亮度智能LED控制卡系統(tǒng)在隧道中應用

1.照明系統(tǒng)LED控制卡方案

(1)基本照明控制

　　隧道內基本照明的特點是工作時間長，需全天24h照明。根據這一特點，在設計基本照明亮度時考慮了足夠的冗余量。由于LED的壽命較長，因此維護系數通常取0.85～0.9。而本項目將基本照明的設計亮度定為標準值的1.3倍，相當于0.77的維護系數。這一數值可使隧道基本照明強度在未來若干年內即使出現一定的光衰，也始終都能滿足規(guī)范要求。不難看出，燈具投入初期的亮度超出規(guī)范基本要求的30%，形成一定程度的過度照明。過度照明幾乎在所有新裝燈具中都是存在的。這是由光源的光衰，燈具易受污染以及光源亮度不可控特性所決定的。它使得現有的照明系統(tǒng)每年浪費了大量的電能。為了避免過度照明造成電能浪費，減小燈具的光衰，延長LED光源和驅動電源的壽命，我們在實際運營時，將基本照明的功率設定在額定功率的80%，即所有50W的基本照明燈具的輸出功率控制在40W。在未來的運營過程中，可根據燈具實際光衰情況，逐年遞增燈具的輸出功率，直至達到100%功率輸出。本隧道共布置50W的基本照明燈具40盞，合計功率2000W，如果燈具光衰為每年4%，則燈具各年的工作功率為第一年40W，第二年42W，以此類推，第六年為50W。其每日亮燈時間――功率關系曲線見圖(1)。在運營六年后，燈具的亮度就會低于規(guī)范要求。這種控制燈具輸出功率的方式是以每年4%的光衰為前提的。不同燈具，光衰也會各不相同。散熱處理得好，光衰會小于4%/年，處理得不好，光衰可能會遠大于4%，有的甚至高達20%。如果光衰為2%，那么基本照明可在滿足規(guī)范的亮度下連續(xù)運營長達11年。

　　下半夜車輛較少，根據規(guī)范要求可相應減小照明功率。我們將午夜23點到早晨5點這段時間的照明功率同步減少，使每盞燈的功率僅為20W，以后可逐年遞增。這種功率同步減半的方式并不改變原有的配光特性，同時也避免了單側或隔盞關燈所造成的“奔馬效應”。它不僅可用于隧道基本照明，還可廣泛應用于城市道路照明，在大型室內場所也將會有較好地應用。

(2)加強LED照明控制

　　隧道照明與道路照明不同，它除了設置貫穿于整個隧道的基本照明外，還需要在出入口附近設置用于白天照明的加強照明，且照明強度比基本照明高許多，以防止車輛駛入隧道時出現“黑洞效應”。我們在兩個入口段共布置了20盞150W的LED燈具，過度段共布置了18盞100W和10盞50W的加強照明燈。加強照明光源功率合計5.3kW，含電源功率為6.24kW。相對基本照明而言，功率已相當大。隧道照明的入口段和過度段的照明強度是根據洞外亮度乘以一個折減系數得來的。入口段亮度計算公式如下：

　　Lth=k?L20(S)

　　式中：Lth――入口段亮度(cd/m2);

　　k――入口段亮度折減系數;

　　L20(S)――洞外亮度(cd/m2)

　　從式中可以看出，洞外亮度的大小直接影響到洞內的照明強度。雖然我們在計算洞外亮度時，是按照夏天晴天中午的最大值來計算的，但一年中這一亮度出現的時間僅有百分之幾，其他大部分時間洞外亮度均在10%～60%之間變化，主要是因季節(jié)、天氣和時辰的不同而各異。展示出了隧道內不同光源的白天開燈功率與高壓鈉燈的設計功率之比，稱之為功率線。高壓鈉燈的每日開燈功率與設計功率之比，中間一條直線是恒定亮度的LED燈每日開燈功率與高壓鈉燈的設計功率之比，下面二條曲線分別是亮度可控型LED燈在夏至和冬至時白天的照明功率與高壓鈉燈的設計功率之比。各照明功率線下方的面積即為該燈當日的照明能耗比。其中恒定亮度的LED燈每日開燈功率與亮度可控型LED燈在夏至中午的照明功率差值為設計維護系數。采用恒定亮度的燈具，則隧道一年的絕大部分時間均處在過度照明狀態(tài)，電能浪費現象嚴重。通過積分運算可得LED無級調光系統(tǒng)在夏至和冬至這兩天的晴天照明能耗僅為高壓鈉燈的31%和21%;為恒定亮度LED燈的54%和37%，其他時節(jié)的能耗均在這之間。由此可以看出，公路隧道照明采用LED無級調光系統(tǒng)具有相當大地節(jié)能空間。本設計正是采用了亮度可控型LED隧道燈及其亮度智能無級控制系統(tǒng)來為隧道加強照明調光。不論隧道洞外亮度如何變化，該系統(tǒng)都能夠對其進行自動跟蹤，計算出洞內實際亮度需求并控制燈具輸出相應地光通量，實現了按需照明的目標，最大限度地節(jié)約了電能。