褚冰純

(遼寧省高等級公路建設局)

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用

褚冰純

(遼寧省高等級公路建設局)

簡要地介紹了節(jié)能燈具的特點，并通過沈吉高速公路中寨子隧道的應用，介紹了節(jié)能燈具在隧道照明中的優(yōu)勢及發(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，全國交通運輸行業(yè)節(jié)能減排工作視頻會議在北京召開。會議提出，到2010年，力爭形成更加合理的交通基礎設施網(wǎng)絡，結(jié)構(gòu)性節(jié)能取得明顯進展;節(jié)能科技創(chuàng)新體系和技術(shù)服務體系進一步完善，技術(shù)性節(jié)能取得積極進展;初步形成交通節(jié)能戰(zhàn)略規(guī)劃體系、法規(guī)標準體系、統(tǒng)計監(jiān)測考核體系、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，交通行業(yè)能源利用效率有效提高。到2020年，力爭在結(jié)構(gòu)性節(jié)能和技術(shù)性節(jié)能兩個方面取得顯著效果，形成交通節(jié)能長效機制。對此，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。

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，隧道照明費用已經(jīng)成為運營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世紀新光源的開發(fā)，主要目標是光源的長壽命、高光效、無污染和高顯色性。目前市場出現(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計中首次將LED燈、LVD無極燈應用于該隧道的照明，該隧道已建成通車，通過后期檢測及經(jīng)濟效益分析，為新光源應用于隧道照明提供了寶貴的經(jīng)驗。

1 LED燈、LVD無極燈、高壓鈉燈的發(fā)光原理及特點

1.1 LED 燈

LED(Light Emitting Diode)，又稱發(fā)光二極管，它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合，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)，目前國際上出現(xiàn)大量晶片LED，其晶片面積達40 mil。

LED與傳統(tǒng)隧道照明光源的對比LED是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，對比傳統(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、長壽命、工作電壓范圍寬、響應時間短、功率因數(shù)高等顯著優(yōu)勢，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燈還具有維護系數(shù)高、安全性能好、無頻閃及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。

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，同時價格較貴，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，相關問題都得到了有效的解決，目前應用技術(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，通過電磁感應方式將能量耦合到燈泡內(nèi)，是綜合功率電子學、等離子體學、磁性材料學等理論開發(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返回基態(tài)時，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)、長壽命、功耗低、環(huán)保效果明顯:啟動快、可調(diào)光、工作環(huán)境廣泛、功率因數(shù)高等顯著優(yōu)勢，

無極燈目前還存在的一些待改進的問題，主要是低頻電磁無極燈光衰難于控制、實際壽命難達到理論壽命、“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LVD無極燈光線穿透性較差，適用于通風質(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，是一種高強度氣體放電燈泡。當燈泡啟動后，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)射的電在向陽極運動過程中，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、燈具成本低廉等優(yōu)勢。

高壓鈉燈存在的不足主要有重啟時間長、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，點狀的強光源所造成的眩光和頻閃比較嚴重，功率因數(shù)低，在有電容補償時為0.85。

2 LED燈、LVD無極燈在中寨子隧道照明工程中的應用情況

2.1 隧道基本情況

(1)左線長1 385 m、右線長1 432 m;

(2)設計時速100 km/h;

(3)路面:瀝青路面;

(4)洞外亮度取值3 000 cd/m2。

2.2 設計實施方案

左洞布置LVD無極燈，右洞基本照明布置LED燈，加強照明采用高壓鈉燈，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 測試結(jié)果

根據(jù)已知資料，經(jīng)計算，中間段(即基本段)照度設計值為74 Lux，從現(xiàn)場測試結(jié)果得知。

(1)LED燈的實測總平均照度為119 Lux(＞74 Lux)，因此在中間段選用優(yōu)質(zhì)LED-50W能達到按照明視覺即規(guī)范規(guī)定的標準，采用美國中間視覺照度計測量LED燈為＞164 lux。

(2)LVD無極燈的實測總平均照度為67 Lux(＜74 Lux)，采用美國中間視覺照度計測量LVD無極燈為90 Lux。

(3)本實驗隧道按明視覺照度計測試值，LED燈照度是LVD無極燈照度的1.78倍，按美國中間視覺照度計測試值LED燈照度是LVD無極燈照度的1.82倍。

(4)本試驗隧道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LED燈照度是LVD無極燈照度的1.65倍，按美國中間視覺照度計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)濟比較

根據(jù)現(xiàn)場實際發(fā)生費用及具體設計方案對全隧道經(jīng)濟比較見表1。

表1 全隧道經(jīng)濟比較

根據(jù)全隧道經(jīng)濟比較表可以看出，時速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，但其運營維護費用最低。

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)量的關鍵。隧道照明的光源除應滿足在隧道特定環(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施應用獲得了詳實的測試數(shù)據(jù)，為LED燈在遼寧省的推廣應用提供了設計參考，得出LED燈在技術(shù)性能上可達到相關規(guī)范的要求，同時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)濟效益和社會效益，具有推廣應用價值。

［1］中華人民共和國行業(yè)標準.公路隧道通風照明設計規(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:復旦大學出版社，2009.

［3］李維德.隧道照明的探討及其實踐［J］.2009，(2).

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2011-10-10