公路隧道LED照明技术的应用研究

任涛



公路隧道LED照明技术的应用研究

任涛

（北京京东方能源科技有限公司，北京 100176）

在公路隧道中，LED照明技术相较于传统照明技术具有很多技术优势，针对性提出LED照明技术在公路隧道应用中存在的主要问题，并深入研究分析了LED照明技术在公路隧道中的应用进展。

LED照明技术；公路隧道；应用研究；智能化控制

随着我国的基础设施建设的快速发展，国内公路隧道在建和建成里程数也在飞速增长。当前国内多数公路隧道的照明设施为高压钠灯等传统灯光系统，该类灯光系统普遍存在寿命低、耗电量高等问题，增加了不必要的政府公共设施支出，提高了公路隧道的运营成本，降低了经济效益。因此，低能耗成为了选择公路隧道照明系统的关键因素，而LED照明技术相对于传统灯光系统可以有效地减少能源浪费，同时LED照明还具有寿命长、颜色可调、便于智能控制等众多优势，特别适合作为公路隧道的照明系统。

1 LED照明技术在公路隧道的应用优势

1.1 LED照明的性能优势

LED灯具和高压钠灯的区别如表1所示。

表1 LED灯具和高压钠灯的区别

项目高压钠灯LED灯具 配光性能差低 电器性能高压安全低压 使用寿命20 000 Hrs＞50 000 Hrs 功耗高低 启动速度5～10 min0.01 s 频闪有（交流驱动）无（直流驱动） 光衰大，30%（2 000 Hrs）很小，1%（2 000 Hrs） 显色性差，Ra＜30好，Ra＞70 色温色温太低，偏黄不舒适色温合适，感觉舒服 不良眩光眩光很强无不良眩光 光污染强无 发热严重，＞300 ℃＜65 ℃ 灯罩发黑易（吸尘）无（防静电） 灯罩老化发黄很快不会 耐震性能差，玻璃易碎优秀，无易碎件 环境污染含铅等污染元素无 维护成本高几乎免维护 实际功耗随电压升高不断升高几乎不随电压变化

从表1明显看出LED灯具存在以下优势：①LED灯具具备明显经济优势。LED灯具凭借其更高的能量转化率，可以在同样亮度的情况下消耗更低的电能。同时LED灯具后期维护成本明显低于高压钠灯，LED灯具更高的使用寿命也带来了一定的经济优势。②LED灯具性能更可靠。LED灯结构稳固，抗振动和磕碰能力较好，同时具有良好的密封性和耐潮湿性。另外，LED灯具使用安全低压，工作过程发热更小。

1.2 LED照明智能化控制系统的优势

相对于高压钠灯等传统照明系统，LED照明智能化控制系统有明显优势。通过使用该系统可有效降低人力运维成本，避免人为失误，使灯光系统更精准、高效。传统灯具的系统控制方式主要是在施工区域内调整灯具的功率和安装距离，并配合人为控制电路通断。该控制方式不仅对专业技术人员依赖程度较高，同时传统灯具无法依据周围环境变化来主动改变光照亮度，导致浪费过多能源。而LED照明智能化控制系统则可以凭借其系统内的多种传感器和控制器，针对不同的环境自动调节光线强度，使公路隧道内的光照条件达到最佳，高效精准控制光照强度，在降低能耗的同时增强了道路的安全性。

2 LED照明技术在公路隧道应用中面临的主要问题

2.1 LED照明技术的配光问题

设计部门需要根据公路隧道的实施情况，结合其具体结构分配布置LED灯具，并为每组灯具设置合适的光束角度，避免公路隧道内出现炫光的同时最大限度提高光照利用率，并使整体照明的均匀度更高；另一方面，在对公路隧道内LED光源完成一次分配时，还可以通过为LED灯具设计特殊光学透镜或反射罩的方式，实现光源的二次优化。而由于国内LED领域对二次光源设计方面关注度不足，导致当前国产LED灯具的光学透镜或反射罩相对简单，未能将LED灯具的巨大潜能充分释放出来。因此，公路隧道内使用LED照明技术需要充分考虑配光问题。

2.2 LED照明技术的散热问题

高温会显著降低LED灯具的使用性能，具体表现为：①电流电压不变的情况下，光照亮度降低；②高温会导致LED灯光的颜色出现变化；③高温显著降低其使用寿命。

而LED灯具性能的稳定性直接关系到公路隧道运营的安全性，因此公路隧道中的LED灯具必须充分考虑其散热问题。现今工程建设中使用的LED灯具通常有以下散热方式：①热管散热，即以热管为散热结构发散热量。该方式虽然散热效果好、性能可靠，但价格高昂且外形不美观。②自然散热，即完全依靠自然风对其进行降温。该方式制造维护费用低、结构可靠。③强制散热，即在系统内安装风扇对LED进行降温。该方式虽然散热能力最强，却具有费用高、可靠性差、依赖后期维护等弊端。所以应根据公路隧道的实际情况合理选择LED灯具的散热方式。

2.3 LED照明技术的电源问题

为实现LED照明系统的亮度自动调控功能，要求LED照明系统的电源不仅可以识别以上控制信号，还可以在一定区间内自由调整输出电流。LED灯具具有很陡的正向伏安特性，当其电路电压出现轻微改变时便会引起电流大幅升高或降低，进而导致灯具的光照强度、颜色、性能等方面显著衰弱，因此LED照明系统具有一个稳定、可靠的电源具有重要意义。面对LED照明系统对电源提出的要求，在电源开发过程中应持续加强部件的稳定性和可靠性，并加强控制、检测等在内的集成化设计，以此优化电源问题。

3 LED照明技术在公路隧道中的应用进展

我国已经在云南、重庆等多个省市自治区进行了公路隧道LED照明系统试运行，并先后获得了多方认可，这期间LED照明技术的应用进展表现在以下三个方面。

3.1 LED照明技术的科学化

在LED照明技术发展初期，其照明亮度和能耗并未优于传统照明技术，但通过科学技术人员的努力，如今的LED照明技术已经全方位超越传统照明，拥有了更好的实用性能，呈现出完全取代之势。因此，在LED技术不断发展和大量实践验证后，该技术仍会在现今科学技术的带动下持续进步，并使LED照明技术逐渐普及到全国各地的公路隧道，为社会塑造更好的公路隧道照明条件。

3.2 LED照明技术的智能化

自LED照明技术开始应用于公路隧道等工程照明后，便不断增强自身系统的智能化控制能力，在其控制系统内逐渐增加了亮度传感器、车辆密度传感器等关键部件，使LED照明技术已经实现了现阶段的亮度智能无级调光，在很大程度上摆脱了对专业操作人员的过度依赖。该系统可以根据公路隧道内的实际车流量、隧道外光照亮度和隧道具体结构自动执行1～256级无级调光，以达到所有光照条件下的照明需求，并使隧道内亮度变化更符合人眼视觉曲线，同时令照明系统整体能耗下降，满足社会对节能环保的要求。

3.3 LED照明技术的实践化

任何照明技术的进步都需要以大量实践检验为基础。公路隧道LED照明技术发展初期，尽管经过了大量的实验室验证，但真正将其投入真实环境实践后仍暴露并改进了诸多问题，例如LED灯具散热问题。公路隧道LED灯具仍处于不断实践与完善的过程，通过将LED灯具持续投入适当的实践中，才能更加充分开发LED灯具的潜能。从发展的角度来看，一方面公路隧道LED照明技术的应用推动了该技术的实践化，另一方面LED照明技术的实践化也促进了该技术的应用推广，二者相互促进，这也是该技术在公路隧道照明建设中应用发展的必然趋势。

4 结束语

本文阐述了LED照明技术在照明性能参数和智能化控制系统方面的巨大优势，并在此基础上分析了LED照明技术在公路隧道应用中面临的配光、散热和电源三个主要问题，总结出了LED照明技术在科学化、智能化和实践化方面的应用进展。尽管当前应用于公路隧道照明的LED照明技术还不完善，但该技术凭借其相对于传统照明技术的优势，对于未来公路隧道照明技术的发展具有重要意义。

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2095－6835（2019）03－0104－02

U453.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.104

〔编辑：严丽琴〕