照明解决方案

光源光色对隧道照明效果的影响

为了研究隧道照明中光源的光色,在3种照明水平和负对比条件下,比较了5种色温的LED光源与传统照明光源高压钠灯(HPS)、金卤灯(MH)对隧道照明效果的影响。通过反应时间实验方法,分析了光源光色分别与反应时间和人眼瞳孔大小之间的变化关系。实验结果显示,在高照明水平下,高色温LED光源的视觉功效最高,光生物效应最显著;而在中间视觉照明水平下,中间色温的LED光源的视觉功效和光生物效应最显著。合理选择适用隧道照明各区段的光源应考虑光源光色对视觉功效和光生物效应的综合影响,并值得进一步研究。

随着高速公路的不断建设,公路隧道的项目也随之增多,隧道的配置的规模和数量也逐渐增多,隧道的成本也逐渐增多,而隧道照明是隧道支出的主要成本,因此加强隧道的节能以及节能控制对降低成本有很重要的意义。

1、当前隧道照明存在的问题

1.1.目前的隧道照明控制模式在实际的运行中存在着很大的浪费

现在很多的隧道照明设计单位按照《公路隧道设计规范》把隧道分为入口段、中间段、过度段以及出口段等四个阶段进行设计隧道照明,其中隧道照明的四个阶段主要是根据各个阶段的照明度和长度从全年行车安全的要求进行设计的。并且对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进行设计隧道内各个阶段的灯具分布密度以及灯具的功率。对于车速、车流量以及天气等一些参数的变化不能够从宏观上对整个照明系统进行控制,从而造成照明电能造成很大的浪费。

1.2.隧道照明控制运营中节能与安全性存在的矛盾

在隧道的运营中,很多的运营者为了能够减少隧道的运营成本,往往从隧道照明中进行节省电能而提高运营的成本,因此很多的隧道运营者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涉及车流量以及天气变化等一些实时参数的变化,在实际的工作,经常会采用人工控制的方式进行控制隧道照明,很多的情况下隧道一般是白天开所有的灯,而晚上关闭所有的灯,因此不仅会造成电能的浪费,而且对夜间行驶的车辆也存在很多的不安全隐患,因此这种隧道照明系统以及使用都会造成很大的浪费。

2、灯具选择

2.1.视觉理论分析

人眼对光的适应特性:从眼睛构造可知,视细胞有锥体细胞和杆体细胞两种,这两种细胞对光的感受性是不同的,杆体细胞对光的感受性很高,而锥体细胞对光的感受性很低。在明亮的环境下(亮度达到10cd/O),主要由锥体细胞参与视觉工作,这种视觉状态称为明视觉;在昏暗的环境下(亮度在10-2?10-6cd/m2),主要由杆体细胞参与视觉工作,这种视觉状态称为暗视觉;亮度在10?10-2cd/m2时,杆细胞和锥体细胞同时工作。

当视觉环境内亮度有较大幅度变化时,视觉对视觉环境内亮度变化顺应时的感受性称为适应。适应有明适应、暗适应两种。人从黑暗处进入明亮环境时,最初会感到刺眼,而且无法看清周围的景物,但过一会儿就可恢复正常的视力,这种适应叫明适应。人从明亮的环境进入暗处时,在最初阶段将什么都看不见,逐渐适应了黑暗后才能区分周围物体的轮廓,这种从亮处到暗处人们视觉阀限下降的过程就称为暗适应。明适应和暗适应所需的适应时间视具体情况有长有短,一般说来明适应所需时间短,暗适应所需时间长。黄昏锥状体和杆状体共同作用,不断切换,容易产生疲劳事故,而车辆在隧道群中间的行驶过程,驾驶员就要不断重复明暗适应交错的过程。

2.2.高压钠灯

目前,由于高压钠灯具有穿透性好、技术成熟、造价低等特点,隧道照明系统灯具主要采用高压钠灯,其功率规格主要是400W、250W、150W和100W等。但许多高速公路隧道照明灯具实际仅需40W~140W即可,当道路需要60W时,由于高压钠灯光源没有这些规格型号,只能选取100W的规格,因此造成灯具选用功率较高,形成单侧开灯亮度不满足要求、双侧开灯照明过度,这是造成隧道照明后期运营费用昂贵的原因之一。其次,高压钠灯工作电路主要是灯泡+镇流器,因此高压钠灯实际的功率损耗除了灯泡的功率损耗外,还应增加镇流器的功率损耗,这一部分损耗增加了整个系统的功率损耗,也是造成隧道照明后期运营费用昂贵的原因。隧道大多远离市区,供电一般采用稳定性较差的农电,夜晚供电电压升高,当电源电压高达250V左右时,功率为250W的高压钠灯(含镇流器)功率为378W,较额定值增加了50%。在这种电压下,高压钠灯的寿命(亮度衰减50%时的工作时间,一般为额定状态下为20000小时)会大幅减少,这也是高压钠灯实际功耗远远超出额定功耗、夜晚越点越亮的原因。

2.3.LED灯

LED灯具可根据实际需要选取合适的功率规格,当道路需要60W时,LED灯具就可以选取60W的规格,从而减少因灯具功率规格选取偏大造成的电能浪费,减少后期的运营费用。其次,LED灯具没有镇流器,因此LED灯具的实际功率就只有灯泡的功率,不会有额外的损耗,同样降低后期运营的费用。此外,LED灯具对电源电压的要求不高,一般在170V~250V之间,LED灯具大多采用恒流供电,即流过LED灯具的电流不受电源电压变化的影响,只取决于出厂时的设定值,因此它的功率是几乎不变的。由于不受电源电压变化影响,LED灯具在夜晚工作时不受影响,不会出现越点越亮的现象,这样既消除了因亮度增加驾驶人员带来的眩光效应,保证了行车的安全,同时又不会损耗额外的电力资源,减低运营费用。

3、隧道照明节能控制技术

隧道照明节能控制系统主要是根据隧道外部安装的光强度自动检测器可以自动检测到隧道外部的交通量、光强度的数据以及白天或者黑夜等一些情况,因此可以自动进行控制隧道的照明系统,同时还可以进行调节隧道内的各个阶段的照明情况,从而可以有效保证行车的安全,并且还可以达到省电节能的目的,并且还可以对隧道内的一些照明装置和系统进行监控。在隧道照明系统中一般常用的照明控制装置主要有自耦降压式调控节能装装置,可控硅斩波型照明节能装置以及智能照明调控节能装置等。

4、太阳能的运用

太阳能不仅是一次能源,而且还是可再生能源,并且看还可以免费使用,是一种取之不尽用之不竭的能源,对环境没有任何的污染,太阳能的运用具有节能、方便、环保等等各个优点。太阳能应用于隧道照明中,不仅可以达到隧道照明的要求,而且还可以节省电费,从而具有很好的作用。太阳能的运用主要是光电转换,光电转换是根据太阳能的辐射能光子通过半导体技术或者半导体物质转变成电能的过程。这种转换过程一般被称作是“光生伏打效应。”并且这种装置的主要组成部分为控制器、变化器、逆变器、太阳能电池方阵以及蓄电池等部分组成,太阳能技术的运用不仅可以满足隧道照明的工作,而且还可以节省电能,真正实现绿色能源的运用,达到节能减排的效果。并且还可以解决隧道无法进行引用市电照明的一些困难和难题。

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