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[摘 要]目前，LED光源作为新型照明光明，在隧道照明中的应用越来越广泛，其所产生的节能效果有目共睹。本文首先基于大量文献资料分析了LED光源的基本原理和特点，然后结合某隧道工程，对LED光源在隧道照明中的应用和节能效果进行了分析，以期促进LED光源应用推广。
[关键词]隧道照明；LED光源；基本原理；特点；节能比较
中图分类号：TM923.34；TU113.666 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0323-01
近年来，随着城市及道路交通不断发展，道路隧道越来越多，隧道的照明系统不在于满足于单一的照明需求，更侧重于安全、舒适、高效、节能，绿色照明、安全节约已经成为隧道照明发展的主要方向。LED光源是近年新兴的一种新光源，以自身高效、低耗电、寿命长、形式灵活等优点，成为照明市场的生力軍。下面从LED光源基本原理和特点入手，分析了LED光源在城市隧道中的应用和节能，仅供参考借鉴。
一、LED光源基本原理和特点
（一）基本原理
LED是一种固态的半导体器件，能够直接将电能转化为光能[1]。它的核心发光部分是P-N结管芯，当P-N结管芯注入少数载流子和多数载流子复合时，半导体器件就会发光。
（二）特点
LED光源因自身的发光原理和材质而形成了诸多特点，具体包括：第一，体积小。与传统灯具相比，LED光源的体积小、质量轻；第二，环保性能好。LED器件内没有汞金属，废弃后不会产生环境污染，可直接回收利用；第三，抗震性、抗冲击性好。LED光源挂在引线架子即可，其结构、装置没有那么复杂，所以抗震性、抗冲击性较好；第四，指向性能好。LED光源光线具有良好的定向性，可集中光线，提高了光线利用率。
二、LED光源在隧道照明中的应用
（一）工程概况
某公路隧道为连续隧道，共分为5段，平面都采用上下行分离独立双洞形式，为东西走向，设计行车速度为80km/h，路面为沥青混凝土。
（二）具体应用
1、照明系统设计分析
根据《公路隧道照明设计细则》中相关规定，当两座隧道间的距离不超过333m，且前一座隧道长度不低于667m时，后续隧道入口亮应进行折减[2]。本隧道工程的第三段左线入口和第四段右线入口符合以上规定，都要按照20%进折减率进行计算，两入口处的照明设计亮度分别为67.2cd/m2、33.6cd/m2，过渡段的照明设计亮度分别为10.1cd/m2、3.4cd/m2。
本隧道中间段超过3km，按照设计行车速度80km/h考虑，其照明系统分为两段，第一段长度为667m，照明亮度为，第二段长度为中间段的余下长度，照明亮度为×80%。
2、LED灯具布置
《公路隧道照明设计细则》要求公路路面亮度总均匀度应不小于0.335，路面中线亮度纵向均匀度不小于0.535。为满足规范要求，本随带照明系统灯具布置采用两侧交错布置形式，灯具间距设计为10m，路面亮度总均匀度设计为0.76，路面中线亮度纵向均匀度设计为0.87。中间段采用基本照明灯具，其余各段都采用加强照明灯具。LED灯具布置情况具体如下[3]：
第一段：左线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第二段：左线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第三段：左线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第四段：左线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
3、照明系统控制
本隧道照明系统采用无极控制方式，该控制方式将整个隧道照明系統分为两个回路，其一是基本照明回路，其二是加强照明回路。无极控制基本原理：通过亮度检测装置、洞内交通量、车速检测装置等得到相关的信息，然后对检测信息进行数据处理，将处理后的信息传递至LED亮度无极调光控制节点上。经过相关处理后，直接输出直流模拟信号，用于控制LED电压，进而实现对LED灯具电流源的有效控制。随着LED电压变化，LED电流源也随之变化，引起LED光通量变化，对照明系统进行控制。
三、LED光源与高压钠灯的节能比较
除了LED照明系统外，高压钠灯在隧道照明系统中的应用也比较常见。下面结合实际情况和本隧道工程照明系统布置情况，从基本性能和经济性两个方面入手，对LED光源与高压钠灯进行了比较，以分析LED照明系统的节能效果，确保本隧道工程照明系统设计方案的可行性。
1）基本性能比较。LED光源与高压钠灯相比，其性能优势明显，具体表现为：LED灯的透雾性好，容易调光，且调光不影响灯具光效和寿命，既能降低灯具光通量，也能不影响隧道照明的纵向均匀度，节能效果明显。
2）经济性比较。第一，设备采购费用。本隧道照明系统采用LED灯，其设备费用约为1100万元；采用高压钠灯，其设备费用约为750万元；第二，维护费用。倘若使用期限10年，期间用于基本照明的LED灯需维修一次，费用约为380万元，用于加强照明的LED灯不需维护；用于基本照明的高压钠灯需进行6次维修，费用约为350万元，用于加强照明的高压钠灯需进行3次维修，费用约为33万元。可见，LED灯的维护费用低于高压钠灯；第三，用电费用。每天基本照明使用20h计算，加强照明使用10h计算，电费0.7元/度。10年内，LED灯的用电费用约为3000万元，高压钠灯的用电费用约为2400万元，LED灯的用电费用明显低于高压钠灯。从设备采购费用、维护费用、用电费用等方面综合的看，LED灯的总费用低于高压钠灯，约节150万元[4]。
从以上两个方面看，无论是灯具性能，还是经济性，LED灯都优于高压钠灯，足见LED灯具有较好的节能效果，应用于本隧道工程是可行的，不仅能满足隧道照明要求，还能节约成本投入，实用性、环保性、经济性都很高。
四、结论
综上所述，隧道行车安全极为重要，科学合理的照明系统是隧道行车安全的基础。通过合理的照明系统，驾驶员能够掌握隧道内的信息，心理上产生安全感，利于保证行车安全与舒适。LED灯是新型照明光源，与高压钠灯相比，其基本性能和经济性都有明显的优势，将其应用于公路隧道照明，可构建安全、高效、节能的隧道照明系统，适应绿色节能建设要求。
参考文献
[1] 邵新鹏，高尚，盖国晖，杨志强，王莹，上官同喜.LED护栏灯在隧道照明中的应用研究[J].照明工程学报，2015，（06）：97-102.
[关键词]隧道照明；LED光源；基本原理；特点；节能比较
中图分类号：TM923.34；TU113.666 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0323-01
近年来，随着城市及道路交通不断发展，道路隧道越来越多，隧道的照明系统不在于满足于单一的照明需求，更侧重于安全、舒适、高效、节能，绿色照明、安全节约已经成为隧道照明发展的主要方向。LED光源是近年新兴的一种新光源，以自身高效、低耗电、寿命长、形式灵活等优点，成为照明市场的生力軍。下面从LED光源基本原理和特点入手，分析了LED光源在城市隧道中的应用和节能，仅供参考借鉴。
一、LED光源基本原理和特点
（一）基本原理
LED是一种固态的半导体器件，能够直接将电能转化为光能[1]。它的核心发光部分是P-N结管芯，当P-N结管芯注入少数载流子和多数载流子复合时，半导体器件就会发光。
（二）特点
LED光源因自身的发光原理和材质而形成了诸多特点，具体包括：第一，体积小。与传统灯具相比，LED光源的体积小、质量轻；第二，环保性能好。LED器件内没有汞金属，废弃后不会产生环境污染，可直接回收利用；第三，抗震性、抗冲击性好。LED光源挂在引线架子即可，其结构、装置没有那么复杂，所以抗震性、抗冲击性较好；第四，指向性能好。LED光源光线具有良好的定向性，可集中光线，提高了光线利用率。
二、LED光源在隧道照明中的应用
（一）工程概况
某公路隧道为连续隧道，共分为5段，平面都采用上下行分离独立双洞形式，为东西走向，设计行车速度为80km/h，路面为沥青混凝土。
（二）具体应用
1、照明系统设计分析
根据《公路隧道照明设计细则》中相关规定，当两座隧道间的距离不超过333m，且前一座隧道长度不低于667m时，后续隧道入口亮应进行折减[2]。本隧道工程的第三段左线入口和第四段右线入口符合以上规定，都要按照20%进折减率进行计算，两入口处的照明设计亮度分别为67.2cd/m2、33.6cd/m2，过渡段的照明设计亮度分别为10.1cd/m2、3.4cd/m2。
本隧道中间段超过3km，按照设计行车速度80km/h考虑，其照明系统分为两段，第一段长度为667m，照明亮度为，第二段长度为中间段的余下长度，照明亮度为×80%。
2、LED灯具布置
《公路隧道照明设计细则》要求公路路面亮度总均匀度应不小于0.335，路面中线亮度纵向均匀度不小于0.535。为满足规范要求，本随带照明系统灯具布置采用两侧交错布置形式，灯具间距设计为10m，路面亮度总均匀度设计为0.76，路面中线亮度纵向均匀度设计为0.87。中间段采用基本照明灯具，其余各段都采用加强照明灯具。LED灯具布置情况具体如下[3]：
第一段：左线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第二段：左线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第三段：左线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个210wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个240wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，出口段6个60w灯具。
第四段：左线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具；右线入口段11个210wLED灯具，过渡段1个180wLED灯具，1个50wLED灯具，中间段一个60wLED灯具，一个50wLED灯具，出口段6个60w灯具。
3、照明系统控制
本隧道照明系统采用无极控制方式，该控制方式将整个隧道照明系統分为两个回路，其一是基本照明回路，其二是加强照明回路。无极控制基本原理：通过亮度检测装置、洞内交通量、车速检测装置等得到相关的信息，然后对检测信息进行数据处理，将处理后的信息传递至LED亮度无极调光控制节点上。经过相关处理后，直接输出直流模拟信号，用于控制LED电压，进而实现对LED灯具电流源的有效控制。随着LED电压变化，LED电流源也随之变化，引起LED光通量变化，对照明系统进行控制。
三、LED光源与高压钠灯的节能比较
除了LED照明系统外，高压钠灯在隧道照明系统中的应用也比较常见。下面结合实际情况和本隧道工程照明系统布置情况，从基本性能和经济性两个方面入手，对LED光源与高压钠灯进行了比较，以分析LED照明系统的节能效果，确保本隧道工程照明系统设计方案的可行性。
1）基本性能比较。LED光源与高压钠灯相比，其性能优势明显，具体表现为：LED灯的透雾性好，容易调光，且调光不影响灯具光效和寿命，既能降低灯具光通量，也能不影响隧道照明的纵向均匀度，节能效果明显。
2）经济性比较。第一，设备采购费用。本隧道照明系统采用LED灯，其设备费用约为1100万元；采用高压钠灯，其设备费用约为750万元；第二，维护费用。倘若使用期限10年，期间用于基本照明的LED灯需维修一次，费用约为380万元，用于加强照明的LED灯不需维护；用于基本照明的高压钠灯需进行6次维修，费用约为350万元，用于加强照明的高压钠灯需进行3次维修，费用约为33万元。可见，LED灯的维护费用低于高压钠灯；第三，用电费用。每天基本照明使用20h计算，加强照明使用10h计算，电费0.7元/度。10年内，LED灯的用电费用约为3000万元，高压钠灯的用电费用约为2400万元，LED灯的用电费用明显低于高压钠灯。从设备采购费用、维护费用、用电费用等方面综合的看，LED灯的总费用低于高压钠灯，约节150万元[4]。
从以上两个方面看，无论是灯具性能，还是经济性，LED灯都优于高压钠灯，足见LED灯具有较好的节能效果，应用于本隧道工程是可行的，不仅能满足隧道照明要求，还能节约成本投入，实用性、环保性、经济性都很高。
四、结论
综上所述，隧道行车安全极为重要，科学合理的照明系统是隧道行车安全的基础。通过合理的照明系统，驾驶员能够掌握隧道内的信息，心理上产生安全感，利于保证行车安全与舒适。LED灯是新型照明光源，与高压钠灯相比，其基本性能和经济性都有明显的优势，将其应用于公路隧道照明，可构建安全、高效、节能的隧道照明系统，适应绿色节能建设要求。
参考文献
[1] 邵新鹏，高尚，盖国晖，杨志强，王莹，上官同喜.LED护栏灯在隧道照明中的应用研究[J].照明工程学报，2015，（06）：97-102.