LED在隧道照明工程中的应用研究[4]

　　6 LED 应用隧道照明存在的技术问题

　　尽管LED 应用于隧道照明有很大的潜力，也是未来隧道照明灯具发展的主流方向，但现阶段在隧道内特殊的结构、视觉环境下，还存在着一些主要的问题需要解决，如电源驱动、配光性、散热问题，此外还存在着性价比、电源的可靠性、维护性、中间视觉和标准化问题等[14]。

　　6. 1 驱动问题

　　在隧道照明中通常要求基于洞外亮度、洞内交通量和设计速度等因素对灯具亮度进行无级调控，以期降低能耗，所以，隧道LED 灯具的驱动电源要能够接受调光控制信号，并能够调整输出电流以调整LED 光通量，但是由于LED 正向伏安特性非常陡，要对供电比较困难，白光LED 工作电压的较小波动就会导致工作电流的急剧变化，这将直接影响到其寿命、光功率、光通量、可靠性以及光线色温等，从而达不到实际使用要求，因此LED 须采用可控的恒流源进行驱动，才能保证LED 高效可靠地工作。但当前很多厂家生产的LED 灯类产品采用阻容降压的方式向LED 供电，这样做使得效率低。并且现有的大部分驱动电源功率因数普遍偏低，降低了电能的有效利用，精确设计驱动电源是解决上述问题的关键。

　　6. 2 配光问题

　　LED 要在照明领域发展，在提高LED 本身光效的同时，主要还是要对LED 照明灯具进行优化的配光设计即二次光学设计，通过二次光学设计外加的反射杯与多重光学透镜，可以提高器件的出光效率。

　　目前，LED 在照明领域的配光技术还不成熟，很多针对LED 灯具的国家标准也还没有制定，中大功率LED 照明灯具产品的二次光学设计还很粗糙， 因此，LED 在照明领域的优势还没有最大限度地发挥出来，采用与传统灯具配光不同的方法，充分利用LED 的光学特性进行二次光学设计将有助于进一步提高LED 光源的光利用效率。

　　常见的配光分布形式有蝙蝠翼型配光( 如图5)、朗伯型配光( 如图6)、侧射型配光、聚光型配光。不同的应用场合适用不同的配光形式，例如:道路照明宜选用蝙蝠翼型配光、射灯宜选用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性，隧道照明中灯具的排布密度非常高，所以在隧道照明中对灯具的二次配光形式不同于一般的道路照明。在隧道照明中蝙蝠翼型配光、朗伯型配光都可以满足照度均匀度要求，这主要是由于隧道照明中灯距比较小[15]。二次配光设计是建立在光源一次配光分布的基础上的，所以不同的光源种类有不同的分布，相应地配光设计也会改变。所以，虽然有专业生产反光杯和透镜的厂家，但是他们提供的产品只是以某一种LED 光源为设计依据，当然也只能是适合于某一种LED 光源。而且现在LED 光源的种类迅速增加， 在LED更新换代的同时也必然要求反光杯、透镜做更新换代。所以，二次配光设计必须由隧道灯厂家自己完成。但是，目前能够独立地开展配光设计的厂家还不是很多。

　　6. 3 散热问题

　　当前，限制功率型LED 应用的一个很大的瓶颈就是散热问题。由于LED 属于半导体器件，因此结温的升高会导致器件各方面性能的变化与衰减。具体到LED， 这种变化主要体现在三个方面: 减少LED 的光输出; 缩短器件的寿命; 造成LED 所发光的主波长偏移，从而导致光源的颜色发生偏移。而这些都是照明应用中非常重要的指标，因此，所以，LED 的散热处理得好坏将直接关系到隧道灯具的使用效果和寿命。

　　目前，大功率LED 的散热主要有几种形式: 自然散热、加装风扇强制散热及热管技术[16]。自然散热利用自然对流和热辐射; 加装风扇强制散热主要利用强制对流实现散热; 热管散热主要利用热管作为散热器件。自然散热的成本最低，结构可靠、易于做防水，但是对灯体本身的结构设计要求较高;加装风扇强制散热的散热速度快，但是成本高、噪音高、难做防水、寿命短; 热管散热无运动部件，系统稳定，但是成本高，不美观。所以，应优先选择自然散热方式，在自然散热难以解决问题的时候才会考虑其他的散热途径。

　　6. 4 中间视觉

　　由于人眼存在的两种光感受器细胞———锥状感光细胞和杆状感光细胞的不同特性，人眼的视觉根据亮度的变化可分为明视觉、暗视觉和中间视觉。在中间视觉条件下，人眼中的锥状感光细胞和杆状感光细胞共同起作用，这就使得人在中间视觉条件下的视觉特性远比在明视觉或暗视觉条件下的视觉特性复杂[17]。图7 人眼三种视觉状态下的光谱光视效率和光谱光视效能。

　　隧道照明的条件符合中间视觉研究的范畴，黄光就是现在主流的高压钠灯，它经济节能，同时又有着优异的透雾性能，虽然如此，黄光也有着其先天不足，即色彩还原能力差。但考虑到中间视觉基于人眼的感官意识，目前尚缺乏统一的标准，所以LED 隧道灯在中间视觉状态下显示出来的优势还处在研究和数据采集阶段。

　　6. 5 标准化问题

　　尽管在现阶段LED 产业在我国取得了较大的发展，但标准的缺失让当前LED 产业发展面临巨大的障碍。加快制定半导体照明技术标准已经迫在眉睫。

　　目前所缺的标准主要是在LED 光源等应用产品领域。没有标准规格，就会出现开发费用高、产品适应性差、很难达到实际要求的状况。特别是在LED 照明产品方面，必须要考虑到安全性、光污染和环保问题。当前国内外与LED 产业有关的标准有40 个，但仅仅是普通的LED 标准及照明灯具标准，很少涉及LED 产业主要元器件、技术工艺及关键性能，相应指标的检测方法标准也很缺乏，没有形成较完整的LED 及照明器具标准体系。而且在应用市场，在LED 没有标准的情况下，市场上产品出现了价高质差问题，但无法对其进行规范[18]。这样LED对隧道照明的发展是非常不利的。

　　7 结束语：

　　LED 作为新型光源进入照明领域，使人们看到新的节能时代的到来，其带来的社会成果和经济效益有目共睹。随着LED 技术的日益成熟，其制造成本逐渐下降，随之LED 的价格也必将降低，LED 的普及和推广指日可待。LED 应用于隧道照明开辟了一个新的应用领域。LED 相比其他光源具有的先天优势使其成为隧道照明实现节能的首选光源，并且在国内的不少公路隧道中得到成功的应用。对于降低用电能耗、缓解用电压力、构建节约型社会有重要的意义。尽管目前LED 隧道灯还存在着一些关键性的问题需要突破，我们有理由相信经过科研人员的不懈努力，一定会取得重大研究成果。也期待国家在LED 道路照明上给与更大的支持。未来几年LED 隧道灯主要朝着高功率、低成本、标准化、智能化和多元化的方向发展，势必带来照明节能革命性的变化。

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