结合沈吉高速公路中寨子隧道施工浅析新光源在隧道照明中的应用

褚冰纯

(辽宁省高等级公路建设局)

结合沈吉高速公路中寨子隧道施工浅析新光源在隧道照明中的应用

褚冰纯

(辽宁省高等级公路建设局)

简要地介绍了节能灯具的特点，并通过沈吉高速公路中寨子隧道的应用，介绍了节能灯具在隧道照明中的优势及发展前景。

隧道照明;LVD无极灯;LED灯;高压钠灯

0 引言

2008年6月18日，全国交通运输行业节能减排工作视频会议在北京召开。会议提出，到2010年，力争形成更加合理的交通基础设施网络，结构性节能取得明显进展;节能科技创新体系和技术服务体系进一步完善，技术性节能取得积极进展;初步形成交通节能战略规划体系、法规标准体系、统计监测考核体系、政策支持体系和监督管理体系，节能监管能力和支撑保障水平有效增强，交通行业能源利用效率有效提高。到2020年，力争在结构性节能和技术性节能两个方面取得显著效果，形成交通节能长效机制。对此，辽宁省交通厅高度重视，并在全省范围内开展节能减排活动。

辽宁省山岭众多，近年来随着省内高速公路隧道数量的迅速增长，隧道照明费用已经成为运营管理单位一块很大的支出。目前，原有隧道照明基本都是采用高压钠灯作为光源。但是高压钠灯在辐射形式、显色性、视觉敏感特性、功率规格、亮度控制等方面均存在许多不足。如何降低隧道照明能耗，节能减排，改善隧道照明传统光源存在的不足具有很大的意义。

21世纪新光源的开发，主要目标是光源的长寿命、高光效、无污染和高显色性。目前市场出现了LED(Lighting Emit Diode)灯、LVD无极灯等相同类型的多种产品。所有的生产商均称自己的产品是第四代新型绿色光源，到底哪一种新光源更适用于高速公路隧道节能照明，值得探索。为此辽宁省交通厅在沈吉高速公路中寨子隧道照明设计中首次将LED灯、LVD无极灯应用于该隧道的照明，该隧道已建成通车，通过后期检测及经济效益分析，为新光源应用于隧道照明提供了宝贵的经验。

1 LED灯、LVD无极灯、高压钠灯的发光原理及特点

1.1 LED 灯

LED(Light Emitting Diode)，又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生光。发光二极管主要有PN结芯片、电极和光学系统组成。起发光体—晶片的面积为10.2 mil(1 mil=0.0254 mm2)，目前国际上出现大量晶片LED，其晶片面积达40 mil。

LED与传统隧道照明光源的对比LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，对比传统的道路隧道照明光源(钠灯、金卤灯等)，LED光源具有光衰小、显色性高、长寿命、工作电压范围宽、响应时间短、功率因数高等显著优势，功耗是一般高压钠灯的50% ～60%左右，具有显著的节能效果，除此之外，LED灯还具有维护系数高、安全性能好、无频闪及节能环保等优势。

目前LED灯目前主要存在高温光衰较大、封装技术要求高、配套电器要求高、配光要求高等问题，同时价格较贵，但随着生产技术的不断提高，相关问题都得到了有效的解决，目前应用技术已经比较成熟。

1.2 LVD 无极灯

无极灯亦称电磁感应灯，有高频无极灯和低频无极灯之分，没有传统光源的灯丝和电极，主要由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成，通过电磁感应方式将能量耦合到灯泡内，是综合功率电子学、等离子体学、磁性材料学等理论开发出来的高新技术照明产品。灯泡内充有适量的特种气体，高频能量使之电离或激发，激发后的原子从较高能级返回基态时，发出紫外光子，紫外光子激发泡壳内壁的荧光粉产生可见光。

LVD无极灯主要具有极好的显色指数、长寿命、功耗低、环保效果明显:启动快、可调光、工作环境广泛、功率因数高等显著优势，

无极灯目前还存在的一些待改进的问题，主要是低频电磁无极灯光衰难于控制、实际寿命难达到理论寿命、“电子镇流器”成本高、电磁干扰和空间电磁辐射等问题，同时LVD无极灯光线穿透性较差，适用于通风质量好、能见度高的隧道的照明。

1.3 高压钠灯

高压钠灯是使用了近20年的传统光源，是一种高强度气体放电灯泡。当灯泡启动后，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，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态;或由电离态变为激发态，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。

由于高压钠灯接近于单色的光源，分辨颜色不容易，所以它适用于显色不太重要的地方。高压钠灯主要具有发光效率高、透雾性强、灯具成本低廉等优势。

高压钠灯存在的不足主要有重启时间长、色温漂移明显、寿命短等，与LED灯和LVD无极灯比，显色指数低，点状的强光源所造成的眩光和频闪比较严重，功率因数低，在有电容补偿时为0.85。

2 LED灯、LVD无极灯在中寨子隧道照明工程中的应用情况

2.1 隧道基本情况

(1)左线长1 385 m、右线长1 432 m;

(2)设计时速100 km/h;

(3)路面:沥青路面;

(4)洞外亮度取值3 000 cd/m2。

2.2 设计实施方案

左洞布置LVD无极灯，右洞基本照明布置LED灯，加强照明采用高压钠灯，LED灯、LVD无极灯的间距为厂家建议方案。

(1)左洞全部采用LVD无极灯，入口段300 W，174盏;过渡1段200 W，54盏;过渡2段120 W，64盏;基本照明80 W，230盏;人、车行、紧急停车带80 W，63盏。

(2)右洞基本照明采用LED灯，加强照明采用高压钠灯，入口段400 W高压钠灯，160盏;过渡1段250 W高压钠灯，54盏;过渡2段150 W高压钠灯，64盏;基本照明LED 80 W，240盏。

2.3 测试结果

根据已知资料，经计算，中间段(即基本段)照度设计值为74 Lux，从现场测试结果得知。

(1)LED灯的实测总平均照度为119 Lux(＞74 Lux)，因此在中间段选用优质LED-50W能达到按照明视觉即规范规定的标准，采用美国中间视觉照度计测量LED灯为＞164 lux。

(2)LVD无极灯的实测总平均照度为67 Lux(＜74 Lux)，采用美国中间视觉照度计测量LVD无极灯为90 Lux。

(3)本实验隧道按明视觉照度计测试值，LED灯照度是LVD无极灯照度的1.78倍，按美国中间视觉照度计测试值LED灯照度是LVD无极灯照度的1.82倍。

(4)本试验隧道LED灯输入功率是LVD无极灯输入功率的1.079倍，换算成同等功率按明视觉照度计LED灯照度是LVD无极灯照度的1.65倍，按美国中间视觉照度计LED灯照度是LVD无极灯照度的1.69倍。

由此可见，相同的输入功率，LED灯的照度大于LVD无极灯照度的1.6倍，说明LED灯比LVD无极灯的整体光效要高。

2.4 经济比较

根据现场实际发生费用及具体设计方案对全隧道经济比较见表1。

表1 全隧道经济比较

根据全隧道经济比较表可以看出，时速100 km/h，路面为沥青路面的高速公路隧道照明每公里的造价分别是:高压钠灯方案为223.4万元、LVD无极灯方案为309.3万元、LED灯方案457.7万元。LED灯前期投资最高，但其运营维护费用最低。

3 结束语

照明光源及灯具的合理选择是保证隧道照明质量的关键。隧道照明的光源除应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、寿命及工作特性、光色、显色性及控制配光的难易程度等主要要求外，还应选择在汽车排烟形成的烟雾中仍能保证有良好能见度的光源，即要考虑光线的穿透性。通过对高压钠灯、LED灯、LVD无极灯三种光源在沈吉高速公路中寨子隧道中的实施应用获得了详实的测试数据，为LED灯在辽宁省的推广应用提供了设计参考，得出LED灯在技术性能上可达到相关规范的要求，同时LED灯方案比高压钠灯方案节省约60%的电能，有显著的经济效益和社会效益，具有推广应用价值。

［1］中华人民共和国行业标准.公路隧道通风照明设计规范(JTJ 026.1-1999)［S］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］陈育明，陈大华，李维德，等.LVD无极灯［M］.上海:复旦大学出版社，2009.

［3］李维德.隧道照明的探讨及其实践［J］.2009，(2).

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2011-10-10