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公路隧道工程中LED照明节能技术的应用研究摘要：在公路隧道中，LED照明技术相较于传统照明技术具有很多技术优势，针对性提出LED照明技术在公路隧道应用中存在的主要问题，并深入研究分析了LED照明技术在公路隧道中的应用进展。
关键词：LED照明技术；公路隧道；应用研究；智能化控制引言随着我国的基础设施建设的快速发展，国内公路隧道在建和建成里程数也在飞速增长。
当前国内多数公路隧道的照明设施为高压钠灯等传统灯光系统，该类灯光系统普遍存在寿命低、耗电量高等问题，增加了不必要的政府公共设施支出，提高了公路隧道的运营成本，降低了经济效益。
因此，低能耗成为了选择公路隧道照明系统的关键因素，而LED照明技术相对于传统灯光系统可以有效地减少能源浪费，同时LED照明还具有寿命长、颜色可调、便于智能控制等众多优势，特别适合作为公路隧道的照明系统。
1、LED照明技术在公路隧道的应用优势1.1 LED照明的性能优势LED灯具存在以下优势：①LED灯具具备明显经济优势。
LED灯具凭借其更高的能量转化率，可以在同样亮度的情况下消耗更低的电能。
同时LED灯具后期维护成本明显低于高压钠灯，LED灯具更高的使用寿命也带来了一定的经济优势。
②LED灯具性能更可靠。
LED灯结构稳固，抗振动和磕碰能力较好，同时具有良好的密封性和耐潮湿性。
另外，LED灯具使用安全低压，工作过程发热更小。
1.2 LED照明智能化控制系统的优势相对于高压钠灯等传统照明系统，LED照明智能化控制系统有明显优势。
通过使用该系统可有效降低人力运维成本，避免人为失误，使灯光系统更精准、高效。
传统灯具的系统控制方式主要是在施工区域内调整灯具的功率和安装距离，并配合人为控制电路通断。
该控制方式不仅对专业技术人员依赖程度较高，同时传统灯具无法依据周围环境变化来主动改变光照亮度，导致浪费过多能源。
而LED照明智能化控制系统则可以凭借其系统内的多种传感器和控制器，针对不同的环境自动调节光线强度，使公路隧道内的光照条件达到最佳，高效精准控制光照强度，在降低能耗的同时增强了道路的安全性。
![[案例应用]公路隧道照明研究](https://uimg.taocdn.com/0bcb2e5a3b3567ec102d8a8d.webp)
论述了影响公路隧道照明的主要影响因素，提出了照明功率与交通量、隧道长度、坡度等因素之间关系的模型，分析了过渡段3的设置条件，探讨了设计参数对照明功率的定量影响。
关键字：公路隧道[8篇] LED[2080篇] 隧道照明灯[1篇] 照明设计[238篇] 节能率[1篇]1.引言影响公路隧道照明设计的因素很多，往往因照明设计参数的选取不同，给工程投资与运营产生很大的影响。
鉴此，有必要对设计参数对照明功率的影响进行定量分析，探讨其间的相互关系，达到节能与节约工程投资的目的。
本文将就这一问题进行论述，以期对照明设计、照明设计标准的修订起到借鉴作用。
2.设计参数公路隧道照明设计参数，包括隧道特性参数、环境参数、交通参数、隧道照明灯参数以及养护管理参数5个方面。
(1)隧道特性参数：包括隧道坡度(S，%)、净宽(W，米)、隧道长度(L，米)和路面反射性能(F，以亮度与照度的换算系数表示);(2)环境参数：以洞外亮度(L20)来反映;(3)交通参数：包括设计期末高峰小时交通量(Q,辆/小时)、设计速度(V，公里/小时)、以及交通组织(单向交通或双向交通);(4)隧道照明灯参数：由于设计时不能规定产品规格，而不同厂家的隧道照明灯的配光曲线不同，故只能按照利用系数法进行设计，因此，设计中与隧道照明灯相关的参数有光源的光效(E,lm/w)、每盏灯的功率(P，瓦)和灯具利用系数(N);(5)养护管理参数：以M来表示。
3.入口段长度与坡度的关系隧道照明段落划分为入口段、过渡段、基本段和出口段4个部分,在此主要讨论入口段与过渡段。
以DS代表照明停车视距(米)，h代表洞口内净空高度(米)，则根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)[1] (以下简称《规范》)，隧道入口段长度Dth(米)可按下式计算[1]：亮度折减系数与交通组织、设计速度及交通量相关。
《规范》中给出了不同速度时亮度折减系数随交通量变化的最大与最小值，当交通量处于最大与最小交通量之间时，采用内插计算亮度折减系数，据之可按以下公式计算亮度折减系数(当交通量大于公式中的最大值时按最大值计算，当交通量小于公式中的最小值时按最小值计算)。
高速公路隧道LED照明节能技术研究摘要：在能源紧张和照明运营开支居高不下的形势下，公路隧道照明节能技术研究越来越受到各方面的关注，已成为公路隧道工程上的一个重要课题，本文通过对比研究几种常见隧道照明光源的特性，并结合实际工程案例进一步论证了新型光源LED照明技术在公路隧道照明中具有广泛的应用前景。
关键词：光源特性；LED灯；照明节能Abstract: In the energy nervous and lighting operating costs high situation, highway tunnel lighting energy saving technology study more and more get the attention of various aspects, has become a highway tunnel engineering an important topic in this paper through the comparative study several common tunnel lighting source characteristics, and combining with the actual engineering case further demonstrates the LED lighting technology in the new light source road tunnel lighting has a broad prospect of application.Key words: light source characteristics; LED lamp; illumination energy conservation1 引言公路隧道由于其功能的特殊性，确定了其建设的复杂性。
公路隧道照明，尤其是高速公路隧道照明与一般道路照明要求不同，隧道白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间更加复杂。
高速公路隧道LED灯具照明的应用研究隧道管理是高速公路运营管理的重要组成部分，隧道照明的高成本投入和高运营费用，严重制约了高速公路的发展。
为降低运营成本，节能增效，现结合浙江省金丽温高速公路水坑隧道照明改造的实例，研究LED 灯具照明的优点，应用于公路隧道的优势，并对LED灯具和普通高压钠灯进行了比较分析，以及对LED照明试用情况进行剖析，表明LED 照明是一种非常节能的绿色照明，也为解决隧道照明提供了一种全新的思路。
标签：公路隧道LED照明应用研究浙江金丽温高速公路横穿浙江省的金华、丽水和温州三地市，全长234公里，共有隧道54座，桥梁69座，一路上桥隧相连，被交通部有关专家称为“桥隧俱乐部”。
为有效降低隧道照明能耗和企业管理成本，金丽温高速公路的管理者进行了有益的尝试。
专门和中国电子科技集团公司第三十六研究所进行合作，在所辖的水坑隧道右线单洞内，拆除原来的高压钠灯，安装上新型照明灯具——LED灯，通过一段时间的测试，和左线单洞内的高压钠灯作比较，隧道照明能耗确实大为降低，LED 照明是一种非常节能的绿色照明。
1 LED灯具的优点1.1 发光效率高。
LED灯具有电压低、电流小、亮度高的特性。
同样照明效果LED比传统光源节能80%～90%，是白炽灯的4到8倍。
1.2 耗电量极小。
在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/8到1/10。
1.3 寿命长。
LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，按每天工作12小时寿命也在5年以上。
1.4 可靠耐用，便于长途运输。
由于体内无钨丝以及玻璃壳等易损部件，基本不受运输影响，正常报废率很小，维护费用极低。
1.5 起动响应快、无黑头、免除频换灯管之烦。
LED起动响应极快，因而电流对其冲击甚微。
而普通白炽灯或节能管受起动电流的作用，灯头很易发黑而需更换。
1.6 由于LED管是由十多只或几十只组成，即使个别损坏了也不会对正常照明产生太大影响，不像高压钠灯损坏时全灯熄灭，因此LED灯的可靠性比高压钠灯的可靠性提高了许多倍。
公路隧道照明存在的问题及节能技术研究摘要：在公路隧道运营过程中照明是主要的支出成本。
在公路隧道的建设中采用节能技术不仅可以节约电能，还可以降低公路隧道的运营成本，提高公路的经济效益和社会效益。
本文探讨了公路隧道的照明节能以及节能控制方法。
关键词：隧道照明；问题；节能技术引言：当前，我国公路网交通逐渐向离岸深水延伸，向崇山峻岭穿越，截至2010年底，全国公路隧道已有7384处，其中，特长隧道265处。
在节能环保的背景下，照明节能成为当前公路隧道的焦点问题。
由于隧道照明是全天运行，每个隧道电费年耗量都达百万甚至千万。
合理、安全、节能的照明系统在高速公路隧道工程中显得尤其重要。
1.当前隧道照明的主要问题1.1制度、规范落后、不完善国外早在上世纪60年代就开始了隧道照明方面的研究，并制定了隧道照明标准和规范。
我国直至1990年才对隧道照明进行了相关规定，1999年的《公路隧道通风照明设计规范》和2004年的《公路隧道设计规范》做为现行的标准，明显落后于国际规范。
另外，我国隧道设计规范和标准不明确，短隧道能源浪费问题突出。
1.2控制方式落后，参数不科学当前的控制技术是简单的控制开关，不能按照天气、车流量、车速等各种因素做出及时调控，电能浪费严重。
由于短隧道照明控制很难实现远程控制，需要消耗巨大的人力、物力才能实现人工开关照明灯具，这势必造成另一方面的浪费。
即使采用了时序分级调光控制法，仍无法结合洞外亮度、天气、交通量等时变参数进行调控。
1.3运营过程中的浪费当前的隧道照明设计把隧道分为入口、中间、过度及出口段等四个阶段进行设计。
这四个阶段是根据各段的照明度和长度从全年行车安全的要求进行设计的。
隧道内的照明度的设计主要是按照全年最高的行车速度和隧道外的亮度，按照阶段来确定灯具密度及灯具的功率。
对于车速、车流量以及天气等不确定因素无法做到宏观上的控制，造成照明电能很大的浪费。
1.4运营中节能与安全性之间存在矛盾由于很多的运营者为了能够减少隧道的运营成本，一般不采用自动控制系统进行控制，并且当前的自动控制没有考虑到车流量及天气等参数的变化。
公路隧道LED照明改造节能效果研究文章以甘肃省某高速公路隧道照明节能改造为例，对比改造前后的照明及节能效果，说明LED改造的经济性及应用前景。
标签：公路隧道；照明；节能效果；应用前景引言国家“十一五”规划纲要中指出，要优化照明产业结构，鼓励使用高效照明器材，实现结构节能。
LED照明灯具在节能、使用寿命等方面具有较大的优势。
1 高速公路隧道照明现状目前，我省高速公路隧道照明使用灯具统一为高压钠灯，以甘肃省某高速公路4公里长的一条隧道（以下简称“该隧道”）为例，共使用高压钠灯400W共计78台，250W共计153台，150W共计58台，100W共计60台，70W共计1294台，36W纳灯共计586台，总计2229台。
2 我省某高速公路隧道照明改造方案通过计算，确定了该隧道施工照明方案如下：在对原有灯具支架，供电方式不变的情况下，在原有灯具的安装位置使用190WLED隧道灯代替400W钠灯，100WLED隧道灯代替250W钠灯，65WLED隧道灯代替150W、100W钠灯，45WLED隧道灯代替70W钠灯，18WLED隧道灯代替36W钠灯。
3 照明改造前后照度及均匀度对比依据交通部颁《公路工程质量检验评定标准（第二册）机电工程》（F80/2-2004）中的有关要求，隧道照明必须满足照度和均匀度两项指标不小于设计值要求。
经查询原施工设计图纸，该隧道照度和均匀度设计指标如表1所示：依据国家标准《照明测量方法》（GB5700-2008），该隧道管养单位委托甘肃省交通科学研究院有限公司对隧道照明改造前后的照度和均匀度两项指标进行了检测。
检测结果见表2：通过对检测数据进行分析可知，该隧道进行LED照明改造后，照度及均匀度两项指标与改造前数据基本一致，各照明段落受检指标均满足表1中对于规定值的要求。
4 照明改造节能效果甘肃省交通科学研究院有限公司试验室对本次改造中使用的LED灯具和改造前使用的高压钠灯进行了抽样试验，实测灯具能耗见表3。
公路隧道照明灯具利用系数研究公路隧道照明灯具利用系数研究公路隧道照明灯具利用系数研究杨超，程翠(华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西南昌330013) 摘要：灯具利用系数是隧道照明设计、参数优化中计算路面水平照度的一个重要参数，提高灯具利用系数有利于提高路面的平均照度。
但目前使用该参数时，多数采用灯具利用系数曲线或设为定值，造成计算误差。
为了得到能根据灯具配光数据和布灯参数变化的利用系数，建立了隧道照明灯具利用系数计算模型，并依据此模型，分析了利用系数与布灯高度、布灯横向偏移距离及布灯仰角的变化规律。
仿真算例表明，所建利用系数模型正确，用于布灯参数优化时，比利用系数取定值时的结果更准确，照明系统也更节能。
此模型适用于中央布灯、拱顶侧偏布灯、交错布灯和对称布灯形式灯具利用系数的计算。
关键词：隧道照明；利用系数；布灯参数引言灯具利用系数是指工作面或规定的参考平面上，直接或经相互反射接收的光通量与照明装置全部灯具发射的额定光通量总和之比，是灯具效率、灯具光强分布、空间几何特征和空间结构表面反射系数的函数，是照明设计的一个重要指标。
《公路隧道照明设计细则》(JTG/J D70/2-01—2014)给出了采用灯具利用系数曲线图计算隧道路面平均水平照度的方法[1]，但计算精度不高；文献[1]没有给出灯具布灯参数发生变化时的计算方法。
季佳俊[2]仿真研究了LED灯与高压钠灯不同布灯形式、不同高度、不同间距对灯具利用系数的影响规律；韩文元等[3]在固定灯具安装高度、横向安装距离和安装仰角的情况下，对20种不同的公路隧道照明灯具的利用系数进行了测试，得出了公路隧道照明灯具利用系数的取值范围。
在隧道照明优化设计过程中，当灯具配光曲线、灯具布置参数发生变化时，文献[2-3]给出的方法均无法应用。
为了简化计算，国内隧道照明设计和布灯参数优化研究中，通常直接根据灯具的利用系数曲线[4]或取灯具利用系数为某一固定值[5-7]进行计算，带来设计、计算上的误差。
高速公路隧道照明综合节能技术的研究和应用摘要：高速公路隧道照明是交通节能研究的重中之重，在隧道洞口前端运用透光棚，可以取消或降低隧道的加强照明；通过提高隧道路面照明的总均匀度，可以降低照明的平均亮度，这种安全又节能的照明技术和节能方案是研究的目标和发展方向。
文章采用智能调光控制技术，从多角度分析不同光源的优缺点和控制模式为当前实施隧道照明节能改造方案提供参考。
关键词：公路；隧道；节能；研究前言随着高速公路建设的大发展，高速公路中隧道所占的比重也越来越大，而隧道照明用电则是整个高速公路运营用电的大头，已经成为高速公路运营管理部门的一个沉重的负担。
如何使隧道照明既能保证驾驶员的行车安全，又能最大程度地节约电能是高速公路建设和运营管理部门面临的一个重要研究课题。
1、公路隧道照明节能技术应用的背景分析随着隧道照明技术的不断发展，集成度高越来越高，电子技术光学技术的发展已超越了单纯照明的观念，新型照明系统的能耗节约以及经济性也在不断提升，研究在高速公路隧道照明节能技术的应用具体要注意以下几点：1.1、证光色应与周围景物的相互协调，避免亮度过高或产生眩光，还要保证灯光的射向和强度要达到应有的节能要求和环保要求。
1.2、工程来讲，在实施过程中一定要结合实际需求，进行光照设计，加强对产品选购的科学性和合理性规范工程操作，做好安装调试以及运行管理。
1.3、公路隧道照明节能技术的应用，必须要满足综合性空间的照明要求，通常情况下，采用金卤灯和高压钠灯混光配合的方法，形成相互补充，照明效果更好。
所以，对于照明设计件的选择，最好保证照明器和装置的合理性，一方面，要保证其照明功能，还要保证其装饰效果，形成二者的协调统一。
1.4、要的基本原则，就是根据功能要求和环境条件决定合适的光特性，一要符合场地的环境要求，二要达到经济性，这才是照明节能技术的设计的根本目的，在实际应用过程中，要有合理的光分布，发挥明视觉效力，改善环境照明质量，由于高速公路隧道照明其在交通区域内，重点是考虑视环境的满意程度2、高速公路隧道照明节能技术应用的要点分析2.1、照明设计参数对于照明设计参数，在实际应用时，要注意节能调整。
高速公路隧道LED灯照明应用研究为了提高公路交通安全，提升行车体验，现在越来越多的高速公路隧道开始采用LED灯照明。
与传统的荧光灯相比，LED灯具有更长的使用寿命、更节能、更环保、更可靠等优势，并且能够提供更为柔和的光线，缓解驾驶员的视觉疲劳。
本文旨在分析和研究高速公路隧道LED灯照明应用的优势与不足，探讨如何最大限度地发挥其照明效果。
一、LED灯照明应用的优势1. 节能环保LED灯之所以能够在高速公路隧道中广泛应用，主要原因在于其极低的耗电量和绿色环保的特性。
相比传统的荧光灯，LED灯的能耗仅为其1/3，而且还能延长使用寿命，从而减少了更换设备的频率，节省了相关费用，降低了能源消耗排放。
2. 光通量稳定LED灯源不仅具有更长的使用寿命，同时还能够保持较稳定的光通量。
与荧光灯源相比，LED灯源的亮度下降速度较慢，因此在长时间运行后，其照明效果始终能够保持稳定，不会对驾驶人员造成刺眼或暗淡的光线环境，提高驾驶的安全性和舒适性。
3. 色彩还原性好在高速公路隧道中，驾驶人员需要准确识别出前方行驶道路上的标志、标线等信号标识，而传统的荧光灯照明在色彩还原上不如LED灯。
LED灯具有更广泛的色温选择范围，能够让道路标志、标线等标识的颜色更加清晰鲜明，降低驾驶员的误判率和危险发生率。
4. 使用维护成本低随着LED灯技术的成熟和普及，其成本也逐渐降低，而传统的荧光灯则需要频繁更换灯管等易损件。
因此，采用LED灯照明，使用维护成本较低，无需频繁维修替换费用，从而降低了使用成本和维护压力。
1. 难以进行统一控制管理随着高速公路隧道的规模不断扩大，由于隧道数量多，常常存在路段的单独控制，无法进行统一管理。
这就导致固定的每个区域的LED灯亮度和颜色难以进行统一调整和管理，可能会出现照明效果上的不协调和差异。
2. 易受环境、气候等因素影响虽然LED灯照明效果稳定，但是其也比传统荧光灯更为敏感，易受到环境、气候等因素的影响，例如温度等变化都可能导致LED灯的性能下降。
高速公路隧道LED灯照明应用研究【摘要】本文旨在研究高速公路隧道LED灯照明应用的优势、存在问题、改进方法、实际效果和未来发展方向。
通过分析LED灯在高速公路隧道照明中的应用，揭示LED灯在照明领域的潜力和优势。
LED灯也存在一些问题，如光照不均匀和光强度不足。
针对问题提出改进方法，包括提高LED灯的亮度和光照均匀性。
实际效果显示LED灯在高速公路隧道照明中具有良好的亮度和能耗效率。
未来发展方向是进一步提高LED灯的照明效果和降低能耗。
LED灯在高速公路隧道照明中具有广阔的应用前景和较高的总体效益，成为照明领域的新趋势。
【关键词】高速公路隧道、LED灯、照明、应用、研究、优势、问题、改进方法、实际效果、未来发展方向、应用前景、总体效益、新趋势1. 引言1.1 研究背景高速公路隧道的照明一直是公路交通安全领域的重要问题。
传统的照明设备在能耗和光照效果上存在着一定的局限性，而LED灯在节能、环保和光质方面具有明显的优势，因此在高速公路隧道照明中应用LED灯已经成为一个备受关注的话题。
隧道照明对于驾驶员的视觉和情绪都有重要影响，而LED灯在高速公路隧道中的应用不仅能够提高照明效果，还能够降低能耗和维护成本，减少光污染。
研究LED灯在高速公路隧道照明中的应用具有重要的现实意义和发展前景。
1.2 研究目的研究目的是通过对高速公路隧道LED灯照明应用进行深入研究，探讨LED灯在高速公路隧道内照明中的优势和存在的问题，并提出相应的改进方法，以及分析LED灯在高速公路隧道照明中的实际效果和未来发展方向。
通过研究，旨在为高速公路隧道照明提供更加节能、环保、高效的解决方案，提高照明质量和安全性，同时降低能耗和维护成本。
希望通过本研究的成果，为LED灯在高速公路隧道照明中的广泛应用提供理论和实践支持，为高速公路隧道照明领域的发展贡献新的思路和方法。
通过系统研究LED灯在高速公路隧道照明中的应用情况和效果，为LED灯在高速公路隧道照明中的未来发展方向做出指导性建议，促进LED灯成为高速公路隧道照明的新趋势。
高速公路隧道LED灯照明应用研究1. 引言1.1 背景介绍高速公路隧道LED灯照明应用研究引言在高速公路隧道照明领域，LED灯的应用尚处于探索阶段。
如何充分发挥LED灯在隧道照明中的优势，提高照明效果和节能效益，是当前急需解决的问题。
开展高速公路隧道LED灯照明应用研究，探讨LED灯在隧道照明中的应用价值和技术挑战，具有重要的理论和实践意义。
【内容字数：215】1.2 问题提出高速公路隧道LED灯照明的问题主要包括以下几个方面：1. 亮度不足问题：传统的荧光灯和钨丝灯在长时间使用后会逐渐降低亮度，导致隧道照明效果下降，安全隐患增加。
而LED灯具有较长的寿命和稳定的亮度表现，但在高速公路隧道中如何保证LED灯的充分照明效果，成为一个值得研究的问题。
2. 能耗问题：高速公路隧道LED灯照明系统的能耗一直是人们关注的焦点。
如何通过技术手段降低LED灯的能耗，提高能效，减少能源开支，是当前需要解决的问题之一。
3. 光污染问题：LED灯相比传统灯具有更高的光效和光衰特性，但过强的光亮会产生光污染，影响驾驶员的视线，增加交通事故发生的风险。
如何在保证照明效果的同时减少光污染，是一个需要深入研究的问题。
以上是高速公路隧道LED灯照明面临的问题，通过对这些问题的深入研究与探讨，可以为提升隧道照明质量和安全性提供更有效的解决方案。
1.3 研究意义高速公路隧道LED灯照明应用研究的研究意义主要体现在以下几个方面：LED灯具有节能环保、寿命长、色彩丰富等优势，对于高速公路隧道照明具有重要意义。
通过研究LED灯在高速公路隧道照明中的应用效果，可以为推广LED照明技术提供实践基础。
隧道作为高速公路交通重要组成部分，其照明设施的质量和效果直接影响着驾驶员的安全行车。
LED灯照明技术的应用，有望提高隧道照明效果，减少事故风险，提升交通运输效率。
LED灯在高速公路隧道照明中存在的挑战和改进方向，也值得深入研究。
通过探讨LED灯在隧道照明中的实际问题和解决方案，可以为LED照明技术的进一步发展提供借鉴和启示。
公路隧道照明灯具有效能效指标分析摘要：结合隧道建设的特点，根据行车安全性和舒适性的需求对其有效照明区域的边界条件进行了计算。
在此基础上，选择CIE推荐的B 型配光曲线为研究对象，对来自不同厂家的20种公路隧道照明灯具进行了测试，并对其有效光通量和光通量利用系数进行了计算，进而得到了灯具有效能效指标。
测试结果表明：样本有效能效值相比于传统测试的灯具总能效平均下降幅度达到20％，最大下降幅度达到41％。
考虑到隧道洞壁对光线的反射效果有益于提高有效照明区域的平均亮度，引入隧道洞壁平均反射率作为灯具有效能效修正的影响因子，并对采用不同反射率面层材料情况下样本灯具的有效能效修正结果进行了测试分析。
关键词：隧道工程；公路；能效；配光曲线；隧道照明0 引言公路隧道照明节能是公路建设运营的热点，也是重要的发展方向[1-2]，相关节能技术呈多样化特点，实施效果也不尽相同[3-6]，其中，照明灯具的能效指标是评价其灯具节能性能的重要参量，对于从源头上控制照明系统能耗水平有着重要的意义[7]。
与一般照明灯具不同，公路隧道照明灯具的应用环境是一个半封闭的空间，而保障驾驶人员安全行驶和视觉舒适性的照明需求仅仅是整个空间的部分区域，落在此区域之外的光通量并不属于隧道照明的功能性需求[8]。
为提高照明灯具出射光通量的利用效率，宜对有效区域外的光通量予以限制，落在有效区域内的光通量更适于作为灯具能效测试、计算的依据。
近年来大量应用的白光LED照明灯具以其良好的配光性能，为相关研究和应用奠定了基础[9-10]。
本文旨在分析公路隧道照明环境的特点，结合公路安全运输需求，对照明灯具的有效能效指标进行优化分析。
1 照明灯具能效传统的照明灯具能效测试方法都是以灯具的总光通量除以灯具功率，得到单位为lm/W的能效值。
灯具电功率的测试方法相对简单，而灯具光通量的测试方法主要包括光强积分法和积分球法两种，其有效光强采集区域为灯具的全照明区域，即灯具出光面所发出的光通量全部认为是有效光通量。
建筑节能J I A N Z H U J I E N E N马二顺:高速公路隧道照明节能研究《工程与建设》 2010年第24卷第2期233 收稿日期:2009205206;修改日期:2009212222作者简介:马二顺(1975-),男,安徽桐城人,广东省公路建设有限公司工程师.高速公路隧道照明节能研究马二顺(广东省公路建设有限公司,广东广州 511450)摘 要:照明系统作为高速公路隧道机电系统中最重要的一个部分,随着高速公路隧道的广泛采用,隧道照明水平与照明节能之间的矛盾也越来越突出,在保障行车安全的前提下,如何降低能源消耗成为隧道科研设计、建设和运营单位迫切需要解决的问题。
关键词:高速公路;公路隧道;隧道照明;隧道节能中图分类号:TU113.665;U453.7 文献标识码:A 文章编号:167325781(2010)022******* 我国的高速公路建设事业在蓬勃发展,陆续投入运行的高速公路隧道里程日渐增多。
但是,高的设计车速、大的交通流量和较高的车流密度给高速公路的行车安全造成很大的威胁,特别是在进入高速公路隧道时,视野内光线的明暗发生急剧变化,人的视力骤然下降,对行驶着的驾驶员通过隧道存在着极大的危险性,因此照明系统成为高速公路隧道机电系统中最重要的一个部分,隧道照明耗电费用已成为运营中最主要的开支。
在保障行车安全的前提下,如何降低能源消耗成为隧道科研设计、建设和运营单位迫切需要解决的问题[127]。
1 高速公路隧道照明隧道照明的目的是与道路照明相同的,均是为了给驾驶员提供良好的视觉环境,保障交通安全,提高运输效率等。
但是,隧道的两侧和顶部是封闭的,构造比较特殊,会产生隧道特有的人眼明适应和暗适应,尤其是白昼的视觉问题。
因此,隧道照明设计必须合理解决好隧道照明的特有的视觉问题,以及解决好道路照明和隧道照明中共有的视觉问题,创造出良好的视觉环境。
通常情况下隧道照明分为入口照明、隧道内部照明、出口照明和隧道内应急照明。
公路隧道照明灯具利用系数研究公路隧道照明灯具利用系数研究公路隧道照明灯具利用系数研究杨超，程翠(华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西南昌330013) 摘要：灯具利用系数是隧道照明设计、参数优化中计算路面水平照度的一个重要参数，提高灯具利用系数有利于提高路面的平均照度。
但目前使用该参数时，多数采用灯具利用系数曲线或设为定值，造成计算误差。
为了得到能根据灯具配光数据和布灯参数变化的利用系数，建立了隧道照明灯具利用系数计算模型，并依据此模型，分析了利用系数与布灯高度、布灯横向偏移距离及布灯仰角的变化规律。
仿真算例表明，所建利用系数模型正确，用于布灯参数优化时，比利用系数取定值时的结果更准确，照明系统也更节能。
此模型适用于中央布灯、拱顶侧偏布灯、交错布灯和对称布灯形式灯具利用系数的计算。
关键词：隧道照明；利用系数；布灯参数引言灯具利用系数是指工作面或规定的参考平面上，直接或经相互反射接收的光通量与照明装置全部灯具发射的额定光通量总和之比，是灯具效率、灯具光强分布、空间几何特征和空间结构表面反射系数的函数，是照明设计的一个重要指标。
《公路隧道照明设计细则》(JTG/J D70/2-01—2014)给出了采用灯具利用系数曲线图计算隧道路面平均水平照度的方法[1]，但计算精度不高；文献[1]没有给出灯具布灯参数发生变化时的计算方法。
季佳俊[2]仿真研究了LED灯与高压钠灯不同布灯形式、不同高度、不同间距对灯具利用系数的影响规律；韩文元等[3]在固定灯具安装高度、横向安装距离和安装仰角的情况下，对20种不同的公路隧道照明灯具的利用系数进行了测试，得出了公路隧道照明灯具利用系数的取值范围。
在隧道照明优化设计过程中，当灯具配光曲线、灯具布置参数发生变化时，文献[2-3]给出的方法均无法应用。
为了简化计算，国内隧道照明设计和布灯参数优化研究中，通常直接根据灯具的利用系数曲线[4]或取灯具利用系数为某一固定值[5-7]进行计算，带来设计、计算上的误差。
更多的隧道照明节能研究文献则避开灯具利用系数。
在隧道照明优化设计中，为了能够根据灯具配光曲线和布置参数实时调整灯具利用系数，本文将建立基于隧道照明灯具的配光数据和布灯参数的利用系数模型，研究其与灯具安装高度、横向安装距离、安装仰角的关系，并进行优化仿真验证。
1 单个灯具利用系数计算隧道路面水平照度时，路面的有效光通量等于灯具利用系数η0与照明灯具发射的额定光通量之积。
对于同一个系列的灯具，往往具有相同或相近形状的配光曲线。
1.1 隧道路面的有效光通量当灯具的类型、安装高度、安装仰角、隧道路面宽度、隧道墙壁材料的反光系数[8-9]等发生变化时，路面的有效光通量也会发生变化。
隧道照明灯多为方口灯，假设其投射到地面的照明区域亦为四边形(或近似四边形)。
图1所示为隧道照明布灯的横截面示意图。
图中，d为隧道路面的宽度(m)；d1为灯具中心到路面中心线的水平距离(偏移距离，m)；A表示灯具中心位置；AO为灯具垂线；AO1为灯具光轴线；ξ为灯具在Y方向的仰角(rad)；B和C分别为隧道侧壁与路面的交点位置；D和E分别为隧道侧壁上距离地面2 m高的位置；Y方向为隧道横向，Z方向为隧道高度方向。
只考虑一次反射，则一个灯具在隧道路面产生的有效光通量Φe(lm)由灯具直接照射到路面的光通量Φd(lm)和经隧道墙壁反射的光通量Φf(lm)组成，即Φe=Φd+Φf。
Φf包括隧道侧壁高度2 m 以内光通量的反射量和2 m以外光通量的反射量。
图1 灯具照明布灯横截面示意图Fig.1 Cross-section diagram of tunnel luminaire distribution 图2为隧道布灯立体角计算图，其中，X方向为隧道纵向，θ为水平角(rad)，γ为垂直角(rad)。
BC和DE分别为隧道侧壁与路面相交线，BCDE为灯具射出的光线在隧道路面上形成的照明区域；B′C′和D′E′分别为隧道侧壁2 m高处与灯具光线的相交线，B′、C′、D′、E′分别为灯具以发光角射出的光线与B′C′和D′E′的交点；γ1和γ3分别为灯具投射到BC 和B′C′上的光线AF和AF′与光轴线AO1的夹角；γ2和γ4分别为灯具投射到DE和D′E′上的光线AG和AG′与光轴线AO1的夹角(图中未标出)；θ11和θ12分别为灯具仰角方向的光线投射到C、B点时在配光剖面C0/180(θ=0)两侧形成的水平角；θ21和θ22分别为灯具仰角反方向的光线投射到D、E点时在配光剖面C0/180(θ=π)两侧形成的水平角；θ31和θ32分别为灯具仰角方向的光线投射到C′、B′点时在配光剖面C0/180(θ=0)两侧形成的水平角；θ41和θ42分别为灯具仰角反方向的光线投射到D′、E′点时在配光剖面C0/180(θ=π)两侧形成的水平角。
图2 隧道布灯立体角计算图Fig.2 Solid angle calculaticn diagram of tunnel luminaire distribution 根据文献[10]，结合图1和图2，可得利用灯具配光曲线计算光通量的表达式。
1) 灯具产生的总光通量Φ (lm)为2) 灯具照射到隧道侧壁上光通量Φ1(lm)为3) 灯具照射到隧道2 m以上侧壁上的光通量Φ2(lm)为式(1)～(3)中，Ic(γ,θ)为灯具在水平角为θ和垂直角为γ处的光强(cd)；γ1～γ4分别按式(4)～(7)计算；θ11～θ42分别按式(8)～(15)计算。
式中，h为灯具安装高度(m)；h′=h-2；K1=d/2+d1，K2=d/2-d1；α1、α2分别为灯具在X方向和-X 方向的发光角度(rad)。
灯具直接照射到隧道路面的光通量为Φd=Φ-Φ1，灯具照射到隧道侧壁2 m以内墙面的光通量为ΔΦ1=Φ1-Φ2。
设隧道侧壁2 m以内部分的墙壁反光系数为ρ1，2 m以外部分的墙壁反光系数为ρ2，则一个灯具在路面产生的有效光通量为式(1)～(16)不适用于逆光照明的计算。
1.2 单个灯具利用系数根据灯具利用系数的定义得可以看出，灯具的利用系数与灯具的配光曲线、布灯参数有关，不宜设为固定值。
2 多个灯具的利用系数假设多个灯具纵向安装间距、安装高度、横向偏移距离、安装仰角、灯具型号、功率均相同，在隧道某个区域内安装了N个灯具，区域两端的灯具光通量有一部分投射到区域之外；只考虑区域两端的灯具投射到区域之外的光通量损失，则有对于中央布灯、拱顶侧偏布灯和交错布灯形式，k=1；对于两侧对称布灯形式，k=2。
当研究区域为隧道中某两个纵向相邻的灯具之间的路面区域时，可取一个灯具的利用系数η0,1作为研究区域路面上的利用系数η0。
3 布灯参数对利用系数的影响3.1 算例隧道以江西九景高速公路雁列山隧道作为研究对象[11]，该隧道为双洞单向交通设计，由1号、2号两座隧道构成，全长3 352 m，其中1号隧道长1 533 m，2号隧道长1819 m，隧道路宽10.25 m，净高7.425 m，行车道宽8.5 m，设有人行检修道，设计交通量(1 200辆/h，设计车速80 km/h。
以2号隧道为例，其隧道中间段长度约为1 383 m。
参照文献[7]，隧道墙面2 m高范围内铺设反光系数为0.86的材料，即ρ1=0.86，其余部分为水泥混凝土面，反光系数为0.24～0.31[2]，本文取0.275，即ρ2=0.275。
3.2 灯具选择采用雷士照明LED灯系列，灯具型号为NHLED101～NHLED103，α1=α2=π/3，发光效率为100lm/W，配光曲线形状见文献[7]。
3.3 利用系数与布灯参数的关系1) 中央布灯形式。
根据文献[7]，取N=156，灯具安装高度h的变化范围为4.5 m～7 m。
利用公式(18)可得照明系统的利用系数随高度h的变化情况如图3所示。
可以看到，安装高度为4.5 m时，利用系数为0.942，随着灯具安装高度的增大，照明系统的利用系数减小，从提高灯具光通量利用系数的角度来看，灯具的安装不宜过高。
图3中还给出了ρ1=0.782时照明系统的利用系数。
当反光材料的反光系数从0.782提高到0.86时(提高幅度10%)，利用系数的提高幅度在0.745%～1.183%之间。
可见，采用高反射率材料有助于提高隧道侧壁的亮度，但提高利用系数的效果不显著。
图3 中央布灯η0与h的关系Fig.3 Relationship between η0 and h of central luminaire distribution 2) 拱顶侧偏布灯形式。
取N=156，灯具安装高度h的取值范围为4.5 m～6 m，灯具偏移隧道中心线的距离(侧偏距离) d1=0～2 m，灯具安装仰角0～30°。
利用公式(18)可得利用系数随h、d1和ξ的变化情况。
图4所示为灯具安装高度固定为6 m时，利用系数随d1和ξ的变化情况。
从图4可以看到，安装高度固定时，不同的侧偏距离，对应最大利用系数的灯具安装仰角不同；d1=0时，对应最大利用系数的安装仰角也为0。
图4 h=6 m时η0随d1和ξ的变化情况Fig.4 Changing of η0 with d1 and ξ while h=6 m 图5所示为侧偏距离固定为1 m，安装高度取4.5 m～6 m时利用系数随灯具安装仰角的变化情况。
可以看出，当灯具安装偏离路面中心线时，一定要有安装仰角，适宜的安装仰角可提高灯具利用系数。
图5 d1=1 m时η0随h和ξ变化的情况Fig.5 Changing of η0 with h and ξ while d1=1 m 两侧交错布灯和两侧对称布灯形式，都可以根据侧偏布灯形式进行分析。
不论何种布灯形式，只要布灯参数、灯具配光曲线以及隧道侧壁和路面反光系数发生变化，其利用系数都会变化。
灯具利用系数对照明系统的能耗有影响，提高灯具利用系数可以提高照射到路面的光通量。
但是，不能忽视提高灯具利用系数对其它参数的影响，例如，采用中央布灯方式，其它参数保持不变，降低灯具安装高度可以提高灯具利用系数，但路面最小照度和照度均匀度会降低，对隧道侧壁2 m高范围内的平均亮度也有影响。
因此，在进行布灯参数优化时，需要根据隧道照明要求，确定最佳布灯参数和最佳利用系数。
3.4 布灯参数及利用系数优化算例采用NHLED101～NHLED103雷士照明LED灯，以江西九景高速公路雁列山隧道作为研究对象。
因最小照度区域通常位于隧道路面两边，以49.5lx≤最小照度≤50.5lx为优化条件，对行车安全不会造成影响；无光衰时参数优化结果、照明效果仿真结果及总功耗如表1所示。
表1 布灯参数及利用系数优化结果、照明效果及总功耗Table 1 Optimized parameters of luminaire distribution, utilization factor, lighting offects and total power consumption布灯方式最佳布灯参数高度/m间距/m仰角/(°)偏移/m利用系数照明效果仿真值最小照度/lx总均匀度纵向均匀度单灯功率/W灯具个数总功耗/W中央6.69.00000.8749.810.6130.77910015415400拱顶侧偏6.38.981010.8849.730.5910.77510015415400对称5.88.93142.80.8749.770.6350.7574731014570交错6.589.761720.7649.730.5330.69014414220448 从表1可以看出，即使采用的灯具相同，但布灯方式不同，利用系数η0也不是固定值，而是与布灯参数有关。
