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【摘 要】隧道管理是高速公路运营管理的重要组成部分，隧道照明的高成本投入和高运营费用，严重制约了高速公路的发展。为降低运营成本，节能增效，现结合浙江省金丽温高速公路水坑隧道照明改造的实例，研究LED 灯具照明的优点，应用于公路隧道的优势，并对LED灯具和普通高压钠灯进行了比较分析，以及对LED照明试用情况进行剖析，表明LED 照明是一种非常节能的绿色照明，也为解决隧道照明提供了一种全新的思路。
【关键字】公路隧道 LED照明 应用研究
浙江金丽温高速公路横穿浙江省的金华、丽水和温州三地市，全长234公里，共有隧道54座，桥梁69座，一路上桥隧相连，被交通部有关专家称为“桥隧俱乐部”。
为有效降低隧道照明能耗和企业管理成本，金丽温高速公路的管理者进行了有益的尝试。专门和中国电子科技集团公司第三十六研究所进行合作，在所辖的水坑隧道右线单洞内，拆除原来的高压钠灯，安装上新型照明灯具——LED灯，通过一段时间的测试，和左线单洞内的高压钠灯作比较，隧道照明能耗确实大为降低，LED 照明是一种非常节能的绿色照明。
1 LED灯具的优点
1.1 发光效率高。LED灯具有电压低、电流小、亮度高的特性。同样照明效果LED比传统光源节能80%～90%，是白炽灯的4到8倍。
1.2 耗电量极小。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/8到1/10。
1.3 寿命长。LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，按每天工作12小时寿命也在5年以上。
1.4 可靠耐用，便于长途运输。由于体内无钨丝以及玻璃壳等易损部件，基本不受运输影响，正常报废率很小，维护费用极低。
1.5 起动响应快、无黑头、免除频换灯管之烦。LED起动响应极快，因而电流对其冲击甚微。而普通白炽灯或节能管受起动电流的作用，灯头很易发黑而需更换。
1.6 由于LED管是由十多只或几十只组成，即使个别损坏了也不会对正常照明产生太大影响，不像高压钠灯损坏时全灯熄灭，因此LED灯的可靠性比高压钠灯的可靠性提高了许多倍。
2 LED 灯应用于隧道照明的优势
目前，隧道照明可采用的灯具有高压钠灯、荧光灯、高频无极灯、LED 灯等。其中高压钠在隧道灯中使用最为广泛。但是，LED灯与高压钠灯相比的优势有:
2.1 LED 作为点光源，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。
2.2 对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮” 现象中的光浪费。
2.3 LED 作为一种发光器件，既可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。
2.4 更节能。目前白光LED的发光效率约为80 Lm /W，较传统高压钠灯可以节电50% ～ 60% ，随着LED 效率的快速提升，LED隧道灯在节能方面显示出了巨大的潜力。
2.5 低维护成本。以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED 光源可以正常使用5 年—10 年不用更换，使用LED 光源可以大大降低维护成本。
2.6 显色性更佳。LED 的显色指数高( 显色指数一般为75 ～ 80) ，路面看起来更明亮，感觉更舒适，驾驶人员也感觉更安全。
3 LED灯具应用实例
3.1 试验内容
本次试验选择在浙江省金丽温高速公路辖区内的水坑隧道。水坑隧道左线长368m，右线长403m，分别在左、右线单洞内安装了高压钠灯和LED灯。主要完成以下工作：1、分析研究国内外相关资料，结合国家标准和规范，制定隧道LED照明总体方案。2、分析计算隧道洞外亮度及各照明段功率密度，确定LED灯具功率、型式及布置等。3、根据LED光源特点，研究确定LED照明灯具导热件、铝基板、电路板、反射器等。4、分析研究光源适时控制系统、控制线路线损补偿装置，解决电路抗干扰问题。5、安装调试，验证对比试验隧道的LED照明系统。测试效果、跟踪运行，分析改进，总结成果。
3.2 灯具布置实例
浙江省金丽温高速公路水坑隧道照明设计采用新型LED隧道专用照明灯具替代原设计高压钠灯后，照明总功率为原设计的0.66倍，节电34%。照明布置为：
基本段灯具布置：采用60WLED隧道专用灯，间距6.0m，共安装66盏，拱顶单光带偏行车道中线1.5m布置。
入口段1灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向4排，对称布置在隧道两侧，共140盏。
入口段2灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共66盏。
过渡段灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共48盏。
出口段1灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距6.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共10盏。
出口段2灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.5m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共20盏。
3.3 试验结论
3.3.1 左线高压钠灯满负荷总功率52.7kW，右线LED灯相应为35.7kW。根据该隧道的附近环境、交通流量和设计要求，对灯具进行控制，连续五天准时点对左、右两线的灯具耗电量进行计量，左线高压钠灯每天平均耗电747.2kw/s, 年耗电费24万元；而右线LED灯具每天平均耗电472kw/s, 年耗电费15万元；LED 灯能耗较高压钠灯降低，年节电费9万元。
3.3.2 LED 光线显色指数较高压钠灯极大提高，夜间照明效果明显提高。其对隧道照明设计亮度参数的影响值得进一步研究。
3.3.3 LED 灯具价格较高压钠灯高，但如在设计阶段即采用LED 系统，则其对供、配电设备的低功率要求可进一步对建设费用产生有利影响。
试验项目对LED 照明技术及光源实时控制技术的综合应用取得了积极的成果，为进一步在金丽温高速公路上进行公路隧道LED 节能照明系统建设奠定了基础。
4 结语
目前LED 隧道专用灯具的初始投资虽然高于高压钠灯，但是由于LED 的用电量及使用维护费用大大低于高压钠灯，并且随着LED 灯具的产业化，其生产 成本将大幅降低，所以LED 灯具在公路隧道的应用将会很快普及.
根据我国每年公布的《公路水运交通行业发展统计公报》的统计数据，从2006年到2010年全国公路隧道建设增量每年的增幅均在20% 以上。到2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，比上年末增加1245处、118.06万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。如果再加上铁路隧道、地 铁、轻轨和立交桥下穿通道等其它类型隧道，若这其中有50% 安装LED 隧道照明灯具，将在节能上产生非常巨大的经济效益。
因此，LED 灯具作为第四代电光源，它必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧 光灯而成为21 世纪的新一代光源，成为一种理想的环保照明。
参考文献：
[1]王乐. 关于LED 应用于照明的研究和设计[D]. 杭州: 浙江 大学，2005.
[2]宋白桦，李鸿，贺科学. 公路隧道照明的研究现状和发展趋势[J]. 湖南交通科技，2005(1) : 96-98.
[3]陈彦华. 公路隧道照明灯具的现状与发展趋势[J]. 照明工程学报，2002(3) : 55-57.
[4]黄彦. 浅谈LED 在隧道照明中的应用[J]. 灯与照明，2009 (4) : 17-19. ( 责任审编白敏华)
[5]贺一鸣，王崇贵，刘进宇. 公路隧道照明存在的问题及节能技术研究[J]. 交通标准化，2010: 33 ～ 350.
【关键字】公路隧道 LED照明 应用研究
浙江金丽温高速公路横穿浙江省的金华、丽水和温州三地市，全长234公里，共有隧道54座，桥梁69座，一路上桥隧相连，被交通部有关专家称为“桥隧俱乐部”。
为有效降低隧道照明能耗和企业管理成本，金丽温高速公路的管理者进行了有益的尝试。专门和中国电子科技集团公司第三十六研究所进行合作，在所辖的水坑隧道右线单洞内，拆除原来的高压钠灯，安装上新型照明灯具——LED灯，通过一段时间的测试，和左线单洞内的高压钠灯作比较，隧道照明能耗确实大为降低，LED 照明是一种非常节能的绿色照明。
1 LED灯具的优点
1.1 发光效率高。LED灯具有电压低、电流小、亮度高的特性。同样照明效果LED比传统光源节能80%～90%，是白炽灯的4到8倍。
1.2 耗电量极小。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/8到1/10。
1.3 寿命长。LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，按每天工作12小时寿命也在5年以上。
1.4 可靠耐用，便于长途运输。由于体内无钨丝以及玻璃壳等易损部件，基本不受运输影响，正常报废率很小，维护费用极低。
1.5 起动响应快、无黑头、免除频换灯管之烦。LED起动响应极快，因而电流对其冲击甚微。而普通白炽灯或节能管受起动电流的作用，灯头很易发黑而需更换。
1.6 由于LED管是由十多只或几十只组成，即使个别损坏了也不会对正常照明产生太大影响，不像高压钠灯损坏时全灯熄灭，因此LED灯的可靠性比高压钠灯的可靠性提高了许多倍。
2 LED 灯应用于隧道照明的优势
目前，隧道照明可采用的灯具有高压钠灯、荧光灯、高频无极灯、LED 灯等。其中高压钠在隧道灯中使用最为广泛。但是，LED灯与高压钠灯相比的优势有:
2.1 LED 作为点光源，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。
2.2 对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮” 现象中的光浪费。
2.3 LED 作为一种发光器件，既可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。
2.4 更节能。目前白光LED的发光效率约为80 Lm /W，较传统高压钠灯可以节电50% ～ 60% ，随着LED 效率的快速提升，LED隧道灯在节能方面显示出了巨大的潜力。
2.5 低维护成本。以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED 光源可以正常使用5 年—10 年不用更换，使用LED 光源可以大大降低维护成本。
2.6 显色性更佳。LED 的显色指数高( 显色指数一般为75 ～ 80) ，路面看起来更明亮，感觉更舒适，驾驶人员也感觉更安全。
3 LED灯具应用实例
3.1 试验内容
本次试验选择在浙江省金丽温高速公路辖区内的水坑隧道。水坑隧道左线长368m，右线长403m，分别在左、右线单洞内安装了高压钠灯和LED灯。主要完成以下工作：1、分析研究国内外相关资料，结合国家标准和规范，制定隧道LED照明总体方案。2、分析计算隧道洞外亮度及各照明段功率密度，确定LED灯具功率、型式及布置等。3、根据LED光源特点，研究确定LED照明灯具导热件、铝基板、电路板、反射器等。4、分析研究光源适时控制系统、控制线路线损补偿装置，解决电路抗干扰问题。5、安装调试，验证对比试验隧道的LED照明系统。测试效果、跟踪运行，分析改进，总结成果。
3.2 灯具布置实例
浙江省金丽温高速公路水坑隧道照明设计采用新型LED隧道专用照明灯具替代原设计高压钠灯后，照明总功率为原设计的0.66倍，节电34%。照明布置为：
基本段灯具布置：采用60WLED隧道专用灯，间距6.0m，共安装66盏，拱顶单光带偏行车道中线1.5m布置。
入口段1灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向4排，对称布置在隧道两侧，共140盏。
入口段2灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共66盏。
过渡段灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共48盏。
出口段1灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距6.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共10盏。
出口段2灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.5m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共20盏。
3.3 试验结论
3.3.1 左线高压钠灯满负荷总功率52.7kW，右线LED灯相应为35.7kW。根据该隧道的附近环境、交通流量和设计要求，对灯具进行控制，连续五天准时点对左、右两线的灯具耗电量进行计量，左线高压钠灯每天平均耗电747.2kw/s, 年耗电费24万元；而右线LED灯具每天平均耗电472kw/s, 年耗电费15万元；LED 灯能耗较高压钠灯降低，年节电费9万元。
3.3.2 LED 光线显色指数较高压钠灯极大提高，夜间照明效果明显提高。其对隧道照明设计亮度参数的影响值得进一步研究。
3.3.3 LED 灯具价格较高压钠灯高，但如在设计阶段即采用LED 系统，则其对供、配电设备的低功率要求可进一步对建设费用产生有利影响。
试验项目对LED 照明技术及光源实时控制技术的综合应用取得了积极的成果，为进一步在金丽温高速公路上进行公路隧道LED 节能照明系统建设奠定了基础。
4 结语
目前LED 隧道专用灯具的初始投资虽然高于高压钠灯，但是由于LED 的用电量及使用维护费用大大低于高压钠灯，并且随着LED 灯具的产业化，其生产 成本将大幅降低，所以LED 灯具在公路隧道的应用将会很快普及.
根据我国每年公布的《公路水运交通行业发展统计公报》的统计数据，从2006年到2010年全国公路隧道建设增量每年的增幅均在20% 以上。到2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，比上年末增加1245处、118.06万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。如果再加上铁路隧道、地 铁、轻轨和立交桥下穿通道等其它类型隧道，若这其中有50% 安装LED 隧道照明灯具，将在节能上产生非常巨大的经济效益。
因此，LED 灯具作为第四代电光源，它必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧 光灯而成为21 世纪的新一代光源，成为一种理想的环保照明。
参考文献：
[1]王乐. 关于LED 应用于照明的研究和设计[D]. 杭州: 浙江 大学，2005.
[2]宋白桦，李鸿，贺科学. 公路隧道照明的研究现状和发展趋势[J]. 湖南交通科技，2005(1) : 96-98.
[3]陈彦华. 公路隧道照明灯具的现状与发展趋势[J]. 照明工程学报，2002(3) : 55-57.
[4]黄彦. 浅谈LED 在隧道照明中的应用[J]. 灯与照明，2009 (4) : 17-19. ( 责任审编白敏华)
[5]贺一鸣，王崇贵，刘进宇. 公路隧道照明存在的问题及节能技术研究[J]. 交通标准化，2010: 33 ～ 350.