結(jié)合沈吉高速公路中寨子隧道施工淺析新光源在隧道照明中的應(yīng)用

褚冰純

(遼寧省高等級(jí)公路建設(shè)局)

結(jié)合沈吉高速公路中寨子隧道施工淺析新光源在隧道照明中的應(yīng)用

褚冰純

(遼寧省高等級(jí)公路建設(shè)局)

簡(jiǎn)要地介紹了節(jié)能燈具的特點(diǎn)，并通過沈吉高速公路中寨子隧道的應(yīng)用，介紹了節(jié)能燈具在隧道照明中的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展前景。

隧道照明;LVD無極燈;LED燈;高壓鈉燈

0 引言

2008年6月18日，全國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排工作視頻會(huì)議在北京召開。會(huì)議提出，到2010年，力爭(zhēng)形成更加合理的交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)性節(jié)能取得明顯進(jìn)展;節(jié)能科技創(chuàng)新體系和技術(shù)服務(wù)體系進(jìn)一步完善，技術(shù)性節(jié)能取得積極進(jìn)展;初步形成交通節(jié)能戰(zhàn)略規(guī)劃體系、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)考核體系、政策支持體系和監(jiān)督管理體系，節(jié)能監(jiān)管能力和支撐保障水平有效增強(qiáng)，交通行業(yè)能源利用效率有效提高。到2020年，力爭(zhēng)在結(jié)構(gòu)性節(jié)能和技術(shù)性節(jié)能兩個(gè)方面取得顯著效果，形成交通節(jié)能長(zhǎng)效機(jī)制。對(duì)此，遼寧省交通廳高度重視，并在全省范圍內(nèi)開展節(jié)能減排活動(dòng)。

遼寧省山嶺眾多，近年來隨著省內(nèi)高速公路隧道數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，隧道照明費(fèi)用已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)管理單位一塊很大的支出。目前，原有隧道照明基本都是采用高壓鈉燈作為光源。但是高壓鈉燈在輻射形式、顯色性、視覺敏感特性、功率規(guī)格、亮度控制等方面均存在許多不足。如何降低隧道照明能耗，節(jié)能減排，改善隧道照明傳統(tǒng)光源存在的不足具有很大的意義。

21世紀(jì)新光源的開發(fā)，主要目標(biāo)是光源的長(zhǎng)壽命、高光效、無污染和高顯色性。目前市場(chǎng)出現(xiàn)了LED(Lighting Emit Diode)燈、LVD無極燈等相同類型的多種產(chǎn)品。所有的生產(chǎn)商均稱自己的產(chǎn)品是第四代新型綠色光源，到底哪一種新光源更適用于高速公路隧道節(jié)能照明，值得探索。為此遼寧省交通廳在沈吉高速公路中寨子隧道照明設(shè)計(jì)中首次將LED燈、LVD無極燈應(yīng)用于該隧道的照明，該隧道已建成通車，通過后期檢測(cè)及經(jīng)濟(jì)效益分析，為新光源應(yīng)用于隧道照明提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 LED燈、LVD無極燈、高壓鈉燈的發(fā)光原理及特點(diǎn)

1.1 LED 燈

LED(Light Emitting Diode)，又稱發(fā)光二極管，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生光。發(fā)光二極管主要有PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。起發(fā)光體—晶片的面積為10.2 mil(1 mil=0.0254 mm2)，目前國(guó)際上出現(xiàn)大量晶片LED，其晶片面積達(dá)40 mil。

LED與傳統(tǒng)隧道照明光源的對(duì)比LED是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，對(duì)比傳統(tǒng)的道路隧道照明光源(鈉燈、金鹵燈等)，LED光源具有光衰小、顯色性高、長(zhǎng)壽命、工作電壓范圍寬、響應(yīng)時(shí)間短、功率因數(shù)高等顯著優(yōu)勢(shì)，功耗是一般高壓鈉燈的50% ～60%左右，具有顯著的節(jié)能效果，除此之外，LED燈還具有維護(hù)系數(shù)高、安全性能好、無頻閃及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。

目前LED燈目前主要存在高溫光衰較大、封裝技術(shù)要求高、配套電器要求高、配光要求高等問題，同時(shí)價(jià)格較貴，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，相關(guān)問題都得到了有效的解決，目前應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。

1.2 LVD 無極燈

無極燈亦稱電磁感應(yīng)燈，有高頻無極燈和低頻無極燈之分，沒有傳統(tǒng)光源的燈絲和電極，主要由高頻發(fā)生器、功率耦合器和玻璃泡殼三部分組成，通過電磁感應(yīng)方式將能量耦合到燈泡內(nèi)，是綜合功率電子學(xué)、等離子體學(xué)、磁性材料學(xué)等理論開發(fā)出來的高新技術(shù)照明產(chǎn)品。燈泡內(nèi)充有適量的特種氣體，高頻能量使之電離或激發(fā)，激發(fā)后的原子從較高能級(jí)返回基態(tài)時(shí)，發(fā)出紫外光子，紫外光子激發(fā)泡殼內(nèi)壁的熒光粉產(chǎn)生可見光。

LVD無極燈主要具有極好的顯色指數(shù)、長(zhǎng)壽命、功耗低、環(huán)保效果明顯:啟動(dòng)快、可調(diào)光、工作環(huán)境廣泛、功率因數(shù)高等顯著優(yōu)勢(shì)，

無極燈目前還存在的一些待改進(jìn)的問題，主要是低頻電磁無極燈光衰難于控制、實(shí)際壽命難達(dá)到理論壽命、“電子鎮(zhèn)流器”成本高、電磁干擾和空間電磁輻射等問題，同時(shí)LVD無極燈光線穿透性較差，適用于通風(fēng)質(zhì)量好、能見度高的隧道的照明。

1.3 高壓鈉燈

高壓鈉燈是使用了近20年的傳統(tǒng)光源，是一種高強(qiáng)度氣體放電燈泡。當(dāng)燈泡啟動(dòng)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)射的電在向陽極運(yùn)動(dòng)過程中，撞擊放電物質(zhì)原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定態(tài);或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。

由于高壓鈉燈接近于單色的光源，分辨顏色不容易，所以它適用于顯色不太重要的地方。高壓鈉燈主要具有發(fā)光效率高、透霧性強(qiáng)、燈具成本低廉等優(yōu)勢(shì)。

高壓鈉燈存在的不足主要有重啟時(shí)間長(zhǎng)、色溫漂移明顯、壽命短等，與LED燈和LVD無極燈比，顯色指數(shù)低，點(diǎn)狀的強(qiáng)光源所造成的眩光和頻閃比較嚴(yán)重，功率因數(shù)低，在有電容補(bǔ)償時(shí)為0.85。

2 LED燈、LVD無極燈在中寨子隧道照明工程中的應(yīng)用情況

2.1 隧道基本情況

(1)左線長(zhǎng)1 385 m、右線長(zhǎng)1 432 m;

(2)設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h;

(3)路面:瀝青路面;

(4)洞外亮度取值3 000 cd/m2。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)施方案

左洞布置LVD無極燈，右洞基本照明布置LED燈，加強(qiáng)照明采用高壓鈉燈，LED燈、LVD無極燈的間距為廠家建議方案。

(1)左洞全部采用LVD無極燈，入口段300 W，174盞;過渡1段200 W，54盞;過渡2段120 W，64盞;基本照明80 W，230盞;人、車行、緊急停車帶80 W，63盞。

(2)右洞基本照明采用LED燈，加強(qiáng)照明采用高壓鈉燈，入口段400 W高壓鈉燈，160盞;過渡1段250 W高壓鈉燈，54盞;過渡2段150 W高壓鈉燈，64盞;基本照明LED 80 W，240盞。

2.3 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)已知資料，經(jīng)計(jì)算，中間段(即基本段)照度設(shè)計(jì)值為74 Lux，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果得知。

(1)LED燈的實(shí)測(cè)總平均照度為119 Lux(＞74 Lux)，因此在中間段選用優(yōu)質(zhì)LED-50W能達(dá)到按照明視覺即規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，采用美國(guó)中間視覺照度計(jì)測(cè)量LED燈為＞164 lux。

(2)LVD無極燈的實(shí)測(cè)總平均照度為67 Lux(＜74 Lux)，采用美國(guó)中間視覺照度計(jì)測(cè)量LVD無極燈為90 Lux。

(3)本實(shí)驗(yàn)隧道按明視覺照度計(jì)測(cè)試值，LED燈照度是LVD無極燈照度的1.78倍，按美國(guó)中間視覺照度計(jì)測(cè)試值LED燈照度是LVD無極燈照度的1.82倍。

(4)本試驗(yàn)隧道LED燈輸入功率是LVD無極燈輸入功率的1.079倍，換算成同等功率按明視覺照度計(jì)LED燈照度是LVD無極燈照度的1.65倍，按美國(guó)中間視覺照度計(jì)LED燈照度是LVD無極燈照度的1.69倍。

由此可見，相同的輸入功率，LED燈的照度大于LVD無極燈照度的1.6倍，說明LED燈比LVD無極燈的整體光效要高。

2.4 經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生費(fèi)用及具體設(shè)計(jì)方案對(duì)全隧道經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 全隧道經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)全隧道經(jīng)濟(jì)比較表可以看出，時(shí)速100 km/h，路面為瀝青路面的高速公路隧道照明每公里的造價(jià)分別是:高壓鈉燈方案為223.4萬元、LVD無極燈方案為309.3萬元、LED燈方案457.7萬元。LED燈前期投資最高，但其運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用最低。

3 結(jié)束語

照明光源及燈具的合理選擇是保證隧道照明質(zhì)量的關(guān)鍵。隧道照明的光源除應(yīng)滿足在隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命及工作特性、光色、顯色性及控制配光的難易程度等主要要求外，還應(yīng)選擇在汽車排煙形成的煙霧中仍能保證有良好能見度的光源，即要考慮光線的穿透性。通過對(duì)高壓鈉燈、LED燈、LVD無極燈三種光源在沈吉高速公路中寨子隧道中的實(shí)施應(yīng)用獲得了詳實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)，為L(zhǎng)ED燈在遼寧省的推廣應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)參考，得出LED燈在技術(shù)性能上可達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求，同時(shí)LED燈方案比高壓鈉燈方案節(jié)省約60%的電能，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 026.1-1999)［S］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］陳育明，陳大華，李維德，等.LVD無極燈［M］.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2009.

［3］李維德.隧道照明的探討及其實(shí)踐［J］.2009，(2).

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