照明节能论文：隧道照明节能技术研究

照明节能论文：
隧道照明节能技术研究
摘要:随着社会的的发展进步,人类对能源的需求在不断加大,地球不可再生能源在日益枯竭,在这一背景下,世界各国越来越重视节能技术和相关产品的研究。

国家“十一五”规划《纲要》把同时期单位GDP能耗降低20%左右作为发展的约束性指标。

在我国的电力消耗中,照明用电占总用电的13%左右,而实现照明节电必须依靠技术创新。

本文主要从使用照明光源和照明控制系统两个方面来探讨隧道照明的节能。

关键词:隧道照明;LED光源;节能;控制系统
一、LED光源
现有的LED产品主要应用于显示领域,其中较为成功的案例是作为交通信号灯、大屏幕等显示设备的背光源。

但LED接近于点光源的特点决定了其特别适合做定向照明,即:通过合理的光学设计达到很高的灯具效率与光线利用效率。

隧道照明属于定向照明的范畴,即期望光线照射在道路及周边一定的范围内。

现有的隧道照明主要采用高压钠灯或直管型荧光灯,前者光效较高但光源的显色性不好;后者显色性良好但光效略低。

另外,理论推导得出的LED潜在光效可达
370lm/W甚至更高,因而在光效指标方面LED的发展尚具潜力且前景广阔。

从LED市场发展的轨迹和生产技术的不断进步来看,目前制约LED作为照明光源推广的价格过高问题将逐步得到解决,随着LED价格的快速下降,与传统光源相比,LED的优点所造就的灯具效率高、使用方便、环保、寿命长等特点将更加突
出,特别是在定向照明包括隧道照明等领域将迅速得到推广。

以全长310米的隧道为例,根据国家隧道工程照明标准来设计灯具布设、功率及光学。

LED隧道灯的分布规格及数量如表1所示。

经过近6个月的运行,根据计算出来的数据,隧道使用LED照明节能效果明显。

相对钠灯总功率下降了42.3%,LED照明节能效果分析见表2。

通过上面的节能效果分析表可以看出,在使用成本上,LED光源具有很大的
优势。

同时LED灯还具有以下特点: 1、绿色环保:LED不含汞,无频闪,是一种环保光源;2、耐低温,环境使用温度在-40~70℃,环境适应性非常强;3、LED隧道照明灯在均匀性方面具有高压钠灯不可比拟的优势,纵向光束角能满足要求。

缺点是LED隧道灯的结构,对光衰减、照度、均匀度和节电率都有很大影响,需根据LED光源的特点进行专门研究,而且LED灯具的散热要求高。

二、照明控制系统
由于人眼适应新环境需要一个过程,如果隧道出入口内外光强度相差较大,会让驾驶员出现短暂的视盲,容易导致交通事故。

所以,隧道照明系统比普通交通照明系统更为复杂。

它需要根据隧道的长短、隧道外的光强度和隧道内的车速、车流量等参数来随时调节隧道内的照明,以利于车辆驾驶员进出隧道时,能最快的适应隧道内外的不同光照情况,最大限度的避免交通事故。

1、隧道照明的控制策略
隧道照明系统的控制依据是为驾驶员的眼睛提供足够时间以适应隧道内部和进出口区域之间的亮度差别基于对进出口区域亮度的计算和测量,为了与隧道外部照明条件相适应通过对照明系统的设计,所有光度计都有一套限值来决定照明系统的等级操作。

依据隧道入口亮度及交通量大小分级调整入口段、过渡段、中间段、过渡段、出口段的亮度。

入口段、过渡段、出口段具体分为晴天、云天、阴天、重阴四级。

中间段分为白天和夜间二级。

隧道内照明分为加强照明、基本照明和应急照明三种。

隧道照明控制则分为自动、手动以及远程控制三种。

2、隧道照明控制系统设备布置
在两个隧道入口处严格地说在离隧道口一个刹车距离处装设隧入口光亮度监测计,用于连续测量道入口方向20°范围内环境亮度,水平安装在四米左右高度。

其测量值用于整隧道入口段的照明亮度,以减少车入洞时的黑洞效应,保证行车安全。

对于长隧道,隧道内每300～400米设置一台照明配电箱,于向隧道内的照明灯具供电。

照明电箱由每隔2公里的箱式变电站供电。

在隧道入口附近设置EPS电源柜,将控制装置装入EPS柜内。

隧道入口处加强照明采用大功LED灯具调整亮度以满足辅助的亮要求。

基本照明段采用普通LED隧照明灯具满足隧道内要求较低的照要求。

由于LED灯具有亮度可控性,所以基本照明灯也兼作应急照明灯。

3、LED隧道照明控制系统的方案设计
隧道全程安装LED灯控制系统,灯控系统包括主控系统2套,分控系统10套,LED隧道照明控制的实施方案如下图所示。

第一套主控系统主要是根据隧道外的光亮情况调节隧道内LED灯的亮度。

该系统的洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号转换为4～20mA标准信号传送至LED亮度智能无级控制装置上,再由其换算后转换为0～5V的直流模拟信号输出,去控制LED灯上的电压控制电流源。

电压控制电流源的控制端电压的变化会使其输出电流随之变化,而输出电流的变化,又会引起输出的光通量发生变化,从而达到控制被照场所亮度的目的。

电路故障时将开启EPS应急照明系统。

亮度控制装置可与中控室实现通讯。

中控室可根据车流量的大小,利用上位机软件自动设置LED亮度智能无级控制装置上的相关参数。

第二套主控系统主要是采用红外车辆检测器和超声波噪声检测器双通道检测行驶车辆情况进行调节。

本系统采用了可编程控制器和红外对射、噪声检测传感器组合对隧道全部LED照明灯具进行开启、关断、亮度调节、手动和自动多种可选择控制方式,节省了电能,解决了现有隧道照明耗能较高和不能调控的问题,减少了公路隧道运营成本。

隧道LED灯照明自动控制系统,由若干隧道控制电路和自然光控制电路构成。

总电源通过空开分别与噪声传感器、LOGO和调压模块连接,为其提供工作电源。

噪声传感器信号输出端接LOGO的信号输入端,由LOGO产生输出送到调压模块。

调整调压模块的输出电压来控制隧道LED灯的供电电压;控制总线及应急手动按钮连接LOGO输入端,控制调压模块的电压输出,控制总线来自总控制室,连接LOGO的输入端,对其输出状态进行控制自然光控制电路的自然光接收器输出端接光信号放大处理器。

把采集到的自然光信号送到光信号放大器中进行放大处理后,再送到A/D转换器中字化处理,从而得到二进
制的数字信号,通过输导线把它传送到每个隧道控制电路中的解入端,解码器输出信号与A/D转换器连接。

将接收的数字信号转化成控制信号,输出给放大处理器行放大处理后,送到LOGO的调压模块,来控制调压模块的交流输出,控制隧道LED灯的供电电压,进而对隧道LED灯的状态进行控制。

两套隧道照明系统通过洞外光强检测器检测的现场光强度及车辆行驶情况,适当调整隧道内照明灯具的亮度及数量,使驾驶员进入隧道的瞬间能适应光线变化,减少交通事故发生的机会。

参考文献:
[1]王洵.隧道LED灯照明自动控制系统.中国专利ZL200820071842.6.2009.
[2]李春茂.LED隧道照明控制系统研究.科苑2009(7).
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