CN102374452A - 公路隧道光源照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路隧道光源照明系统，所述照明系统中采用显色性指数大于或等于75的照明光源，所述照明光源为白光LED灯，其设置于隧道的光束角为53°～123°。所述公路隧道被依次划分为入口段、过渡段、中间段和出口段；所述白光LED灯包括基本照明灯具和加强照明灯具；其中，所述加强照明灯具设置于所述入口段、所述过渡段和所述出口段；所述基本照明灯具设置于所述中间段。本发明公路隧道全线采用LED光源照明技术，因照明控制考虑了停车视距，降低了事故发生的可能性；而且白光LED灯显色性好，提高了行驶舒适性，避免了对人体视觉的危害；并且，在采用照明亮度控制后，可以大大的节省能源。

Description

公路隧道光源照明系统

技术领域

本发明涉及公路隧道光源照明的技术领域，尤其涉及一种公路隧道光源照明系统。

背景技术

安全、环保、高效、节能作为公路工程建设追求的目标，在公路隧道运营管理中尤显突出。公路隧道作为道路的特殊构造物，为了保证行车环境条件，长大公路隧道运营必不可缺的隧道照明基本设施运营费用高。通过对公路隧道较多的广东、福建、浙江、重庆等地隧道管理部门的调查表明，隧道通风与照明费用已成为公路隧道运营中的一笔沉重负担。同时，隧道照明系统的安全性和节能性存在着此消彼长的矛盾，如何解决这个矛盾便成为照明工程师和交通安全工程师的共同目标。在安全行车的前提下，如何提高隧道的运营效率、降低能源消耗，成为隧道建设和运营单位迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路隧道光源照明系统，该系统不仅能够满足隧道的照明亮度要求，保证行车安全，而且节省能源。

本发明公开了一种公路隧道光源照明系统，所述照明系统中采用显色性指数大于或等于75的照明光源。

上述照明系统，优选所述照明光源为白光LED灯。

上述照明系统，优选所述白光LED灯的光束角范围为53°～123°。

上述照明系统，优选所述公路隧道被依次划分为入口段、过渡段、中间段和出口段；所述白光LED灯包括基本照明灯具和加强照明灯具；其中，所述加强照明灯具设置于所述入口段、所述过渡段和所述出口段；所述基本照明灯具设置于所述中间段。

上述照明系统，优选所述白光LED灯具还包括应急照明灯具、人行横道照明灯具和引道照明灯具。

上述照明系统，优选所述基本照明灯具及所述应急照明灯具为两排115W白光LED灯具，双侧壁对称布置；所述加强照明灯具分别辅以两排160W、200W、140W的白光LED灯具，双侧壁对称布置；所述引道照明灯为10米单臂钢杆路灯，配168W白光LED灯具，在隧道进出口两侧对称布置。

上述照明系统，优选所述白光LED灯具按照下表设置：

相对于现有技术而言，本发明具有如下优点：公路隧道全线采用LED光源照明技术，因照明控制考虑了停车视距，降低了事故发生的可能性；而且白光LED灯显色性好，提高了行驶舒适性，避免了对人体视觉的危害；并且，在采用照明亮度控制后，可以大大的节省能源。

附图说明

图1为现有技术中公路隧道照明系统的灯具布置示意图；

图2为本发明公路隧道照明系统的灯具布置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了解决大断面隧道照明系统的节能减排，基于研究特大断面隧道的照明系统的控制方式、灯具布置方式和所用光源等问题，本发明提供了一种公路隧道光源照明系统。该系统适用于大断面隧道，既满足隧道的照明亮度要求，保证行车安全，又节省能源；既可解决工程的实际问题，对以后类似的特大断面公路隧道的运营管理也能提供良好的参考经验，促进我国交通事业的进一步发展。同时，本发明提出的LED隧道节能照明技术可直接应用于已建和在建隧道，具有非常广阔且巨大的市场推广价值，将推动公路隧道照明技术的发展。为实现上述技术效果，本发明做了以下研究：

A、照明亮度控制

通过研究能根据天气变化、车速、车流量设置等运行参数进行自动控制的、可编程的隧道照明控制技术，解决现有的隧道照明控制模式存在的节能与安全的矛盾。

B、照明灯具布置方式

通过研究适用于双洞八车道隧道照明灯具的布置方式，结合洞口环境亮度、隧道长度、路面形式、车流量、车速、灯具的管理养护等情况，提出最佳的灯具布置方案。

C、照明光源实验

隧道照明系统的节能措施除了合理选择设计参数外，科学选用电光源也是照明节能的重要问题。目前的隧道照明规范或准则都是以照度和亮度作为设计参数，而忽略了照度和显色性之间的关系。像高压钠灯等光源，其显色性较差，而荧光灯等光源的显色性相对就要好很多。通过实验研究节能光源的性能(衰减、使用寿命等)、节能光源在隧道中的应用和设计原则。

大跨公路隧道LED光源照明技术方法及原理：先通过在依托工程实体隧道实测，确定照明模拟参数，使仿真结果符合实际，提高发明成果的实用性。通过分析，提出交通量、速度与亮度之间的关系，实现照明亮度控制，从而既满足行车安全对亮度的要求，又达到节能的效果；再通过仿真实验，得到大跨公路隧道灯具的节能布置方式，布置方式的仿真实验包括：1)单灯实验；2)传统型灯具与多曲面新型灯具对比实验；3)常规灯具与逆光灯具对比实验；4)实验数据处理、分析；5)提出特大断面隧道的照明灯具的布置方式；通过实验，得到大跨公路隧道照明光源的最佳方案，实验包括：1)通过实验来测试节能光源的性能参数，对各种参数进行比较分析，研究各种节能光源对隧道照明的影响及实用性；2)通过计算照度、亮度、均匀度的计算，提出适用于大断面隧道的照明节能光源的性能参数。

实例

该实例依托同三、京珠国道主干线绕广州绕城公路东段(广州珠江黄埔大桥)的关键工程-龙头山隧道，设计公路隧道照明系统。龙头山隧道是目前国内最长的双向分离式八车道高速公路长隧道。龙头山隧道设计行车速度：V＝100km/h＝27.78m/s，照明设计亮度见表2：(洞外环境亮度取4000cd/m2)龙头山隧道照明按行车前进方向划分为五个区段，即入口段、过渡段I、过渡段II、中间段、出口段。

参照图1，图1为现有技术中公路隧道照明系统的灯具布置示意图。其中，11为陶瓷金卤灯、12为荧光灯，13为建筑限界，14为隧道中心线。θ₁为陶瓷金卤灯的光束角。在该实例中，光束角θ₁为46.8°，荧光灯的光束角为51.8°。

在这里，对光束角的概念作出说明。所述光束角为：于垂直光束中心线之一平面上，光度等于50％最大光度的二个方向之间的夹角。

参照表1，表1为现有技术中，现有技术设计方案照明亮度取值。

表1现有技术设计方案照明亮度取值

参照表2，表2为现有技术中设计方案灯具数量。

表2现有技术设计方案灯具数量

序号	灯具品种	功率	单位	数量
					1	荧光灯	2×54W三基色双管荧光灯	套	2810
2	陶瓷金卤灯	TUN15M8ASY型150W	套	120
					3	陶瓷金卤灯	TUN15M8ASY型150W	套	1028

另外，隧道照明系统的节能措施除了合理选择设计参数外，科学选用电光源也是照明节能的重要问题。表4是现有公路隧道中几种主要照明光源的性能参数。

表3现有公路隧道中光源性能表

光源种类	光效(1m/W)	显色指数(Ra)	色温(k)	平均寿命(h)
					高压钠灯	100-120	23/60/85	1950/2200/2500	24000
低压钠灯	200	23	1750	28000
					金属卤化物灯	75-95	65-92	3000/4500/5600	6000-20000
高压汞灯	50	45	3300-4300	6000
					紧凑型荧光灯	60	85	全系列	8000
电磁感应灯	55-70	85	3000-4000	40000-80000
					白光LED灯	107-114	90	6400	100000

目前，公路隧道照明光源可分为定向光与散射光两种类型。除了LED光源外，其他光源都是散射光。光源效率是光源选择最关心的指标之一，其可以用发光效率和显色性两个参数来描述。影响发光效率的因素主要有每瓦的流明数、灯具的养护系数、灯具的利用系数和光效的叠加性。LED光源光效与高压钠灯相当，是最高的；但是，LED是定向光，其灯具利用系数为0.8-0.9，而其他光源的灯具利用系数只有0.4-0.5。因此，即使在光源的每瓦流明数相同的情况下，采用LED光源也会比采用其他光源节约1倍的电能。

同时，较高的显色性也是选择LED光源的原因之一。隧道加强段照明属于明视觉范畴，由《工业企业照明设计标准》(GB50034-92)和表《照明工程设计手册，1984》中照度与显色指数Ra之间的关系，可以得到考虑显色性后，隧道加强段照明照度换算系数。

表4隧道加强段光源显色指数与照度的换算关系

平均显色指数	100	90	80	70	60
						换算系数	0.625	0.744	0.881	0.962	1

表4意味着若洞口采用光源显色指数为60，若将光源改为显色指数为80，则亮度需求标准应乘0.881。对照度与显色性的关系的研究结果表明，从视觉心理角度来看，在相同照度下，显色性好的光源比显色性差的光源在感觉上要亮。因此，采用显色指数较高的光源照明时，可以适当降低照度标难。

LED光源设计方案，由于隧道出口将建设互通立交与沿江高速公路相接，并考虑到大多数司机在隧道入口车速会降低及运营安全(60km/h危险指数为1时，80km/h则为55)等因素，隧道内的运行车速宜限制在80km/h，照明设计车速按80km/h取值。经现场复测，隧道洞外亮度120(S)实测值：3161cd/m2。计算行车速度80km/h，照明标准取“规范”规定值的0.88倍，LED管的发光效率＞751m/W，显色指数＞75，光束角范围：53°～123°，基本段亮度按2.5cd/m2来设计，不考虑灯具维护系数(本次设计考虑了衰减不大于30％)。由此，隧道基本照明及应急照明采用两排115W LED隧道照明灯双侧壁对称布置；加强照明段分别辅以两排160W、200W、140W LED隧道照明灯双侧壁对称布置。引道照明采用10米单臂钢杆路灯，配168W LED灯在隧道进出口两侧对称布置。LED方案灯具布置图如图2所示。其中，21为基本照明灯具，22为加强照明灯具。θ₃为基本照明工具对应的光束角、θ₄为加强照明工具对应的光束角。在该实施例中，θ₃为78°，θ₄为79°。所述光束角为：于垂直光束中心线之一平面上，光度等于50％最大光度的二个方向之间的夹角。其中，所述引道为连接公路隧道两端与道路的路段。隧道照明系统设置如表5所示。

表5照明系统设置表

白光LED灯具计照明亮度及灯具数量方案如表6～7。

表6白光LED灯具照明亮度取值表

各段亮度值	规范值	企业标准	设计值	实测值
					洞外亮度	4000(3161)	3500(实测3161)	3161	3161
入口段	140(110)	97	97	127.6
					过渡段1	42(33)	29	29	37.7
过渡段2	14(11)	9.7	9.7	13
					基本段	4.5	2.5	2.5	5.5
出口段	22.5	12.5	12.5	21.4

表8LED照明方案灯具数量

通过经济分析：金卤灯按照20000小时寿命计算，LED灯按50000小时寿命计算，在此期间(6.7年)，前期建设，采用LED灯具比金卤灯多投资：370万元，后期6.7年中运营费用节省1788.9万元，保守估计节省约45％，每年可节省约210万元。

通过上述研究，提出了在既满足隧道的照明亮度要求、保证行车舒适、安全，又节省能源的条件下，特大断面隧道的LED照明灯具的合理布置方式及经济节能的光源方案。与原设计方案相比，本专利提出并在依托工程中得以采用的LED照明方案能够在运营阶段相比原设计方案显著节能超过50％。

与现有技术比，本发明的有益效果是：

1、首次提出了全寿命期照明光源经济性比选的计算方法。通过对显色性、色温和照度的关系研究，首次提出隧道照明入口段显色性换算系数。认为高显色性(≥80)的光源在隧道内使用能有效节能，因此，建议在隧道内推广使用白光LED灯。

2、大跨公路隧道全线采用LED光源照明技术，因照明控制考虑了停车视距，降低了事故发生的可能性；而且白光LED灯显色性好，提高了行驶舒适性，避免了对人体视觉的危害。

3、首次提出了LED光源的隧道照明设计、施工和质量验收标准，编制了《公路隧道LED照明企业标》。在采用照明亮度控制后，全部采用LED灯，在全寿命周期(6.7年)内，依托工程LED照明节能超过40％。

以上对本发明所提供的一种公路隧道光源照明系统进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种公路隧道光源照明系统，其特征在于，所述照明系统中采用显色性指数大于或等于75的照明光源。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明光源为白光LED灯。

3.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述白光LED灯的光束角范围为53°～123°。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，

所述公路隧道被依次划分为入口段、过渡段、中间段和出口段；所述白光LED灯包括基本照明灯具和加强照明灯具；其中，所述加强照明灯具设置于所述入口段、所述过渡段和所述出口段；所述基本照明灯具设置于所述中间段。

5.根据权利要求4所述的照明系统，其特征在于，

所述白光LED灯具还包括应急照明灯具、人行横道照明灯具和引道照明灯具。

6.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，

所述基本照明灯具及所述应急照明灯具为两排115W白光LED灯具，双侧壁对称布置；

所述加强照明灯具分别辅以两排160W、200W、140W的白光LED灯具，双侧壁对称布置；

所述引道照明灯为10米单臂钢杆路灯，配168W白光LED灯具，在隧道进出口两侧对称布置。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述白光LED灯具按照下表设置：

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