LED灯具在隧道中的应用研究

陈志锋

(上海隧道工程股份有限公司，上海 200335)

0 引言

我国节约能源注重环保的呼声日益高涨，迎宾三路隧道在建设过程中就始终贯彻了“节能、环保”的重要理念，这一理念的落实亦体现在工程建设的每个细节中。LED作为一种新型的绿色光源产品应用在隧道通行车道的照明系统中，这必然是未来发展的趋势。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，已被广泛应用于各种指示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

本文以虹桥枢纽迎宾三路隧道为例，详细地介绍LED灯具的应用，并从灯具选型、安装布置和数据分析等角度闸述实际应用情况。

1 工程概况

迎宾三路隧道设计车速40 km/h，上层行车方向由东至西，下层行车方向从西向东。隧道盾构段长1.86 km，两端分别设置东、西工作井，其中西工作井位于规划迎宾三路与七莘路路口西南角，紧邻隧道管理用房，东工作井位于空港一路西侧，隧道贯穿了虹桥机场跑道。

2 隧道灯具布置及照度的要求

隧道全线均采用LED灯具照明，基本照明灯具沿道路中心以灯带形式布置，是上海目前唯一一条灯具采用灯带形式布置的隧道，灯具间距1.5 m(两盏灯同一端的距离)，在保证隧道内车辆通行所需的亮度前提下，照明的连贯性更加好，地面亮度均匀，司机不容易产生视觉疲劳。加强照明灯具布置在隧道出入口，位于道路的两侧，使司机适应进出隧道时光线的变化，防止产生黑洞效应。本文主要以基本照明为例阐述LED灯具的应用，光源在额定功率工作状态下，且整灯安装高度不低于4.5 m的情况下，光通量:＞1 600 lm，照到路面上的光效不低于75 lm/w，具体要求见表1。

表1 基本照明和灯具布置的要求

3 LED灯具的选型

LED灯具照射形式采用直射式和反射式两种，通过对这两种形式LED灯具的性能指标进行比较，在迎宾三路隧道内安装了一定距离的试验段，并进行了现场照度测试和感观评价，反射式LED灯具在保证亮度的前提下光线更加柔和，光源不会直接照射司机眼睛，所以选择采用了反射式LED灯具，灯具的具体参数如下:尺寸:1 000*150*70 mm，额定功率:25.6 W，光通量:1 927 lm。

4 LED灯具的应用情况

在100 m隧道区域内将路面按照15×16网格进行取样检测照度，沿车道中心在顶部安装59盏灯具，灯具间距1.5 m，隧道宽8 m，照明覆盖的地面面积达800 m2，灯具以额定功率正常工作，通过照度仪对隧道内路面进行照度测试，根据测光数据绘制照度数值图表(表2)和伪色表现图(图1)。其中表2表示在宽度8 m长度100 m的区域内所测得的光照度。

根据现场测出的数据，隧道内照度情况一目了然，并且计算出相关数据，见表3。由于隧道采用的是反射式灯具，路面的照度数值不是对称分布，这会造成隧道两侧亮度略微不一致，但情况并不明显，对行车安全没有影响。路面的最小亮度达到2.67 cd/m2，符合表1中要求的1.5 cd/m2亮度标准。

表3 测光统计表

计算条件:

①平均亮度与平均照度间的换算关系一般可按沥青路面(15～ 22)lx/cd·m-2取值[1]

②总光通量=单灯光通量×灯具数量，总载=单灯功率×灯具数量

③平均照度计算公式:

④利用系数为0.86;维护系数取1利用系数:工作面接收的光通量与灯具发射的光通量之比。维护系数:经过一段时间使用后，照明系统在工作面上产生的平均照度(即维持照度)与系统刚安装时工作面上的照度(即初始照度)的比值。(影响维护系数的主要因素有两个，一个是灯具的光衰系数，另一个是使用环境的肮脏系数。)

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5 LED灯具调光控制单元的构成与功能

调光控制单元包括调光控制电源、控制器、通讯接口等硬件和调光控制软件，具备时间控制、集中远控及就地区域控制功能，并能根据用户需求灵活设置控制时间，以24 h为一个控制周期。单元采用PWM控制方式控制灯具输出电流，以实现灯具调光，并能及时响应外部控制系统信号命令，完成相应动作，并能实现多级调光，调光范围20% ～100%，级差10%，能任意设置控制时间和调光级数，以满足不同照明场合的调光要求。单元具有记忆功能，当系统电源断电恢复时，能自动进入断电前的调光设置状态[2，3]。调光单元配备用于接收监控系统命令的接口1个和用于调光输出控制回路的接口4个(两用两备)，每个回路最多可控制200套灯具。

6 LED灯具与荧光灯的能效比较

迎宾三路隧道采用了环保节能的LED灯具进行照明，现将其与采用传统荧光灯为光源的灯具进行对比，在照明效果相当的情况下LED灯具的节能效果。荧光灯盘为采用双管36 W T8荧光灯管为光源的灯具，系统总功率80 W。LED灯是采用大功率LED为光源的灯具，系统功率25.6 W。图2为荧光灯的照度等值曲线，图3为LED的照度等值曲线

基于以上计算结果，对5年内LED灯具成本回收和节能计算如表4:

表4 LED灯与荧光灯成本计算表

计算条件:①每天点灯24小时，一年365天;

②荧光灯盘灯具价格¥160，每个灯管¥10，一年更换一次，五年的灯具成本为260=160+2×10×5;

③维护费用按平均每年¥20，五年人工维护费用¥100;

④电费1元/度。

灯具安装高度为4.5 m，间距1.5 m，维护系数取1，计算隧道路面的平均照度，荧光灯下平均照度为181 lx，LED灯下平均照度为133 lx。荧光灯功率为80 W，LED灯具功率为25.6 W，因此25.6 W LED灯和60 W荧光灯照明效果相当。

7 结束语

本文依据LED照明灯具在上海虹桥交通枢纽迎宾三路隧道的应用，对现场照度进行测量分析，并与常用的荧光灯作了比较，LED灯具在保证隧道亮度的前提下对电力的消耗更加低，运营维护也更加方便。作为一种环保节能的照明灯具，它将在市政交通照明领域逐步取代当前常用的荧光灯，在未来将得到广泛的应用并取得良好的经济效益。

[1]JTJ.026.1-1999，公路隧道通风照明设计规范[S].

[2]刘锴，吴明光.数字可寻址照明接口协议及其应用[J].电气自动化，2004，26(3):5-8.

[3]李广才，陈英俊.网络化集中控制照明系统中控系统软件设计[J].电气自动化，2007，29(3):44-45，55.