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新聞動態

公路隧道LED照明技術應用關鍵問題探討

公路建設的發展,特別是山區高速公路建設的發展,帶來了公路隧道在規模和長度上的快速增長。據不完全統計,目前我國公路隧道建設里程已突破2500km。與此同時,隧道運營能耗問題,特別是隧道照明能耗問題,已顯得越來越突出,對構建安全和和諧交通環境構成嚴重影響。

以安徽省交通投資集團有限責任公司下屬黃塔桃高速公路和六武高速公路為例,即可充分說明問題。

安徽省黃塔桃(黃山至塔嶺和小賀至桃林)高速公路是國家高速公路干線網中京臺(G3)高速公路和杭瑞(G56)高速公路的重要組成部分。路線全長51.3km。其中起點至小賀段長17.5km,為雙向6車道,設計速度100km/h,路基寬度33.5m;小賀至桃林和小賀至塔嶺兩段分別長18.5km和15.3km,為雙向4車道,設計速度80km/h,路基寬度24.5m。

全線共設置15處隧道,單洞全長28.3km,占全線的27.6%。如采用高壓鈉照明系統,隧道照明燈具總功率達2076kW,日耗電費約2.1萬元,年耗電費約7580萬元。

安徽省六武高速公路是國家新規劃的滬漢蓉高速公路(G42)的重要路段。路線全長90.9km,為雙向4車道,設計車速100km/h,路基寬度26m。

全線共設置8處隧道,單洞全長18.4km,占全線的10.1%。如采用高壓鈉照明系統,隧道照明燈具總功率達1734kW,日耗電費約1.7萬元,年耗電費約6330萬元。

如何響應國家節能減排的號召,在隧道照明方面最大限度地節能,是山區高速公路建設和營運急待解決的問題。

1隧道節能照明方式

目前,隧道照明可采用的燈具有高壓鈉燈、熒光燈、高頻無極燈、LED燈等。其中,高壓鈉燈和熒光燈基于氣體放電,無極燈基于氣體放電和高頻電磁感應的結合,LED(LightEmittingDiode)即半導體發光二極管基于注入式電致發光。

高壓鈉燈是我國目前高速公路隧道照明主要采用的燈具。但新型LED燈具有高效節能、使用壽命長、維護方便、工作電壓范圍寬、工作溫度低、綠色環保等顯著優點,是目前高速公路隧道照明強有力的競爭產品。國際上單芯片大功率白光LED在技術和標準上發展較為成熟,以其為光源的燈具是市場上的主流產品。本次調研和比選的結果限于該類型燈具(表1)。

2LED節能照明集成技術

公路隧道照明節能技術應體現出集成性和原創性,重點通過“環境節能、模式節能、控制節能”三大環節實現。

(1)控制內外環境實現基礎性節能。一是洞外環境的把握,要求測定現場洞外亮度,制定洞外減光措施,復核完工后的洞外亮度,進行具針對性的照明設計和實施前的設計修正,切實控制隧道照明節能上的洞外環節。二是洞內環境的營造,要求結合洞內裝飾,以分段的方式采在洞內涂料上采用高反光材料、自發光材料等,實現功能與形式的完美結合。

(2)優選照明模式實現核心層節能。包括照明光源的選擇(高壓鈉燈、高頻無極燈、LED燈等及其組合)、照明方式的選擇(隧道長≤100m、≤300m、≤1000m、>1000m條件下,“不設照明、誘導照明、標準照明”等的論證)、照明參數的選擇。

(3)建立控制系統實現高端級節能。針對洞外亮度、洞內交通量和行車速度對洞內亮度的影響特點,洞內照明控制系統擬由以洞外亮度為標準的無級控制和以洞內交通量和行車速度為標準的分級控制組成。

根據在控制系統與LED照明技術的結合上取得的突破性研究成果,以洞外亮度為標準的無級控制由0~5V低壓信號實現。0V和5V分別對應燈具最大和最小功率,即燈具的最大和最小照度。白天,初始系統控制電壓設至5V,置燈具在最小功率狀態下。此后,系統控制電壓隨洞外亮度的增大或降低而相應降低或增大,控制燈具照度和洞內亮度的增大或降低。直至轉換為夜間照明模式。

以黃塔桃高速公路為例,初步測算通過“環境節能”和“模式節能”環節,可實現隧道照明節能約50%。用電功率降至1044kW減少1032kW,每年節省用電費用約377萬元。如再通過“控制節能”環節,可進一步降低照明能耗。

3LED照明燈具的實用性

使LED燈具在適當密度下的照度滿足隧道各段,尤其是加強段亮度要求,在應用中受到重點關注。其中,LED的發光效率起到關鍵作用。

(1)LED技術近年快速發展,商業產品發光效率不斷提高,已達100~140Lm/W,基本突破大功率、高照度與小體積之間的實用技術瓶頸。

(2)LED燈具采用白色LED為光源,顯色指數超過80Ra。在實用中,較低亮度可達到顯色指數低的光源的同樣照明效果,即等效亮度。如與顯色指數60Ra,照度相對值1.6的高壓鈉燈比較,顯色指數80Ra,照度相對值1.41的LED燈采用的亮度標準可為其的1.41/1.6=0.88倍。

4LED照明燈具的可靠性

LED燈具在公路隧道照明中還處于試驗階段,市場上無統一的定型產品,在型式、組織、結構、標準上參差不齊。調研和實驗的初步結果表明,針對LED技術特點,對公路隧道LED燈具的質量和結構提出控制要求是十分必要的。

(1)LED模塊品質的可靠性。兩種情況下認為LED模塊品質不可靠,一是在正常工作環境下LED模塊突然失效,二是在正常工作環境下LED模塊短時間內嚴重光衰。要求控制貨源以保證質量,制定標準并實施檢測。

(2)LED燈具回路的可靠性。LED模塊組合方式有串聯、并聯和串并聯三種,要求以恒流源供電的串聯電路為基礎,輔助以并聯斷路導通技術,以保證LED燈具各回路的可靠性。

(3)LED燈具散熱的有效性。LED燈具良好的散熱可為模塊提供持續穩定的工作環境,在防止LED模塊工作性光衰,控制LED模塊壽命性光衰上起關鍵作用。由此要求LED燈具應注意“優化結構,加強散熱,保持低溫”。

(4)LED燈具壽命的協調性。LED燈具壽命雖然以LED模塊50000h光衰<30%為基礎,但同時也受到燈具導熱件、鋁基板、電路板、反射器等部件的影響。由此要求LED燈具應做到“燈具結構模塊化,光源電源分離式”。


 
 
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