淺談大功率LED隧道燈的應(yīng)用分析
引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/200408.htm近年來,為了保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展,國(guó)家加大了基礎(chǔ)設(shè)施建役方面的投入,如鐵路、公路的建設(shè)。這樣隧道燈配備的需求量與日俱增。為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境,提高隧道照明的質(zhì)量, 同時(shí)也為了適應(yīng)隧道營(yíng)運(yùn)管理的可持續(xù)發(fā)展,結(jié)合隧道特殊的照明環(huán)境和觀感視覺,尋找合理新型照明理論和技能光源就顯得十分必要。
目前隧道照明大都是采用高壓鈉燈作為光源,但是高壓鈉燈在輻射形式、顯色性、視覺敏感特性、功率規(guī)格、亮度控制等方面均存在許多不足,而新興的LED 隧道照明燈具以其優(yōu)異的性能,特別是亮度的可控性,克服了高壓鈉燈的諸多不足,正在成為當(dāng)今世界隧道照明的主流燈具。國(guó)家還出臺(tái)了“十城萬(wàn)盞”半導(dǎo)體照明工程的新舉措,為LED 隧道燈的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇。
LED(Light Emitting Diode)即發(fā)光二極管,是一種半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)。最早研制的LED 只能發(fā)出紅色的光,用于電子設(shè)備中的指示燈。隨著技術(shù)的發(fā)展,如今LED 燈已能發(fā)出各種顏色的燈光,并廣泛應(yīng)用于多類行業(yè),主要應(yīng)用市場(chǎng)包括傳統(tǒng)的顯示屏和信號(hào)燈市場(chǎng)、背光源市場(chǎng)、路燈、隧道燈、汽車照明市場(chǎng)、室外景觀照明和室內(nèi)裝飾照明市場(chǎng)、特種照明燈市場(chǎng)。LED 作為隧道燈光源具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
(1)LED 隧道燈功耗小、節(jié)能,與傳統(tǒng)的高壓鈉燈相比,其能耗節(jié)省超過40%。
(2)LED 隧道燈壽命長(zhǎng),在理想狀態(tài)下有10 萬(wàn)h,而高壓鈉燈和熒光管的壽命只有1 萬(wàn)~3 萬(wàn)h。
(3)LED 隧道燈可靠性高,日常的養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用低,平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)高達(dá)2 萬(wàn)h,而高壓鈉燈和熒光管的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)不到1 萬(wàn)h。
(4)降低了配電系統(tǒng)(電纜、變壓器、配電箱、橋架等)的建設(shè)成本,對(duì)于長(zhǎng)隧道、遠(yuǎn)距離供電的情況,電纜、配電設(shè)施所占成本的比例尤其大,采用LED 隧道燈由于節(jié)電可以大大降低電纜和配電設(shè)備等的投資。
(5)LED 隧道燈能實(shí)現(xiàn)瞬間啟動(dòng),便于亮度調(diào)節(jié),具有無(wú)頻閃、啟動(dòng)電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)多種節(jié)能方式,如根據(jù)道路、隧道的車流量智能調(diào)節(jié)照度等。
(6)高壓鈉燈、熒光燈、無(wú)極燈中含有汞、鉛等化學(xué)性污染物,而LED 隧道燈光源不含化學(xué)污染性物質(zhì),是綠色環(huán)保的光源。
2 大功率LED 隧道燈的設(shè)計(jì)要求
(1)隧道內(nèi)不管是白天或夜間均需設(shè)置基本照明。白天車輛進(jìn)入隧道時(shí),路面亮度應(yīng)逐漸下降,使司機(jī)的視覺有一個(gè)適應(yīng)過程,將入口段分為引入段、適應(yīng)段和過渡段。
(2)確定引入段、適應(yīng)段和過渡段的長(zhǎng)度(S),通常按車速(V)以T=2s 的適應(yīng)時(shí)間來確定,可用S=VT/3.6m 來估算;出口段也應(yīng)設(shè)過渡照明,在雙向交通情況下和入口段相同。
(3)夜間出入口不設(shè)加強(qiáng)照明,洞外應(yīng)設(shè)路燈照明,亮度不低于洞內(nèi)基本亮度的1/2;隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)應(yīng)急照明,其亮度不低于基本亮度的1/10。
(4)根據(jù)中國(guó)JTJ 026-90《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定,隧道入口照明區(qū)間長(zhǎng)度及路面最低亮度標(biāo)準(zhǔn)按如表1 要求設(shè)計(jì)。
3 大功率LED 隧道燈的設(shè)計(jì)方案
3.1 LED 光源的選擇
LED 單瓦流明輸出是決定LED 隧道燈是否具有實(shí)用價(jià)值的基本指標(biāo), 根據(jù)要求,LED 隧道燈所用LED 的單瓦流明數(shù)應(yīng)達(dá)到80 流明以上, 在經(jīng)過近三年LED 的發(fā)光效率的高速發(fā)展后,現(xiàn)階段可大批量供貨的LED 光效已達(dá)90lm/W 以上,且亮度還在不斷地提高。表2 提供了代表目前國(guó)際最前沿的幾大廠商的已量產(chǎn)大功率1W 白光LED 的主要技術(shù)參數(shù)??刹捎肙SRAM 廠商LUWW5AM 為設(shè)計(jì)光源,利用LED光源有多種不同色溫可供選擇的特點(diǎn),選取跟日光相近色溫4000~6000K 的LED 光源,能有效減少“亮洞”和“黑洞”效應(yīng)。
3.2 配光設(shè)計(jì)
根據(jù)隧道照明要求, 依不同照明段采用不同的配光燈具,根據(jù)光學(xué)原理和LED 光源高指向性的特點(diǎn),采用合理的配光,在滿足亮度或照度要求的情況下,降低燈具的功率,達(dá)到節(jié)能的目的。
(1)隧道進(jìn)口段的引入段、適應(yīng)段和過渡段以及出口段采用不對(duì)稱照明配光(逆光照明),在相同的照度條件下,與普通照明相比較,能夠提高路面亮度121%,同時(shí),利用了高指向性的優(yōu)勢(shì),嚴(yán)格控制大角度方向的光強(qiáng),消除大部分眩光。
(2)在隧道的基本段,目前常見的配光分布型式有聚光型配光、側(cè)射型配光、朗伯型配光等。不同的應(yīng)用場(chǎng)合適用不同的配光形式,例如:道路照明宜選用蝙蝠翼型配光、射燈宜選用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性,隧道照明中燈具的排布密度非常高,所以在隧道照明中對(duì)燈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、朗伯型配光都可以滿足照度均勻度的要求,這主要是由于隧道照明中燈距比較小。圖1 給出了兩款LED 隧道燈的C0 方向配光圖,左邊為道路照明以及隧道照明中比較常用的蝙蝠翼型配光,右邊為朗伯型配光。采用蝙蝠翼配光,即寬光帶對(duì)稱照明配光,在相同的照度條件下,與普通照明相比較,能夠提高路面亮度64%,提高路面亮度均勻度。
3.3 散熱設(shè)計(jì)
LED 是個(gè)光電器件,以目前處于世界前沿的大功率LED來說,其工作過程中也只有15%~20%電能轉(zhuǎn)換成光能,其余大部分的電能轉(zhuǎn)換成熱能, 使LED 的溫度升高。另一方面,LED 的流明輸出隨著LED 結(jié)溫的升高而降低,而LED 壽命隨著結(jié)溫升高而縮短。所以,LED 的散熱處理得好不好將直接關(guān)系到隧道燈具的使用效果和壽命。
目前大功率LED 的散熱主要有三種方式: ①自然散熱、加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱及熱管加散熱鰭片技術(shù)等。自然散熱利用自然對(duì)流和熱輻射,結(jié)構(gòu)可靠,易于做防水,但是對(duì)燈體本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高。②加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱主要利用強(qiáng)制對(duì)流實(shí)現(xiàn)散熱,熱散速度快,但是成本和噪音高,難做防水。③熱管加散熱鰭片技術(shù)主要利用熱管將LED 所產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)至散熱鰭片而達(dá)到散熱的目的,無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,系統(tǒng)穩(wěn)定,但是成本相對(duì)高。
由于隧道與一般道路相比,有其獨(dú)特的性質(zhì),我們采用熱管加散熱鰭片技術(shù)的方式進(jìn)行散熱處理, 熱通道垂直設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)模塊化方式散熱,使LED 結(jié)溫保持在70℃以下,保證LED 長(zhǎng)時(shí)間低光衰下穩(wěn)定的工作, 提高燈具的維護(hù)系數(shù),節(jié)約維護(hù)成本。
評(píng)論