高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應用探討

周清凱

（云南麻昭高速公路建設指揮部　云南省　昭通市　657000）

高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應用探討

周清凱

（云南麻昭高速公路建設指揮部云南省昭通市657000）

本文探討了高速公路中照明系統(tǒng)的使用，對整條高速公路照明系統(tǒng)進行了經(jīng)濟、性能方面的對比，尤其是在高速公路后期運營過程中采用新技術(shù)、新工藝的照明系統(tǒng)，對高速公路后期運營中節(jié)能減排及降低運營費用有較好的作用，能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值。

高速公路；照明；節(jié)能

1　工程概況

麻昭高速公路是交通運輸部確定的“綠色低碳”示范建設項目。它是國家高速公路網(wǎng)G85渝昆高速公路的重要組成部分，云南南北高速公路大通道建設的重要一段，是云南連接成渝地區(qū)、通往西南腹地的交通主動脈。由于地形特殊，導致麻昭高速公路橋隧比達到50.79%，其中隧道長度達到51.518km（單洞），如果在隧道照明設施中全部采用節(jié)能設施，每年單電費就可以節(jié)約上百萬元。

亮度布置初步設計隧道均按照行車速度80km/h設計各照明段長度，照明亮度為4000cd/m標準考慮（不考慮隧道口加密）。光源初始光通50000流明，路面亮度總均勻度U00.6，投光照度取決于燈具配光曲線以及測量位置，防護等級不低于IP65。一般燈具正下方7m照度100～1000lx。如果采用傳統(tǒng)的高壓鈉燈，則需要消耗大量的電能，榮采用新型的LED節(jié)能燈，則可以節(jié)省電能一半以上。

下面對高壓鈉燈和LED燈進行深入的系統(tǒng)比較和計算，以便測算麻昭高速公路在使用LED節(jié)能隧道燈后，運營過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

2　高壓鈉燈工作特點

（1）現(xiàn)今隧道照明主流光源為高壓鈉燈，其每顆鈉燈功率為250～400W鈉燈色溫為3500～3800K（色溫（colo（u）r temperature）是表示光源光色的尺度，單位為K（開爾文）。高壓鈉燈發(fā)光顏色為黃色，色溫及顯像指數(shù)都比較低。太陽光顯像指數(shù)為100，而高壓鈉燈的顯像指數(shù)僅為20左右（黃光）。

（2）鈉燈的燈泡結(jié)構(gòu)決定了燈具的光源利用率低，僅有40%左右。燈管的發(fā)光角度為360°大部分必須通過反射后才能照射到指定區(qū)域。

（3）高壓鈉燈燈泡啟動時間長，在通電5～10min左右的時間，才能達到正常亮度，再次啟動的時間間隔一般要大于5min。

（4）鈉燈由于燈亮時與滅燈時的溫度差異很大，若燈體不帶呼吸系統(tǒng)時，反射器容易被有害氣體腐蝕而產(chǎn)生較大光損。

（5）高壓鈉燈易碎，抗震能力差，易產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境。

（6）高壓鈉燈是利用通電后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發(fā)射的電子在向陽極運動過程中，撞擊放電物質(zhì)的原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離或激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復到基態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到基態(tài)無限循環(huán)，此時，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。

（7）高壓鈉燈設計使用壽命一般為20000h，但實際使用過程中由于制造工藝、電壓及使用環(huán)境的影響，基本只有10000h左右，一般一年一換。

3　LED燈工作特點

（1）LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光。

（2）LED光源照明燈的色溫可以在4000～7000K之間靈活選擇，顯像指數(shù)可達80以上，燈具發(fā)光顏色更接近于自然光。

（3）LED燈具光源利用率高約為90%，LED二極管發(fā)光角度同燈具的發(fā)光角度可保持一致，因此燈具大部分的光是直接照射到指定區(qū)域，只有很少一部分是通過反射，因此光源利用率高。

（4）LED不存在啟動延時問題，可隨時接通，隨時工作，能夠非常方便地實現(xiàn)智能化節(jié)能控制。

（5）LED燈屬固態(tài)光源，燈具不需要加裝呼吸系統(tǒng)，無污染，耐沖擊。

（6）LED燈設計壽命50000h以上，24h連續(xù)點亮可用7年

（7）LED照明燈具有較完美的調(diào)光功能。LED照明燈具光輸出和工作電流成正比，因此可以通過減小電流的方法來調(diào)光。另外，由于LED照明燈進行頻繁開關(guān)對其沒有太大的損傷，LED照明燈還可以采用脈沖寬度調(diào)節(jié)的方法來調(diào)光，通過調(diào)節(jié)電壓的占空比和工作頻率，能夠有效調(diào)節(jié)LED照明燈的發(fā)光強度。

4　其他特點比較

（1）LED照明燈光源的光通量損失最小，與傳統(tǒng)光源不同，LED照明燈是半空間發(fā)光的光源。高壓鈉燈是全空間發(fā)光的光源，需要將一個半空間的出射光線改變方向投向另一半空間內(nèi)反射器反射同時，不可避免的對光線的吸收和對光源自身的擋光。而使用LED照明燈作為光源，不會存在這方面的損失，光線的利用率比也比高壓納燈高。目前LED照明燈在65～100流明/ W，而高壓鈉燈可以達到140流明/W。高壓鈉燈的光譜比較集中于黃色，色溫2000～2500K穿霧性強。鈉燈燈具有一個非常大的問題就是鈉燈的照明持續(xù)性非常不好。鈉燈在工作狀態(tài)下，燈具腔體內(nèi)的溫度要超過150℃，而LED照明燈溫度是高壓鈉燈的30%，在非工作狀態(tài)下因為負壓回吸進去非常多的灰塵和昆蟲，大大影響鈉燈的出光效果與壽命。而LED比較穩(wěn)定。

（2）LED白光：①LED色溫在3500～7000K；②顯色指數(shù)在80～93。傳統(tǒng)高壓鈉燈：①高壓鈉燈色溫在2000～2500K；②顯色指數(shù)在20～30。通過以上對比結(jié)果可看出高壓鈉燈顯色指數(shù)低，顯色性差，對物體本身色彩的還原性差，不利于對周邊環(huán)境深度進行判斷；LED光源顯色指數(shù)高，顯色性好，能很好的還原物體的實際色彩，但白光偏冷。

（3）LED照明燈高效節(jié)能，超低功耗。白光LED的能耗僅為白熾燈的1/10，節(jié)能燈的1/4。并且LED照明燈的光源不含有害金屬汞。高壓鈉燈光源中含金屬汞、金屬鈉（通電后變成汞蒸氣和鈉蒸氣），壽命短（相對于LED來講），后續(xù)廢品處理對環(huán)境污染大。LED照明燈抗震性好，運輸便捷。固態(tài)封裝，屬于冷光源類型。所以它很方便運輸和安裝。

（4）LED燈由于制造工藝復雜，更換時只能更換總成，所以更換成本較高，但由于使用壽命長，所以成本會相應降低。高壓鈉燈后期基本只更換燈泡和整流器，所以更換成本低，但相對于LED燈來說更換較頻繁。

下面對高壓鈉燈和LED燈的其他數(shù)據(jù)進行進一步的比較（如表1～2）。

表1　高壓鈉燈與LED燈功耗及照度對比

表2　100只高壓鈉燈與LED燈安裝及維護費用對比

5　運營過程中費用比較

如果照明全部采用高壓鈉燈，按照1000m路段為單位計算，設每10m一盞燈具（單排工作，不含隧道口加密及應急燈等其他燈具）則需要費用見表3。

表3　100只高壓鈉燈與LED燈電費對比

6　結(jié)論

隧道照明是高速公路的重要組成部分，傳統(tǒng)的照明常采用高壓鈉燈，而高壓鈉燈整體光效低的缺點造成了能源的巨大浪費。因此，使用新型高效、節(jié)能、壽命長、顯色指數(shù)高、環(huán)保的LED燈對高速公路隧道照明節(jié)能具有十分重要的意義。LED作為高速公路隧道燈的光源，是大勢所趨。

[1]《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999）[S].人民交通出版社，1991.

[2]《高壓鈉燈》（GBT 13259-2005）[S].中國標準出版社，2005.

[3]《道路照明用LED燈具》（DB35/T813-2008）[S].

U453.7

A

1673-0038（2015）44-0227-02

2015-10-14

周清凱（1973-）男，云南威信人，助理工程師，本科，從事公路工程工作。