LED隧道照明灯在高速公路隧道机电项目中的应用浅析

1、LED隧道照明灯在高速公路隧道机电项目中的应用浅析 王保华 安徽省高等级公路工程监理有限公司交通工程部 摘要：本文已六潜高速公路隧道机电项目为背景，采用大量的实际数据进行计算，将LED隧道照明灯与高压钠灯在高速公路隧道机电项目中的应用进行分析，就工程造价和节能前景进行了优劣势对比，为今后的相关项目提供了分析依据。关键词：LED隧道照明灯 高压钠灯 六潜高速公路 隧道机电 造价分析 节能一、概述随着高速公路隧道照明技术的发展，隧道照明灯具的使用日益多元化，常见的隧道照明灯具有高压钠灯、LED灯二种，下面我们对上述灯具的优缺点进行简单的分析：高压钠灯：作为传统的照明用灯，高压钠灯是公认的性价比较高

2、的道路照明灯具之一，其具备以下优点： 高光效：90130lm/W； 长寿命：12000小时20000小时 辐射波长长、穿透雨雾力强。由于高压钠灯本身发光原理的限制，在使用过程中，也同样暴露出以下缺点： 高压钠灯光谱集中在长波长段，光色昏黄，视物不清； 光谱光效虽高，但夜晚视觉灵敏度下降； 显色指数低（小于30），色彩分辨不清，图象模糊； 灯具效率低（约70%），由于高压钠灯是发散型光源，在反复反射中降低灯具效率； 电-光转换效率低，大量的电能被转化为热能而浪费，发光效率约在30%。LED灯：近年来LED灯具开始大量进入高速公路隧道照明系统，做为公认的发展潜力巨大的新兴照明技术，LED灯具有以下

3、优点： 亮度的可控性高：可以灵活的对灯具的实际消耗功率进行调整； 灯具效率高：LED灯是定向光源，灯具效率可达85%； 显色性好：可达7080，色彩分辨清晰； 电光转换效率高：LED灯具的发光效率可达50%左右； 长寿命：理论上LED灯具的使用寿命可长达5W小时以上，大功率LED灯的寿命最少在3W小时以上； 环保无污染。同样，LED灯也有着一些暂时尚未克服的缺点： 较之高压钠灯，LED灯的光效偏低（以六潜隧道项目所采用的LED灯的光效为60 lm/w左右，而高压钠灯普遍在120左右）； LED灯的散热较差，长时间使用后，P-N结温升过大，会大幅度降低灯具光效； 透雨雾性能差，不适合在隧道入口安

4、装； LED灯的配套电气的寿命较低。 由于LED灯是定向光源而高压钠灯是发散性光源，所以采用LED灯的照明均匀度较之使用高压钠灯要低，同时随着使用时间的增长，这个现象会越来越明显。综合分析高压钠灯及LED灯的光效、显色性、灯具效率及电-光转换效率，同时考虑到在中间视觉中LED灯与高压钠灯的灯光下人的适应性，在使用LED灯时，目前国内使用中较常用的使用0.5倍功率的LED灯取代高压钠灯。但是在这样的情况下，实际上是降低了隧道照明内的照度指标，六潜项目中使用LED灯照明后，基本/应急照明的照度较之使用高压钠灯的原初步设计降低了约40%，关于这一点目前国内尚未出台相关规定支持，可行性及合理性尚需检验

5、。二、六潜高速公路隧道机电项目中照明灯具的使用情况以六潜隧道项目岳潜段为例，隧道入口段加强照明采用对烟雾有较强穿透能力的高压钠灯，过渡段1、过渡段2、中间段、出口段及基本、应急照明均采用显色性较好的LED灯，隧道内各段照明布置如下： 入口段1：采用400W高压钠灯，间距2.5米两侧对称布置； 入口段2：采用250W和400W高压钠灯，每三盏250W高压钠灯为一组，间距2.5米两侧对称布置，每组250W高压钠灯间布置一盏400W高压钠灯，与250W高压钠灯间距2.5m对称布置。 过渡段1：采用100W的LED隧道灯，间距1.25米两侧对称布置； 过渡段2：采用50W的LED隧道灯，间距2.5米两

6、侧对称布置； 出口段1：采用50W的LED隧道灯，间距2.5米两侧对称布置； 出口段2：采用100W和50W的LED隧道灯，间距2.5米两侧对称布置； 中间段及基本/应急照明：采用50W的LED隧道灯，间距5m采用单光带布灯方案，布置在距行车道中心线偏隧道行车方向左侧0.6m处的隧道顶部，贯穿整个隧道(即包含入口段、过渡段1、过渡段2、中间段及出口段)，其中每隔两盏为基本兼应急照明。这一设计入口段采用对雨雾穿透性较好的高压钠灯，中间段、出口段及基本/应急照明采用显色性较好的LED灯，较好的结合和高压钠灯与LED灯各自的优缺点，并且同时考虑到了使用上的合理性与经济上的节约，理论上实现了在保证使用

7、的基础上达到节能的目的，只是最终结果尚待运行后检验。下附岳潜段隧道照明理论计算表：区段计算照度(lx)计算亮度(cd/m2)总均匀度入口段1178596.490.78入口段2106257.410.77过渡段151828.160.71过渡段21739.350.52中间段(即基本照明)382.050.41出口段11739.350.52出口段224213.080.50三、使用LED灯与使用高压钠灯的造价分析由于六潜项目最终的照明设计方案相较初步设计而言，不仅仅考虑到了照明灯具的变化，同时还对整个照明系统的供电方式与回路配置做出了调整，所以我们在做使用LED与使用高压钠灯的造价差别的时候，就不能简单的

8、以最终照明方案的造价与初步设计做比较。在这里，我们以最终的照明方案为基础，模拟出使用高压钠灯的情况（将LED隧道照明灯全部更换为相应的高压钠灯，并且将照明供电电缆的规格做出相应调整），分别列出两种方案的大致造价，以此做出比较：分析照明系统造价需要考虑到的主要设备有电缆、灯具、照明配电箱以及变电所内配电设备，由于使用LED灯和使用高压钠灯对配电箱规格、配电箱内空气开关、配电房内低压配电设备容量以及变压器容量的影响较小，在此我们将之忽略，仅考虑电缆与灯具的造价。岳潜段目前使用LED灯与高压钠灯混合照明的设计方案中，电缆与灯具的成本如下：序号名称规格型号单价（元）数量合价（元）备注1高压钠灯400W

9、620984盏6100802高压钠灯250W570488盏2781603LED灯100W30882480盏76582404LED灯50W19888339盏165779325电力电缆ZR-VV-6mm24.60231793m1066247.86电力电缆NH-VV-6mm24.80153708m737798.47电力电缆VV22-4*1031.0020638m6397788电力电缆VV22-4*1645.603110m1418169电力电缆VV22-4*2568.0018280m124304010电力电缆VV22-4*3589.4026797m2395651.811电力电缆VV22-4*50121

10、.1015205m1841325.512电力电缆NH-VV22-4*1027.006505m17563513电力电缆NH-VV22-4*1645.506297m286513.514电力电缆NH-VV22-4*2561.3010440m63997215电力电缆NH-VV22-4*3584.205945m50056916电力电缆RVV-11610.4047980m498992合计：￥35，291，751元当全部隧道照明灯具均为高压钠灯时，按照目前常用的设计方案，以250W高压钠灯替换100W LED灯，以100W高压钠灯代替50W LED灯（不考虑细微的灯具间距的调整），同时将各隧道部分电缆调整如

11、下： 胭脂畈隧道基本及应急所用电缆截面积需提升1个规格等级； 严家、狮行、炉坳、英山河、汪家冲隧道基本及应急照明所用电缆截面积均需提升2个规格等级； 老鸭岭、秦老屋、巴掌湾、青山排隧道基本照明所用电缆均需提升2个规格等级，应急照明所用电缆截面积均需提升1个规格等级。由以上可知当隧道内照明灯具均为高压钠灯时，电缆与灯具的成本如下：序号名称规格型号单价（元）数量合价（元）备注1高压钠灯400W620984盏6100802高压钠灯250W5702968盏16917603高压钠灯100W5408339盏45030604电力电缆ZR-VV-6mm24.60231793m1066247.85电力电缆NH-

12、VV-6mm24.80153708m737798.46电力电缆VV22-4*1031.0017146m5315267电力电缆VV22-4*2568.0019715m13406208电力电缆VV22-4*3589.4015130m13526229电力电缆VV22-4*50121.1011220m135874210电力电缆VV22-4*70154.2020722m3195332.411电力电缆NH-VV22-4*1645.501520m6916012电力电缆NH-VV22-4*2561.306945m425728.513电力电缆NH-VV22-4*3584.2014777m1244223.414电

13、力电缆NH-VV22-4*50110.805945m65870615电力电缆RVV-11610.4047980m498992合计：￥19，284，598.5元由以上两表可得六潜隧道项目岳潜段采用目前的LED灯与高压钠灯混合照明的方案比全部采用高压钠灯照明的方案工程造价增加了约￥16，007，152.5元。四、节能应用分析根据各厂家所提供的灯具参数以及目前高速公路隧道照明工程的普遍经验，高压钠灯实际使用中所消耗的功率约为额定功率的1.4倍（增加电容补偿的情况下），LED灯实际消耗功率每个厂家的情况不同（基本上在额定功率的1.21.4倍范围内），在这里我们按照高压钠灯取1.4倍、LED灯取1.2倍

14、计算。根据六潜隧道项目岳潜段实际情况，在采用LED灯与高压钠灯混合照明时，各照明回路的功率分别约为（实际消耗功率）： 晴天照明：512KW； 阴天照明：587.2KW； 基本照明：233.16KW； 应急照明：135.18KW（含紧急停车带及横洞照明）。在采用全高压钠灯照明时，各照明回路的功率分别约为： 晴天照明：784KW； 阴天照明：985.6KW； 基本照明：544.04KW； 应急照明：351.4KW（含紧急停车带及横洞照明）。由于六潜隧道项目采用的照明控制方式是根据洞外亮度自动控制照明灯具开启，在这种控制方式下，隧道用电的计算有大量的不确定因素，因此我们假设出一种定时照明控制方式来计

15、算隧道照明的节能效果，假设定制控制方式如下： 00：0007：00 开启基本照明+应急照明； 07：0010：00 开启基本照明+应急照明+阴天照明； 10：0014：00 开启基本照明+应急照明+阴天照明+晴天照明； 14：0018：00开启基本照明+应急照明+阴天照明； 18：0000：00 开启基本照明+应急照明。由此可知，当采用我们假设出的定时照明控制方案时，LED灯与高压钠灯混合照明较之全高压钠灯照明的节能情况如下：采用LED灯与高压钠灯混合照明方案每年消耗的电能约为：5124+587.211+（233.16+135.18）24365=6，331，786.4kwh；采用全高压钠灯照明方案每年消耗的电能约为：7844+985.611+（544.04+351.4）24365=12，945，878.4kwh；每年节约用电约为12，945，878.4kwh-6，331，786.4kwh =6，614，092 kwh；电费以1元/kwh计算，每年可节省电费约6，614，092元，采用LED灯与高压钠灯混合照明方式的造价较之全高压钠灯照明方式的造价高约￥16，007，152.5元，在不考虑高压钠灯与LED灯的维护成本差异的前提下，可知：收回成本的年限约为16