LED灯照明在高速公路照明应用

LED灯在高速公路照明系统中的应用摘要：随着LED灯的出现，作为节能替代光源，LED正广泛的应用于高速公路的照明。随着LED光源技术的日渐成熟，国内照明行业也开展了LED在公路照明中应用的研究和应用实践。本文以LED路灯在高速公路隧道中应用为例，对LED照明需要注意的问题进行了探究。一、引言LED是lightEmittingDiode（发光二极管）的缩写，与传统照明技术相比LED的最大区别是结构和材料的不同，它是一种能够将电能转换为可见光的半导体。LED属于全固体冷光源，体积极小、结构坚固、重量轻、而且工作电压低，使用寿命长，节能环保。LED灯光源被称为继白炽灯、荧光灯、高强度气体灯之后的第四代光源。LED灯的出现，使LED逐渐走入照明领域，大功率、超高亮度LED的出现，发光材料的研发、发光元件结构和工艺技术的改进，使得LED的发光效率不断提高，并且LED还具有长寿命、绿色环保等高压钠灯所不及的优点。可以看出，LED在高速公路的照明系统中有着广泛的应用领域。二、LED在高速公路照明应用中的优势LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转换为光能，对比传统的高速公路照明光源（高压钠灯等），LED光源具有如下优势。1.光衰小：如果在散热条件良好的情况下，LED前1000h为正光衰，前1000h光衰为3%-10%，前50000h基本为30%，远远低于普通道路照明光源，发光更加稳定。2.显色性高：一般LED显色性约为70-80，如果用三基色荧光粉的话更高;一般高压钠灯为20-35，低压钠灯更低，所以即便传统光源亮度高于LED，但是视觉效果差于LED，“不是最亮，但是看得最清楚”这应当是LED光源应用的一个发展趋势。3.寿命：LED灯的寿命远高于一般道路照明光源，现在普遍高于50000h。4.价格：LED路灯灯头虽然目前价格比传统照明灯具高，但随着制造技术的成熟，其价格目前在不断大幅度下降中，高压钠灯一般一套价格在2000元左右。而其电缆等辅件价格则高于LED的电缆费用。除此之外，LED还具有维护系数高、安全性能好、无频闪及节能环保等优势。LED在高速公路照明中重要的应用环节在隧道照明，隧道照明设计考虑的因素有长度、线条、内饰、路面种类、有无人行道、连接道路的结构、线型、设计时速、交通量和汽车种类等，同时还要考虑光源光色、灯具、排列、照明水平、洞外亮度和人眼适应状态等。隧道照明节节能是对光源、灯具、照明方法等方面提出的要求，节能包含照明设计节能和管理节能等方面，其中照明设计节能是最重要的节能措施，它包含采用新颖的、可靠的设计理念和合理的标准值，以及采用高效光源、高效灯具，增加光反射比和照明控制节能等。LED对比传统光源，最大的优势就是节能和稳定性，因此基于LED的优点和特性，提高LED芯片效率，合理的配光设计提升灯具整体效能，是目前LED隧道照明所需解决的重要问题。三、LED路灯在高速公路照明应用中的劣势3.1价格高、推广难LED路灯的价格要远远超出高压钠灯的价格，一个LED路灯的价格就是3000元以上，而一个高压钠灯的价格还不到15元，所以LED路灯的价格明显要高出高压钠灯很多。虽说LED路灯节能、光效高，但是回收成本仍然会是个十分漫长的过程。此外，LED路灯是个整体，外面是层防水的外壳；并且与散热的铝壳和导热胶紧紧相连，所以在需要维修时，不好进行拆卸，如果LED路灯里面有个小小的元件坏了，都无法进行维修，而且LED路灯的重量十分沉重，有的还达到了20KG，所以维修起来也不方便。因此，价格高、维修难成为了高速上推广LED路灯的主要限制因素。3.2散热性能差、容易光衰当光源的温度超过100摄氏度时，LED路灯的寿命就会减短，光输出的功能就会下降。根据计算，当LED路灯的温度升高10摄氏度时，路灯的光衰就会达到5%到8%；寿命期就会减少一半。而现在的LED路灯散热技术基本上都是导热板的方式，这种方式也存在一定的缺陷。对于延长LED路灯的寿命，目前还是只能通过散热来解决，而对于解决光衰问题来说，因为影响的因素太多，除了散热之外还有内部的结构、电压和外部环境因素等，所以还是比较难解决。3.3电源系统不够稳定当LED应用于高速公路照明系统中时，是在户外工作，由于户外的环境因素比较恶劣，所以LED路灯的一些电源器件很可能受损，从而影响驱动电源，导致整个LED路灯遭到损坏。所以当LED路灯的电源不稳定时，就很有可能导致LED路灯损坏，从而导致维修的成本升高。3.4射程短，光源质量差在我国，LED路灯的技术发展的比较慢，技术水平还比较低，所以在光源的“质”和“量”上，做的还不足，所以导致LED路灯推广比较难。此外，LED路灯的射程比较短，所以在高速公路上就要增加LED路灯的数量，提高公路上LED路灯的数量，从而达到比较好的照明效果，因此就大大的提高于路灯的成本。四、LED在高速公里照明中应注意的问题下面以隧道照明为例，对LED在高速公路照明中的应注意的问题进行剖析。4.1光源隧道照明的标准值在行业标准中是具有规定的。若照度大幅度地超出行业标准，则输出过度照明。由于高压钠灯光源的功率规格通用型只有100W，150W,250W和400W几种，而许多高速公路隧道基本照明灯具仅需要40-120W即可，但市场上技术成熟的高压钠灯光源并没有这些规格，因此隧道的基本照明不得不选用100W或150W的高压钠灯。这使得隧道单侧开灯亮度不够，双侧开灯过度照明现象严重。而选用LED灯具，其设计功率一般在20-70W之间，过度照明比钠灯要低的多，但依旧存在过度照明的现象。若采用隧道LED照明亮度智能无级控制系统，则可根据需要进行照明。标准要求多亮，隧道内就提供多亮。这样，可有效的避免过度照明造成的电能浪费现象。4.2光源调光控制根据实际洞外亮进行实时调光可使LED隧道照明光源适应不同的实际情况，考虑了标准中洞外亮度计算式没有涉及的诸如洞外天气、时间变化等因素，LED隧道灯结合智能调光的应用。可使隧道内光度水平更接近实际变化的情况，更符合实际的驾驶看条件，同时也节约电能、减少维护费用的作用。LED路灯可调智能系统的开发，主要基于定时、亮度调光两大技术与LED隧道照明相结合的应用。定时调光很容易实现，控制准确性好，成本相对低，适用于道路、隧道照明，缺点是不能准确控制和确定最佳开关和亮度调节时机；亮度调光能较为准确的控制最合适的调节时机和光输出强度，成本相对较高，我们可以根据工程的实际情况和客户需要，并考虑两种方式各自的优缺点，来进行调光控制系统的选择，从而使LED光源与智能调节构成的照明系统更加适合人眼特性，更加高效、节能。4.3节能LED灯具具有动态调光功能。带有亮度控制功能的LED灯具的工作电流还取决于控制信号，它可根据实际应用场所的照明需求，在额定范围内可实时调整LED的工作电流，这一特性为LED灯具实现亮度无级调节奠定了基础。高速公路在后半夜的车流量较小甚至在一段时间没有车辆行驶，在这种情况下，如隧道采用LED光源，通过先进的调光技术，可以随时降低隧道内灯具的亮度甚至暂时关闭照明灯可使后半夜照明能耗下降一半，这样可在原有节能的基础上再减少25%的能耗，使得LED光源总节能率高达75%，以达到理想的节能效果。4.4维护系数通常在设计灯具功率时，必须考虑一定的维护系数，以确保运营过程中当光源亮度衰减和灯具受到污染而使亮度下降30%以上时，其照明强度依旧能够满足规范要求。在《公路隧道通风照明设计规范》中，维护系数取0.7。如某一隧道基本照明选用100W的灯具亮度刚刚好满足规范要求，则在实际设计时必须选用功率大于143W的灯具。即使这样，也还是会有风险，因为倘若光源光效稍微差点，就有可能造成运营一段时间后亮度低于规范要求。因此，为确保隧道照明始终能够满足规范要求，通常设计时还需要考虑一定的设计冗余，一般在1.2倍左右。上面100W刚好满足的灯实际设计功率应在170W左右才符合要求。在实际运营期间，如果单侧开灯，则亮度不够，如果双侧开灯，则过度照明现象严重，这是恒定亮度灯具的一大弊端。如果采用LED亮度无级控制，即可有效防止由于设计维护系数和冗余所产生的电能浪费现象。四、结语高速公路照明是交通节能研究的一项重要内容，是实现我国交通行业节能减排重大部署的一部分。安全、高效、节能的照明灯具是照明节能技术研究的重点目标和发展方向。虽然LED照明灯具在工程实际应用还存在一些问题，但是LED照明是节能照明的发展方向。随着LED芯片技术的发展和成本的不断下降，特别是白光照明理论的深入研究，LED路灯必将在高速公路照明中得到更广泛的应用。