LED光源在隧道照明中的机遇与挑战[1]

　　0 引言

　　LED(L ight Emitting Diode)即发光二极管, 是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。LED的发光原理就是将电流通过化合物半导体, 通过电子与空穴的结合, 过剩的能量将以光的形式释出,达到发光的效果。

　　自20世纪60年代第一个商用LED 诞生以来,LED光源就得到了快速的发展和应用。LED最初多用作指示灯、显示板等, 随着白光LED的出现, 其应用范围得到了很大的提高, 现已在交通信号、广告标识、应急照明、LCD背光照明、汽车照明系统、商用照明以及城市夜间景观照明工程等诸多照明领域中得到了广泛的应用。因此, LED光源被称为第四代照明光源或绿色光源, 成为21世纪新一代光源。

　　近些年来, 随着LED照明技术的飞速发展和我国节能减排政策的深入实施, LED光源也开始应用于道路照明及公路隧道照明。据统计, 我国开发和生产以白光LED为光源的道路和隧道照明灯具企业已经有数百家。采用LED作为照明光源的隧道也逐渐增多, 如上海长江隧道、北京德胜口隧道等。任何一个新生事物必然有一个发展与完善的过程,因此, 在LED光源应用于隧道照明初期, 我们应当尽快了解和认识LED光源在当前隧道照明中的优点及不足, 充分发挥LED光源的优势, 正视存在的不足。从而为我们在隧道照明中正确使用LED光源提供参考依据, 为今后LED光源在隧道照明中的应用和发展指明方向。

　　1 LED光源的特点

　　LED光源作为新一代光源, 与白炽灯、高压钠灯等传统热辐射和气体放电光源相比, 有着很大的不同, 当前的LED光源在照明方面具有以下一些优点:

　　( 1)体积小

　　LED光源与传统光源相比体积小、重量轻, 可以制作成各种形状的器件, 便于各种灯具和设备的布置与设计, 适应性强, 适用范围广。

　　( 2)环保性能好

　　由于LED光源在生产过程中无需添加金属汞, 因此LED废弃后, 不会造成汞污染, 且其废弃物几乎可以全部回收利用, 不仅节约了资源, 还保护了环境。

　　( 3)安全稳定

　　LED光源使用低压直流电就可以驱动, 一般供电电压在6 ~ 24 V 之间, 因此安全性能比较好, 特别适用于公共场所。另外在外界环境较好的条件下, LED光源比传统光源的光衰小、寿命长, 即使频繁开关, 也不影响其使用寿命。

　　( 4)抗震、抗冲击性能好

　　LED光源的基本结构是一块电致发光的半导体材料, 置于一个有引线的架子上, 然后四周用环氧树脂密封, 在结构上没有玻璃外壳, 不需要像白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽成真空或冲入特定气体。因此, LED光源的抗震、抗冲击性能良好, 给其生产、运输、使用各环节带来了便利。

　　( 5)指向性强

　　与传统光源相比, LED 光源发出的光线是定向的, 从LED发出的大部分光线能直接射向被照面, 利用率远高于传统光源。

　　( 6)响应时间快

　　白炽灯的响应时间为毫秒级, LED光源的响应时间则为纳秒级。因此, 广泛应用于交通信号及汽车信号灯领域。

　　( 7)发光效率较高

　　随着LED照明技术的发展, LED光源的发光效率已经由原来的不到10 lm/W提高到100 lm /W 以上, 且其发光效率仍有较大提高的潜力。

　　( 8)光色丰富

　　LED光源通过改变电流、化学修饰、单色光混合等方法, 可以实现可见光波段各种颜色的发光和变色, 即使对于白光LED也可以制作成各种色温的光源。因此, 在室内装饰照明和景观照明中具有明显的
优势。

　　( 9)无闪烁、无紫外线

　　LED光源采用的是直流供电, 发光稳定不闪烁,且光谱主要集中在可见光区域, 基本无紫外线或红外线辐射的干扰, 从而可以避免频闪效应带来的不利影响, 提高人眼舒适性。

　　( 10)亮度可调性好

　　根据LED光源的发光原理, LED的发光亮度或输出光通量基本随电流正向变化。而其工作电流在额定范围内可大可小, 具有良好的可调性, 为LED光源实现按需照明、亮度无级控制奠定了基础。

　　正是因为LED光源具有以上传统光源无法比拟的优势, 因此LED光源成为各国照明事业发展的重点和方向。

　　2 隧道照明的特点及对光源的要求

　　隧道照明是为了保证隧道内交通顺畅而设置的功能性照明, 其照明的目的是为了给驾驶员在隧道行驶过程中提供一个安全、舒适的视觉环境, 保障交通运行, 提高运输效率。由于隧道是一个半封闭空间,隧道在行车视觉特性上要比其他照明复杂得多, 它不仅需要24 h不间断照明, 而且白天照明要比夜间照明更复杂。因此, 隧道照明具有以下一些特点:

　　( 1)分段式照明

　　分段式照明是隧道照明最显著的特点。这是由于白天隧道内部与外部道路的光环境发生了很大的变化, 视觉需要有一定的适应时间才能看清道路的情况。因此, 为了让驾驶员在隧道两端出入口处能有一个良好的视觉过渡, 隧道照明被分为几个不同的照明段: 入口段、过渡段、中间段和出口段, 且每个照明段的路面亮度水平要求不同, 如图1 所示。其中入口段、过渡段的路面亮度水平则需要根据隧道洞外亮度来确定。