城市隧道照明系统优化

　　0 引言

　　建设节约型社会已经成为我国的一项重要国策，为确保完成城市照明“十一五”节能减排任务， 最近住建部和发改委联合颁发了《关于切实加强城市照明节能管理严格控制景观照明的通知》建城【2010】92 号文， 明确了加快淘汰低效照明产品， 减少城市照明用电， 加强照明节电管理。作为城市照明一部分的隧道照明， 具有24 h亮灯的特点， 因此隧道照明系统节能优化尤其重要。

　　1 城市隧道照明特点

　　城市隧道照明的目的和道路照明相同， 都是为了把必要的视觉信息传递给司机， 防止视觉信息不足而出现交通事故， 从而保证行车和行人的安全， 提高舒适性。隧道的结构特点和白天也需要照明的特点使司机产生隧道特有的人眼明适应和暗适应， 因此隧道照明要特别考虑在隧道出入口的加强照明。隧道照明中存在的“黑洞效应”、“ 运动效应”、“洞壁效应”和眩光现象等特殊问题， 使得隧道照明又不同于道路照明， 因此隧道照明的节能优化， 不能采用靠降低照明标准来节能， 而是充分利用照明新材料、新光源替代传统光源来达到节能的目的。

　　2 传统隧道照明

　　传统城市隧道照明系统有两种： 一种是基本照明光源采用荧光灯， 加强照明采用高压钠灯或金卤灯；另外一种是基本照明光源采用高压钠灯或金卤灯， 加强照明采用高压钠灯或金卤灯。

　　荧光灯： 频闪严重、光效低、寿命很短、光衰减快，频繁地更换灯给通行的车辆造成一定的影响， 同时增加了工作人员的安全隐患。例如我市的菜园坝大桥南城隧道照明系统（照明节能改造前）采用荧光灯共2 255支， 加强照明采用250W 金卤灯162盏， 总功率243. 4 kW, 每年更换荧光灯2 000 支以上， 换灯频繁、换灯数量多， 耗电量大。

　　高压钠灯或金卤灯： 启动时间长、频闪严重、寿命较短、再启动时间长、显色指数太低， 光源发出的光色与自然光色差异较大（光色不好）， 耗电量大， 上述南城隧道基本照明若改成高压钠灯或金卤灯， 耗电量增加40%。

　　LED 灯是近几年新出现的一种环保节能型灯， 目前国内正推广使用。为此， 我市的石黄隧道和南城隧道照明系统进行了LED节能改造。

　　3 LED隧道照明光源

　　3. 1 LED与传统隧道照明光源的对比

　　LED 光源与传统隧道照明光源比较见表1所示。

表1 几种光源主要参数表

　　LED是一种固态的半导体器件， 它可以直接把电转化为光， 对比传统的隧道照明光源， LED 光源有如下特点。

　　（ 1）显色性高， LED 显色指数一般大于80, 而高压钠灯为20~ 25, 所以LED 相对于高压钠灯看起来不是最亮， 但是看得最清楚， 这应当是LED 光源应用发展的一个方向。

　　（ 2）色温高， 为冷光源， 光源发热量少， 而高压钠灯为暖光源， 发热量大， 光源点亮一会后， 光源外壳就发烫。

　　（ 3）寿命最长， LED 的寿命远远高于荧光灯寿命，比高压钠灯或金卤灯的寿命也高得多， 现在LED一般寿命在50 000 h以上。

　　（ 4）频闪不明显， 发光稳定， 对人眼睛的影响小。

　　（ 5）瞬间启动， 启动和再启动没有时间要求， 便于组合控制。

　　（ 6） 光效高， LED 单芯片光效现在已经达到100lm /W 以上， 整灯光效也达到80 lm /W 以上。

　　除此之外， LED安全性能好， 光衰减小， 维护系数高， 绿色环保无污染， 不含铅、汞等污染元素。

　　3. 2 LED光源应用于隧道照明的要求

　　LED光源应用于广告、夜景灯饰已经非常成熟了， 但是应用于隧道、道路照明才刚刚起步， 原因在于广告、夜景灯饰对照度要求不高， 因此对LED 灯的光效要求不高， 而隧道、道路照明则对照度有硬性要求，因而LED 灯的光效达到一定值后才能满足道路照明的要求。

　　以我市的石黄隧道为例， 计算LED灯光效要求值如下：

　　隧道行车速度为50 km /h, 双车道单向交通交通量N > 2 000辆/h, 因此基本段亮度L in为2. 5 cd /m2,隧道为运行10 年的沥青路面， 因此隧道平均照度E av = 33 lx。

　　路灯利用系数u取0. 8, 维护系数K 取0. 6, 排列方式为单排Z 取1, 隧道路面宽W = 8 m, 路灯间距S = 12 m, 隧道采用100W LED 灯， LED 灯光通量为φ， 则单灯光通量φs = 100φ, 则，33= 100φ×0. 8×10. 6 / （ 8×12）

φ= 66 lm /W

　　因此， LED灯要用于隧道、道路照明， 光效必须达到一定值（该处计算光效为66 lm /W ） , 具体道路情况不同， 要求的光源光效有一定差别， 一般作为隧道、道路照明， 光效要求在70 lm /W 以上。而前几年LED光效在30~ 40 lm /W 之间， 这就是为什么前几年LED用于广告、夜景灯饰已经非常成熟了， 而不能用于路灯照明的原因。近年随着LED 芯片、封装以及灯具配光技术的不断更新发展， LED 光源的效率已经提高到了新的高度， 目前国内厂家组装的LED大部分光效都能达到80 lm /W 左右， 因此， LED 用于路灯照明已经成为可能。

　　4 LED隧道照明系统的优点

　　以我市黄花园大桥石黄隧道为例， 石黄隧道1999年建成， 照明系统基本照明光源采用58W 荧光灯， 加强照明采用高压钠灯， 具体配置情况见表2。2008年底， 对石黄隧道照明系统进行了LED 改造， 基本照明光源采用LED 100W 隧道灯间距12 m, 加强照明也采用LED 100W 隧道灯间距分别为2m, 4 m, 6m, 具体配置情况见表3。LED照明系统与传统照明系统技术、经济比较见表4。同时， LED 改造后， 在隧道内定点进行光衰减测试， 经过12次测试， 照度稳定， 光衰减极小（光衰减小于10% ）。

表2 石黄隧道传统照明系统配置表

表3 石黄隧道LED照明系统配置表

表4 石黄隧道照明系统改造工程经济、技术比较表

　　比较表2、表3、表4可知， LED 隧道照明系统具有施工安装难度小、节能、运行维护费用低、照度稳定、光衰减极小的特点， 同时LED 灯还具有光源发出的是接近太阳光的自然光色、冷光源并且寿命最长、绿色环保无污染等优点。

　　5 小结

　　我国现有的城市隧道、公路隧道、地铁、轻轨等其他类型隧道若采用高效LED进行改造， 并且即将新建的各类型隧道若采用高效LED, 那将为国家节约大量的电能， 同时LED 隧道照明产品市场将超过150 亿元， 因此大力推广LED 照明技术， 为隧道照明提供优质、高效的LED光源应是国内照明研发机构、照明企业的重要目标和发展方向。相信未来三至五年内，LED 照明将成为隧道照明、道路照明的主流， 正如第二代照明产品（高压钠灯）取代第一代照明产品（高压汞灯）一样， LED照明产品必将取代第二代照明产品，成为全新的一代照明产品。