LED光源在隧道照明中應用的技術(shù)性分析

　　(1)分段式照明

　　分段式照明是隧道照明最顯著(zhù)的特點(diǎn)。這是由于白天隧道內部與外部道路的光環(huán)境發(fā)生了很大的變化，視覺(jué)需要有一定的適應時(shí)間才能看清道路的情況。因此，為了讓駕駛員在隧道兩端出入口處能有一個(gè)良好的視覺(jué)過(guò)渡，隧道照明被分為幾個(gè)不同的照明段:入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段，且每個(gè)照明段的路面亮度水平要求不同，如圖1所示。其中入口段、過(guò)渡段的路面亮度水平則需要根據隧道洞外亮度來(lái)確定。

(2)加強照明

　　由于隧道白天與夜間的照明要求不同，因此對于入口段、過(guò)渡段及出口段的照明基本是由基本照明和加強照明兩部分組成，前者按中間段照明考慮，后者可用功率較大的燈具加強照明。同時(shí)，對于應急停車(chē)帶和連接通道處的照明也有相應的照明要求。

　　(3)避免/煙霧效應

　　由于隧道內部通風(fēng)條件的限制，汽車(chē)排出的廢氣不易快速稀釋?zhuān)菀桩a(chǎn)生集聚形成煙霧，從而產(chǎn)生/煙霧效應0。因此，在隧道照明設計和光源選擇上都要考慮其影響。

　　正是由于隧道照明具有如上所述的特點(diǎn)，我國現行的行業(yè)標準5公路隧道通風(fēng)照明設計規范6對隧道照明的光源和燈具提出了如下要求:

　　(1)一般情況下宜選擇效率高、透霧性能好的光源；

　　(2)短隧道、柴油車(chē)較少的城鎮附近隧道、應急停車(chē)帶、人行橫通道、車(chē)行橫通道可選用顯色指數較高的光源；

　　(3)光源的使用壽命應不小于10000h；

　　(4)燈具的防護等級應不低于IP65；

　　(5)燈具應具有適合公路隧道特點(diǎn)的防眩裝置；

　　(6)燈具結構應便于更換燈泡和附件；

　　(7)燈具零部件應具有良好的防腐性能；

　　(8)燈具配件安裝應易于操作，并能調整安裝角度；

　　(9)燈具不得侵入隧道建筑界限；

　　(10)中間段的燈具布置應滿(mǎn)足低于2.5Hz或高于15Hz的閃爍頻率。

　　3、LED光源在隧道照明中的機遇與挑戰

　　隨著(zhù)LED照明技術(shù)的飛速發(fā)展和推廣普及，LED光源在隧道照明中的應用也逐漸增多，LED光源由于其體積小、環(huán)保性能好、安全穩定、發(fā)光效率高、可調性好等優(yōu)點(diǎn)在隧道照明中具有良好的前景與機遇。

　　(1)具有良好的光學(xué)性能

　　在發(fā)光效率上，雖然現階段LED隧道燈還不是發(fā)光效率最高的光源，但與熒光燈和金鹵燈相比還是具有一定的優(yōu)勢；另外，由于LED光源指向性強、體積小，在LED封裝時(shí)就可以進(jìn)行配光設計，通過(guò)科學(xué)合理的二次光學(xué)設計，LED隧道燈則可實(shí)現高于高壓鈉隧道燈的有效發(fā)光效率。

　　在使用壽命上，雖然在實(shí)際應用中，由于封裝技術(shù)等方面的影響，LED光源很難達到100000h以上的理論壽命，但現階段仍有20000h左右的實(shí)際使用壽命，仍然滿(mǎn)足隧道照明對光源的要求，具有較高的使用壽命。

　　在光源光色上，白光LED光源可以達到80以上的顯色指數，應用于隧道照明可以使駕駛員具有更好的清晰度和可見(jiàn)度，大幅度提高識別能力和反應速度，避免交通事故。同時(shí)，白光LED光源的色溫也可以根據需求進(jìn)行定制，因此有利于研究隧道照明中不同色溫光源的視覺(jué)功效，選擇更適合隧道照明色溫的光源。

　　(2)有利于提高隧道的照明質(zhì)量

　　對于大部分傳統光源來(lái)說(shuō)，一般功率高的光源往往其光效高，光通量大。因此，在道路照明時(shí)，在保證路面照度均勻度的前提下，一般選擇功率較大的光源，這樣可以提高效率，加大燈具之間的間距，減少燈桿和燈具的數量，降低成本。而對于隧道照明來(lái)說(shuō)，雖然燈具的安裝無(wú)須增設燈桿，但由于傳統小功率光源光效相對較低，且需要增加燈具的數量，因此，也盡可能選用功率大的光源。

　　而對于LED光源來(lái)說(shuō)，雖然應用于隧道照明的是大功率LED光源，但是其單個(gè)光源的功率一般在1W~3W之間，其隧道燈是由多個(gè)大功率LED光源通過(guò)串、并聯(lián)組合成的，因此，LED隧道燈可以根據需要進(jìn)行組合，降低單個(gè)隧道燈的功率，縮短燈具之間的距離，從而帶來(lái)以下一些好處:

　　1)避免眩光

　　由于降低了單個(gè)隧道燈的功率，其亮度就會(huì )降低，從而避免在行車(chē)過(guò)程中，特別是在逆光照明條件下由于光源過(guò)亮所產(chǎn)生的眩光干擾。

　　2)提高亮度均勻度

　　由于燈具之間的距離較短，不易出現燈具之間的/暗區0，同時(shí)配合良好的二次光學(xué)設計，則可以大大提高隧道路面的亮度均勻度和目標可見(jiàn)度。

　　3)避免頻閃效應

　　頻閃效應(flickereffect)是駕駛時(shí)通過(guò)明暗周期性變化照明所產(chǎn)生的一種現象。閃爍頻率(即頻閃效應的頻率)f=v/s(其中v為車(chē)速，s為燈具之間距離)應滿(mǎn)足低于2.5Hz或高于15Hz的要求。因此，較短的燈具之間距離易使得閃爍頻率高出15Hz，亮度分配較均勻的光源也利于減弱頻閃效應所帶來(lái)的不舒適現象。

　　4)增強視覺(jué)引導性

　　由于燈具之間的距離短、排列有序，且LED隧道燈具有一定的亮度，容易形成一條較明亮的光帶，提醒駕駛者注意路面方向的變化，使隧道具有良好的視覺(jué)引導性，如圖2所示。

從上面所述可以看出，LED隧道燈通過(guò)科學(xué)的設計和布置，特別是采用LED帶狀光源或條形燈具，則可以大大提高隧道的照明質(zhì)量。

　　(3)有利于隧道照明的智能無(wú)級控制

　　在隧道照明標準中規定，應根據洞外亮度和交通量變化分級調整入口段、過(guò)渡段和出口段的照明亮度。傳統的隧道光源(高壓鈉燈和金鹵燈)主要是靠關(guān)閉部分光源來(lái)達到調光要求，這種方式一方面會(huì )增加燈具數量和照明回路，另一方面還會(huì )降低隧道照明質(zhì)量，容易產(chǎn)生/斑馬效應0。

　　而LED光源由于具有良好的亮度可調性，因此，可以實(shí)現按需照明、亮度無(wú)級控制。LED隧道燈的無(wú)極調光性能是其最大的優(yōu)勢與亮點(diǎn)之一，若結合智能化照明控制系統，采用隧道照明的智能無(wú)級控制，則白天可以根據隧道洞外實(shí)際亮度變化對洞內加強照明進(jìn)行實(shí)時(shí)調節控制，下半夜則根據交通量的變化同步調節隧道的基本照明亮度，并不會(huì )產(chǎn)生/斑馬效應0，有效避免過(guò)度照明，在滿(mǎn)足安全舒適的前提下最大限度地節約照明能耗。

　　(4)安裝維護方便

　　LED隧道燈是通過(guò)多個(gè)LED光源組裝成的模塊拼裝起來(lái)的，安裝時(shí)采用模塊式安裝，無(wú)需多余配線(xiàn)，安裝簡(jiǎn)便。

　　LED隧道燈在維護方面也要優(yōu)于傳統光源的隧道燈。傳統光源的隧道燈達到壽命期限時(shí)就必須進(jìn)行整個(gè)燈具的更換，而LED隧道燈由于采用的是模塊式，一旦出現個(gè)別光源熄滅的現象，只需更換其中的那個(gè)模塊，而不會(huì )造成整個(gè)燈具無(wú)法使用，從這個(gè)角度來(lái)看，LED隧道燈也存在節約能源的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于LED光源的壽命長(cháng)，意味著(zhù)無(wú)需經(jīng)常進(jìn)行更換，從而減少了交通中斷的潛在性，降低了為此支付的維修費用。

　　雖然LED光源在隧道照明中比傳統光源更具上述一些優(yōu)勢，且正在隧道照明領(lǐng)域推廣，但LED光源在隧道照明普及和應用方面仍需面臨以下一些挑戰。

　　(1)價(jià)格高

　　價(jià)格高是LED推廣應用不可回避的問(wèn)題，尤其是大功率型LED光源的價(jià)格較高。一盞100W的LED隧道燈與一盞150W的高壓鈉燈的功效差不多，但一