浅谈LED灯具在云桂铁路隧道施工照明的应用
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摘要：新建铁路云桂线第1标段，全长61.223km，其中隧道11座共57856m，占本标段全长的94.5%，隧道施工照明能耗巨大，如何在隧道施工照明中最大限度的降低成本，是隧道施工单位生存发展，提高盈利水平的重大难题。新型的led灯具有高效节能、使用维护方便、寿命长、工作电压范围宽、工作温度低、绿色环保等显著优点，在实用性、可靠性、经济性上也得到进一步的提升，特别在节能减耗上优势明显。试验对比表明，LED灯较节能灯在能耗上降低80%，这为云桂铁路第1标段广泛使用LED灯提供了有利的条件，也为LED灯在整个云桂线上推广铺垫了坚实的基础。
新建铁路云桂线（云南段）站前工程施工第1标段（土建）位于云南省文山州富宁县境内，起讫里程为：D2K291+
428～D4K352+651，全长61.223km。
线路自D2K291+428引出，跨谷拉河设拥村谷拉河大桥后，线路穿平途隧道、渭林隧道和平朗隧道后，设平安1#、2#四线大桥、平安三线刚构中桥经平安越行站，再穿平安隧道后，线路穿孟村隧道、孟村大桥跨G323国道，经孟村双线中桥，再穿那坡隧道、平贯1#隧道后、经平洗双线大桥再穿平贯2#隧道、马内双线大桥后，再穿富宁隧道至本标段终点D2K352+651。站前工程（不含铺轨）主要有路基1274.169m；隧道11座57856m，桥梁14座2371.932m，越行站1个。重点工程：平朗隧道（8855m）、孟村隧道（10068m）、那坡隧道（6451m）、富宁隧道（13748m）；拥村谷拉河大桥（364m）、马内大桥（352m）。合同工期为1754日，合同总价：42.81亿元，由中铁隧道集团有限公司承建。
按照云桂公司和安全文明施工的要求，隧道照明在同等条件下3m的Eav（平均照度）必须达到60lux以上。根据以往的施工经验，初步设计使用每隔10m安装1盏，如此设计的照明系统将形成巨大的能耗，如何在隧道照明方面最大限度的降低成本，是隧道施工单位生存发展，提高盈利水平的重大难题。
1 隧道照明初步方案
1.1 隧道照明的规模
新建铁路云桂线（云南段）站前工程施工第1标段（土建）位于云南省文山州富宁县境内，起讫里程为：D2K291+
428～D4K352+651，全长61.223km。其中隧道11座57856m，安装初步设计10米每盏，需投入灯具5786盏。
初步方案采用105W的节能灯为隧道衬砌完成段的照明灯具。节能灯具有技术成熟、产品可靠、寿命较长、体积小巧，造型美观，使用简便等诸多优点，为目前我国隧道施工主要采用的照明灯具。
1.2 存在的问题
采用105W的节能灯，整个标段的灯具总功率高达607.5kW，日耗电费约1.17万元，年耗电费约425.73万元，成本较高。
2 照明节能的探讨
目前，隧道照明的灯具主要有高压钠灯、节能灯、高频无极灯和LED灯等。其中，高压钠灯和节能灯基于气体放电，高频无极灯基于气体放电和高频电磁感应器的结合，LED灯（Light Emitting Diode，简称LED） 是半导体发光二极管基于注入电致发光。
节能灯是目前我国隧道施工照明采用的主要灯具，但新型的LED灯具有高效节能、使用维护方便、寿命长、工作电压范围宽、工作温度低、绿色环保等显著优点。是我国隧道施工照明的强有力的竞争产品。
2.1 LED灯具产品的特点
①节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。②长寿，寿命可达5万小时以上，对照明可谓“一劳永逸”。③可以工作在高速状态，节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉。④固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装，可以被装置在任何微型和封闭的设备中，不怕振动。⑤环保，结构内部无有害物质――汞。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装不用厂家回收都可以通过其它方式回收。⑥配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，升华视觉效果，消除视觉疲劳。⑦透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用，避免了光的重复浪费，让产品更加简洁美观。⑧节能显著。采用超高亮大功率LED光源，配合高效率电源，比传统白炽灯节电80%以上，相同功率下亮度是白炽灯的10倍。⑨无频闪。纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。⑩耐冲击，抗雷力强，无紫外线（UV）和红外线（IR）辐射。无灯丝及玻璃外壳，没有传统灯管碎裂问题，对人体无伤害、无辐射。■低热电压下工作，安全可靠。表面温度≤60℃（环境温度Ta=25℃时）。■宽电压范围，全球通用。85V-264VAC全电压范围恒流，保证寿命及亮度不受电压波动影响。■采用PWM恒流技术，效率高，热量低，恒流精度高。■降低线路损耗，对电网无污染。功率因数≥0.9，谐波失真≤20%，EM符合全球指标，降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染。■发光效率可高达90Lm/w，多种色温可选，显色指数高，显色性好。（见表1）
2.2 LED灯和节能灯的照度验算
根据平均照度计算公式：Eav（平均照度）=光源总光通量×CU（利用系数）×MF（维护系数）/区域面积，105W的节能灯和18W的LED灯从理论计算和实测数据均大于60lux，能满足现场使用要求。（见表2）
2.3 节能灯和LED灯的经济性比选
工程隧道总程57.856公里，按照业主和洞内照明亮度需求，105W节能灯最多10米间隔安装1盏，也就是需安装灯具5786盏，目前市场上105W节能灯价格为45元/盏，灯具一次性投入26.04万元，而采用18W的LED灯，每间隔10米安装1盏，需安装5786盏，市场上18 W的LED灯价格为180元/盏，灯具一次性投入104.14万元，一次性投入增加78.11万元。详见表3。
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对LED灯具照明系统的经济性应综合分析，正确认识。主要考虑以下几个方面：
①LED灯具价格较高，增加了照明系统的一次性投入，但LED灯具发光效率高，实际LED灯具每隔15米安装1盏的效果也能满足要求，就大大减少了灯具的安装数量，减少了相关的工费和维护费用。
②LED灯具在功耗和性能上的优势，极大的降低了项目的能耗成本和维护费用，整个工期下来，能耗节约达1695.11万元，除去一次性投入增加的78.11万元，还可以节约1617.01万元，占项目总造价42.81亿的0.38%。
③LED灯具在寿命上的优势，能保证灯具的使用时间满足整个工期的需要，而节能灯在寿命上的短板将会是项目后续重复投入灯具的费用。
3 前期的试验阶段
3.1 试验内容
在LED灯具广泛使用于云桂铁路1标项目部隧道照明之前，将LED灯具使用于孟村隧道出口工区，试验段为1km，其中500m安装18W的LED灯，500m安装105W的节能灯。试验阶段主要完成以下工作：①调查分析国内外市场情况，结合项目实际情况，选择优质品牌的LED灯具供应商，并采购合格的试验品。②分析计算30天各段灯具的功耗和对电网的功率因数的影响。③观察对比30天各段灯具的使用效果和灯具在隧道环境下受到的影响。④测试分析灯具在10m、15m、20m的间隔下的亮度。
3.2 试验结论
①500mLED灯满负荷总功率0.9KW，月耗电费518元，500m节能灯满负荷功率5.25KW，月耗电费3024元。LED灯比节能灯每月节约电费2506元。②在间隔10m安装一盏的同样条件下，LED灯显色较好，照度明显比节能明亮，当节能灯15m间隔，节能灯10m间隔时，两者的亮度基本相同。③LED灯和节能灯的灯座完全通用，安装同样方便简单，使用过程中，LED灯未出现损坏或光衰较大的现象，而节能灯有个别灯具明显出现光衰。④LED灯价格较节能灯高，但当使用时间超过80天时，LED灯将逐步体现节能的优势。⑤LED灯应该在项目部乃至整条云桂线上广泛推广应用，是隧道施工照明节能减排和提升项目盈利水平的重要措施。
4 结束语
自上个世纪60年代，科技工作者研制出LED发光二极管以后，LED技术在不断的发展，虽然经过不断的优化和改进，LED灯也存在着它自己本身的缺点，如价格高，发光效率还可以提高，还存在一定的发热量，光衰还有下降的空间等，这些都是要通过工艺的改进才能实现，所以LED灯的广泛应用必须结合自身项目特点和实际，才能真正做到效果好，使用方便，经济实惠。
参考文献：
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[2]胡可.隧道LED照明节能技术在高速公路中的应用研究[J].工程与建设，2011，25（1）：76-79.
[3]国家发展和改革委员会环境和资源综合利用司.中国绿色照明发展报告[M].北京：中国电力出版社，2005.
作者简介：黎刚（1986-），男，广西平南人，本科，助理工程师，中铁隧道集团四处有限公司云桂二分部机械副总工。