近期，復旦大學教授、電光源研究所所長、光源與照明工程系系主任劉木清分析了LED在隧道照明中的應用研究，引起了業界的熱烈討論。隧道照明目前的主要光源是熒光燈、高壓鈉燈及金鹵燈等，LED的特點決定了它未來在隧道照明中的潛力。

　　一、隧道照明的主要光源比較

　　目前，隧道照明的光源主要有高壓鈉燈、熒光燈、金鹵燈等. 其中，高壓鈉燈光效高、紫外輻射少、可在任意位置點燃、耐震、壽命長，在隧道照明特別是山地等城市外的隧道中大量使用，而熒光燈、金鹵燈等近年來在城市隧道照明中獲得大量的應用。LED是近幾年發展很快的光源，其光效等性能指標快速提高而價格快速下降，因而在顯示、景觀照明等成功應用的同時在道路照明等定向照明中逐步獲得應用。

　　二、LED作為隧道照明光源的特點

　　1、LED隧道燈的整體光效

　　LED隧道燈的整體效率除與采用的LED的光效相關外，還與三個因素有關：二次光學設計達到的光線利用率、良好散熱以保證的LED輸出光通量維持性能及LED驅動電路的效率。以上幾個部分的效率相乘得到LED隧道燈的整體光效。

　　通過對LED發光機理的研究，可以推算出LED的輻射光譜效率可達350lm/w，由于LED發光機理上是冷光源，且輻射中光譜全在可見光范圍內，因而實際效率有望更接近理論值。即使考慮到工藝上的局限，實際LED光效如果達到理論值的一半也很可觀。光效的提高意味著對能量利用效率的提高，當LED 的生產工藝發展成熟之后，在和傳統隧道照明光源的比較中LED的節能優勢將得以凸顯。

　　其次，與傳統光源相比，LED體積小，在許多應用場合甚至可以將其當作點光源來處理，這就給燈具的光學設計帶來很大的靈活性。同時，傳統光源燈具中由于光源尺寸較大而存在的光源遮擋與吸收作用在LED燈具中也不存在了。

　　再次，LED只向半空間發出光線，這意味著不加任何形式的反射器，光源發出的光線也能全部射向受照面方向，這一特點決定了LED燈具有望做到90%以上的燈具效率。同時通過合理的光學設計達到很高的光通利用率。

　　以上是LED用于隧道照明在整體光效方面可能的優勢，但如何將其優勢轉化為實際的可應用產品，尚需解決許多技術問題。LED是與高壓鈉燈等傳統光源很大不同的光源，用于隧道照明不能簡單的將LED取代現有的光源，也不能簡單的點亮LED即用于隧道照明。如何整合LED隧道燈具的各個部件以達到對光源光通量的最大利用率進而最大限度地實現照明節能是我們面對的挑戰。

　　2、LED隧道照明燈具的壽命

　　隧道照明由于是24小時點燈，一年即8760小時，連續點燈4年約35000小時。且由于隧道內燈具的更換非常麻煩，因此，對隧道燈具的壽命要求是很高的。

　　燈具中影響壽命的主要是光源與鎮流器，燈具及玻璃等壽命很長。在傳統光源包括熒光燈、金鹵燈、高壓鈉燈，都是燈的壽命比鎮流器短，因而往往個更換燈管的方法延長整個燈具的整體壽命。LED燈具中，LED器件的理論壽命很長，因此，LED的驅動器的壽命變成瓶頸。

　　傳統光源中，無極熒光燈作為熒光燈的一個變種，其壽命很長，一般認為可達5萬小時以上，但其點燈為高頻交流信號，相應的鎮流器技術較為復雜，因而其壽命將是主要瓶頸。

　　3、LED隧道燈的市場應用情況

　　從LED市場發展的軌跡和生產技術的不斷進步看來，目前制約LED作為照明光源推廣的價格過高等問題將逐步得到解決，LED在各種照明中的應用必將逐步普及和深入。按照業內分析，LED的價格下降趨勢是每24個月下降一半。因此，隨著LED價格的快速下降，與傳統光源相比，LED的優點所造就的燈具效率高、使用方便、環保性好、壽命長等特點將更加突出，特別是在定向照明包括隧道照明等領域將迅速得到推廣。

　　目前LED的應用還大多應用在山嶺公路隧道。應用效果各不相同，應用中尚有諸多問題，如光衰大、結溫高、燈具結構不盡合理、照明均勻性差、驅動電源壽命、質量參差不齊等。就拿在設計長江隧道LED照明應用時，需要加強系統研究，形成技術指標和系統設計以確保LED在上海長江隧道工程應用的可行性。

　　三、上海長江隧道照明工程LED的應用

　　上海長江隧橋(崇明越江通道)是國家十一五重大建設項目。工程師經過近兩年的實驗，才決定在該工程的隧道中主照明采用LED。

　　1、上海長江隧橋(崇明越江通道)工程簡介

　　上海上海長江隧橋(崇明越江通道)工程位于上海東北部長江口南岸、北港水域，是我國長江口一項特大型交通基礎設施項目，也是上海至西安告訴公路的重要組成部分。該工程的建設對形成和完善沿海交通大通道，充分發揮上海市的區位優勢，促進沿海開發帶經濟發展躍上新臺階，進一步實現國家“兩沿戰略”，提高和強化上海市的輻射功能是十分必要的，并具有十分重要的戰略意義。工程起于上海市浦東新區的五號溝，經長興島到達崇明縣的陳家鎮，全長25.5KM，采用南隧北橋方案，按雙向六車道的高速公路標準設計，其中穿越南港的上海長江隧道工程全長8.95KM，江中圓隧道采用盾構法施工，長7.5KM，設計時速80KM/S。該隧道擬在基本段采用LED照明技術，以此實現隧道運營過程中的環保節能。此規劃邁步早，需配套大量調研、測試、評估工作，具有很強的科研探索性質。由長江隧道指揮部、復旦大學電光源研究所;上海隧道設計研究院聯和成立的上海長江隧道工程半導體照明應用課題組在相關技術規范制定和測試等領域做了大量的工作，積累了大量的一手數據，并摸索出一套LED隧道照明評價工作方法，為同類工程提供了借鑒，為LED作為照明光源的推廣創造了有力推手。

　　2、上海廠家隧道工程LED的應用研究

　　LED應用與隧道照明目前尚處于起步階段，光源可靠性、燈具安全性、燈具合理結構等問題尚未定型，亦無相關經驗可循。所以研究以此為重點，從光學、電學和照明效果等方面著手開展，最終形成LED照明方案及LED燈具技術要求，以利工程應用。

　　LED處于快速發展階段，有一定不可預見性，工程照明系統的可替代性研究存在相應的公關難點。通過大量的數據采集和調研比較，證明了再隧道照明中使用LED燈具可以實現節能的目的，并且新型的LED結構形式與使用傳統光源的燈具相比在可靠性實現上未發現存在大的瓶頸。LED燈具的節能特性主要體現在以下兩點：首先，結構合理的LED隧道燈配合科學的整體照明方案能夠實現高于高壓鈉燈和長管形熒光燈的光線利用率，即高的有效發光效率，以此實現照明節能;其次，方便地進行無極調光是LED作為新光源最大的優勢和亮點之一，結合智能化照明控制系統，在運營負荷量小的時段降低照明系統的功率，這種運行模式同時保證了隧道內部的照明效果并實現能量的節約利用。大功率白光LED的發光效率因不同廠家技術水平和生產條件的不同差異較大。目前，國內多數廠商自行生產/封裝的芯片，其光效指標不高，其LED產品與傳統光源相比尚不能實現照明節能。因此在本項目的應用研究中，在LED芯片上要求采用國際一流知名品牌的成熟的功率型產品，在封裝上選用低熱阻，保證功率型LED工作的穩定性、可靠性和高效性。

　　LED作為新型光源，用于隧道照明仍有許多問題亟待解決。要評價LED燈具的綜合質量必須根據隧道照明的總體方案，對LED用于隧道照明的光學、電學及照明效果進行研究，以確定最佳的LED隧道照明配光、控制、可靠性等的要求，并據此建立相應的檢測方法和手段�，F階段功率型白光LED的光效與熒光燈相當，其是否實現節能目標，還需考核兩者間燈具效率的優劣。而LED恰有體積小、便于結合燈具二次光學設計的優勢，只要把握好了燈具設計和后期制造的關卡，便能達到優于熒光燈的節能指標。

　　當前，限制功率型LED應用的一個很大的瓶頸就是散熱問題。由于LED屬于半導體器件，因此結溫的升高會導致器件各方面性能的變化和衰減。具體到LED，這種變化主要體現在三個方面：減少LED的光輸出，縮短器件的壽命，造成LED發出光的主波長的偏移，從而導致光源的顏色發生偏移。而這些都是在我們照明應用中非常重要的指標。因此，如何制定金額里的熱參數來保證相應的LED正常工作，此項工作至關重要�，F在市場上很多LED燈具產品給出溫升指標大部分都是基于燈具外殼的溫度相對于環境溫度的差異，用這種方法來衡量燈具散熱性能存在著一定的局限性。因為與影響LED期間性能直接相關的是器件PN結的結溫，目前關心的最終指標是結溫的高度，而不同燈具在其間的選取，燈具材料，生產工藝以及散熱設計等各方面都有很大的不同，導致從器件PN結到燈具外殼的熱阻有很大的差異，在這種條件下，用燈具外殼溫度相對環境溫度的溫升來判斷燈具的散熱性能是不科學的。最準確方法還是直接測量燈具選用器件的PN結的溫度，通過結溫與環境溫度的差異來衡量燈具散熱設計的好壞。

　　四、結語

　　在探索LED如何進入照明領域這個大的課題中，用LED進行隧道照明也是一個新的領域。從理論分析上得到LED進軍隧道照明不存在大的技術瓶頸，從有限的相關工程案例上也可以看出，此項技術帶來的成果和效應是明顯且喜人的。為了保證重點工程的穩步推進，并在LED進入照明領域的過程中摸索前行，結合長江越江隧道工程，項目課題組做了大量的相關工作。目前在隧道照明中采用LED作為主照明正在施工中，相信一系列研究數據和現場測試參數必將成為工程的進行和LED的推廣提供有價值的第一手資料，相信未來LED照明終將成為隧道照明應用的中堅力量!