公路隧道照明光源选择与比较分析

    公路隧道的照明，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，从而保证行车的安全性和提高舒适性。过去，我国公路隧道很少，长、大隧道更难见到，隧道的照明设施更无从谈起，对隧道照明缺乏深入研究。随着公路建设尤其是高速公路建设的发展，公路隧道方案被广泛采用，隧道照明设施的规模越来越大，隧道运营电力费也越来越高；同时隧道照明质量跟不上高速发展的公路建设，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，合理地选取电光源是实现绿色照明的关键。
　　隧道灯的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰减、寿命、光色和显色性、成本要求；同时还能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。隧道照明的效果必须依靠可靠的光源来实现。公路隧道一旦投入使用，照明系统几乎就处于长期点灯状态。选择一种适宜的光源，是隧道照明的重要环节。应综合考虑，合理运用。
　　隧道照明中一般选用的光源是白炽灯、荧光灯、高压汞灯、低压钠灯和高压钠灯。随着科技的发展，照明领域取得了一个又一个的进步，随着LED 新光源的推出以及电磁感应灯的问世，人们也试图将这些新型电光源用于道路和隧道照明中。 
 
一：高压钠灯  
　　高压钠灯的发光特性与灯内钠蒸气压有关，当灯内的钠蒸气压约为10kPa 时，其光效最高，标准型高压钠灯就是工作于这一气压下，此时，灯所发出的光呈金黄色，相关色温为1950K，显色指数为23。增加灯内的钠蒸气压，可以提高高压钠灯的色温，改善灯的显色性，但与此同时，灯的光效要下降。  
　　高压钠灯光效高，桔黄色的光线透烟雾性强，使用寿命长，是实现隧道绿色照明的首选产品。在公路隧道的发展进程中，高压钠灯发展空间广阔，市场容量很大，替代高压汞灯照明势在必行。上世纪90 年代中期，欧司朗公司已开发出脉冲式钠灯光源，该光源除继续保持寿命长、高光效的特点外，还显著改善了光色和显色性。 
高压钠灯作为传统的隧道照明光源，占据了隧道照明灯具的绝大部分市场，其特性为：
　　（1） 高压钠灯发光颜色为黄色，穿透烟雾能力较强，但色温及显像指数较低。
　　（2） 钠灯灯泡结构决定了灯具的光源利用率低，仅40%左右。灯管发光角度为360°，大部分光需要通过反射器反射后才能照射到指定区域。
　　（3） 高压钠灯灯泡启动时间长，再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5～10min 左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5min。
　　（4） 高压钠灯光效较高，一般为120lm/w 左右。
　　（5） 技术非常成熟，应用非常广泛，功率大，寿命较长，约20 000h 左右。
　　（6） 价格低廉，但能耗较高。 
 
二：低频无极灯

　　无极灯是利用高频电磁场激发无极放电腔而发光的一种新型照明电源，发光源理为高频电磁场能量以感应方式耦合进灯泡内，激发灯泡内的稀有气体电离而形成等离子体，等离子受激发原子返回基态而自发辐射出紫外线，因而导致灯泡内壁的荧光粉受激发而发出可见光。无极灯根据其工作频率分为高频无极灯和低频无极灯。高频无极灯工作频率在2KHz 以上，其灯泡体为常规型，内置耦合器。低频无极灯的工作频率在2kHz 左右，泡体多为环形，外置耦合器。 
　　无极荧光灯（电磁感应灯）采用的原理是先由电产生磁场，再由磁场产生感应电流，再应用耦合震荡原理将产生的高频电压将灯点亮。电磁感应灯的寿命可达到10万小时以上，光效可达85~90lm/W，显色性好，高效节能。 
无极荧光灯是一种电磁感应灯，作为新型的隧道照明光源，其特性为： 
    （1） 超长寿命:无极灯泡体内无灯丝和电极,灯泡寿命仅取决于荧光粉的自然衰减，它是所有光源中寿命最长的一种光源。设计低频无极灯寿命指标≥10万小时(商友承诺5年保质期)，一体化低频无极灯或高频无极灯寿命指标≥6万小时(商友承诺3年保质期)，寿命是白炽灯的50倍，金卤灯的10倍。
    （2） 高效节能:系统发光效率最高达95 lm/w,且功率因素达99%以上，减少了无功损耗；比白炽灯节能85%以上，比高压汞灯、高压钠灯节能50%左右。
    （3） 绿色环保:采用固态汞齐以及无铅玻璃，99%材料可以回收利用，符合国际环保组织要求；无闪烁、低眩光，彻底消除眼睛疲劳;电流谐波小，符合国家电磁兼容性标准(GB17443-1999)，对外无干扰。
    （4） 高显色性:光衰小,色温2700K~6500K,显色指数≥80，光色柔和，呈现物体的自然色泽。2000小时光通维持率为95%；20000小时光通维持率为80%；60000小时光通维持75%. 色温从2700K-6500K，且有多款彩色灯泡可选。
    （5） 瞬间启动和再启动:首次启动及再次启动时间≤0.5秒，无需预热，开关次数≥20万次。
    （6） 防震、防爆性能好,工作温度范围大:由于灯泡体内无灯丝和电极，抗震性能好；另外，灯泡点燃后表面温度低，适用于防爆场所。在-40℃～+50℃范围内均可正常工作.
 
三：LED 灯
　　LED 隧道灯可称之为一种使用半导体发光二极管作为光源的用于隧道内道路照明的灯具。大功率LED 光源是新近出现但技术水平发展很快的一种光源。主要特性为：  
　　（1） 超长寿命，寿命≥5 万小时。
　　（2） 目前单颗1 瓦光效90～110lm，多芯片集成封装的光效只有55~70lm，显示指数≥75。
　　（3） 无辐射，无电磁干扰，无闪烁、无溅射、低眩光。
　　（4） 瞬间启动，启动时间≤0.01s，无需预热，瞬间可启动照明。
　　（5） 电气性能好，功率因数≥0.95，整灯效率≥90%，电流谐波小。
　　（6） 延伸功能强，可实现智能无极调光，安全预警等辅助功能。
　　（7） 散热问题成为发展瓶颈，如解决不好，光衰很厉害，严重影响光源使用寿命。
　　（8） 节能新技术，但功率一般只能做到100 多W。
　　（9） 价格比较昂贵。但后期运营费用（电费）较低。 

四：结语
　　使用无极灯或大功率LED 灯代替传统的高压钠灯照明，可以大幅度减少照明耗电量；而且光源寿命长，可以减少灯具的更换和维修次数，降低管理费和维修人工费等，从而降低了照明运行成本；其显色性好，光色柔和。但无极灯、LED 灯由于其发出的是白光，在烟雾中的穿透性劣于钠灯的黄光，因此在长及特长隧道的基本段、出口段的使用受到了一定的限制，同时由于这些新技术仍处在高速发展阶段，技术性能指标还不成熟，还存在一些关键性技术问题没有解决。比如LED 灯的光衰问题，无极灯的辐射、抗干扰问题。而产品质量的稳定性也是影响产品普及的又一难题，所以它们目前还无法完全替代传统的高压钠灯。不过我相信随着我国经济新一轮的快速发展，这些新型光源一定能解决各种技术瓶颈，使其逐步进入成熟的应用阶段。