關(guān)于交通洞新型節(jié)能照明燈的選型與分析

張沛廣

照明是工程交通洞建設(shè)中重要組成部分，為施工材料及設(shè)備運(yùn)輸提供可靠的保障，因此洞內(nèi)照明燈是交通洞的運(yùn)行不可缺少的一環(huán)。工程運(yùn)行單位經(jīng)常反應(yīng)以往工程中的照明采用的大部分都是鈉燈，具有損耗高、更換繁瑣、運(yùn)維成本高的缺點(diǎn)。本文通過針對(duì)燈具選型的對(duì)比，為后續(xù)其他工程的照明設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)思路和參考價(jià)值。

1 工程狀況

阿爾塔什水利樞紐是塔里木河主要源流之一的葉爾羌河流域內(nèi)最大的控制性山區(qū)水庫工程，位于喀什地區(qū)莎車縣霍什排甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)交界處。工程任務(wù)為在保證向塔里木河干流生態(tài)供水目標(biāo)的前提下，承擔(dān)防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用，電站裝機(jī)容量755 MW，屬于本樞紐為大（1）型Ⅰ等工程。樞紐工程由攔河壩，1#、2#表孔溢洪洞，中孔泄洪洞，1#、2#深孔放空排沙洞，發(fā)電引水系統(tǒng)，電站廠房，生態(tài)基流引水洞及其廠房，過魚建筑物等主要建筑物組成。

1#交通洞布置在左岸，全長(zhǎng)約1.8 km，用于連接阿爾塔什水利樞紐壩區(qū)左岸平臺(tái)和3#公路。1#交通洞洞寬7.2 m，弧頂高7.1 m，整個(gè)交通洞共設(shè)置2臺(tái)箱變，容量均為30 kVA，分別布置在進(jìn)洞口的450 m和1 350 m處。交通洞照明如圖1所示。

圖1 交通洞照明示意圖

2 照明燈的選擇

2.1 照明燈防護(hù)等級(jí)及安裝方式

由于本工程污穢等級(jí)為e級(jí)，地震烈度為Ⅷ度，故本工程對(duì)燈具的采購(gòu)和安裝具有較高的要求，因此，燈具選用IP65，防腐等級(jí)采用WF2，安裝處燈具固定點(diǎn)及電氣接線點(diǎn)采用軟連接。

2.2 照明燈光通量及功率

根據(jù)NB/T 35008—2013《水力發(fā)電廠照明設(shè)計(jì)規(guī)范》隧洞過度段長(zhǎng)度宜采用40 m，且采用均勻布置的方式，照明燈從3#公路進(jìn)口0～55 m，為過渡段，燈的間距為5.5 m，共計(jì)11盞燈；55 m到1 749 m，燈的間距為11 m，共計(jì)154盞燈；1 749 m到1 809.5 m，燈的間距為5.5 m，共計(jì)11盞燈?？紤]到交通洞高7.1 m，洞內(nèi)車輛設(shè)計(jì)時(shí)速不大于20 km/h，考慮到整個(gè)交通洞全天運(yùn)行，因此全段照度值取30 lx。

現(xiàn)對(duì)燈具進(jìn)行初步選定，全洞內(nèi)大致分為兩種燈具分布，一種是5.5 m間距，一種是11 m間距，由于燈具布置規(guī)律且數(shù)量大，為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅考慮2套照明燈照度疊加。

2.2.1 間距5.5 m照明燈的照度計(jì)算

由于本工程采用的單套照明燈作為一個(gè)點(diǎn)光源，單套燈具光照立體角按180°計(jì)，距離燈具中心水平距離2.75 m處為最遠(yuǎn)處，光通量計(jì)算如下。

（1）點(diǎn)光源在水平距離2.75 m處的水平照度單位分量：

式中θ——被照面的法線與入射光線的夾角；

h——點(diǎn)光源S至特定點(diǎn)P的垂直高度，m；

l——點(diǎn)光源S至計(jì)算點(diǎn)的水平距離，m。

（2）點(diǎn)光源的最小光通量取值：

式中φ——點(diǎn)光源的光通量，lm；

Eh——點(diǎn)光源照射在2.75 m處產(chǎn)生的水平照度，取30 lx。

2.2.2 間距11 m照明燈的照度計(jì)算

由于本工程采用的單套照明燈作為一個(gè)點(diǎn)光源，單套燈具光照立體角也按180°計(jì)，距離燈具中心水平距離5.5m處為最遠(yuǎn)處，光通量計(jì)算如下。

（1）點(diǎn)光源在水平距離5.5 m處的水平照度單位分量：

式中θ——被照面的法線與入射光線的夾角；

h——點(diǎn)光源S至特定點(diǎn)P的垂直高度，m；

l——點(diǎn)光源S至計(jì)算點(diǎn)的水平距離，m。

（2）點(diǎn)光源的最小光通量取值：

式中φ——點(diǎn)光源的光通量，lm；

Eh——點(diǎn)光源照射在5.5 m處產(chǎn)生的水平照度，取30 lx；

通過兩種間距燈具的對(duì)比，取最大值，因此選擇光通量不小于9 616.1 lm的照明燈。

2.2.3 照明燈的燈源類型

初步確定兩個(gè)方案，方案1采用100 W的隧道鈉燈，方案2采用交通洞專用LED燈。根據(jù)廠家資料可知，照明燈參數(shù)見表1。

表1 燈具參數(shù)對(duì)比表

根據(jù)廠家資料可知鈉燈和LED燈光衰曲線圖如圖2所示。

圖2 LED燈與鈉燈光衰對(duì)比圖

根據(jù)廠家樣本單套LED燈壽命不小于60 000 h，由圖2可知，當(dāng)運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)到40 000 h時(shí)，光衰按照3%計(jì)，光通量為9 680 h。因此運(yùn)行時(shí)間按40 000 h計(jì)。

根據(jù)廠家樣本，單套鈉燈壽命不小于10 000 h，由圖2可知，當(dāng)運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)到5 000 h時(shí)，光衰按照5%計(jì)，鈉燈光通量為9 680 h。因此當(dāng)運(yùn)行時(shí)間采用40 000 h時(shí)，隧洞每個(gè)鈉燈需要更換8次，即8套。

根據(jù)《自治區(qū)發(fā)展改革委關(guān)于新疆電網(wǎng)電價(jià)調(diào)整有關(guān)事宜的通知》1～10 kV工業(yè)用電電價(jià)為0.378元/（kW·h），本次對(duì)比暫按0.378元/（kW·h）計(jì)。

（1）若采用LED燈，則照明燈在40 000 h內(nèi)產(chǎn)生的總費(fèi)用：

式中T1——40 000 h產(chǎn)生的總費(fèi)用，元；

N——燈具數(shù)量，取176個(gè)；

C——每度電的電價(jià)，取0.378元/（kW·h）；

t——時(shí)間，取40 000 h

p——單個(gè)燈具的功率，取0.1 kW；

a——單個(gè)燈具價(jià)格，取1 200元；

b——40 000 h內(nèi)需要替換燈具的數(shù)量，取1；

d——單套燈具施工安裝費(fèi)用，由于本工程地處偏遠(yuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的資料，考慮到交通燈各項(xiàng)費(fèi)用，施工安裝費(fèi)取100元/套。

（1）若采用鈉燈，則照明燈在40 000 h內(nèi)產(chǎn)生的總費(fèi)用：

式中T1——40 000 h產(chǎn)生的總費(fèi)用，元；N——燈具數(shù)量，取176個(gè)；

C——每度電的電價(jià)，取0.378元/（kW·h）；

t——時(shí)間，取40 000 h；

p——單個(gè)燈具的功率，取0.15 kW；

a——單個(gè)燈具價(jià)格，取800元；

b——40 000 h內(nèi)需要替換燈具的數(shù)量，取8；

d——單套燈具施工安裝費(fèi)用，由于本工程地處偏遠(yuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的資料，考慮到交通燈各項(xiàng)費(fèi)用，施工安裝費(fèi)取100元/套。

綜上所述，采用鈉燈不僅造價(jià)高，二次后期運(yùn)行更換比較頻繁，綜合考慮，因此采用100 W的LED燈。

3 照明燈的校驗(yàn)

根據(jù)NB/T 35008—2013《水力發(fā)電廠照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，由上可知，照明燈的光通量為11 000 lm。

（1）為簡(jiǎn)化計(jì)算，間距5.5 m的燈具中，取交通洞進(jìn)口第1套照明燈正下方S1點(diǎn)的照度（忽略燈具外的光照）為：

式中Eh1——交通洞第1套照明燈照射在特定S1產(chǎn)生的水平照度，lx；

h——交通洞第1套照明燈至特定點(diǎn)S1的垂直高度，m；

l——交通洞第1套照明燈至特定點(diǎn)S1的水平距離，m；

θ——被照面的法線與入射光線的夾角，取0。

（2）為簡(jiǎn)化計(jì)算，間距5.5 m的燈具中，求交通洞進(jìn)口第2套照明燈在S1點(diǎn)的照度（忽略燈具外的光照）為：

式中Eh1——交通洞第2套照明燈照射在特定S1產(chǎn)生的水平照度，lx；

h——交通洞第2套照明燈至特定點(diǎn)S1的垂直高度，m；

l——交通洞第2套照明燈至特定點(diǎn)S1的水平距離，m；

θ——被照面的法線與入射光線的夾角，由式（3）可知cosθ取0.79；

因此，在S1點(diǎn)的照度可知

同理，依次類推，交通洞實(shí)際整體照度如下表所示。

間距5.5 m燈具照度見表2。

表2 交通洞間距5 m的LED燈照度分布表 lx

間距11 m燈具照度見表3。

表3 交通洞間距11 m的LED燈照度分布表 lx

最小照度為69 lx，滿足工程規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

最終本工程1#交通洞照明燈采用GF9031的100 W的LED泛光燈，防腐等級(jí)WF2，防護(hù)等級(jí)IP66，功率因數(shù)大于0.95，整燈的光通量11 000 lm。目前本工程交通洞施工及照明已投入運(yùn)行，通過對(duì)照度的簡(jiǎn)單計(jì)算，滿足工程規(guī)范要求。通過對(duì)燈具類型的選擇及校驗(yàn)，總結(jié)如下：

（1）實(shí)際工程照明設(shè)計(jì)中，主要是針對(duì)照度的要求，因此在實(shí)際情況比較復(fù)雜，如果層層疊加取系數(shù)，計(jì)算復(fù)雜；在實(shí)際應(yīng)用過程中可以忽略影響較小的因素，簡(jiǎn)化計(jì)算，前期可按照最小運(yùn)行方式進(jìn)行初步估算，選定燈具參數(shù)后，最終校驗(yàn)確定照明參數(shù)。

（2）鈉燈目前在市場(chǎng)已被淘汰，根據(jù)對(duì)比可知，LED燈損耗小，壽命長(zhǎng)，雖然單套成本高，但是從整個(gè)工程投入運(yùn)行期進(jìn)行對(duì)比，總體造價(jià)低。