高速公路隧道照明系统节能技术应用探讨

周清凯

（云南麻昭高速公路建设指挥部　云南省　昭通市　657000）

高速公路隧道照明系统节能技术应用探讨

周清凯

（云南麻昭高速公路建设指挥部云南省昭通市657000）

本文探讨了高速公路中照明系统的使用，对整条高速公路照明系统进行了经济、性能方面的对比，尤其是在高速公路后期运营过程中采用新技术、新工艺的照明系统，对高速公路后期运营中节能减排及降低运营费用有较好的作用，能产生巨大的经济价值。

高速公路；照明；节能

1　工程概况

麻昭高速公路是交通运输部确定的“绿色低碳”示范建设项目。它是国家高速公路网G85渝昆高速公路的重要组成部分，云南南北高速公路大通道建设的重要一段，是云南连接成渝地区、通往西南腹地的交通主动脉。由于地形特殊，导致麻昭高速公路桥隧比达到50.79%，其中隧道长度达到51.518km（单洞），如果在隧道照明设施中全部采用节能设施，每年单电费就可以节约上百万元。

亮度布置初步设计隧道均按照行车速度80km/h设计各照明段长度，照明亮度为4000cd/m标准考虑（不考虑隧道口加密）。光源初始光通50000流明，路面亮度总均匀度U00.6，投光照度取决于灯具配光曲线以及测量位置，防护等级不低于IP65。一般灯具正下方7m照度100～1000lx。如果采用传统的高压钠灯，则需要消耗大量的电能，荣采用新型的LED节能灯，则可以节省电能一半以上。

下面对高压钠灯和LED灯进行深入的系统比较和计算，以便测算麻昭高速公路在使用LED节能隧道灯后，运营过程中产生的经济效益。

2　高压钠灯工作特点

（1）现今隧道照明主流光源为高压钠灯，其每颗钠灯功率为250～400W钠灯色温为3500～3800K（色温（colo（u）r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。高压钠灯发光颜色为黄色，色温及显像指数都比较低。太阳光显像指数为100，而高压钠灯的显像指数仅为20左右（黄光）。

（2）钠灯的灯泡结构决定了灯具的光源利用率低，仅有40%左右。灯管的发光角度为360°大部分必须通过反射后才能照射到指定区域。

（3）高压钠灯灯泡启动时间长，在通电5～10min左右的时间，才能达到正常亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5min。

（4）钠灯由于灯亮时与灭灯时的温度差异很大，若灯体不带呼吸系统时，反射器容易被有害气体腐蚀而产生较大光损。

（5）高压钠灯易碎，抗震能力差，易产生有害气体污染环境。

（6）高压钠灯是利用通电后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电子在向阳极运动过程中，撞击放电物质的原子，使其获得能量产生电离或激发，然后由激发态回复到基态；或由电离态变为激发态，再回到基态无限循环，此时，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。

（7）高压钠灯设计使用寿命一般为20000h，但实际使用过程中由于制造工艺、电压及使用环境的影响，基本只有10000h左右，一般一年一换。

3　LED灯工作特点

（1）LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光。

（2）LED光源照明灯的色温可以在4000～7000K之间灵活选择，显像指数可达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光。

（3）LED灯具光源利用率高约为90%，LED二极管发光角度同灯具的发光角度可保持一致，因此灯具大部分的光是直接照射到指定区域，只有很少一部分是通过反射，因此光源利用率高。

（4）LED不存在启动延时问题，可随时接通，随时工作，能够非常方便地实现智能化节能控制。

（5）LED灯属固态光源，灯具不需要加装呼吸系统，无污染，耐冲击。

（6）LED灯设计寿命50000h以上，24h连续点亮可用7年

（7）LED照明灯具有较完美的调光功能。LED照明灯具光输出和工作电流成正比，因此可以通过减小电流的方法来调光。另外，由于LED照明灯进行频繁开关对其没有太大的损伤，LED照明灯还可以采用脉冲宽度调节的方法来调光，通过调节电压的占空比和工作频率，能够有效调节LED照明灯的发光强度。

4　其他特点比较

（1）LED照明灯光源的光通量损失最小，与传统光源不同，LED照明灯是半空间发光的光源。高压钠灯是全空间发光的光源，需要将一个半空间的出射光线改变方向投向另一半空间内反射器反射同时，不可避免的对光线的吸收和对光源自身的挡光。而使用LED照明灯作为光源，不会存在这方面的损失，光线的利用率比也比高压纳灯高。目前LED照明灯在65～100流明/ W，而高压钠灯可以达到140流明/W。高压钠灯的光谱比较集中于黄色，色温2000～2500K穿雾性强。钠灯灯具有一个非常大的问题就是钠灯的照明持续性非常不好。钠灯在工作状态下，灯具腔体内的温度要超过150℃，而LED照明灯温度是高压钠灯的30%，在非工作状态下因为负压回吸进去非常多的灰尘和昆虫，大大影响钠灯的出光效果与寿命。而LED比较稳定。

（2）LED白光：①LED色温在3500～7000K；②显色指数在80～93。传统高压钠灯：①高压钠灯色温在2000～2500K；②显色指数在20～30。通过以上对比结果可看出高压钠灯显色指数低，显色性差，对物体本身色彩的还原性差，不利于对周边环境深度进行判断；LED光源显色指数高，显色性好，能很好的还原物体的实际色彩，但白光偏冷。

（3）LED照明灯高效节能，超低功耗。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。并且LED照明灯的光源不含有害金属汞。高压钠灯光源中含金属汞、金属钠（通电后变成汞蒸气和钠蒸气），寿命短（相对于LED来讲），后续废品处理对环境污染大。LED照明灯抗震性好，运输便捷。固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装。

（4）LED灯由于制造工艺复杂，更换时只能更换总成，所以更换成本较高，但由于使用寿命长，所以成本会相应降低。高压钠灯后期基本只更换灯泡和整流器，所以更换成本低，但相对于LED灯来说更换较频繁。

下面对高压钠灯和LED灯的其他数据进行进一步的比较（如表1～2）。

表1　高压钠灯与LED灯功耗及照度对比

表2　100只高压钠灯与LED灯安装及维护费用对比

5　运营过程中费用比较

如果照明全部采用高压钠灯，按照1000m路段为单位计算，设每10m一盏灯具（单排工作，不含隧道口加密及应急灯等其他灯具）则需要费用见表3。

表3　100只高压钠灯与LED灯电费对比

6　结论

隧道照明是高速公路的重要组成部分，传统的照明常采用高压钠灯，而高压钠灯整体光效低的缺点造成了能源的巨大浪费。因此，使用新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED灯对高速公路隧道照明节能具有十分重要的意义。LED作为高速公路隧道灯的光源，是大势所趋。

[1]《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）[S].人民交通出版社，1991.

[2]《高压钠灯》（GBT 13259-2005）[S].中国标准出版社，2005.

[3]《道路照明用LED灯具》（DB35/T813-2008）[S].

U453.7

A

1673-0038（2015）44-0227-02

2015-10-14

周清凯（1973-）男，云南威信人，助理工程师，本科，从事公路工程工作。