LED照明燈具在公路隧道中的應用研究

　摘要：公路隧道近幾年來建設規模日益擴大，在隧道建設迅速發展的同時，公路隧道照明的高成本投入和高運營費用，制約了公路隧道的發展。為了滿足日益擴大的隧道建設的迅速發展，研究了隧道照明的相關內容，以節約運營成本。結合某高速公路隧道照明的實例，研究了LED 照明的優點，應用于公路隧道的優勢，并對LED 照明燈具和普通高壓鈉燈進行了比較分析，表明LED 照明是一種非常節能的綠色照明，也為解決隧道照明提供了一種全新的思路。

　　公路隧道是公路結構中的地下構造物，與洞外明亮的道路不同。白天車輛駛入洞內，由于亮度驟降，人的視覺反映滯后形成“黑洞效應”，很難辨別洞內情況；而車輛駛出隧道時，形成了“白洞效應”，造成強烈眩光。

　　夜間的情況和白天正好相反。這種由于洞內外亮度差異大，進入或駛出隧道時，人眼需要適應時間，即產生“適應的滯后現象”。為了解決隧道洞口亮度由亮到暗或由暗到明的視覺適應過程，讓司機能清楚地辨認洞內路面上的目標或物體，消除視覺和心理障礙，不影響行車安全?！豆匪淼涝O計規范》（ JTG D70—2004） 規定：長度＞ 100 m 的隧道應設置照明。公路隧道照明就是為了創造洞內良好的工作視覺環境質量，確保在白天和夜間行駛的車輛以設計速度安全地接近和穿越隧道。

　　白光LED（ Light Emitting Diode，簡稱LED） 燈具是21 世紀引人矚目的綠色光源，是一種功耗低、壽命長、抗振動、無輻射的節能環保型光源。自1998 年以來，在短短的幾年中全球半導體與照明領域掀起一股白光LED“熱潮”，使白光LED 技術不斷創新和飛速發展，LED 的發光強度和穩定性得以大幅度提高。

　　1 LED 的工作原理及優點

　　1. 1 LED 燈的工作原理

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

　　1. 2 LED 燈具的優點

　　LED 燈具無頻閃、無輻射，是典型的綠色照明，更是護眼新光源。LED 不靠鎢絲發光，而是以特殊半導體P-N 材質制成。通過電子運動而發光。其光譜中沒有紫外線和紅外線，因而不會有閃頻和輻射，對眼睛起到保護作用。其主要優點集中在以下幾點：

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

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

　　3） 壽命長。LED 利用固態半導體芯片將電能轉化為光能，外加環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊，LED 單管壽命10 萬h，光源壽命在2 萬h 以上，按每天工作12 h 壽命也在5 年以上。

　　4） 可靠耐用，便于長途運輸。由于體內無鎢絲以及玻璃殼等易損部件，基本不受運輸影響，正常報廢率很小，維護費用極低。

　　5） 起動響應快、無黑頭、免除頻換燈管之煩。LED起動響應極快，因而電流對其沖擊甚微。而普通白熾燈或節能管受起動電流的作用，燈頭很易發黑而需更換。

　　6） 由于LED 管是由十多只或幾十只組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，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，有利于環境保護。