爱华网日前笔者在挪威有幸经过世界最长的（24.51KM）公路隧道，该隧道于2000年11月通车至今已11年了，除长距离外，其隧道内的照明布置，堪称功能性和装饰性的完美结合，给过路的驾驶员、乘客展示了光文化的内涵，照度恰到好处，且整齐划一、延绵不断，蔚为壮观，其中每8~9公里处的装饰照明，使人赏心悦目。由于全世界公路隧道的快速发展，也带动了相关照明光源、灯具、控制包括设计、施工、节能方面的发展，本文就隧道新光源的应用作一分析探讨。 目前全世界各类隧道中使用的电光源产品主要分为四大类，第一类是加热钨丝热辐射发光，如白炽灯、卤钨灯，该类光源光效低、能耗大、寿命短，由于隧道照明技术的发展，已逐步被其它新光源淘汰；第二类是低气压气体放电灯，主要是普通荧光灯和无极电磁感应荧光灯、低压钠灯；第三类是高强度气体放电灯（HID），包括高压汞灯、高压钠灯、各种金卤灯、和CosmoPolis光源；第四类是固态发光，如LED芯片。其中气体放电灯工艺成熟，种类品种较多。而LED随着光效和功率的提高近几年也开始应用于普通照明和隧道照明中。基于发光原理，分析近几年的新型光源的特点及用于隧道照明的优劣，并与成熟的传统高压钠灯系统（无极电磁感应荧光灯、LED和Cosmo系统），作简单对比。长隧道照明由于灯具数量庞大，功耗高，日常运营电费支出可预计数额巨大。为实际降低运营成本，有必要在兼顾初始投资和维修关费用的同时，重点考虑项目照明系统的总体功耗。由于不论采取什么类型的灯具、光源系统，对隧道在不同时段的亮度水平均取决于隧道的设计通行速度和交通流量，必须严格遵守《公路隧道通风照明设计规范》里的规范要求，因此，应该基于达到同样的亮度水平，分析不同类型照明系统的优劣。
根据视觉与颜色光的研究结果，在道路照明的亮度水平下，使用显色指数大于60的白色光照明，可以比使用高压钠灯的黄色光照明照度降低10~30%，即可以减少如此比例的光通量，还能保持同样的照明视觉效果。综合而言，这三种光源都属于白色光，都具有相近的显色性，从照明效果上来说没有显著的差别，所遵循的照明标准也是一样的。即使考虑白色光相对黄色光的亮度差别，这三种光源也具有同样的效应。因此要比较这三种光源用于隧道照明的节能效果，只需要横向比较它们的理想光效和在实际应用环境下的光效即可。无极电磁感应荧光灯：发光原理：无极电磁感应荧光灯属于低气压放电灯。普通荧光灯（包括紧凑型荧光灯，即日常所称的“节能灯”）依靠灯管两端的灯丝上的电子粉发出的电子，激发灯管内的汞蒸汽放电，发出蓝色的可见光，同时发出紫外线，紫外线射到灯管内壁涂附的荧光粉上转换发出可见光。因此荧光灯的光效很大程度上取决于汞蒸汽放电直接发光的多少，和荧光粉对紫外线转换为可见光的能力，而其寿命取决于灯丝熔断和灯丝上电子粉的消耗时间。目前最好的荧光灯可以做到每瓦发光100流明（100lm/W），寿命6万小时，如飞利浦的超长寿命荧光灯TLD Xtreme，配套应用普通电感镇流器，灯管寿命可达47000小时，如果配套热启动电子镇流器，灯管平均寿命长达79000小时；而一般的荧光灯寿命在1~2万小时。无极电磁感应荧光灯与普通荧光灯的区别在于没有灯丝，也没有电子粉，其电子发射是依靠高频发生器产生高频电流形成变化的磁场，变化的磁场因电磁感应在灯管内产生电场，从而使灯管内的气体电离，然后激发汞蒸汽放电直接发出蓝光和紫外线激发灯管内壁的荧光粉发光。因为没有灯丝和电子粉，所以无极灯的寿命不受灯丝和电子粉的限制，而是取决于高频发生器和灯管及荧光粉，理论上可以做到10 万小时的寿命，但因为荧光粉的光衰和高频发生器电子器件的问题，目前最好的商业用无极灯平均寿命可以做到6万小时，如飞利浦的QL灯。特性：本质上无极灯与普通荧光灯的发光原理是一样的，都是汞蒸汽放电发光和紫外线激发荧光粉发光相结合，所以两者除了寿命不同外，其余特性非常类似，如光效、色温、显色性等。就光效而言，无极灯放电强度比荧光灯稍强，汞蒸汽放电直接发光较多；但表面积比普通荧光灯小，荧光粉少，紫外线转化可见光少。两者相加，总的光效无极灯比普通荧光灯差，无极灯光效一般不超过80lm/W，而荧光灯光效可达100 lm/W。理论上无极灯的寿命很长，但实际商用无极灯的寿命除了几家国际知名公司外很少能超过2万小时的平均寿命，这与材料和工艺有关。无极灯的理论基础和设想在七十年前就有了，但直至上世纪90年代才真正实际商用。由于无极灯发光面积大，不是线性光源也不是点状光源，非常难以进行配光设计，除非将反光器和灯具做得更大，否则灯具的效率会较低，而且光线分布不合理，照明效果不理想。随着其他类型光源的推出和传统光源寿命的延长，无极灯的优势已丧失，一些国际著名照明公司已减少或停止对无极灯研发的投入，包括谐波方面等有争议的问题，无极灯从问世至今未得到大规模的应用。LED系统:发光原理：LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的英文简称，顾名思义，这是一种二极管，是一种固态半导体芯片，所以又称为固态发光（SSL），属于第四类光源。与往常用的气体放电灯是由于气态金属原子电离产生能级变化而发光不同，LED的光来自两种不同材料的分别带负电的电子和带正电的空穴复合时发出的光。LED由两片掺杂不同元素的半导体材料贴合在一起，其中一片是具有电子的n型材料，另一片是有空穴的p型材料，两片材料的贴合的边界就是p-n结。在材料两边加上一定的电压，电子和空穴就会向对方的材料扩散，相向运动，并在p-n结界面上产生复合，产生发光，同时另一部分电能变成热量。LED的性能因此取决于携带电子和空穴的不同元素、芯片生长工艺、热量导出的设计、p-n结界面上发出的光如何导出的光学设计、不同的封装工艺等等。特性：LED芯片是一个仅仅毫米级的极小的发光体，应用的自由度非常大。在过去由于材料和生产工艺的限制，LED光效不高、功率极小的大半个世纪里，主要用于仪器仪表的指示照明；近几年随着光效提高和功率的增大（单颗1~5W），开始大量用于装饰照明和普通功能性照明。LED用于普通照明需要白光，白光要么由发红绿蓝三种色光的芯片组合在一起混合成白光，要么由蓝光LED激发荧光粉发出白光，其中后者是目前得到高光效白光LED的主要途径。因为其发光原理决定，LED的特性必须结合包括光效、温度（热量）、寿命、应用的灵活性、应用的广泛性、前景与实际一并考虑。LED的光效每年都有提高，目前的白光LED光效可达到130lm/W，而几年前不过90lm/W左右；但LED的光效与寿命与p-n结界面温度（结温）密切相关，资料宣称的光效都是基于结温在25℃的理想状况，而实际应用时会高很多。特别是在大面积照明时许多芯片集中在散热设计不合理的较小的灯具内使用时结温往往超过100℃，此时的光效会下降20%以上，而使用期间的光衰减和寿命也因此大受影响。LED应用的灵活性是由于其芯片体积小，但由于其作为半导体芯片的高精技术本质，所以对应用环境的要求很高，灯具的防尘防水性能必须充分保证，否则会因潮湿而损坏；而损坏的LED的维修也不是普通的电工可以做的，除非是连同灯具整体更换，或者由专业技术人员维修，所以具有严格的要求。LED是一个系统。由于LED工作在直流，所以需要与市电的转换电源，这是一个电子系统；LED的应用往往与调光控制联系在一起，所以需要一个控制系统，这是一个包含软件和电子设备的电子系统。所以LED的可靠性必须由所有这些系统的整体可靠来保证。LED体积小、电压低，可用于几乎绝大多数能想到的应用场合，但因为散热设计的要求，大功率高光效的LED灯具体积往往比普通气体放电灯还大，而且由于高成本和电源寿命较短的原因，LED用于大面积的功能性照明仍有较大的局限。当然，由于半导体技术进步很快，LED专业灯具设计的经验积累越来越多，问题也在一步步解决，LED一定是具有非常好的前景，应用范围会越来越广，大量用于类似隧道和普通道路的大面积的功能性照明也是很现实的事情，而在这方面的探索，中国花费巨大，走在世界前列。Cosmo系统：发光原理：Cosmo是一个系统，包括Cosmo光源、HID-PV电子镇流器和专用反射器。和高压钠灯、金卤灯一样，Cosmo光源属于第三类光源，即高强度气体放电灯。高强度气体放电灯的工作过程前半部分与荧光灯一样，电极（即灯丝）上的电子粉发射电子，在电压下激发灯管中的气体和低压汞蒸汽产生放电，汞蒸汽放电后灯管内的温度急剧上升，使放在灯管里的固体金属气化形成金属蒸汽，金属蒸汽被电离激发放电，类似汞蒸汽放电一样发出可见光。如果灯管里只有汞金属，而且量很大，形成高压饱和汞蒸汽放电，就是高压汞灯，发出的光呈青白色（主要含蓝色光）；如果灯管里除了少量金属汞外，还有大量金属钠，就是高压钠灯，发出的光除了低压汞放电的少量蓝色光外，主要是高压的钠蒸汽放电发出的黄色光；如果少量汞外，灯管内充填的是其他金属的卤化物，就是金卤灯，发出光色取决于金属的种类。Cosmo光源的生产脱胎于此，也于此升华。Cosmo光源的充填气体和充填的金属元素种类、比例和气压都是个秘密，但它是一款气体放电灯，它的放电管是多晶氧化铝陶瓷，它的工作原理与其他高强度气体放电灯一样。特性：Cosmo系统是专为道路照明和隧道照明开发的一个系统，其参数设计针对性强。在适合的应用场所具有高效、稳定、舒适、节能效果。Cosmo是目前成熟技术成熟照明产品中光效最高的白光光源品种，达到120 lm/W。（低压钠灯光效可高于150，但是是黄色光；蓝光LED光效可高于150，但只是蓝色光）高强度气体放电灯的光效与温度的关系不敏感，会随着温度上升而略有上升。Cosmo 是长寿命照明系统之一。光源寿命与高压钠灯相当，虽然低于无极灯和LED的理论寿命，但实际应用的可靠性却毫不逊色，而Cosmo镇流器的寿命则超过6万小时，达到LED电源的寿命。Cosmo的配光性能出色。由于紧凑的线性光源特性，专用的Cosmo反射器将光线合理的分配在路面上，比大尺寸光源的有效利用效率大大提高。Cosmo 只有60w，90W和140w等几个功率规格，正好替代隧道照明大量使用的100w,150W和250w高压钠灯，节能效果显著。综上所述，公路隧道的照明形式呈多样化，其相应的光源应用效果各有特色，但就长远考虑，除传统的高、低压钠灯、金卤灯、普通荧光灯外，Cosmo和LED隧道照明都是不错的选择，节能、高效、舒适、可靠，全天候为隧道的安全通行提供保障。
