1、1对隧道照明节能设计使用 LED 灯的几点看法摘要:随着能源的不断消耗，资源的日益匮乏，温室效应对人类的危害日趋显著，大气环境对地球的污染越来越严重，国际上要求节能降耗的呼声越来越高，节约能源成为各国工作的重中之重。为此，我国早在 1996 年就正式启动绿色照明工程，提出照明工程要节约资源，防止污染，造福后代。本文以隧道道路照明为例，就电气设计方面，对隧道照明节能设计的要求及存在的问题进行探讨，供同行参考。 关键词：节能；电气设计；隧道照明；LED 灯应用 中图分类号：TU731.4 文献标识码： A 文章编号： 城市已经在使用节能灯，这远远还不够！而城市道路照明还在使用高能耗的高压钠灯照明又
2、加重了能耗。随着城市照明向低碳照明发展，具有安全、节电、长寿命、无二次污染等优点的 LED 产品应运而生，并向各行业特别是照明行业大力发展，本文针对 LED 隧道灯，在隧道的照明设计和运用中谈几点看法：1、需满足以下节能原则 突出公路隧道对节能灯具的要求； 应具有国内先进水平； 选用国内自主研发生产的、成熟的 LED 灯具和零部件； 满足系列化、标准化、通用化要求； 2 适用于各种公路隧道节能改造。 2、前期对隧道照明设计的分析 隧道照明不同于一般道路照明，有其明显的特殊性和重要性，对隧道的交通安全起着至关重要的作用。介绍隧道照明的主要特点、影响隧道照明因素以及应注意的问题。况且隧道照明不同于
3、其它道路照明，存在以下几种特殊的视觉问题： 进入隧道前（白天）：由于隧道内外的亮度差别极大，因此从隧道外部去看，照明很不充分的隧道入口会看到“黑洞”现象。 进入隧道后（白天）：汽车由明亮的外部进入即使不太暗的隧道以后，要经过一定时间才能看清隧道内部的情况，这称为“适应滞后”现象。 隧道出口处：在白天，汽车穿过较长的隧道接近出口时，由于通过出口看到的外部亮度极高，出口看上去是个“亮洞” ，会出现极强的眩光，驾驶员感到极不适应；夜间与白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，这样驾驶员就看不清外部道路的线型及路上的障碍物。以上这几种特殊的视觉问题给隧道照明提出了较高的要求。有效解决这些视觉问题
4、， 可从以下几方面着手： 隧道照明一般划分为引入段、适应段、过渡段、内部基本段和出口段等五个区段照明(单向通行)，其每个区段照明的作用是：(1)引入段：消除“黑洞”现象，使驾驶员在洞口处能辨认障碍物;(2)适应段：进入隧道后，驾驶员能很快适应并消除“黑洞”现象;(3)过渡段：驾驶员逐3渐适应隧道内部照明;(4)基本段：隧道内部基本照明;(5)出口段：在白天，使驾驶员能逐渐适应出口处的强光，消除“亮洞”现象;在夜间，使驾驶员能在洞内看清外部道路的线型及路上的障碍物，消除出口处的“黑洞”现象。 隧道照明的设计是以亮度作为衡量指标的。但在设计方案的计算当中，我们还必须引入照度的指标进行参考。照明要求
5、的亮度是分白天和夜间两种不同情况。隧道出口和入口的照明设计应达到一定的照度标准。在白天，隧道出口段的亮度和入口段的亮度，应比隧道内基本照明亮度值高;在夜间，则相反，应低于隧道内基本照明亮度值；当隧道外有路灯照明时，隧道内路面亮度值不得低于露天亮度值的 2 倍。在进行隧道照明设计时，我们参照了 GB7000.5-2005道路与街道照明灯具安全要求和 CJJ45-2006城市道路照明设计标准两个标准 表 1：入口照明区间长度及路面最低亮度标准： 照明渐变梯度图（白天）表 注： 上表是以隧道口部环境亮度为 4000cd/m2 为基本亮度拟定的，如果洞外亮度大于或小于 4000cd/m2 表值应乘以系
6、数 k0。K0=洞外环境亮度/4000 4 当洞口没有减光措施时，要考虑缩短或取代引入段。 当设计速度超过 80km/h 时应作专门研究。在白天，隧道出口段的照明亮度同入口段的照明亮度，应比隧道内基本照明亮度值高；在夜间，则相反，应低于隧道内基本照明亮度值，当隧道外有路灯照明时，隧道内路面亮度值不得低于露天亮度值的 2 倍。 表 2：隧道内部基本照明及夜间照明标准： 注： 平均照度换算系数：13（混凝土路面） ；22（沥青路面） 当设计车速超过 80km/h 时应作专门研究。 3、LED 型隧道灯具的选择与要求 为了把必要的视觉信息传递给司机，防止视觉信息不足而出现交通事故，从而保证行车的安全
7、性和提高舒适性。所以在光源的选择和应用都要科学合理！ 如某隧道设备工作的环境温度为-2050；环境相对湿度 5090%；电源电压变化范围在 190240V。因此必须根据当地的气候环境进行选择照明光源及灯具。 照明光源及灯具的选择是否适当是隧道照明质量有无保证的关键。隧道照明的光源，除应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、节能环保、寿命及工作特性、光色、显色性和控制配光的难易程度等要，还应5选择在汽车排烟形成的烟雾中仍 能保证有良好能见度的光源。选择照明器时应注意选择防护等级应达到 IP65 、尺寸合理、耐腐蚀性强、不易老化、防潮和防喷流的灯具。照明器应有较好的配光性能，避免眩光， 4、灯具的布
8、置要求 根据隧道的特殊环境及隧道行车视觉的要求，隧道照明设施可以采取以下措施： (1)洞外引道遮挡自然光的措施，在隧道外路段进行遮光处理，使接近隧道入口时的自然光逐渐减弱，遮光距离一般不少于 50 米，在隧道的入口处，尽量降低洞口外的亮度，以便使入口段增加亮度使用的灯具功率减少，有利于节约能源。遮光的方法可采用百叶天棚的方法降低洞口的亮度。此外，在洞外两侧植树也是比较经济的措施，越靠近洞口处植树越密，树冠也要大些，最好使之遮住天然光。 (2)针对隧道的要求，入口和出口段设计参照车速 60km/h 的标准，隧道内部参照车速 80km/h 的标准来进行照度模拟计算。实际设计的值还要高于该标准的要求
9、值。 (3)隧道照明灯具的布置，除考虑亮度分布外，还要考消除出入口“白洞”和“黑洞”效应的加强照明。虑闪光、诱导性、灯具维修方便，其布置形式主要有三种，即相对排列、交错排列和中央排列。为了避免灯具不连续直射光由侧面进入驾驶室造成“闪光”的不快感，应尽量不将灯具装在侧面，而装在隧道顶部两侧或中央，且安装高度应在路面以上 4-5m 间距 6-10m 为宜。灯具为两侧对称布灯，呈线形分布安装高度 4.8米和 5.3 米(增强照明灯具)。按设计标准的要求，一般情况下路面亮度6均匀度不应小于 0.35。 5、运用时，LED 灯与高压钠灯的性能优势 隧道灯综合性能对比： 6、LED 灯面临的问题与建议目前
10、，LED 灯运用还存在那些问题： (1)散热和光衰问题大功率 LED 光源本身的散热还有技术瓶颈；大功率 LED 光源和大功率 LED 驱动 IC 本身的物理散热技术还有待进一步改进，关于延缓光衰的问题，造成光衰的因素有很多，有散热问题，有内部结构问题，也有电压等内外部环境的问题，散热问题应是 LED 灯光衰的根源，不解决散热，也就没有根本解决光衰。(2)驱动电源寿命问题 LED 驱动电源不稳定是行业共识，正在拖 LED 照明生产企业后腿，因为驱动电源是 LED 路灯的重要部件，其故障将导致整灯的失效。由于户外工作的恶劣环境，其中电源部分元器件的寿命成为驱动电源甚至整个路灯的寿命瓶颈。以电解电
11、容为例，电解电容只有 15000 小时平均寿命，远低于LED 所谓的 50000 小时，不解决电解电容等电子元器件的寿命问题或另起炉灶，驱动电源寿命不可能超过钠灯镇流器的国家标称寿命，将永远成为 LED 路灯系统的一个短柄。(3)LED 照明标准尚不统一，特别是生产标准与其它光源（如高压钠灯、节能灯）有统一的技术标准，灯具、光源、电器方面通用性强，不同厂家之间的产品可以相互通用相比，LED 路灯在7产品规格方面缺少统一的技术标准，厂标、市标、省标各行其道，每个厂家按自己的厂方标准生产自己的产品，相互间难以通用。对存在的这些问题，我们的建议有： (1)节能要统筹、全盘地考虑节能实际上包括两个方面
12、：最大限度地减少地球资源的浪费、拓展新型可再生能源的利用空间。对于 LED 路灯来讲，省电不能只限于表面现象，节能要从整体、系统、全面地来看待，如果在其寿命周期内，在满足相关规范要求的前提下，其节约的能源（电费和相关人工、机械费可折合成相关能量）要超过制造其所消耗的能量，才是真正的节能，如果达不到只能是表面节能或与其讲是不节能。(2)标准与模块化国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会于 2008 年、2009 年和 2010 年相继颁发了GB19651.3、GB24819、GB19510.14 等 4 项有关 LED 灯的强制性国家标准和 GB/T24823、GB/T24824 等 7
13、 项有关 LED 灯的推荐性国家标准。这些标准为 LED 光源的规范生产和安全认证提供了有力的依据。 (3)沟通与理解绝大部分路灯维护部门对 LED 路灯不信任、排斥性较强，主要原因不外三个：第一、LED 路灯技术的不成熟，其次、路灯维护部门对 LED 路灯技术的不了解，第三、通过上级政府对路灯建设或维护部门施压，导致的抵触情绪。第 1 个原因，正在逐步攻克，第 2、3 个原因，各企业加强与路灯部门的联系，毕竟 LED 路灯以后将由他们来维护，当然路灯部门也需及时跟踪 LED 的最新发展，为其健康发展多提一些建议，减少对高新技术的畏难心理，迎接新一代光源的到来。(4)对于现阶段的 LED 路灯
14、，建议在政府扶持基础上，各生产企业加强核心技术的研8发，降低成本，同时要在模块化、通用性上下功夫，在市场方面多把目光投向景观照明、室内照明，以其所得利润来保证技术研发，而不能只寄希望于政府扶持，单靠政府的投入要形成一个健全的市场是很困难的；对于 LED 路灯，建议在小范围内试用，因为道路环境与试验室有着本质区别，另外也可减少不成功所带来的负面影响。(5)在 LED 路灯推广过程中，要根据 LED 技术的发展阶段，适时地在适当领域推广应用，不能操之过急，更不能一拥而上，特别是在功能性道路照明中，由于 LED 在技术上尚未成熟，更应该以试用的方式，以试用、慎用、缓用的态度不定期推进，这样才能促进 LED 路灯的良性发展。总之，道路照明是城市基础设施的重要组成部分，与人民生活息息相关。LED 路灯替换高压钠灯, 是今后道路照明的必然趋势。同时,随着 LED 技术的进步,特别是核心技术难题的逐步破解,因此,我们可以乐观地预见,LED 照明就是未来城市照明的必然趋势与选择。
