高速公路隧道LED照明节能技术研究
摘要：在能源紧张和照明运营开支居高不下的形势下，公路隧道照明节能技术研究越来越受到各方面的关注，已成为公路隧道工程上的一个重要课题，本文通过对比研究几种常见隧道照明光源的特性，并结合实际工程案例进一步论证了新型光源LED照明技术在公路隧道照明中具有广泛的应用前景。
毕业论文网 关键词：光源特性；LED灯；照明节能 中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号： Abstract: In the energy nervous and lighting operating costs high situation, highway tunnel lighting energy saving technology study more and more get the attention of various aspects, has become a highway tunnel engineering an important topic in this paper through the comparative study several common tunnel lighting source characteristics, and combining with the actual engineering case further demonstrates the LED lighting technology in the new light source road tunnel lighting has a broad prospect of application. Key words: light source characteristics; LED lamp; illumination energy conservation 1 引言 公路隧道由于其功能的特殊性，确定了其建设的复杂性。
公路隧道照明，尤其是高速公路隧道照明与一般道路照明要求不同，隧道白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间更加复杂。
照明系统是隧道机电工程中最重要的设施之一，也是整个隧道机电工程总投资最大的系统之一。
目前，国外工业发达国家隧道通风照明系统费用通常为整个隧道土建费用的10％左右，最高可达20％。
同时照明费用也是隧道运营费用中开支最大的项目之一，如何既减少隧道照明系统的运营费用又不影响洞内车辆的安全行驶，成为摆在我们面前急需解决的难题。
2 现状分析 我国隧道照明设施相对落后，缺乏对隧道照明技术深入研究。
与此同时运营单位为了降低运营和维护费用，并不完全开启所有照明灯具，往往采取开启1／4到1／2左右，有的隧道甚至干脆不开灯，造成隧道内照度很低，且亮暗交错不均匀，容易诱发驾驶员视觉疲劳，带来了严重的交通安全隐患。
在能源紧张和照明运营开支居高不下的形势下，公路隧道照明节能技术研究越来越受到各方面的关注，已成为公路隧道工程上的一个重要课题，通过公路隧道照明节能技术的研究，可以带来巨大的经济效益、环保效益和社会效益。
近年来，LED以其低能耗高效率的特点，在照明行业正得到广泛的应用，从显示器背光照明到景观照明再到日常照明，覆盖范围越来越大。
作为光源，LED的优势体现在三个方面：节能，环保和长寿命。
LED不依靠灯丝发热来发光，能量转换效率非常高，理论上可以达到白炽灯10％的能耗，相比荧光灯，LED也可以达到50％节能效果。
中国绿色照明工程促进项目办公室做过一个专项调查，我国照明用电每年在3 000亿度以上，用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，节省1／3的照明用电，就意味着节约1 000亿度，相当于一个总投资超过2 000亿的三峡工程全年的发电量还要多。
在隧道照明节能技术中，照明光源是最重要的研究方向，选用合适的高速公路隧道照明的光源能有效的降低能耗水平。
隧道照明的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰减、寿命、光色和显色性、成本要求，同时还能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。
隧道照明的效果必须依靠可靠的光源来实现，公路隧道一旦投入使用，照明系统几乎就处于长期点灯状态。
3. 照明光源特性分析 隧道照明中传统的照明光源是白炽灯、荧光灯、高压汞灯、低压钠灯和高压钠灯。
随着科技的发展，LED灯以及电磁感应灯这些新型电光源也逐步用于道路和隧道照明中。
其中荧光灯、高压钠灯及LED灯是目前隧道照明系统中应用较多的光源，下面主要对三种照明光源的特性进行分析。
（1）荧光灯 荧光灯光线柔和，显色性好，有着级高地均匀度，特别是通过无级调光控制，洞内亮度变化舒顺平缓，由于灯具密集，车辆没有暗影响，营造出类似于白天的照明效果。
荧光灯连续设置，连带状照明，可以为隧道内营造一种较好的景观，且有利于诱导驾驶员的视线，非常有利于交通安全。
其主要不足是灯具造价较高，光效低，使用寿命不长，透雾性较差，照明耗电量较大，经济性较差。
但显色 性较好，荧光灯的光效和寿命均为普通白炽灯的5倍以上，在城市隧道中也有使用，一般使用在隧道紧急停车带和人行横道。
（2）高压钠灯 高压钠灯光效高，桔黄色的光线透烟雾性强，使用寿命长，高品质高压钠灯的寿命在标准电压下工作一般为18000h—24000h，是实现隧道照明的首选产品。
在公路隧道的发展进程中，高压钠灯发展空间广阔，市场容量很大。
90年代中期，欧司朗公司已开发出脉冲式钠灯光源，该光源除继续保持寿命长、高光效的特点外，还显著改善了光色和显色性。
目前，国内外隧道照明几乎均采用高压钠灯，高压钠灯使用时要配用镇流器。
目前在市场上销售的镇流器有传统电感镇流器、节能(低损耗)型电感镇流器、H级电子镇流器、L级电子镇流器。
传统的电感镇流器功耗大，每年消耗的电能数量巨大。
电子镇流器虽然具有高光效、低频闪和节能等优点，但目前因价格过高或产品质量难以令人满意或对外电磁干扰很严重等原因使其适用范围受到限制。
（3）LED灯 LED隧道灯LED灯具采用的是半导体发光材料，与其他发光材料相比较，其绿色、高效、可靠、耐用的优势显著。
其主要特点是发光寿命长，寿命不、受点亮次数影响，固态封装，抗震性强。
并且随着半导体技术的不断进步，LED照明灯具技术也在不断发展。
采用LED作为光源，具有高显色性、节能长寿命、启动时间短。
但若灯具功率较大，其驱动电流比较大，其散热问题不易解决，同时LED价格较高，无法作为通用光源推广应用。
近年来，随着LED发光效率的逐步提高，工艺的不断改进和价格的不断降低，LED光源必将在隧道照明建设中发挥巨大的作用。
4 具体案例分析 隧道照明系统主要包括：基本段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明、应急照明、洞外引道照明及接近段减光设施。
根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026．1—1999)，长度大于100m的隧道应设置光电照明设施，根据隧道照明设计规范并结合实际工程案例，各照明区段亮度与长度如表2—1所示。
平均照度和平均亮度之间的换算关系一般可按沥青路面(15―22)Lx/cd，水泥混凝土路面(10～13)Lx/cd取值。
在根据规范确定了隧道照明的长度和亮度对应关系后，我们将通过在一些案例来对三种光源高压钠灯、LED灯及无极荧光灯光效进行对比研究，由于隧道分为基本段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明等，因此我们选择隧道照明中比较典型的基本段照明来进行研究，下面结合在平时设计过程中一些案例列表进行说明，具体参见表2—2所示。
表2—1 隧道照明亮度与长度对照表 隧道照明亮度取值表 近期（双车道单向交通量2400辆/h、双车道双向交通>1300辆/h） 车速 洞外亮度L20(cd/m2) 入口段亮度折减系数 入口段(84m) 过渡段1(72m) 过渡段2(96m) 出口段(60m) 基本段 入口段亮度折减系数 入口段(84m) 过渡段1(72m) 过渡段2(96m) 出口段(60m) 基本段 100 4000 0.035 140 42 14 20 4 0.045 180 54 18 45 9 3500 0.035 122.5 36.75 12.25 20 4 0.045 157.5 47.25 15.75 45 9 3000 0.035 105 31.5 10.5 20 4 0.045 135 40.5 13.5 45 9 80 4000 0.025 100 30 10 10 2 0.035 140 42 14 22.5 4.5 3500 0.025 87.5 26.25 8.75 10 2 0.035 122.5 36.75 12.25 22.5 4.5 3000 0.025 75 22.5 7.5 10 2 0.035 105 31.5 10.5 22.5 4.5 60 4000 0.015 60 18 6 7.5 1.5 0.022 88 26.4 8.8 12.5 2.5 3500 0.015 52.5 15.75 5.25 7.5 1.5 0.022 77 23.1 7.7 12.5 2.5 3000 0.015 45 13.5 4.5 7.5 1.5 0.022 66 19.8 6.6 12.5 2.5 表2—2 隧道基本段照明对比表 隧道基本段照明对比表 平均亮度与照度换算系数 高压钠灯（100w，光通量为9000lm） w/m LED灯（40w，光通量为3500lm） w/m 无极荧光灯（100w，光通量为8500lm） w/m 杨仙岭隧道 基本段亮度为4.5cd/m2水泥路面 10 单排布置（6m） 16.67 单排布置（5m） 8 单排布置（5m） 20 10 交错布置（6m） 16.67 交错布置（5m） 8 交错布置（5m） 20 10 对称布置（12m） 16.67 对称布置（10m） 8 对称布置（10m） 20 平均亮度与照度换算系数 高压钠灯（100w，光通量为9000lm） w/m LED灯（80w，光通量为7000lm） w/m 无极荧光灯（100w，光通量为8500lm） w/m 咸通高速 基本段亮度为4.5cd/m2水泥路面 10 单排布置（6m） 16.67 单排布置（12m） 6.67 单排布置（5m） 20 10 交错布置（6m） 16.67 交错布置（12m） 6.67 交错布置（5m） 20 10 对称布置（12m） 16.67 对称布置（24m） 6.67 对称布置（10m） 20 平均亮度与照度换算系数 高压钠灯（100w，光通量为9000lm） w/m LED灯（30w，光通量为2700lm） w/m 无极荧光灯（100w，光通量为8500lm） w/m 三门峡至淅川高速 基本段亮度为2.5cd/m2水泥路面 10 单排布置（10m） 10 单排布置（3m） 10 单排布置（9m） 11.11 10 交错布置（10m） 10 交错布置（3m） 10 交错布置（9m） 11.11 10 对称布置（20m） 10 对称布置（6m） 10 对称布置（18m） 11.11 平均亮度与照度换算系数 高压钠灯（100w，光通量为9000lm） w/m LED灯（20w，光通量为2700lm） w/m 无极荧光灯（100w，光通量为8500lm） w/m 黄石市李家坊隧道 基本段亮度为2.5cd/m2水泥路面 10 单排布置（10m） 10 单排布置（4m） 5 单排布置（9m） 11.11 10 交错布置（10m） 10 交错布置（4m） 5 交错布置（9m） 11.11 10 对称布置（20m） 10 对称布置（8m） 5 对称布置（18m） 11.11 5 结论 通过以上对比可知，在满足规范基本段照明要求的情况下，隧道基本段每米长度下LED灯所需灯具瓦数最低，虽然目前LED灯具成本还比较高，但如果考虑到采用LED灯具使变压器、配电设施、电缆等方面可以节约的成本，其综合建设费用增加幅度有限。
如果同时考虑运维费用，则总体费用较高压钠灯方案有明显优势，同时照明效果大大提升。
根据我国每年公布的《公路水运交通行业发展统计公报》的统计数据，从2003年到2006年全国公路隧道建设增量每年的增幅均在20％以上。
2009年底，全国公路隧道为6 139处，394．20万m，比上年末增加713处，75．56万m，其中特长隧道190处，82．11万m，长隧道905处，150．07万m。
如果再加上铁路隧道、地铁、轻轨和立交桥下穿通道等其它类型隧道，若这其中有50％安装LED隧道照明灯具，将在节能上产生非常巨大的经济效益。
LED灯具作为第四代电光源，赋有“绿色照明光源”之称，它必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯而成为21世纪的新一代光源，特别是同绿色能源――太阳能电池结合起来， LED将成为一种理想的环保照明。
今后随着技术的进步和生产规模进一步扩大，LED灯具的价格必然逐步降低．其经济效益将进一步显现，而其节能环保的社会效益更是影响深远。
因此我们相信，LED照明在公路隧道照明领域应用前景广阔，是今后发展的主要方向。
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