大功率LED节能照明灯具在杭州梅灵隧道的应用

隧道照明与一般道路照明不同，有其独特性，在隧道监控系统中占有重要地位，是隧道安全运行的基本保障。随着经济水平和城市建设的发展，隧道建设与日俱增，隧道照明设施的规模及数量越来越大，隧道运行电费和维护费用也越来越高。选用低能耗的隧道照明灯具可作为隧道养护工作中节能减排措施的一项尝试。
杭州梅灵隧道位于双喜台山下，隧道南接梅家坞产茶基地，北接西湖景区，对梅家坞的经济发展起到重大作用；梅灵隧道连接灵隐景区与梅家坞景区，对杭州市发展旅游行业起到重大作用；同时，梅灵隧道是通往佛教胜地灵隐、下天竺、中天竺、上天竺的路径。由于杭州梅灵 隧道灯具使用已超过十年，灯具老化维修率逐年升高，进入整批更新的阶段。经相关部门调研，同时响应中央关于十二五期间节能减排的号召，２００９年４月做试验段，２０１１年６月决定把梅灵隧道灯具全部更换为ＬＥＤ照明灯具。
１　杭州市城市隧道灯具应用类型情况
目前，杭州市现有城市隧道１７条，总长度约１４．９公里，隧道照明灯具共有１３０００余盏。杭州市隧道灯具类型见表１。
２　ＬＥＤ隧道灯具与其它照明灯具技术指标对比分析
应用于城市隧道的灯具主要有高压 钠灯、荧光灯、金卤灯、 无极灯、ＬＥＤ灯等。各照明灯具主要技术性能指标对比详见表２。
３　梅岭隧道整体段ＬＥＤ照明灯具改造实施方案
梅灵隧道ＬＥＤ隧道照明灯具改造工程分为试验段与整体段，利用原有供电线路，将高压钠灯灯具整体更换为ＬＥＤ照明灯具。试验段于２００９年４月实施，选取隧道基本段中１００米安装ＬＥＤ隧道照明灯，双排布置，共计２４盏；整体段于２０１１年６月实施，安装剩余２５６盏ＬＥＤ隧道照明灯。
梅灵隧道总长１１３２米，隧道净宽１０米，快车道总宽７米，设双向单车道。隧道整体段改造有高压钠灯２５０Ｗ共２５６盏，灯具布置按１０米间距、双排对称布置（见图１梅灵隧道横断面图）。
梅灵隧道ＬＥＤ照明灯工程，按要求原高压钠灯改装ＬＥＤ隧道照明灯２５６盏。为了尽量减小改造对现场的影响，布灯方式及布灯间距均与原布置相同，即双排布灯，间距１０米，灯具高度约５．２米。要求在灯具使用寿命内，隧道基本段路面亮度达到城市隧道养护技术规程要求的５ｃｄ/ｍ２以上。
根据目前ＬＥＤ技术的发展，单颗１Ｗ的光源，其光效可达到１００～１２０ｌｍ，光效最高，质量最稳定，散热方案好解决。因此，决定选用单颗１Ｗ灯具光效大于１１０ｌｍ/Ｗ的ＬＥＤ作为灯具的光源。根据灯具总光通量的需要，决定灯具光源为单颗１Ｗ，９６颗。
根据隧道的环境温度，０℃～＋３０℃之间，环境湿度：≤９０％。经计算，得到合理的散热面积，选用下列灯具（见图２），灯具外型尺寸：１００５×２４０×３５ｍｍ（不包含 支架）。
具体要求制定参照ＧＢ１７６２５．１－１９９８《低压电气及电子设备发出的谐波电流限制》、ＧＢ７００１－２００７《灯具外壳防护等级分类》等相关标准。具体要求如下：交流输入电压：ＡＣ　２２０Ｖ±１０％；输入电压频率：５０±０．５Ｈz；功率因数≥０．９５；电源效率≥９０％；谐波含量ＴＨＤ≤２０％；工作环境温度－１０～４０℃；电源恒流输出波动≤１％；外壳防护等级ＩＰ６５；驱动器外置，防护等级ＩＰ６５；双电源驱动；ＬＥＤ色温ＴＣ５０００~６０００Ｋ；ＬＥＤ色温一致性≤５００Ｋ；ＬＥＤ光效≥１１０ｌｍ/ｗ ３５０ｍＡ；电源最大输出电流≤３５０ｍＡ；ＬＥＤ整体光通维持率≥９６％；电源寿命≥３００００小时；灯壳温度≤６０℃
４　梅灵隧道光照度变化
２００９年５月至２０１２年２月隧道试验段ＬＥＤ灯具的光照度变化如图３所示：
根据观测统计，至２０１２年１月底，隧道试验段车行道平均照度为８２lx，逐渐趋于稳定，满足隧道通车要求。
５ 节能效果
隧道ＬＥＤ照明灯具光源采用９６颗单颗为１Ｗ的高效大功率ＬＥＤ灯。根据２４盏ＬＥＤ灯的用电量进行月度测量，月用电量为１９７９．７６kW，实际中测量每盏灯的平均功耗为１１３Ｗ，与２５０Ｗ的高压钠灯每盏灯的平均功耗２８８Ｗ相比较，节能大于６０％。具体耗能量统计详见表３。
２４盏试验灯安装完成三年内，灯具整体完好，只对故障灯珠维修过１次，更换７颗灯珠，相比高压钠灯维修率大大降低。
６　结束语
（１）更换了ＬＥＤ灯具后，隧道总体视觉良好，节约了用电和维修成本，综合考虑光源运行时间及灯具维护率等多方面因素，分析认为在折算到同等照度下，该项目ＬＥＤ光源与高压钠灯相比，节能率大于６０％，随着ＬＥＤ光源使用时间的增长，节能与经济效应更加明显。
（２）该项目采用的ＬＥＤ光源隧道灯寿命可以满足《道路照明ＬＥＤ灯（报批稿）》中“燃点６０００小时，灯具光通维持率不低于８８％”的要求和《公路隧道通风照明设计规范》中光源寿命大于１万小时的规定。
（３）从实测试数据看，ＬＥＤ光源发光效率曲线是先升后降，再趋于水平的过程。城市隧道工作环境较差，灰尘进入 灯罩会影响路面光照度，需重视灯具封装的密封性。
ＬＥＤ隧道灯在经济效益明显的同时，还具有显著的社会效益，其最直接的反映就是对能源的节约。不仅节电，同时还可以减少大量二氧化碳、二氧化硫的排放，以及向大气中释放的热量。传统光源自身还含有铅、汞等污染元素，直接危害环境与人类健康。因此，将传统光源替换成ＬＥＤ光源，不仅是响应国家“节能减排”号召，也是维护人类生存、促进国民经济持续发展的需要。
虽然目前ＬＥＤ灯具的初装成本还比较高，但随着技术的进步和应用数量的增多、光效的提高、生产规模的进一步扩大，ＬＥＤ灯具的价格将低于高压钠灯，其节能综合效益也将进一步显现，ＬＥＤ照明在公路隧道领域的应用前景广阔。