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LED光源在隧道照明中應(yīng)用的技術(shù)性分析

作者: 時(shí)間:2011-07-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
24h不間斷照明,而且白天照明要比夜間照明更復(fù)雜。因此,具有以下一些特點(diǎn):

  (1)分段式照明

  分段式照明是最顯著的特點(diǎn)。這是由于白天隧道內(nèi)部與外部道路的光環(huán)境發(fā)生了很大的變化,視覺需要有一定的適應(yīng)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良好的視覺過渡,被分為幾個不同的照明段:入口段、過渡段、中間段和出口段,且每個照明段的路面亮度水平要求不同,如圖1所示。其中入口段、過渡段的路面亮度水平則需要根據(jù)隧道洞外亮度來確定。

LED光源在隧道照明中應(yīng)用的技術(shù)性分析

(2)加強(qiáng)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、過渡段及出口段的照明基本是由基本照明和加強(qiáng)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(qiáng)照明。同時(shí),對于應(yīng)急停車帶和連接通道處的照明也有相應(yīng)的照明要求。

  (3)避免/煙霧效應(yīng)

  由于隧道內(nèi)部通風(fēng)條件的限制,汽車排出的廢氣不易快速稀釋,容易產(chǎn)生集聚形成煙霧,從而產(chǎn)生/煙霧效應(yīng)0。因此,在隧道照明設(shè)計(jì)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(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)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、柴油車較少的城鎮(zhèn)附近隧道、應(yīng)急停車帶、人行橫通道、車行橫通道可選用顯色指數(shù)較高的光源;

  (3)光源的使用壽命應(yīng)不小于10000h;

  (4)燈具的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65;

  (5)燈具應(yīng)具有適合公路隧道特點(diǎn)的防眩裝置;

  (6)燈具結(jié)構(gòu)應(yīng)便于更換燈泡和附件;

  (7)燈具零部件應(yīng)具有良好的防腐性能;

  (8)燈具配件安裝應(yīng)易于操作,并能調(diào)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(yīng)滿足低于2.5Hz或高于15Hz的閃爍頻率。

  3、在隧道照明中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

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

  (1)具有良好的光學(xué)性能

  在發(fā)光效率上,雖然現(xiàn)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(qiáng)、體積小,在LED封裝時(shí)就可以進(jìn)行配光設(shè)計(jì),通過科學(xué)合理的二次光學(xué)設(shè)計(jì),LED隧道燈則可實(shí)現(xiàn)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(yīng)用中,由于封裝技術(shù)等方面的影響,LED光源很難達(dá)到100000h以上的理論壽命,但現(xiàn)階段仍有20000h左右的實(shí)際使用壽命,仍然滿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(dá)到80以上的顯色指數(shù),應(yīng)用于隧道照明可以使駕駛員具有更好的清晰度和可見度,大幅度提高識別能力和反應(yīng)速度,避免交通事故。同時(shí),白光LED光源的色溫也可以根據(jù)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(tǒng)光源來說,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(shù)量,降低成本。而對于隧道照明來說,雖然燈具的安裝無須增設(shè)燈桿,但由于傳統(tǒng)小功率光源光效相對較低,且需要增加燈具的數(shù)量,因此,也盡可能選用功率大的光源。

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

  1)避免眩光

  由于降低了單個隧道燈的功率,其亮度就會降低,從而避免在行車過程中,特別是在逆光照明條件下由于光源過亮所產(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(xiàn)燈具之間的/暗區(qū)0,同時(shí)配合良好的二次光學(xué)設(shè)計(jì),則可以大大提高隧道路面的亮度均勻度和目標(biāo)可見度。

  3)避免頻閃效應(yīng)

  頻閃效應(yīng)(flickereffect)是駕駛時(shí)通過明暗周期性變化照明所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。閃爍頻率(即頻閃效應(yīng)的頻率)f=v/s(其中v為車速,s為燈具之間距離)應(yīng)滿足低于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(yīng)所帶來的不舒適現(xiàn)象。

  4)增強(qiáng)視覺引導(dǎo)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引導(dǎo)性,如圖2所示。

LED光源在隧道照明中應(yīng)用的技術(shù)性分析

從上面所述可以看出,LED隧道燈通過科學(xué)的設(shè)計(jì)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級控制

  在隧道照明標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,應(yīng)根據(jù)洞外亮度和交通量變化分級調(diào)整入口段、過渡段和出口段的照明亮度。傳統(tǒng)的隧道光源(高壓鈉燈和金鹵燈)主要是靠關(guān)閉部分光源來達(dá)到調(diào)光要求,這種方式一方面會增加燈具數(shù)量和照明回路,另一方面還會降低隧道照明質(zhì)量,容易產(chǎn)生/斑馬效應(yīng)0。

  而LED光源由于具有良好的亮度可調(diào)性,因此,可以實(shí)現(xiàn)按需照明、亮度無級控制。LED隧道燈的無極調(diào)光性能是其最大的優(yōu)勢與亮點(diǎn)之一,若結(jié)合智能化照明控制系統(tǒng),采用隧道照明的智能無級控制,則白天可以根據(jù)隧道洞外實(shí)際亮度變化對洞內(nèi)加強(qiáng)照明進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制,下半夜則根據(jù)交通量的變化同步調(diào)節(jié)隧道的基本照明亮度,并不會產(chǎn)生/斑馬效應(yīng)0,有效避免過度照明,在滿足安全舒適的前提下最大限度地節(jié)約照明能耗。

  (4)安裝維護(hù)方便

  LED隧道燈是通過多個LED光源組裝成的模塊拼裝起來的,安裝時(shí)采用模塊式安裝,無需多余配線,安裝簡便。

  LED隧道燈在維護(hù)方面也要優(yōu)于傳統(tǒng)光源的隧道燈。傳統(tǒng)光源的隧道燈達(dá)到壽命期限時(shí)就必須進(jìn)行整個燈具的更換,而LED隧道燈由于采用的是模塊式,一旦出現(xiàn)個別光源熄滅的現(xiàn)象,只需更換其中的那個模塊,而不會造成整個燈具無法使用,從這個角度來看,LED隧道燈也存在節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),由于LED光源的壽命長,意味著無需經(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(fèi)用。

  雖然LED光源在隧道照明中比傳統(tǒng)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(yīng)用方面仍需面臨以下一些挑戰(zhàn)。

  (1)價(jià)格高

  價(jià)格高是LED推廣應(yīng)用不可回避的問題,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



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