公路建設的發(fā)展，特別是山區(qū)高速公路建設的發(fā)展，帶來了公路隧道在規(guī)模和長度上的快速增長。據(jù)不完全統(tǒng)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(huán)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(wǎng)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(tǒng)，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(guī)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(tǒng)，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(jié)能減排的號召，在隧道照明方面最大限度地節(jié)能，是山區(qū)高速公路建設和營運急待解決的問題。
  1 隧道節(jié)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 （ Light Emitting Diode） 即半導體發(fā)光二極管基于注入式電致發(fā)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(jié)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(huán)保等顯著優(yōu)點，是目前高速公路隧道照明強有力的競爭產(chǎn)品。國際上單芯片大功率白光LED 在技術和標準上發(fā)展較為成熟，以其為光源的燈具是市場上的主流產(chǎn)品。本次調(diào)研和比選的結果限于該類型燈具。

2 LED 節(jié)能照明集成技術
  公路隧道照明節(jié)能技術應體現(xiàn)出集成性和原創(chuàng)性，重點通過“環(huán)境節(jié)能、模式節(jié)能、控制節(jié)能”三大環(huán)節(jié)實現(xiàn)。
  （ 1） 控制內(nèi)外環(huán)境實現(xiàn)基礎性節(jié)能。一是洞外環(huán)境的把握，要求測定現(xiàn)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(jié)能上的洞外環(huán)節(jié)。二是洞內(nèi)環(huán)境的營造，要求結合洞內(nèi)裝飾，以分段的方式采在洞內(nèi)涂料上采用高反光材料、自發(fā)光材料等，實現(xiàn)功能與形式的完美結合。
  （ 2） 優(yōu)選照明模式實現(xiàn)核心層節(jié)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(shù)的選擇。
  （ 3） 建立控制系統(tǒng)實現(xiàn)高端級節(jié)能。針對洞外亮度、洞內(nèi)交通量和行車速度對洞內(nèi)亮度的影響特點，洞內(nèi)照明控制系統(tǒng)擬由以洞外亮度為標準的無級控制和以洞內(nèi)交通量和行車速度為標準的分級控制組成。
  根據(jù)在控制系統(tǒng)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(xiàn)。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(tǒng)控制電壓設至5V，置燈具在最小功率狀態(tài)下。此后，系統(tǒng)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(nèi)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(huán)境節(jié)能”和“模式節(jié)能”環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)隧道照明節(jié)能約50%。用電功率降至1044kW 減少1032kW，每年節(jié)省用電費用約377 萬元。如再通過“控制節(jié)能”環(huán)節(jié)，可進一步降低照明能耗。
  3 LED 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(fā)光效率起到關鍵作用。
  （ 1） LED 技術近年快速發(fā)展，商業(yè)產(chǎn)品發(fā)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(shù)超過80Ra。在實用中，較低亮度可達到顯色指數(shù)低的光源的同樣照明效果，即等效亮度。如與顯色指數(shù)60Ra，照度相對值1. 6 的高壓鈉燈比較，顯色指數(shù)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。
  4 LED 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(tǒng)一的定型產(chǎn)品，在型式、組織、結構、標準上參差不齊。調(diào)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(zhì)量和結構提出控制要求是十分必要的。
  （ 1） LED 模塊品質(zhì)的可靠性。兩種情況下認為LED 模塊品質(zhì)不可靠，一是在正常工作環(huán)境下LED模塊突然失效，二是在正常工作環(huán)境下LED 模塊短時間內(nèi)嚴重光衰。要求控制貨源以保證質(zhì)量，制定標準并實施檢測（圖　　  （ 2） LED 燈具回路的可靠性。LED 模塊組合方式有串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)三種，要求以恒流源供電的串聯(lián)電路為基礎，輔助以并聯(lián)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(xù)穩(wěn)定的工作環(huán)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(yōu)化結構，加強散熱，保持低溫”。
  （ 4） LED 燈具壽命的協(xié)調(diào)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”。
   5 LED 照明系統(tǒng)的經(jīng)濟性
  仍以黃塔桃高速公路為例，初步測算工程總計需安裝LED 燈具總計9458 盞，其中50W 燈具7192 盞，100W 燈具632 盞，200W 燈具1634 盞。與先期設計的鈉燈照明系統(tǒng)相比，計如供配電設施的綜合建設費用分別為7685 萬元和7357 萬元，一次性投入增加4. 6%，計328 萬元。
  對LED 照明系統(tǒng)的經(jīng)濟性應綜合分析，正確認識。主要可由以下幾方面考慮。
  （ 1） LED 燈具價格較高，增加了系統(tǒng)建設費用；但LED 燈具功耗較低，縮小了系統(tǒng)規(guī)模，降低了建設費用。
  （ 2） LED 燈具在功耗和壽命上的優(yōu)勢，極大地降低了營運期間的耗電費用和維護費用。與系統(tǒng)實施后每年直接節(jié)省用電費用約377 萬元相比，一次性投入增加328 萬元是值得的。
  （ 3） LED 模塊發(fā)光效率在不斷地提高，建設費用將更向著有利于LED 系統(tǒng)的方向傾斜。
  （ 4） 合理取值和精細設計是LED 照明系統(tǒng)體現(xiàn)節(jié)能優(yōu)勢并具備經(jīng)濟價值的關鍵。高壓鈉燈照明系統(tǒng)等也是研究節(jié)能集成技術的理想平臺。在環(huán)境、模式和控制等節(jié)能環(huán)節(jié)中，LED 照明系統(tǒng)在發(fā)光效率、顯色指數(shù)、電源效率、燈具效率、利用系數(shù)、養(yǎng)護系數(shù)、使用壽命等方面的優(yōu)勢逐步積累，形成系統(tǒng)優(yōu)勢。對有些細微、不確定或相互關聯(lián)的因素把握不到，往往會得不到正確的結論。
  6 LED 照明技術標準
  （ 1） LED 技術處于快速發(fā)展之中，但LED 模塊和LED 隧道燈具的質(zhì)量控制標準參差不齊，給LED技術的推廣應用造成諸多困惑。統(tǒng)一完善相關標準，保證該項技術健康發(fā)展的工作正在進行之中。
  （ 2） 交通部《公路隧道通風照明設計規(guī)范》
　�。� JTJ 026. 1 － 1999） 對LED 照明技術還未制定具體標準和規(guī)定，采用LED 照明技術不得不套用相關高壓鈉燈，由此限制了其特點的有效發(fā)揮。修正完善相應規(guī)范，促進該項技術合理使用的工作也在進行之中。

  7. 1 研究內(nèi)容
  安徽省合銅黃高速公路黃榜嶺隧道左、右線單洞長均近500m。2007 年8、9 月，在黃榜嶺隧道左、右線單洞內(nèi)分別安裝了高壓鈉燈和LED 燈進行對比試驗。
　　（ 1） 分析研究國內(nèi)外照明技術，結合國家標準和規(guī)范，制定黃榜嶺隧道LED 照明總體方案。
　�。� 2） 分析計算隧道洞外亮度及各照明段功率密度，確定LED 照明燈具功率、型式及布置等。
　�。� 3） 根據(jù)LED 光源特點，研究確定LED 照明燈具導熱件、鋁基板、電路板、反射器等。
　�。� 4） 分析研究光源照度實時控制系統(tǒng)、控制線路線損補償裝置，解決電路抗干擾問題。
　　（ 5） 安裝調(diào)試、驗證對比試驗隧道的LED 照明系統(tǒng)。測試效果、跟蹤運行，總結改進。
  7. 2 研究結論
  （ 1） 左線LED 燈滿負荷總功率49. 3kW，年耗電費17 萬元； 右線高壓鈉燈相應為115. 7kW 和53 萬元。LED 燈能耗較高壓鈉燈降低，年節(jié)電費36 萬元。
  （ 2） LED 光線顯色指數(shù)較高壓鈉燈極大提高，夜間照明效果明顯提高。其對隧道照明設計亮度參數(shù)的影響值得進一步研究。
  可進一步對建設費用產(chǎn)生有利影響。
  試驗項目對LED 照明技術及光源實時控制技術的綜合應用取得了積極的成果，為進一步在黃塔桃高速公路和六武高速公路上進行公路隧道LED 節(jié)能照明系統(tǒng)建設奠定了基礎 。

　8 結語
  （ 1） LED 照明技術應用于公路隧道照明是一項科學和嚴謹?shù)墓ぷ�，要求系統(tǒng)把握該項技術特點，真正理解技術的節(jié)能所在，否則將得到“實用不節(jié)能”或“節(jié)能不節(jié)錢”的結果。
  （ 2） 借助既有研究成果和實踐經(jīng)驗，并通過進一步系統(tǒng)研究和解決LED 照明技術中存在的關鍵問題，黃塔桃高速公路和六武高速公路得以全面開展以LED 照明技術為核心的隧道照明系統(tǒng)建設，率先實現(xiàn)了這一隧道照明節(jié)能技術的大范圍應用。
  （ 3） 隧道LED 照明系統(tǒng)建設具有研究和開拓的特點，要求跨行業(yè)和多專業(yè)的合作、系統(tǒng)設計與產(chǎn)品生產(chǎn)的對應、相關標準的統(tǒng)一以及相應規(guī)范的完善。
  （ 4） LED 照明技術在安徽省合銅黃高速公路上的對比試驗和在黃塔桃高速公路和六武高速公路上的大范圍應用，打開了公路隧道照明技術的新局面，在技術創(chuàng)新上表現(xiàn)出質(zhì)的突破，并使安徽省因此進入這一技術研究和應用的先進行列。