冉勇
北京云星宇交通科技股份有限公司四川分公司 四川成都 610045
摘要：LED作为新一代的光源，以其节能、环保、寿命长、响应速度快等优点，已广泛的应用在交通信号、应急照明、大型显示屏以及城市景观等诸多领域中，并成为主流。而与之相比，在道路功能照明领域中 LED路灯还处于由示范、尝试向逐步推广应用的过渡阶段。随着我国节能减排国策的深入实施，LED路灯作为绿色照明，正越来越多地应用在城市道路照明中。但在实际运行中，我们发现 LED路灯现阶段仍然存在一些制约因素，这在一定程度上阻碍了LED在道路照明方面的发展。
关键词：LED光源；高速公路隧道照明节能技术；应用；
由于高速公路隧道交通在地理位置和环境条件上的特殊性，高速公路隧道照明灯具的工作量相对较大，灯具的开启时间相对较长。而且对高速公路隧道照明在稳定性、长寿命、节能性以及便于维护等方面有着非常苛刻的要求。在这种背景下，传统的照明技术耗电量大、使用寿命相对较短以及维护工作难度大等的缺点逐渐显现出来，给高速公路隧道的照明工作带来了较大的挑战。
一、LED路灯在工程应用上的优势
1.LED灯寿命长，维护费用少。LED灯寿命长，耐冲击震动，不易碎，所需维护费用少。由于LED灯的使用寿命长，在使用维护方面可以进一步节约成本。LED路灯价格方面，目前已有厂家克服了高成本，14000lm的路灯，成本可以控制在2000元以内，逐步解决了在使用LED路灯方面的最大顾虑。
2.LED路灯不含铅、汞等污染元素，对环境没有污染。高压钠灯等气体放电光源的工作原理是电弧的高温作用激发液纳汞气发光，气体放电光源在生产过程中会对环境造成汞污染，即使是光源失效后在废品处理过程中也会产生汞污染。据统计，自工业革命以来，地球大气环境的汞含量上升了400多倍，土壤、地下水、大气被污染后，对人类以及动植物产生了巨大的威胁，而LED路灯则不存在这些问题。电网环保方面，LED路灯功率因数高，谐波失真率低，目前很多厂家已做到功率因数φ≥0.9，谐波失真η≤20%，有效降低了其在供电线路中的损耗，并避免了高频干扰与电网污染。另外，LED光源无紫外线、热辐射低，并且纯直流工作，无闪烁，消除了传统路灯频闪引起的视觉疲劳。
二、关于对LED光源的高速公路隧道照明节能技术的应用
1.配光设计问题。随着道路照明设计的不断发展，道路配光的评价标准从过去的照度均匀逐渐发展成为以亮度均匀为主，照度均匀为辅。配光曲线反映了灯具在空间某个截面上光强与发光角度的关系。一个理想的配光曲线的设计需要综合考虑灯具的安装高度、灯杆间距以及路面宽度等参数，使路面照度、亮度以及阈值增量等评价道路照明质量的参数指标都符合标准，并达到高效、健康和节能的照明目的。灯具的配光系统设计不合理，照明效果就不理想。现有的 LED 灯具因受到发光源方向性的限制，难以达到理想的配光的要求，光线大部分直射向灯正下端路面，不能够将光照射到更远的方向，覆盖两灯之间的暗区。
2.LED路灯的光效及散热。经测试，大多数 LED灯具在安装初始光效较高，但运行一段时间，光衰较为严重。这和灯具的温度有直接的关系。LED的散热设计不仅直接关系到 LED实际发光效率，也关系到实际使用寿命。LED是嵌入照明器具中使用的，由于 LED芯片的发热量大，做成路灯灯具时的关键技术就是“散热”。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在LED 路灯的整体设计过程中快速有效地散热是 LED路灯重点解决的问题，因为工作温度的高低直接影响 LED光源的光衰和寿命。虽然现在 LED路灯散热经过了一定优化设计。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣，尘埃较大且金属表面腐蚀氧化等原因，在安装初期尚能满足需求，维持较低的工作温度，但长期使用散热片之间难免积聚灰尘，必然在一定程度上影响灯具内光源及电器散热，从而导致 LED路灯使用实际寿命的缩短。另外 LED灯具应满足道路照明设计标准要求，具有良好的防护等级（IP）防尘防水，但良好的 IP防护又往往会妨碍 LED的散热。如何解决这一矛盾是 LED灯具亟待解决的难题之一。
3.隧道ＬＥＤ智能控制技术。良好的隧道照明控制系统需将隧道内亮度、洞外亮度、车流量和车速等相关因素考虑进去，形成一种智能控制系统，该控制系统不仅可以满足隧道的照明要求，降低发生交通事故的概率，还能节约能源。由于ＬＥＤ灯具与传统灯具相比，具有响应速度快、控制模式灵活、功率低、寿命长、操作简单、安全及节能等优点，因此可以被设计成智能控制隧道灯具。采用分段照明方案，并通过实时环境反馈的信息来进行控制调光，结合隧道外环境情况的实时数据以及隧道内车流量、车速等信息，控制ＬＥＤ灯电源的输出电流，从而调节其输出功率，符合最新公路隧道照明规范中的实时调光建议，也为司机在隧道内安全行车提供了保障。隧道智能监控中心系统采用规范化的、具有充分弹性的层次化结构，在隧道监控项目的基础上形成了机电综合节能及信息管理一体化的能耗优化运行平台，该平台不仅能够有效实时地了解隧道内的状况，而且还极大地降低了能耗。隧道监控中心成功地系统应用了物联网架构的层次结构网络通讯技术，使系统具有便捷、强大的扩展能力，对各种监控设备可以做到实时采集数字量变化信息，根据现场实际需要发布设备控制指令，实现实时控制。同时，利用现代通讯转换控制技术，打通了照明、通风、视频、电力、消防等系统的信息链路，实现了专家决策的自动策略调度功能，保障了隧道的能耗优化运行，大大提高了隧道监控效率和隧道安全保障能力，是隧道现代安全节能技术研究成果的体现。
4.灯具效率。隧道中使用的荧光灯光源灯具效率普遍较低，通常情况下荧光灯的使用效率为55% － 65%，其原因是荧光灯360 度发光面积，外加光源自身对反射光的遮挡和反射及折射会形成不同程度的折损，除此之外，灯具的维护系数在考虑到光源腔的防护等级以及透明罩老化等原因的情况下，只有0. 6 左右。而LED 光源是由很多小功率的点光源组成，通常是改变点光源的位置以及方向和发射角来对其进行配光处理的，更换光源不需要打开光源腔，这样就会形成很好的密封性，所以，灯具的使用效率很高能达到75% － 85%，维护系数也能达到0. 75 左右，所以相对与荧光灯，LED 光源灯具的效率更高。
三、LED 照明技术的未来发展
LED 照明技术的发热问题严重制约着其发展，而且LED 发出的白光在烟雾情况下的穿透性要差于钠灯，成本价格也处于劣势，而且芯片价格较高直接影响到了它的普及程度。因此，在LED 照明灯的研发过程中，可以尽量选择散热性较好的灯具外壳，提升其散热水平，改善其光源的穿透性，并有效控制芯片的购置成本，不断提升LED 照明灯的性价比。
隧道照明采用LED 光源，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LED 的光衰，还延长了LED 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］史玲娜，涂耕，王小军． 新旧规范对比下的隧道照明节能设计研究［J］． 照明工程学报，2015，26 ( 1) :50-54.
［2］张玲，郝翠霞． LED 隧道照明控制系统的研究与开发［J］． 照明工程学报，2016，22 ( 4) : 36-40.
论文作者:冉勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：隧道论文; 光源论文; 灯具论文; 路灯论文; 亮度论文; 高速公路论文; 节能论文; 《防护工程》2018年第32期论文;