淺談高速公路隧道照明現(xiàn)狀及節(jié)能方案
摘要：隧道運(yùn)營(yíng)中耗能較大、費(fèi)用較高的照明系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在國(guó)家提出的“節(jié)能降耗”基本國(guó)策的背景下日益受到關(guān)注。文章結(jié)合目前公路隧道照明系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，分析了隧道照明系統(tǒng)存在的節(jié)能空間及相應(yīng)對(duì)策，包括對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的選用、新節(jié)能光源的應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。以期從根本上保證高速公路隧道運(yùn)營(yíng)安全和滿足節(jié)能的要求。
關(guān)鍵詞：高速公路；隧道照明；照明參數(shù)；無(wú)極燈；節(jié)能方案
近年來(lái)，隨著高速公路網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)施，在高速公路建設(shè)快速推進(jìn)的過(guò)程中，隧道特別是隧道群的建設(shè)成為各個(gè)隧道大省市一道別具一格的風(fēng)景。據(jù)重慶交通科學(xué)研究院對(duì)隧道較多的廣東、福建、浙江、重慶等地隧道管理部門進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查表明，照明費(fèi)用已成為公路隧道運(yùn)營(yíng)一筆主要的開(kāi)支，甚至是一筆沉重的負(fù)擔(dān)。
一、 國(guó)內(nèi)隧道照明現(xiàn)有控制方式及存在的問(wèn)題
國(guó)內(nèi)現(xiàn)有照明控制方式在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中存在著相當(dāng)大的電能浪費(fèi)。為了保證車輛的安全通行，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是保守預(yù)估方法，即對(duì)洞外最大亮度和最高時(shí)速來(lái)確定隧道內(nèi)各段的燈具功率和分布密度的。但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，照明強(qiáng)度的需求一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，因此照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)還是有很大的改進(jìn)空間。
此外，在照明控制過(guò)程中，因線路布線回路的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)照明自動(dòng)控制的辦法非常有限，一般只能做到2、3級(jí)人工或自動(dòng)控制，對(duì)于天氣、車速、車流量等實(shí)時(shí)變化的參數(shù)無(wú)法從宏觀上對(duì)整個(gè)隧道的照明進(jìn)行自適應(yīng)方式調(diào)制。因此，目前這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的隧道照明系統(tǒng)存在著大量電能浪費(fèi)問(wèn)題。
二、 研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵
在隧道照明系統(tǒng)的密度及照度并不相同：在隧道中間段，照明的燈具密度和照度較小；而在出口和入口的位置，密度最大，照度也最高。隧道的實(shí)際要求和長(zhǎng)度決定了中間段照明燈的長(zhǎng)度，這點(diǎn)我國(guó)有明確設(shè)計(jì)規(guī)范�！豆匪淼劳L(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求設(shè)計(jì)中要考慮兩個(gè)因素：車流量和車速。綜合上述因素，筆者認(rèn)為車速、車流量和洞外亮度三個(gè)因素是隧道照明等設(shè)計(jì)的首要考慮因素。
一般來(lái)說(shuō)，如果行車速度較快的隧道，在設(shè)計(jì)時(shí)要增加隧道入口和過(guò)度段的長(zhǎng)度和照度，中間段和出口段也要隨之增加。此外還要充分考慮車輛在通過(guò)隧道口時(shí)，車速會(huì)普遍下降30%多左右，這一點(diǎn)也會(huì)影響隧道照明的長(zhǎng)度和亮度。
另外，車流量增加時(shí)，在隧道的各個(gè)路段，包括入口段、過(guò)度段、中間段、出口段等，照度都要增加。路面均勻度和縱向均勻度也會(huì)隨之增加。如果車流量減小，照度要減小，路面均勻度和縱向均勻度也會(huì)隨之也會(huì)降低。
洞外亮度也使影響洞內(nèi)亮度設(shè)計(jì)的主要因素之一，洞外亮度與洞口的地理位置有關(guān)，同時(shí)還受天氣狀況影響。不同的天氣狀況會(huì)調(diào)解洞內(nèi)入口段、過(guò)渡段、出口段的亮度。比如，如果遇到惡劣天氣（雨天或大風(fēng)的天氣），還會(huì)影響洞外亮度，也會(huì)同時(shí)顯著降低車速，前面的分析表明車速會(huì)直接影響隧道內(nèi)各段照明的長(zhǎng)度和照度。
通過(guò)對(duì)影響隧道照明設(shè)計(jì)的因素分析，節(jié)能方案可從設(shè)計(jì)參數(shù)、光源、燈具、控制等方面著手，在滿足規(guī)范要求的前提下，采用先進(jìn)的技術(shù)，從軟件硬件方面著手實(shí)現(xiàn)隧道照明的節(jié)能。
（一） 設(shè)計(jì)參數(shù)
洞外亮度是照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之一，洞外亮度的正確設(shè)定，對(duì)工程投資和營(yíng)運(yùn)電費(fèi)都有極大的影響。在其他條件（包括車速）相同的情況下，如洞外亮度設(shè)計(jì)參數(shù)為4000cd/m2與6000cd/m2，則設(shè)備費(fèi)相差34%，年耗電量相差達(dá)30%。隧道洞外亮度在設(shè)計(jì)階段一般按查表法獲取，與實(shí)際值存在一定的誤差。為了使設(shè)計(jì)參數(shù)更準(zhǔn)確、更符合隧道的實(shí)際情況。需設(shè)計(jì)單位重新對(duì)各個(gè)隧道進(jìn)行洞外亮度測(cè)試，以實(shí)測(cè)亮度為準(zhǔn)，調(diào)整各個(gè)隧道相應(yīng)的燈具數(shù)量和排列方式。
（二） 光源的選擇
目前，國(guó)內(nèi)隧道燈具多采用白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈等，大多存在光帶窄、配光質(zhì)量不夠、能耗高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、壽命短等問(wèn)題�？梢钥紤]選用其他新光源，該光源不僅需要滿足隧道對(duì)燈具光效、壽命及工作特性、光色、顯色性和配光控制難以程度等主要要求外，還能解決運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
（三） 道路照明的控制與管理
采用智能化道路照明控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同區(qū)域的不同功能要求，在每天的不同時(shí)段、不同自然光照度或者不同交通流量情況下，按照特定的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路照明的動(dòng)態(tài)智能化管理。
三、 實(shí)施方案、技術(shù)路線、組織方案
在詳細(xì)了解了現(xiàn)有高速公路的運(yùn)行狀況和節(jié)能產(chǎn)品及技術(shù)后，我們從三個(gè)方面來(lái)對(duì)隧道照明進(jìn)行節(jié)能：
首先，對(duì)各個(gè)隧道進(jìn)行洞外亮度檢測(cè)，以夏天陽(yáng)光最烈為宜。根據(jù)每個(gè)隧道洞外亮度來(lái)決定洞內(nèi)亮度。根據(jù)洞內(nèi)亮度來(lái)決定入口加強(qiáng)段、基礎(chǔ)段和出口加強(qiáng)段照明燈具的數(shù)量。
其次，采用新型綠色照明——無(wú)極燈。目前無(wú)極燈在150W以下的產(chǎn)品已相當(dāng)成熟，可以運(yùn)用到工業(yè)上了。無(wú)極燈具有高光效、高顯色性、長(zhǎng)壽命、無(wú)顏閃、良好調(diào)光性能、可立即啟動(dòng)和再啟動(dòng)的特點(diǎn)，其電氣性能優(yōu)良，功率因素高達(dá)98%，在電源電壓大范圍變動(dòng)（160~265V）下，輸出穩(wěn)定的光通量。
在隧道照明基本段使用無(wú)極燈，替代過(guò)去隧道通常用的高壓鈉燈，不僅用作基本照明，還兼顧應(yīng)急照明，而在隧道進(jìn)出口，由于要求高，依舊選用高光效的高壓鈉燈。
第三，采用動(dòng)態(tài)智能控制化系統(tǒng)，通過(guò)隧道監(jiān)控單元獲取隧道的實(shí)際信息，隧道監(jiān)控單元將獲得的隧道信息存儲(chǔ)信息，然后連接各個(gè)設(shè)備獲取洞外亮度、車速、車流量等實(shí)時(shí)信息，并將數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中；策略計(jì)算單元從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中讀取實(shí)時(shí)信息和隧道回路配置信息，計(jì)算出隧道照明控制方案并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中；數(shù)據(jù)采集處理單元讀取計(jì)算出的控制方案并下發(fā)給節(jié)能器，節(jié)能器根據(jù)控制方案調(diào)節(jié)回路電壓。
四、 結(jié)語(yǔ)
高速公路節(jié)能照明設(shè)計(jì)還有很多研究可做，除本文討論的合理的洞外亮度取值、高效節(jié)能燈具的選擇和照明節(jié)能控制方法的運(yùn)用外，還有其他多種節(jié)能設(shè)備方法可以應(yīng)用。因此，高速公路業(yè)主應(yīng)通過(guò)充分運(yùn)用現(xiàn)代科技技術(shù)的進(jìn)步來(lái)提高隧道照明質(zhì)量，降低能耗，而不是通過(guò)降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)達(dá)到節(jié)能目的。
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