LED照明燈具在公路隧道中的應(yīng)用研究

　摘要：公路隧道近幾年來(lái)建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，在隧道建設(shè)迅速發(fā)展的同時(shí)，公路隧道照明的高成本投入和高運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，制約了公路隧道的發(fā)展。為了滿足日益擴(kuò)大的隧道建設(shè)的迅速發(fā)展，研究了隧道照明的相關(guān)內(nèi)容，以節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。結(jié)合某高速公路隧道照明的實(shí)例，研究了LED 照明的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于公路隧道的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)LED 照明燈具和普通高壓鈉燈進(jìn)行了比較分析，表明LED 照明是一種非常節(jié)能的綠色照明，也為解決隧道照明提供了一種全新的思路。

　　公路隧道是公路結(jié)構(gòu)中的地下構(gòu)造物，與洞外明亮的道路不同。白天車輛駛?cè)攵磧?nèi)，由于亮度驟降，人的視覺反映滯后形成“黑洞效應(yīng)”，很難辨別洞內(nèi)情況；而車輛駛出隧道時(shí)，形成了“白洞效應(yīng)”，造成強(qiáng)烈眩光。

　　夜間的情況和白天正好相反。這種由于洞內(nèi)外亮度差異大，進(jìn)入或駛出隧道時(shí)，人眼需要適應(yīng)時(shí)間，即產(chǎn)生“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”。為了解決隧道洞口亮度由亮到暗或由暗到明的視覺適應(yīng)過程，讓司機(jī)能清楚地辨認(rèn)洞內(nèi)路面上的目標(biāo)或物體，消除視覺和心理障礙，不影響行車安全?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTG D70—2004） 規(guī)定：長(zhǎng)度＞ 100 m 的隧道應(yīng)設(shè)置照明。公路隧道照明就是為了創(chuàng)造洞內(nèi)良好的工作視覺環(huán)境質(zhì)量，確保在白天和夜間行駛的車輛以設(shè)計(jì)速度安全地接近和穿越隧道。

　　白光LED（ Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED） 燈具是21 世紀(jì)引人矚目的綠色光源，是一種功耗低、壽命長(zhǎng)、抗振動(dòng)、無(wú)輻射的節(jié)能環(huán)保型光源。自1998 年以來(lái)，在短短的幾年中全球半導(dǎo)體與照明領(lǐng)域掀起一股白光LED“熱潮”，使白光LED 技術(shù)不斷創(chuàng)新和飛速發(fā)展，LED 的發(fā)光強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以大幅度提高。

　　1 LED 的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

　　1. 1 LED 燈的工作原理

　　LED 中文譯為“發(fā)光二極管”，是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件，具有二極管的特性。基本結(jié)構(gòu)為一塊電發(fā)光的半導(dǎo)體模塊，封裝在環(huán)氧樹脂中，通過針腳作為正負(fù)電極并起到支撐作用。發(fā)光二極管的核心部分是由P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體組成的晶片，在P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN 節(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（ 即兩端加上正向電壓） ，電子開始移動(dòng)和空穴（ 帶正電的離子） 結(jié)合產(chǎn)生輻射光。其光源在靠近PN 節(jié)接口毫米以內(nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長(zhǎng)取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見有紅、黃、綠、藍(lán)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過工作電壓（ 電流） 的大小來(lái)調(diào)節(jié)。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。目前不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到藍(lán)間不同波長(zhǎng)的光線，還有在藍(lán)光LED 上涂上熒光粉，將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為白光的LED。

　　1. 2 LED 燈具的優(yōu)點(diǎn)

　　LED 燈具無(wú)頻閃、無(wú)輻射，是典型的綠色照明，更是護(hù)眼新光源。LED 不靠鎢絲發(fā)光，而是以特殊半導(dǎo)體P-N 材質(zhì)制成。通過電子運(yùn)動(dòng)而發(fā)光。其光譜中沒有紫外線和紅外線，因而不會(huì)有閃頻和輻射，對(duì)眼睛起到保護(hù)作用。其主要優(yōu)點(diǎn)集中在以下幾點(diǎn)：

　　1） 發(fā)光效率高。LED 燈具有電壓低、電流小、亮度高的特性。一個(gè)10 ～ 12 W 的LED 光源發(fā)出的光能與一個(gè)35 ～ 150 W 的白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。同樣照明效果LED 比傳統(tǒng)光源節(jié)能80% ～ 90% ，是白熾燈的4 到8 倍。

　　2） 耗電量極小。在同樣亮度下，耗電量?jī)H為普通白熾燈的1 /8 到1 /10。

　　3） 壽命長(zhǎng)。LED 利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊，LED 單管壽命10 萬(wàn)h，光源壽命在2 萬(wàn)h 以上，按每天工作12 h 壽命也在5 年以上。

　　4） 可靠耐用，便于長(zhǎng)途運(yùn)輸。由于體內(nèi)無(wú)鎢絲以及玻璃殼等易損部件，基本不受運(yùn)輸影響，正常報(bào)廢率很小，維護(hù)費(fèi)用極低。

　　5） 起動(dòng)響應(yīng)快、無(wú)黑頭、免除頻換燈管之煩。LED起動(dòng)響應(yīng)極快，因而電流對(duì)其沖擊甚微。而普通白熾燈或節(jié)能管受起動(dòng)電流的作用，燈頭很易發(fā)黑而需更換。

　　6） 由于LED 管是由十多只或幾十只組成，即使個(gè)別損壞了也不會(huì)對(duì)正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時(shí)全燈熄滅，因此LED 燈的可靠性比高壓鈉燈的可靠性提高了許多倍。

　　7） 光源中不添加汞，有利于環(huán)境保護(hù)。