LED隧道照明工程的分析(图)

前言：隧道应用新型光源的节能研究受到了业界关注，其中LED隧道灯的节能研究已经有重大进展。因为根据明视觉与中间视觉理论、显色性与照度关系等科研成果，LED应用于隧道照明具有先天优势，所以在国内已经有多项重要隧道照明工程使用了LED隧道灯。LED隧道灯具在隧道照明工程中的应用已经取得突破性进展，但是仍然存在问题，例如没有专门针对以LED为光源的隧道灯具的设计与施工规范、产品性能参差不齐等。本文将就LED隧道照明工程中需要注意的重点技术指标做分析，期望能为设计单位以及用户提供参考。光学部分LED光效LED单瓦流明输出是决定LED隧道灯是否具有实用价值的基本指标，根据LED隧道灯的实际使用中的要求，LED隧道灯所用LED的单瓦流明数应达到90流明。在经过2006年、2007年LED的发光效率的高速发展后，CREE、Lumileds、以及香港真明丽等著名品牌都相继推出了最新的LED型号。二次配光分布配光分布型式目前常见的配光分布形式有聚光型配光、侧射型配光、朗伯型配光。不同的应用场合适用不同的配光形式，例如：道路照明宜选用蝙蝠翼型配光、射灯宜选用聚光型配光。由于隧道照明的特殊性，隧道照明中灯具的排布密度非常高，所以在隧道照明中对灯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、朗伯型配光都可以满足照度均匀度的要求，这主要是由于隧道照明中灯距比较小，例如国内一隧道照明工程的中间段灯距也只有5米。香港真明丽75隧道灯采用的是目前道路照明以及隧道照明中比较常用的蝙蝠翼型配光，而国内某LED隧道灯为朗伯型配光。配光设计的特殊性虽然说隧道照明中对配光分布形式的要求相对宽松，但是必须有配光设计。由于配光设计是建立在光源的一次配光分布的基础上的，所以不同的光源种类有不同的分布，相应地配光设计也会改变。所以虽然有专业做反光杯、透镜设计和生产的厂家，但是他们提供的产品只是以某一种LED光源为设计依据，当然也只能是适合于某一种LED光源。而且现在LED光源的种类在迅速地增加，在LED更新换代的同时也必然要求反光杯、透镜做更新换代。所以，二次配光设计必须由隧道灯厂家自己完成。但是，目前能够独立地开展配光设计的厂家还不是很多。配光面型的选择一般较常用的面型有：球面、椭球面、双曲面、抛物面、自由曲面，其中以自由曲面应用最广泛、适用范围最广。另外在配光中也有使用平面的，不过平面通常只起过渡性作用———扩展光源，而不能起到真正的配光作用。例如，国内某LED隧道灯的配光就是选择平面作为配光面型，所以最终的配光分布其实就是LED的配光分布，在这款LED隧道灯中并不存在严格意义上的二次配光。照明效果的预判为了对灯具在隧道照明中的照明效果和安装方式有一个预判，通常我们有必要根据施工现场的基本参数、灯具的光电测试数据(例如，IES格式的文件)先在专用照明软件中做模拟分析，评估灯具照明效果、确定安装的最佳参数。如果说模拟分析的结果不理想，那么就有必要修改配光设计、或者调整灯具功率。目前香港真明丽已经具备了完成从配光设计、光学级模具制作、光电测试分析到工程效果设计与分析全过程的能力。电气部分功率因数在节能与环保的要求下，世界各地正在公布电源工作效率的新标准。例如，专门针对功率因数校正(PFC)或降低谐波电流的强制标准要求IEC1000-3-2的出现。目前功率因数校正主要有两大类：有源功率因数校正、无源功率因数校正。有源功率因数校正精度高，性能稳定，PFC值最高可以做到0.99;无源功率因数校正电路简单、成本低。但是无源PFC缺点也很明显：由于很多灯具都有尺寸限制，所以巨大的电感限制了实用性;为了能在全球通用，需要一个线路电压范围开关。增加该开关会增加因操作失误带来的风险;未稳压的电压轨提高了PFC段后直流-直流转换器的成本，并降低效率。隧道照明一般都需要大量的灯具，电力消耗巨大。所以，必须考虑功率因数校正。谐波谐波作为一种干扰量，使电网受到“污染”。我国已于1993年颁布了限制电力系统谐波的国家标准《电能质量：公用电网谐波》，规定了公用电网谐波电压限值和用户向公用电网注入谐波电流的允许值。谐波增加电气设备的热损耗，干扰其功能甚至引发故障，而且谐波可对信息系统产生频率藕合干扰。正因为谐波的危害性，在隧道照明中同样要考虑对谐波的抑制。但是，目前国内LED隧道灯市场上对功率因数、谐波等电气参数的控制还存在良莠不齐的问题。电磁干扰&电磁兼容一个好的电子产品，既要保证能在其它设备的电磁干扰下还能正常工作、又要保证在工作时不对其它设备产生电磁干扰———这也就是我们通常要求的电磁兼容。电磁兼容的设计水平对产品的质量和技术性能指标起到非常关键的作用。电磁干扰一般分为两类：传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。目前国内LED隧道灯在电磁干扰、电磁兼容设计这一块还没有完全成熟，并且不同厂家产品性能参差不齐。控制系统在隧道照明中通常要求基于洞外亮度、洞内交通量和行车速度等因素对灯具亮度和洞内亮度进行无级调控。所以，LED隧道照明灯具的驱动电源应可以接受调光控制信号，并能够调整输出电流以调整LED光通量。另外，由于隧道照明中灯具使用数量巨大。所以，必须建立灯具的故障检测机制。香港真明丽的LED隧道灯具已经具备256级调光控制、LED异常检测、电源输出电压异常检测等能力。散热LED是个光电器件，以目前处于世界前沿的香港真明丽NP7F12TW-C1Z1系列大功率LED来说，其工作过程中也只有小部分的电能转换成光能，其余大部分的电能转换成热能，使LED的温度升高。另一方面，LED的流明输出随着LED结温的升高而降低，而LED寿命随着结温升高而缩短。所以，LED的散热处理得好不好将直接关系到隧道灯具的使用效果和寿命。目前大功率LED的散热主要有几种形式：自然散热、加装风扇强制散热及热管技术。自然散热利用自然对流和热辐射，加装风扇强制散热主要利用强制对流实现散热，热管散热当然主要利用热管作为散热器件。自然散热散热成本最低，结构可靠、易于做防水，但是对灯体本身的结构设计要求高;加装风扇强制散热散热快，但是成本高、噪音高、难做防水、寿命短;热管散热无运动部件，系统稳定，但是成本高，也不美观。所以几种散热方式应优先选择自然散热方式，在自然散热难以解决问题的时候我们才会考虑其它的散热途径。以香港真明丽75隧道灯为例，这款隧道灯就是采用自然散热的方式。结束语目前的LED隧道灯在工程实际中的技术要求，主要是参照以高压钠灯为光源的隧道灯具相关规范，还暂时没有建立以LED为光源的隧道灯具相关规范。随着大功率LED技术的成熟，包括LED隧道照明在内的各类LED灯具的相关规范需尽快编写。当前国内的LED隧道灯具的研制已经取得了长足的进步，但是仍然没有完全成熟。在配光设计、电磁干扰&电磁兼容、灯具效率等方面还有改进的空间。需要广大研发人员的不懈努力。