公路隧道LED照明技術(shù)的應(yīng)用研究

任濤

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公路隧道LED照明技術(shù)的應(yīng)用研究

任濤

（北京京東方能源科技有限公司，北京 100176）

在公路隧道中，LED照明技術(shù)相較于傳統(tǒng)照明技術(shù)具有很多技術(shù)優(yōu)勢，針對性提出LED照明技術(shù)在公路隧道應(yīng)用中存在的主要問題，并深入研究分析了LED照明技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用進展。

LED照明技術(shù)；公路隧道；應(yīng)用研究；智能化控制

隨著我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，國內(nèi)公路隧道在建和建成里程數(shù)也在飛速增長。當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)公路隧道的照明設(shè)施為高壓鈉燈等傳統(tǒng)燈光系統(tǒng)，該類燈光系統(tǒng)普遍存在壽命低、耗電量高等問題，增加了不必要的政府公共設(shè)施支出，提高了公路隧道的運營成本，降低了經(jīng)濟效益。因此，低能耗成為了選擇公路隧道照明系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，而LED照明技術(shù)相對于傳統(tǒng)燈光系統(tǒng)可以有效地減少能源浪費，同時LED照明還具有壽命長、顏色可調(diào)、便于智能控制等眾多優(yōu)勢，特別適合作為公路隧道的照明系統(tǒng)。

1 LED照明技術(shù)在公路隧道的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 LED照明的性能優(yōu)勢

LED燈具和高壓鈉燈的區(qū)別如表1所示。

表1 LED燈具和高壓鈉燈的區(qū)別

項目高壓鈉燈LED燈具 配光性能差低 電器性能高壓安全低壓 使用壽命20 000 Hrs＞50 000 Hrs 功耗高低 啟動速度5～10 min0.01 s 頻閃有（交流驅(qū)動）無（直流驅(qū)動） 光衰大，30%（2 000 Hrs）很小，1%（2 000 Hrs） 顯色性差，Ra＜30好，Ra＞70 色溫色溫太低，偏黃不舒適色溫合適，感覺舒服 不良眩光眩光很強無不良眩光 光污染強無 發(fā)熱嚴(yán)重，＞300 ℃＜65 ℃ 燈罩發(fā)黑易（吸塵）無（防靜電） 燈罩老化發(fā)黃很快不會 耐震性能差，玻璃易碎優(yōu)秀，無易碎件 環(huán)境污染含鉛等污染元素?zé)o 維護成本高幾乎免維護 實際功耗隨電壓升高不斷升高幾乎不隨電壓變化

從表1明顯看出LED燈具存在以下優(yōu)勢：①LED燈具具備明顯經(jīng)濟優(yōu)勢。LED燈具憑借其更高的能量轉(zhuǎn)化率，可以在同樣亮度的情況下消耗更低的電能。同時LED燈具后期維護成本明顯低于高壓鈉燈，LED燈具更高的使用壽命也帶來了一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。②LED燈具性能更可靠。LED燈結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，抗振動和磕碰能力較好，同時具有良好的密封性和耐潮濕性。另外，LED燈具使用安全低壓，工作過程發(fā)熱更小。

1.2 LED照明智能化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

相對于高壓鈉燈等傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，LED照明智能化控制系統(tǒng)有明顯優(yōu)勢。通過使用該系統(tǒng)可有效降低人力運維成本，避免人為失誤，使燈光系統(tǒng)更精準(zhǔn)、高效。傳統(tǒng)燈具的系統(tǒng)控制方式主要是在施工區(qū)域內(nèi)調(diào)整燈具的功率和安裝距離，并配合人為控制電路通斷。該控制方式不僅對專業(yè)技術(shù)人員依賴程度較高，同時傳統(tǒng)燈具無法依據(jù)周圍環(huán)境變化來主動改變光照亮度，導(dǎo)致浪費過多能源。而LED照明智能化控制系統(tǒng)則可以憑借其系統(tǒng)內(nèi)的多種傳感器和控制器，針對不同的環(huán)境自動調(diào)節(jié)光線強度，使公路隧道內(nèi)的光照條件達到最佳，高效精準(zhǔn)控制光照強度，在降低能耗的同時增強了道路的安全性。

2 LED照明技術(shù)在公路隧道應(yīng)用中面臨的主要問題

2.1 LED照明技術(shù)的配光問題

設(shè)計部門需要根據(jù)公路隧道的實施情況，結(jié)合其具體結(jié)構(gòu)分配布置LED燈具，并為每組燈具設(shè)置合適的光束角度，避免公路隧道內(nèi)出現(xiàn)炫光的同時最大限度提高光照利用率，并使整體照明的均勻度更高；另一方面，在對公路隧道內(nèi)LED光源完成一次分配時，還可以通過為LED燈具設(shè)計特殊光學(xué)透鏡或反射罩的方式，實現(xiàn)光源的二次優(yōu)化。而由于國內(nèi)LED領(lǐng)域?qū)Χ喂庠丛O(shè)計方面關(guān)注度不足，導(dǎo)致當(dāng)前國產(chǎn)LED燈具的光學(xué)透鏡或反射罩相對簡單，未能將LED燈具的巨大潛能充分釋放出來。因此，公路隧道內(nèi)使用LED照明技術(shù)需要充分考慮配光問題。

2.2 LED照明技術(shù)的散熱問題

高溫會顯著降低LED燈具的使用性能，具體表現(xiàn)為：①電流電壓不變的情況下，光照亮度降低；②高溫會導(dǎo)致LED燈光的顏色出現(xiàn)變化；③高溫顯著降低其使用壽命。

而LED燈具性能的穩(wěn)定性直接關(guān)系到公路隧道運營的安全性，因此公路隧道中的LED燈具必須充分考慮其散熱問題。現(xiàn)今工程建設(shè)中使用的LED燈具通常有以下散熱方式：①熱管散熱，即以熱管為散熱結(jié)構(gòu)發(fā)散熱量。該方式雖然散熱效果好、性能可靠，但價格高昂且外形不美觀。②自然散熱，即完全依靠自然風(fēng)對其進行降溫。該方式制造維護費用低、結(jié)構(gòu)可靠。③強制散熱，即在系統(tǒng)內(nèi)安裝風(fēng)扇對LED進行降溫。該方式雖然散熱能力最強，卻具有費用高、可靠性差、依賴后期維護等弊端。所以應(yīng)根據(jù)公路隧道的實際情況合理選擇LED燈具的散熱方式。

2.3 LED照明技術(shù)的電源問題

為實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的亮度自動調(diào)控功能，要求LED照明系統(tǒng)的電源不僅可以識別以上控制信號，還可以在一定區(qū)間內(nèi)自由調(diào)整輸出電流。LED燈具具有很陡的正向伏安特性，當(dāng)其電路電壓出現(xiàn)輕微改變時便會引起電流大幅升高或降低，進而導(dǎo)致燈具的光照強度、顏色、性能等方面顯著衰弱，因此LED照明系統(tǒng)具有一個穩(wěn)定、可靠的電源具有重要意義。面對LED照明系統(tǒng)對電源提出的要求，在電源開發(fā)過程中應(yīng)持續(xù)加強部件的穩(wěn)定性和可靠性，并加強控制、檢測等在內(nèi)的集成化設(shè)計，以此優(yōu)化電源問題。

3 LED照明技術(shù)在公路隧道中的應(yīng)用進展

我國已經(jīng)在云南、重慶等多個省市自治區(qū)進行了公路隧道LED照明系統(tǒng)試運行，并先后獲得了多方認(rèn)可，這期間LED照明技術(shù)的應(yīng)用進展表現(xiàn)在以下三個方面。

3.1 LED照明技術(shù)的科學(xué)化

在LED照明技術(shù)發(fā)展初期，其照明亮度和能耗并未優(yōu)于傳統(tǒng)照明技術(shù)，但通過科學(xué)技術(shù)人員的努力，如今的LED照明技術(shù)已經(jīng)全方位超越傳統(tǒng)照明，擁有了更好的實用性能，呈現(xiàn)出完全取代之勢。因此，在LED技術(shù)不斷發(fā)展和大量實踐驗證后，該技術(shù)仍會在現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)的帶動下持續(xù)進步，并使LED照明技術(shù)逐漸普及到全國各地的公路隧道，為社會塑造更好的公路隧道照明條件。

3.2 LED照明技術(shù)的智能化

自LED照明技術(shù)開始應(yīng)用于公路隧道等工程照明后，便不斷增強自身系統(tǒng)的智能化控制能力，在其控制系統(tǒng)內(nèi)逐漸增加了亮度傳感器、車輛密度傳感器等關(guān)鍵部件，使LED照明技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了現(xiàn)階段的亮度智能無級調(diào)光，在很大程度上擺脫了對專業(yè)操作人員的過度依賴。該系統(tǒng)可以根據(jù)公路隧道內(nèi)的實際車流量、隧道外光照亮度和隧道具體結(jié)構(gòu)自動執(zhí)行1～256級無級調(diào)光，以達到所有光照條件下的照明需求，并使隧道內(nèi)亮度變化更符合人眼視覺曲線，同時令照明系統(tǒng)整體能耗下降，滿足社會對節(jié)能環(huán)保的要求。

3.3 LED照明技術(shù)的實踐化

任何照明技術(shù)的進步都需要以大量實踐檢驗為基礎(chǔ)。公路隧道LED照明技術(shù)發(fā)展初期，盡管經(jīng)過了大量的實驗室驗證，但真正將其投入真實環(huán)境實踐后仍暴露并改進了諸多問題，例如LED燈具散熱問題。公路隧道LED燈具仍處于不斷實踐與完善的過程，通過將LED燈具持續(xù)投入適當(dāng)?shù)膶嵺`中，才能更加充分開發(fā)LED燈具的潛能。從發(fā)展的角度來看，一方面公路隧道LED照明技術(shù)的應(yīng)用推動了該技術(shù)的實踐化，另一方面LED照明技術(shù)的實踐化也促進了該技術(shù)的應(yīng)用推廣，二者相互促進，這也是該技術(shù)在公路隧道照明建設(shè)中應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。

4 結(jié)束語

本文闡述了LED照明技術(shù)在照明性能參數(shù)和智能化控制系統(tǒng)方面的巨大優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上分析了LED照明技術(shù)在公路隧道應(yīng)用中面臨的配光、散熱和電源三個主要問題，總結(jié)出了LED照明技術(shù)在科學(xué)化、智能化和實踐化方面的應(yīng)用進展。盡管當(dāng)前應(yīng)用于公路隧道照明的LED照明技術(shù)還不完善，但該技術(shù)憑借其相對于傳統(tǒng)照明技術(shù)的優(yōu)勢，對于未來公路隧道照明技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

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2095－6835（2019）03－0104－02

U453.7

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.104

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕