基于LED的隧道智能照明技术方案研究

　　基于目前高速公路隧道照明耗费的电能巨大，特别是在中国的西部地区，隧道多、车流量不大，夜间更少，由此造成了大量的电能浪费。为此结合西部的实际情况，提出了一套新的公路隧道照明应用方案，采用LED 灯结合分段控制技术，通过模拟隧道的实验实现了亮度智能控制、照明随车的移动而改变、最大限度节能的目的。

　　在哥本哈根世界气候大会上温家宝总理代表中国承诺，到2020 年，二氧化碳/GDP 总值比要在2005 年的基础上降低40%~45%.中国多山，山区面积占全国总面积的2/3，给交通建设带来很大的不便，截止2009 年底全国公路隧道多达6 139处，其中特长隧道190 处，长隧道905 处，隧道照明上所耗费的电能相当巨大。为此我们对高速公路隧道照明方法展开研究。

　　1 隧道照明设计要领

　　白天驾驶员驾驶车辆从隧道外接近、进入和通过隧道的过程中，如果隧道没有照明装置，由于隧道内外亮度差别极大，入口处将呈现一个"黑洞"，出口处则看到一个"亮洞";夜间驾驶员行车进入和通过有照明系统的隧道，情况就又刚好相反，这些现象都会引发安全事故。为此，《公路隧道通风照明设计规范》制定了相关的规范，对入口段、过渡段、中间段、出口段的亮度做了详细的规定，相关规定如下：

　　1）入口段亮度需求Lth（cd/m2）

　　式中k 为折减系数，L20（S）为洞外亮度（cd/m2）

　　2）过渡段亮度需求

　　照明段TR1的亮度Ltr1如下：

　　照明段TR2的亮度Ltr2如下：

　　照明段TR3的亮度Ltr3如下：

　　3）中间段亮度Lin，如表1 所示。

　　表1 中间段亮度规范

　　4）出口段亮度。

　　亮度取中间段亮度的5 倍。

　　夜间照明分两级控制：交通量较大时，亮度与中间段亮度Lin相等；交通量较小时，亮度为0.5Lin但不小于1 cd/m2。

　　2 LED 智能灯的设计方案

　　2.1 隧道中LED 智能灯具照明与传统灯具照明的比较

　　1）传统的隧道照明方案

　　传统的隧道照明方案为了做到节能， 通常采用4 级照明，即晴天、云天、阴天和重阴天4 种照明模式，这种控制方式一般采用的都是控制亮灯的数量和位置来达到分级照明的目的。采用的灯也是传统的高压钠灯，由于高压钠灯光源的功率规格通用型只有100 W、150 W，250 W 和400 W 几种，而许多高速公路隧道基本照明灯具仅需40~120 W 即可，但目前隧道的基本照明通常选用100 W、150 W 或更高的高压钠灯［3］，普遍存在过度照明，或要人工控制的问题。

　　在设计灯具功率时，必须要考虑一定的维护系数，这样才能确保在实际的运营过程中当灯具光源亮度衰减和灯具受到污染而使亮度下降30%以上时，其照明的强度依然能够满足规范的要求。

　　在《公路隧道通风照明设计规范》中规定，维护系数取0.7，如某隧道实际需要80 W 的灯具，那么设计的时候灯具功率最少要选115 W;同时还要考虑到灯具会随着时间的推移，自身会有损耗，为了确保灯具能符合设计规范，就必须有一定的冗余量，一般取1.7 倍，那么设计的时候灯具功率就要高于136 W，于是选用150 W 的高压钠灯。

　　2）LED 智能灯具照明方案

　　LED 有发光效率高、寿命长、易控制等特点。如某隧道实际需要80 W 的灯具， 用LED 智能灯就可以控制成80 W 的规格，避免过度照明。根据隧道外的亮度智能化控制隧道内LED 灯的照明亮度，特别是入口段、过渡段这两段的亮度调节， 即根据隧道的设计行车速度来设计该路段需要多亮，照明灯具就控制多亮（LED 智能灯也必须有一定的冗余量），以避免过度照明，这样可以节约电能，减少污染排放。