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浅谈大功率LED隧道灯的应用分析

作者:电竞app 发布时间:2021-02-16 17:44

  近年来,为了保持国民经济的持续健康发展,国家加大了基础设施建役方面的投入,如铁路、公路的建设。这样的质量, 同时也为了适应隧道营运管理的可持续发展,结合隧道特殊的照明环境和观感视觉,寻找合理新型照明理论和技能光源就显得十分必要。

  目前隧道照明大都是采用高压钠灯作为光源,但是高压钠灯在辐射形式、显色性、视觉敏感特性、功率规格、亮度控制等方面均存在许多不足,而新兴的LED隧道照明灯具以其优异的性能,特别是亮度的可控性,克服了高压钠灯的诸多不足,正在成为当今世界隧道照明的主流灯具。国家还出台了“十城万盏”半导体照明工程的新举措,为LED隧道灯的发展带来了前所未有的机遇。

  LED(Light Emitting Diode)即发光二极管,是一种半导体发光技术。最早研制的LED 只能发出红色的光,用于电子设备中的指示灯。随着技术的发展,如今LED 灯已能发出各种颜色的灯光,并广泛应用于多类行业,主要应用市场包括传统的显示屏和信号灯市场、背光源市场、路灯、隧道灯、汽车照明市场、室外景观照明和室内装饰照明市场、特种照明灯市场。LED 作为隧道灯光源具有其独特的优势。

  (1)LED 隧道灯功耗小、节能,与传统的高压钠灯相比,其能耗节省超过40%。

  (2)LED 隧道灯寿命长,在理想状态下有10 万h,而高压钠灯和荧光管的寿命只有1 万~3 万h。

  (3)LED 隧道灯可靠性高,日常的养护和维修费用低,平均无故障工作时间(MTBF)高达2 万h,而高压钠灯和荧光管的平均无故障工作时间(MTBF)不到1 万h。

  (4)降低了配电系统(电缆、变压器、配电箱、桥架等)的建设成本,对于长隧道、远距离供电的情况,电缆、配电设施所占成本的比例尤其大,采用LED 隧道灯由于节电可以大大降低电缆和配电设备等的投资。

  (5)LED 隧道灯能实现瞬间启动,便于亮度调节,具有无频闪、启动电压范围宽等优点,可以实现多种节能方式,如根据道路、隧道的车流量智能调节照度等。

  (6)高压钠灯、荧光灯、无极灯中含有汞、铅等化学性污染物,而LED 隧道灯光源不含化学污染性物质,是绿色环保的光源。

  (1)隧道内不管是白天或夜间均需设置基本照明。白天车辆进入隧道时,路面亮度应逐渐下降,使司机的视觉有一个适应过程,将入口段分为引入段、适应段和过渡段。

  (2)确定引入段、适应段和过渡段的长度(S),通常按车速(V)以T=2s 的适应时间来确定,可用S=VT/3.6m 来估算;出口段也应设过渡照明,在双向交通情况下和入口段相同。

  (3)夜间出入口不设加强照明,洞外应设路灯照明,亮度不低于洞内基本亮度的1/2;隧道内应设应急照明,其亮度不低于基本亮度的1/10。

  (4)根据中国JTJ 026-90《公路隧道设计规范》中的规定,隧道入口照明区间长度及路面最低亮度标准按如表1 要求设计。

  LED 单瓦流明输出是决定LED 隧道灯是否具有实用价值的基本指标, 根据要求,LED 隧道灯所用LED 的单瓦流明数应达到80 流明以上, 在经过近三年LED 的发光效率的高速发展后,现阶段可大批量供货的LED 光效已达90lm/W 以上,且亮度还在不断地提高。表2 提供了代表目前国际最前沿的几大厂商的已量产大功率1W 白光LED 的主要技术参数。可采用OSRAM 厂商LUWW5AM 为设计光源,利用LED光源有多种不同色温可供选择的特点,选取跟日光相近色温4000~6000K 的LED 光源,能有效减少“亮洞”和“黑洞”效应。

  根据隧道照明要求, 依不同照明段采用不同的配光灯具,根据光学原理和LED 光源高指向性的特点,采用合理的配光,在满足亮度或照度要求的情况下,降低灯具的功率,达到节能的目的。

  (1)隧道进口段的引入段、适应段和过渡段以及出口段采用不对称照明配光(逆光照明),在相同的照度条件下,与普通照明相比较,能够提高路面亮度121%,同时,利用了高指向性的优势,严格控制大角度方向的光强,消除大部分眩光。

  (2)在隧道的基本段,目前常见的配光分布型式有聚光型配光、侧射型配光、朗伯型配光等。不同的应用场合适用不同的配光形式,例如:道路照明宜选用蝙蝠翼型配光、射灯宜选用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性,隧道照明中灯具的排布密度非常高,所以在隧道照明中对灯具的二次配光形式不同于一般的道路照明。在隧道照明中蝙蝠翼型配光、朗伯型配光都可以满足照度均匀度的要求,这主要是由于隧道照明中灯距比较小。图1 给出了两款LED 隧道灯的C0 方向配光图,左边为道路照明以及隧道照明中比较常用的蝙蝠翼型配光,右边为朗伯型配光。采用蝙蝠翼配光,即宽光带对称照明配光,在相同的照度条件下,与普通照明相比较,能够提高路面亮度64%,提高路面亮度均匀度。

  LED 是个光电器件,以目前处于世界前沿的大功率LED来说,其工作过程中也只有15%~20%电能转换成光能,其余大部分的电能转换成热能, 使LED 的温度升高。另一方面,LED 的流明输出随着LED 结温的升高而降低,而LED 寿命随着结温升高而缩短。所以,LED 的散热处理得好不好将直接关系到隧道灯具的使用效果和寿命。

  目前大功率LED 的散热主要有三种方式: ①自然散热、加装风扇强制散热及热管加散热鳍片技术等。自然散热利用自然对流和热辐射,结构可靠,易于做防水,但是对灯体本身的结构设计要求高。②加装风扇强制散热主要利用强制对流实现散热,热散速度快,但是成本和噪音高,难做防水。③热管加散热鳍片技术主要利用热管将LED 所产生的热量迅速传导至散热鳍片而达到散热的目的,无运动部件,系统稳定,但是成本相对高。

  由于隧道与一般道路相比,有其独特的性质,我们采用热管加散热鳍片技术的方式进行散热处理, 热通道垂直设计,实现模块化方式散热,使LED 结温保持在70℃以下,保证LED 长时间低光衰下稳定的工作, 提高灯具的维护系数,节约维护成本。


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