng)。

（2）進入隧道的視覺效應(yīng)（白天）。駕駛者進入隧道后須經(jīng)過一段時間才能看清楚隧道內(nèi)的狀況，即稱為人眼暗適應(yīng)現(xiàn)象，這是因為輝度劇烈的變化，使人眼不能迅速適應(yīng)所導(dǎo)致。

（3）隧道內(nèi)部的視覺效應(yīng)。在長隧道行駛時，由于汽車所排的廢氣無法迅速散去，故隧道內(nèi)的能見度降低。

（4）隧道出口處的視覺效應(yīng)。在白天駕駛者離開隧道時，由于通過出口連接外部的輝度極高，使得駕駛者的眼睛受到強烈眩光，產(chǎn)生不舒適感；在夜晚剛好與白天相反，隧道出口處的續(xù)接照明路段，則需依賴一般路燈照明作為補充，以免使人眼產(chǎn)生黑洞效應(yīng)。

表1 隧道照明光源與特性

2 隧道照明光源特性比較

隧道照明光源，除了必須滿足在隧道內(nèi)特定環(huán)境下的光效、均勻度、壽命與工作特性、色溫、演色性、調(diào)光控制的難易程度等主要要求外，應(yīng)選擇在隧道內(nèi)能提供良好能見度與誘導(dǎo)性的光源，以提供駕駛者安全及舒適的行車環(huán)境。隧道照明常用的光源與其主要特性如表1所示。

由表1可明顯看出LED隧道光源與傳統(tǒng)光源的優(yōu)劣性，LED光源在壽命、演色性、啟動時間與調(diào)光的可能性上均占有優(yōu)勢。隨著LED燈具的光源效率不斷提升，LED大幅應(yīng)用在隧道照明的可行性是可預(yù)見的。近年來在環(huán)保意識提高與節(jié)能減碳的大背景下，LED作為一個隧道應(yīng)用的新型光源，其節(jié)能研究受到了極大關(guān)注。

3 LED光源性能優(yōu)勢分析

（1）發(fā)光效率。燈具的發(fā)光效率越高代表其節(jié)能減碳效果越好，輸出可視光比例越大，熱耗損越少，也代表著燈具的可靠性提高，目前在市售的白光LED芯片其發(fā)光效率已達(dá)160lm/W；隧道燈具發(fā)光效率則介于80～100lm/W。白光LED發(fā)光的光譜中，僅存在可視光與熱損失，其可視光與熱損失比率各為50%，且白光LED的優(yōu)勢是光譜中無紫外光成分，不會對被照體產(chǎn)生光害，影響人眼視覺。LED半導(dǎo)體光源對溫度的敏感性較高，工作溫度高則會產(chǎn)生光源效率降低、色溫偏移、壽命減低等效應(yīng)。隨著LED光源發(fā)光效率逐年提高，代表可視光的比例增高，熱損失降低，散熱結(jié)構(gòu)簡化，間接地提高LED光源的優(yōu)勢。

（2）壽命與維護系數(shù)。作為隧道照明的光源，其路面輝度的維持率不僅是為了駕駛者安全上的顧慮，更是維護單位所重視的課題，故對于燈具光源的光衰現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)十分重視。LED定義其光通量衰減至70%時為其光源的壽命，LED光源壽命可高達(dá)50000小時，且當(dāng)LED光源使用約20000小時后，其光通量維持率能達(dá)到85%～90%；若以光衰減至70%來衡量一般高壓鈉燈，其光源壽命僅約為10000小時，是LED光源壽命的20%。由于LED隧道燈具其透光罩采用防靜電的材質(zhì)，幾乎不存在靜電吸塵等問題，且LED光源使用50000小時僅光衰25%，理論上其光源壽明可達(dá)5.7年，而一般高壓鈉燈約使用10000小時光衰達(dá)25%～30%?；谝陨系脑?，使用LED光源作為隧道照明時，其維護系數(shù)應(yīng)相對提高，以利于節(jié)能效果的實現(xiàn)。

（3）色溫與演色性。一般來說，白光LED的色溫介于4000～20000K之間。由于隧道內(nèi)行駛給予駕駛者的感受較為悶熱，故隧道照明設(shè)計時應(yīng)選擇色溫較高的LED光源，以提供駕駛者在隧道內(nèi)行車的舒適性。高壓鈉燈作為隧道光源時，其演色性指數(shù)僅為20～25，近似于單色光，使得人眼對障礙物顏色、行駛道路空間的判斷能力降低；而LED光源的演色性指數(shù)為80以上，相對于高壓鈉燈有較大的改善，在其相同照明條件下，LED光源比高壓鈉燈有更好的辨識能力，因此在設(shè)計隧道照明的入口區(qū)時，將折減系數(shù)做適當(dāng)降低，照明效果仍然滿足駕駛者安全行車的需求。

4 結(jié)語

通過上述分析可以看出，將LED作為隧道照明光源優(yōu)勢明顯，隨著對LED研究的深入，其發(fā)光效率飛快的提升，價格也逐漸降低，取代傳統(tǒng)光源的趨勢明顯。由于傳統(tǒng)光源應(yīng)用在隧道照明普遍存在過度照明的狀況，故結(jié)合LED燈具做調(diào)光控制，可以達(dá)到節(jié)能減碳的目的，這將是未來發(fā)展趨勢。