高速公路隧道照明系統節能技術應用探討

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節能技術應用探討

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的使用，對整條高速公路照明系統進行了經濟、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、新工藝的照明系統，對高速公路后期運營中節能減排及降低運營費用有較好的作用，能產生巨大的經濟價值。

高速公路；照明；節能

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、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能設施，每年單電費就可以節約上百萬元。

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。如果采用傳統的高壓鈉燈，則需要消耗大量的電能，榮采用新型的LED節能燈，則可以節省電能一半以上。

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

2　高壓鈉燈工作特點

（1）現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）。高壓鈉燈發光顏色為黃色，色溫及顯像指數都比較低。太陽光顯像指數為100，而高壓鈉燈的顯像指數僅為20左右（黃光）。

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

（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時，反射器容易被有害氣體腐蝕而產生較大光損。

（5）高壓鈉燈易碎，抗震能力差，易產生有害氣體污染環境。

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

（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），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光。

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

（3）LED燈具光源利用率高約為90%，LED二極管發光角度同燈具的發光角度可保持一致，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智能化節能控制。

（5）LED燈屬固態光源，燈具不需要加裝呼吸系統，無污染，耐沖擊。

（6）LED燈設計壽命50000h以上，24h連續點亮可用7年

（7）LED照明燈具有較完美的調光功能。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光。另外，由于LED照明燈進行頻繁開關對其沒有太大的損傷，LED照明燈還可以采用脈沖寬度調節的方法來調光，通過調節電壓的占空比和工作頻率，能夠有效調節LED照明燈的發光強度。

4　其他特點比較

（1）LED照明燈光源的光通量損失最小，與傳統光源不同，LED照明燈是半空間發光的光源。高壓鈉燈是全空間發光的光源，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性非常不好。鈉燈在工作狀態下，燈具腔體內的溫度要超過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比較穩定。

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

（3）LED照明燈高效節能，超低功耗。白光LED的能耗僅為白熾燈的1/10，節能燈的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），后續廢品處理對環境污染大。LED照明燈抗震性好，運輸便捷。固態封裝，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燈的其他數據進行進一步的比較（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　結論

隧道照明是高速公路的重要組成部分，傳統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、節能、壽命長、顯色指數高、環保的LED燈對高速公路隧道照明節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。