公路隧道照明系統(tǒng)知識(shí)講座

公路(gōnglù)隧道照明系統(tǒng)知識(shí)講座2016年3月臺(tái)州

高級(jí)工程師注冊(cè)電氣工程師注冊(cè)一級(jí)建造師中國(guó)照明學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員陳志tc-77@163.com共五十六頁(yè)講座(jiǎngzuò)的主要內(nèi)容隧道照明的要求(yāoqiú)：基于《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70/2-2014）《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TD70/2-01-2014）【推薦性】，講解隧道照明的功能要求、舒適性要求等。隧道照明的燈具技術(shù)：

講解燈具的基本術(shù)語(yǔ)概念、燈具參數(shù)的識(shí)別、燈具選型等。隧道照明的控制技術(shù)：

講解燈具的基本術(shù)語(yǔ)概念、燈具參數(shù)的識(shí)別、燈具選型等。共五十六頁(yè)一、隧道照明(zhàomíng)的要求1.1隧道(suìdào)照明的評(píng)價(jià)參數(shù)路面亮度值（Lav）路面總均勻度（U0）路面中線縱向均勻度（U1）閃爍（頻閃）誘導(dǎo)性眩光控制節(jié)能指標(biāo)（照明功率密度）共五十六頁(yè)1.2隧道照明(zhàomíng)考慮的因素隧道(suìdào)的交通量隧道通行情況（單向通行還是雙向通行）隧道洞外亮度（隧道洞口環(huán)境、洞門形式、隧道朝向等）隧道長(zhǎng)度隧道通車設(shè)計(jì)時(shí)速共五十六頁(yè)因素(yīnsù)選擇表共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)1.3隧道(suìdào)路面亮度要求

照明的目的是要能看清楚路面(lùmiàn)的障礙物，障礙物的大小為20cm×20cm×20cm，認(rèn)識(shí)距離為一個(gè)停車視距（Ds）；要認(rèn)清車輛通行情況，來(lái)辨識(shí)車距。背景亮度共五十六頁(yè)背景亮度(liàngdù)與目標(biāo)識(shí)別的關(guān)系共五十六頁(yè)

隧道內(nèi)路面亮度是分段考慮的，主要是根據(jù)人眼對(duì)環(huán)境的適應(yīng)要求規(guī)定的。不同段的亮度變化曲線(qūxiàn)如下：共五十六頁(yè)

隧道內(nèi)照明一般可以劃分入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段。在JTG/TD70/2-01-2014規(guī)范中劃分為入口1段、入口2段、過(guò)渡1段、過(guò)渡2段、過(guò)渡3段、中間段、出口1段、出口2段。在2014規(guī)范中入口段Dth計(jì)算式如下：另有【設(shè)計(jì)速度為20km/h~40km/h時(shí)，入口段總長(zhǎng)度可取(kěqǔ)一倍照明停車視距?！咳肟诙瘟炼萀th，計(jì)算如下：隧道照明區(qū)段劃分(huàfēn)及亮度計(jì)算和區(qū)段長(zhǎng)度計(jì)算共五十六頁(yè)過(guò)渡(guòdù)段

過(guò)渡段長(zhǎng)度不需要計(jì)算，可以根據(jù)隧道凈空高度、設(shè)計(jì)時(shí)速參數(shù)直接查表獲得。另【當(dāng)任一過(guò)渡段亮度值與中間(zhōngjiān)段亮度比值小于3時(shí)，可不設(shè)置該過(guò)渡段照明?！恐虚g段

中間段長(zhǎng)度就是隧道布燈長(zhǎng)度減去入口段、過(guò)渡段、出口段的值。亮度取值如下表：共五十六頁(yè)注：【行人與車輛人車混合通行的隧道，中間段亮度宜不小于2.0cd/m2。】

特殊段的亮度要求：

隧道內(nèi)交通分流(fēnliú)段、合流段的亮度不宜低于中間段亮度的3倍。

緊急停車帶照明宜采用顯色指數(shù)高的光源，其照明亮度不應(yīng)低于4.0cd/m2。

橫通道亮度不應(yīng)低于1.0cd/m2。

應(yīng)急照明：長(zhǎng)度L＞500m的高速公路隧道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)，并采用不間斷供電系統(tǒng)；長(zhǎng)度L＞1000m的一級(jí)、二級(jí)公路隧道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)，照明中斷時(shí)間不應(yīng)超過(guò)0.3s。三、四級(jí)公路根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)確定。應(yīng)急照明的亮度應(yīng)不低于中間段亮度的10%，且不小于0.2cd/m2。共五十六頁(yè)出口段出口段長(zhǎng)度總長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)60米，一般分為出口1段、出口2段，每段長(zhǎng)30米。亮度值為中間段亮度的3倍和5倍。長(zhǎng)度L≤300m的直線隧道可不設(shè)置(shèzhì)出口段加強(qiáng)照明。長(zhǎng)度300m＜L≤500m的直線隧道可只設(shè)置(shèzhì)EX2出口段加強(qiáng)照明。共五十六頁(yè)1.4隧道照明的均勻性要求(yāoqiú)

隧道照明的均勻度【本人】認(rèn)為比亮度的要求更高，因?yàn)檎彰骶鶆蚨炔缓玫?，?huì)形成亮暗的“斑馬線”，在車輛快速通行時(shí)會(huì)有“閃爍”的現(xiàn)象，對(duì)駕駛?cè)藛T造成不適的感覺(jué)。隧道內(nèi)照明的兩個(gè)均勻度指標(biāo)，【本人】認(rèn)為路面中線縱向均勻度U1比路面總均勻度U0更重要。因?yàn)檐囕v是縱向通行，縱向均勻度好視覺(jué)舒適性好，不快的閃爍減少。技術(shù)指標(biāo)要求如下表：共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)1.5閃爍(shǎnshuò)當(dāng)隧道內(nèi)按設(shè)計(jì)速度行車時(shí)間超過(guò)20s時(shí)，照明燈具布置間距應(yīng)以滿足閃爍頻率低于2.5Hz或高于15Hz為原則。

【當(dāng)閃爍頻率在4Hz~11Hz之間，不舒適感令人(lìnɡrén)無(wú)法忍受。】例：設(shè)計(jì)時(shí)速80KM/H，1000米長(zhǎng)隧道。V=80000/3600=2.22m/s，2.5≥2.22/S求得S≥0.888m；15≤2.22/S求得S≤0.148m。入口段、過(guò)渡段燈具安裝間距不應(yīng)小于0.148米。共五十六頁(yè)1.6誘導(dǎo)性

要求燈具安裝順直，應(yīng)根據(jù)隧道的平曲線、豎曲線來(lái)布置，并與隧道的曲線半徑一致。做到美觀(měiguān)、可視性好。建議將燈具安裝于隧道橋架上，容易保證誘導(dǎo)性能。1.7眩光(xuànɡuānɡ)控制（新）

眩光有直接眩光、反射眩光和光幕反射。隧道內(nèi)大多是直接眩光，由燈具過(guò)高的亮度光線直接進(jìn)入人眼造成的。這還與燈具的安裝高度、安裝間距、燈具的光束角、截光角、遮光角有關(guān)，還與車輛類型有關(guān)。（詳見(jiàn)下圖）反射眩光主要是經(jīng)隧道內(nèi)光潔表面反射高亮度光線進(jìn)入人眼造成。主要有標(biāo)牌、導(dǎo)向板、洞室門以及一些設(shè)備等。共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)1.8節(jié)能(jiénénɡ)指標(biāo)（照明功率密度LPD）（新）

目前，隧道照明的規(guī)范中沒(méi)有提出(tíchū)照明功率密度的概念。在建筑物照明系統(tǒng)內(nèi)此概念，并且是強(qiáng)制性條款。

應(yīng)著手收集不同公路等級(jí)、不同設(shè)計(jì)時(shí)速的隧道內(nèi)照明用電資料。共五十六頁(yè)二、隧道(suìdào)照明燈具2.1燈具實(shí)物(shíwù)認(rèn)知高壓鈉燈共五十六頁(yè)陣列(zhènliè)式LED燈模塊(mókuài)式LED燈共五十六頁(yè)2.2燈具(dēngjù)及照明的基本術(shù)語(yǔ)1）可見(jiàn)輻射：能直接引起視感覺(jué)的光學(xué)輻射，通常將波長(zhǎng)范圍限定在３８０ｎｍ和７８０ｎｍ之間。2）光通量：根據(jù)輻射對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的作用導(dǎo)出的光度量(dùliàng)。3）發(fā)光強(qiáng)度：光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度是該光源在該方向的立體角元ｄΩ內(nèi)傳輸?shù)墓馔浚洇党栽摿Ⅲw角元之商，即Ｉ＝ｄΦ/ｄΩ，該量的符號(hào)為Ｉ，單位為坎德拉（ｃｄ），１ｃｄ＝１Lｍ/１ｓｒ。4）亮度：由公式ｄΦ/ｄＡ·ｃｏｓθ·ｄΩ定義的量。式中ｄΦ——通過(guò)給定點(diǎn)的束元傳輸?shù)牟o定方向立體角ｄΩ內(nèi)傳播的光通量；ｄＡ——包括給定點(diǎn)的輻射束截面積；θ——輻射束截面積與輻射束方向的夾角。該量的符號(hào)為Ｌ，單位為坎德拉每平方米（ｃｄ·ｍ－2

＝ｌｍ·ｍ－2

·ｓｒ－1

）。共五十六頁(yè)5）照度：表面上一點(diǎn)的照度是入射在包含該點(diǎn)面元上的光通量ｄΦ除以該面元面積(miànjī)ｄＡ之商，即Ｅ＝ｄΦ/ｄＡ

該量的符號(hào)為Ｅ，單位為勒克斯（ｌｘ），１ｌｘ＝１ｌｍ/ｌｍ2

。6）視野：當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí)，人眼能觀察到的空間的角度范圍。7）亮度對(duì)比：視野中目標(biāo)和背景的亮度差與背景亮度之比，即C=（Lt—Lb）/Lb，式中C——亮度對(duì)比；Lt——目標(biāo)亮度；Lb——背景亮度。共五十六頁(yè)8）眩光：由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對(duì)比，以致引起不舒適(shūshì)感覺(jué)或降低觀察細(xì)部或目標(biāo)的能力的視覺(jué)現(xiàn)象。9）直接眩光：由視野中，特別是在靠近視線方向存在的發(fā)光體所產(chǎn)生的眩光。10）反射眩光：由視野中的反射所引起的眩光，特別是在靠近視線方向看見(jiàn)反射像所產(chǎn)生的眩光。11）光幕反射：視覺(jué)對(duì)象的鏡面反射，它使視覺(jué)對(duì)象的對(duì)比降低，以致部份地或全部地難以看清細(xì)部。12）不舒適眩光：產(chǎn)生不舒適感覺(jué)，但并不一定降低視覺(jué)對(duì)象的可見(jiàn)度的眩光。13）失能眩光：降低視覺(jué)對(duì)象的可見(jiàn)度，但并不一定產(chǎn)生不舒適感覺(jué)的眩光。共五十六頁(yè)14）色溫（度）：當(dāng)某一種光源與某一溫度下的完全輻射體（黑體(hēitǐ)）的色品完全相同時(shí)完全輻射體（黑體(hēitǐ)）的溫度。其符號(hào)為Tc，單位為開(K)。15）相關(guān)色溫（度）：當(dāng)某一種光源與某一溫度下的完全輻射體（黑體）的色品最接近時(shí)完全輻射體（黑體）的溫度。其符號(hào)為T，單位為開(K)。16）冷色：光源色的色溫大于5300K時(shí)的顏色。暖色：光源色的色溫小于5300K時(shí)的顏色。17）中間色：介于冷色和暖色之間的顏色。光源色的色溫介于5300~3300K時(shí)為中間色。18）顯色性：照明光源對(duì)物體色表的影響（該影響是由于觀察者有意識(shí)或無(wú)意識(shí)地將它與標(biāo)準(zhǔn)光源下的色表相比較而產(chǎn)生的）。共五十六頁(yè)19）（燈的）全功率：給定某種燈的額定功率與其鎮(zhèn)流器損耗功率之和。20）（燈的）發(fā)光效率(xiàolǜ)：燈的光通量與燈消耗電功率的商，單位為lm/w。21）截光型燈具

：最大光強(qiáng)方向在0°~65°,其90°和80°角度方向上的光強(qiáng)最大允許值分別為10cd/1000lm和30cd/1000lm的燈具。22）半截光型燈具：最大光強(qiáng)方向在0°~75°,其90°和80°角度方向上的光強(qiáng)最大允許值分別為50cd/1000lm和100cd/1000lm的燈具。23）非截光型燈具：其在90°角方向上的光強(qiáng)最大允許值為1000cd的燈具。共五十六頁(yè)24）截光：為遮擋人眼(rényǎn)直接看到高亮度的發(fā)光體，以減少炫目作用的技術(shù)。25）截光角：在燈具垂直軸與剛好看不見(jiàn)高亮度的發(fā)光體的視線之間的夾角。26）遮光角：截光角的余角。27）光束角：在給定平面上，已極坐標(biāo)表示的發(fā)光強(qiáng)度曲線的兩矢徑間所夾的角度，該矢徑的發(fā)光強(qiáng)度值通常等于10%或50%的最大發(fā)光強(qiáng)度值。28）燈具效率：在相同的使用條件下，燈具發(fā)出的總光通量與燈具內(nèi)所有光源發(fā)出的總光通量之比。共五十六頁(yè)顯色指數(shù)的理解(lǐjiě)圖2.3重點(diǎn)(zhòngdiǎn)概念理解共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)色溫理解(lǐjiě)圖共五十六頁(yè)截光角、遮光角、三平面(píngmiàn)理解圖共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)配光曲線(qūxiàn)、光強(qiáng)分布曲線(qūxiàn)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)防護(hù)(fánghù)等級(jí)IP56共五十六頁(yè)防觸電類別(lèibié)共五十六頁(yè)燈具壽命：燈具光通量衰減(shuāijiǎn)到70%時(shí)，燈具的使用時(shí)間?！兜缆放c街路照明燈具安全要求》（GB7000.5-2005）《燈具第1部分一般要求與試驗(yàn)》（GB7000.1-2014）《LED道路隧道照明產(chǎn)品節(jié)能(jiénénɡ)認(rèn)證技術(shù)規(guī)范》（CQC3127-2013）《公路LED照明燈具第1部分：通則》（JT/T939.1-2014）《公路LED照明燈具第2部分：公路隧道LED照明燈具》（JT/T939.2-2014）等2.4隧道照明燈具執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)共五十六頁(yè)2.5隧道(suìdào)照明燈具的要求1）防護(hù)等級(jí)不低于IP65；2）具有防眩光裝置；3）光源和附件便于更換、可替換性好；4）燈具及附件具有良好的防腐性能；5）燈具投光角度可調(diào)；6）燈具效率要高，氣體放電燈不低于70%，功率因數(shù)(ɡōnɡlǜyīnshù)不低于0.85；LED燈燈具效能不低于90LM/W，功率因數(shù)不低于0.95。7）LED燈具應(yīng)具有可控性，對(duì)燈具的輸出光通量可調(diào)。共五十六頁(yè)2.6LED隧道(suìdào)燈具1）LED燈具的結(jié)構(gòu)，主要(zhǔyào)有散熱殼體、驅(qū)動(dòng)電源、LED光源、配光裝置、安裝支架等組成。共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)2）燈具(dēngjù)驅(qū)動(dòng)電源共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)3）LED白光發(fā)光(fāɡuānɡ)原理LED白光的芯片有兩種：一是利用熒光粉將藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光，或紫外UV-LED所產(chǎn)生的藍(lán)光或紫外光分別轉(zhuǎn)換為雙波長(zhǎng)(bōcháng)(Dichromatic)

或三波長(zhǎng)(bōcháng)(Trichromatic)白光，此項(xiàng)元件技術(shù)稱之為熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED(Phosphor

Converted-LED)。【RGB三波長(zhǎng)螢光粉】二是多芯片型白光LED，經(jīng)由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光，RGB三種光色LED按一定比例混合。目前，市場(chǎng)上白光LED商品以藍(lán)光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，以目前白光LED產(chǎn)品市場(chǎng)分析，熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED可謂主流。（紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大。）共五十六頁(yè)

下圖簡(jiǎn)要?dú)w納并比較多種白光LED構(gòu)裝原理和優(yōu)劣點(diǎn)，其中(a)型構(gòu)裝方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及；構(gòu)裝方式(b)則具有技術(shù)最成熟且成本低廉之優(yōu)勢(shì)，但色偏、演色性不佳，須以適當(dāng)紅、黃光熒光粉加以改善，此外，最嚴(yán)重者為日亞化學(xué)專利限制難以規(guī)避；而構(gòu)裝方式(c)與(d)兩者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且專利局限較不嚴(yán)重，因此(yīncǐ)未來(lái)深具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

共五十六頁(yè)4）LED燈具(dēngjù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可控性能好，發(fā)光顏色可控；輸出光通量可控。發(fā)光效能高，目前可達(dá)150LM/W。壽命長(zhǎng)，目前燈具標(biāo)稱均為50000小時(shí)，但部標(biāo)規(guī)定是平均壽命≥40000小時(shí)，最低有效壽命≥30000小時(shí)（有效壽命、機(jī)械壽命、平均壽命）?！綥ED燈具的部件】響應(yīng)時(shí)間短，可以認(rèn)為即點(diǎn)亮燈具，響應(yīng)時(shí)間只有60ns。配光性能好，它是平面發(fā)光，LED光源可以有不同的視角(shìjiǎo)度和視角(shìjiǎo)不大于180度。光色可滿足各種照明環(huán)境要求。共五十六頁(yè)缺點(diǎn)：受溫度影響大，散熱性能不好的燈具，光衰很厲害。【規(guī)范規(guī)定，燈具結(jié)溫不高于105℃，根據(jù)(gēnjù)工作環(huán)境溫度不高于40℃，則溫升不得高于65℃?！縇ED燈具組合