LED：公路隧道照明终结者？ LED：公路隧道照明终结者？
编辑/本刊记者 王楠楠
专家认为，随着半导体技术的发展，LED必将是今后的发展趋势，可代替传统公路照明光源。但在推动整个行业LED应用时，也要客观清楚地掌握现有地方工程的应用情况，采取谨慎、积极的原则，认真选择示范工程和示范区域，提高对行业推动的借鉴意义。
任何尝试过换白炽灯灯泡的人都曾感知到一种热度，因为95%的电能被浪费在了灯丝发热之上。虽然日光灯比白炽灯略胜一筹，但也只能利用20%～30%的电能。LED照明灯具，理论上可以100%地将电能转化为光能，这听起来当然更有吸引力。
本世纪初，国内外一些专家预言，“节能、环保、寿命长”的LED照明灯具，将成为21世纪最大、最活跃的高科技产业之一。如今，LED受到世界各国热捧，我国政府及投资和产业界也给予强烈关注，2006年以来，许多省开始在公路照明上尝试LED灯具……
当然，也有人提出，我国LED芯片技术的发展水平、产品准入及检测规程、对交通安全的影响因素、相关标准规范适用性等都还略显力绌。我们不禁要问，LED能否成为公路隧道照明的终结者？
光源选择的策略
2006年开始，我国公路交通行业已经开展了许多LED应用试验。但到目前为止，LED应用于高速公路隧道照明的案例多以失败告终。主要原因有三：一是由于产品元器件选择或散热效果不好，使得LED光源在使用一段时间后，光衰严重，达不到照明要求；二是使用LED照明后，不节电反而更费钱；三是没有按照LED的需求进行系统设计，而多是设计单位设计好LED光源位置、数量、功率，且按照高压钠灯的需求进行供配电系统设计，造成供配电系统远超需求。
光源是照明中体现高效节能的核心和主体，合理地选用光源是节能照明技术的关键部分。在照明设计中，选择光源要从国情出发，实事求是，或一步到位，或分期实施。
首先，在对高压钠灯、LED、金卤灯等非白炽灯的测定中发现，其光效受电源效率影响较大，如采用高质量电子镇流器，不仅能稳定输出，提高各种光源的寿命，还能够减小能耗，并提供多样的亮度控制，为实现进一步节能提供支撑。
同时，节能与否与灯具的优劣有直接关系。若灯具设计不好或灯具材料有问题，对光效消减很大，总体上依然不会达成一个高效的照明系统。照明系统的效率由电源效率、灯具效率、光源效率共同作用，设计隧道照明设施时要综合考虑灯具效率、电源效率的影响，测定整个照明系统（不含外部供配电系统）的每瓦输入功率所能输出到灯具外的光通量参数，从而排除了单纯关注光源光效的局限，使光效评价更加具有应用价值。
其次，在隧道光源的选择上应按照全寿命周期成本原则综合考虑一个周期内（建议按照高速公路机电系统寿命周期5年或10年）照明系统及供配电系统的建设、运营费用总和。建设成本应包括整个照明系统建设费用、供配电系统建设费用（含设备、电缆）以及配套的土建预留预埋及其他附属设施的建设费用，运营费用应包括运营期电费（应考虑补偿后的功率因数），设备更换费用、设备的清洁检修等维护费用。
再次，在选择道路照明光源时，应将光源使用环境所需要的亮度水平作为重要依据。如在需要的环境亮度水平高于1.5cd /m2时选择高压钠灯比选择金卤灯的效率要高，但在需要的环境亮度水平低于1.5cd /m2时选择金卤灯则比选择高压钠灯的效率要高。
总之，在选择照明光源时，应充分考虑光源使用环境需要的亮度水平以及光源的光效随适应亮度水平变化的规律，以充分利用光源的发光特性，从而达到节能的目的。
此外，在隧道设计时一般根据交通量预测进行照明设计，但是该交通量并不是一个隧道运营的常态交通量，实际交通量是受时间、季节等多方面因素影响的，因此，根据适时交通量进行调光对节约能耗十分重要。另外，目前对LED、无极灯等可频繁开启的光源而言，布设相应的传感器，甚至可以实现“有车”则亮灯，“无车”则灭灯的控制，最大限度的实现节能。
LED照明“小陷阱”
照明产品是否节电，主要考核整个照明系统的单位电力提供的光输出能力，而不是仅光源部分的光效。这是因为一个照明灯具包括光源部分、二次封装、电源部分、反射部分等多个部件，每个部件都会带来能量损失。
目前普遍认定的LED节能计算方法有一定的误导性。
70瓦、150瓦、250瓦、400瓦高压钠灯的稳态光效分别为90lm/W、110lm/W、120lm /w、130lm/W。如果它使用的电源的效率为88%，灯具的光学效率为77%，那么70瓦高压钠灯隧道灯系统光效为60lm/W，150瓦钠灯隧道灯系统光效为74lm/W，250瓦钠灯系统光效为81lm/W，400瓦钠灯系统光效为88lm/W。
有的芯片厂家公布的每颗功率为1瓦的LED芯片光效为110lm（流明）。这里面就有两个“小陷阱”：大多数厂家推出的标称1瓦的LED芯片实际大多超过1瓦，一般为1.1～1.3瓦；而且这里的光效110lm为瞬态光效，一般在稳态工作时由于LED发热使得光效降低至90%左右。
以某厂家规模化市场的大功率LED芯片为例，当色温为5500k时每颗光通量标称112流明，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为85lm/W，小于150W瓦以上的钠灯和金卤灯的稳态光效。在此前提下，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具其系统的最高光效为85lm/ W×90%×85%=65lm/W。
比较结果似乎有些让人对LED心灰意冷：在现有公路照明标准规范需要提供相同照度指标的前提下，LED灯具并不节电。
但如果考虑到LED半导体技术发展的趋势，事情就是另外一番局面了。
美国典型LED芯片供应商CREE宣布，2010年第三季度可以市场化的CREE XP-E -S1大功率LED，当色温为5500k时每颗光通量标称150lm，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为135lm/W，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具其系统的最高光效为135lm/W×90%×85%=103lm/W。高于目前最高系统光效的400瓦钠灯隧道灯系统光效为88lm/W。
该公司的另外一款产品，2012年第三季度可以市场化的LED，当色温为5500k时每颗光通量标称188流明，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为188lm/W，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具系统的最高光效为188lm/ W×90%×85%=129lm/W。远远高于目前最高系统光效的400瓦金卤灯（钠灯），代替隧道中断70瓦钠灯节能效果超过50%，代替隧道进出口短400瓦钠灯节能效果超过32%。
这就是说，即便是在现行标准不变的情况下，未来3年以LED代替全部传统钠灯是完全可能的。随着LED技术的迅猛发展，它极有可能成为未来的节能光源。
LED照明关键技术
目前，LED应用于公路照明的关键技术在于芯片、封装、散热、配光、电源及照明系统。从技术分布来看，LED芯片的核心技术大部分在国外，国内主要是在封装、散热、配光、电源和系统设计上加大了技术投入。
从全国范围来看，公路照明LED多用被动散热方式。这种采用铝散热器，一般每盏灯需要约7公斤铝材。如能加强研究主动散热技术在LED照明上的应用，那么每盏灯上可减少2/3铝材用量，大大降低材料成本并提高节能减排效果。
高速公路利用太阳能、风能供电的应用相当多，但在隧道方面仍然在探索之中，业界曾经有过个别宝贵尝试
虽然LED的节能减排效果显而易见，但是在改造传统高压钠灯时，如何最大限度地利用原有高压钠灯的可用部分，对于降低工程造价意义不浅。专家指出，利用现有高压钠灯灯具加装LED光源和电源，在改造项目上做到原有投资最大利用，不失为的一种好方法。
另外，LED应用关键技术研究项目中LED照明智能节能控制可以进一步提高对LED照明的电源管理，提高照明与环境及交通量、公路线形等多因素综合结合时有效提供不同光环境参数。
推动LED应用的建议
统筹兼顾、制修订相关标准规范
新项目采用LED，重点在确定LED的应用环境和位置。老项目改造，要充分利用原有资源。在修订公路照明技术规范的同时，加强市场准入管理，编制产品的验收、检测规范。结合前面所提到的各种技术因素，拓宽LED产品的检定参数范围，做到有法可依。
行业内已经围绕LED开展了多项研究，但到目前为止并没有提出适合LED的公路照明尤其是隧道照明的标准规范。因此，目前应根据LED照明的特点，从光学物理特性、环境适应性、综合供配电系统、结合路线交通状况修订相关标准规范。
加大对新技术研究的支持力度
提高对LED新型结构、散热方式、新型系统设计方案研究的支持力度并落实具体措施。
开展隧道照明环境动态试验
国内高速公路行业已经开展了多年LED的应用研究，但据了解并没有真正开展隧道环境下动态识别性研究，因此，要真正回答隧道不同光源照明的差异，应脚踏实地地开展一些研究，拿出相关数据来回答目前的社会热点问题。
加强LED应用的智能控制要求
虽然LED已经属于节能型照明材料，但因其具有瞬间启动的特点，而且我国高速公路交通量有时间分布不均匀的特点，扩大LED智能控制的意义就非常大，因此应从标准规范的层面支持和规范利用智能控制降低无效照明消耗。
LED：公路隧道照明终结者？ LED：公路隧道照明终结者？
编辑/本刊记者 王楠楠
专家认为，随着半导体技术的发展，LED必将是今后的发展趋势，可代替传统公路照明光源。但在推动整个行业LED应用时，也要客观清楚地掌握现有地方工程的应用情况，采取谨慎、积极的原则，认真选择示范工程和示范区域，提高对行业推动的借鉴意义。
任何尝试过换白炽灯灯泡的人都曾感知到一种热度，因为95%的电能被浪费在了灯丝发热之上。虽然日光灯比白炽灯略胜一筹，但也只能利用20%～30%的电能。LED照明灯具，理论上可以100%地将电能转化为光能，这听起来当然更有吸引力。
本世纪初，国内外一些专家预言，“节能、环保、寿命长”的LED照明灯具，将成为21世纪最大、最活跃的高科技产业之一。如今，LED受到世界各国热捧，我国政府及投资和产业界也给予强烈关注，2006年以来，许多省开始在公路照明上尝试LED灯具……
当然，也有人提出，我国LED芯片技术的发展水平、产品准入及检测规程、对交通安全的影响因素、相关标准规范适用性等都还略显力绌。我们不禁要问，LED能否成为公路隧道照明的终结者？
光源选择的策略
2006年开始，我国公路交通行业已经开展了许多LED应用试验。但到目前为止，LED应用于高速公路隧道照明的案例多以失败告终。主要原因有三：一是由于产品元器件选择或散热效果不好，使得LED光源在使用一段时间后，光衰严重，达不到照明要求；二是使用LED照明后，不节电反而更费钱；三是没有按照LED的需求进行系统设计，而多是设计单位设计好LED光源位置、数量、功率，且按照高压钠灯的需求进行供配电系统设计，造成供配电系统远超需求。
光源是照明中体现高效节能的核心和主体，合理地选用光源是节能照明技术的关键部分。在照明设计中，选择光源要从国情出发，实事求是，或一步到位，或分期实施。
首先，在对高压钠灯、LED、金卤灯等非白炽灯的测定中发现，其光效受电源效率影响较大，如采用高质量电子镇流器，不仅能稳定输出，提高各种光源的寿命，还能够减小能耗，并提供多样的亮度控制，为实现进一步节能提供支撑。
同时，节能与否与灯具的优劣有直接关系。若灯具设计不好或灯具材料有问题，对光效消减很大，总体上依然不会达成一个高效的照明系统。照明系统的效率由电源效率、灯具效率、光源效率共同作用，设计隧道照明设施时要综合考虑灯具效率、电源效率的影响，测定整个照明系统（不含外部供配电系统）的每瓦输入功率所能输出到灯具外的光通量参数，从而排除了单纯关注光源光效的局限，使光效评价更加具有应用价值。
其次，在隧道光源的选择上应按照全寿命周期成本原则综合考虑一个周期内（建议按照高速公路机电系统寿命周期5年或10年）照明系统及供配电系统的建设、运营费用总和。建设成本应包括整个照明系统建设费用、供配电系统建设费用（含设备、电缆）以及配套的土建预留预埋及其他附属设施的建设费用，运营费用应包括运营期电费（应考虑补偿后的功率因数），设备更换费用、设备的清洁检修等维护费用。
再次，在选择道路照明光源时，应将光源使用环境所需要的亮度水平作为重要依据。如在需要的环境亮度水平高于1.5cd /m2时选择高压钠灯比选择金卤灯的效率要高，但在需要的环境亮度水平低于1.5cd /m2时选择金卤灯则比选择高压钠灯的效率要高。
总之，在选择照明光源时，应充分考虑光源使用环境需要的亮度水平以及光源的光效随适应亮度水平变化的规律，以充分利用光源的发光特性，从而达到节能的目的。
此外，在隧道设计时一般根据交通量预测进行照明设计，但是该交通量并不是一个隧道运营的常态交通量，实际交通量是受时间、季节等多方面因素影响的，因此，根据适时交通量进行调光对节约能耗十分重要。另外，目前对LED、无极灯等可频繁开启的光源而言，布设相应的传感器，甚至可以实现“有车”则亮灯，“无车”则灭灯的控制，最大限度的实现节能。
LED照明“小陷阱”
照明产品是否节电，主要考核整个照明系统的单位电力提供的光输出能力，而不是仅光源部分的光效。这是因为一个照明灯具包括光源部分、二次封装、电源部分、反射部分等多个部件，每个部件都会带来能量损失。
目前普遍认定的LED节能计算方法有一定的误导性。
70瓦、150瓦、250瓦、400瓦高压钠灯的稳态光效分别为90lm/W、110lm/W、120lm /w、130lm/W。如果它使用的电源的效率为88%，灯具的光学效率为77%，那么70瓦高压钠灯隧道灯系统光效为60lm/W，150瓦钠灯隧道灯系统光效为74lm/W，250瓦钠灯系统光效为81lm/W，400瓦钠灯系统光效为88lm/W。
有的芯片厂家公布的每颗功率为1瓦的LED芯片光效为110lm（流明）。这里面就有两个“小陷阱”：大多数厂家推出的标称1瓦的LED芯片实际大多超过1瓦，一般为1.1～1.3瓦；而且这里的光效110lm为瞬态光效，一般在稳态工作时由于LED发热使得光效降低至90%左右。
以某厂家规模化市场的大功率LED芯片为例，当色温为5500k时每颗光通量标称112流明，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为85lm/W，小于150W瓦以上的钠灯和金卤灯的稳态光效。在此前提下，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具其系统的最高光效为85lm/ W×90%×85%=65lm/W。
比较结果似乎有些让人对LED心灰意冷：在现有公路照明标准规范需要提供相同照度指标的前提下，LED灯具并不节电。
但如果考虑到LED半导体技术发展的趋势，事情就是另外一番局面了。
美国典型LED芯片供应商CREE宣布，2010年第三季度可以市场化的CREE XP-E -S1大功率LED，当色温为5500k时每颗光通量标称150lm，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为135lm/W，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具其系统的最高光效为135lm/W×90%×85%=103lm/W。高于目前最高系统光效的400瓦钠灯隧道灯系统光效为88lm/W。
该公司的另外一款产品，2012年第三季度可以市场化的LED，当色温为5500k时每颗光通量标称188流明，实际运用时只要LED的结温小于65时，LED的稳态光效为188lm/W，如果LED电源的效率为90%，LED灯具的光学效率为85%，制造的LED灯具系统的最高光效为188lm/ W×90%×85%=129lm/W。远远高于目前最高系统光效的400瓦金卤灯（钠灯），代替隧道中断70瓦钠灯节能效果超过50%，代替隧道进出口短400瓦钠灯节能效果超过32%。
这就是说，即便是在现行标准不变的情况下，未来3年以LED代替全部传统钠灯是完全可能的。随着LED技术的迅猛发展，它极有可能成为未来的节能光源。
LED照明关键技术
目前，LED应用于公路照明的关键技术在于芯片、封装、散热、配光、电源及照明系统。从技术分布来看，LED芯片的核心技术大部分在国外，国内主要是在封装、散热、配光、电源和系统设计上加大了技术投入。
从全国范围来看，公路照明LED多用被动散热方式。这种采用铝散热器，一般每盏灯需要约7公斤铝材。如能加强研究主动散热技术在LED照明上的应用，那么每盏灯上可减少2/3铝材用量，大大降低材料成本并提高节能减排效果。
高速公路利用太阳能、风能供电的应用相当多，但在隧道方面仍然在探索之中，业界曾经有过个别宝贵尝试
虽然LED的节能减排效果显而易见，但是在改造传统高压钠灯时，如何最大限度地利用原有高压钠灯的可用部分，对于降低工程造价意义不浅。专家指出，利用现有高压钠灯灯具加装LED光源和电源，在改造项目上做到原有投资最大利用，不失为的一种好方法。
另外，LED应用关键技术研究项目中LED照明智能节能控制可以进一步提高对LED照明的电源管理，提高照明与环境及交通量、公路线形等多因素综合结合时有效提供不同光环境参数。
推动LED应用的建议
统筹兼顾、制修订相关标准规范
新项目采用LED，重点在确定LED的应用环境和位置。老项目改造，要充分利用原有资源。在修订公路照明技术规范的同时，加强市场准入管理，编制产品的验收、检测规范。结合前面所提到的各种技术因素，拓宽LED产品的检定参数范围，做到有法可依。
行业内已经围绕LED开展了多项研究，但到目前为止并没有提出适合LED的公路照明尤其是隧道照明的标准规范。因此，目前应根据LED照明的特点，从光学物理特性、环境适应性、综合供配电系统、结合路线交通状况修订相关标准规范。
加大对新技术研究的支持力度
提高对LED新型结构、散热方式、新型系统设计方案研究的支持力度并落实具体措施。
开展隧道照明环境动态试验
国内高速公路行业已经开展了多年LED的应用研究，但据了解并没有真正开展隧道环境下动态识别性研究，因此，要真正回答隧道不同光源照明的差异，应脚踏实地地开展一些研究，拿出相关数据来回答目前的社会热点问题。
加强LED应用的智能控制要求
虽然LED已经属于节能型照明材料，但因其具有瞬间启动的特点，而且我国高速公路交通量有时间分布不均匀的特点，扩大LED智能控制的意义就非常大，因此应从标准规范的层面支持和规范利用智能控制降低无效照明消耗。