LED灯具在高速公路隧道照明中的应用

LED灯具在高速公路隧道照明中的应用

陈虎

宣广高速公路有限责任公司安徽宣城242000

摘要：随着我国高速公路建设的飞速发展，隧道越来越多地被采用，隧道照明节能控制已经成为一个重要课题本文根据《公路隧道照明设计细则》，介绍了公路隧道照明设计要求；介绍了传统照明控制的系统结构和具体方案；为了解决传统照明设计方案的不足，提出了按需隧道照明设计方案，具有很大优势，必将成为隧道照明应用的发展方向

关键词：LED灯具；高速公路；隧道照明；应用

1LED灯的优点

LED被称为“第四代光源”，也是未来“绿色照明”的主角。LED照明产品具有以下优点：①寿命长，可达20年；②更节能，利于环保；③光方向性强，光通量利用率高；④白光色温可调；⑤瞬时启动，立即获得100%的光和色；⑥光源中无汞；⑦低压直流工作，更安全；⑧显色性高；⑨抗震动冲击性好；⑩为点光源，有利于灯具设计。

2LED光源应用在隧道照明中存在的问题

2.1驱动问题

隧道照明中通常要根据洞内交通量以及洞外亮度等各种因素对灯具的亮度进行调控，从而达到节能的作用，因此，隧道内LED灯具的有关驱动电源要能够接收到调光控制信号，并且根据需要调节输出相关电流，但是由于LED灯的正向伏安特性较为陡，所以，按需要对其供电有点困难，白光LED工作电压产生较小的波动就会使工作电流产生巨大的变化，这会严重影响到光源的寿命、光通量以及光线等等，从而影响正常使用。就是因为这些原因，为了保证LED灯能够正常可靠的工作，只能采用可控的恒流源对LED光源进行驱动。目前使用的驱动电源功率因数普遍较低，导致电能的有效利用率较低。

2.2配光问题

虽然相对于其他光源，LED光源的配光技术具有一定优势，但是在实际使用中，LED的配光技术还不够成熟，有关于LED灯具的国家使用标准也没有制定，中大功率的LED灯具二次光学设计也不够细致，所以，LED技术在照明领域的优势还有很大提升的空间。

2.3散热问题

当前LED灯具使用的一个难以突破的瓶颈就是散热问题，属于半导体的LED灯具在温度升高以后会导致器件各方面性能的变化以及衰减，这种性能变化主要体现在三个方面：LED光的输出减少，LED灯具寿命缩短，LED主波位置发生偏移导致光源颜色发生偏移。这些都是隧道中使用LED光源的重要指标，所以，LED散热问题的存在导致隧道灯具使用效果不佳，使用寿命不长。

2.4中间视觉

锥状感光细胞以及杆状感光细胞是人眼存在的两种光感受细胞，人眼的视觉可根据亮度的变化分为三种视觉，一种是明视觉，一种是暗视觉，还有一种是中间视觉。所谓中间视觉，就是在锥状感光细胞以及杆状感光细胞共同作用，这便使得中间视觉特性比在明视觉或者是暗视觉这两种视觉情况特性复杂。隧道照明的条件就符合中间视觉的研究范围，LED隧道光源在中间视觉状态下显示出来的优势还有待研究。

3高速公路隧道LED照明设计方案

为了解决传统照明设计方案的不足，实现在保证隧道运营安全第一的前体下，最大限度地节约能源，需要隧道照明系统实现“按需照明”的解决方案。按需照明，就是照明系统要根据隧道外环境亮度、隧道交通流量的变化，及时计算隧道内照明亮度的实际需求，并依据实际需求值进行照明亮度动态调光控制。动态调光的Ｍ佳方案是无级调光控制，无级调光控制能够最度的实现按需照明，即标准要求多亮，隧道内就提供多亮。目前，部分机构已开始探索实现隧道无级调光控制的方案，其中LED照明智能无级调光控制系统，受到了广泛的关注。LED照明智能无级调光控制系统，采用了两项核心技术

其一，是使用高光效率的LED节能光源。

LED光源是当前世界上最先进的照明技术，是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，具有结构简单、效率高、安全性能好、节能效果显著、无污染、免维护和寿命长等特征。对比高压钠灯，同等照度需求条件下，LED照明光源约可节能40％。同时，LED光源的无级调光技术现在也非常成熟，这使得无级调控成为可能。

其二，是采用了闭环自适应调控系统，对洞内外亮度、实时车流量进行跟踪，实时调整洞内亮度，实现了按需照明。

3.1采用单色温LED灯具

目前，隧道照明主要采用单色温灯具，LED光源的工作电流在额定范围内可大可小，这一特性为LED灯具实现亮度无级控制奠定了基础。LED研究表明，年平均照明功率需求比夏至时要小，冬至功率最低。采用隧道LED照明亮度智能无级控制系统后，不论是一年中的哪一天，它都会按照实际的功率需求去照明，而无须多付出照明能耗。通过计算可得，其年平均白天照明能耗比钠灯光源的隧道照明和恒定亮度的隧道照明要低得多，约为钠灯的16.5％，LED灯的33％，实现了真正意义上的按需照明。

3.2采用单色温＋变色温LED灯具

变色温灯具功能实现：变色温LED隧道灯具可以根据晴天和阴天光谱变化规律设置隧道入口段照明光源情况，实现不同天气条件下隧道入口段可以实现不同光源特性照明环境，特别是在道路行驶风险较大的雾天，能见度较低，若隧道入口光源为高色温的蓝白光源，不利于驾驶员视认隧道内道路、交通和环境条件，如果在雾天采取低色温黄色光源可提高行车的安全性，当隧道入口洞外色温较低，洞外亮度处于较高水平时，在一定范围内减小隧道入口段与隧道入口洞外色温及显色指数差异有利于驾驶视认，缓解驾驶员驶入隧道时因色温变化对视觉产生影响带来的行车风险。通过对色温的调节达到相同亮度情况下提高驾驶员视认效率，增加驾驶的安全、稳定和舒适性，在相同的视认效率情况下降低安全环境亮度，可有效解决盲目调光浪费资源的问题，从而达到合理有效节能和资源利用的目的。

3.3智能调光控制系统

隧道监控室设置计算机控制系统，并在服务器上运行照明分析控制软件。计算机控制系统接收隧道外场设备采集到的洞外亮度、车流量等实时信息作为主要参数，根据《公路隧道照明设计细则》，计算得出隧道内各区段所需的照度值；之后，计算机控制系统通过通信系统向隧道内的照明控制器下达调光指令。照明控制器收到调光指令后，对隧道照明灯具进行调光控制。同时，计算机控制系统实时接收洞内照度检测数值，作为反馈信号进一步修正调光指令，以达到所需要的隧道照明亮度。

结语：综上所述，隧道照明采用LED光源，既能达到满足交通安全的亮度，又能节约能源，还可以对照明亮度进行智能无级控制，可根据洞外亮度和车流量等因数及时调整灯具亮度，实现按需照明。并且灯具的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平，工作温度的降低，不仅可大幅减小的光衰，还延长了和电源的寿命。这些都可以降低公路隧道照明能耗，节约运营费用，为实现国民经济的可持续发展，保护环境提供较为可行的方法。

参考文献：

[1]于娜，丁伟智．LED光源在隧道照明中的应用及节能分析［J］．照明工程学报，2016（01）

[2]马鹏飞.铁路隧道LED照明的节能应用[J].城市建设理论研究：电子版，2016（9）.

[3]于娜，丁伟智．LED光源在隧道照明中的应用及节能分析．照明工程学报，2016，27（1）