摘要：利用儲(chǔ)能發(fā)光材料的吸光-發(fā)光特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有隧道用照明系統(tǒng)耗能大、眩光對(duì)駕乘人員存在安全隱患等問題，自制儲(chǔ)能發(fā)光涂料，在物化性能檢測(cè)合規(guī)的情況下，搭配LED激發(fā)燈以及水紋燈形成具有舒緩照明功能的隧道照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)在都（勻）香（格里拉）高速六（盤水）威（寧）段高速黃家屋基隧道進(jìn)行了示范應(yīng)用，取得了優(yōu)于傳統(tǒng)照明方式的效果。經(jīng)評(píng)估，基于儲(chǔ)能發(fā)光涂料的照明系統(tǒng)具有安全、舒緩、節(jié)能、應(yīng)急等優(yōu)點(diǎn)可以在隧道照明中大范圍推廣。

關(guān)鍵詞：隧道照明儲(chǔ)能發(fā)光涂層制備工藝節(jié)能

中圖分類號(hào)：U453.7

DevelopmentofaTunnelLightingSystemBasedonEnergy-StorageLuminescentCoatings

TIANJingsu1LUOHeng2CHENJun3ZHANGJingyu2

1.GuizhouMaterialTechnologyInnovationBase，Guiyang，GuizhouProvince，550014China;2.GuizhouJucaiTechnologyCo.，Ltd.，Guiyang，GuizhouProvince，550014China;3.GuizhouXinengElectro-OpticalTechnologyDevelopmentCo.，Ltd.，Guiyang，GuizhouProvince，550001China

Abstract：Byutilizingthelight-absorbingandluminescentcharacteristicsofenergy-storageluminescentmaterials，aself-madeenergy-storageluminescentcoatingisdevelopedtoaddresstheproblemsofhighenergyconsumptionandthepotentialsafetyhazardofglarefordriversandpassengersinexistingtunnellightingsystems，whichiscombinedwithLEDexcitationlightsandwaterripplelampstoformthetunnellightingsystemwithsoothingilluminationfunctionsinthecaseofcompliancewithitsphysicalandchemicalperformancetesting.ThesystemhasbeendemonstratedandappliedintheHuangjiawujiTunneloftheLiupanshui-WeiningsectionoftheDuyun-Shangri-LaExpresswayandachievedbetterresultscomparedtotraditionallightingmethods.Afterevaluation，thelightingsystembasedonenergy-storageluminescentcoatingshassafe，soothing，energy-savingandemergencyadvantages，anditcanbewidelypromotedintunnellighting.

KeyWords：Tunnellighting；Energy-storageluminescentcoating；Preparationprocess；Energysaving

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高速公路里程迅速增長(zhǎng)，公路隧道里程也顯著增多，特別在多山地區(qū)，公路隧道長(zhǎng)度在某些地區(qū)甚至達(dá)到了公路長(zhǎng)度的30%。隧道照明是公路交通安全的最基礎(chǔ)設(shè)施之一，對(duì)于行車安全具有極為重要的意義[1-4]。傳統(tǒng)解決方法通常是安裝大量的照明燈，但是需要常年每天24h開啟照明燈，會(huì)消耗大量的電力資源。為了降低隧道照明電力的消耗，現(xiàn)在已經(jīng)開始逐漸使用蓄能發(fā)光材料的涂料來代替照明燈使用在公路以及公路隧道內(nèi)[5]。所謂蓄能發(fā)光材料，顧名思義就是吸收外部光源能量之后，利用本身材料特性儲(chǔ)存部分能量，后續(xù)以可見光的形式釋放，這個(gè)過程比較緩慢，因此在無光的條件下可以主動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光[6]，蓄能發(fā)光材料的優(yōu)勢(shì)在于激發(fā)-發(fā)光的過程可以無限次地進(jìn)行。Matsuzawa等人[7]利用SrAl2O4解釋了蓄能發(fā)光材料的工作原理，認(rèn)為電子在外部光源激發(fā)時(shí)發(fā)生基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷儲(chǔ)存能量，停止激發(fā)時(shí)則通過空穴從價(jià)帶遷移至激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的電子與空穴復(fù)合效應(yīng)，產(chǎn)生長(zhǎng)余輝發(fā)光[8-9]。儲(chǔ)能發(fā)光涂料在隧道中的應(yīng)用對(duì)隧道照明可以起到一定的作用[10-15]，但是由于蓄光型自發(fā)光材料在蓄能后發(fā)光的亮度在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)衰減，并不能高效地發(fā)揮其作用。例如：鋁酸鹽體系的蓄能發(fā)光體，起始發(fā)光亮度>2000mcd/m2，10min后發(fā)光亮度>200mcd/m2，60min后發(fā)光亮度>50mcd/m2，120min后發(fā)光亮度>20mcd/m2，余暉時(shí)間大于12h，但是在實(shí)際生活中，亮度低于200mcd/m2時(shí)，司機(jī)視覺感受即已相對(duì)較低。隧道內(nèi)開車通行的車燈雖然可以補(bǔ)充一部分外界輸入光能，但是仍然需要通過隧道的主照明燈補(bǔ)充光能才能維持蓄能發(fā)光材料的發(fā)光作用。因此，本文針對(duì)此問題作者配置了儲(chǔ)能發(fā)光涂料并對(duì)發(fā)光涂料耐酸堿、耐水性等進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)輔助照明系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)，并將新型照明方式與傳統(tǒng)照明方式能耗進(jìn)行了對(duì)比。

1試驗(yàn)部分

1.1試劑

試驗(yàn)選取儲(chǔ)能發(fā)光涂料為自行配置，主要成分包括：3W纖維素、多功能助劑、消泡劑、乙二醇、潤(rùn)濕劑、分散劑、煅燒高嶺土、金紅石鈦白、重鈣、十二醇酯、防霉防腐劑、LR303、增稠劑及鋁酸鹽系列儲(chǔ)能發(fā)光粉。

1.2試驗(yàn)樣板的制備

采用無石棉纖維水泥板作為基材，基板符合《纖維水泥平板第1部分：無石棉纖維水泥平板》（JC/T412.1—2006）的相應(yīng)規(guī)定，按照《色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板》（GBT9271—2008）的規(guī)定進(jìn)行表面處理。將蓄能發(fā)光材料攪拌均勻之后進(jìn)行制板。

1.3物理性能檢測(cè)

耐水、耐堿、耐酸性檢測(cè)、耐人工氣候老化性檢測(cè)。

1.4蓄能材料發(fā)光亮度和余輝時(shí)間的檢測(cè)

采用照度測(cè)量?jī)x檢測(cè)：測(cè)量范圍為10～1′105Lx，分辨率為1Lx；測(cè)光探頭感光面直徑為8～12mm；測(cè)量范圍為0.01～2′106mcd/m2。測(cè)試時(shí)間不超過1440min。

2結(jié)果與討論

2.1試板制備

采用不銹鋼制成的線棒涂布器制作樣板。制樣前在150mm′70mm耐堿性無石棉水泥平板先預(yù)涂?jī)杀榘咨苛?，漆膜反射率?yīng)為（85±2）%。再采用80線棒涂至厚度4mm，涂膜采用分次涂，每次間隔時(shí)間6h，每個(gè)測(cè)試樣涂4片。

2.2耐水、耐堿、耐酸性檢測(cè)

2.2.1耐水性檢測(cè)

將制好的試板浸入玻璃水槽中，水槽溫度（23±2）℃的，保持水溫，使每塊試板長(zhǎng)度的2/3浸于水中。進(jìn)行檢測(cè)的三塊試板均未出現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的變色、起泡、掉粉等現(xiàn)象的出現(xiàn)，按照《漆膜耐水性測(cè)定法》（GB/T1733—1993）的要求，儲(chǔ)能發(fā)光涂層耐水性合規(guī)。

2.2.2耐堿性檢測(cè)

在溫度（23±2）℃下，將Ca（OH）2加入三級(jí)水中配制堿溶液，密閉放置一晝夜后取上層清液作為試驗(yàn)用溶液，將試板封背后放入上述堿溶液中，2/3試板長(zhǎng)度要浸入溶液中。進(jìn)行檢測(cè)的3塊試板均未出現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的變色、起泡、剝落、粉化等現(xiàn)象，按照《建筑涂料涂層耐堿性的測(cè)定》（GBT9265—2009）要求，儲(chǔ)能發(fā)光涂層耐堿性合規(guī)。

2.2.3耐酸性檢測(cè)

在溫度（23±2）℃下，在500mL水中攪拌加入6mLH2SO4（98％）、3mLHNO3（65％～68％）、1mLHCl（36％～38％），配成混合酸溶液，在適量水中加入混合酸溶液配成pH＝3.0的酸溶液。將試板封背后放入上述堿溶液中，2/3試板長(zhǎng)度要浸入溶液中。進(jìn)行檢測(cè)的3塊試板均未出現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的起泡、掉粉、明顯變色等現(xiàn)象，按照《色漆和清漆耐液體介質(zhì)的測(cè)定》（GB/T9274—1988）要求，儲(chǔ)能發(fā)光涂層耐酸性合規(guī)。

耐水耐堿耐酸性檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

2.3發(fā)光亮度和余輝時(shí)間的測(cè)定

使用D65標(biāo)準(zhǔn)光源作為激發(fā)光源，以一定的照度直接照射在涂膜表面，照射至規(guī)定時(shí)間后關(guān)閉光源。通過發(fā)光亮度測(cè)量?jī)x測(cè)試照射停止后涂膜表面在不同時(shí)間的亮度值，即為發(fā)光亮度；從激發(fā)光源照射停止到發(fā)光亮度降至0.32mcd/m2所持續(xù)的時(shí)間即為余輝時(shí)間。

激發(fā)光源選擇D65光源，開啟光源后，在試板被照明區(qū)域中央以及在試板表面外緣相互成90°的4個(gè)點(diǎn)上放置試驗(yàn)墊，試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)不應(yīng)有外部光源和環(huán)境雜散光源，且溫度保持在24℃。

將試板放入特定的樣品盤，以使激發(fā)光源直接照射在儲(chǔ)能涂膜上，5min后停止，記錄激發(fā)停止的時(shí)間T1、激發(fā)停止10min后試板的發(fā)光亮度和激發(fā)停止1h時(shí)試板的發(fā)光亮度，當(dāng)發(fā)光亮度降至0.32mcd／m2時(shí)，記錄時(shí)間T2。

按照式1計(jì)算余輝時(shí)間：

式（1）中：Ty為余輝時(shí)間，單位為小時(shí)（h）；T1為激發(fā)停止的時(shí)間，單位為小時(shí)（h）；T2為發(fā)光亮度降至0.32mcd/m2的時(shí)間，單位為小時(shí)（h）。

結(jié)果如表2所示。

2.4耐人工氣候老化性

所謂的人工氣候老化性是指儲(chǔ)能涂層經(jīng)人工氣候老化或人工輻射暴露過程中性能的改變。用經(jīng)濾光器濾過的疝弧燈光對(duì)涂層進(jìn)行人工氣候老化，其目的是使涂層在經(jīng)受一定的暴露輻射能后，使選定的性能產(chǎn)生一定程度的變化，或者使涂層達(dá)到一定程度的老化所需要的暴露輻射能。

按照如表3所示的周期性循環(huán)將樣板潤(rùn)濕，期間輻射曝露不中斷，測(cè)試時(shí)間為1000h。

試驗(yàn)結(jié)束之后檢測(cè)樣板的外觀、粉化以及變色等物理外觀的變化情況，結(jié)果如表3所示，同時(shí)按照式（2）進(jìn)行發(fā)光亮度下降率的檢測(cè)。

式（2）中：X為涂層發(fā)光亮度下降率，％；A為涂層初始的發(fā)光亮度（照射停止1h時(shí)），單位mcd/m2；B為涂層經(jīng)人工氣候老人工化試驗(yàn)后的發(fā)光亮度（照射停止1h時(shí)），單位mcd/m2。

2.5實(shí)際工程應(yīng)用

通過以上檢測(cè)，獲得的儲(chǔ)能發(fā)光涂料物理化學(xué)性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足實(shí)際使用需求選擇其在黃家屋基隧道的中間段進(jìn)行“隧道駕駛舒適性改造”工程試驗(yàn)。黃家屋基隧道總長(zhǎng)共1978m，本工程在隧道中間樁號(hào)YK16+218～YK16+818這600m區(qū)域段內(nèi)設(shè)為隧道駕乘舒緩段，在該區(qū)域的前后50m（即YK16+155～YK16+205跟YK16+828～YK16+878）作為隧道駕乘舒緩過渡段，配合LED激發(fā)燈以及水紋投影天棚進(jìn)行工程檢測(cè)。隧道實(shí)際效果如圖1所示。隧道照明綜合能耗對(duì)比見表5，隧道照明系統(tǒng)綜合性能見表6。

3結(jié)論

（1）自行配制了隧道用儲(chǔ)能發(fā)光涂料；按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，其物理化學(xué)性能符合要求。

（2）在黃家屋基隧道實(shí)際工程應(yīng)用中，搭配激發(fā)燈以及水紋天棚，比傳統(tǒng)隧道用照明設(shè)備效果小，成本低起到舒緩照明的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張博.我國道路交通事故誘因分析及預(yù)防對(duì)策建議[D].北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2018．

[2]肖燕，史文潔．路面彩色抗滑磨耗層的特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].公路交通技術(shù)，2014（6）：19-21．

[3]王應(yīng)權(quán)，吳漫，薛鵬濤，等.普通國省干線公路無信號(hào)控制交叉安全評(píng)價(jià)[J].公路交通技術(shù)，2014（5）：131-137．

[4]邸昊田.公路隧道照明環(huán)境改善技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2022.

[5]田井速，羅恒，陳軍，等.隧道舒緩照明系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用[J].科技資訊，2023，21（7）：69-73.

[6]張希艷，盧利平.稀土發(fā)光材料[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005．

[7]嚴(yán)冬.稀土摻雜鋁酸鹽的制備及發(fā)光性能研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2011．

[8]張巍巍，謝平波，張慰萍，等.稀土正硼酸鹽Ln1－xBO3：Eux（Ln=Y，Gd）的結(jié)構(gòu)與發(fā)光特性[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2001，16（1）：9-16.

[9]沈冬冬.SrAl2O4：（Eu2+，Dy3+）長(zhǎng)余輝材料的制備及其性能研究[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2015.

[10]席作為.基于長(zhǎng)余輝發(fā)光材料照明系統(tǒng)的公路隧道光環(huán)境分析[D].貴陽：貴州大學(xué)，2023.

[11]屈雙雙，高巍，冒衛(wèi)星，等.多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料在329國道舟山段竹尖崗隧道中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2023，8（12）：112-114.

[12]常文偉，劉立湘，冒衛(wèi)星，等.多功能儲(chǔ)能式發(fā)光材料替代隧道中照明燈具的節(jié)能分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021（1）：77-79.

[13]孟秀元，冒衛(wèi)星，劉立湘.多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料在云嶺1號(hào)隧道中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（34）：159-160.

[14]高國剛，冒衛(wèi)星，劉立湘.多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料在文龍隧道中的應(yīng)用[J].山東交通科技，2020（5）：120-122.

[15]陳柏霖，陳挺，冒衛(wèi)星，等.儲(chǔ)能式發(fā)光涂料在長(zhǎng)石嶺隧道中的應(yīng)用[J].山東交通科技，2020（2）：110-111，114.