临合高速公路隧道LED灯照明应用分析

张政富

摘要：文章对临合高速LED灯及高压钠灯的混合方案和全LED灯照明方案进行了介绍，然后从隧道灯具安装总负荷说明LED的节能性，再从经济角度（包括灯具投资估算对比、供配电照明系统的预算对比、运营费用对比及周期成本对比）分析两种方案的费用，最后得出LED从节能性及经济性两方面均有明显优势的结论。

关键词：高压钠灯；LED灯；隧道照明；节能环保；高速公路 文献标识码：A

中图分类号：U457 文章编号：1009-2374（2017）10-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.064

1 概述

兰州至郎木寺高速公路（S2）临夏至合作段（简称“临合高速”）是地方高速省会放射线兰州至郎木寺（甘川界）高速公路的组成路段，全长98.975公里。全线共设置19座隧道，隧道总长度超过11公里。隧道照明设计内容包括隧道主线照明、隧道引道照明、人行横洞照明、车行横洞照明、紧急停车带照明等。本项目2013年10月份设计图纸评审完成，2014年12月底竣工通车。

2 隧道照明方案

2.1 高压钠灯与LED灯混合方案

按照《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）的要求设计，隧道照明分入口段、过渡1段、过渡2段，中间段和出口段。

隧道入口段和过渡段加强照明采用400W、250W和150W高压钠灯，两侧对称布设；出口段加强照明采用100W高压钠灯，两侧对称布设；基本照明采用50WLED等，两侧交错布设，增加隧道的照明均匀度。

2.2 LED灯方案

按照《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）的要求，考虑当时《公路隧道照明设计细则》很快就要颁布，因此，本项目参考《公路隧道照明设计细则》（总校稿）进行隧道照明设计，隧道照明分入口1段、入口2段、过渡1段、过渡2段、中间段、出口1段和出口2段。有效降低入口段和加强照明段亮度，更加节能。

入口段和过渡段加强照明灯具采用150W、130W、110W及100W的LED灯，并采用黄色光源，出口段加强照明采用50W的LED灯，均两侧对称布设，并采用黄色光源，黄色光源LED灯，可保证隧道洞口的指示性，同时较白色光源穿透性强，在雾天及雨雪天气能同高压钠灯有同样效果；基本照明采用50WLED灯，两侧交错布设，可有效增加隧道的照明均匀度。

从图1可以看出，采用LED灯照明比高压钠灯+LED灯混合照明安装功率减少42.3%。

3 隧道照明方案比较

3.1 技术比选

高压钠灯主要由灯丝、热继电器、放电管、玻璃外壳等组成。

高压钠灯优点：（1）发光效率高（100～130lm/w）；（2）穿透性强、不诱虫；（3）单灯功率大，可达到kW等级；（4）光源及灯具技术成熟，生产成本低。

高压钠灯不足之处：（1）色温低，发光颜色为金黄色，显像指数低（20～25）；（2）寿命较低，光源寿命为20000h，在电压不稳波动较大时光源寿命将会极大缩短，灯具折旧费用和维护费用较高；（3）功耗大、电源效率低，采用传统高压钠灯作为隧道照明时，照明系统的运营费用往往不堪重负，同时高功耗导致线路敷设成本高；（4）灯具利用系数低（0.35～0.5）；（5）不能频繁启动，启动时需要一定启动时间；（6）配光性差；（7）灯具含汞等有毒元素。

LED灯主要由灯具外壳、控制电路、電源适配器及光源组成。

LED灯属于半导体器件，是一种固态光源，通过半导体材料中不同载流子之间的交换发光。

LED灯具有如下优点：（1）显像指数高（75～90）；（2）可频繁启动，瞬时启动，无延时；（3）LED光源理论寿命50000h，寿命是高压钠灯2.5倍；（4）比高压钠灯节电40%以上，线路敷设成本低；（5）无频闪、宽启动（在85～260V范围内均可启动）；（6）不含汞、铅等有毒物质，比较环保；（7）采用模块化设计或者整体设计，维护比较方便；（8）防止灯具的椭圆叠加，无光斑产生；（9）灯具利用系数高（0.7～0.85）；（10）调光范围宽（1%～100%无极调节）；（11）配光性高，光源指向性好；（12）作为一种新型的绿色照明光源，切合节能环保要求，受到国家大力推荐提倡，前景不可估量。

LED灯目前具有如下不足之处：（1）光电效率（90～120lm/w）较高压钠灯低；（2）灯具成本较高压钠灯高；（3）LED光源属于半导体器件，温度的升高对LED光源寿命产生很大影响，散热问题制约着LED灯功率不能制作很大，故不建议采用大功率LED灯作为隧道照明；（4）穿透性较差，高速公路入口段和出口段需要考虑隧道照明的穿透性能，良好的照明穿透性能将能在一定程度上保证行车安全及防灾疏散效率（本项目加强段采用黄光源LED灯，可有效避免入口段穿透性差的问题）；（5）使用在高速公路隧道中仍然需要国家标准规范等层面上的支持。

3.2 经济性比选

3.2.1 灯具投资估算对比。

由图2可知，“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案在灯具方面投资增加投资1506万元。

3.2.2 预算对比。预算对比内容包括隧道供电系统、隧道照明系统和隧道电力监控系统等。

由图3可知“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案增加投资1095万元。

3.2.3 运营费用对比。

由图4可知，“全LED灯”方案比“高压钠灯+LED灯”方案年节省电费为233.3万元。

3.2.4 周期成本对比。

由上表可知，LED灯寿命为6年，而高压钠灯寿命为2年，在6年时间高压钠灯需更换2批，高压钠灯总造价为1112万（不含人工及安装费用）。

3.3 结论

“全LED灯方案”比“高压钠灯+LED灯”混合方案在灯具方面增加投资1506万元，总预算增加投资1095万元，年减少运营费支出233.3万元，6年运营费用减少共计1400万元，周期成本可减少灯具总造价为1112万，总计6年总共可节约费用1417万元。

从以上可看出，虽然从工程造价方面LED灯较高压钠灯一期投资较大，但从长远考虑，LED灯较高压钠灯无论在运营费用及周期维护成本，还是在长远总的费用方面都能节约投资。综合考虑以上因素，临合高速最终采用全LED灯的方案。

4 结语

高压钠灯在隧道照明中有着成熟的应用，LED灯出现后，高速公路领域出现了“高压钠灯+LED灯”的过渡方案，这种方案结合了高压钠灯和LED的优点。随着LED灯技术的成熟和建设成本的降低，尤其是低色温LED灯的成熟，LED灯作为一种新兴的绿色节能光源全面取代传统高压钠灯只是时间问题。

参考文献

[1] 公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-1999）[S].2000.

[2] 公路隧道照明设计规范（JTGD70-2004）[S].

[3] 公路隧道设计规范（DB35/T 1307-2012）[S].

[4] 道路照明用LED灯性能要求（GB/T 24907-2010）[S].

[5] 公路隧道照明设计细则（JTG/T D70/2-01-2014）[S].

（责任编辑：王 波）