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　　摘要：按需照明
，人類已經追求了上百年。由於傳統光源的局限性，這一願望始終未能實現。本文通過對分級調光[1]與無級調光的能效分析，說明了隧道LED照明亮度智能無級LED控製卡的節能原理及在城市隧道中的應用實效。這是該LED控製卡係統首次應用於城市隧道，開創了城市隧道照明智能化先河。它的成功應用，使城市隧道照明真正實現了按需照明的理想。

　　1.照明係統LED控製卡方案

　　(1)基本照明控製

　　隧道內基本照明的特點是工作時間長，需全天24h照明。根據這一特點
，在設計基本照明亮度時考慮了足夠的冗餘量。由於LED的壽命較長
，因此維護係數通常取0.85～0.9。而本項目將基本照明的設計亮度定為標準值的1.3倍，相當於0.77的(de)維(wei)護(hu)係(xi)數(shu)。這(zhe)一(yi)數(shu)值(zhi)可(ke)使(shi)隧(sui)道(dao)基(ji)本(ben)照(zhao)明(ming)強(qiang)度(du)在(zai)未(wei)來(lai)若(ruo)幹(gan)年(nian)內(nei)即(ji)使(shi)出(chu)現(xian)一(yi)定(ding)的(de)光(guang)衰(shuai)，也(ye)始(shi)終(zhong)都(dou)能(neng)滿(man)足(zu)規(gui)範(fan)要(yao)求(qiu)。不(bu)難(nan)看(kan)出(chu)，燈(deng)具(ju)投(tou)入(ru)初(chu)期(qi)的(de)亮(liang)度(du)超(chao)出(chu)規(gui)範(fan)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)的(de)30%
，形(xing)成(cheng)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)過(guo)度(du)照(zhao)明(ming)。過(guo)度(du)照(zhao)明(ming)幾(ji)乎(hu)在(zai)所(suo)有(you)新(xin)裝(zhuang)燈(deng)具(ju)中(zhong)都(dou)是(shi)存(cun)在(zai)的(de)。這(zhe)是(shi)由(you)光(guang)源(yuan)的(de)光(guang)衰(shuai)
，燈(deng)具(ju)易(yi)受(shou)汙(wu)染(ran)以(yi)及(ji)光(guang)源(yuan)亮(liang)度(du)不(bu)可(ke)控(kong)特(te)性(xing)所(suo)決(jue)定(ding)的(de)。它(ta)使(shi)得(de)現(xian)有(you)的(de)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)每(mei)年(nian)浪(lang)費(fei)了(le)大(da)量(liang)的(de)電(dian)能(neng)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)過(guo)度(du)照(zhao)明(ming)造(zao)成(cheng)電(dian)能(neng)浪(lang)費(fei)，減(jian)小(xiao)燈(deng)具(ju)的(de)光(guang)衰(shuai)
，延(yan)長(chang)LED光源和驅動電源的壽命，我們在實際運營時
，將基本照明的功率設定在額定功率的80%，即所有50W的基本照明燈具的輸出功率控製在40W。在未來的運營過程中

，可根據燈具實際光衰情況，逐年遞增燈具的輸出功率
，直至達到100%功率輸出。本隧道共布置50W的基本照明燈具40盞，合計功率2000W，如果燈具光衰為每年4%，則燈具各年的工作功率為第一年40W，第二年42W
，以此類推
，第六年為50W。其每日亮燈時間――功率關係曲線見圖(1)。在運營六年後，燈具的亮度就會低於規範要求。這種控製燈具輸出功率的方式是以每年4%的光衰為前提的。不同燈具，光衰也會各不相同。散熱處理得好

，光衰會小於4%/年
，處理得不好，光衰可能會遠大於4%，有的甚至高達20%。如果光衰為2%，那麼基本照明可在滿足規範的亮度下連續運營長達11年。

　　下半夜車輛較少，根據規範要求可相應減小照明功率。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20W
，以後可逐年遞增。這種功率同步減半的方式並不改變原有的配光特性，同時也避免了單側或隔盞關燈所造成的“奔馬效應”。它不僅可用於隧道基本照明，還可廣泛應用於城市道路照明
，在大型室內場所也將會有較好地應用。

　　(2)加強LED照明控製

　　suidaozhaomingyudaoluzhaomingbutong，tachuleshezhiguanchuanyuzhenggesuidaodejibenzhaomingwai，haixuyaozaichurukoufujinshezhiyongyubaitianzhaomingdejiaqiangzhaoming
，qiezhaomingqiangdubijibenzhaominggaoxuduo，yifangzhicheliangshirusuidaoshichuxian“黑洞效應”。我們在兩個入口段共布置了20盞150W的LED燈具，過度段共布置了18盞100W和10盞50W的加強照明燈。加強照明光源功率合計5.3kW，含電源功率為6.24kW。相(xiang)對(dui)基(ji)本(ben)照(zhao)明(ming)而(er)言(yan)，功(gong)率(lv)已(yi)相(xiang)當(dang)大(da)。隧(sui)道(dao)照(zhao)明(ming)的(de)入(ru)口(kou)段(duan)和(he)過(guo)度(du)段(duan)的(de)照(zhao)明(ming)強(qiang)度(du)是(shi)根(gen)據(ju)洞(dong)外(wai)亮(liang)度(du)乘(cheng)以(yi)一(yi)個(ge)折(zhe)減(jian)係(xi)數(shu)得(de)來(lai)的(de)。入(ru)口(kou)段(duan)亮(liang)度(du)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)如(ru)下(xia)：

　　Lth=k・L20(S)

　　式中：Lth――入口段亮度(cd/m2);

　　k――入口段亮度折減係數;

　　L20(S)――洞外亮度(cd/m2)

　　congshizhongkeyikanchu，dongwailiangdudedaxiaozhijieyingxiangdaodongneidezhaomingqiangdu。suiranwomenzaijisuandongwailiangdushi，shianzhaoxiatianqingtianzhongwudezuidazhilaijisuande
，danyinianzhongzheyiliangduchuxiandeshijianjinyoubaifenzhiji，qitadabufenshijiandongwailiangdujunzai10%～60%之間變化，主要是因季節
、天(tian)氣(qi)和(he)時(shi)辰(chen)的(de)不(bu)同(tong)而(er)各(ge)異(yi)。展(zhan)示(shi)出(chu)了(le)隧(sui)道(dao)內(nei)不(bu)同(tong)光(guang)源(yuan)的(de)白(bai)天(tian)開(kai)燈(deng)功(gong)率(lv)與(yu)高(gao)壓(ya)鈉(na)燈(deng)的(de)設(she)計(ji)功(gong)率(lv)之(zhi)比(bi)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)功(gong)率(lv)線(xian)。高(gao)壓(ya)鈉(na)燈(deng)的(de)每(mei)日(ri)開(kai)燈(deng)功(gong)率(lv)與(yu)設(she)計(ji)功(gong)率(lv)之(zhi)比(bi)，中(zhong)間(jian)一(yi)條(tiao)直(zhi)線(xian)是(shi)恒(heng)定(ding)亮(liang)度(du)的(de)LED燈每日開燈功率與高壓鈉燈的設計功率之比，下麵二條曲線分別是亮度可控型LED燈在夏至和冬至時白天的照明功率與高壓鈉燈的設計功率之比。各照明功率線下方的麵積即為該燈當日的照明能耗比。其中恒定亮度的LED燈每日開燈功率與亮度可控型LED燈(deng)在(zai)夏(xia)至(zhi)中(zhong)午(wu)的(de)照(zhao)明(ming)功(gong)率(lv)差(cha)值(zhi)為(wei)設(she)計(ji)維(wei)護(hu)係(xi)數(shu)。采(cai)用(yong)恒(heng)定(ding)亮(liang)度(du)的(de)燈(deng)具(ju)，則(ze)隧(sui)道(dao)一(yi)年(nian)的(de)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)均(jun)處(chu)在(zai)過(guo)度(du)照(zhao)明(ming)狀(zhuang)態(tai)，電(dian)能(neng)浪(lang)費(fei)現(xian)象(xiang)嚴(yan)重(zhong)。通(tong)過(guo)積(ji)分(fen)運(yun)算(suan)可(ke)得(de)LED無級調光係統在夏至和冬至這兩天的晴天照明能耗僅為高壓鈉燈的31%和21%;為恒定亮度LED燈的54%和37%
，其他時節的能耗均在這之間。由此可以看出，公路隧道照明采用LED無級調光係統具有相當大地節能空間。本設計正是采用了亮度可控型LED隧sui道dao燈deng及ji其qi亮liang度du智zhi能neng無wu級ji控kong製zhi係xi統tong來lai為wei隧sui道dao加jia強qiang照zhao明ming調tiao光guang。不bu論lun隧sui道dao洞dong外wai亮liang度du如ru何he變bian化hua

，該gai係xi統tong都dou能neng夠gou對dui其qi進jin行xing自zi動dong跟gen蹤zong
，計ji算suan出chu洞dong內nei實shi際ji亮liang度du需xu求qiu並bing控kong製zhi燈deng具ju輸shu出chu相xiang應ying地di光guang通tong量liang，實shi現xian了le按an需xu照zhao明ming的de目mu標biao
，最zui大da限xian度du地di節jie約yue了le電dian能neng。

　　(3)應急照明控製

　　隧sui道dao意yi味wei著zhe一yi旦dan供gong電dian係xi統tong停ting電dian，將jiang使shi駕jia駛shi人ren員yuan難nan以yi把ba握wo方fang向xiang，極ji易yi造zao成cheng交jiao通tong事shi故gu。城cheng市shi短duan隧sui道dao通tong常chang可ke不bu設she應ying急ji照zhao明ming係xi統tong
，但dan考kao慮lv到dao壽shou春chun路lu隧sui道dao是shi一yi條tiao弧hu形xing隧sui道dao的de特te殊shu性xing
，設she計ji時shi增zeng設she了le不bu間jian斷duan應ying急ji照zhao明ming係xi統tong。

　　在高速公路隧道中，應急照明亮度應不小於基本照明亮度的10%，且布設間距一般在20～30米(mi)一(yi)盞(zhan)。這(zhe)種(zhong)傳(chuan)統(tong)的(de)布(bu)設(she)方(fang)式(shi)使(shi)得(de)應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)照(zhao)度(du)均(jun)勻(yun)度(du)極(ji)差(cha)，這(zhe)在(zai)突(tu)然(ran)停(ting)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)依(yi)舊(jiu)存(cun)在(zai)較(jiao)大(da)地(di)事(shi)故(gu)隱(yin)患(huan)。因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)在(zai)設(she)計(ji)應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)時(shi)放(fang)棄(qi)了(le)傳(chuan)統(tong)的(de)大(da)間(jian)距(ju)布(bu)設(she)方(fang)式(shi)，充(chong)分(fen)利(li)用(yong)LED燈的亮度可控特性，將所有的基本照明燈全部兼作應急照明燈。當市電斷電時，由EPS電源為基本照明燈具供電。此時LED控製卡裝置瞬間將基本照明燈具的功率同步控製到額定功率的20%左(zuo)右(you)。這(zhe)使(shi)得(de)係(xi)統(tong)在(zai)市(shi)電(dian)斷(duan)電(dian)情(qing)況(kuang)下(xia)應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)的(de)配(pei)光(guang)特(te)性(xing)與(yu)原(yuan)先(xian)的(de)基(ji)本(ben)照(zhao)明(ming)相(xiang)同(tong)，最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)避(bi)免(mian)了(le)交(jiao)通(tong)事(shi)故(gu)的(de)發(fa)生(sheng)。在(zai)燈(deng)具(ju)安(an)裝(zhuang)後(hou)，我(wo)們(men)對(dui)現(xian)場(chang)應(ying)急(ji)供(gong)電(dian)情(qing)況(kuang)進(jin)行(xing)了(le)驗(yan)證(zheng)
，在(zai)市(shi)電(dian)斷(duan)電(dian)瞬(shun)間(jian)，加(jia)強(qiang)照(zhao)明(ming)全(quan)部(bu)熄(xi)滅(mie)，基(ji)本(ben)照(zhao)明(ming)燈(deng)具(ju)的(de)亮(liang)度(du)全(quan)部(bu)保(bao)持(chi)在(zai)低(di)亮(liang)度(du)狀(zhuang)態(tai)，經(jing)測(ce)試(shi)，應(ying)急(ji)照(zhao)明(ming)狀(zhuang)態(tai)下(xia)路(lu)麵(mian)平(ping)均(jun)亮(liang)度(du)為(wei)0.6cd/m2，達到了預期的設計目標。

　　2.照明亮度智能無級LED控製卡係統介紹

　　(1)係統簡介

　　隧道LED照明的智能無級LEDkongzhikaxitongmuqianguoneiyiyouduojiagongsiyanfachulai
，dandaduoweidedaoshijiyingyong，youdezaishijiyingyongshiwufakongzhi。zaibensuidaozhaomingshejizhong，womencaiyongleyizaigaosugonglushangdedaolianghaoyingyongdekongzhifangan。LED控製卡係統的洞外亮度監測裝置將檢測到的隧道洞外亮度信號轉換為4～20mA標準信號傳送至亮度智能無級LED控製卡上，再由其換算後轉換為0～5V的直流模擬信號輸出，去控製LED燈上的電壓控製電流源。電壓控製電流源的控製端電壓的變化會使其輸出電流隨之變化，而輸出電流的變化，又會引起LED輸出的光通量發生變化，從而達到控製被照場所亮度的目的。

　　(2)LED控製卡控製距離要求

　　本係統LED控製卡裝置放置在EPS電源櫃內。EPS電源櫃設置在洞口附近的南側，距洞口約10m。從LED控製卡裝置到隧道的另一端，控製線長度約220m。為了確保控製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製信號時，其首尾出入口的控製誤差不大於2%。信xin號hao能neng夠gou長chang距ju離li傳chuan輸shu的de先xian覺jiao條tiao件jian是shi燈deng具ju的de控kong製zhi輸shu入ru端duan具ju有you很hen高gao的de輸shu入ru阻zu抗kang。燈deng具ju的de控kong製zhi輸shu入ru端duan阻zu抗kang越yue高gao

，其qi吸xi入ru電dian流liu就jiu越yue小xiao，則ze控kong製zhi信xin號hao總zong線xian上shang的de電dian壓ya衰shuai減jian也ye就jiu越yue小xiao，控kong製zhi信xin號hao的de傳chuan輸shu距ju離li就jiu越yue遠yuan。從cong一yi些xie廠chang家jia提ti供gong的de燈deng具ju技ji術shu資zi料liao來lai看kan
，有you幾ji家jia的de燈deng具ju控kong製zhi輸shu入ru端duan的de輸shu入ru阻zu抗kang非fei常chang高gao;這使得每盞燈所需的控製電流非常微小，從而確保了信號經長距離傳輸後衰減微不足道。有的廠家能在控製3000盞燈的情況下
，有效控製距離長達30km。這一控製距離幾乎可以滿足所有隧道和絕大多數城市道路的調光控製要求。

　　(3)電壓與亮度對應關係

　　為了避免係統斷電
，設計時采用了EPS電源為基本照明燈具供電，從而確保了電源不會中斷。但另一方麵，在電源正常供電情況下，如果照明LED控製卡裝置發生某種故障
，使得其無輸出(這是一些電子係統的常見故障模式，如控製器電源故障等)，仍然可能造成隧道內的照明強度突然低於應急照明的要求。為此，我們要求LED控製卡信號的0V對應燈具的最大亮度，5V對應燈具的最小亮度，且燈具的最小亮度不得低於額定亮度的10%。這一要求確保了任何故障狀態下
，隻要EPS電源工作正常
，隧道內的照明就會始終存在
，從而最大限度地保障了行車安全。

　　3.應用情況介紹

　　隧道LED照明亮度智能無級LEDkongzhikaxitongquanbuanzhuangwanchenghou，womenduixitongdekongzhixingnengjinxingleyanzheng。xitongjiaqiangzhaomingdengjudeliangdubaitiankesuizhedongwailiangdudebianhuaerbianhua
，zaiyintianhaikekandaojiaqiangzhaomingdengjuliangdumingxiandiyujibenzhaoming
，shixianlewujitiaoguang。xitongjibenzhaomingdengjubaitiandegonglvxiangduijiaogao;在午夜23時至清晨5時車流量較小時
，基本照明燈具均以白天功率的50%工作。在市電斷電後，應急電源瞬間啟動
，所有基本照明燈具的功率均降至額定功率的20%。LED控kong製zhi卡ka係xi統tong避bi免mian了le過guo度du照zhao明ming所suo產chan生sheng的de電dian能neng浪lang費fei現xian象xiang，實shi現xian了le業ye界jie長chang期qi追zhui求qiu的de按an需xu照zhao明ming的de理li想xiang。係xi統tong與yu原yuan分fen級ji調tiao光guang的de鈉na燈deng照zhao明ming相xiang比bi，每mei年nian可ke節jie省sheng電dian能neng70%以上。

　　4.結束語

　　隧道中成功地采用了隧道LED照明亮度智能無級控製係統。它的投入使用，將大幅降低隧道的照明能耗
，減小LED燈具的光衰
，延長燈具和電源的使用壽命;同時也為關注照明節能的業內人士提供了一種可供借鑒的城市隧道智能化照明工程案例，為隧道實現按需照明開辟了全新的途徑。