LED隧道照明调光控制系统.docx

LED隧道照明调光控制技术中国合同能源管理网-2010-8-615:52:18
1、引言
按需照明一直是照明科技领域追求的理想形式，由于传统光源亮度难以控制，而设计时又必须考虑足够的设计冗余，因此公路隧道普遍存在过度照明、电能浪费巨大的现象，过度照明能耗高达50%～90%。随着LED照明的发展，明亮度智能无级控制已成为现实。本文结合一些隧道LED照明调光控制的实践，就这一问题进行探讨。
2、影响照明能耗的主要因素
影响隧道照明能耗的因素主要有洞外亮度、光源、电源、维护系数和路面类型，本文主要对前四个因素进行讨论。
2.1洞外亮度
我们知道，隧道内加强照明的标准值都是根据隧道洞外的亮度乘以一个系数得来的。以80km/h的双车道单向交通为例，若设计交通量大于等于2400辆/h时，其入口段的亮度折减系数为0.035。图(1-1)为不同的洞外亮度情况下加强照明能耗相对百分比，以4000cd/㎡为100%。从图中可以看出，洞外亮度对隧道能耗影响相当大。这也给节能带来了相当大的空间。根据《公路隧道通风照明设计规范》，入口段亮度可按下式计算：Lth=k·L20(S)(式1-1)

式中，Lth为入口段亮度，k为入口段亮度折减系数，L20(S)为洞外亮度。虽然在设计隧道照明时，我们要求按照夏天中午时的最大洞外亮度进行计算加强照明的亮度，并考虑到足够的冗余，以确保运营期间的每一天且灯具的亮度衰减到额定值的下限时，洞内照明强度依旧能够满足规范要求。但在实际运营期间，洞外亮度会随着天气、季节和时辰的不同而每时每刻都在变化，即式(1-1)中的L20(S)时刻在变化，它会从几十坎德拉变化到几千坎德拉。L20(S)变化了，依据公式Lth也应随之变化，这种照明方式才是合理的。如果L20(S)变化而Lth不变或者仅简单地分几个等级进行变化，都会造成巨大地电能浪费。下面的图(1-2)示出了晴天隧道洞外亮度的变化情况。

图(1-3)示出了晴天分级调光系统与LED无级调光系统的调光功率、能耗对比。其中LED灯设计功率线与夏至功率需求曲线中午时的最大值之差为维护系数和设计冗余。图中曲能耗也是实际需求的2倍。因此，隧道加强照明若能采用智能无级控制系统对洞外亮度进行跟踪，实时调整洞内亮度，即可实现按需照明的目标。

对于东西走向的隧道而言，若入口位于隧道的东侧，则上午阳光照射到东面山体，使洞口亮度较高。午后东面山体转为阴暗面，洞外亮度急剧下降，这使得入口段加强照明的强度较上午又大幅减小。采用亮度智能无级控制后，洞内照明就会顺应这种变化，如图(1-4)所示。其夏至晴天照明能耗仅为钠灯的18%，而冬至时仅为12%，节能高达80%以上。

2.2光源
隧道照明的标准值在行业标准中是有具体规定的。若照度大幅度地超出行业标准，则属过度照明。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，双侧开灯过渡照明现象严重。而选用LED灯具，其设计功率一般在20～70W之间，过度照明较钠灯要低得多，但依旧存在着过度照明。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。可有效地避免过度照明造成的电能浪费现象。
2.3电源
气体放电灯对电源电压的稳定度要求较高，一般变化在6%以内，否则能耗将大幅增加，光源寿命大幅减小。图(1-5)为250W高压钠灯和200W的LED灯在不同电源电压下的功率曲线图。

从图中可以看出，在夜晚电源电压高达250V左右时，高压钠灯(含镇流器)的功率为378W，较额定值增加了40%。在这种电压下，钠灯的寿命(亮度衰减50%时的工作时间，一般额定状态下为2万小时)会大幅折减，几乎不足额定寿命的30%。这就是钠灯用于路灯时实际功耗远远超出额定功耗的主要原因，也是夜晚越点越亮的主要原因。而LED灯的功耗几乎不随电源电压变化。这又为节能提供了相当大的空间。
2.4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一点，就有可能造成运营一段时间后亮度低于规范要求。因此为了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刚好满足的灯实际的设计功率应在170W左