案例應(yīng)用LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)在城隧道中的應(yīng)用

1、按需照明，人類已經(jīng)追求了上百年。由于傳統(tǒng)光源的局限性，這一愿望始終未能實現(xiàn)。本文通 過對分級調(diào)光1 1與無級調(diào)光的能效分析，說明了隧道 LEDLED 照明亮度智能無級控制系統(tǒng)的節(jié)能原理及在城市 隧道中的應(yīng)用實效。這是該系統(tǒng)首次應(yīng)用于城市隧道，開創(chuàng)了城市隧道照明智能化先河。它的成功應(yīng)用， 使城市隧道照明真正實現(xiàn)了按需照明的理想。 關(guān)鍵字：按需照明 固1 1 篇過渡照明 囹3 3 篇LED LED 囹20972097 篇竺 囹3333 篇智能無級控制 囹1 1 篇 1. 壽春路隧道概況 壽春路下穿蒙城路隧道，全長 200m設(shè)計時速40km/h,雙向4車道，單向車流 量1300輛/h。隧道路面寬度1

2、5m高度4.5米，采用瀝宵混凝土路面，側(cè)墻和 頂部均為水泥本色。整個隧道程圓弧形，從洞口一端至另一端不能透視。 洞口朝 向一端向東，另一端朝向西北。洞外引道上方設(shè)置裝飾性遮光帶， 在起到裝飾性 效果的同時，還大幅降低了洞外亮度。 2. 照明系統(tǒng)控制方案 (1)基本照明控制 隧道內(nèi)基本照明的特點是工作時間長，需全天24h迎1。根據(jù)這一特點， 在設(shè)計基本照明亮度時考慮了足夠的冗余量。由丁 LED的壽命較長,因此維護系 數(shù)通常取0.85 0.9。而本項目將基本 照明的設(shè)計亮度定為標準值的1.3倍，相 當丁 0.77的維護系數(shù)。這一數(shù)值可使隧道基本 照明強度在未來若十年內(nèi)即使出 現(xiàn)一定的光衰，也始終都

3、能滿足規(guī)范要求。不難看出，燈具投入初期的亮度超出 規(guī)范基本要求的30%形成一定程度的過度 照明。過度照明幾乎在所有新裝燈具 中都是存在的。這是由光源的光衰,燈具易受污染以及光源亮度不可控特性所決 定的。它使得現(xiàn)有的照明系統(tǒng)每年浪費了大量的電能。為了避免過度照明造成電 能浪費，減小燈具的光衰,延長LED光源和驅(qū)動電源的壽命,我們在實際運營時， 將基本照明的功率設(shè)定在額定功率的80%即所有50W的基本照明燈具的輸出功 率控制在40W在未來的運營過程中，可根據(jù) 燈具實際光衰情況、逐年遞增 燈具 的輸出功率，直至達到100知率輸出。本隧道共布置50W/的基本照明燈具40盞, 合計功率2000W如果燈具

4、光衰為每年4%則燈具各年的工作功率為第一年40VV 第二年42VV以此類推，第六年為50W其每日亮燈時間一一功率關(guān)系曲線見圖 (1)。在運營六年后，燈具的亮度就會低于規(guī)范要求。這種 控制燈具輸出功率的 方式是以每年4%勺光衰為前提的。不同 坦L,光衰也會各不相同。散熱處理得 好，光衰會小丁 4%/年，處理得不好，光衰可能會遠大丁 4%有的甚至高達20% 如果光衰為2%那么基本或可在滿足規(guī)范的亮度下連續(xù)運營長達 11年。 下半夜車輛較少，根據(jù)規(guī)范要求可相應(yīng)減小 照明功率。我們將午夜23點到 早晨5點這段時間的照明功率同步減少，使每盞燈的功率僅為 20VV以后可逐年 遞增，見圖(1)。這種功率同步

5、減半的方式并不改變原有的配光特性，同時也避 免了單側(cè)或隔盞關(guān)燈所造成的“奔馬效應(yīng)”。 它不僅可用丁隧道基本 還可 廣泛應(yīng)用丁城市道路 虹，在大型室內(nèi)場所也將會有較好地應(yīng)用。 D第四第四年燈具功率年燈具功率 C篥三年燈具功率篥三年燈具功率 B第二年燈具第二年燈具功率功率 AM一年燈具功率一年燈具功率 時間(h) 家廠 2 & 3 i5礦 14 詁磴 F 好 a 臥酮燈糜日頗時嘴管薛展j語eom 圖圖(1) 加強照明控制 隧道照明與道路照明不同，它除了設(shè)置貫穿丁整個隧道的基本 照明外,還需 要在出入口附近設(shè)置用丁白天 照明的加強照明1、且照明強度比設(shè)本照明高許 多，以防止車輛駛?cè)胨淼罆r出現(xiàn)

6、“黑洞效應(yīng)”。我們在兩個入口段共布置了 20 盞150郴 LED燈具,過度段共布置了 18盞100建日10盞50W勺加強照明燈。加 強照明光源功率合計5.3kW,含電源功率為6.24kW。相對基本照明而言、功率已 相當大。隧道照明的入口段和過度段的 業(yè)！強度是根據(jù)洞外亮度乘以一個折減系 數(shù)得來的。入口段亮度計算公式如下： 卜 Lth=k - L20(S) 式中：Lth入口段亮度(cd/m2); k入口段亮度折減系數(shù)； L20(S)洞外亮度(cd/m2) 從式中可以看出，洞外亮度的大小直接影響到洞內(nèi)的蝴！強度。雖然我們在 計算洞外亮度時，是按照夏天晴天中午的最大值來計算的， 但一年中這一亮度出

7、現(xiàn)的時間僅有白分之幾，其他大部分時間洞外亮度均在 10吮60彖問變化，主 要是因季節(jié)、天氣和時辰的不同而各異2。圖(2)展示出了隧道內(nèi)不同 光源的白 天開燈功率與高壓鈉燈的設(shè)計功率之比， 稱之為功率線。圖中最上面一條直線是 高壓鈉燈的每日開燈功率與設(shè)計功率之比， 中間一條直線是包定亮度的LED燈每 日開燈功率與高壓鈉燈的設(shè)計功率之比，下面二條曲線分別是亮度可控型 LED 燈在夏至和冬至時白天的 業(yè)！功率與高壓鈉燈的設(shè)計功率之比。圖中客照明功率 線下F-第六年燈具功率第六年燈具功率 E第第五年燈具功率五年燈具功率 燈具調(diào)燈具調(diào)整功率整功率 咎年白天和上半該燈具功咎年白天和上半該燈具功率率 各年下

8、半夜各年下半夜 燈具功率燈具功率 方的面積即為該燈當日的 照明能耗比。其中包定亮度的LED燈每日開燈功率 與亮度可控型LED燈在皆至中午的照明功率差值為設(shè)計維護系數(shù)。從圖中可以看 出，采用包定亮度的 也則隧道一年的絕大部分時間均處在過度 照明狀態(tài),電 能浪費現(xiàn)象嚴重。通應(yīng)務(wù)運算1可得LED無級調(diào)光系統(tǒng)在夏至和尋這兩天 的晴天照明能耗僅為高壓鈉燈的31%： 21%為包定亮度LED燈的54%： 37%其 他時節(jié)的能耗均在這之間。由此可以看出，公路隧道照明采用LED無級調(diào)光系統(tǒng) 具有相當大地節(jié)能空間。本設(shè)計正是采用了亮度可控型 LED隧道燈及其亮度智能 無級控制系統(tǒng)來為隧道加強 照明調(diào)光。不論隧道洞

9、外亮度如何變化，該系統(tǒng)都能 夠?qū)ζ溥M行自動跟蹤，計算出洞內(nèi)實際亮度需求并 控制燈具輸出相應(yīng)地光通量, 實現(xiàn)了按需照明的目標，最大限度地節(jié)約了電能。 圖圖 (3)應(yīng)急照明控制 壽春路下穿蒙城路隧道是一條弧形隧道， 從入口看不見出口，車輛進入隧道 后始終是在彎道上行使。這就意味著一旦供電系統(tǒng)停電，將使駕駛?cè)藛T難以把握 方向，極易造成交通事故。城市短隧道通?？刹辉O(shè)應(yīng)急照明系統(tǒng)、但考慮到壽春 路隧道是一條弧形隧道的特殊性，設(shè)計時增設(shè)了不問斷應(yīng)急 照明系統(tǒng)。 國 在高速公路隧道中，應(yīng)急 照明亮度應(yīng)不小也基本 照明亮度的10%且布設(shè)問距 一般在20 30米一盞。這種傳統(tǒng)的布設(shè)方式使得應(yīng)急 照明狀態(tài)下的照度

10、均勻度 極差，這在突然停電的情況下依舊存在較大地事故隱患。 因此，我們在設(shè)計應(yīng)急 照明系統(tǒng)時放棄了傳統(tǒng)的大間距布設(shè)方式、 充分利用LED燈的亮度可控特性、將 所有的基本照明燈全部兼作應(yīng)急照明燈。當市電斷電時，由EPS電源為基本照明 燈具供電。此時控制裝置瞬間將基本 照明燈具的功率同步控制到額定功率的20% 左右。這使得系統(tǒng)在市電斷電情況下應(yīng)急 辿的配光特性與原先的基本 岫相 同，最大限度地避免了交通事故的發(fā)生。 在燈具安裝后、我們對現(xiàn)場應(yīng)急供電情 況進行了驗證，在市電斷電瞬間，加強照明全部熄滅,基本照明燈具的亮度全部 保持在低亮度狀態(tài)，經(jīng)測試，應(yīng)急地！狀態(tài)下路面平均亮度為0.6cd/m2,達到

11、 了預期的設(shè)計目標。 3. LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)介紹 (1)系統(tǒng)簡介 隧道LED照明的智能無級 也系統(tǒng)目前國內(nèi)已有多家公司研發(fā)出來，但大多 未得到實際應(yīng)用，有的在實際應(yīng)用時無法 也。在本到道照明設(shè)計中,我們采用 了已在高速公路上得到良好應(yīng)用的合肥源輝光電子有限公司的系統(tǒng) 控制方案。圖 (3)為合肥市壽春路下穿蒙城路隧道 LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)實施方案。 系統(tǒng)的洞外亮度監(jiān)測裝置將檢測到的隧道洞外亮度信號轉(zhuǎn)換為 4 20mAB準信 號傳送至LED亮度智能無級控制裝置上，再由其換算后轉(zhuǎn)換為0 5V的直流模擬 信號輸出，去控制LED燈上的電壓控制電流源。電壓控制電流源的控制端電壓的

12、變化會使其輸出電流隨之變化，而輸出電流的變化，乂會引起LED輸出的光通量 發(fā)生變化，從而達到 控制被照場所亮度的目的。 FE N www .shejislcom 圖圖(3)隧道隧道LED照明亮度智官況級控制系統(tǒng)照明亮度智官況級控制系統(tǒng) 控制距離要求 本系統(tǒng)控制裝詈放置在EPS電源柜內(nèi)。EPS電源柜設(shè)置在洞口附近的南側(cè)， 距洞口約10m從控制裝置到隧道的另一端,控制線長度約220m為了確?？刂?信號能夠長距離傳輸而不會衰減，我們要求在采用0 5V的直流模擬電壓傳輸 控 卸信號時，其首尾出入口的詢誤差不大丁 2%信號能夠長距離傳輸?shù)南扔X條 件是燈具的控制輸入端具有很高的輸入阻抗。燈具的控制輸入端阻

13、抗越高,其吸 入電流就越小，則同信號住上的電壓衰減也就越小，詢!信號的傳輸距離就 越遠。從一些廠家提供的燈具技術(shù)資料來看、有幾家的燈具控制輸入端的輸入阻 抗非常高；這使得每盞燈所需的地電流非常微小，從而確保了信號經(jīng)長距離傳 輸后衰減微不足道。有的廠家能在 控制3000盞燈的情況下，有效 控制距離長達 30km這一施距離幾乎可以滿足所有隧道和絕大多數(shù)城市基本照明回洛基本照明回洛 J JT K _ LED燈具 LED燈具 LED燈具 LEE亮度 n LE Dfl具 LED燈具 LED燈風 LED燈具 N PE L 1； I 道路的調(diào)光 控制要 求。 (3)電壓與亮度對應(yīng)關(guān)系 由丁壽春路下穿蒙城路隧

14、道為弧形隧道， 不允許照明突然消失。因此，為了 避免系統(tǒng)斷電，設(shè)計時采用了 EPS電源為基本照明燈具供電,從而確保了電源不 會中斷。但另一方面，在電源正常供電情況下，如果照明控制裝置發(fā)生某種故障, 使得其無輸出(這是一些電子系統(tǒng)的常見故障模式，如控制器電源故障等),仍然 可能造成隧道內(nèi)的 照明強度突然低于應(yīng)急 照明的要求。為此，我們要求控制信號 的0V對應(yīng)燈具的最大亮度,5V對應(yīng)燈具的最小亮度,且 燈具的最小亮度不得低 丁額定亮度的10%這一要求確保了任何故障狀態(tài)下，只要 EPS電源工作正常， 隧道內(nèi)的照明就會始終存在,從而最大限度地保障了行車安全。 4. 應(yīng)用情況介紹 隧道LED照明亮度智能無級控制系統(tǒng)全部安裝完成后,我們對系統(tǒng)的控制性 能進行了驗證。系統(tǒng)加強照明燈具的亮度白天可隨著洞外亮度的變化而變化, 在 陰天還可看到加強 照明燈具亮度明顯低于基本 照明,實現(xiàn)了無級調(diào)光。系統(tǒng)基本 照明燈具白天的功率相對較高；在午夜23時至活晨5時車流量較小時，基本照明 燈具均以白天功率的50咐作。在市電斷電后，應(yīng)急電源瞬間啟動，所有基本 明燈具的功率均降至額定功率的20%系統(tǒng)避免了過度 照明所產(chǎn)生的電能浪費現(xiàn) 象，實現(xiàn)了業(yè)界長期追求的按需 蛇！的理想。系統(tǒng)與原分級調(diào)光的鈉燈 照明相比, 每年可節(jié)省電能70恕上。 5. 結(jié)束語 合肥市壽春路下穿蒙城路隧道 照明系統(tǒng)已丁 08年9月