隧道LED節(jié)能照明在江西景鷹高速公路高傍下隧道的應(yīng)用

1、第二批節(jié)能減排示范項(xiàng)目推廣材料之十一一隧道LED節(jié)能照明在江西景鷹高速公路高傍下隧道的應(yīng)用2009-04-28 （轉(zhuǎn)載自交通節(jié)能網(wǎng)）項(xiàng)目實(shí)施單位江西省交通廳信息中心綜合點(diǎn)評(píng)公路隧道照明用電費(fèi) 已成為運(yùn)營(yíng)單位的巨大 負(fù)擔(dān)，節(jié)能降耗、保障 安全是建設(shè)和運(yùn)營(yíng)單位 迫切需要解決的技術(shù)難題。影響公路隧道照明耗電量的主要因素有燈具效率、燈具布設(shè)方式制方案等。目前公路隧道照明廣泛使用的高壓鈉燈、高壓汞燈、鹵素?zé)舻葌鹘y(tǒng)燈具光效低動(dòng)慢、能耗大、不利于智能控制，使用高壓汞燈還會(huì)帶來汞污染等問題，不符合當(dāng)前我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，探求使用新型高效光源是解決問題的關(guān)鍵。發(fā)光二極（LED ）照明燈具是一

2、種新型的照 明光源,具有能耗低、 光指向性好、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、無汞污染等優(yōu)點(diǎn)，目前在城市景觀及道路照明等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。江西省交通廳信息中心在景鷹高速公路黃竹山隧?xiàng)l新途徑。試驗(yàn)證明道，實(shí)施的LED節(jié)能照明示范工程，為公 路隧道照明節(jié)能降耗探 索出了一該技術(shù)方案成熟可靠，比使用傳統(tǒng)的高壓鈉燈 可節(jié)約電能3040%,節(jié)能 效果顯著。LED照明燈具在公路隧道照明 領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用 前景。該項(xiàng)目的實(shí)施 也為國(guó)家 相關(guān)部門制訂出臺(tái)有 關(guān)政策和相應(yīng)的技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)，在公路隧道照明領(lǐng) 域推廣應(yīng)用LED照明燈具提 供了依據(jù)。隧道LED節(jié)能照明 在江西景鷹高速 公路高傍下隧道 的應(yīng)用”推廣材料交通部節(jié)能減排

3、專家 工作組 一、項(xiàng)目實(shí)施背景據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前我 國(guó)建成通車的公路隧道 已超過2600延公里，且 隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不 斷完善，公路建設(shè)正 向地質(zhì)環(huán)境條件更為惡 劣的山區(qū)發(fā)展，公路隧 道將進(jìn)一步延伸。為了 保障 交通安全，隧道照明 是公路建設(shè)中不可或缺 的重要組成部分。按照 我國(guó)公路照明設(shè)計(jì)規(guī)范 規(guī)定, 長(zhǎng)度大于100m的公路隧道應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施，且每延公里隧道照明 負(fù)荷應(yīng)不小于60kW,按每日 平均開通10個(gè)小時(shí)計(jì)，平均年耗電量達(dá)21.6萬度（折合76噸標(biāo)準(zhǔn)煤），能耗巨大。再加 上維 護(hù)更新費(fèi)用，以至于公路隧道照明成了困擾公路運(yùn)營(yíng)單位的沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。節(jié)能降耗、保障安 全是建設(shè)和運(yùn)營(yíng)單位 迫切需

4、要解決的技術(shù)難 題。江西省交通廳信息中 心針對(duì)本省高速公路隧 道運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，以景（德 鎮(zhèn)）鷹（潭）高速公路 黃 竹山隧道（原高傍下 隧道，建成后隧道名稱 改為黃竹山隧道）為依 托，采用高效LED照明方案 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高壓鈉燈 方案，通過燈具比選、 配光設(shè)計(jì)、智能控制等 技術(shù)措施在達(dá)到良好的 照明 效果同時(shí)取得了較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。二、基本原理在某些半導(dǎo)體材料的 PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從 而把電能直接轉(zhuǎn)換為光 能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入， 故不發(fā)光。這種利用注入 式電致發(fā)光原理制作的 二級(jí)管叫發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED o由此可

5、見LED光源是一種半導(dǎo)體照 明光源。在十一五”期間，科技部將其納入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 （863計(jì)劃）”進(jìn)行研究，是一種高新技 術(shù)產(chǎn)品。根據(jù)照明要求將單粒 LED按某種方式排列組裝在一起以增加發(fā)光亮度或完成其它特定功能的裝置叫LED 一體化照明燈具，簡(jiǎn)稱 LED照明燈具。與傳統(tǒng)的照明 燈具相比，LED燈具有光 指向性好、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕、低電 壓、響應(yīng)快、無紅外幅 射且無汞污染等優(yōu)點(diǎn)，在同樣亮度下，耗電僅為 普遍白熾燈的1/10,壽命卻可以延長(zhǎng)百倍。目前商用的單粒白光 LED效率 已達(dá)到90110Lm/W 以上，雖然與高壓鈉燈的 發(fā)光效率100150Lm/W 相比還有一定差距， 但利用

6、LED的指向性可以設(shè)計(jì)出集光源和燈 具于一體的高效LED照明燈具，其總光通量明顯 優(yōu)于同等功率的高壓 鈉燈照明裝置。也就是 說用小功率的LED燈具替代大功率的高壓 鈉燈，可 以獲得相同的照明效 果。表1是一組100W高壓鈉燈與60W LED隧道燈的實(shí)測(cè)參 數(shù)比較表。表1 100W高壓鈉燈 與60W LED隧道燈光效比 較表參數(shù)100W高壓鈉燈60W LED1道燈光源功率100W60W整機(jī)功率117W60W有效光通量3900 Lm3975 Lm燈具效率60%85%利用系數(shù)65%75%光源效率100 Lm/W105 Lm/W依據(jù)上述原理，國(guó)內(nèi) 已有多家企業(yè)開發(fā)成功 了 LED隧道照明燈具，并配以可

7、靠 、高效、低 損耗的開關(guān)電源，LED隧道照明系統(tǒng)已逐漸達(dá)到 了實(shí)用化程度。三、實(shí)施方案隧道照明均要依據(jù) JTJ026.1-1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范 ，按照隧道等級(jí)進(jìn)行 配光及 布設(shè)設(shè)計(jì)。下面以江 西省景鷹高速公路黃竹 山隧道LED照明試點(diǎn)工程為例予以說明。（一）了解隧道照明等級(jí)，明確各段照明亮度要求本項(xiàng)目應(yīng)用于基本段、出口段，依據(jù)照明原 理和燈具特點(diǎn)，對(duì)隧道 的照度分布和不同路段 的亮度要求進(jìn)行準(zhǔn)確的 計(jì)算和分析，通過測(cè)試 手段，對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)加以 驗(yàn)證，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足黃竹山隧道LED照明方案不同路段的亮 度指標(biāo)要求及隧道照度 分布要求，見表2。表2隧道亮度要求設(shè)計(jì)表序號(hào)隧道段落段長(zhǎng)

8、（mj）設(shè)計(jì)亮度cd/m21引入段84110.02過渡段I7233.03過渡段II9611.04基本段L3.05出口段6015.07照明綜合均勻度上0.4縱向亮度土§勻度上0.78維護(hù)系數(shù)0.85 ,換算系數(shù)15 （按混凝土路面）（二）依據(jù)設(shè)計(jì)亮度 要求，選擇LED照明燈具及配套設(shè)備1 .LED照明燈具的配光要求利用光學(xué)透鏡原理，通過建模和修模手段，得到精確的產(chǎn)品配光圖，使得燈具的配光有較大的分配自由度，達(dá)到 既可提高光效，又能使 照度分布均勻的效果。 本項(xiàng)目采用的燈具及配 光圖 見圖1圖3。2 .大功率LED照明光源散熱器設(shè)計(jì)與高壓鈉燈不同，LED照明燈具使用的LED,在高溫條件下

9、 其性能迅速下降，甚至 損壞。解決散熱問題是保證 LED燈具正常工作的重要條件。項(xiàng)目實(shí)施單位結(jié)合隧道通風(fēng)的特點(diǎn)，采用通道式散熱器，這種 散熱器采用帶有小型通 透結(jié)構(gòu)，有利于照明單 元的散熱，在熱量傳到 燈具之前，就已經(jīng)由這個(gè) 小散熱器將熱量散發(fā)到 空間，由這一光源單元 組成的燈具也具有通J =6 630 27 rm一尸54：4 -too VWM I7t_ "人 xWvUKUZ ruin圖1 LED照明燈光強(qiáng) 分布圖圖2 LED照明燈照度 分布圖圖3 LED照明燈具實(shí)物透型結(jié)構(gòu)，使散熱效 減輕了 60%。率大大提高，有效解決了大功率LED的散熱問題，同時(shí)還使燈具質(zhì) 量3 .電源設(shè)計(jì)的安

10、全及易維護(hù)性考慮到隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)的方便性，對(duì)直流穩(wěn)壓電源需進(jìn)行可靠性和可 維護(hù)性設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目應(yīng) 用的開關(guān)電源，采用隔 離分體式電源設(shè)計(jì)，散 熱好，性能穩(wěn)定可靠。 需更換電源時(shí)徒手即可 更換, 適應(yīng)了便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù) 的需要，并且達(dá)到保護(hù) 燈體和使用者人身安全 要求。4 .智能控制系統(tǒng)根據(jù)車流量變化和洞 外環(huán)境亮度，開發(fā)適應(yīng) 不同場(chǎng)合的LED照明智能控制系統(tǒng)，也是 節(jié)能的有效途徑。在供電 線路設(shè)計(jì)時(shí)注意做到每 盞燈都可獨(dú)立控制關(guān)閉 和開啟，為依據(jù)車流或 亮度 控制提供物理?xiàng)l件，做到了自動(dòng)調(diào)節(jié)LED照明燈具的亮度以降 低能耗。（三）總體技術(shù)指標(biāo)經(jīng)過上述專業(yè)設(shè)計(jì)后 本項(xiàng)目所用燈具的總體 指標(biāo)如下：光源功率

11、：64W或48W燈具（可選）光源組成：大功率白色LED發(fā)光管光源效率：80Lm/W色 溫：4500K 6000K顯色指數(shù)：不小于 70燈具可調(diào)角：縱向 120°,橫向70°輸入電源： AC100 265V/DC10 30V, 50/60H z功率因數(shù)： 0.9平均無故障時(shí)間：20, 000小時(shí)光源壽命：50, 000小時(shí)（亮度維持率70%）調(diào)光性能：0100%, 8級(jí)（可選項(xiàng)）溫度范圍：-30 C55 c濕度范圍：1098%防護(hù)等級(jí)：IP65抗風(fēng)速：36m/s（四）項(xiàng)目實(shí)施后檢測(cè)驗(yàn)收項(xiàng)目實(shí)施后依據(jù)設(shè)計(jì) 規(guī)范要求，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo) 進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表 3表3隧道亮度實(shí)測(cè)指標(biāo)照明段

12、燈具功率燈具安裝情況平均亮度總均勻度縱向均勻度出口段48W 64W48WF口 64帔替雙側(cè)又t稱3米間距布設(shè)10.50cd/m20.6660.946基本段48W雙側(cè)又t稱6米間距布設(shè)4.65 cd/m ?0.6980.853檢測(cè)結(jié)果顯示各段亮 度均滿足JTJ 026.1-1999公路隧道通風(fēng)照 明設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。四、保障措施（一）嚴(yán)格測(cè)試，確 保選用節(jié)能燈具質(zhì)量。由于LED隧道照明燈 具是一種新型產(chǎn)品，還 沒有相應(yīng)的國(guó)家或行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行規(guī) 范,各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標(biāo)參差不齊，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件要求甄選具有資質(zhì)的產(chǎn)品供應(yīng)商并對(duì)其產(chǎn)品的光通量、燈具的配光性能、發(fā)光效率、光源

13、衰減特性、電源可靠性等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試,確保所選用產(chǎn)品是節(jié)能可靠的。（二）定期維護(hù)監(jiān)測(cè)，使產(chǎn)品始終處于良好 的運(yùn)行狀態(tài)。公路隧道內(nèi)塵土、油漬等污染物較嚴(yán)重，對(duì)某些形式燈具的散熱和光效會(huì)造成嚴(yán)重的影響營(yíng)單位應(yīng)定期監(jiān)測(cè)路步擴(kuò)大，影響節(jié)能效面的照度，并與初始值 相比較，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及 果。時(shí)查找原因，避免故障五、效益分析（一）功耗比較江西景鷹高速公路黃 竹山隧道LED照明項(xiàng)目主要在基本段和出口 段安裝了 LED節(jié)能燈具原設(shè)計(jì)方案使用 100盞100W 和10盞250W 的高壓鈉燈，現(xiàn)改用 150盞48W和14盞64WLED燈進(jìn)行替代，在 滿足隧道照度要求條件 下，LED燈具與高壓 鈉燈相比，功耗減小了

14、 5.53kW,用電量 節(jié)省了 36.7%。(二)運(yùn)營(yíng)成本比較1 .計(jì)算依據(jù)(1)燈具價(jià)格：高壓鈉燈250W按1000元/盞,100W按800元/盞計(jì)算；2 2) LED燈具：64W 按2500元/盞，48W 按2000元/盞計(jì)算；(3)維護(hù)成本：從第二年 開始，LED燈具每年維 護(hù)費(fèi)按燈具初裝費(fèi)用的 1%;(4)高壓鈉燈每年維護(hù)費(fèi) 按燈具初裝費(fèi)用的25%;(5)電費(fèi)價(jià)格：按1元/度；(6)燈具照明時(shí)間每天按 加強(qiáng)照明12小時(shí)、基本 照明12小時(shí)計(jì)算。(7)隧道長(zhǎng)度按0.5公里計(jì)算，費(fèi)用計(jì)算周期為 5年2.LED燈具與高壓鈉燈初裝及運(yùn)營(yíng)成本比較項(xiàng)目?jī)?nèi)容LED照明燈費(fèi)用(萬元)高壓鈉燈費(fèi)用(萬元

15、)一次性總 投入 成本燈具33.509.00電纜30.0040.00箱式變電站-智能照明控制裝置-小計(jì)63.5049.00運(yùn)營(yíng)使用成本電費(fèi)31.3149.47維護(hù)成本1.349.00小計(jì)32.6558.47按5年使用費(fèi)用合計(jì)96.15107.47(三)結(jié)論從以上數(shù)據(jù)可以看出，LED照明燈具在 功耗、運(yùn)營(yíng)成本方面 具有明顯的優(yōu)勢(shì)。以該 項(xiàng)目實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單計(jì)算，平均 每年比高壓鈉燈節(jié)電3.6萬度，折算為延公里為 7.2萬度，節(jié)省電費(fèi)7.2萬 元。以景鷹高速為例，全程共有隧道約 24延公里，僅在基本段和出 口段采用LED照明燈 具，基本段的用則每年可節(jié)約電費(fèi) 24km< 7.2萬元/km=172.8萬元，據(jù)黃竹 山隧道配電柜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)電量為引入段和過度 段的22%,若全隧道都用LED燈具，