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文檔簡介
1、公路隧道照明用電費已成為運營單位的巨大負擔,節(jié)能降耗、保障安全是建設(shè)和運營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、控制方案等。目前公路隧道照明廣泛使用的高壓鈉燈、高壓汞燈、鹵素燈等傳統(tǒng)燈具光效低、啟動慢、能耗大、不利于智能控制,使用高壓汞燈還會帶來汞污染等問題,不符合當前我國建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境敵對型社會的要求,探求使用新型高效光源是解決問題的關(guān)鍵。發(fā)光二極管(LED)照明燈具是一種新型的照明光源,具有能耗低、光指向性好、壽命長、響應(yīng)快、無汞污染等優(yōu)點,目前在城市景觀及道路照明等領(lǐng)域失掉了廣泛應(yīng)用。江西省交通廳信息中心在景鷹高速公路黃竹山隧道,實施的
2、LED節(jié)能照明示范工程,為公路隧道照明節(jié)能降耗探索出了一條新途徑。實驗證明該技術(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。該項目的實施也為國家相關(guān)部門制訂出臺有關(guān)政策和相應(yīng)的技術(shù)標準,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)能減排專家工作組一、項目實施背景據(jù)不完全統(tǒng)計目前我國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)境條件更為堊劣的山區(qū)發(fā)展,公路隧道將進一步延伸。為了保障交通安全,隧道
3、照明是公路建設(shè)中不可或缺的重要組成部分。按照我國公路照明設(shè)計規(guī)范規(guī)定,長度大于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荷應(yīng)不小于60kW按每日平均開通10個小時計,平均年耗電量達21.6萬度(折合76噸標準煤),能耗巨大。再加上維護更新費用,以至于公路隧道照明成了困擾公路運營單位的沉重經(jīng)濟負擔。節(jié)能降耗、保障安全是建設(shè)和運營單位迫切需要解決的技術(shù)難題。江西省交通廳信息中心針對本省高速公路隧道運營特點,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、智能控制等技術(shù)措施在
4、達到良好的照明效果同時取得了較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。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)合時會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)光原理制作的二級管叫發(fā)光二極管,簡稱LED。由此可見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“國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)”停止研究,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,簡稱LED照明燈具。與傳統(tǒng)的照明燈具相比,LED
5、燈具有光指向性好、壽命長、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,在同樣亮度下,耗電僅為普遍白熾燈的1/10,壽命卻可以延長百倍。目前商用的單粒白光LED效率已達到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LED的指向性可以設(shè)計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隧道燈的實測參數(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
6、燈60W LED隧道燈光源功率100W60W整機功率117W60W有效光通量3900 Lm3975 Lm燈具效率6085利用系數(shù)6575光源效率100 Lm/W105 Lm/W依據(jù)上述原理,國內(nèi)已有多家企業(yè)開發(fā)成功了LED隧道照明燈具,并配以可靠、高效、低損耗的開關(guān)電源,LED隧道照明系統(tǒng)已逐漸達到了實用化程度。三、實施方案隧道照明均要依據(jù)JTJ026.1-1999公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范,按照隧道等級停止配光及布設(shè)設(shè)計。下面以江西省景鷹高速公路黃竹山隧道LED照明試點工程為例予以說明。(一) 了解隧道照明等級,明確各段照明亮度要求本項目應(yīng)用于基本段、出口段,依據(jù)照明原理和燈具特點,對隧道的照
7、度分布和不同路段的亮度要求停止準確的計算和分析,通過測試手段,對計算數(shù)據(jù)加以驗證,停止優(yōu)化設(shè)計,滿足黃竹山隧道LED照明方案不同路段的亮度指標要求及隧道照度分布要求,見表2。表2 隧道亮度要求設(shè)計表 鑫達照明燈飾網(wǎng)序號隧道段落段長(m)設(shè)計亮度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0.4 縱向亮度均勻度0.78維護系數(shù)0.85,換算系數(shù)15(按混凝土路面)(二)依據(jù)設(shè)計亮度要求,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,失掉精確的產(chǎn)品配光圖,使得燈具的
8、配光有較大的分配自由度,達到既可提高光效,又能使照度分布均勻的效果。本項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)計與高壓鈉燈不同,LED照明燈具使用的LED,在高溫條件下其性能迅速下降,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。項目實施單位結(jié)合隧道通風的特點,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),有利于照明單芫的散熱,在熱量傳到燈具之前,就已經(jīng)由這個小散熱器將熱量散發(fā)到空間,由這一光源單芫組成的燈具也具有通透型結(jié)構(gòu),使散熱效率大大提高,有效解決了大功率LED的散熱問題,同時還使燈具質(zhì)量減輕了60%。 照明3.電源設(shè)計的安全及易維護性考慮到隧
9、道運營維護的方便性,對直流穩(wěn)壓電源需停止可靠性和可維護性設(shè)計。本項目應(yīng)用的開關(guān)電源,采用隔離分體式電源設(shè)計,散熱好,性能穩(wěn)定可靠。需更換電源時徒手即可更換,適應(yīng)了便于現(xiàn)場維護的需要,并且達到保護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)計時注意做到每盞燈都可獨立控制關(guān)閉和開啟,為依據(jù)車流或亮度控制提供物理條件,做到了自動調(diào)節(jié)LED照明燈具的亮度以降低能耗。鑫達照明燈飾有限公司生產(chǎn)銷售水晶燈,家居燈飾,照明燈具(三)總體技術(shù)指標經(jīng)過上述專業(yè)設(shè)計后本項目所用燈具的總體指標如下:光源功率:64W或
10、48W燈具(可選)光源組成:大功率白色LED發(fā)光管光源效率:80 LmW色 溫:4500K6000K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:AC100265V/DC1030V,50/60H功率因數(shù):0.9平均無故障時間:20,000小時光源壽命:50,000小時(亮度維持率70)調(diào)光性能:0100%,8級 (可選項)溫度范圍:-3055濕度范圍:1098%防護等級:IP65抗風速:36m/s(四)項目實施后檢測驗收項目實施后依據(jù)設(shè)計規(guī)范要求,對各項指標停止了檢測,結(jié)果見表3。表3 隧道亮度實測指標照明段燈具功率燈具安裝狀況平均亮度總均勻度縱向均勻度出口段48W、64W48
11、W和64W交替雙側(cè)對稱3米間距布設(shè)10.50cd/m20.6660.946基本段48W雙側(cè)對稱6米間距布設(shè)4.65 cd/m20.6980.853檢測結(jié)果顯示各段亮度均滿足JTJ 026.1-1999公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范的要求。四、保障措施(一)嚴格測試,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)的國家或行業(yè)標準對其質(zhì)量停止規(guī)范,各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標參差不齊,建設(shè)和運營單位應(yīng)嚴格按照設(shè)計文件要求甄選具有資質(zhì)的產(chǎn)品供應(yīng)商并對其產(chǎn)品的光通量、燈具的配光性能、發(fā)光效率、光源衰減特性、電源可靠性等指標停止嚴格測試,確保所選用產(chǎn)品是節(jié)能可靠的。(二)定期維護監(jiān)測,使產(chǎn)
12、品始終處于良好的運行狀態(tài)。 公路隧道內(nèi)塵土、油漬等污染物較嚴重,對某些形式燈具的散熱和光效會造成嚴重的影響,運營單位應(yīng)定期監(jiān)測路面的照度,并與初始值相比較,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時查找原因,避免故障進一步擴大,影響節(jié)能效果。五、效益分析(一)功耗比較江西景鷹高速公路黃竹山隧道LED照明項目主要在基本段和出口段安裝了LED節(jié)能燈具。原設(shè)計方案使用100盞100W 和10盞250W 的高壓鈉燈,現(xiàn)改用150盞48W和14盞64W LED燈停止替代,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5.53kW,用電量節(jié)省了36.7%。(二)運營成本比較1.計算依據(jù)(1)燈具價格:高壓鈉燈250W
13、按1000芫/盞,100W按800芫/盞計算;(2)LED燈具:64W按2500芫/盞,48W按2000芫/盞計算;(3)維護成本:從第二年開始,LED燈具每年維護費按燈具初裝費用的1;(4)高壓鈉燈每年維護費按燈具初裝費用的25;(5)電費價格:按1芫/度;(6)燈具照明時間每天按加強照明12小時、基本照明12小時計算。(7)隧道長度按0.5公里計算,費用計算周期為5年。2.LED燈具與高壓鈉燈初裝及運營成本比較項目內(nèi)容LED照明燈費用(萬芫)高壓鈉燈費用(萬芫)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63.5049.00運營使用成本電
14、費31.3149.47維護成本1.349.00小計32.6558.47按5年使用費用合計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、運營成本方面具有明顯的優(yōu)勢。以該項目實測數(shù)據(jù)簡單計算,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7.2萬芫。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,則每年可節(jié)約電費24km7.2萬芫/km=172.8萬芫,據(jù)黃竹山隧道配電柜監(jiān)測數(shù)據(jù),基本段的用電量為引入段和過度段的22,若全隧道都用LED燈具,則每年可節(jié)省電費172.8/0.22=785萬芫。假如全國開通的公路隧道有5
15、0%使用LED燈具,則每年可節(jié)約電能7.2萬度/km2600km0.50.22=42545萬度,節(jié)省電費4億多芫。雖然目前LED燈具的初裝成本還比較高,但隨著技術(shù)的進步和應(yīng)用數(shù)量的增多,光效更加提高、生產(chǎn)規(guī)模進一步擴大,LED燈具的價格有望降到高壓鈉燈以下,其節(jié)能綜合效益將進一步顯現(xiàn),LED照明在公路領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。3.電源設(shè)計的安全及易維護性考慮到隧道運營維護的方便性,對直流穩(wěn)壓電源需停止可靠性和可維護性設(shè)計。本項目應(yīng)用的開關(guān)電源,采用隔離分體式電源設(shè)計,散熱好,性能穩(wěn)定可靠。需更換電源時徒手即可更換,適應(yīng)了便于現(xiàn)場維護的需要,并且達到保護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
16、量變化和洞外環(huán)境亮度,開發(fā)適應(yīng)不同場合的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)計時注意做到每盞燈都可獨立控制關(guān)閉和開啟,為依據(jù)車流或亮度控制提供物理條件,做到了自動調(diào)節(jié)LED照明燈具的亮度以降低能耗。鑫達照明燈飾有限公司生產(chǎn)銷售水晶燈,家居燈飾,照明燈具(三)總體技術(shù)指標經(jīng)過上述專業(yè)設(shè)計后本項目所用燈具的總體指標如下:光源功率: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:80 LmW色 溫:4500K6000K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:AC100265V/DC1030V,50/60H功率因數(shù):0.9平均無故障時間:2
17、0,000小時光源壽命:50,000小時(亮度維持率70)調(diào)光性能:0100%,8級 (可選項)溫度范圍:-3055濕度范圍:1098%防護等級:IP65抗風速:36m/s(四)項目實施后檢測驗收項目實施后依據(jù)設(shè)計規(guī)范要求,對各項指標停止了檢測,結(jié)果見表3。表3 隧道亮度實測指標照明段燈具功率燈具安裝狀況平均亮度總均勻度縱向均勻度出口段48W、64W48W和64W交替雙側(cè)對稱3米間距布設(shè)10.50cd/m20.6660.946基本段48W雙側(cè)對稱6米間距布設(shè)4.65 cd/m20.6980.853檢測結(jié)果顯示各段亮度均滿足JTJ 026.1-1999公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范的要求。四、保障措施
18、(一)嚴格測試,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)的國家或行業(yè)標準對其質(zhì)量停止規(guī)范,各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標參差不齊,建設(shè)和運營單位應(yīng)嚴格按照設(shè)計文件要求甄選具有資質(zhì)的產(chǎn)品供應(yīng)商并對其產(chǎn)品的光通量、燈具的配光性能、發(fā)光效率、光源衰減特性、電源可靠性等指標停止嚴格測試,確保所選用產(chǎn)品是節(jié)能可靠的。(二)定期維護監(jiān)測,使產(chǎn)品始終處于良好的運行狀態(tài)。 公路隧道內(nèi)塵土、油漬等污染物較嚴重,對某些形式燈具的散熱和光效會造成嚴重的影響,運營單位應(yīng)定期監(jiān)測路面的照度,并與初始值相比較,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時查找原因,避免故障進一步擴大,影響節(jié)能效果。五、效益分析(一)功耗比較江西
19、景鷹高速公路黃竹山隧道LED照明項目主要在基本段和出口段安裝了LED節(jié)能燈具。原設(shè)計方案使用100盞100W 和10盞250W 的高壓鈉燈,現(xiàn)改用150盞48W和14盞64W LED燈停止替代,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5.53kW,用電量節(jié)省了36.7%。(二)運營成本比較1.計算依據(jù)(1)燈具價格:高壓鈉燈250W按1000芫/盞,100W按800芫/盞計算;(2)LED燈具:64W按2500芫/盞,48W按2000芫/盞計算;(3)維護成本:從第二年開始,LED燈具每年維護費按燈具初裝費用的1;(4)高壓鈉燈每年維護費按燈具初裝費用的25;(5)電費價格:按1芫
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