基于节能环保背景下LED照明技术在地铁区间隧道的应用

夏净 曹志刚

摘  要：LED照明技术因其自身的节能环保优势在众多行业领域得到了广泛应用。地铁区间隧道中LED照明技术的应用可以极大地提升行车安全，同时降低照明系统的整体能耗。该文介绍了隧道照明的特点，概括了隧道照明技术的几大优势，同时对隧道中应用LED照明技术的几大关键问题进行了阐述，文末对LED照明技术的智能控制进行了简单介绍，以期为实际的工程实践提供指导。

关键词：节能环保;LED照明技术;地铁隧道

中图分类号：TM923                        文献标志码：A

1 隧道照明的特点

经济的快速发展使交通越来越便捷，隧道在人们的生活中也越来越常见，象公路隧道、地铁隧道等，这些隧道和人们的生活及出行安全息息相关。前些年技术发展相对落后，隧道的距离往往比较短，加之照明系统较差，隧道及其隧道照明往往是工程领域的难题。现在的隧道往往距离比较长，这样半封闭的空间必须采用良好的照明系统来提升行车安全。由于隧道出入口段色温以及显色指数等因素的差异，在隧道中行车的视觉效果和隧道外便有不同。当司机白天驾驶车辆驶入隧道时，会因为亮度突然下降而将隧道错看成一个大大的黑洞，从而导致视觉上的暂时性失明，这就是“黑洞效应”。原理相似，当司机从隧道中使出时，如果亮度突然增加，司机的视觉会产生眩晕现象，同样会让司机看不清道路及标识，這就是“白洞效应”。“黑洞效应”和“白洞效应”都会对行车安全造成威胁，因此，良好的照明系统以及合理的照明设置是改善“黑洞效应”和“白洞效应”的有效措施。

2 LED照明技术的应用优势

LED中文名称是发光二极管，是近些年兴起的一种新型半导体光源，被称为第四代光源，也是公认的未来绿色节能的代表。LED 照明与传统的白炽灯及其他光源发光的原理相差很大，LED发光原理是电流通过导线作用于半导体晶片，此时电子被推向P区，在P区里电子会和空穴复合，从而以光子的形式释放出能量，形成可见光。LED照明与传统的光源相比有很大优势，在地铁区间隧道中使用也是当下最合适的选择，其优势主要表现在以下几个方面。

第一，节能环保。LED是由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成的，不含金属汞、钠等有害元素，因此LED照明灯可以在失效或者损坏后回收利用，无环境污染隐患。另外，LED照明等为冷光源，不产生紫外线和红外线，产生的炫光小，可安全触摸，增强了其实用性。与传统的高压钠灯、汞灯等放电灯相对，LED照明灯所需消耗的电能更少，因此更适用于隧道照明这种电量消耗大的场所。

第二，使用寿命较长。LED照明灯是固态的半导体照明器件，由环氧树脂封装起来，灯不易损坏，从而发生故障的概率极低。传统照明光源存在灯丝发光烧断、光衰、热沉淀等缺点，而LED照明灯光衰小，在理想状态下，其可以使用十万个小时，是其他照明灯使用寿命的几倍。在地铁区间隧道中使用LED照明灯，一方面可以减少照明灯故障率，提升安全性能，另一方面则可以减少维护次数，降低维护成本。

第三，显色指数较高。光源对于物体的显色能力称为显色性，目前普遍利用显色指数来评价显色性能的好坏。LED显色指数高，从而可以更好地帮助司机辨识物体的轮廓、尺寸以及信号灯等标识。LED照明灯是直流供电，可以有效避免频闪效应，大大提高隧道内交通的安全性。

第四，具备智能调控性。传统照明灯的亮度显示有一个时间的问题，对于隧道这样的大型照明场所而言，采用高压钠灯照明往往需要几分钟的时间才能将隧道照亮。LED照明灯的照明亮度可以通过调节电流的大小而改变，而且所需要的时耗可以忽略不计，因此，利用LED灯照明还可以实现隧道内照明的智能调控。

3 LED照明技术在地铁区间隧道的应用研究

LED照明灯有着传统照明所不具有的优势，因此，在地铁区间隧道灯大型照明场所运用LED照明技术是最合适的选择。LED照明灯虽然有应用优势，但在实际的操作应用过程中，仍要注意以下几个方面的问题，以确保其优势能得到最大的发挥。

第一，配光问题。LED照明技术的应用可以有效地降低“黑洞效应”和“白洞效应”的影响，另外一大方面的作用就是要选择合适的横向和纵向光束角，使LED的光强分布合理，减少建筑结构和安装方式等外在因素对光强的影响。合理地配光可以使光斑尽可能是矩形，从而可以提高LED照明光源发射出的光的均匀度和利用率。在配光问题的处理上，也可以通过外加的反射杯与多重光学透镜的二次光学设计来提高器件的出光效率。二次光学设计是建立在光源一次分配的基础上的，不同光源的二次光学设计也不尽相同，目前的LED照明技术在隧道中的应用优势还未完全发挥，实际的应用中应在配光问题上多加以研究，最大限度地提升其效能。

第二，电源问题。LED照明技术相对于传统照明而言，节能环保是其最大地优势，为了降低耗能，隧道中地LED照明会根据外在光亮强度等因素进行无级调控，因此，LED照明灯驱动不仅要接受无极调光控制信号，而且要通过调整电流地大小来调整灯的亮度。LED照明灯的正向伏安特性非常陡，这导致供其工作的电压稍有变化就会导致通过LED照明灯的电流发生显著变化，这样会对照明灯的使用寿命、光功率、可靠性灯造成影响。因此，隧道中的LED照明灯必须采用恒定且稳定的电源来驱动，同时又需要接收可控信号。在实际的实施过程中，为了满足运营管理和环保节能的要求，电源的选择是集检测、控制、驱动于一体的大问题。

第三，散热问题。由于LED照明灯是半导体元件，温度的升高会使其性能受到影响，象光输出量减少、寿命减短等。因此，在实际的运营管理过程中还要考虑散热问题，这需要对光、热电、结构等性能进行综合设计。目前，对于大功率的LED照明灯进行散热主要有自然散热、强制散热和热管技术散热3种方式。自然散热，顾名思义即通过自然风的流动以及热辐射来达到散热的目的，这种方式成本较低，但是对LED灯具的结构要求高。强制散热需要在LED灯具中安装散热风扇来达到散热的目的，风扇的转动可以产生对流，加快散热的速度，但是风扇的使用寿命短，易产生噪声，这会给后期的运营维护增加负担。热管技术散热是利用热管作为散热构件来进行散热，散热效果好，但成本较大。在实际的工程实施过程中，应根据实际的地理位置、成本预算、运维情况等因素综合考虑，选择最合适的散热方式。

4 隧道中LED照明技术的智能控制研究

技术的不断进步使21世纪成为智能化的信息时代，隧道中的LED照明技术也可以变得更加智能。为了节约能耗，传统的LED照明系统采用亮度分级调光的方式，这需要工作人员在隧道中应用功率大小不同的LED灯具，通过灯具的通断来调整隧道内的明暗过渡。这种方式只是人为地控制能耗，而且无法根据天气的变化来做出动态的自动调整。目前智能化的LED照明系统多采用高度智能的无级调光方式，通过可调光控制器或者感光器件来对LED照明系统进行控制，同时对隧道外的光亮度、温度等环境参数进行实时的监控计算，以实现对隧道内照明系统的智能控制。这种自适应的LED照明系统可以真正地做到环保节能，同时利用实时外在环境参数做出调整，可以最大限度地贴合实际需要，提升安全性能。

5 结语

LED照明技术具有能耗低、使用寿命长、环保及智能性等众多优点，在节约环保的前提下在隧道中应用照明系统，LED照明技术是当下的最优选择。在实际的操作实施过程中，工作人员和技术人员应该因地制宜，从工程中的实际问题出发，最大程度地发挥出LED照明系统在隧道照明中的优势。

参考文献

[1]崔仪.隧道照明节能发展综述[J].中国照明电器，2018（12）：23-26.

[2]蔡明忠.LED照明智能调光技术在公路隧道工程中的应用[J].交通节能与环保，2015（2）：61-64.