[案例应用]皓玥大功率LED隧道照明创新应用与技术展望.doc

科技部批准的21个“十城万盏”试点城市推广目标是：到2009年，在批准的试点城市(镇)应用100万盏以上LED市政照明灯具，LED器件国产化比例60%，预期年节电2.2亿度。 关键字：大功率LED 10篇 隧道照明 42篇 1.背景(1)国家4万亿投资中铁路、公路、机场、城乡电网18000亿元，占45%。(2)科技部批准的21个“十城万盏”试点城市推广目标是：到2009年，在批准的试点城市(镇)应用100万盏以上LED市政照明灯具，LED器件国产化比例60%，预期年节电2.2亿度。重点支持道路照明、隧道照明、地铁车厢及站台、地下停车场、加油站照明、室内照明等产品的示范应用;到2010年，在全国范围内完成50个半导体照明应用示范城市建设工作，应用LED市政照明灯具200万盏，LED器件国产化比例70%以上，列入财政部“绿色照明工程”，预期年节电10亿度;到2015年，半导体照明进入30%的通用照明市场，预期年节电1400亿度，带动半导体照明产业规模达到5000亿元，出口300亿美元，创造100万人以上就业，成为世界半导体照明产业三强。(3)国家大力推崇节能减排、绿色照明等新技术、新产品的创新应用。(4)大功率LED作为第三代照明革命，产业本身的技术和创新应用得到飞速发展，其固有的特性更优于其他传统光源。(5)隧道运营管理部门(业主)应对隧道安全与照明节电的最佳选择。(6)技术和产品更新换代的需要。随着一系列的利好消息将推动我国经济新一轮的快速发展，而半导体照明这一新兴高效、节能、环保、长寿命、智能化等诸多固有特性而一身的产业将进入一个最佳的发展时机，而且能带动相关行业的快速发展，特别是各类户外照明的应用将得到快速发展，其中各类隧道照明的LED创新应用已逐步进入成熟应用阶段。2.隧道照明应用新光源的必要性高压钠灯作为目前通用的隧道照明光源，其特性为：(1)高压钠灯发光颜色为黄色，色温及显像指数较低。太阳光显色指数为100，而高压钠灯的显色指数仅为20左右，物体的本貌较难呈现。(2)钠灯灯泡结构决定了灯具的光源利用率低，仅40%左右。灯管发光角度为360，大部分光必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。(3)高压钠灯灯泡启动时间长，再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电510分钟左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5分钟。(4)钠灯由于灯亮时与灯灭时的温度差异很大，若灯体不带呼吸系统时，反射器容易被有害气体腐蚀而产生较大光损失。(5)技术非常成熟，应用非常广泛，功率可以做的比较高，价格比较低廉，寿命20000小时左右。 无极灯作为隧道照明光源，其特性为：(1)超长寿命，灯内无灯丝和电极，灯泡寿命仅取决于荧光粉的自然衰减，设计寿命指标4万小时。(2)目前光效80lm/w左右，显示指数75左右。(3)辐射大，电磁干扰明显，无闪烁、无溅射、低眩光。(4)瞬间启动，启动时间0.1秒，无需预热，瞬间可启动照明。(5)电气性能好，功率因数0.95，电流谐波小。(6)扩展功能强，能实现直流供电、定时开断等个性功能设计。(7)低色温时光效较低，显色性差。(8)功率限制，目前只能做到400W，价格相对比较便宜，被业界普遍认为是一种过渡性光源，而非替代性光源。大功率LED光源的应用于隧道照明的主要特性为：(1)超长寿命，理论寿命10万小时，实际寿命5万小时。(2)目前单颗1瓦光效90130lm，集成单颗10W光效900lm，显示指数75。(3)无辐射大，无电磁干扰，无闪烁、无溅射、低眩光。(4)瞬间启动，启动时间0.01秒，无需预热，瞬间可启动照明。(5)电气性能好，功率因数0.95，整灯效率90%，电流谐波小。(6)延伸功能强，可实现智能无极调光，安全预警等辅助功能。(7)散热要求高，价格相对比较昂贵，被业界认为是一种替代性光源，是既白炽灯，荧光灯后的第三代照明革命。三种光源光衰曲线示意图从比较结果可以得出：LED光源应用于隧道照明不仅可行，而且还能提升隧道照明的效果和运营成本的下降。3.龙山隧道项目实施简介及运行结果分析龙山隧道左线总长253米，隧道宽为10米，现灯具安装高度为5.5米，灯具为100W、150W、250W不等的高压钠灯。(1)充分考虑到安全性，暂先于左道在原有灯具的基础上进行穿插试样安装HS520/60型号的大功率LED长效隧道灯，并做实测对比。(2)所有涉及的相关参数以确保符合行业标准为前提。(3)综合能耗及相关费用的成本节约系数。(4)隧道灯进口留8米不装灯，出口留8.3米不装灯，保留原有设置。(5)加强段总长46米，间距1.5米，对称安装HS520/80型LED隧道灯。(6)过渡1段总长20.5米，间距3米，对称安装，HS520/60型LED隧道灯。(7)过渡2段总长139.2米，间距8米，交叉安装HS520/60型LED隧道灯。(8)出口段总长33米，间距3米，对称安装HS520/80型LED隧道灯。 改造前高压钠灯布置情况：标段长度方式间距高压钠灯功率/数量100W150W250WA42对称1.75m8044B21对称3.5m4120C140对称3.5m4890D35对称3.5m2000改造后LED隧道灯布置情况：标段长度方式间距HS520型灯具功率/数量60W80WA46对称1.5m062B20对称3.0m240C160交叉8.0m230D33对称3.0m022改造前后的对比：灯具数量总能耗/年节约电费/年改造前高压纳灯250W:44盏150W:21盏100W:80盏145盏228,275度103,962元改造后HS520/XXHS520/80：84盏HS520/60：47盏131盏98,322度 整流器和驱动效率按85%计算 电费按0.8元/度计算HS520型号大功率LED隧道灯主要计算指标 型号(No.)输入(VAC)期初光通量(lm)目前光通量(lm)色温(K)显色指数(Ra)眩光Tl(%)HS520/60w187-264300050003500-40008010HS520/80w187-264400065003500-40008010灯具效率期初65%，目前90%。改造后路面亮度测试数据1234567155695555545556254575454545357352566573735858466545960586956556525958526246平均照度(亮度)：57.8lx（5.78cd/m2）总均匀度：0.79纵向均匀度：0.84 根据公路隧道通风照明设计规范JTJ 026.1-1999改造后每月照度及故障率测试数据2008年月份123456照度57.357.557.256.856.756.7故障率000000月份789101112照度56.256.256.256.255.855.6故障率2000002009年月份123456照度55.655.655.655.655.6故障率00000月份789101112照度故障率对驾驶员随机抽样的调查调查项目效果评价选择的人数占总数百分率/%安全性对比LED灯安全1718860高压钠灯安全15777二者差不多7363总体效果LED灯照明好1658549高压钠灯照明好21140二者差不多6311光线强弱对比（感觉）LED灯安全强1728912高压钠灯强16829阶段性数据测试结果龙山隧道照明改造工程改造后的路面均匀度实际效果优于改造前的高压钠灯，眩光10%，隧道内平均照度为60lx,达到预期指标。单盏灯具节电率为43%，整个改造工程节电率为50%。通过龙山隧道照明改造工程的实施，从现场实测数据和灯光效果看，均符合相关标准。从以上对比分析可知，LED灯具的使用在大大降低营运成本的同时，为驾驶员营造良好舒适的视觉环境，进一步提高了高速公路运营安全性。 3.结合LED固有特性，开发的大功率LED隧道照明系统的延伸功能隧道是容易发生交通事故的路段，需要研究适用于隧道照明的集成系统，系统可以实现诱导、频闪等功能。根据隧道照明的路面亮度与环境条件的关系，集成系统可以无极调光功能。(1)智能无极调光常规隧道照明系统为通过设定洞内和洞外光通量相关对应参数，设置可分路控制的多级照明调控装置，通过多级调光装置调整路关灯和整路开灯的原理调光。由于涉及隧道照明运行和建造成本原因，按照设计规范，各路隧道照明灯按一定的设计间隔距离分布设置，由于分布设置，当减光后必然在地面形成照度不匀的光斑现象。通过实验新型LED光源，利用LED光源的特性，对LED光源实现连续调光，以消除隧道照明减光时形成的光斑现象。(2)辅助性安全预警功能，可以根据安全事故级别设置不同的频率利用LED光源的特性，通过灯具自带智能控制系统与远程通信，在隧道内发生交通事故时，LED灯具通过频闪频率的快慢告知驾驶员危险等级。(3)辅助性事故诱导功能引导光带系统，通过特定的带有方向性指示的光带引导洞内人员在重大交通事故发生时，按照正确路径撤离和疏散到隧道外或安全地带。如：防止较长隧道内由于交通事故引起火灾发生时浓烟弥漫，人员在浓烟中选择逃生方向错误而造成人生伤害。光带系统的关键点是：利用LED光源特性，将单体灯具作为光带系统的组成单元，而不需要另外在洞内安装附加光带系统。(4)数据的采集与分析智能控制系统通过对灯具使用时间，功耗及电费等数据的采集，分析智能照明控制系统运行实时状况，并给出节能数值。(5)提高光源的显色性，加宽光谱分布范围显色性指数全面反映光源的颜色特性。对颜色识别有要求的工作场所，当使用照度在500lx及以下、采用光源的显色指数较低时，宜提高其照度标准值。采用Ra=75以上的LED光源的灯具与以高压钠灯为光源的灯具照射路面达到相同照明效果相比，LED灯具路面照度为高压钠灯路面照度的0.8倍。白光LED的发光原理有两种：其一是蓝光激发黄色荧光粉，混合成白光，其二是通过RGB芯片发光混合成白光。目前第一种发光方式占主流。通过选择不同特性的芯片和荧光粉，通过多次对比实验，并结合已积累的实体工程数据，从而得到相关的显色指数指标。 4.大功率LED创新应用于隧道照明的技术展望隧道照明的主要功能是保证驾驶员在白天和夜间经过隧道时的视觉舒适度。即使路面照度水平良好，驾驶员在将进入隧道时，也会因为一些其他因素(如较差的路面均匀度、较暗的隧道两侧墙壁等)而降低驾驶的信心，这将会导致突然的不必要刹车，从而增加发生交通事故的可能性。隧道照明不仅要满足照明规范中的亮度值和亮度均匀度的要求值，更应该从驾驶员的视觉功能和视觉舒适度出发，建立质高效、经济、舒适、安全的隧道照明环境。通过龙山隧道试样工程对比后，我们认为大功率LED光源在隧道照明应用中可以在节约电能和节约维护费用上有着较大的经济效益，同时可以为驾驶员提供较好的视觉环境，增加驾驶员的安全感和舒适感，提高隧道的交通流量，降低事故的发生率。随着公路建设的不断发展，公路隧道日益增多，为了节约能源、保护环境和提高公路隧道照明的绿色照明，以下几个方面将是我们继续努力的方向：(1)建立健全隧道绿色照明标准。(2)进行科学的隧道照明设计。(3)选择开发高效节能的光源和电器。(4)采用优势高效节能的照明灯具。(5)优化照明智能控制技术。当然，我们的工作才刚刚开始，接下来将针对应用大功率LED灯入口段亮度值较低等问题进行系列改进，并从驾驶员视觉功能和视觉舒适度的角度出发，运用心理物理学的实验方法进行深入分析探讨，以促进我国隧道照明工程的进步和发展。(注：龙山隧道大功率LED隧道照明试点改造工程于2009年5月20由浙江沪杭甬高速公路股份有限公司组织专家和同行举行了项目交流和鉴定会，并获得高度评价和赞许。)