LED光源在隧道照明中應用的技術性分析

　　(1)分段式照明

　　分段式照明是隧道照明最顯著的特點。這是由于白天隧道內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時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，隧道照明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。

(2)加強照明

　　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照明。同時，對于應急停車帶和連接通道處的照明也有相應的照明要求。

　　(3)避免/煙霧效應

　　由于隧道內部通風條件的限制，汽車排出的廢氣不易快速稀釋，容易產生集聚形成煙霧，從而產生/煙霧效應0。因此，在隧道照明設計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，我國現(xiàn)行的行業(yè)標準5公路隧道通風照明設計規(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)光源的使用壽命應不小于10000h；

　　(4)燈具的防護等級應不低于IP65；

　　(5)燈具應具有適合公路隧道特點的防眩裝置；

　　(6)燈具結構應便于更換燈泡和附件；

　　(7)燈具零部件應具有良好的防腐性能；

　　(8)燈具配件安裝應易于操作，并能調整安裝角度；

　　(9)燈具不得侵入隧道建筑界限；

　　(10)中間段的燈具布置應滿足低于2.5Hz或高于15Hz的閃爍頻率。

　　3、LED光源在隧道照明中的機遇與挑戰(zhàn)

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

　　(1)具有良好的光學性能

　　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、體積小，在LED封裝時就可以進行配光設計，通過科學合理的二次光學設計，LED隧道燈則可實現(xiàn)高于高壓鈉隧道燈的有效發(fā)光效率。

　　在使用壽命上，雖然在實際應用中，由于封裝技術等方面的影響，LED光源很難達到100000h以上的理論壽命，但現(xiàn)階段仍有20000h左右的實際使用壽命，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光源可以達到80以上的顯色指數(shù)，應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速度，避免交通事故。同時，白光LED光源的色溫也可以根據(jù)需求進行定制，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，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，同時配合良好的二次光學設計，則可以大大提高隧道路面的亮度均勻度和目標可見度。

　　3)避免頻閃效應

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

　　4)增強視覺引導性

　　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性，如圖2所示。

從上面所述可以看出，LED隧道燈通過科學的設計和布置，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量。

　　(3)有利于隧道照明的智能無級控制

　　在隧道照明標準中規(guī)定，應根據(jù)洞外亮度和交通量變化分級調整入口段、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)主要是靠關閉部分光源來達到調光要求，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量，容易產生/斑馬效應0。

　　而LED光源由于具有良好的亮度可調性，因此，可以實現(xiàn)按需照明、亮度無級控制。LED隧道燈的無極調光性能是其最大的優(yōu)勢與亮點之一，若結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)隧道洞外實際亮度變化對洞內加強照明進行實時調節(jié)控制，下半夜則根據(jù)交通量的變化同步調節(jié)隧道的基本照明亮度，并不會產生/斑馬效應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，安裝時采用模塊式安裝，無需多余配線，安裝簡便。

　　LED隧道燈在維護方面也要優(yōu)于傳統(tǒng)光源的隧道燈。傳統(tǒng)光源的隧道燈達到壽命期限時就必須進行整個燈具的更換，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。同時，由于LED光源的壽命長，意味著無需經常進行更換，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，且正在隧道照明領域推廣，但LED光源在隧道照明普及和應用方面仍需面臨以下一些挑戰(zhàn)。

　　(1)價格高

　　價格高是LED推廣應用不可回避的問題，尤其是大功率型LED光源的價格較高。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