基于節(jié)能環(huán)保背景下LED照明技術(shù)在地鐵區(qū)間隧道的應用

夏凈 曹志剛

摘? 要：LED照明技術(shù)因其自身的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢在眾多行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應用。地鐵區(qū)間隧道中LED照明技術(shù)的應用可以極大地提升行車安全，同時降低照明系統(tǒng)的整體能耗。該文介紹了隧道照明的特點，概括了隧道照明技術(shù)的幾大優(yōu)勢，同時對隧道中應用LED照明技術(shù)的幾大關(guān)鍵問題進行了闡述，文末對LED照明技術(shù)的智能控制進行了簡單介紹，以期為實際的工程實踐提供指導。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保;LED照明技術(shù);地鐵隧道

中圖分類號：TM923? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 隧道照明的特點

經(jīng)濟的快速發(fā)展使交通越來越便捷，隧道在人們的生活中也越來越常見，象公路隧道、地鐵隧道等，這些隧道和人們的生活及出行安全息息相關(guān)。前些年技術(shù)發(fā)展相對落后，隧道的距離往往比較短，加之照明系統(tǒng)較差，隧道及其隧道照明往往是工程領(lǐng)域的難題。現(xiàn)在的隧道往往距離比較長，這樣半封閉的空間必須采用良好的照明系統(tǒng)來提升行車安全。由于隧道出入口段色溫以及顯色指數(shù)等因素的差異，在隧道中行車的視覺效果和隧道外便有不同。當司機白天駕駛車輛駛?cè)胨淼罆r，會因為亮度突然下降而將隧道錯看成一個大大的黑洞，從而導致視覺上的暫時性失明，這就是“黑洞效應”。原理相似，當司機從隧道中使出時，如果亮度突然增加，司機的視覺會產(chǎn)生眩暈現(xiàn)象，同樣會讓司機看不清道路及標識，這就是“白洞效應”?！昂诙葱焙汀鞍锥葱倍紩π熊嚢踩斐赏{，因此，良好的照明系統(tǒng)以及合理的照明設(shè)置是改善“黑洞效應”和“白洞效應”的有效措施。

2 LED照明技術(shù)的應用優(yōu)勢

LED中文名稱是發(fā)光二極管，是近些年興起的一種新型半導體光源，被稱為第四代光源，也是公認的未來綠色節(jié)能的代表。LED 照明與傳統(tǒng)的白熾燈及其他光源發(fā)光的原理相差很大，LED發(fā)光原理是電流通過導線作用于半導體晶片，此時電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子會和空穴復合，從而以光子的形式釋放出能量，形成可見光。LED照明與傳統(tǒng)的光源相比有很大優(yōu)勢，在地鐵區(qū)間隧道中使用也是當下最合適的選擇，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，節(jié)能環(huán)保。LED是由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成的，不含金屬汞、鈉等有害元素，因此LED照明燈可以在失效或者損壞后回收利用，無環(huán)境污染隱患。另外，LED照明等為冷光源，不產(chǎn)生紫外線和紅外線，產(chǎn)生的炫光小，可安全觸摸，增強了其實用性。與傳統(tǒng)的高壓鈉燈、汞燈等放電燈相對，LED照明燈所需消耗的電能更少，因此更適用于隧道照明這種電量消耗大的場所。

第二，使用壽命較長。LED照明燈是固態(tài)的半導體照明器件，由環(huán)氧樹脂封裝起來，燈不易損壞，從而發(fā)生故障的概率極低。傳統(tǒng)照明光源存在燈絲發(fā)光燒斷、光衰、熱沉淀等缺點，而LED照明燈光衰小，在理想狀態(tài)下，其可以使用十萬個小時，是其他照明燈使用壽命的幾倍。在地鐵區(qū)間隧道中使用LED照明燈，一方面可以減少照明燈故障率，提升安全性能，另一方面則可以減少維護次數(shù)，降低維護成本。

第三，顯色指數(shù)較高。光源對于物體的顯色能力稱為顯色性，目前普遍利用顯色指數(shù)來評價顯色性能的好壞。LED顯色指數(shù)高，從而可以更好地幫助司機辨識物體的輪廓、尺寸以及信號燈等標識。LED照明燈是直流供電，可以有效避免頻閃效應，大大提高隧道內(nèi)交通的安全性。

第四，具備智能調(diào)控性。傳統(tǒng)照明燈的亮度顯示有一個時間的問題，對于隧道這樣的大型照明場所而言，采用高壓鈉燈照明往往需要幾分鐘的時間才能將隧道照亮。LED照明燈的照明亮度可以通過調(diào)節(jié)電流的大小而改變，而且所需要的時耗可以忽略不計，因此，利用LED燈照明還可以實現(xiàn)隧道內(nèi)照明的智能調(diào)控。

3 LED照明技術(shù)在地鐵區(qū)間隧道的應用研究

LED照明燈有著傳統(tǒng)照明所不具有的優(yōu)勢，因此，在地鐵區(qū)間隧道燈大型照明場所運用LED照明技術(shù)是最合適的選擇。LED照明燈雖然有應用優(yōu)勢，但在實際的操作應用過程中，仍要注意以下幾個方面的問題，以確保其優(yōu)勢能得到最大的發(fā)揮。

第一，配光問題。LED照明技術(shù)的應用可以有效地降低“黑洞效應”和“白洞效應”的影響，另外一大方面的作用就是要選擇合適的橫向和縱向光束角，使LED的光強分布合理，減少建筑結(jié)構(gòu)和安裝方式等外在因素對光強的影響。合理地配光可以使光斑盡可能是矩形，從而可以提高LED照明光源發(fā)射出的光的均勻度和利用率。在配光問題的處理上，也可以通過外加的反射杯與多重光學透鏡的二次光學設(shè)計來提高器件的出光效率。二次光學設(shè)計是建立在光源一次分配的基礎(chǔ)上的，不同光源的二次光學設(shè)計也不盡相同，目前的LED照明技術(shù)在隧道中的應用優(yōu)勢還未完全發(fā)揮，實際的應用中應在配光問題上多加以研究，最大限度地提升其效能。

第二，電源問題。LED照明技術(shù)相對于傳統(tǒng)照明而言，節(jié)能環(huán)保是其最大地優(yōu)勢，為了降低耗能，隧道中地LED照明會根據(jù)外在光亮強度等因素進行無級調(diào)控，因此，LED照明燈驅(qū)動不僅要接受無極調(diào)光控制信號，而且要通過調(diào)整電流地大小來調(diào)整燈的亮度。LED照明燈的正向伏安特性非常陡，這導致供其工作的電壓稍有變化就會導致通過LED照明燈的電流發(fā)生顯著變化，這樣會對照明燈的使用壽命、光功率、可靠性燈造成影響。因此，隧道中的LED照明燈必須采用恒定且穩(wěn)定的電源來驅(qū)動，同時又需要接收可控信號。在實際的實施過程中，為了滿足運營管理和環(huán)保節(jié)能的要求，電源的選擇是集檢測、控制、驅(qū)動于一體的大問題。

第三，散熱問題。由于LED照明燈是半導體元件，溫度的升高會使其性能受到影響，象光輸出量減少、壽命減短等。因此，在實際的運營管理過程中還要考慮散熱問題，這需要對光、熱電、結(jié)構(gòu)等性能進行綜合設(shè)計。目前，對于大功率的LED照明燈進行散熱主要有自然散熱、強制散熱和熱管技術(shù)散熱3種方式。自然散熱，顧名思義即通過自然風的流動以及熱輻射來達到散熱的目的，這種方式成本較低，但是對LED燈具的結(jié)構(gòu)要求高。強制散熱需要在LED燈具中安裝散熱風扇來達到散熱的目的，風扇的轉(zhuǎn)動可以產(chǎn)生對流，加快散熱的速度，但是風扇的使用壽命短，易產(chǎn)生噪聲，這會給后期的運營維護增加負擔。熱管技術(shù)散熱是利用熱管作為散熱構(gòu)件來進行散熱，散熱效果好，但成本較大。在實際的工程實施過程中，應根據(jù)實際的地理位置、成本預算、運維情況等因素綜合考慮，選擇最合適的散熱方式。

4 隧道中LED照明技術(shù)的智能控制研究

技術(shù)的不斷進步使21世紀成為智能化的信息時代，隧道中的LED照明技術(shù)也可以變得更加智能。為了節(jié)約能耗，傳統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)采用亮度分級調(diào)光的方式，這需要工作人員在隧道中應用功率大小不同的LED燈具，通過燈具的通斷來調(diào)整隧道內(nèi)的明暗過渡。這種方式只是人為地控制能耗，而且無法根據(jù)天氣的變化來做出動態(tài)的自動調(diào)整。目前智能化的LED照明系統(tǒng)多采用高度智能的無級調(diào)光方式，通過可調(diào)光控制器或者感光器件來對LED照明系統(tǒng)進行控制，同時對隧道外的光亮度、溫度等環(huán)境參數(shù)進行實時的監(jiān)控計算，以實現(xiàn)對隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的智能控制。這種自適應的LED照明系統(tǒng)可以真正地做到環(huán)保節(jié)能，同時利用實時外在環(huán)境參數(shù)做出調(diào)整，可以最大限度地貼合實際需要，提升安全性能。

5 結(jié)語

LED照明技術(shù)具有能耗低、使用壽命長、環(huán)保及智能性等眾多優(yōu)點，在節(jié)約環(huán)保的前提下在隧道中應用照明系統(tǒng)，LED照明技術(shù)是當下的最優(yōu)選擇。在實際的操作實施過程中，工作人員和技術(shù)人員應該因地制宜，從工程中的實際問題出發(fā)，最大程度地發(fā)揮出LED照明系統(tǒng)在隧道照明中的優(yōu)勢。

參考文獻

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