LED照明燈具在公路隧道中的應用研究

　摘要：公路隧道近幾年來建設規(guī)模日益擴大，在隧道建設迅速發(fā)展的同時，公路隧道照明的高成本投入和高運營費用，制約了公路隧道的發(fā)展。為了滿足日益擴大的隧道建設的迅速發(fā)展，研究了隧道照明的相關內(nèi)容，以節(jié)約運營成本。結(jié)合某高速公路隧道照明的實例，研究了LED 照明的優(yōu)點，應用于公路隧道的優(yōu)勢，并對LED 照明燈具和普通高壓鈉燈進行了比較分析，表明LED 照明是一種非常節(jié)能的綠色照明，也為解決隧道照明提供了一種全新的思路。

　　公路隧道是公路結(jié)構(gòu)中的地下構(gòu)造物，與洞外明亮的道路不同。白天車輛駛?cè)攵磧?nèi)，由于亮度驟降，人的視覺反映滯后形成“黑洞效應”，很難辨別洞內(nèi)情況；而車輛駛出隧道時，形成了“白洞效應”，造成強烈眩光。

　　夜間的情況和白天正好相反。這種由于洞內(nèi)外亮度差異大，進入或駛出隧道時，人眼需要適應時間，即產(chǎn)生“適應的滯后現(xiàn)象”。為了解決隧道洞口亮度由亮到暗或由暗到明的視覺適應過程，讓司機能清楚地辨認洞內(nèi)路面上的目標或物體，消除視覺和心理障礙，不影響行車安全。《公路隧道設計規(guī)范》（ JTG D70—2004） 規(guī)定：長度＞ 100 m 的隧道應設置照明。公路隧道照明就是為了創(chuàng)造洞內(nèi)良好的工作視覺環(huán)境質(zhì)量，確保在白天和夜間行駛的車輛以設計速度安全地接近和穿越隧道。

　　白光LED（ Light Emitting Diode，簡稱LED） 燈具是21 世紀引人矚目的綠色光源，是一種功耗低、壽命長、抗振動、無輻射的節(jié)能環(huán)保型光源。自1998 年以來，在短短的幾年中全球半導體與照明領域掀起一股白光LED“熱潮”，使白光LED 技術不斷創(chuàng)新和飛速發(fā)展，LED 的發(fā)光強度和穩(wěn)定性得以大幅度提高。

　　1 LED 的工作原理及優(yōu)點

　　1. 1 LED 燈的工作原理

　　LED 中文譯為“發(fā)光二極管”，是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件，具有二極管的特性?；窘Y(jié)構(gòu)為一塊電發(fā)光的半導體模塊，封裝在環(huán)氧樹脂中，通過針腳作為正負電極并起到支撐作用。發(fā)光二極管的核心部分是由P 型半導體和N 型半導體組成的晶片，在P 型半導體和N 型半導體之間有一個過渡層，稱為PN 節(jié)。在某些半導體材料的PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（ 即兩端加上正向電壓） ，電子開始移動和空穴（ 帶正電的離子） 結(jié)合產(chǎn)生輻射光。其光源在靠近PN 節(jié)接口毫米以內(nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見有紅、黃、綠、藍發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過工作電壓（ 電流） 的大小來調(diào)節(jié)。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。目前不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到藍間不同波長的光線，還有在藍光LED 上涂上熒光粉，將藍光轉(zhuǎn)化為白光的LED。

　　1. 2 LED 燈具的優(yōu)點

　　LED 燈具無頻閃、無輻射，是典型的綠色照明，更是護眼新光源。LED 不靠鎢絲發(fā)光，而是以特殊半導體P-N 材質(zhì)制成。通過電子運動而發(fā)光。其光譜中沒有紫外線和紅外線，因而不會有閃頻和輻射，對眼睛起到保護作用。其主要優(yōu)點集中在以下幾點：

　　1） 發(fā)光效率高。LED 燈具有電壓低、電流小、亮度高的特性。一個10 ～ 12 W 的LED 光源發(fā)出的光能與一個35 ～ 150 W 的白熾燈發(fā)出的光能相當。同樣照明效果LED 比傳統(tǒng)光源節(jié)能80% ～ 90% ，是白熾燈的4 到8 倍。

　　2） 耗電量極小。在同樣亮度下，耗電量僅為普通白熾燈的1 /8 到1 /10。

　　3） 壽命長。LED 利用固態(tài)半導體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊，LED 單管壽命10 萬h，光源壽命在2 萬h 以上，按每天工作12 h 壽命也在5 年以上。

　　4） 可靠耐用，便于長途運輸。由于體內(nèi)無鎢絲以及玻璃殼等易損部件，基本不受運輸影響，正常報廢率很小，維護費用極低。

　　5） 起動響應快、無黑頭、免除頻換燈管之煩。LED起動響應極快，因而電流對其沖擊甚微。而普通白熾燈或節(jié)能管受起動電流的作用，燈頭很易發(fā)黑而需更換。

　　6） 由于LED 管是由十多只或幾十只組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，因此LED 燈的可靠性比高壓鈉燈的可靠性提高了許多倍。

　　7） 光源中不添加汞，有利于環(huán)境保護。