王鵬展

(南京市路燈管理處，南京 210013）

1 道路隧道系統(tǒng)的照明適用性分析

1.1 研究目的

相比隧道大量使用的熒光燈光源，LED色溫與其色溫接近，并便于安裝。同時(shí)由于隧道比較接近室內(nèi)環(huán)境，能夠充分發(fā)揮LED光源優(yōu)勢(shì)，所以南京在2008年開(kāi)始在隧道中使用LED。在此過(guò)程中，我們通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析LED隧道照明光環(huán)境光參量與熒光燈的優(yōu)勢(shì)，對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 研究方法與過(guò)程

我們將LED隧道照明實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)定于新模范馬路，起點(diǎn)位于金川河，終點(diǎn)位于古平崗。該隧道按雙向雙洞六車道，地下段長(zhǎng)度1147 m。單側(cè)設(shè)計(jì)寬為11.5 m，單向三車道，按交通流量大于2400輛/h、最大車速為60 km/h標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，每隔50～80 m設(shè)有直通地面的采光通風(fēng)井。

我們?cè)?008年6月先行進(jìn)行了掛燈試驗(yàn)，試驗(yàn)段位于隧道北側(cè)洞，施工樁號(hào)310 m至440 m處，為該隧道的典型路段，在320 m，380 m及440 m處的南側(cè)有三處采光通風(fēng)井，每個(gè)井由2個(gè)約為7 m×5 m的通風(fēng)口組成。試驗(yàn)共采用LED隧道燈54盞，南北兩側(cè)各27盞，按布燈間距5 m和6 m兩種方式分兩段設(shè)置。進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。光源標(biāo)稱功率60 W/盞，實(shí)測(cè)燈具功率73 W/盞，同時(shí)結(jié)合調(diào)光，每盞燈按雙驅(qū)動(dòng)模式配置?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)專用表箱4回路供電，南北側(cè)各2回路。測(cè)試中期對(duì)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的模式進(jìn)行了調(diào)整，7月8日的數(shù)據(jù)為調(diào)整后數(shù)值。因?yàn)樽詈筮x定的方案為布燈間距5 m，故只列出5 m的檢測(cè)數(shù)據(jù)。具體過(guò)程歸納如下:

(1）試驗(yàn)地點(diǎn)

南京快速內(nèi)環(huán)北線新模范馬路隧道。

(2）光源參數(shù)

LED 2×30 W，雙模塊獨(dú)立系統(tǒng)，可獨(dú)立開(kāi)關(guān)。

(3）現(xiàn)場(chǎng)情況

①試用LED燈54盞，南北側(cè)各27盞，視在功率72 W/盞。

②專用表箱4支路供電，南北側(cè)各2支路。

③隧道寬12 m，高6 m。

④測(cè)量范圍 k380－k410段，長(zhǎng)30 m。

⑤測(cè)點(diǎn)分布橫向間距5 m，縱向間距2 m，總點(diǎn)數(shù)49個(gè)。

⑥測(cè)量時(shí)，南側(cè)有臨時(shí)照明用小功率節(jié)能燈未拆除。

(4）測(cè)量過(guò)程

新模范馬路隧道道路照明亮度測(cè)算按照4點(diǎn)法布點(diǎn)測(cè)算，沿車行縱向布置7點(diǎn)，橫向布置7點(diǎn)，共49點(diǎn)，測(cè)量方案如圖1所示。

圖1 新模范馬路隧道LED照明測(cè)試圖

第一次測(cè)量:2008年6月5日晚8:00。

①全開(kāi) 平均照度63 lx;照度均勻度0.6;縱向照度均勻度0.745。

②半開(kāi) 平均照度32.3 lx;照度均勻度0.46;縱向照度均勻度0.6。

第二次測(cè)量:2008年7月8日晚8:30。

①全開(kāi) 平均照度75.66 lx;照度均勻度0.56;縱向照度均勻度0.72。

②半開(kāi) 平均照度49.9 lx;照度均勻度0.45;縱向照度均勻度0.58。

第三次測(cè)量:2009年8月6日凌晨0:28。

全開(kāi) 平均照度81.26 lx;照度均勻度0.49;縱向照度均勻度0.6。

1.3 達(dá)標(biāo)性分析

表1 隧道夜間照明亮度表

圖2 新模范馬路隧道LED照明光環(huán)境測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

我們將測(cè)量數(shù)據(jù)與《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》照度規(guī)定比較(見(jiàn)表1），得到該LED隧道燈符合要求。新模范馬路隧道以設(shè)計(jì)時(shí)速60 km為參考，夜間平均照度達(dá)到81.26 lx，照度均勻度0.6，超過(guò)了指標(biāo)要求。

因此得出結(jié)論，LED在隧道照明中光環(huán)境滿足設(shè)計(jì)要求，可以推廣應(yīng)用。

1.4 與熒光燈隧道照明光環(huán)鏡的比較分析

(1）光源功率的比較分析

在相同條件下，我們用Caculx軟件模擬計(jì)算新模范馬路隧道條件下，換用熒光燈測(cè)算，要達(dá)到LED測(cè)試得到的平均照度75.66 lx，以及滿足其他主要光參量達(dá)標(biāo)，可用某知名品牌熒光隧道燈55 W以上功率替換。

表2 玄武湖隧道照明光環(huán)境測(cè)試值

表3 玄武湖隧道/新模范馬路隧道照明參數(shù)對(duì)比

(2）照明光環(huán)境效果的比較分析

我們選取了南京典型的熒光燈隧道照明工程玄武隧道進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如表2所示。在完成了測(cè)試數(shù)據(jù)整理后，我們將玄武湖隧道熒光燈照明和新模范馬路隧道LED照明作了比較分析，如表3所示。我們發(fā)現(xiàn)，LED隧道照明平均照度已超過(guò)熒光燈照明，而在平均照度等參數(shù)上還低于熒光燈提供的效果。因此，在兩種光源照明指標(biāo)都超過(guò)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，熒光燈隧道照明提供的光環(huán)境效果具有優(yōu)勢(shì)。

1.5 結(jié)論與優(yōu)化建議

由此我們認(rèn)為:①目前LED環(huán)境效果與熒光燈相近，但個(gè)別指標(biāo)仍有差距;②通過(guò)合理的照明設(shè)計(jì)，LED完全能夠滿足隧道照明需要;③相比在主干道、次干道使用LED，隧道LED照明優(yōu)勢(shì)明顯，技術(shù)成熟，光環(huán)境達(dá)標(biāo)，具備大面積推廣條件。實(shí)際效果對(duì)比見(jiàn)圖 3、圖4。

圖3 新模范馬路隧道LED照明效果

圖4 玄武湖隧道熒光燈照明效果

2 交會(huì)區(qū)LED大功率照明的適用性分析

2.1 研究目的

道路交會(huì)區(qū)機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于交會(huì)道路的照明標(biāo)準(zhǔn)，其照明標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合表4的規(guī)定。為了使交會(huì)區(qū)的照明水平和交會(huì)前路段照明水平相匹配，同樣采用照度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，也同樣規(guī)定了照明標(biāo)準(zhǔn)的高檔值和低檔值。在交會(huì)區(qū)使用LED是否可行，我們以典型交會(huì)區(qū)為例作了進(jìn)一步分析。

2.2 研究方法與過(guò)程

我們以南京312國(guó)道仙隱北路交會(huì)區(qū)為研究對(duì)象(見(jiàn)圖5），長(zhǎng)86.34 m，寬68.84 m，該規(guī)模的交會(huì)區(qū)是大中型城市照明中的通常情況。經(jīng)DIALUX模擬軟件計(jì)算，當(dāng)在該交會(huì)區(qū)四個(gè)角點(diǎn)分別采用3×600 W高壓鈉燈，15 m高度的中桿燈照明時(shí)，平均照度才能達(dá)到55 lx，照度均勻度為0.416，符合表4所示的城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 交會(huì)區(qū)Dialux軟件模擬照明效果圖

2.3 數(shù)據(jù)分析

從計(jì)算數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較易知，本設(shè)計(jì)中所采用的光源功率正好符合標(biāo)準(zhǔn)，若再降低，則難以達(dá)標(biāo)。則若換成LED照明，因LED光效目前稍低于高壓鈉燈，其每桿安裝功率應(yīng)達(dá)到1800 W以上。一方面，按大功率芯片每片3 W來(lái)計(jì)算，則每桿應(yīng)安裝600顆芯片，熱效應(yīng)會(huì)非常明顯，散熱問(wèn)題難以解決;另一方面，溫升過(guò)快必然導(dǎo)致光效下降與芯片損壞等后果，降低了路面平均照度。交會(huì)區(qū)是交通事故易發(fā)區(qū)域，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中就已經(jīng)明確了平均照度高出鄰近路段50%的要求。

表4 交會(huì)區(qū)照明標(biāo)準(zhǔn)值

2.4 結(jié)論與優(yōu)化建議

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論:LED若應(yīng)用在交會(huì)區(qū)照明中，照度不穩(wěn)定、不達(dá)標(biāo)，不能投入使用。

因此建議，目前LED不適合交會(huì)區(qū)大功率照明使用。

3 人行道路照明適用性分析

3.1 研究目的

LED是否符合人行道路照明應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)。

3.2 研究方法與過(guò)程

《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定供行人和非機(jī)動(dòng)車混合使用的商業(yè)區(qū)、居住區(qū)人行道路的照明標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合表5的規(guī)定。人行道路照明對(duì)照度(亮度）均勻度無(wú)要求，因此對(duì)燈具配光要求相對(duì)較低。目前多數(shù)LED產(chǎn)品均能符合使用條件。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，我們選取了南京產(chǎn)某款35 W LED庭院燈，安裝于夜間人流量小的南京國(guó)畫(huà)院4 m寬的街巷，并用4點(diǎn)法對(duì)路面照度進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 人行道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

表6 國(guó)畫(huà)院LED庭院燈照度測(cè)量值

經(jīng)計(jì)算，得該路平均照度為8.98 lx。該路原路燈為150 W高壓鈉燈，測(cè)試得平均照度達(dá)25.7 lx，嚴(yán)重超標(biāo)。

3.3 結(jié)論與優(yōu)化建議

在以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，我們得出結(jié)論:在人行道路照明平均照度低，無(wú)均勻度要求，LED路燈適用于人行道路照明，發(fā)揮了其功率因地制宜靈活變化的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了光環(huán)境，保證了流量小的道路的基本照明需求。同時(shí)，節(jié)約了電能，屬于低碳照明。

建議:在支路、街巷使用LED道路照明，發(fā)揮LED節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

4 高綠化覆蓋率地段LED道路照明的適用性分析

4.1 研究目的

上文中，我們不僅對(duì)LED道路照明光環(huán)境進(jìn)行了分析，并且研究了LED路燈的適用場(chǎng)所。在長(zhǎng)期實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，LED要推廣應(yīng)用到城市道路照明領(lǐng)域，另一個(gè)重要的外部環(huán)境因素是光的遮擋問(wèn)題。城市覆蓋于綠化中，以南京為例，總綠化覆蓋率達(dá)35%以上。下面從2006年我們參與的《南京城市照明專項(xiàng)規(guī)劃》編制過(guò)程中研究綠化對(duì)道路照明的影響。

4.2 研究方法與過(guò)程

2006年，我們規(guī)劃編制小組經(jīng)過(guò)30天的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和調(diào)查，對(duì)南京21個(gè)照明電源點(diǎn)、13條快速路、55條主干道、10條次干道、10條支路、8個(gè)街巷、7個(gè)交會(huì)區(qū)、3個(gè)商業(yè)片區(qū)、3個(gè)居住片區(qū)、14座立交橋、5個(gè)廣場(chǎng)的照明狀況，范圍覆蓋了南京主城區(qū)及近郊。獲得數(shù)據(jù)包括照度、照度均勻度、亮度、亮度均勻度，縱向均勻度等主要指標(biāo)，見(jiàn)圖6。

圖6 南京功能照明質(zhì)量綜合統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)圖6的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，平均照度值達(dá)標(biāo)率達(dá)79%，而相比之下，照度均勻度達(dá)標(biāo)率僅為38%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主城范圍內(nèi)各條道路功能照明受綠化干擾的達(dá)50%以上，相當(dāng)一部分路段由于樹(shù)大枝茂，以致于見(jiàn)樹(shù)不見(jiàn)燈，路面照度均勻度無(wú)法滿足通行的基本需要。因此，避開(kāi)綠化干擾，切實(shí)提高照明效率，已成為迫切需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。南京道路綠樹(shù)成蔭，起到了美化城市環(huán)境的重要作用。但是由此引起的道路照明問(wèn)題十分突出。如圖7所示，珠江路cosmopolis燈具試驗(yàn)時(shí)遇到的行道樹(shù)遮光問(wèn)題。如圖8，典型的樹(shù)中燈現(xiàn)象。

圖7 珠江路cosmopolis試驗(yàn)段

圖8 典型的樹(shù)中燈

4.3 結(jié)論與優(yōu)化建議

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，我們得出結(jié)論，LED道路照明因光源功率的限制，目前不適合在綠化覆蓋率高的地區(qū)使用。這一點(diǎn)引起了我們實(shí)驗(yàn)小組的重視，在LED路燈試驗(yàn)時(shí)，選擇了近郊的泰山路、九鄉(xiāng)河?xùn)|路、市區(qū)的解放南路等行道樹(shù)影響較小的路段，獲得了理想的測(cè)試數(shù)據(jù)。

建議:LED路燈應(yīng)用到道路照明中時(shí)，應(yīng)避開(kāi)樹(shù)木繁茂的路段，提高光利用率，保證路面平均照度。

5 小結(jié)

LED光源在城市道路照明中的推廣應(yīng)用核心是道路照明光環(huán)境的控制，它是復(fù)雜的光參數(shù)控制體系，集合了燈具設(shè)計(jì)、專業(yè)照明設(shè)計(jì)、發(fā)光芯片設(shè)計(jì)多項(xiàng)技術(shù)，涉及了傳熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域。同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，要將LED路燈更好地運(yùn)用到道路照明中，就應(yīng)充分考慮特殊條件下LED燈具的適用性。任何一項(xiàng)新發(fā)明在使用初期都會(huì)遇到種種問(wèn)題，但LED技術(shù)正突飛猛進(jìn)。隨著LED芯片光效不斷提高，LED燈具設(shè)計(jì)的日趨合理，LED道路照明的潛力將能被充分挖掘。

［1］陳大華.綠色照明LED實(shí)用技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009

［2］劉磊實(shí)，冀曉健.LED光源在城市道路功能照明中的試驗(yàn)與分析［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2008，19(4）:85～89

［3］劉磊實(shí)，林衛(wèi)，王鵬展.LED光源在城市隧道照明中的應(yīng)用與分析［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2010，21(3）:50～55

［4］CJJ45－2006，城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［5］Ackermann R. Optical approach for led headlamps.ISAL 2005