新型LED铁路隧道照明灯具性能和应用分析

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中国照明电器CHINALIGHT&LIGHTING212012年第2期新型LED铁路隧道照明灯具性能和应用分析刘洪春(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)摘要阐述LED灯具用于铁路隧道照明领域的优势，分析LED铁路隧道照明灯具在铁路照明工程中的实践效益，并通过真实案例的模拟和实景分析来探讨LED在铁路隧道照明领域应用的可行性及前景。关键词LED隧道灯节能铁路隧道隧道照明AnalysisofthePerformanceandtheApplicationoftheNewLEDRailwayTunnelLuminaireLiuHongchun(TheThirdRailwaySurveyandDesignInstituteGroupCorporation，Tianjin300142)Abstract：TheadvantagesofusingLEDluminairesinrailwaytunnellightingaredescribed．ThebenefitsfromLEDtunnelluminairesusedinrailwaylightingprojectsareanalyzed．Thesimulationandtheanalysisforarealprojectareca~iedouttoillustratethepotentialofLEDluminairesinrailwaytunnellightingapplication．Keywords：LEDtunnelluminaire；energyconservation；railwaytunnel；tunnellighting引言1LED隧道照明灯具的性能优势随着社会的发展，对能源需求量的增大，我国的LED采用低压直流供电，光输出稳定，可以有效节能减排工作正在进一步强化。国务院《“十二五”防止频闪，提高视觉舒适度；其光谱能量主要集中在节能减排综合性工作方案》中明确提出“加大节能减可见光波段，发光效率高，目前市场上已经量产的白排技术产业化示范”，重点支持半导体照明等关键技光LED芯片光效可达到120lm／W以上；发光结构中术与设备产业化。LED具有节能、环保、寿命长、体无灯丝、无电弧，使用期间抗震动，不受燃点位置的影积小、无频闪、无紫外辐射等许多优点，被誉为第四代响；响应速度快，尤其适合要求灯具能够快速启动的照明光源，可用于指示、显示、装饰、背光照明以及普应用场所。与目前市场上其他光源不同，LED灯具通室内外照明等领域，将成为未来绿色节能照明中的中绝大多数都是通过串并联相结合的形式组成的主力军。伴随我国高速铁路的迅速发展，LED照明LED阵列，因此单颗LED的失效不会导致整灯的熄灯具在一些铁路建设领域，如铁路道路照明、铁路隧灭，可靠性大大提高，同时降低了维护费用。表1列道照明、铁路货场照明中的实践应用工程逐渐增多，举了传统光源灯具与LED灯具的代表性参数对照。符合应用需求的高性能LED灯具成为市场开发的热综合表1可以看出，虽然LED并非光效最高的点。以下以LED铁路隧道照明灯具为例，分析其性光源，但LED光源所发光具有方向性使得LED灯具能优势及实际应用效果。拥有很高的灯具效率，故而其具有很高的整灯光效。 22中国照明电器2012年第2期表1传统光源灯具与LED光源灯具的参数比较装要求选择使用。LED隧道灯整灯及模块外形设计分别如图2、图3所示。注：其中整灯光效等于光源光效与灯具效率的乘积。传统隧道照明采用的光源类型主要有：金属卤化物灯、高压钠灯、荧光灯等。其中高压钠灯具有发光效率高、透雾性强等特点，在隧道照明中使用最为广泛。与高压钠灯隧道照明灯具相比，LED隧道灯主要具有以下优势：(1)整灯光效更高：经过合理的灯具设计，LED隧道灯的整灯光效可明显高于高压钠灯灯具；(2)配光设计更灵活：LED较强的发光方向性为图1新型LED隧道照明灯具配光曲线光学设计师提供了无限可能和想象空间，通过合理的阵列布局及透镜设计，利用LED隧道灯具可以获得比高压钠灯或金卤灯更高的照明均匀度；(3)可控性更强：LED灯具方便配合预先设定的程序，在不改变灯具数量的情况下自由切换不同场景模式，可以根据车流量情况或在应急状态下变换照明模式；(4)使用寿命更长：对于隧道照明，尤其是铁路隧道照明而言，尽可能少的维护是保证通行顺畅的有利因素。LED长寿命、高可靠性的特点可以保证低图2新型LED隧道灯外观维护的要求。但前期的实践经验表明，LED灯具的寿命还受到诸多因素的制约，设计真正高可靠、长寿命的LED灯具需要从多方面研究和试验验证。2新型LED隧道照明灯具的研制LED隧道照明灯具在配光设计上，需针对隧道图3新型LED隧道灯的光源模块照明的特点，选择合理的光分布形状，如矩形、蝙蝠翼灯具的电源设计为185～264VAC全电压范围恒形、或特殊需要的配光设计，保证理想的所需照度及流输出，效率高，热量低，功率因数大于0．9，谐波失均匀度的同时，还要有效地控制LED的眩光，保障驾真小于20％，EMI同时符合国标、美标及欧标，各项驶员行车视觉舒适。技术指标均达到国际先进水平，主要参数见表2。我们研制的新型LED隧道灯具采用模块化设表2新型LED隧道照明灯具的电气性能参数计，封装透镜同时具有配光与防护的双重功能，灯具采用轻薄化、流线型设计，有效解决了隧道内通行高速列车时的风压问题，增加了安全系数。其中，顶装灯具采用蝙蝠翼配光设计(如图1所示)，侧装灯具采用非对称光学设计，可根据实际隧道形式和灯具安 刘洪春：新型LED铁路隧道照明灯具性能和应用分析233⋯铁路隧道照明实以本文以国内某高铁双线隧道的照明工程为例，模对称布灯，安装高度为5m。隧道轮廓结构如图4拟了新型LED隧道灯的实际照明效果，并与原设计所示。图4铁路隧道界面图铁路隧道内的照明，主要是用作应急照明和检修照明。根据铁路电力设计规范，考虑到高压钠灯的光衰问题，选择最小功率70W的高压钠灯在灯下完全可以满足基本功能的实现，因此，原设计方案采用70W高压钠灯作为照明光源。但是，由于跨距较大，同时原来的高压钠灯灯具缺乏合理的配光设计，导致灯下很亮，而两盏灯之间存在盲区的现象。往往出现灯下的照度超过实际要求的十几甚至几十倍，而盲区却是黑暗状态，虽然照度的平均值是符合要求的，但图5铁路双线隧道照明模拟图实际功效却大打折扣。基于铁路隧道内的照明需求，通过实际模拟、合24h点灯计算，年点灯8760h，每盏高压钠灯年耗电理布灯及科学安装，最终确定新的照明方案中只需采744．6kWh，LED灯年耗电280．3kWh，因此，每盏LED用相同数量的32WLED隧道灯替换原有灯具即可满隧道灯年节电464．3kWh。以电费0．8元／度计算，则足实际使用需要。换用所研制的新型LED隧道灯每千盏LED隧道灯，年节电464300kWh，节省电费后，灯下照度较70W高压钠灯大幅下降，而均匀度却371440元。如果考虑运营5年内的维护成本，则效大大提高，节省能源的同时，又满足了更大区域的照果更加明显。如表4所列，千盏灯5年共可以节约明需求，解决了原设计方案的弊端。使用新型LED200多万元的运营成本。隧道灯的照明模拟结果如图5和表3所示。4小结表3铁路双线隧道照度模拟结果根据实际隧道照明工程的模拟及分析，相比高压钠灯，每千盏LED隧道灯5年内节约的电费与维护费用基本与项目的初始投入持平。高效、稳定且真正由设计结果可见，LED照明方案较原70W高压满足长寿命要求的LED隧道灯，将会非常适合国家钠灯方案大大节省了照明用电。以全年365天、每天(下转第33页) 秦碧芳：紧凑型荧光灯汞消耗的测量及分析33汞蒸气压随温度变化的特征曲线不同。根据灯的管格的材料和工艺控制，来减少灯管在工作过程中无效壁温度选用不同的汞齐，可以调节灯内的汞蒸气压，汞的消耗。以达到最佳汞蒸气压。值得注意的是，如果以汞齐的4结束语形态注入汞，当汞量较小时，随着汞消耗，可能造成汞齐成分比例的变化，引起汞蒸气压随温度变化的曲线采用定量的方法测量紧凑型荧光灯工作过程中发生变化，从而导致汞蒸气压偏离最佳值。另一方的汞消耗量，掌握汞的消耗规律，可以预测灯在寿命面，由于这类灯管管壁温度较高，有效汞的消耗速度期间的汞需求量，从而准确地确定最小的注汞量，以较快，消耗量相对加大，所以，对于这类紧凑型荧光最大程度地减少汞的使用量，该方法可为紧凑型荧光灯，注汞量要适当加大，保证预期寿命期间消耗的汞灯的低汞化、微汞化研究提供一种有效的手段。量不至于产生影响汞蒸气压的汞齐成分比例的变化。参考文献可以根据汞的预期寿命消耗量和汞齐的成分比例，并参照汞齐的特征曲线，确定所需汞齐的重量。[1]JosephDarrylMichae1．Analysisofmercuryinfluorescentlampsbycoldspotting：US，6682381BI[P]．2004一Ol一27．紧凑型荧光灯需要注入的汞量是寿命期间所需[2]中国照明电器协会组织编写．紧凑型荧光灯的设计与制造[M]．的汞消耗量和维持最佳汞蒸气压所需的汞量之和。[3]朱升和．汞齐荧光灯的设计与工艺文集[M]．北京：中国轻工业维持最佳汞蒸气压所需的汞量对于特定的设计一般出版社，2009．是不可改变的，要实现低汞化、微汞化，则需要通过严推行的合同能源管理方案进行节能照明改造或新建。参考文献不过，影响LED照明系统寿命的因素非常多，目前市场上的LED照明产品还存在良莠不齐的情况，相信[1]TB10008—2006J66O一2007铁路电力设计规范[s]．[2]铁路电力设计手册[M]．北京：中国铁道出版社，1991．随着LED相关技术的不断发展成熟，必将发挥出其[3]陈大华，刘洋，居家奇，等，绿色照明LED实用技术[M]．北京巨大的节能潜力。化学工业出版社，2009．