愛華網(wǎng)????日前筆者在挪威有幸經(jīng)過世界最長的（24.51KM）公路隧道，該隧道于2000年11月通車至今已11年了，除長距離外，其隧道內(nèi)的照明布置，堪稱功能性和裝飾性的完美結(jié)合，給過路的駕駛員、乘客展示了光文化的內(nèi)涵，照度恰到好處，且整齊劃一、延綿不斷，蔚為壯觀，其中每8~9公里處的裝飾照明，使人賞心悅目。由于全世界公路隧道的快速發(fā)展，也帶動了相關(guān)照明光源、燈具、控制包括設(shè)計、施工、節(jié)能方面的發(fā)展，本文就隧道新光源的應(yīng)用作一分析探討。 目前全世界各類隧道中使用的電光源產(chǎn)品主要分為四大類，第一類是加熱鎢絲熱輻射發(fā)光，如白熾燈、鹵鎢燈，該類光源光效低、能耗大、壽命短，由于隧道照明技術(shù)的發(fā)展，已逐步被其它新光源淘汰；第二類是低氣壓氣體放電燈，主要是普通熒光燈和無極電磁感應(yīng)熒光燈、低壓鈉燈；第三類是高強度氣體放電燈（HID），包括高壓汞燈、高壓鈉燈、各種金鹵燈、和CosmoPolis光源；第四類是固態(tài)發(fā)光，如LED芯片。其中氣體放電燈工藝成熟，種類品種較多。而LED隨著光效和功率的提高近幾年也開始應(yīng)用于普通照明和隧道照明中。基于發(fā)光原理，分析近幾年的新型光源的特點及用于隧道照明的優(yōu)劣，并與成熟的傳統(tǒng)高壓鈉燈系統(tǒng)（無極電磁感應(yīng)熒光燈、LED和Cosmo系統(tǒng)），作簡單對比。長隧道照明由于燈具數(shù)量龐大，功耗高，日常運營電費支出可預(yù)計數(shù)額巨大。為實際降低運營成本，有必要在兼顧初始投資和維修關(guān)費用的同時，重點考慮項目照明系統(tǒng)的總體功耗。由于不論采取什么類型的燈具、光源系統(tǒng)，對隧道在不同時段的亮度水平均取決于隧道的設(shè)計通行速度和交通流量，必須嚴格遵守《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》里的規(guī)范要求，因此，應(yīng)該基于達到同樣的亮度水平，分析不同類型照明系統(tǒng)的優(yōu)劣。
根據(jù)視覺與顏色光的研究結(jié)果，在道路照明的亮度水平下，使用顯色指數(shù)大于60的白色光照明，可以比使用高壓鈉燈的黃色光照明照度降低10~30%，即可以減少如此比例的光通量，還能保持同樣的照明視覺效果。綜合而言，這三種光源都屬于白色光，都具有相近的顯色性，從照明效果上來說沒有顯著的差別，所遵循的照明標(biāo)準(zhǔn)也是一樣的。即使考慮白色光相對黃色光的亮度差別，這三種光源也具有同樣的效應(yīng)。因此要比較這三種光源用于隧道照明的節(jié)能效果，只需要橫向比較它們的理想光效和在實際應(yīng)用環(huán)境下的光效即可。無極電磁感應(yīng)熒光燈：發(fā)光原理：無極電磁感應(yīng)熒光燈屬于低氣壓放電燈。普通熒光燈（包括緊湊型熒光燈，即日常所稱的“節(jié)能燈”）依靠燈管兩端的燈絲上的電子粉發(fā)出的電子，激發(fā)燈管內(nèi)的汞蒸汽放電，發(fā)出藍色的可見光，同時發(fā)出紫外線，紫外線射到燈管內(nèi)壁涂附的熒光粉上轉(zhuǎn)換發(fā)出可見光。因此熒光燈的光效很大程度上取決于汞蒸汽放電直接發(fā)光的多少，和熒光粉對紫外線轉(zhuǎn)換為可見光的能力，而其壽命取決于燈絲熔斷和燈絲上電子粉的消耗時間。目前最好的熒光燈可以做到每瓦發(fā)光100流明（100lm/W），壽命6萬小時，如飛利浦的超長壽命熒光燈TLD Xtreme，配套應(yīng)用普通電感鎮(zhèn)流器，燈管壽命可達47000小時，如果配套熱啟動電子鎮(zhèn)流器，燈管平均壽命長達79000小時；而一般的熒光燈壽命在1~2萬小時。無極電磁感應(yīng)熒光燈與普通熒光燈的區(qū)別在于沒有燈絲，也沒有電子粉，其電子發(fā)射是依靠高頻發(fā)生器產(chǎn)生高頻電流形成變化的磁場，變化的磁場因電磁感應(yīng)在燈管內(nèi)產(chǎn)生電場，從而使燈管內(nèi)的氣體電離，然后激發(fā)汞蒸汽放電直接發(fā)出藍光和紫外線激發(fā)燈管內(nèi)壁的熒光粉發(fā)光。因為沒有燈絲和電子粉，所以無極燈的壽命不受燈絲和電子粉的限制，而是取決于高頻發(fā)生器和燈管及熒光粉，理論上可以做到10 萬小時的壽命，但因為熒光粉的光衰和高頻發(fā)生器電子器件的問題，目前最好的商業(yè)用無極燈平均壽命可以做到6萬小時，如飛利浦的QL燈。特性：本質(zhì)上無極燈與普通熒光燈的發(fā)光原理是一樣的，都是汞蒸汽放電發(fā)光和紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光相結(jié)合，所以兩者除了壽命不同外，其余特性非常類似，如光效、色溫、顯色性等。就光效而言，無極燈放電強度比熒光燈稍強，汞蒸汽放電直接發(fā)光較多；但表面積比普通熒光燈小，熒光粉少，紫外線轉(zhuǎn)化可見光少。兩者相加，總的光效無極燈比普通熒光燈差，無極燈光效一般不超過80lm/W，而熒光燈光效可達100 lm/W。理論上無極燈的壽命很長，但實際商用無極燈的壽命除了幾家國際知名公司外很少能超過2萬小時的平均壽命，這與材料和工藝有關(guān)。無極燈的理論基礎(chǔ)和設(shè)想在七十年前就有了，但直至上世紀(jì)90年代才真正實際商用。由于無極燈發(fā)光面積大，不是線性光源也不是點狀光源，非常難以進行配光設(shè)計，除非將反光器和燈具做得更大，否則燈具的效率會較低，而且光線分布不合理，照明效果不理想。隨著其他類型光源的推出和傳統(tǒng)光源壽命的延長，無極燈的優(yōu)勢已喪失，一些國際著名照明公司已減少或停止對無極燈研發(fā)的投入，包括諧波方面等有爭議的問題，無極燈從問世至今未得到大規(guī)模的應(yīng)用。LED系統(tǒng):發(fā)光原理：LED是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）的英文簡稱，顧名思義，這是一種二極管，是一種固態(tài)半導(dǎo)體芯片，所以又稱為固態(tài)發(fā)光（SSL），屬于第四類光源。與往常用的氣體放電燈是由于氣態(tài)金屬原子電離產(chǎn)生能級變化而發(fā)光不同，LED的光來自兩種不同材料的分別帶負電的電子和帶正電的空穴復(fù)合時發(fā)出的光。LED由兩片摻雜不同元素的半導(dǎo)體材料貼合在一起，其中一片是具有電子的n型材料，另一片是有空穴的p型材料，兩片材料的貼合的邊界就是p-n結(jié)。在材料兩邊加上一定的電壓，電子和空穴就會向?qū)Ψ降牟牧蠑U散，相向運動，并在p-n結(jié)界面上產(chǎn)生復(fù)合，產(chǎn)生發(fā)光，同時另一部分電能變成熱量。LED的性能因此取決于攜帶電子和空穴的不同元素、芯片生長工藝、熱量導(dǎo)出的設(shè)計、p-n結(jié)界面上發(fā)出的光如何導(dǎo)出的光學(xué)設(shè)計、不同的封裝工藝等等。特性：LED芯片是一個僅僅毫米級的極小的發(fā)光體，應(yīng)用的自由度非常大。在過去由于材料和生產(chǎn)工藝的限制，LED光效不高、功率極小的大半個世紀(jì)里，主要用于儀器儀表的指示照明；近幾年隨著光效提高和功率的增大（單顆1~5W），開始大量用于裝飾照明和普通功能性照明。LED用于普通照明需要白光，白光要么由發(fā)紅綠藍三種色光的芯片組合在一起混合成白光，要么由藍光LED激發(fā)熒光粉發(fā)出白光，其中后者是目前得到高光效白光LED的主要途徑。因為其發(fā)光原理決定，LED的特性必須結(jié)合包括光效、溫度（熱量）、壽命、應(yīng)用的靈活性、應(yīng)用的廣泛性、前景與實際一并考慮。LED的光效每年都有提高，目前的白光LED光效可達到130lm/W，而幾年前不過90lm/W左右；但LED的光效與壽命與p-n結(jié)界面溫度（結(jié)溫）密切相關(guān)，資料宣稱的光效都是基于結(jié)溫在25℃的理想狀況，而實際應(yīng)用時會高很多。特別是在大面積照明時許多芯片集中在散熱設(shè)計不合理的較小的燈具內(nèi)使用時結(jié)溫往往超過100℃，此時的光效會下降20%以上，而使用期間的光衰減和壽命也因此大受影響。LED應(yīng)用的靈活性是由于其芯片體積小，但由于其作為半導(dǎo)體芯片的高精技術(shù)本質(zhì)，所以對應(yīng)用環(huán)境的要求很高，燈具的防塵防水性能必須充分保證，否則會因潮濕而損壞；而損壞的LED的維修也不是普通的電工可以做的，除非是連同燈具整體更換，或者由專業(yè)技術(shù)人員維修，所以具有嚴格的要求。LED是一個系統(tǒng)。由于LED工作在直流，所以需要與市電的轉(zhuǎn)換電源，這是一個電子系統(tǒng)；LED的應(yīng)用往往與調(diào)光控制聯(lián)系在一起，所以需要一個控制系統(tǒng)，這是一個包含軟件和電子設(shè)備的電子系統(tǒng)。所以LED的可靠性必須由所有這些系統(tǒng)的整體可靠來保證。LED體積小、電壓低，可用于幾乎絕大多數(shù)能想到的應(yīng)用場合，但因為散熱設(shè)計的要求，大功率高光效的LED燈具體積往往比普通氣體放電燈還大，而且由于高成本和電源壽命較短的原因，LED用于大面積的功能性照明仍有較大的局限。當(dāng)然，由于半導(dǎo)體技術(shù)進步很快，LED專業(yè)燈具設(shè)計的經(jīng)驗積累越來越多，問題也在一步步解決，LED一定是具有非常好的前景，應(yīng)用范圍會越來越廣，大量用于類似隧道和普通道路的大面積的功能性照明也是很現(xiàn)實的事情，而在這方面的探索，中國花費巨大，走在世界前列。Cosmo系統(tǒng)：發(fā)光原理：Cosmo是一個系統(tǒng)，包括Cosmo光源、HID-PV電子鎮(zhèn)流器和專用反射器。和高壓鈉燈、金鹵燈一樣，Cosmo光源屬于第三類光源，即高強度氣體放電燈。高強度氣體放電燈的工作過程前半部分與熒光燈一樣，電極（即燈絲）上的電子粉發(fā)射電子，在電壓下激發(fā)燈管中的氣體和低壓汞蒸汽產(chǎn)生放電，汞蒸汽放電后燈管內(nèi)的溫度急劇上升，使放在燈管里的固體金屬氣化形成金屬蒸汽，金屬蒸汽被電離激發(fā)放電，類似汞蒸汽放電一樣發(fā)出可見光。如果燈管里只有汞金屬，而且量很大，形成高壓飽和汞蒸汽放電，就是高壓汞燈，發(fā)出的光呈青白色（主要含藍色光）；如果燈管里除了少量金屬汞外，還有大量金屬鈉，就是高壓鈉燈，發(fā)出的光除了低壓汞放電的少量藍色光外，主要是高壓的鈉蒸汽放電發(fā)出的黃色光；如果少量汞外，燈管內(nèi)充填的是其他金屬的鹵化物，就是金鹵燈，發(fā)出光色取決于金屬的種類。Cosmo光源的生產(chǎn)脫胎于此，也于此升華。Cosmo光源的充填氣體和充填的金屬元素種類、比例和氣壓都是個秘密，但它是一款氣體放電燈，它的放電管是多晶氧化鋁陶瓷，它的工作原理與其他高強度氣體放電燈一樣。特性：Cosmo系統(tǒng)是專為道路照明和隧道照明開發(fā)的一個系統(tǒng)，其參數(shù)設(shè)計針對性強。在適合的應(yīng)用場所具有高效、穩(wěn)定、舒適、節(jié)能效果。Cosmo是目前成熟技術(shù)成熟照明產(chǎn)品中光效最高的白光光源品種，達到120 lm/W。（低壓鈉燈光效可高于150，但是是黃色光；藍光LED光效可高于150，但只是藍色光）高強度氣體放電燈的光效與溫度的關(guān)系不敏感，會隨著溫度上升而略有上升。Cosmo 是長壽命照明系統(tǒng)之一。光源壽命與高壓鈉燈相當(dāng)，雖然低于無極燈和LED的理論壽命，但實際應(yīng)用的可靠性卻毫不遜色，而Cosmo鎮(zhèn)流器的壽命則超過6萬小時，達到LED電源的壽命。Cosmo的配光性能出色。由于緊湊的線性光源特性，專用的Cosmo反射器將光線合理的分配在路面上，比大尺寸光源的有效利用效率大大提高。Cosmo 只有60w，90W和140w等幾個功率規(guī)格，正好替代隧道照明大量使用的100w,150W和250w高壓鈉燈，節(jié)能效果顯著。綜上所述，公路隧道的照明形式呈多樣化，其相應(yīng)的光源應(yīng)用效果各有特色，但就長遠考慮，除傳統(tǒng)的高、低壓鈉燈、金鹵燈、普通熒光燈外，Cosmo和LED隧道照明都是不錯的選擇，節(jié)能、高效、舒適、可靠，全天候為隧道的安全通行提供保障。
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