公路隧道LED照明技術的應用研究

任濤

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公路隧道LED照明技術的應用研究

任濤

（北京京東方能源科技有限公司，北京 100176）

在公路隧道中，LED照明技術相較于傳統照明技術具有很多技術優勢，針對性提出LED照明技術在公路隧道應用中存在的主要問題，并深入研究分析了LED照明技術在公路隧道中的應用進展。

LED照明技術；公路隧道；應用研究；智能化控制

隨著我國的基礎設施建設的快速發展，國內公路隧道在建和建成里程數也在飛速增長。當前國內多數公路隧道的照明設施為高壓鈉燈等傳統燈光系統，該類燈光系統普遍存在壽命低、耗電量高等問題，增加了不必要的政府公共設施支出，提高了公路隧道的運營成本，降低了經濟效益。因此，低能耗成為了選擇公路隧道照明系統的關鍵因素，而LED照明技術相對于傳統燈光系統可以有效地減少能源浪費，同時LED照明還具有壽命長、顏色可調、便于智能控制等眾多優勢，特別適合作為公路隧道的照明系統。

1 LED照明技術在公路隧道的應用優勢

1.1 LED照明的性能優勢

LED燈具和高壓鈉燈的區別如表1所示。

表1 LED燈具和高壓鈉燈的區別

項目高壓鈉燈LED燈具 配光性能差低 電器性能高壓安全低壓 使用壽命20 000 Hrs＞50 000 Hrs 功耗高低 啟動速度5～10 min0.01 s 頻閃有（交流驅動）無（直流驅動） 光衰大，30%（2 000 Hrs）很小，1%（2 000 Hrs） 顯色性差，Ra＜30好，Ra＞70 色溫色溫太低，偏黃不舒適色溫合適，感覺舒服 不良眩光眩光很強無不良眩光 光污染強無 發熱嚴重，＞300 ℃＜65 ℃ 燈罩發黑易（吸塵）無（防靜電） 燈罩老化發黃很快不會 耐震性能差，玻璃易碎優秀，無易碎件 環境污染含鉛等污染元素無 維護成本高幾乎免維護 實際功耗隨電壓升高不斷升高幾乎不隨電壓變化

從表1明顯看出LED燈具存在以下優勢：①LED燈具具備明顯經濟優勢。LED燈具憑借其更高的能量轉化率，可以在同樣亮度的情況下消耗更低的電能。同時LED燈具后期維護成本明顯低于高壓鈉燈，LED燈具更高的使用壽命也帶來了一定的經濟優勢。②LED燈具性能更可靠。LED燈結構穩固，抗振動和磕碰能力較好，同時具有良好的密封性和耐潮濕性。另外，LED燈具使用安全低壓，工作過程發熱更小。

1.2 LED照明智能化控制系統的優勢

相對于高壓鈉燈等傳統照明系統，LED照明智能化控制系統有明顯優勢。通過使用該系統可有效降低人力運維成本，避免人為失誤，使燈光系統更精準、高效。傳統燈具的系統控制方式主要是在施工區域內調整燈具的功率和安裝距離，并配合人為控制電路通斷。該控制方式不僅對專業技術人員依賴程度較高，同時傳統燈具無法依據周圍環境變化來主動改變光照亮度，導致浪費過多能源。而LED照明智能化控制系統則可以憑借其系統內的多種傳感器和控制器，針對不同的環境自動調節光線強度，使公路隧道內的光照條件達到最佳，高效精準控制光照強度，在降低能耗的同時增強了道路的安全性。

2 LED照明技術在公路隧道應用中面臨的主要問題

2.1 LED照明技術的配光問題

設計部門需要根據公路隧道的實施情況，結合其具體結構分配布置LED燈具，并為每組燈具設置合適的光束角度，避免公路隧道內出現炫光的同時最大限度提高光照利用率，并使整體照明的均勻度更高；另一方面，在對公路隧道內LED光源完成一次分配時，還可以通過為LED燈具設計特殊光學透鏡或反射罩的方式，實現光源的二次優化。而由于國內LED領域對二次光源設計方面關注度不足，導致當前國產LED燈具的光學透鏡或反射罩相對簡單，未能將LED燈具的巨大潛能充分釋放出來。因此，公路隧道內使用LED照明技術需要充分考慮配光問題。

2.2 LED照明技術的散熱問題

高溫會顯著降低LED燈具的使用性能，具體表現為：①電流電壓不變的情況下，光照亮度降低；②高溫會導致LED燈光的顏色出現變化；③高溫顯著降低其使用壽命。

而LED燈具性能的穩定性直接關系到公路隧道運營的安全性，因此公路隧道中的LED燈具必須充分考慮其散熱問題。現今工程建設中使用的LED燈具通常有以下散熱方式：①熱管散熱，即以熱管為散熱結構發散熱量。該方式雖然散熱效果好、性能可靠，但價格高昂且外形不美觀。②自然散熱，即完全依靠自然風對其進行降溫。該方式制造維護費用低、結構可靠。③強制散熱，即在系統內安裝風扇對LED進行降溫。該方式雖然散熱能力最強，卻具有費用高、可靠性差、依賴后期維護等弊端。所以應根據公路隧道的實際情況合理選擇LED燈具的散熱方式。

2.3 LED照明技術的電源問題

為實現LED照明系統的亮度自動調控功能，要求LED照明系統的電源不僅可以識別以上控制信號，還可以在一定區間內自由調整輸出電流。LED燈具具有很陡的正向伏安特性，當其電路電壓出現輕微改變時便會引起電流大幅升高或降低，進而導致燈具的光照強度、顏色、性能等方面顯著衰弱，因此LED照明系統具有一個穩定、可靠的電源具有重要意義。面對LED照明系統對電源提出的要求，在電源開發過程中應持續加強部件的穩定性和可靠性，并加強控制、檢測等在內的集成化設計，以此優化電源問題。

3 LED照明技術在公路隧道中的應用進展

我國已經在云南、重慶等多個省市自治區進行了公路隧道LED照明系統試運行，并先后獲得了多方認可，這期間LED照明技術的應用進展表現在以下三個方面。

3.1 LED照明技術的科學化

在LED照明技術發展初期，其照明亮度和能耗并未優于傳統照明技術，但通過科學技術人員的努力，如今的LED照明技術已經全方位超越傳統照明，擁有了更好的實用性能，呈現出完全取代之勢。因此，在LED技術不斷發展和大量實踐驗證后，該技術仍會在現今科學技術的帶動下持續進步，并使LED照明技術逐漸普及到全國各地的公路隧道，為社會塑造更好的公路隧道照明條件。

3.2 LED照明技術的智能化

自LED照明技術開始應用于公路隧道等工程照明后，便不斷增強自身系統的智能化控制能力，在其控制系統內逐漸增加了亮度傳感器、車輛密度傳感器等關鍵部件，使LED照明技術已經實現了現階段的亮度智能無級調光，在很大程度上擺脫了對專業操作人員的過度依賴。該系統可以根據公路隧道內的實際車流量、隧道外光照亮度和隧道具體結構自動執行1～256級無級調光，以達到所有光照條件下的照明需求，并使隧道內亮度變化更符合人眼視覺曲線，同時令照明系統整體能耗下降，滿足社會對節能環保的要求。

3.3 LED照明技術的實踐化

任何照明技術的進步都需要以大量實踐檢驗為基礎。公路隧道LED照明技術發展初期，盡管經過了大量的實驗室驗證，但真正將其投入真實環境實踐后仍暴露并改進了諸多問題，例如LED燈具散熱問題。公路隧道LED燈具仍處于不斷實踐與完善的過程，通過將LED燈具持續投入適當的實踐中，才能更加充分開發LED燈具的潛能。從發展的角度來看，一方面公路隧道LED照明技術的應用推動了該技術的實踐化，另一方面LED照明技術的實踐化也促進了該技術的應用推廣，二者相互促進，這也是該技術在公路隧道照明建設中應用發展的必然趨勢。

4 結束語

本文闡述了LED照明技術在照明性能參數和智能化控制系統方面的巨大優勢，并在此基礎上分析了LED照明技術在公路隧道應用中面臨的配光、散熱和電源三個主要問題，總結出了LED照明技術在科學化、智能化和實踐化方面的應用進展。盡管當前應用于公路隧道照明的LED照明技術還不完善，但該技術憑借其相對于傳統照明技術的優勢，對于未來公路隧道照明技術的發展具有重要意義。

［1］代明，孫巧燕，王紅燕.福建高速公路隧道LED照明系統節能技術應用研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2015（7）.

［2］劉曉陽.高速公路隧道LED照明節能技術研究［J］.裝飾裝修天地，2015（6）.

［3］田登.公路隧道LED照明無級智能調光系統［J］.中國交通信息化，2016（5）：129-132.

2095－6835（2019）03－0104－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.104

〔編輯：嚴麗琴〕