基于混合光源的隧道照明改善方案研究

摘要：隧道照明是保障隧道交通安全、高效運行的基本措施之一?，F以長度300 m的隧道中段為研究對象，對LED燈、高壓鈉燈、熒光燈進行不同的光源組合，形成混合光源，并通過測試區的照度均勻度測試，對不同組合方案進行了評價，對比3種方案的照明效果。測試結果表明，高壓鈉燈與熒光燈混合照明具有較為理想的照明效果。

關鍵詞：隧道;照明;混合光源

0 引言

隨著我國公路建設，特別是山區公路建設腳步的加快，公路隧道的建設數量也逐步增多。隧道中的照明系統是隧道內車輛安全運行的重要保障，與道路其他路段照明相比，隧道照明需要保持全天候光照強度，隧道照明的電能消耗總和非常龐大。目前，我國公路隧道數量達1.6萬余條，總長度超過1.5萬km，隧道照明在保證照度的前提下，對其進行節能設計具有重要意義。

本文對LED燈、高壓鈉燈、熒光燈3種不同類型的光源組合進行照度對比分析，通過不同光源組合方案的照明效果對比，為隧道照明設計提供參考。

1 混合光源組合方案

隧道照明設計的重要環節之一是燈源的選擇。燈源需要滿足光效、光色、光通量、使用壽命等指標要求，同時在車輛尾氣煙霧的干擾下要能保證充足的能見度。應用于隧道照明的主要光源包括LED燈、鈉燈、熒光燈、鹵素燈、電磁感應燈等。隧道照明中使用比例最大的是熒光燈與高壓鈉燈，其具有良好的光照強度，在實際工程中應用較為廣泛。目前隧道照明多選用單一光源，未能將不同光源的特性進行組合應用，為此，本文將對LED燈、熒光燈、高壓鈉燈3種光源進行混合裝配，構建不同的光源組合模型。

1.1? ? 高壓鈉燈與LED燈組合

LED燈的能耗僅為白熾燈的1/10，節能燈的1/4，壽命可達10萬h以上。LED燈可以頻繁啟動或關斷，可靠性更高，固態封裝，屬于冷光源類型，配光技術使LED點光源擴展為面光源，增大發光面，消除眩光，提高視覺效果，消除視覺疲勞。高壓鈉燈與LED燈的光效參數相接近，兩者兼具節能、透霧性強、使用壽命長、光線柔和、響應速度快等特點，將兩者組合使用，可有效提高照明效率，降低照明能耗。

1.2? ? 熒光燈與LED燈組合

無極熒光燈由高頻發生器、耦合器和燈泡組成。玻管采用硬質玻璃，管內充入惰性氣體及微量水銀，管壁涂敷高效三波長熒光粉，燈管兩端涂敷導電膠，并施加高壓，使燈管內氣體電離，水銀蒸汽受激發放電，受激原子返回基態時輻射出紫外線，燈泡內壁的熒光粉受到紫外線激發產生可見光。熒光燈具有壽命長的特點，平均使用壽命長達1萬h，使用壽命是普通白熾燈的5倍，功率因數高達0.98，同時具有較高的顯色性。LED燈亮度高、顯色性強、工作電流小，可與熒光燈進行互補。

1.3? ? 熒光燈與高壓鈉燈組合

高壓鈉燈的光線為金白色，具有很強的透霧能力，同時具有較高的發光效率，能耗相對較低，在道路、隧道、公園等場所得到普遍使用。高壓鈉燈啟動后，在初始階段是汞蒸汽和氙氣的低氣壓放電。隨著放電過程的繼續進行，電弧溫度漸漸上升，汞、鈉蒸汽壓由放電管最冷端溫度所決定，當放電管冷端溫度達到穩定，放電便趨向穩定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常工作狀態。與高壓鈉燈相比，熒光燈相對費用高些，但其不需要配置鎮流器，運行維護成本低，兩者組合可降低隧道照明系統的總造價。

2 光源混合模型測試

2.1? ? 高壓鈉燈與LED燈混合模型

將某隧道的中段作為研究對象，長度為300 m。高壓鈉燈與LED燈進行組合安裝，采用兩側對稱安裝方式，高壓鈉燈型號為BMQ22，LED燈型號為NVC5831，功率均選用70 W，兩個軸向的發光角度設為120°，縱向方向上燈具的安裝間距設為2 m，燈具的安裝高度設為4.5 m，橫向方向的設置間距為4.5 m。在隧道模型中，取一塊測試區域，將該區域劃分為7 m×7 m的矩陣測試點，統計該區域路面的照度平均均勻度和中線的照度均勻度。測試區域的網格框架如圖1所示。高壓鈉燈與LED燈混合模型的測試區域內的典型測量點照度值統計如表1所示，表中橫坐標代表測量點在測試區的橫向坐標，縱坐標代表測量點在測試區的縱向坐標。

2.2? ? 熒光燈與LED燈混合模型

LED燈型號同樣選擇為NVC5831，熒光燈型號為ZQ109，功率均選為70 W，為保證其他環境參數的一致性，采用相同的安裝規格，兩個軸向的發光角度設為120°，縱向方向上燈具的安裝間距設為2 m，燈具的安裝高度設為4.5 m，橫向方向的設置間距為4.5 m。熒光燈與LED燈混合模型的測試區域內的典型測量點照度值統計如表2所示。

2.3? ? 高壓鈉燈與熒光燈組合模型

高壓鈉燈型號為BMQ22，熒光燈型號為ZQ109，功率均選為70 W，采用相同的安裝配置參數，高壓鈉燈與熒光燈組合模型的測試區域內的典型測量點照度值統計如表3所示。

3 光源混合模型照度均勻值對比

本文主要提出了3種光源混合模型，為對比這3種方案的光照效果，對3種模型的路面光照均勻度進行統計對比。照度均勻度對比結果如表4所示，在相同的燈具分布條件下，平均照度值最高的是熒光燈與LED燈組合，但其路面的縱向均勻度和總體均勻度并不高。高壓鈉燈與熒光燈組合的平均照度值偏低，但路面光照的總體均勻度和縱向均勻度值均很高，能夠滿足隧道中人眼的視覺要求。

4 結語

本文對LED燈、熒光燈、高壓鈉燈進行了光源混合匹配，并對不同光源組合方式進行了測試與對比，建立了測試模型，對比3種不同光源組合的照度平均均勻度與縱向均勻度值。通過照度均勻度值的統計，總結了3種方案的特點。測試結果表明，熒光燈與LED燈組合具有最高的照度，但均勻度總值和縱向均勻度并不高，整體照明效果一般。熒光燈與高壓鈉燈的照度均勻度和縱向照度均勻度表現良好，是較為理想的組合方式，能夠滿足隧道中視線對光照的要求。

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收稿日期：2020-03-01

作者簡介：鮑國棟（1987—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：市政電氣設計、低壓供配電設計。