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[导读]摘 要:目前,LED隧道灯的安装主要是在原来高压钠灯安装条件的基础上替换高压钠灯,在安装位置上没有统一的 规定,导致光线得不到最大化的利用。文章通过控制变量法对高压钠灯的安装高度和角度进行了实验研究,得出LED隧道灯 的最优安装方式,以便为今后长大公路隧道开展绿色照明研究提供借鉴与参考。

引言

隧道照明是一种密集、定向照明,需要隧道灯具一天24h连续不间断点亮,而LED光源作为一种定向照明光源,特别适合隧道这种密闭空间内的密集照明。如果能最大限度地发挥LED照明的特点,不仅能节约能源,而且能节约很大的一笔费用。

目前的LED隧道照明示范工程主要有两种方式。一种方式是在原来高压钠灯的安装条件基础上,用LED隧道灯替换高压钠灯;另一种方式是根据LED隧道灯的配光性能并结合隧道的实际情况来设计隧道灯的安装方式(安装间距、安装位置、安装倾斜角等)。不同的隧道、不同规格型号的LED隧道灯对应着不同的安装方式,这样一来,就会造成安装方式的千差万别,LED隧道灯的支撑架也形式各异,导致光源得不到充分的利用。因此,LED隧道灯的最优安装方式就显得尤为重要了。

1.1逐点照度值的计算

路面一点上的照度是将所有路灯对这一点产生的照度叠加起来(其他光源所产生的照度忽略不计)。一般情况下,路面上一点P处的全部照度为:

式中,4c是灯具指向P点方向的光强,方向角用Y和C来表示;n表示路灯数;为路灯的安装高度。

本次试验各点的照度主要利用照度计进行测试。由于测试过程中的误差很大,因此,在测试过程中,要测试多组数值,取其平均值作为某测点的照度,然后对每个测点的每组数据进行算术平均计算。即:

1.2平均照度

在计算一部分路面上的照度时,可利用下式得到这个面积上的平均照度:


式中,Ep为路面上有规律分布的点的照度,n为计算点的点数。很明显,所考虑的点数越多,计算出来的平均照度越精确。

2最优安装方式的数据处理和实验研究

LED隧道灯的安装高度不同,安装的角度不同,那么同一测点的照度之间有什么关系呢?,是l+l等于2,小于2抑或是大于2?对此,可通过试验在隧道照明实验室进行研究,其隧道照明实验室和实验测点布置图如图1所示。

(a)隧道照明实验室

(b)实验测点布置图

图1  隧道照明实验室和实验测点布置图

2.1一定角度不同高度时各测点照度的变化

根据试验布置方案调整各灯具在隧道纵断面的高度,高度根据照明区段不同而略有不同,测试时,可根据实际情况作相应调整。隧道横断面布置7个测点,如图1(b)所示。在隧道照明实验室的墙面上分别布置间距为3m的灯具,灯具选功率为100W的LED灯。安装角度选择与竖直方向成45。。调整灯具的安装高度,测试各测点的照度值,并对数据进行分析,可以得出如图2所示的各测点的照度曲线。

由图2可知,在45°的安装角度下,调整安装的高度,各测点照度值会发生改变,其中,高度过高或过低,对照度的影响很大。实验证明,在5m的安装高度下,其照度曲线比较理想。

在地面上随机选取若干测点,先利用式(2)计算出每一点的照度,再利用式(3)计算出地面的平均照度值。灯具安装角度不变,调整灯具的安装高度,即可得出图3所示的不同安装高度时的平均照度曲线。

由平均照度曲线可知,5m的安装高度时,平均照度值最大,随着安装高度的增加,平均照度值将减小。

图2相同角度、不同高度的照度曲线

图3相同角度、不同高度的平均照度曲线

2.2一定高度不同角度时各测点照度的变化

接下来可根据试验布置方案调整各灯具在隧道纵断面安装的角度,测试时可根据实际情况作相应调整。隧道横断面仍然布置7个测点。在隧道照明实验室的墙面上分别安装不同角度的灯具,灯具仍选功率为100W的LED灯。安装的高度取6m,然后测试各测点的照度值。对数据进行分析,即可得出如图4所示的各测点的照度曲线。

由图4可知,在6m的安装咼度下,调整安装的角度,各测点照度值会发生改变,其中,角度过大或过小,对照度的影响很大。实验证明,30。角下的照度曲线比较理想。

在地面上随机选取若干测点,先利用式(2)计算出每一点的照度,再利用式⑶计算出地面的平均照度值。灯具安装高度不变,调整灯具的安装角度,即可得出如图5所示的不同安装角度的平均照度曲线。

由平均照度曲线可知,30。的安装角度,平均照度值最大,随着安装角度的增大,平均照度值将减小。

图5相同高度、不同角度的平均照度曲线

2.3高度和角度同时变化,研究各测点的照度变化

根据试验布置方案,同时调整各灯具在隧道纵断面安装的角度和高度,测试时,可根据实际情况作相应调整。隧道横断面布置7个测点。在隧道照明实验室的墙面上分别布置间距为3m的灯具,灯具选功率为100W的LED灯。调整灯具的安装高度和角度,测试各测点的照度值,并对数据进行分析,即可得出如图6所示的各测点的照度曲线。

图6不同高度不同角度时的照度曲线

由图6可知,在5m(45°)的安装位置时,照度曲线最理想,随着高度和角度的改变,其照度则会相应减小。

在地面上随机选取若干测点,调整灯具安装高度和安装角度,并利用式⑵计算出每一点的照度,再利用式⑶计算出地面的平均照度值,即可得出如图7所示的平均照度曲线。

由平均照度曲线可知,5m(45°)的安装位置时,平均照度值最大,随着安装高度和角度的改变,平均照度值将减小。

3结语

通过本文的实验研究,可以得出如下结论:

⑴在45。的安装角度、5m安装高度下的照度曲线最理想;

(2)在6m的安装高度、30。安装角度的照度曲线最理想;

⑶当高度和角度同时变化时,在5m(45°)的安装位置时,其照度曲线最理想。

由上述结论可知,当LED隧道灯的光线近似直射到中线时,平均照度值最大。因此,在实际应用中,应该根据隧道的宽度相应调整灯具安装的高度和角度,以达到光线的充分利用。

上述结论仅仅是通过实验得出的理论数据,由于实际的隧道往往没有这么理想化,具体情况还有待实践考证。对于公路隧道而言,LED灯的外形、隧道的结构等条件都会影响隧道灯的安装位置。有条件的话,还应该多进行实际的应用研究,从实际应用的角度做好公路隧道的照明研究,以便将LED的节能优势最大程度地发挥出来。

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