LED光源路灯照明系统节能方案.docx
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LED光源路灯照明系统节能方案
LED光源隧道照明系统节能方案
关键字：
LED光源隧道灯用太阳能电池板作为光强传感器隧道内的亮度自动调节，LED驱动器PWM脉冲调光，雷达测量车流量
一、设计原则
为了对隧道照明进行优化设计，就必要先了解些基本的视觉问题。
如白天的黑洞现象；隧道内部“适应的滞后现象”。
隧道出口处会出现一个很亮的出口，“白洞”现象；为此隧道照明通常分为入口照明，过渡照明，基本照明和出口照明。
其中对入口照明的要求更加严格，要求从外界相仿的亮度逐渐降低。
具体而言，白天隧道入口照明的亮度要根据隧道外的亮度、车速、入口处的视场和隧道长度来确定的。
国际照明委员会将隧道入口照明分为（从隧道口开始）阈值段和过渡段。
而日本的隧道照明标准中更进一步将隧道入口照明分为引入段、适应段、过渡段。
阈值段是为了消除“黑洞”现象，让驾驶员能在洞口辨认障碍物。
隧道过渡段照明是为了避免阈值段照明与内部基本照明之间的强烈变化而设置的照明段，其照度进一步逐渐降低。
为此我国根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）要求“入口段加强照明白天分晴天、云天、阴天、重阴4级控制，基本照明分交通量大、交通量小2级控制，出口段加强照明分白天夜晚2级控制”。
隧道照明通常分入口照明、基本照明和出口照明（引入段、适应段、过渡段、中间段、出口段）。
二、隧道照明设计系统
1、入口照明的设计要点
“黑洞”会引起视度降低，消除这种现象，要提高入口照明的亮度，设计要根据隧道外的亮度、行车速度、入口处的视度和隧道长度等条件确定。
首先进行洞外亮度计算法是在接近洞口段起点S处，亮度传感器采用太阳能电池板检测。
假设在S处测得亮度3200cd/m²，一般隧入口属于明视觉的范畴，在明视觉条件下，采用白光照明光源（显色指数大于75）时，照明标准取“JTJ026.1-1999”《公路隧道通风照明设计规范》规定值的0.88倍；可以取L（S）=3500cd/m²。
当确定洞外入口处的亮度后，就可以计算出隧道入口段亮度：
Lth（S）=k*S=0.045*3500=157cd/m²
Lth（S）-入口段平均亮度（cd/m²）
K-入口段平均亮度的折减系数（《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999表4.3.1）
表4.3.1入口段亮度折减系数
设计交通量N（辆/H）
K
计算行车速度（km/h）
双车道单向
双车道双向
100
80
60
40
≥2400
≥1300
0.045
0.035
0.022
0.012
≤700
≤360
0.035
0.025
0.015
0.01
2、过渡段和中间段照明
隧道过渡段平均亮度公式（《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999表4.4.1）
Ltr1=0.3Lth=0.3*157=47.1cd/m²;
Ltr2=0.1Lth=0.1*157=15.7cd/m²
表4.4.1过渡段亮度
照明段
适应段
过渡段
亮度
Ltr1=0.3Lth
Ltr2=0.1Lth
隧道中间段平均亮度按（《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999表4.2.1）
表4.2.1中间段亮度
计算行车速度km/h
Lin（cd/m²）
双车道单向交通N≥2400辆/H
双车道双向交通N≥1300辆/H
双车道单向交通N≤700辆/H
双车道双向交通N≤300辆/H
100
9.0
4
80
4.5
2
60
2.5
1.5
40
1.5
1.5
即Lin=9.0cd/m²
3、出口照明
隧道出口由于白天野外亮度很高，“白洞”眩光使通过人员在出口附近视力降低，看不清障碍物，所以在隧道出口部分要有过渡区间，并要加强垂直照度。
夜间出口处的过渡照明的区间长度应比隧道内中间段亮度要低，以使隧道内外亮度不至于突然变化而降低视度。
出口段照明的计算标准根据（《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999标准4.5.1和4.5.2）
4.5.1：
在单向交通隧道中，应设置出口段照明；出口长度宜取60米，亮度宜取中间段的5倍。
4.5.2：
在双向交通隧道中，可不设出口段照明。
即：
白天取Lex=5*9cd/m²=45cd/m²；夜晚没有设定标准，但要比中间段亮度降低，取Lex（晚）=0.8*9cd/m²。
4、灯具的整体布置图
根据《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026-1999标准设计的隧道灯布置图片
隧道灯具安装示意图（平面）
隧道各照明段长度标准：
入口段200米（其中阈值段为60米，适应段为60米，过渡段为80米）
中间段为：
出口段60米
总长度：
二、LED隧道灯智能控制
1、雷达车流量检测装置
把雷达监测信息传递给控制中心，有控制中心判断车流量等级，然后进行相应的脉冲输出，进行对灯的亮度调节。
微波交通信息检测与超速抓拍触发雷达，安装于道路上方，用于精确检测四车道的车流量。
主要技术指标：
1、中心频率：
24GHz
2、调频宽度：
200MHz
3、微波发射功率：
<10mW
4、天线波束宽度：
4°x6°&4°x12°
5、探测时间：
2ms
6、安装高度：
4～8m
7、温度范围：
-45℃～85℃（工业级）
8、湿度范围：
0-95%RH
9、通信接口：
光电隔离的RS485或RS-232串行数据接口，波特率为9600～115200bps可调无极性接触器信号线，包括可反映装置工作状况接触器信号线
10、整机连续工作能力：
>90000h（十年）
2、LED隧道灯智能控制系统
1）控制中心：
对系统的总体灯具进行集中调光，并且对每台灯具的状态进行查询，并显示在软件界面上，不需要现场勘测各个灯具的运行情况，控制和监控非常方便。
2）控制台:
对区域灯具进行操作，接收到控制中心命令后，发送给各个灯具，并执行巡检，当控制中心来查询时，将这些状态集体上报。
3）灯具控制：
接收控制台的调光命令后，将其转化成为电源可识别的PWM信号，从而调整了电源输出的电流，实现LED灯具亮度的变化；采集恒流源的输出信号，进行故障判断，当恒流源故障时，将此状态上报到控制台。
4）调光控制系统功能:
*一、时间校准:
由总控制台每24小时进行一次时间校准，保证时控模式的准确。
*二、调光功能:
LED灯具通过控制电流可以实现9级亮度控制，调光级数分为20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。
*三、手动控制:
可以在总控制台远程进行，也可以在分控制台就地进行。
就地手动控制:
分控制台可实现就地调光。
远程手动控制:
在总控制台上进行。
控制区域选择:
操作人员可以选择全部区域或某一区域进行单独调光；
*四、时控模式:
可以在非人工干预情况下自动调光。
*五、降级控制功能:
可保障LED灯具在与分控制台失去联系时的自动照明。
*六、巡检功能:
每盏LED灯具的智能单元周期性自检，并将各情况反馈到总控制台。
*七、故障判断:
控制台根据各灯具巡检结果自行判断灯具是否有故障，总控制台和分控制台之间实现互相检测对方状态判断。
*八、故障处理恢复功能:
维护人员根据故障信息进行诊断处理，故障调节控制器恢复以后，需要总控制台
进行调光参数设置。
*九、每个控制台加了一个测光的功能，可随时监测光衰
调光控制系统特点
*调光系统简捷、灵活，便于操作，维护简便。
*能及时响应外部控制系统信号指令并做出相应的动作。
*可任意设置控制时间和调光级数。
*系统启动时间短。
*能够定期对每个灯具工作情况自动巡检；也可进行手动检测。
系统优点
布线原理简单明了，易于施工
各个控制台有两种接口，可以在各个控制台的本地进行现局势稳定监控，也可以在总各个控制台的本地进行现场监控，也可以在总控制台对各个控制台进行总控，每个控制台有两种接口，可以选择用TCP/IP接口，也可以选择用
485接口，管理方便，接口协议采用标准协议。
控制接口标准化，有利于客户采取多种方案实现控制。
自动地址分配，减少了客户的人工操作，降低成本，方便实用。
可完成对各个灯具的亮度控制，包括时控，人工控制等。
可完成对各个灯具的状态检测，有利于对灯具的维护
在绝对满足国家隧道照明设计规范要求的情况下，在隧道口入口处，安装一块太阳能电池板，采集入口处的照度，用计算机设定好的程序，智能实现对每个灯的亮度无级控制。
在统一的模式下，针对每一套隧道灯在不同的位置，不同的时间段，根据国家标准，在现场通过上位计算机现场调试。
智能调光是通过控制器脉冲输出的占空比来调节LED功率调光技术，是将装置安装在隧道灯上，根据入口处的亮度后，和国家隧道照明规范，在道路设定的车速等条件的前提下，对每一个隧道灯进行输出功率设计。
采用这种装置，不仅节约了电能，不影响照度均匀度。
三、LED光源隧道灯：
1、LED光源
LED芯片选用
LED高光效,高亮度,高节能:
本公司采用世界知名厂商美国原装高效率LED芯片,光效指向性,用于道路照明的总效性高与其他光源,所以非常节能.以太阳光显色指数R＝100为标准，本公司LED的显色指数R值＞80，高于其他光源，恒定直流驱动，使用安全高频点灯，符合绿色光源驱动頻率40KHz，无频闪。
具体参数如下:
1-3W通用,电流350MA-700MA,最大支持1000MA
350MA:
电压3.25V,流明值为110LM-140LM,
LED使用基本参数
我们用该芯片做的LED路灯。
我们用大发光芯片在不同瓦数下的性能参数及寿命：
（以白5000-6000k）
瓦数
工作电流
亮度
寿命
铝基板温度
备注
1W
350mA
110Lm（MIN）
100000h
85ºC以下
启动瞬间电流应小于1800mA
15W（串联）
32OmA
1650Lm（MIN）
600000h
90ºC以下
启动瞬间电流应小于1500mA
2、提高LED光源灯具光效率
根据LED的发光特点，每颗LED上面加上一颗透镜，使得发光出来的光斑均匀，色温在5500K，这样的产品灯具的发光效率大于85%。
高亮度，长寿命，高效散热，光斑均匀（发光曲线完美），
绿色环保，政府资金支持
基本的参数SPECIFICATION
产品编号Seriesnumber
JHDD-LED30W-PWM-LH
产品寿命Lamplifetime
大于50000Hrs
产品质保Guarantee
5years
外型颜色Lampcolour
白色、蓝色、灰色等
灯具尺寸Lampdimension
710*330*230
产品重量Netweight
8.6公斤
电气参数ELECTRICALSPE
工作电压Voltage
10-30VDC160-260VAC
额定功率Ratedpowerconsumption
30W
实际功率Realpowerconsumption
60W-66W
物理参数MECHANICALSPE
工作温度Ta（Ambienttemp）
-40-50°C
灯体温度Lamptemp
小于Ta+40°C
防护等级IPlevel
IP65
LED寿命LEDlife
大于50000Hrs
耐冲击等级
IK10
光学参数OPTICALSPEC
光效Luminousefficiency
107lm/W
色温Colortemp
5500K±1000K
中心照度Centralilluminance
29.2lx@6.2m
平均照度Averageilluminance
14.4lx@6.2m
均匀度Uniformity
0.5
显色指数CRI
大于70
3、LED灯具的散热问题的解决：
LED光源的寿命和光衰与其节点的工作温度有很密切的关系。
温度每增加10度C其信赖性就会减少一半。
许多样品用了许多的铝挤散热基构、压铸件和鳍片等等的散热件来帮助LED散热导致灯头太重并不适合挂在现有的灯柱上。
散热设计的重点在于要有愈短愈好的热路径的设计、热必须能在最快速的方法将热导出然后散出。
导出去不能有效的散热或是没能在第一时间有效地导出热都是不好的设计。
不过在可能的情形下建议尽量分散LED也就是分散热源、不但散热的设计较好做、就连光学的设计也是较好的方式。
每个灯具上面有铝基板，铝基板采用进口的低热阻系数、高导热的铝基板，每个铝基板上焊接10个1W-3W的LED，使得LED芯片的发热量迅速的传导到铝基板上，铝基板和灯壳紧密接触，在灯壳内部填充相变散热材料，使LED产生的热量顺利传到到灯壳上面，通过自然对流导外部的空气中，为了保证热量能迅速的自然对流到空气中，散热的面积要大于5平方厘米/瓦，我们的灯具散热面积达到了50平方厘米/瓦，保证了LED长期工作，光衰减极小。
4、LED恒流驱动器的设计：
LED驱动器采用降压驱动的方式，采用美国进口芯片专用LED驱动芯片，保证恒流工作，采用PWM脉冲的占空比调光方式和电位器调光2种方式，在智能控制的方式下，采用PWM自动调光，电位器只是在调试的时候调节，内部的储能电感采用高居里温度的磁芯，热稳定性高，实际效率大于90%。
5、LED隧道灯参数：
根据《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999标准和国家倡导节能环保和安全长寿命的需要，所有的灯具内部全部是LED大功率光源，主要的LED隧道灯具体参数如下：
主体材质：
纯拉伸铝为散热主体（表面氧化处理），压铸铝做为挡板，钢化朝白玻璃。
外观尺寸：
外壳耐腐蚀等级：
WF1。
防触电防护等级：
Ⅰ类。
防护等级：
IP65。
输入电压：
160-260VAC
功率：
66W
灯具出光效率：
大于85%
功率因数：
大于98%
电源效率：
大于90%
四、光学设计
不同的光源必须有不同的光学设计、即使相同的光源但是应用在不同的专案中也要有新的设计。
下图说明了针对隧道灯的应用、我们刻意将光场设计成散光，对透镜做压花，压纹处理，防止眩光对驾驶员的影响，采取这样的处理对透镜的透光度有些影响，我们在透镜的内表面做减反增透镀膜处理。
LED光源没有传统光源向四面发光的缺点、其高方向性的单面发光特性会有比较好的光学设计。
大功率LED的二次光学设计用透镜是整个灯具最重要的一环、提升整体灯具的出光效率是很重要的工作、传统灯具只有约65%的出光效率、但以LED路灯来讲90%以上的出光效率应该是LED路灯的目标。
五、安装
灯具的配光要进行大量的验证，试验，用计算机软件进行模拟。
在隧道口入口的阈值段，灯具的间隔是0.5米（功率是60W）；在适应段，灯具的安装距离是也是1.5米（功率是60W）；在过渡段，灯具的安装距离是3米（功率是30W）；在中间段，灯具的安装距离是5米（功率30W）；在出口段，灯具的安装距离是1.5米（功率60W）。
灯具的安装高度：
5.1米（中心标高是4.85米）
灯具的仰角：
与水平夹角45°。
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