LED在隧道照明工程中的应用研究[2]

　　3. 2 LED 隧道灯光源特性

　　1) 光效

　　LED 光源光效是衡量其隧道光源效率优劣的基本指标，根据LED 隧道灯在实际使用中的要求，其所用光效需达到一定水平才能满足替换传统隧道照明高压钠灯、荧光灯的需求。目前，LED 技术有了长足进步，美国Cree 公司已经制造出世界最高光效记录的LED， 白光大功率LED 光效已实现208lm /W[7]，大大超过了现在所有照明光源的光效，大范围应用于隧道照明指日可待[6]。

　　2) 寿命

　　LED 的寿命可从光源寿命、电源寿命与构件寿命三个方面来考察。光源寿命主要取决于LED 芯片、连接方式与散热处理。现有产品都声称在环境为- 20℃ ～ 55℃，光通下降不大于30% 条件下，光源可达到50000 小时，电源达到15000 小时。事实上，光源的寿命与构件寿命、生产工艺等密切相关。

　　例如，焊接的质量( 部分厂家采用人工焊接) ， 导线、硅橡胶、所采用透镜的材料等在高温条件下使用老化，都会对寿命与光质量产生影响[8]。LED 的长寿命能有效减少灯具的维护工作，降低运行成本。

　　3) 显色性

　　国际照明委员会CIE 把太阳光的显色指数定为100，各类人造光源的显色指数各不相同，如高压钠灯显色指数Ra = 20～ 25 左右，荧光灯管显色指数Ra = 60 ～ 80。一般说来，光源的显色指数只要大于70 以上，就能比较真实地反映出物体的颜色而不至于有较大的失真，显示效果较好; 在30 以下，则显色效果会较差。LED 灯具若采用白色为光源，显色指数可达到75 ～ 80，视觉效果要明显优于高压钠灯，光色更为自然。因此在实际应用中，如果采用LED光源，那么只需要较低的亮度就可以达到比较满意的照明效果，从而降低了电源的功耗，有助于司机及行人识别目标，在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。显色指数与显色性的关系及一般应用如表1。

　　4) 方向性

　　高压钠灯或金属卤化物灯是全空间发光的光源，需要将一个半空间发射的光线通过反射器改变180°方向投向另一半空间内，反射器对光线的吸收和光源自身的挡光是不可避免的， 灯具效率一般仅有70% 左右。与传统光源不同，LED 是定向发光的，LED 的光源由非常多个LED 组成， 通过设计每个LED 的投射方向，使受照路面获得均匀的照度，利用率比传统光源高很多，同时还可以有效地控制隧道内的眩光[9]。

　　5) 可控性

　　尽管荧光灯可实现调光控制， 但其光效较低，调光时易产生高次谐波，对电网造成干扰; 高压钠灯、金卤灯调光幅度很小，一般在40% ～ 100% 范围内调光，且其响应时间比较长，尤其目前在隧道内应用比较多的高压钠灯，每调整一次光通量，一般要通过5 ～ 10 分钟左右的时间才能达到额定光通量，所以原来的公路隧道在调节亮度时不管采用几级控制，都是通过对灯光群中部分灯的通断来进行调节，而不能实现亮度无级变化。LED 发光器件是电流型控制器件，其光电转化速度小于0. 1 秒，在额定参数范围内，只要提供不同的电流，就可以瞬间得到不同的亮度，这是高压钠灯、金卤灯无法比拟的。正因为如此，LED 隧道灯的亮度完全可以通过改变工作电流实现自由调节，因而LED 灯电流的可控性是比较容易实现的。

　　6) 节能性

　　按同等光效，在满足隧道照明满足设计规范的要求下，LED 灯所需功率要小于高压钠灯的所需功率; LED 隧道灯是定向光，其灯具利用系数为0. 8～ 0. 9，而其他光源的灯具利用系数只有0. 4 ～ 0. 5;综合以上两点，如果再结合LED 隧道灯的易于控制的性能实现隧道内亮度的无级调光，总体上对比其他光源，其节能效果将更加显著。从成本上讲，尽管一次性购买LED 光源照明灯具的价格相对高一些，但从早期一次性综合投资( 包括配套的电缆、变压器等) 来讲，比选用高压钠灯的成本还要低，同时考虑到长期使用，LED 照明灯具由于使用寿命长、维护成本低，整体效能可观。

　　为了比较直观的了解LED 与其他常用隧道照明光源之间性能差别，如表2 所示:

　　4 隧道照明的设计

　　公路隧道照明是为了把必要的视觉信息传递给司机，防止因视觉信息不足而出现交通事故，从而提高驾驶上的安全性和增加舒适感。隧道照明与道路照明的显著不同是白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间更加复杂。针对隧道内出现的视觉问题( 例如进洞时的黑洞或黑框效应，出洞时的白洞效应) ，许多国家都制定了适合于本国的隧道照明设计标准，如美国IES，英国BS，日本《隧道照明设计指南》、国际照明学会的CIE 标准等。中国于1990 年颁布了《公路隧道设计规范》( JTJ026090)[10]，后来由于该规范对隧道照明设计的规定不是十分完善，1999 年又颁布实施了《公路隧道通风照明设计规范》( JTJ026. 101999) ，并延用到今。根据隧道照明设计规范，长大隧道照明区段可分为入口段、过渡段、中间段和出口段，过渡段又可分为过渡一段、过渡二段、过渡三段。

　　4. 1 隧道照明分段设计

　　1) 入口段照明

　　隧道入口段是整条隧道的起点，入口段照明是隧道其他部分照明的基础，隧道其他分段的照明评价指标大多是以入口段照明评价指标为依据计算得出的。在我国现行的《隧道通风照明设计规范》中，采用洞外亮度L20( S) 乘上一个系数k 来确定入口段亮度值。