摘 要：LED作为照明新光源具有许多独特的优势，近年来随着光效的明显进步已使它进入到工程应用阶段。本文介绍了LED新光源的特点并对LED灯具和传统高压钠灯进行比较，同时结合贵州镇胜高速公路黄果树隧道LED照明工程，对隧道LED照明灯具使用情况做了分析，以及对LED照明应用特点进行了探讨。
关键词：高速公路；隧道照明；节能环保；LED照明
目前高速公路隧道照明广泛使用的高压钠灯、高压汞灯、卤素灯等传统灯具，传统灯具光效低、启动慢、能耗大、不利于节能环保，使用高压汞灯还会带来汞污染等问题，不符合当前我国建设资源节约、环境低碳型社会的要求，探求使用新型高效光源是解决问题的关键
1.项目实施背景
贵州省地形多山特性，决定了贵州省高速公路建设中，必然具有隧道数量多、长大隧道多的特点。根据规范要求，长度大于100m的隧道应设置照明系统。根据隧道实际运营效果来看，照明系统是保证行车安全的必备设施。然而隧道照明设施长期连续运行产生大量能耗，这已成为贵州省高速公路隧道运营管理中的沉重负担，引入节能环保型的隧道照明灯具来取代传统灯具势在必行
贵州贵黄高速公路东苗冲隧道是我国应用LED灯最早的隧道，该隧道总长420m，设计行车速度80km/h，首期工程于2006年2月完成，第二期工程于2006年6月完成。在初期的应用中，由于LED光效较低，光衰较大，虽然达到了节能环保的要求，但在照明总体效果上仍低于高压钠灯，东苗冲隧道照明工程对LED照明进行有益的尝试和探索，并积累了相关工程经验。随着LED灯在隧道照明工程中的不断应用，贵州省在高速公路隧道LED照明应用方面逐步成熟，并开始了大规模工程应用。
贵州省镇胜高速公路黄果树隧道（左线2603m，右线2600m，双向4车道，设计时速为80km/h。2009年12月24日通车）作为长大隧道，大规模应用了LED灯照明，相对于以往的LED照明工程，本项目采用了新型LED照明灯具，在光效、光衰等关键指标上进一步提高，灯具结构针对隧道环境特点进行了优化；同时在灯具布设、供电回路设置、照明控制方式等工程应用方面针对LED灯的特点进行了调整；相关的供配电系统、闭路电视监视系统也有所改进；最终不仅实现了预期的节能环保目标，而且在照明感官效果上也较以往传统照明工程有了显著提高
2LED照明特点
LED是取自LightEmittingDiode三个单词的缩写，中文译为“发光二极管”，是一种可以将电能转化为光能的电子器件。
LED照明灯具是将若干单粒LED按特定方式排列，并将电源、控制芯片等附件集成在一起，制成的一体化照明设备。
与传统的照明灯具相比，LED灯具有光指向性好、寿命长、响应快、无红外幅射且无汞污染等优点，在同样亮度下，耗电仅为普遍白炽灯的1/10，寿命却大大延长。目前商用的单粒白光LED效率已达到90～110Lm/W以上，虽然与高压钠灯的发光效率100～150Lm/W相比还有一定差距，但LED照明灯具有指向性好的特点，其光源利用率较高。也就是说用小功率的LED灯具替代大功率的高压钠灯，可以获得相同的照明效果。表1是一组100W高压钠灯与60WLED隧道灯的实测参数比较表。
LED灯与高压钠灯的优缺点对比如下：
钠灯的灯泡的发光角度为360°，大部分光线必须通过反射器反射后才能照射到指定区域。目前由于成本原因，实际采用的反射器光线损耗较大，结构决定了灯具的光源利用率低，仅有40%左右。而LED发光二级管具有强指向性，约90%LED二极管发光角度同灯具的发光角度可保持一致，因此灯具大部分的光是直接照射到指定区域，因此光源利用率高。
高压钠灯发光颜色为黄色，色温及显像指数都比较低。太阳光显色系数为100，而高压钠灯的显色系数仅为20左右（黄光）。LED光源照明灯显像指数可达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光，因此LED灯照明感官效果更好。
高压钠灯灯泡启动时间长，再次启动时需要有一定的时间间隔。高压钠灯在通电5～10分钟左右的时间，才能达到正常的亮度，再次启动的时间间隔一般要大于5分钟。LED灯不存在启动延时问题，可随时接通，随时工作，能够非常方便地实现智能化节能控制。
3实施方案
隧道照明设计依据JTJ026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》，按照隧道等级进行配光及灯具布设。下面对贵州省镇胜高速公路黄果树隧道LED照明工程的情况进行介绍。
3.1照明亮度要求
本项目应用于基本段、出口段，依据照明原理和灯具特点，对隧道的照度分布和不同路段的亮度要求停止准确的计算和分析，通过测试手段，对计算数据加以验证，进行优化设计，满足五龙山隧道LED照明方案不同路段的亮度指标要求及隧道照度分布要求，见表2。
3.2LED照明灯具选择要点
(1)LED照明灯具的配光要求
光效和均匀度是LED灯具的首要选择标准，目前LED隧道灯生产厂家基本采用外购LED发光器件组装的方式，其技术的核心主要在于灯具配光设计，应当利用光学透镜原理，通过建模和修模手段，精确控制灯具配光，使得灯具的配光达到高光效并使照度均匀。
(2)LED照明灯具的散热设计
LED照明灯具使用的LED发光器件，在高温条件下其性能迅速下降，并可能损坏。控制器件温度是保证LED灯具正常工作的重要条件。因此高效的散热装置是选择LED灯具的重要条件，其中电源部分的散热尤其重要。
(3)LED照明灯具结构合理性
LED发光器件本身的可靠性和寿命都较高，并且由于每盏灯具都包含多个发光管，单个发光颗粒的故障并不会造成整个灯具故障，因此光源部分的可靠性较高。LED灯具在结构上主要考虑以下两点，第一是电源可靠性，由于LED灯需要交流转换直流，必须内置开关电源，电源故障会造成整个灯具失效，因此在设计上应当着重考虑电源可靠性，通过冗余电源或其它措施提高电源可靠性。第二是发光管供电回路设计，应当考虑单个发光管故障时，对其它发光管的影响，如果单个发光管故障会导致其他发光管供电回路断路，则LED灯的高可靠性就不能发挥。
3.3灯具技术指标
本项目所用67W灯具指标如下：
光源功率：67W
光源组成：大功率白色LED发光管
光源效率：80Lm／W
色温：4500K～6000K
显色指数：≥70
灯具可调角：纵向120°，横向70°
输入电源：AC100～265V，50/60Hz
功率因数：＞0.9
平均无故障时间：20，000小时
光源寿命：50，000小时（亮度维持率70﹪）
温度范围：-30℃～55℃
湿度范围：10～98%
防护等级：IP65
3.4项目实施后检测验收
项目实施后依据设计规范要求，对各项指标停止了检测，结果见表3。
检测结果显示各段亮度均满足JTJ026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》的要求。
4效益分析
4.1建设成本比较
计算依据:（1）高压钠灯：250W按950元/盏，150W按850元/盏，100W按800元/盏计算；（2）LED灯具：180W按2000元/盏，112W按1800元/盏，67W按1600元/盏，36W按1500元/盏计算；（3）采用LED灯具后，变压器、配电设备、电缆都可相应减小，总计可节约160余万元。
根据计算，建设综合成本比采用高压钠灯照明方案增加46.6万元。
4.2运营成本比较
计算依据:（1）从第二年开始，LED灯具每年维护费按灯具初装费用的1％；（2）高压钠灯每年维护费按灯具初装费用的15％；（3）电费价格：按1元/度；（4）灯具照明时间每天按加强照明12小时、基本照明12小时计算.
原设计方案使用926盏100W、104盏150W、252盏250W高压钠灯，现改用374盏180W、132盏112W、194盏67W和1226盏36WLED灯进行替代，在隧道照明效果更优的情况下，LED灯具总耗电量为139.2kw，高压钠灯总耗电量为171.2kW，功耗减少22kw，用电量节省了19.7%。
根据计算LED灯5年运营成本比高压钠灯减少240.147万元。
4.3建设及五年期运营成本综合比较
综合考虑建设和五年期运维费用，采用LED照明可节约费用193万余元。
5结语
从以上分析可以看出，LED照明灯具在运营维护成本方面具有明显的优势。虽然目前LED灯具成本还比较高，但如果考虑到采用LED灯具使变压器、配电设施、电缆等方面可以节约的成本，其综合建设费用增加幅度有限。如果同时考虑运维费用，则总体费用较高压钠灯方案有明显优势，同时照明效果大大提升。今后随着技术的进步和生产规模进一步扩大，LED灯具的价格必然逐步降低，其经济效益将进一步显现，而其节能环保的社会效益更是影响深远。因此我们相信，LED照明在公路隧道照明领域应用前景广阔，是今后发展的主要方向。