高速公路隧道LED燈具照明的應用研究

【摘 要】隧道管理是高速公路運營管理的重要組成部分，隧道照明的高成本投入和高運營費用，嚴重制約了高速公路的發(fā)展。為降低運營成本，節(jié)能增效，現(xiàn)結(jié)合浙江省金麗溫高速公路水坑隧道照明改造的實例，研究LED 燈具照明的優(yōu)點，應用于公路隧道的優(yōu)勢，并對LED燈具和普通高壓鈉燈進行了比較分析，以及對LED照明試用情況進行剖析，表明LED 照明是一種非常節(jié)能的綠色照明，也為解決隧道照明提供了一種全新的思路。

【關(guān)鍵字】公路隧道 LED照明 應用研究

浙江金麗溫高速公路橫穿浙江省的金華、麗水和溫州三地市，全長234公里，共有隧道54座，橋梁69座，一路上橋隧相連，被交通部有關(guān)專家稱為“橋隧俱樂部”。

為有效降低隧道照明能耗和企業(yè)管理成本，金麗溫高速公路的管理者進行了有益的嘗試。專門和中國電子科技集團公司第三十六研究所進行合作，在所轄的水坑隧道右線單洞內(nèi)，拆除原來的高壓鈉燈，安裝上新型照明燈具——LED燈，通過一段時間的測試，和左線單洞內(nèi)的高壓鈉燈作比較，隧道照明能耗確實大為降低，LED 照明是一種非常節(jié)能的綠色照明。

1 LED燈具的優(yōu)點

1.1 發(fā)光效率高。LED燈具有電壓低、電流小、亮度高的特性。同樣照明效果LED比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%～90%，是白熾燈的4到8倍。

1.2 耗電量極小。在同樣亮度下，耗電量僅為普通白熾燈的1/8到1/10。

1.3 壽命長。LED利用固態(tài)半導體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，可承受高強度機械沖擊，LED單管壽命10萬小時，按每天工作12小時壽命也在5年以上。

1.4 可靠耐用，便于長途運輸。由于體內(nèi)無鎢絲以及玻璃殼等易損部件，基本不受運輸影響，正常報廢率很小，維護費用極低。

1.5 起動響應快、無黑頭、免除頻換燈管之煩。LED起動響應極快，因而電流對其沖擊甚微。而普通白熾燈或節(jié)能管受起動電流的作用，燈頭很易發(fā)黑而需更換。

1.6 由于LED管是由十多只或幾十只組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，因此LED燈的可靠性比高壓鈉燈的可靠性提高了許多倍。

2 LED 燈應用于隧道照明的優(yōu)勢

目前，隧道照明可采用的燈具有高壓鈉燈、熒光燈、高頻無極燈、LED 燈等。其中高壓鈉在隧道燈中使用最為廣泛。但是，LED燈與高壓鈉燈相比的優(yōu)勢有:

2.1 LED 作為點光源，很大程度上可以直接解決傳統(tǒng)球狀光源必須靠光發(fā)射來解決的二次取光及光損耗問題。

2.2 對光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標區(qū)域內(nèi)完全均勻，這也能避免傳統(tǒng)光源“燈下亮” 現(xiàn)象中的光浪費。

2.3 LED 作為一種發(fā)光器件，既可以通過流過電流的變化控制亮度，也可通過不同波長LED的配置實現(xiàn)色彩的變化與調(diào)節(jié)。

2.4 更節(jié)能。目前白光LED的發(fā)光效率約為80 Lm /W，較傳統(tǒng)高壓鈉燈可以節(jié)電50% ～ 60% ，隨著LED 效率的快速提升，LED隧道燈在節(jié)能方面顯示出了巨大的潛力。

2.5 低維護成本。以目前的技術(shù)水平和測試結(jié)果推算，大功率LED 光源可以正常使用5 年—10 年不用更換，使用LED 光源可以大大降低維護成本。

2.6 顯色性更佳。LED 的顯色指數(shù)高( 顯色指數(shù)一般為75 ～ 80) ，路面看起來更明亮，感覺更舒適，駕駛?cè)藛T也感覺更安全。

3 LED燈具應用實例

3.1 試驗內(nèi)容

本次試驗選擇在浙江省金麗溫高速公路轄區(qū)內(nèi)的水坑隧道。水坑隧道左線長368m，右線長403m，分別在左、右線單洞內(nèi)安裝了高壓鈉燈和LED燈。主要完成以下工作：1、分析研究國內(nèi)外相關(guān)資料，結(jié)合國家標準和規(guī)范，制定隧道LED照明總體方案。2、分析計算隧道洞外亮度及各照明段功率密度，確定LED燈具功率、型式及布置等。3、根據(jù)LED光源特點，研究確定LED照明燈具導熱件、鋁基板、電路板、反射器等。4、分析研究光源適時控制系統(tǒng)、控制線路線損補償裝置，解決電路抗干擾問題。5、安裝調(diào)試，驗證對比試驗隧道的LED照明系統(tǒng)。測試效果、跟蹤運行，分析改進，總結(jié)成果。

3.2 燈具布置實例

浙江省金麗溫高速公路水坑隧道照明設計采用新型LED隧道專用照明燈具替代原設計高壓鈉燈后，照明總功率為原設計的0.66倍，節(jié)電34%。照明布置為：

基本段燈具布置：采用60WLED隧道專用燈，間距6.0m，共安裝66盞，拱頂單光帶偏行車道中線1.5m布置。

入口段1燈具布置：采用120W的LED隧道專用燈加強照明，間距1.2m，安裝成縱向4排，對稱布置在隧道兩側(cè)，共140盞。

入口段2燈具布置：采用120W的LED隧道專用燈加強照明，間距1.2m，安裝成縱向2排，對稱布置在隧道兩側(cè)，共66盞。

過渡段燈具布置：采用90W的LED隧道專用燈加強照明，間距3.0m，安裝成縱向2排，對稱布置在隧道兩側(cè)，共48盞。

出口段1燈具布置：采用90W的LED隧道專用燈加強照明，間距6.0m，安裝成縱向2排，對稱布置在隧道兩側(cè)，共10盞。

出口段2燈具布置：采用90W的LED隧道專用燈加強照明，間距3.5m，安裝成縱向2排，對稱布置在隧道兩側(cè)，共20盞。

3.3 試驗結(jié)論

3.3.1 左線高壓鈉燈滿負荷總功率52.7kW，右線LED燈相應為35.7kW。根據(jù)該隧道的附近環(huán)境、交通流量和設計要求，對燈具進行控制，連續(xù)五天準時點對左、右兩線的燈具耗電量進行計量，左線高壓鈉燈每天平均耗電747.2kw/s， 年耗電費24萬元；而右線LED燈具每天平均耗電472kw/s， 年耗電費15萬元；LED 燈能耗較高壓鈉燈降低，年節(jié)電費9萬元。

3.3.2 LED 光線顯色指數(shù)較高壓鈉燈極大提高，夜間照明效果明顯提高。其對隧道照明設計亮度參數(shù)的影響值得進一步研究。

3.3.3 LED 燈具價格較高壓鈉燈高，但如在設計階段即采用LED 系統(tǒng)，則其對供、配電設備的低功率要求可進一步對建設費用產(chǎn)生有利影響。

試驗項目對LED 照明技術(shù)及光源實時控制技術(shù)的綜合應用取得了積極的成果，為進一步在金麗溫高速公路上進行公路隧道LED 節(jié)能照明系統(tǒng)建設奠定了基礎。

4 結(jié)語

目前LED 隧道專用燈具的初始投資雖然高于高壓鈉燈，但是由于LED 的用電量及使用維護費用大大低于高壓鈉燈，并且隨著LED 燈具的產(chǎn)業(yè)化，其生產(chǎn) 成本將大幅降低，所以LED 燈具在公路隧道的應用將會很快普及.

根據(jù)我國每年公布的《公路水運交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從2006年到2010年全國公路隧道建設增量每年的增幅均在20% 以上。到2010年底，全國公路隧道為7384處、512.26萬米，比上年末增加1245處、118.06萬米，其中，特長隧道265處、113.80萬米，長隧道1218處、202.08萬米。如果再加上鐵路隧道、地 鐵、輕軌和立交橋下穿通道等其它類型隧道，若這其中有50% 安裝LED 隧道照明燈具，將在節(jié)能上產(chǎn)生非常巨大的經(jīng)濟效益。

因此，LED 燈具作為第四代電光源，它必將取代傳統(tǒng)的白熾燈、鹵鎢燈和熒 光燈而成為21 世紀的新一代光源，成為一種理想的環(huán)保照明。

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