高速公路隧道照明的节能设计

2011-04-18郑奇

科技传播 2011年17期

郑奇

温州绕城高速公路有限公司，浙江温州 325000

0 引言

近年来，我国的高速公路蓬勃发展，一条条新建的高速公路陆续投入使用，隧道因在山区通车里程的增加而日益增多。高设计车速和高密度车流量给高速公路的行车安全造成很大威胁，特别是在车辆行驶到隧道内时，隧道内外的光线发生急剧变化，人的视力短时间不能适应，极易发生交通事故。而盲目加大照明，提高隧道内的亮度，又会使运营费用巨额增加，增加营运成本，造成资源浪费。目前，高速公路隧道的照明系统已引起人们的极大关注。为既能解决高速公路隧道的行车安全，又能达到节能的目标，应从高速公路隧道照明系统工程的源头抓起——设计。

1 高速公路隧道入、出口照明系统设计原理

白天当驾驶员从隧道外驶进隧道内时，由于隧道的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明不充分的的隧道入口时，只会看到一个黑洞或一个黑框。当驾驶员进入隧道后，由于人眼视觉的滞后性作用，会产生视觉上的盲区，因此隧道入口处必须设置缓和照明段，以让人眼适应。缓和照明段分为入口区、过渡区，入口照明段的长度取决于洞内外亮度值，同时还与设计时速，洞内照度和洞壁材料等因素有关。而白天当车辆通过较长的隧道接近其出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口对驾驶员而言，好像是一个白色的洞，人眼同样对这种光线产生滞后。驾驶员对前方的行车只能看到一个很暗的轮廓，对前方车辆的距离不能准确做出判断。如果是夜间行驶，其效果正好相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是白洞。在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物情况，也是一个视觉盲区。因此隧道出口也同入口处一样设有过渡区，要加强照明，使得过渡区的亮度与洞外亮度相近。

目前在进行隧道照明设计时，入、出口段照明的亮度值是由洞外亮度L20（S）乘以入口段亮度折减系数K近似算得，而确定洞外亮度L20（S）的方法主要有3种：查表法，黑度法和亮度计算法（环境简图法）：查表法是按洞外停车视距（S）处视看隧道的20°视野的天空面积百分比值、洞口朝向活动外环境、车速查取洞外亮度值；黑度法是在停车视距（S）处距地面1.5m高正对隧道方向20°视野内，各景物将各自所占面积的百分比作为权重计算出平均黑度，再与参照物的亮度做比较，确定测量时的洞外亮度L20（S）值；亮度计算法是有隧道外景物亮度与各部份所占的百分比乘积算得的，即在停车视距（S）处距地面1.5m高正对隧道方向20度视野内，考虑天空亮度、路面亮度、洞口环境亮度和隧道口亮度的合值即为洞外亮度L20（S）值。因此，洞外亮度直接影响洞内照明缓和段的设计。

为使隧道入口段照明设计达到安全和节能的要求，降低洞外亮度L20（S）是最有效的办法。在进行隧道设计时，可以通过增加隧道洞外植被面积、改变隧道端墙形式、改善路面铺装材料等方法降低洞外环境亮度，洞外亮度降低后，洞口段照明的亮度值也随之下降，从而减少照明设施。这样既能达到高速公路隧道行车安全的要求，又能达到节能的目标。

2 设计时隧道照明光源的选择

隧道的照明是为了把必要的视觉信息传递给司机，防止视觉信息不足而出现交通事故，从而保证隧道行车的安全性和舒适性。目前，高速公路隧道照明设施的规模及数量越来越大，隧道运营电力费用也越来越高，同时隧道照明质量也跟不上高速公路的发展建设，严重影响行车安全性，隧道交通事故也日益增多。因此对隧道照明节约能源、提高照明效果，保证行车安全性和舒适性的要求进一步提高。正确合理地选取照明光源是实现公路隧道节能的关键。

各种光源的光学特性、性能参数各不相同，而光源的节能主要取决于它的发光效率。隧道照明的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰减、寿命、成本要求，同时要保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。高速公路隧道一旦投入使用，照明系统几乎就处于长期工作状态，因此，隧道照明的效果必须依靠可靠的光源实现。在隧道照明设计时，选择一种正确的光源，是隧道照明的重要环节，应综合考虑。

高效节能是隧道照明光源的发展方向。目前，国内隧道灯具多采用白炽灯、荧光灯、节能灯、金卤灯、高压钠灯等，大多光源存在光带窄、配光质量不够、能耗高、质量稳定性差、寿命短等问题。随着科技的发展，照明领域出现了LED等及无极灯新型光源。

表1 光源主要性能对比

从表1中可以看出led的光效最高，其次为高压钠灯，而使用寿命最长的是LED和无极灯，其次为高压钠灯。高压钠灯光效高、透雾性强等诸多优点，是目前高速公路隧道照明光源用的最多的；其次，高压钠灯的发展经历了几十年，光源及灯具技术相当成熟，因此生产成本已经较低。但是，高压钠灯色温较低，发光颜色为金黄色，其显像指数较低，太阳光的显像指数为100，而高压钠灯的显像指数仅为20左右，远低于正常自然光的显像指数；大功率的高压钠灯满足了隧道照明的需要，但是却也造成了巨大的能源消耗，照明的运营费用往往让运营单位不堪重负。Led灯是一种新型的照明光源，具有以下优点：光线柔和，显像指数高，色温接近太阳光；Led灯可以频繁点亮，不存在启动延时问题，基本不影响使用寿命；Led灯光源使用寿命较长。由于Led灯是一种新型光源，在高速公路行业还未进行推广，但目前国内已有部分高速公路在隧道内进行Led灯照明实验，其照明效果等同于高压钠灯，从节能效果看，Led灯的经济性远高于高压钠灯。相信在不久的将来，Led灯将会成为高速公路隧道照明的主要光源。