亮度智能LED控制卡系統(tǒng)在隧道中應(yīng)用

1.照明系統(tǒng)LED控制卡方案

(1)基本照明控制

　　隧道內(nèi)基本照明的特點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng)，需全天24h照明。根據(jù)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)基本照明亮度時(shí)考慮了足夠的冗余量。由于LED的壽命較長(zhǎng)，因此維護(hù)系數(shù)通常取0.85～0.9。而本項(xiàng)目將基本照明的設(shè)計(jì)亮度定為標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍，相當(dāng)于0.77的維護(hù)系數(shù)。這一數(shù)值可使隧道基本照明強(qiáng)度在未來若干年內(nèi)即使出現(xiàn)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(xiàn)有的照明系統(tǒng)每年浪費(fèi)了大量的電能。為了避免過度照明造成電能浪費(fèi)，減小燈具的光衰，延長(zhǎng)LED光源和驅(qū)動(dòng)電源的壽命，我們?cè)趯?shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，將基本照明的功率設(shè)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(yùn)營(yíng)過程中，可根據(jù)燈具實(shí)際光衰情況，逐年遞增燈具的輸出功率，直至達(dá)到100%功率輸出。本隧道共布置50W的基本照明燈具40盞，合計(jì)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(shí)間――功率關(guān)系曲線見圖(1)。在運(yùn)營(yíng)六年后，燈具的亮度就會(huì)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(huì)各不相同。散熱處理得好，光衰會(huì)小于4%/年，處理得不好，光衰可能會(huì)遠(yuǎn)大于4%，有的甚至高達(dá)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(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)11年。

　　下半夜車輛較少，根據(jù)規(guī)范要求可相應(yīng)減小照明功率。我們將午夜23點(diǎn)到早晨5點(diǎn)這段時(shí)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?cè)械呐涔馓匦?，同時(shí)也避免了單側(cè)或隔盞關(guān)燈所造成的“奔馬效應(yīng)”。它不僅可用于隧道基本照明，還可廣泛應(yīng)用于城市道路照明，在大型室內(nèi)場(chǎng)所也將會(huì)有較好地應(yīng)用。

(2)加強(qiáng)LED照明控制

　　隧道照明與道路照明不同，它除了設(shè)置貫穿于整個(gè)隧道的基本照明外，還需要在出入口附近設(shè)置用于白天照明的加強(qiáng)照明，且照明強(qiáng)度比基本照明高許多，以防止車輛駛?cè)胨淼罆r(shí)出現(xiàn)“黑洞效應(yīng)”。我們?cè)趦蓚€(gè)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(qiáng)照明燈。加強(qiáng)照明光源功率合計(jì)5.3kW，含電源功率為6.24kW。相對(duì)基本照明而言，功率已相當(dāng)大。隧道照明的入口段和過度段的照明強(qiáng)度是根據(jù)洞外亮度乘以一個(gè)折減系數(shù)得來的。入口段亮度計(jì)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(shù);

　　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(nèi)的照明強(qiáng)度。雖然我們?cè)谟?jì)算洞外亮度時(shí)，是按照夏天晴天中午的最大值來計(jì)算的，但一年中這一亮度出現(xiàn)的時(shí)間僅有百分之幾，其他大部分時(shí)間洞外亮度均在10%～60%之間變化，主要是因季節(jié)、天氣和時(shí)辰的不同而各異。展示出了隧道內(nèi)不同光源的白天開燈功率與高壓鈉燈的設(shè)計(jì)功率之比，稱之為功率線。高壓鈉燈的每日開燈功率與設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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?xí)r白天的照明功率與高壓鈉燈的設(shè)計(jì)功率之比。各照明功率線下方的面積即為該燈當(dāng)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(shè)計(jì)維護(hù)系數(shù)。采用恒定亮度的燈具，則隧道一年的絕大部分時(shí)間均處在過度照明狀態(tài)，電能浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。通過積分運(yùn)算可得LED無級(jí)調(diào)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(shí)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(jí)調(diào)光系統(tǒng)具有相當(dāng)大地節(jié)能空間。本設(shè)計(jì)正是采用了亮度可控型LED隧道燈及其亮度智能無級(jí)控制系統(tǒng)來為隧道加強(qiáng)照明調(diào)光。不論隧道洞外亮度如何變化，該系統(tǒng)都能夠?qū)ζ溥M(jìn)行自動(dòng)跟蹤，計(jì)算出洞內(nèi)實(shí)際亮度需求并控制燈具輸出相應(yīng)地光通量，實(shí)現(xiàn)了按需照明的目標(biāo)，最大限度地節(jié)約了電能。