LED隧道灯最优安装方式的实验研究

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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