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1、公路隧道LED智能化无级调光照明节能分析,1、公路隧道照明中浪费了80%以上电能？2、公路隧道照明中浪费了60%以上电缆？3、浪费在了何处？,一、隧道照明现状,1、养护系数形成的浪费养护系数是指隧道灯在使用一定周期后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该灯在相同条件下新装时所得到的平均照度或平均亮度之比。它与光源的使用年限息息相关。,二、公路隧道传统照明系统电能浪费所在,从图中可以看出，养护系数越低，初期的过度照明就越高。当取0.7时，其初期的过度照明高达43%。,图2.1 养护系数取值与初期过度照明百分比关系曲线,养护系数越高 越节能,？,a、养护系数与过度照明,下图是养护系数取值与LED隧
2、道灯使用年限的关系图。从图中可以看出，取值越低，使用年限就越长；取值越高，使用年限就越短。标准中规定养护系数取0.7，这就意味着照明系统的LED灯使用年限可达30000h。,图2.2 LED灯具寿命（kh）,b、养护系数与灯具寿命的关系,从投资角度讲，养护系数取值越高，建设投资费用就越低，使用年限低，在满足标准要求亮度的前提下更换灯具的次数就越多。从图中可以看出养护系数取0.7时综合投资最低。如果取0.9，则意味着每年需更换一次灯具，三年内的投资费用会增加2倍。,c、养护系数与照明设备投资的关系,图2.3 养护系数与LED灯具投资,养护系数取值现状现在一些隧道照明在设计时将LED灯养护系数取0
3、.9，致使灯具实际使用不足10000h就已面临报废；如继续使用，又会面临长期的事故隐患；这一做法虽然降低了初期的建设投资，但更换灯具的周期缩短，增加了后续灯具投资，给用户造成的损失反而会增大了。,注意当隧道内亮度不够时，对钠灯而言，可以换灯泡；而对LED灯而言，则需更换整盏灯具，因此后续的投资反而成倍增加。,无形之中增加了供电系统的电缆和开关设备投资1倍以上。由于回路数量有限，故依旧存在较大地过度照明。,通过调光控制装置对照明灯具进行精细的亮度调节，隧道内亮度可按需设定，从而消除过度照明所形成的电能浪费。,增加电源回路,调光控制系统,d、怎样消除养护系数形成的电能浪费,2、车流量不足形成的电能
4、浪费公路隧道加强照明的亮度折减系数k是随着车流量变化而变化的，但在设计时，均是以远期最大交通量来取值。这就使得交通量不足时，过度照明严重，电能浪费巨大。但这也是必须的，否则车流量增加后亮度就不够了。,车流量的不同，其加强照明能耗相差在30%左右。如果能对照明系统进行精细的亮度控制，这部分电能是可以省下来的。,图2.4 车流量与入口段亮度折减系数对应关系曲线,设计时速为80km，车流量在700至2400辆时，其亮度变化在24.5cd/之间，变化幅度高达55%。在运营近期由此产生的过度照明也是相当大的。,图2.5 车流量与基本照明亮度关系曲线,3、洞内亮度相对固化形成的浪费,图2.6 晴天隧道洞外
5、亮度的变化,从图中可以看出，同外亮度即使在晴天，它每时每刻也都在变化。,根据规范，隧道入口段亮度可按下式计算：Lth=kL20(S)式中，Lth为入口段亮度，k为入口段亮度折减系数，L20(S)为洞外亮度。,由于设计隧道照明时，洞外亮度是以夏天晴天中午的最大值来取值的，因此每年实际达到这一亮度值的时间不足5%。仅这种浪费，通常就高达30%70%。,洞外亮度变化洞内亮度响应变化,规范,这是一幅智能化调光照明系统记录下的某天的洞外亮度变化曲线。在这一天中，洞外亮度跨越了重阴天、阴天、云天和晴天四个亮度等级，并且在这些亮度等级之间随机地反复变化。,现有分级调光照明系统也可以通过PLC来实现调光，但我
6、们来看一下下面这种天气情况该如何调光？,图2.7 洞外亮度变化曲线,在这种情况下，如果分级调光系统要不断地通过回路开闭来调节其亮度变化，熟悉机电的人士都知道，交流接触器的寿命会大幅折减，如不能及时更换，甚至会引发电气火灾。因此，实际开灯时均不作频繁调节，这使洞内亮度要么不够，要么超过许多。当亮度不够时，行车的危险因素就增大了。那么如何消除这种事故隐患呢？有两种方式：一种是按晴天模式开灯，另一种就是采用LED智能化无级调光照明，让洞内亮度跟随洞外亮度变化。前者电能浪费巨大，但现在大多数单位都无可奈何地这么使用；后者电能浪费很少，国内已有一些隧道采用了这一照明方式，并取得了良好地节能效果。夏蓉高速
7、贵州格龙隧道就是采用这一照明方式的经典工程。,下图是某市的一个隧道，从图片中可以看出，由于调光方式不合理，造成阴雨天时洞内比洞外还要亮许多。,三、智能化照明系统简介,为了消除过度照明，我们需要让调光越精细越好。2010年，贵州省交通运输厅批复了贵州高速公路总公司与合肥源辉共同申报的科研项目基于管理需求的LED灯调光控制系统研究与应用。项目将1km的格龙隧道采用两种LED照明控制方式作节能对比；经国家交通安全设施质量监督检验中心现场48h测试，LED无级调光比LED分级调光综合节能34.7。,图3.1 夏蓉高速格龙隧道无级调光照明系统原理图。,监控管理人员可以通过该界面设定参数，下达指令，读取和
8、储存数据，实现需要多亮就调至多亮的目的。,图3.2 隧道LED照明系统上位机监控管理软件主界面,四、LED隧道灯的选择,LED隧道灯的发展,解决LED灯具的散热问题，最好的方法就是减少开灯时间或者降低其使用的功率。显然前者不在我们讨论的范围，而后者却是一种行之有效地方法。,图4.1 第三代200W的LED隧道灯,通风孔,20,五、综合投资分析,建设投资是建设者最关心的问题之一。要精确统计一个隧道照明系统的投资通常较为困难，因为在公路隧道照明系统中许多设备都是共用的，因此这里仅就灯具和电缆的投资作一对比，且按2012年的市场价计算。,1、三种照明调光方式的电缆用量分析,图中既有主供电回路电缆，又
9、有多重的回路分支电缆；大量的电缆在隧道中迂回，造成很大地浪费。,图5.1 隧道入口段分级调光照明局部灯具接线图,图中隧道两侧各仅有一路加强照明回路和基本照明回路。其中一侧的基本照明又兼应急照明。它们的主电缆和分支电缆是共用的，因此没有迂回输送现象。控制线仅用21.5mm2BV线即可。,图5.2 无级调光照明系统灯具局部接线图,经计算，LED无级调光较LED分级调光节省60的电缆费用,较高压钠灯节省70的电缆费用。以往人们认为LED省电不省钱，现在我要告诉各位，采用LED智能化无级调光照明后，将终结LED省电不省钱的历史，让您既省电，又省钱。,图5.3 1km隧道单洞电缆用量直方图,节省70%,
10、我们对格龙隧道左、右线的照明能耗以及采用钠灯时的能耗进行了计算对比。其结果见下图。,图5.4 格龙隧道照明能耗对比,2、三种照明方式照明能耗对比,3、三种照明系统综合投资对比,在分析综合投资费用时，我们根据三部委招标要求3万小时的灯具寿命进行计算。而无级调光灯具的寿命按前面的分析，至少可达10万小时。下图示出了三种照明系统综合投资对比直方图。,图5.5 三种照明系统综合投资对比,LED无级调光与钠灯综合投资的时间平衡点为两年。而LED分级调光照明系统目前仍旧处在省电不省钱的历史阶段。从初期投资来看，LED无级调光照明系统仅高出钠灯分级调光照明系统34，而每年确省下了60以上的电费。,综上所述，
11、公路隧道照明采用LED智能化无级调光照明系统，通过两年的运营即可收回全部增加的投资，与公路建设611年的投资回收期相比，实现了安全、节能与省钱的完美结合。我公司这次将智能化照明成套系统和监控管理软件带来参展了，展位号为A20。欢迎各位来我公司展位参观交流。,结束语,参考文献：,1 周正兵隧道LED照明节能80%原因分析J交通建设与管理，2008（4）79-82（安徽交通投资集团有限责任公司 周正兵，合肥源辉光电子有限公司 吕晓峰）2 杨晓光隧道LED亮度智能无级控制系统节能分析J交通世界，2008（10）104-106（文/杨晓光 吕晓峰，每月两刊，这是5月第二期）3 吕晓峰LED照明亮度智能
12、无级控制系统在隧道中的应用J中国照明，2008（10）102-1054 周正兵按需照明 隧道照明的理想形式J中国交通信息产业，2009（1）85-87（安徽交通投资集团有限责任公司 周正兵，合肥源辉光电子有限公司 吕晓峰）5 王 霞LED照明亮度智能无级控制系统在城市隧道中的应用J交通科技，2009（1）92-946 交通部西部项目“沪蓉西公路隧道（群）安全与节能技术研究”7 韩直.公路隧道LED照明调光控制技术研究J.中国交通信息产业,2009(10)99102.,8钱怀风.公路隧道LED智能照明调光控制系统J.中国交通信息化,2010(6)99101.（江西方兴科技有限公司 钱怀风、高林）
13、9鲁立彬.高速公路隧道照明自适应智能控制系统J.中国交通信息化,2010(9)9397.(广东新粤交通投资有限公司 鲁立斌。文中图片引自我司，但LED无级调光照明系统像是广州中龙的系统)10边艳妮.隧道LED照明智能控制系统研究J.中国交通信息化,2010(12)123124.(陕西高速电子工程有限公司 边艳妮、陈黎触、许仑。文章中大部分言语引自我司文章，功率比图为我司原图。该公司电话：029-82527925)11任建卫高速公路隧道照明及供配电节能的实践与思考J中国交通信息产业，2007（5）100-10212周健.公路隧道LED灯照明系统无级调光控制方式研究J.公路交通科技(应用技术版)，2009（11）105-108.13饶颂涛浅谈LED照明灯具亮度智能化无级调光技术在公路隧道中的应用J.科技信息,2009(13),Thank you！,
