LED隧道技術挑戰(zhàn)

隨著科學技術的發(fā)展，LED技術也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們人類。一般隧道照明的主要目的是通過提供隧道路面上物體的最大可見度，來防止事故發(fā)生，并為穿過或進入隧道的駕駛員增強安全性和舒適性。

CIE 88-“公路隧道和地下通道照明指南”為隧道照明提供了一個指導方針，是許多國家法規(guī)的基礎。它根據(jù)每一個的具體要求將隧道分成不同的區(qū)域。首先，入口段需要非常高的亮度值，以便于駕駛員的眼睛能適應隧道中較暗的照明條件。入口段的長度由隧道中的最高限速來決定，因為越高的限速要求更長的入口段。

其次，在過渡段，路面上的亮度緩慢降低，直到達到隧道內部區(qū)域的照明水平，從而提供從入口處到中間段平滑的適應。在入口段的前半部分中，考慮維護因子為0.67，照明約為150-300 cd/m2，而內部區(qū)域通常限制在2-6 cd/m2。目前公認的道路隧道照明的質量參數(shù)包括：總體和縱向道路表面照明的均勻性(理想的是沒有頻閃)、隧道墻面的照明、避免眩光以及色溫和顯色指數(shù)。近年來，半導體技術發(fā)展，LED逐漸取代傳統(tǒng)隧道鈉燈。許多國家標準將上述參數(shù)的要求進行了更新。

新的LED定制標準

除了例如瑞士ASTRA(BundesamtfürStra?en)提出的規(guī)定之外，奧地利ASFINAG的計劃手冊(PLaPB 800.562)是首個專門針對LED隧道照明系統(tǒng)的標準之一。這個標準將集群引入到不同的隧道照明類別中，不僅詳細說明了每個集群的不同照明要求，而且還規(guī)定了從18米(集群標準)到連續(xù)照明帶之間燈具的不同距離。而且它還對能源效率、照明顏色及顯色性作了不同的要求。雖然顯色性在隧道照明中似乎不是最重要的指數(shù)，但是鑒于道路隧道內不同信號顏色的數(shù)量不斷增加，對于司機來說，快速區(qū)分黃色和紅色、或藍色和綠色至關重要。

而且，與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，LED系統(tǒng)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在真正的彩色照明、高光效和高效的透鏡分布。LED系統(tǒng)可以在隧道內部和入口區(qū)域提供模擬調光，從而消除了關閉整組燈具引起的路面亮度均勻性問題。目前的LED隧道系統(tǒng)已經(jīng)變成智能解決方案，可以將燈具的當前狀態(tài)與司機實現(xiàn)交流。但是，關于將支援和控制電子設備需要在哪里集成，仍然在討論中。一些隧道市場要求在燈具內安裝智能驅動，而另一些則要求將所有電子設備安裝在隧道內的維護間或入口處的控制建筑內。這兩種解決方案都有優(yōu)點，后者減少了維護工作。

基本上，在德國、奧地利以及瑞士，隧道燈具的一般特性和要求從CRI 20-30的鈉燈轉變?yōu)镃RI為70甚至80、4000 - 4500 K的LED，甚至一些目前的項目需要功效甚至超過110 lm/W、系統(tǒng)壽命大于80,000小時(在此期間失敗率少于10%)的系統(tǒng)。

圖1：隧道亮度的適應曲線

燈具規(guī)格之外的要求

但是一些要求，盡管很重要，單靠照明設備是不能滿足的。特別是早期的LED燈具比傳統(tǒng)的燈具更耀眼，因此避免眩光就變得越來越重要。一些規(guī)定已經(jīng)要求閾值增量為8%甚至只有6%，因為較低的閾值增量意味著較少的眩光。閾值增量是光幕亮度與路面亮度的相對關系，越低的光幕亮度或較高的路面亮度都能減少眩光。光幕亮度本身取決于燈具的光通量和光分布。

燈具制造商可以開發(fā)出能最大限度提高路面亮度、同時還可以提供相對較低的光幕亮度的燈具，但是有一個關鍵因素是無法控制的。這就是路面的亮度系數(shù)q0，它決定了照度[lx]和亮度[cd/m2]之間的關系。根據(jù)路面等級，亮度系數(shù)通常在0.05和0.07之間變化。所以，q0可以改變道路上的亮度值約30%。反過來，燈具的光通量必須增加30%，這樣會導致更高的光幕亮度和更高的閾值增量。

功效要求及如何實現(xiàn)

一個有意義、但不一定能達到預期結果的要求就是發(fā)光效率，即lm / W。 該值完美地描述了LED的效率，更高的發(fā)光效率代表更高的能源效率。對于所有具有對稱光分布的隧道燈具來說，情況也是如此，這普遍適用于隧道的內部區(qū)域。由于市場上不同光學系統(tǒng)的透射率值差不多，幾乎接近90%，而且光分布也提供了類似的路面亮度，因此發(fā)光效率是確定整個燈具能效的最佳選擇。但是，入口段和過渡區(qū)的燈具呢?

通常，這些燈具會配備反光元件，可以將光線以非常水平的角度反射給駕駛員。

與對稱光分布的燈具相比，反光的燈具提供了更好的亮度值。因此，反光的燈具在過去一直是隧道入口區(qū)的選擇，既經(jīng)濟又高效。但是，這些燈具只能用于入口段和過渡區(qū)域，因為在這些區(qū)域，燈具距離較小。在中間段，反光的燈具在8-15m的照明距離會產(chǎn)生太多的眩光，同時也產(chǎn)生光線的均勻性問題。

反光燈具的峰值強度處于60°以上的垂直角度，更重要的是，光線幾乎全部分布在一個方向上。這種“光線彎曲”會導致反射損失，從而降低透射率，導致燈具的發(fā)光效率降低。對于入口段和過渡段的燈具來說，發(fā)光效率值并未考慮在內。假設相同流明輸入的情況下，60°以上峰值的反光燈具會在路面上產(chǎn)生相當高的亮度值，而55°的會小，盡管后者可能具有更高的透射率值和更高的發(fā)光效率。

這里還需要注意的是，在垂直角度更高處具有峰值強度的燈具不一定會產(chǎn)生更多的眩光。

因此，具體的表面功率密度更適于描述和要求隧道入口照明的能量效率，其包括已知的亮度值、入口段和過渡區(qū)的長度、以及所有安裝的入口(反光)燈具的功耗。

結論

幾乎所有LED燈具的新標準都朝著正確的方向前進，會讓照明質量穩(wěn)步提升，當然也會讓燈具更安全、更高的能源效率和更可持續(xù)性。

目前最先進的高科技照明燈具，由高檔技術玻璃制成，可在8-12米的燈具距離內提供超過0.95的縱向均勻度。這意味著行車道中間的亮度值在隧道中幾乎不會發(fā)生變化，從而實際上消除了路面上的所有頻閃。最新一代的燈管系統(tǒng)可提供高達125流明/瓦的功率，并將駕駛區(qū)內的燈具與維護室內的電源和控制電子設備完全分開。但是，還要面臨一些挑戰(zhàn)，不僅是技術上，而且法規(guī)也在不斷發(fā)展中。以上就是LED技術的相關知識，相信隨著科學技術的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會由很大的提升，為我們帶來更大便利。