公路隧道led照明調(diào)光控制技術(shù)

公路隧道LED照明調(diào)光控制技術(shù)研究摘要：本文論述了影響隧道能耗的主要因素，提出了LED隧道照明調(diào)光控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制方式，分析了該控制的優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)性。1引言按需照明一直是照明科技領(lǐng)域追求的理想形式，由于傳統(tǒng)光源亮度難以控制，而設(shè)計(jì)時(shí)又必須考慮足夠的設(shè)計(jì)冗余，因此公路隧道普遍存在過(guò)度照明、電能浪費(fèi)巨大的現(xiàn)象，過(guò)度照明能耗高達(dá)50%～90%。隨著LED照明的發(fā)展，明亮度智能無(wú)級(jí)控制已成為現(xiàn)實(shí)。本文結(jié)合安徽一些隧道LED照明調(diào)光控制的實(shí)踐，就這一問(wèn)題進(jìn)行探討。2影響照明能耗的主要因素影響隧道照明能耗的因素主要有洞外亮度、光源、電源、維護(hù)系數(shù)和路面類型，本文主要對(duì)前四個(gè)因素進(jìn)行討論。2.1洞外亮度我們知道，隧道內(nèi)加強(qiáng)照明的標(biāo)準(zhǔn)值都是根據(jù)隧道洞外的亮度乘以一個(gè)系數(shù)得來(lái)的。以80km/h的雙車道單向交通為例，若設(shè)計(jì)交通量大于等于2400輛/h時(shí)，其入口段的亮度折減系數(shù)為0.035。圖（1-1）為不同的洞外亮度情況下加強(qiáng)照明能耗相對(duì)百分比，以4000cd/㎡為100%。從圖中可以看出，洞外亮度對(duì)隧道能耗影響相當(dāng)大。這也給節(jié)能帶來(lái)了相當(dāng)大的空間。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，入口段亮度可按下式計(jì)算：Lth=k·L20(S)（式1-1）式中，Lth為入口段亮度，k為入口段亮度折減系數(shù)，L20(S)為洞外亮度。雖然在設(shè)計(jì)隧道照明時(shí)，我們要求按照夏天中午時(shí)的最大洞外亮度進(jìn)行計(jì)算加強(qiáng)照明的亮度，并考慮到足夠的冗余，以確保運(yùn)營(yíng)期間的每一天且燈具的亮度衰減到額定值的下限時(shí)，洞內(nèi)照明強(qiáng)度依舊能夠滿足規(guī)范要求。但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間，洞外亮度會(huì)隨著天氣、季節(jié)和時(shí)辰的不同而每時(shí)每刻都在變化，即式（1-1）中的L20(S)時(shí)刻在變化，它會(huì)從幾十坎德拉變化到幾千坎德拉。L20(S)變化了，依據(jù)公式Lth也應(yīng)隨之變化，這種照明方式才是合理的。如果L20(S)變化而Lth不變或者僅簡(jiǎn)單地分幾個(gè)等級(jí)進(jìn)行變化，都會(huì)造成巨大地電能浪費(fèi)。下面的圖（1-2）示出了晴天隧道洞外亮度的變化情況。圖（1-3）示出了晴天分級(jí)調(diào)光系統(tǒng)與LED無(wú)級(jí)調(diào)光系統(tǒng)的調(diào)光功率、能耗對(duì)比。其中LED燈設(shè)計(jì)功率線與夏至功率需求曲線中午時(shí)的最大值之差為維護(hù)系數(shù)和設(shè)計(jì)冗余。圖中曲掙能耗也是裂實(shí)際需求嘆的付2捉倍。因此，隧秘道加強(qiáng)照明若所能采用智能無(wú)區(qū)級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)身洞外亮度進(jìn)行蠟跟蹤，實(shí)時(shí)調(diào)帆整洞內(nèi)亮度，武即可實(shí)現(xiàn)按需物照明的目標(biāo)調(diào)。亞誓對(duì)于東西謹(jǐn)走向的隧道而凳言，若入口位孟于隧道的東側(cè)添，則上午陽(yáng)光尚照射到東面山而體，使洞口亮遣度較高。午后肌東面山體轉(zhuǎn)為爪陰暗面，洞外催亮度急劇下降隊(duì)，這使得入口危段加強(qiáng)照明的查強(qiáng)度雪較上午又大幅叼減小。采用亮匆度智能無(wú)級(jí)控乞制后，洞內(nèi)照助明就會(huì)順應(yīng)這舟種變化，如圖摟（脅1-釘4向）所示。其夏詠至晴天照明能雀耗僅為鈉燈卸的犧18室%亞，而冬至?xí)r僅婆為肆12汗%雅，節(jié)能高攪達(dá)黑80敏%飾以上承。詠浮命夫2.2撈度光響源槍穗隧道照明川的標(biāo)準(zhǔn)值在行挽業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中是有旨具體規(guī)定的取。第鋸若照度大幅度費(fèi)地超出行業(yè)標(biāo)誓準(zhǔn)，則屬過(guò)度鍋照明。由于高槳壓鈉燈光源的滔功率規(guī)格通用俯型只黑有咳100科W賤、拖150擴(kuò)W盲，尺250貌W坑和贊400備W顧幾種，而許多惡高速公路隧道墳基本照明燈具罰僅燈需攏4偷0淺～劉120袋W巧即可，但市場(chǎng)感上技術(shù)成熟的院高壓鈉燈光源昆并沒(méi)有這些規(guī)您格，因此隧道致的基本照明不喝得不選紙用過(guò)100幸W豆或塘150獻(xiàn)W顯的高壓鈉燈。遠(yuǎn)這使得隧道單螞側(cè)開(kāi)燈亮度不鍋夠，雙側(cè)開(kāi)燈科過(guò)渡照明現(xiàn)象遭嚴(yán)重今。瞇平而選撓用腳LE掠D春燈具，其設(shè)計(jì)虹功率一般肯在護(hù)2熔0黎～匠70畏W諸之間，過(guò)度照蹤明較鈉燈要低匙得多，但依舊膛存在著過(guò)度照共明。若采用隧倒道現(xiàn)LE汁D逢照明亮度智能初無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)宜，則可根據(jù)需母要進(jìn)行照明。庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)要求多亮已，隧道內(nèi)就提戚供多亮。可有游效地避免過(guò)度油照明造成的電財(cái)能浪費(fèi)現(xiàn)象球。覺(jué)帳悉評(píng)2.3缸欺電怨源雷港氣體放電到燈對(duì)電源電壓鼠的穩(wěn)定度要求字較高，一般變譜化擾在育6孝%佛以內(nèi)，否則能礙耗將大幅增加述，光源壽命大旗幅減小。圖條（狡1-叫5劍）絨為暮250檔W佳高壓鈉燈功和岡200斃W陽(yáng)的淹LE乳D碧燈在不同電源肯電壓下的功率屬曲線圖你。冷鑼從圖中可以看霧出，在夜晚電逼源電壓高迅達(dá)加250薯V混左右時(shí)，高壓涂鈉燈（含鎮(zhèn)流芝器）的功率液為秩378帽W帶，較額定值增她加狐了虜40蚊%遣。在這種電壓纖下，鈉燈的壽噸命（亮度衰紙減姥50擋%救時(shí)的工作時(shí)間飄，一般額定狀航態(tài)下籍為寶2蔑萬(wàn)小時(shí)）會(huì)大暫幅折減，幾乎王不足額定壽命磨的萌30口%納。這就是鈉燈右用于路燈時(shí)實(shí)降際功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超約出額定功耗的穴主要原因，也啟是夜晚越點(diǎn)越吉亮的主要原因掠。鋒而煉LE漠D間燈的功耗幾乎訂不隨電源電壓昂變化。這又為差節(jié)能提供了相蘇當(dāng)大的空間插。講議表糕2.4爺鼓維護(hù)系家數(shù)錯(cuò)篩通常在設(shè)槐計(jì)燈具功率時(shí)答，必須考慮一必定的維護(hù)系數(shù)滾，以確保運(yùn)營(yíng)肥過(guò)程中當(dāng)光源陰亮度衰減和燈似具受到污染而頌使亮度下吃降喉30壁%殖以上時(shí)，其照值明強(qiáng)度依舊能瞞夠滿足規(guī)范要誠(chéng)求。在《公路濃隧道通風(fēng)照明谷設(shè)計(jì)規(guī)范》中鬧，維護(hù)系數(shù)牛取避0.帝7粗。如某一隧道沈基本照明選凳用晉100貿(mào)W宋的燈具亮度剛挽好滿足規(guī)范要酸求，則在實(shí)際直設(shè)計(jì)時(shí)必須選封用功率大斗于揀143韻W卸的燈具。即使摟這樣，也還是拘會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，因擱為倘若光源光污效稍微差一點(diǎn)鏟，就有可能造破成運(yùn)營(yíng)一段時(shí)簡(jiǎn)間后亮度低于錯(cuò)規(guī)范要求。因督此為了確保隧應(yīng)道照明始終能暗夠滿足規(guī)范要寬求，通常設(shè)計(jì)澤時(shí)還需要考慮省一定的設(shè)計(jì)冗馬余。一般窗在冶1.水2健倍左右。上躍面肯100根W細(xì)剛好滿足的燈陷實(shí)際的設(shè)計(jì)功哲率應(yīng)摧在彈170貿(mào)W太左右才符合要展求。在實(shí)際運(yùn)傭營(yíng)期間，如果宰單側(cè)開(kāi)燈，則系亮度不夠，如購(gòu)果雙側(cè)開(kāi)燈，像則過(guò)度照明現(xiàn)勇象嚴(yán)重，這是必恒定亮度燈具掉的一大弊端。龍如果采唉用芳LE仙D跨亮度無(wú)級(jí)控制側(cè)，即可有效地針?lè)乐褂捎谠O(shè)計(jì)另維護(hù)系數(shù)和冗媽余所產(chǎn)生的電英能浪費(fèi)現(xiàn)象練。鳴畢惡松3良吊合肥壽春路隧扣道糧LE市D胞照明亮度智能屬無(wú)級(jí)控懶制阿劣目前隧道鍵照明的能耗按有黑70牛%般左右是浪費(fèi)在型過(guò)渡照明上。到因此，隧道照吊明節(jié)能，首先辟必須從減少過(guò)危度照明著手。費(fèi)若要減少過(guò)度已照明，就要求急照明燈具的功判率能夠根據(jù)需閣要進(jìn)行調(diào)控。振那種用單純減鼓小燈具設(shè)計(jì)功太率以減少過(guò)度慶照明的方法是房不可取的。因姐為這種方法會(huì)中使照明系統(tǒng)運(yùn)短營(yíng)一段時(shí)間后晨亮度就會(huì)低于溫規(guī)范要求。到些那時(shí)，除非增漁加燈具數(shù)量，克否則就只有采俱用降低行車速饅度或頻繁更換浪光源的方法來(lái)位解決了。調(diào)整寫(xiě)照明強(qiáng)度有兩追種方式，一是秩采用多回路進(jìn)天行分級(jí)調(diào)光。歷通常最多只分罰到程6抵級(jí)，即白麥天璃4揉級(jí)，夜洲晚披2柱級(jí)。這種簡(jiǎn)單頂分級(jí)方式依舊底存在較為嚴(yán)重哨的過(guò)度照明。養(yǎng)二是采用無(wú)級(jí)勇調(diào)光。這種方身式只需要二個(gè)山回路，即基本墳照明回路和加拳強(qiáng)照明回路。竿這種無(wú)級(jí)調(diào)光豎方式是基湖于聞LE春D緒光源基礎(chǔ)上實(shí)盈現(xiàn)的。它可使計(jì)燈具亮度根據(jù)理需要任意調(diào)整蛇，隧道內(nèi)需要蛾多亮，照明燈星具就提供多大渡的亮度，在滿描足規(guī)范的前提掃下避免了過(guò)度他照明，最大限泥度地節(jié)約了電宏能州。癥200右8剃年畝1濟(jì)0昆月份通車的合廚肥市壽春路隧須道就是采用這逼一方案的典型通工程缺。嶺涉使辟3.愛(ài)1鉛系統(tǒng)結(jié)漁構(gòu)皮豈圖朗（芽2-誕1駝）為壽春路隧際道燦LE年D詠照明亮度智能溪無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)晶實(shí)施方案。洞脖外亮度監(jiān)測(cè)裝雞置將檢測(cè)到的鑼隧道洞外亮度盼信號(hào)傳送至控扎制裝置上，再咳由其換算后輸甜出仙0燥～其5俘V要直流模擬信號(hào)逢去控棵制嚇LE輩D嘩燈具的輸出功蓋率，從而達(dá)到夠控制被照?qǐng)鏊灹炼鹊哪康耐?。薪比圖專（先2-娃2增）為采廁用河LE褲D究亮度智能無(wú)級(jí)絨控制的合肥市袍壽春路隧道，行為雙挑向僚4狐車道穿。皺法圖凱（鏟2-鉤3陣）為安景高速樣公路前家山隧垂道鴿LE道D呆照明亮度智能奔無(wú)級(jí)控制現(xiàn)場(chǎng)選圖片。從圖中紹可以看出采恩用揚(yáng)墓氣廚LE雪D按光源光線明快救，色彩清晰軟。喊怕勇昏3.簽2己控制方拆式鋤徐證券療基本照明控協(xié)制晃植隧道內(nèi)基本本照明的特點(diǎn)紛是工作時(shí)間長(zhǎng)遠(yuǎn)，需打要蹈2題4會(huì)小時(shí)持續(xù)照明撓。根據(jù)這一特呼點(diǎn)，在設(shè)計(jì)基抬本照明亮度時(shí)眾考慮了足夠的翁冗余量。但在混使用時(shí)，我們嘆并不需要將設(shè)圍計(jì)冗余全部用勢(shì)上，即滿功率距工作；而是需攤要多少功率就曬提供多少功率誘。在未來(lái)若干于年內(nèi)，當(dāng)燈具蝦出現(xiàn)一定的光荷衰時(shí)，可通過(guò)術(shù)控制系統(tǒng)相應(yīng)覽增加燈具的輸獲出功率，使隧業(yè)道內(nèi)的基本照觀明強(qiáng)度始終都繪能滿足規(guī)范要君求而又不會(huì)產(chǎn)沈生過(guò)度照明寬?？颂覄潌嵫丶訌?qiáng)照明控萌制頑想隧道加強(qiáng)炎照明燈具早晨較開(kāi)啟和晚上關(guān)圾斷的時(shí)間以及中燈具開(kāi)啟后的動(dòng)亮度調(diào)節(jié)均由漏控制裝置進(jìn)行稿控制?？刂葡稻亟y(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到恩的洞外亮度數(shù)錯(cuò)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后麥去控制洞內(nèi)燈偉具的輸出功率踏。這種自動(dòng)跟承蹤洞外亮度，漸調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度傲的照明方式，個(gè)有效避免了過(guò)周度照明，實(shí)現(xiàn)沾了按需照明的幫目標(biāo)，最大限吧度地節(jié)約了電松能況。篇某璃燃均應(yīng)急照明控泊制岔昏隧道的應(yīng)瘦急照明燈具又授兼做基本照明愉燈具，均晝由鄉(xiāng)EP扶S挪電源供電。當(dāng)如市電斷電時(shí)，膝控制裝置瞬間灘將基本照明燈樓具的功率同步竹控制到額定功針率剖的時(shí)15軌%休左右。這使得鳳系統(tǒng)在市電斷瞞電情況下應(yīng)急廉照明的配光特酸性與原先的基宋本照明相同，殃最大限度地避地免了交通事故賓的發(fā)生關(guān)。綁援碎社4LE嫁D(zhuǎn)友調(diào)光控制的優(yōu)爺越蠢性舟三隧道采患用子LE攏D襖照明亮度智能邊無(wú)級(jí)控制系統(tǒng)缺后，節(jié)能只是綢其優(yōu)越性的一腎個(gè)方面。由于霞節(jié)能，它的工蛾作溫度絕大部扔分時(shí)間都處在霞一個(gè)較低的水扒平。而工作溫埋度的降低，又紋會(huì)衍生出其他怕的效益號(hào)：竿脆浩（卸1棒）亮度無(wú)級(jí)控宵制，比分級(jí)控響制的同類燈具聯(lián)更節(jié)播能材40樸%鍵，比鈉燈照明瞎節(jié)臉能炮70典%椒～沃90出%自。斬項(xiàng)擾（鞏2候）由于一年中叮只有夏天的中敗午，加強(qiáng)照明羨燈具才接近滿替功率工作，大南多數(shù)時(shí)間均芒在繁10沾%密～慚60污%牙的功率下工作事；而基本照明仍的設(shè)計(jì)冗余留題到遠(yuǎn)期再用，貍近期的工作功晶率也低于燈具乳的額定功率。鉆這使得燈具和跡電源的長(zhǎng)期工社作溫度非常低收，不僅可大幅廣減塌小胡LE勾D棒的光衰，還延傘長(zhǎng)蘋(píng)了塌LE陵D醉和電源的壽命把。金凍跨（兵3澇）下半夜功率中可同步減半，對(duì)燈具配光特性歷保持不變，避信免了單側(cè)關(guān)燈娘所產(chǎn)生的危及慚行車安全的斑忙馬效應(yīng)茶。經(jīng)塔交（岸4撒）系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)夜單，只享須桑2對(duì)個(gè)回路，即一燭個(gè)基本照明回扎路和一個(gè)加強(qiáng)蘿照明回路。基黨本照明又兼應(yīng)浮急照明；當(dāng)市闖電斷電時(shí)，所穩(wěn)有基本照明的包功率均降至額鍛定功率越的尋10仁%核，從而確保了聾照度的均勻性藍(lán)。霞用丈（首5茅）當(dāng)隧道未達(dá)將到設(shè)計(jì)車流量拼時(shí)，可依據(jù)規(guī)疑范對(duì)洞內(nèi)照明莫強(qiáng)度進(jìn)行相應(yīng)倆折減，折減量袖可根據(jù)需要任薪意設(shè)定，以確蔥保在滿足規(guī)范慶的前提下最大別限度地節(jié)約電猛能，避免過(guò)度敢照明，使系統(tǒng)償真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)餓計(jì)師們追求的乓按需照明的設(shè)洪計(jì)理念祥。啟理艦（范6品）與分級(jí)調(diào)光樓系統(tǒng)相比，該贈(zèng)系統(tǒng)可節(jié)約相磁當(dāng)數(shù)量的電纜鴉、控制箱及相大應(yīng)電氣的費(fèi)用程?？ㄆ蟾?LE缺D朗調(diào)光控制的經(jīng)偵濟(jì)宏性瘦震在計(jì)算鈉塊燈分級(jí)調(diào)光照愉明系統(tǒng)返與馳LE約D麻智能無(wú)級(jí)控制究系統(tǒng)投資運(yùn)營(yíng)竹費(fèi)用對(duì)比時(shí)，疏我們選取了一裁條碌2k植m蜓的隧道作為對(duì)后比隧道。該隧朱道設(shè)計(jì)時(shí)偏速夏80km/如h繩，單消向太2參車道，設(shè)計(jì)車蕉流耍量匆70俯0戴輛火/誓h詳。隧道路面寬單度榮靈炭櫻10.5濾m漲，采用水泥路菠面除。昂薯委圖處(3-1采)勢(shì)為鈉燈分級(jí)調(diào)居光照明系統(tǒng)召與給LE徹D綁智能無(wú)級(jí)控制騾系統(tǒng)各項(xiàng)費(fèi)用旱的投資運(yùn)營(yíng)對(duì)臨比直方圖。投福資費(fèi)用包括燈泉具、電纜和電排氣設(shè)備（包括買變電站、應(yīng)急釋電源、配電箱端（柜）以及燈膽具以外的電器違等）。天氣情啟況按每年晴滅天紀(jì)16民5防天，云觸天寶10嗚0綿天，陰隨天逝5膠0根天和重陰肥天桂5揚(yáng)0標(biāo)天進(jìn)行計(jì)算。凳電費(fèi)按商業(yè)用棍電白價(jià)雜1廳元桌/kW譽(yù)h灑計(jì)算凈。蛾蘿從順圖防(3-1逢)昏中可以看出，糾兩種方案一次哪性投資費(fèi)用相叮差并不大，但拾由崗于吉LE騙D桃燈每年可節(jié)省躺近麻4帝0票萬(wàn)元電費(fèi)，若詳隧道在設(shè)計(jì)車奸流量條件下按