臨合高速公路隧道LED燈照明應用分析

張政富

摘要：文章對臨合高速LED燈及高壓鈉燈的混合方案和全LED燈照明方案進行了介紹，然后從隧道燈具安裝總負荷說明LED的節能性，再從經濟角度（包括燈具投資估算對比、供配電照明系統的預算對比、運營費用對比及周期成本對比）分析兩種方案的費用，最后得出LED從節能性及經濟性兩方面均有明顯優勢的結論。

關鍵詞：高壓鈉燈；LED燈；隧道照明；節能環保；高速公路 文獻標識碼：A

中圖分類號：U457 文章編號：1009-2374（2017）10-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.064

1 概述

蘭州至郎木寺高速公路（S2）臨夏至合作段（簡稱“臨合高速”）是地方高速省會放射線蘭州至郎木寺（甘川界）高速公路的組成路段，全長98.975公里。全線共設置19座隧道，隧道總長度超過11公里。隧道照明設計內容包括隧道主線照明、隧道引道照明、人行橫洞照明、車行橫洞照明、緊急停車帶照明等。本項目2013年10月份設計圖紙評審完成，2014年12月底竣工通車。

2 隧道照明方案

2.1 高壓鈉燈與LED燈混合方案

按照《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ026.1-1999）的要求設計，隧道照明分入口段、過渡1段、過渡2段，中間段和出口段。

隧道入口段和過渡段加強照明采用400W、250W和150W高壓鈉燈，兩側對稱布設；出口段加強照明采用100W高壓鈉燈，兩側對稱布設；基本照明采用50WLED等，兩側交錯布設，增加隧道的照明均勻度。

2.2 LED燈方案

按照《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ026.1-1999）的要求，考慮當時《公路隧道照明設計細則》很快就要頒布，因此，本項目參考《公路隧道照明設計細則》（總校稿）進行隧道照明設計，隧道照明分入口1段、入口2段、過渡1段、過渡2段、中間段、出口1段和出口2段。有效降低入口段和加強照明段亮度，更加節能。

入口段和過渡段加強照明燈具采用150W、130W、110W及100W的LED燈，并采用黃色光源，出口段加強照明采用50W的LED燈，均兩側對稱布設，并采用黃色光源，黃色光源LED燈，可保證隧道洞口的指示性，同時較白色光源穿透性強，在霧天及雨雪天氣能同高壓鈉燈有同樣效果；基本照明采用50WLED燈，兩側交錯布設，可有效增加隧道的照明均勻度。

從圖1可以看出，采用LED燈照明比高壓鈉燈+LED燈混合照明安裝功率減少42.3%。

3 隧道照明方案比較

3.1 技術比選

高壓鈉燈主要由燈絲、熱繼電器、放電管、玻璃外殼等組成。

高壓鈉燈優點：（1）發光效率高（100～130lm/w）；（2）穿透性強、不誘蟲；（3）單燈功率大，可達到kW等級；（4）光源及燈具技術成熟，生產成本低。

高壓鈉燈不足之處：（1）色溫低，發光顏色為金黃色，顯像指數低（20～25）；（2）壽命較低，光源壽命為20000h，在電壓不穩波動較大時光源壽命將會極大縮短，燈具折舊費用和維護費用較高；（3）功耗大、電源效率低，采用傳統高壓鈉燈作為隧道照明時，照明系統的運營費用往往不堪重負，同時高功耗導致線路敷設成本高；（4）燈具利用系數低（0.35～0.5）；（5）不能頻繁啟動，啟動時需要一定啟動時間；（6）配光性差；（7）燈具含汞等有毒元素。

LED燈主要由燈具外殼、控制電路、電源適配器及光源組成。

LED燈屬于半導體器件，是一種固態光源，通過半導體材料中不同載流子之間的交換發光。

LED燈具有如下優點：（1）顯像指數高（75～90）；（2）可頻繁啟動，瞬時啟動，無延時；（3）LED光源理論壽命50000h，壽命是高壓鈉燈2.5倍；（4）比高壓鈉燈節電40%以上，線路敷設成本低；（5）無頻閃、寬啟動（在85～260V范圍內均可啟動）；（6）不含汞、鉛等有毒物質，比較環保；（7）采用模塊化設計或者整體設計，維護比較方便；（8）防止燈具的橢圓疊加，無光斑產生；（9）燈具利用系數高（0.7～0.85）；（10）調光范圍寬（1%～100%無極調節）；（11）配光性高，光源指向性好；（12）作為一種新型的綠色照明光源，切合節能環保要求，受到國家大力推薦提倡，前景不可估量。

LED燈目前具有如下不足之處：（1）光電效率（90～120lm/w）較高壓鈉燈低；（2）燈具成本較高壓鈉燈高；（3）LED光源屬于半導體器件，溫度的升高對LED光源壽命產生很大影響，散熱問題制約著LED燈功率不能制作很大，故不建議采用大功率LED燈作為隧道照明；（4）穿透性較差，高速公路入口段和出口段需要考慮隧道照明的穿透性能，良好的照明穿透性能將能在一定程度上保證行車安全及防災疏散效率（本項目加強段采用黃光源LED燈，可有效避免入口段穿透性差的問題）；（5）使用在高速公路隧道中仍然需要國家標準規范等層面上的支持。

3.2 經濟性比選

3.2.1 燈具投資估算對比。

由圖2可知，“全LED燈方案”比“高壓鈉燈+LED燈”混合方案在燈具方面投資增加投資1506萬元。

3.2.2 預算對比。預算對比內容包括隧道供電系統、隧道照明系統和隧道電力監控系統等。

由圖3可知“全LED燈方案”比“高壓鈉燈+LED燈”混合方案增加投資1095萬元。

3.2.3 運營費用對比。

由圖4可知，“全LED燈”方案比“高壓鈉燈+LED燈”方案年節省電費為233.3萬元。

3.2.4 周期成本對比。

由上表可知，LED燈壽命為6年，而高壓鈉燈壽命為2年，在6年時間高壓鈉燈需更換2批，高壓鈉燈總造價為1112萬（不含人工及安裝費用）。

3.3 結論

“全LED燈方案”比“高壓鈉燈+LED燈”混合方案在燈具方面增加投資1506萬元，總預算增加投資1095萬元，年減少運營費支出233.3萬元，6年運營費用減少共計1400萬元，周期成本可減少燈具總造價為1112萬，總計6年總共可節約費用1417萬元。

從以上可看出，雖然從工程造價方面LED燈較高壓鈉燈一期投資較大，但從長遠考慮，LED燈較高壓鈉燈無論在運營費用及周期維護成本，還是在長遠總的費用方面都能節約投資。綜合考慮以上因素，臨合高速最終采用全LED燈的方案。

4 結語

高壓鈉燈在隧道照明中有著成熟的應用，LED燈出現后，高速公路領域出現了“高壓鈉燈+LED燈”的過渡方案，這種方案結合了高壓鈉燈和LED的優點。隨著LED燈技術的成熟和建設成本的降低，尤其是低色溫LED燈的成熟，LED燈作為一種新興的綠色節能光源全面取代傳統高壓鈉燈只是時間問題。

參考文獻

[1] 公路隧道通風照明設計規范（JTJ026.1-1999）[S].2000.

[2] 公路隧道照明設計規范（JTGD70-2004）[S].

[3] 公路隧道設計規范（DB35/T 1307-2012）[S].

[4] 道路照明用LED燈性能要求（GB/T 24907-2010）[S].

[5] 公路隧道照明設計細則（JTG/T D70/2-01-2014）[S].

（責任編輯：王 波）