公路隧道LED燈照明系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用及效益分析

尤三偉

（中鐵一局集團電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710054）

1 概述

近年來，我國的公路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，全國各地的高速公路建設(shè)項目日益增多，其中隧道耗電占高速公路運營中的很大一部分，在實際運營中電能的浪費十分嚴(yán)重，運營過程中為了節(jié)約電能產(chǎn)生了運照明與行車安全和隧道監(jiān)控之間的矛盾。在高速公路建設(shè)中采用隧道節(jié)能照明技術(shù)可以節(jié)約電能，降低運營成本，提高高速公路的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 工程概況

磨黑至思茅高速公路是國道213線蘭州—成都—昆明—磨憨中的一段，蘭州至磨憨高速公路是國家西部大開發(fā)確定的八大通道之一，是昆明至曼谷國際大通道的重要路段，也是我國連接?xùn)|南亞、南亞的重要通道，其路網(wǎng)地位十分重要。

寧洱隧道為雙洞隧道，右洞起點樁號為K12+960，止點樁號為K15+105，隧道長2 145m；左洞起點樁號為K13+105，止點樁號為K15+165，隧道長2 150m。隧道雙洞總長為4 295m。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1 燈具選型

從各種燈具的基本參數(shù)來看，LED隧道燈具在光源功率、光源壽命、工作電壓、調(diào)光功能、出光效率及燈具功率等方面都有很好的表現(xiàn)。

3.2 調(diào)光方案

選擇隧道內(nèi)和隧道外各一段為試驗段，分別對平均照度、均勻度和縱向均勻度進行測試對比，如表1所示。

從表中數(shù)據(jù)可看出，采用LED燈的隧道內(nèi)平均照度、均勻度及縱向均勻度高于隧道外60%亮度模式和5%的亮度模式的數(shù)值；隧道燈在60%亮度模式下的測試數(shù)據(jù)可以達(dá)到隧道內(nèi)的照明效果，在25%的亮度模式下測試數(shù)據(jù)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)對數(shù)據(jù)對比分析可以得出相應(yīng)的調(diào)光方式：在白天（6:00～18:00）情況下，隧道照明根據(jù)智能調(diào)光系統(tǒng)調(diào)節(jié)隧道照明效果；在晚間（18:00～21:00），考慮照明采用60%亮度模式；在夜間（21:00～次日6:00），行車較少的時段可考慮照明采用25%亮度模式，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下使系統(tǒng)的功耗最低。

表1 隧道內(nèi)和隧道外試驗段平均照度、均勻度和縱向均勻度測試對比表

3.3 調(diào)整燈具布局

以寧洱隧道右線出入口共253m為試驗段，對燈具布局進行分析，如表2～4所示。

表2 改造前高壓鈉燈布置情況表

表3 改造后LED燈布置情況表

表4 改造前后的對比表

改造后路面亮度測試數(shù)據(jù)：平均照度（亮度）為5.78 cd/m2；總均勻度0.79；縱向均勻度0.84；每月照度為5.75 cd/m2；故障率為0，滿足《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1—1999要求。

從以上對比分析可知，LED燈具的使用在降低運營成本的同時，為駕駛員營造了良好舒適的視覺環(huán)境，進一步提高了高速公路運營安全性。

4 效益分析

隧道左右線全長2 145m，單洞雙車道，照明設(shè)計計算速度為60 km/h，洞外環(huán)境亮度按照4 000 cd/m2設(shè)計，洞內(nèi)區(qū)段劃分亮度要求根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》JTJ026.1—1999進行計算。對原設(shè)計高壓鈉燈照明方案和現(xiàn)計劃LED隧道燈方案，從工程建設(shè)階段的早期投資，工程使用階段的后期投資兩項綜合分析比較（按照隧道單洞分析）。

4.1 高壓鈉燈照明方案

4.1.1 工程建設(shè)階段的早期投資

4.1.1.1 燈具費用

表5 燈具費用表

4.1.1.2 電纜費用

高壓鈉燈使用VV4×35＋1×16電力電纜（160元/m，長度3 000m）電纜總造價48萬元。

4.1.1.3 箱變費用

該隧道采用高壓鈉燈照明方案，需要配置1臺150 kVA箱變，市場價格約為28萬元/臺。

以上僅為設(shè)備主材料費用，不含施工費（未考慮材料費用的漲價因素）。

4.1.2 工程使用階段的后期投資

4.1.2.1 用電費用

①該隧道照明控制方案為：白天12 h，所有燈具均工作；夜間12 h，只有一半燈具工作。電費按0.6元/k W·h計算。設(shè)隧道使用高壓鈉燈照明，燈具總功率為：（250W×72＋150W×80＋100 W×444）×1.2÷1 000＝89.28 kW.（注：1.2為鈉燈功耗系數(shù)。）6年用電費總計為：89.28 kW×12 h×1.5×0.6元/kWh×365×6÷10 000＝233.87萬元。②洞外路燈每天工作時間12 h，電費0.6元/k W·h計算，總功率為：250W×32×1.2÷1 000＝9.6 kW。6年用電費用總計為：9.6 kW×12 h×0.6元/k W·h×365×6÷10 000＝15.14萬元。

4.1.2.2 維護費用

①高壓鈉燈的維護費用主要指更換燈管時產(chǎn)生的費用，該費用包括購買燈管的費用和更換時設(shè)備的投入和人力費用。高壓鈉燈的燈管使用壽命一般為1年左右，如果不考慮電壓波動對燈管壽命的影響，按照6年計算，則有（72＋80＋444）×6＝3576只燈管需更換。購買燈管費用平均為100元/只，更換費用為100元/次。設(shè)隧道6年高壓鈉燈維護費用合計為：3 576×（100＋100）÷10 000＝72.52萬元。②洞外高壓鈉燈路燈6年維護費用合計為：32×6×（100＋100）÷10 000＝3.84萬元。

4.2 LED光源隧道燈照明方案

4.2.1 施工階段的早期投資

4.2.1.1 燈具費用

用1盞100W的LED隧道燈代替250W高壓鈉燈（洞外路燈用110W的LED路燈代替250W高壓鈉燈）；用1盞70W的LED隧道燈代替150W高壓鈉燈；用1盞50W的LED隧道燈代替100W高壓鈉燈，燈具費用如表6所示。

表6 LED燈具費用表

4.2.1.2 電纜費用

采用LED光源隧道燈，實際功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高壓鈉燈，因此選擇的電力電纜型號完全可以降低規(guī)格。LED燈使用VV4×16＋1×10電力電纜（55元/m，長度3 000m）電纜總造價16.50萬元。

4.2.1.3 箱變費用

該隧道如采用LED光源照明方案后，由于功率只有高壓鈉燈方案的35%左右，因此只需配置1臺50 kVA變壓器即可，該箱變市場價格約為12萬元/臺。

以上僅為設(shè)備主材料費用，不含施工費（未考慮材料費用的漲價因素）。

4.2.2 工程使用階段的后期投資

4.2.2.1 用電費用

①該隧道照明控制方案為：白天12 h，所有燈具均工作；夜間12 h，只有一半燈具工作，電費按照0.6元/度計算，設(shè)隧道使用LED光源隧道燈，燈具總功率為：（100W×72＋70W×80＋50W×444）÷1000＝35 kW。6年用電費用總計為：35 kW×12h×1.5×0.6元/k W·h×365×6÷10 000＝82.78萬元。②洞外路燈每天工作12 h，電費0.6元/度計算，總功率為：110W×32÷1 000＝3.52 kW·6年用電費用總計為：3.52 kW×12 h×0.6元/k W·h×365×6÷10 000＝5.55萬元。

4.2.2.2 維護費用

LED光源隧道燈由于采用LED發(fā)光管為光源，其使用壽命可達(dá)50 000 h，即可以連續(xù)使用6年，因此在使用壽命期限內(nèi)，基本上不需要進行維護。

4.3 兩種燈具照明方案對比

兩種燈具照明方案對比，如表7所示。

表7 兩種燈具照明方案對比表

通過上面計算可以看出，LED光源隧道燈雖然在早期投入比高壓鈉燈多75.56萬元，但是由于其耗電量少，維護費用低在連續(xù)使用6年后，LED光源隧道燈比高壓鈉燈至少要節(jié)約161.48×2=322.96萬元（雙洞）。

5 結(jié)束語

從燈具選型、調(diào)光方案、燈具布局等方面敘述了系統(tǒng)的方案設(shè)計，LED燈具的使用在極大降低營運成本的同時，為駕駛員營造了良好舒適的視覺環(huán)境，進一步提高了高速公路運營安全性。通過高壓鈉燈和LED燈的采購、安裝及后期使用維護等方面的費用比較，說明LED燈光源雖然在早期投入比高壓鈉燈多，但是由于其具有耗電量少、維護費用低等特點，在連續(xù)使用6年后，LED燈光源比高壓鈉燈具有明顯節(jié)約費用優(yōu)勢，給隧道運營方帶來較大的經(jīng)濟效益。因此，LED燈光源節(jié)能技術(shù)將有巨大的應(yīng)用前景和社會、經(jīng)濟價值。

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