LED照明灯具在公路隧道中的应用研究

　摘要：公路隧道近几年来建设规模日益扩大，在隧道建设迅速发展的同时，公路隧道照明的高成本投入和高运营费用，制约了公路隧道的发展。为了满足日益扩大的隧道建设的迅速发展，研究了隧道照明的相关内容，以节约运营成本。结合某高速公路隧道照明的实例，研究了LED 照明的优点，应用于公路隧道的优势，并对LED 照明灯具和普通高压钠灯进行了比较分析，表明LED 照明是一种非常节能的绿色照明，也为解决隧道照明提供了一种全新的思路。

　　公路隧道是公路结构中的地下构造物，与洞外明亮的道路不同。白天车辆驶入洞内，由于亮度骤降，人的视觉反映滞后形成“黑洞效应”，很难辨别洞内情况；而车辆驶出隧道时，形成了“白洞效应”，造成强烈眩光。

　　夜间的情况和白天正好相反。这种由于洞内外亮度差异大，进入或驶出隧道时，人眼需要适应时间，即产生“适应的滞后现象”。为了解决隧道洞口亮度由亮到暗或由暗到明的视觉适应过程，让司机能清楚地辨认洞内路面上的目标或物体，消除视觉和心理障碍，不影响行车安全。《公路隧道设计规范》（ JTG D70—2004） 规定：长度＞ 100 m 的隧道应设置照明。公路隧道照明就是为了创造洞内良好的工作视觉环境质量，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度安全地接近和穿越隧道。

　　白光LED（ Light Emitting Diode，简称LED） 灯具是21 世纪引人瞩目的绿色光源，是一种功耗低、寿命长、抗振动、无辐射的节能环保型光源。自1998 年以来，在短短的几年中全球半导体与照明领域掀起一股白光LED“热潮”，使白光LED 技术不断创新和飞速发展，LED 的发光强度和稳定性得以大幅度提高。

　　1 LED 的工作原理及优点

　　1. 1 LED 灯的工作原理

　　LED 中文译为“发光二极管”，是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具有二极管的特性。基本结构为一块电发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。发光二极管的核心部分是由P 型半导体和N 型半导体组成的晶片，在P 型半导体和N 型半导体之间有一个过渡层，称为PN 节。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（ 即两端加上正向电压） ，电子开始移动和空穴（ 带正电的离子） 结合产生辐射光。其光源在靠近PN 节接口毫米以内产生，发光的波长取决于材料之特性而有不同发光颜色，常见有红、黄、绿、蓝发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压（ 电流） 的大小来调节。在很大的工作电流范围内，发光二极管的亮度随电流的增大而提高。目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，还有在蓝光LED 上涂上荧光粉，将蓝光转化为白光的LED。

　　1. 2 LED 灯具的优点

　　LED 灯具无频闪、无辐射，是典型的绿色照明，更是护眼新光源。LED 不靠钨丝发光，而是以特殊半导体P-N 材质制成。通过电子运动而发光。其光谱中没有紫外线和红外线，因而不会有闪频和辐射，对眼睛起到保护作用。其主要优点集中在以下几点：

　　1） 发光效率高。LED 灯具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个10 ～ 12 W 的LED 光源发出的光能与一个35 ～ 150 W 的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果LED 比传统光源节能80% ～ 90% ，是白炽灯的4 到8 倍。

　　2） 耗电量极小。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1 /8 到1 /10。

　　3） 寿命长。LED 利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED 单管寿命10 万h，光源寿命在2 万h 以上，按每天工作12 h 寿命也在5 年以上。

　　4） 可靠耐用，便于长途运输。由于体内无钨丝以及玻璃壳等易损部件，基本不受运输影响，正常报废率很小，维护费用极低。

　　5） 起动响应快、无黑头、免除频换灯管之烦。LED起动响应极快，因而电流对其冲击甚微。而普通白炽灯或节能管受起动电流的作用，灯头很易发黑而需更换。

　　6） 由于LED 管是由十多只或几十只组成，即使个别损坏了也不会对正常照明产生太大影响，不像高压钠灯损坏时全灯熄灭，因此LED 灯的可靠性比高压钠灯的可靠性提高了许多倍。

　　7） 光源中不添加汞，有利于环境保护。