LED燈具在隧道中的應(yīng)用研究

陳志鋒

(上海隧道工程股份有限公司，上海 200335)

0 引言

我國(guó)節(jié)約能源注重環(huán)保的呼聲日益高漲，迎賓三路隧道在建設(shè)過(guò)程中就始終貫徹了“節(jié)能、環(huán)?！钡闹匾砟?，這一理念的落實(shí)亦體現(xiàn)在工程建設(shè)的每個(gè)細(xì)節(jié)中。LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品應(yīng)用在隧道通行車(chē)道的照明系統(tǒng)中，這必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。LED被稱(chēng)為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種指示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。

本文以虹橋樞紐迎賓三路隧道為例，詳細(xì)地介紹LED燈具的應(yīng)用，并從燈具選型、安裝布置和數(shù)據(jù)分析等角度閘述實(shí)際應(yīng)用情況。

1 工程概況

迎賓三路隧道設(shè)計(jì)車(chē)速40 km/h，上層行車(chē)方向由東至西，下層行車(chē)方向從西向東。隧道盾構(gòu)段長(zhǎng)1.86 km，兩端分別設(shè)置東、西工作井，其中西工作井位于規(guī)劃迎賓三路與七莘路路口西南角，緊鄰隧道管理用房，東工作井位于空港一路西側(cè)，隧道貫穿了虹橋機(jī)場(chǎng)跑道。

2 隧道燈具布置及照度的要求

隧道全線(xiàn)均采用LED燈具照明，基本照明燈具沿道路中心以燈帶形式布置，是上海目前唯一一條燈具采用燈帶形式布置的隧道，燈具間距1.5 m(兩盞燈同一端的距離)，在保證隧道內(nèi)車(chē)輛通行所需的亮度前提下，照明的連貫性更加好，地面亮度均勻，司機(jī)不容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。加強(qiáng)照明燈具布置在隧道出入口，位于道路的兩側(cè)，使司機(jī)適應(yīng)進(jìn)出隧道時(shí)光線(xiàn)的變化，防止產(chǎn)生黑洞效應(yīng)。本文主要以基本照明為例闡述LED燈具的應(yīng)用，光源在額定功率工作狀態(tài)下，且整燈安裝高度不低于4.5 m的情況下，光通量:＞1 600 lm，照到路面上的光效不低于75 lm/w，具體要求見(jiàn)表1。

表1 基本照明和燈具布置的要求

3 LED燈具的選型

LED燈具照射形式采用直射式和反射式兩種，通過(guò)對(duì)這兩種形式LED燈具的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，在迎賓三路隧道內(nèi)安裝了一定距離的試驗(yàn)段，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)照度測(cè)試和感觀評(píng)價(jià)，反射式LED燈具在保證亮度的前提下光線(xiàn)更加柔和，光源不會(huì)直接照射司機(jī)眼睛，所以選擇采用了反射式LED燈具，燈具的具體參數(shù)如下:尺寸:1 000*150*70 mm，額定功率:25.6 W，光通量:1 927 lm。

4 LED燈具的應(yīng)用情況

在100 m隧道區(qū)域內(nèi)將路面按照15×16網(wǎng)格進(jìn)行取樣檢測(cè)照度，沿車(chē)道中心在頂部安裝59盞燈具，燈具間距1.5 m，隧道寬8 m，照明覆蓋的地面面積達(dá)800 m2，燈具以額定功率正常工作，通過(guò)照度儀對(duì)隧道內(nèi)路面進(jìn)行照度測(cè)試，根據(jù)測(cè)光數(shù)據(jù)繪制照度數(shù)值圖表(表2)和偽色表現(xiàn)圖(圖1)。其中表2表示在寬度8 m長(zhǎng)度100 m的區(qū)域內(nèi)所測(cè)得的光照度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的數(shù)據(jù)，隧道內(nèi)照度情況一目了然，并且計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。由于隧道采用的是反射式燈具，路面的照度數(shù)值不是對(duì)稱(chēng)分布，這會(huì)造成隧道兩側(cè)亮度略微不一致，但情況并不明顯，對(duì)行車(chē)安全沒(méi)有影響。路面的最小亮度達(dá)到2.67 cd/m2，符合表1中要求的1.5 cd/m2亮度標(biāo)準(zhǔn)。

表3 測(cè)光統(tǒng)計(jì)表

計(jì)算條件:

①平均亮度與平均照度間的換算關(guān)系一般可按瀝青路面(15～ 22)lx/cd·m-2取值[1]

②總光通量=單燈光通量×燈具數(shù)量，總載=單燈功率×燈具數(shù)量

③平均照度計(jì)算公式:

④利用系數(shù)為0.86;維護(hù)系數(shù)取1利用系數(shù):工作面接收的光通量與燈具發(fā)射的光通量之比。維護(hù)系數(shù):經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，照明系統(tǒng)在工作面上產(chǎn)生的平均照度(即維持照度)與系統(tǒng)剛安裝時(shí)工作面上的照度(即初始照度)的比值。(影響維護(hù)系數(shù)的主要因素有兩個(gè)，一個(gè)是燈具的光衰系數(shù)，另一個(gè)是使用環(huán)境的骯臟系數(shù)。)

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5 LED燈具調(diào)光控制單元的構(gòu)成與功能

調(diào)光控制單元包括調(diào)光控制電源、控制器、通訊接口等硬件和調(diào)光控制軟件，具備時(shí)間控制、集中遠(yuǎn)控及就地區(qū)域控制功能，并能根據(jù)用戶(hù)需求靈活設(shè)置控制時(shí)間，以24 h為一個(gè)控制周期。單元采用PWM控制方式控制燈具輸出電流，以實(shí)現(xiàn)燈具調(diào)光，并能及時(shí)響應(yīng)外部控制系統(tǒng)信號(hào)命令，完成相應(yīng)動(dòng)作，并能實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)光，調(diào)光范圍20% ～100%，級(jí)差10%，能任意設(shè)置控制時(shí)間和調(diào)光級(jí)數(shù)，以滿(mǎn)足不同照明場(chǎng)合的調(diào)光要求。單元具有記憶功能，當(dāng)系統(tǒng)電源斷電恢復(fù)時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)入斷電前的調(diào)光設(shè)置狀態(tài)[2，3]。調(diào)光單元配備用于接收監(jiān)控系統(tǒng)命令的接口1個(gè)和用于調(diào)光輸出控制回路的接口4個(gè)(兩用兩備)，每個(gè)回路最多可控制200套燈具。

6 LED燈具與熒光燈的能效比較

迎賓三路隧道采用了環(huán)保節(jié)能的LED燈具進(jìn)行照明，現(xiàn)將其與采用傳統(tǒng)熒光燈為光源的燈具進(jìn)行對(duì)比，在照明效果相當(dāng)?shù)那闆r下LED燈具的節(jié)能效果。熒光燈盤(pán)為采用雙管36 W T8熒光燈管為光源的燈具，系統(tǒng)總功率80 W。LED燈是采用大功率LED為光源的燈具，系統(tǒng)功率25.6 W。圖2為熒光燈的照度等值曲線(xiàn)，圖3為L(zhǎng)ED的照度等值曲線(xiàn)

基于以上計(jì)算結(jié)果，對(duì)5年內(nèi)LED燈具成本回收和節(jié)能計(jì)算如表4:

表4 LED燈與熒光燈成本計(jì)算表

計(jì)算條件:①每天點(diǎn)燈24小時(shí)，一年365天;

②熒光燈盤(pán)燈具價(jià)格￥160，每個(gè)燈管￥10，一年更換一次，五年的燈具成本為260=160+2×10×5;

③維護(hù)費(fèi)用按平均每年￥20，五年人工維護(hù)費(fèi)用￥100;

④電費(fèi)1元/度。

燈具安裝高度為4.5 m，間距1.5 m，維護(hù)系數(shù)取1，計(jì)算隧道路面的平均照度，熒光燈下平均照度為181 lx，LED燈下平均照度為133 lx。熒光燈功率為80 W，LED燈具功率為25.6 W，因此25.6 W LED燈和60 W熒光燈照明效果相當(dāng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)LED照明燈具在上海虹橋交通樞紐迎賓三路隧道的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照度進(jìn)行測(cè)量分析，并與常用的熒光燈作了比較，LED燈具在保證隧道亮度的前提下對(duì)電力的消耗更加低，運(yùn)營(yíng)維護(hù)也更加方便。作為一種環(huán)保節(jié)能的照明燈具，它將在市政交通照明領(lǐng)域逐步取代當(dāng)前常用的熒光燈，在未來(lái)將得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]JTJ.026.1-1999，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]劉鍇，吳明光.數(shù)字可尋址照明接口協(xié)議及其應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2004，26(3):5-8.

[3]李廣才，陳英俊.網(wǎng)絡(luò)化集中控制照明系統(tǒng)中控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2007，29(3):44-45，55.