甘肅省公路隧道照明節(jié)能的設(shè)計及應(yīng)用

摘 要：公路隧道照明是確保行車安全的重要環(huán)節(jié)，隧道照明系統(tǒng)是車輛能夠安全通過公路隧道的基本保障，如何在安全的基礎(chǔ)上降低運(yùn)營成本，成為公路隧道照明設(shè)計共同關(guān)注的問題。本文首先介紹了國內(nèi)公路隧道照明現(xiàn)狀，并結(jié)合甘肅省公路隧道照明實(shí)際情況，以宕昌（南河）至迭部二級公路改造工程為例闡述了隧道照明節(jié)能方案，實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行，又節(jié)約了運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：公路；隧道照明；節(jié)能

1 概述

隨著我國公路的建設(shè)發(fā)展，隧道作為公路特殊路段，其行車安全尤為重要。為適應(yīng)車輛在駛?cè)?、通過、駛出隧道的過程中出現(xiàn)視覺變化，需要在隧道內(nèi)設(shè)置照明設(shè)施。公路隧道的合理照明是確保行車安全的一個重要環(huán)節(jié)。在整個公路隧道機(jī)電系統(tǒng)中，照明負(fù)荷所占比例約為30%，并且為保障隧道通行，照明設(shè)施需24小時運(yùn)行，成為公路運(yùn)營中最大的開支。隨著隧道里程數(shù)的迅猛增加，改善隧道照明環(huán)境并節(jié)能降耗已成為降低隧道運(yùn)行成本的重要研究課題。

2 我國公路隧道照明現(xiàn)狀

我國在隧道照明設(shè)計方面起步相對較晚，但也有相應(yīng)的要求和規(guī)范，例如《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（JTJ 026.1-1999）、《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）等。

目前我國公路隧道照明大多數(shù)采用高壓鈉燈（主要用于洞內(nèi)行車道照明）和熒光燈或無極燈（主要用于洞內(nèi)橫通道照和緊急停車帶）。隧道內(nèi)的照明控制方式一般采用人工控制，由相關(guān)隧道管理人員根據(jù)不同時段和環(huán)境，主觀決定燈具的開關(guān)數(shù)量來調(diào)節(jié)照度，這樣既增加了前期投資，又提高了后期運(yùn)營成本。

3 甘肅省內(nèi)公路隧道照明節(jié)能的設(shè)計及應(yīng)用

3.1 依托工程

宕昌（南河）至迭部二級公路改造工程（以下簡稱宕迭路）路線總長144.61km（扣除斷鏈，不含九龍峽隧道改線路段，擬建九龍峽隧道方案路段長4.36km），總體走向由東向西。其中共有隧道7座。本項(xiàng)目中運(yùn)用隧道洞口車流量實(shí)時監(jiān)控與隧道內(nèi)無級調(diào)光相結(jié)合的照明模式，使得隧道內(nèi)照明根據(jù)車流量的不同，有無車量通行等條件，進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，既實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行，又節(jié)約了運(yùn)行成本。

3.2 公路隧道照明節(jié)能設(shè)計

3.2.1 采用隧道專用LED燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)高壓鈉燈。在同等照明效率的情況下，LED光源比高壓鈉燈用電負(fù)荷大大降低。通過計算，45W的LED燈與100W的高壓鈉燈照明效率相當(dāng)，67W的LED燈與150W的高壓鈉燈照明效率相當(dāng)。LED單管采用直流驅(qū)動，耗電量較小，可大幅度降低電費(fèi)60%左右，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果較高。由于LED燈具中不含汞、氙等有害元素，方便回收和利用，且不產(chǎn)生電磁干擾，環(huán)保效果較好。而普通燈管（如高壓鈉燈、鹵素?zé)舻龋┲泻泄?、鉛等對人體有害的元素，若不進(jìn)行合理的回收處理，很容易對土地、水源造成污染。節(jié)能燈的電子鎮(zhèn)流器可產(chǎn)生電磁干擾，會影響其他電器正常運(yùn)作，且會對人體健康造成一定影響。

技術(shù)原理。發(fā)光二級管由P區(qū)、N區(qū)和兩者之間的勢壘區(qū)組成。當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子在擴(kuò)散過程中復(fù)合發(fā)光。

性能指標(biāo)。超長壽命；節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、免維護(hù)；光通量利用率高；LED采用直流低壓供電，安全可靠；固態(tài)封裝，屬于冷光源類型；環(huán)保，沒用汞等有害物質(zhì)。

3.2.2 首次在我省采用無級調(diào)光照明控制系統(tǒng)。宕迭路隧道在采用無級調(diào)光照明控制系統(tǒng)后，功率因數(shù)、電源效率等技術(shù)指標(biāo)基本未受影響。LED光源的亮度調(diào)節(jié)是靠LED燈具自身亮度的變化而實(shí)現(xiàn)的，并不是通過開關(guān)燈具改變發(fā)光間距，使得隧道內(nèi)的照明亮度依然能夠保持均勻，避免了傳統(tǒng)的調(diào)光方式（通過開關(guān)燈具改變發(fā)光間距）而產(chǎn)生的“斑馬效應(yīng)”，進(jìn)而在節(jié)能降耗的同時也提高了行車安全，減少了燈具開關(guān)次數(shù)，降低了對電源負(fù)荷的沖擊，延長了燈具和電源的使用壽命。

無級調(diào)光照明控制系統(tǒng)不僅能夠按照規(guī)定的調(diào)光控制模式進(jìn)行自動控制，還還可以進(jìn)行人工控制，通過人工對各隧道、各區(qū)段的亮度進(jìn)行設(shè)置，可應(yīng)對各種突發(fā)性事件（如交通事故、火災(zāi)等）。

技術(shù)原理。本無級調(diào)光照明控制系統(tǒng)采用的亮度控制方式為電壓控制電流源（即模擬信號控制電流平均值模式）。這種輸出電流可控型電源通過控制直流電壓信號使得輸出電流平均值發(fā)生變化，它將電流信號取樣并經(jīng)隔離放大，從而控制電源初級開關(guān)管的占空系數(shù)，然后由隔離變壓器將不同占空系數(shù)的電能轉(zhuǎn)換為直流脈沖電流，最后經(jīng)低通濾波器濾波后，變?yōu)榇笮】呻S控制信號變化的直流電流，進(jìn)而控制該電源的輸出電流。

本系統(tǒng)中的控制單元通過接收車輛檢測器、光亮度檢測儀采集到的交通量、平均車速和洞外亮度等信息，然后按照預(yù)設(shè)的照明調(diào)光控制邏輯計算出隧道內(nèi)各區(qū)段的當(dāng)前亮度值，由LED無級調(diào)光照明控制器發(fā)出對應(yīng)的調(diào)光指令?？刂破鞲鶕?jù)接收到的照明亮度調(diào)控命令，自動對LED燈的輸出功率進(jìn)行調(diào)整。為了滿足實(shí)際公路隧道現(xiàn)場的照明控制需要，對調(diào)光照明控制器應(yīng)設(shè)置多路輸出接口。

性能指標(biāo)?？刂品奖?；系統(tǒng)安全可靠；節(jié)能經(jīng)濟(jì)；環(huán)保；讓司機(jī)行車安全舒適。

3.2.3 首次在我省采用實(shí)時交通量檢控照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采用先進(jìn)的車輛檢測、計算機(jī)控制和燈光技術(shù)，在車輛通過時進(jìn)行車輛的自動檢測并設(shè)定燈光開啟，確保車輛能夠安全通過隧道；在檢測到車輛駛離時及時關(guān)閉燈具，達(dá)到節(jié)能降耗、控制運(yùn)營成本的目的。

技術(shù)原理。本系統(tǒng)由車輛檢測器、照明燈具、主控制器、照明控制器、控制總線等組成。首先，由車輛檢測器對當(dāng)前交通信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將當(dāng)前交通信息傳遞給主控制器；然后由主控制器根據(jù)接收到的信息生成相應(yīng)的照明開關(guān)控制信號；最后，利用控制總線對開關(guān)信號進(jìn)行傳輸，通過照明控制器實(shí)現(xiàn)對照明燈具的實(shí)時控制。

性能指標(biāo)。安全可靠；節(jié)能、經(jīng)濟(jì)；環(huán)保。

4 結(jié)語

在現(xiàn)有的公路隧道照明設(shè)計中雖采用了新型燈具與先進(jìn)的控制系統(tǒng)，但仍有不足之處。如，LED燈具光通量有待提高，能量轉(zhuǎn)換效率不高，產(chǎn)品的一致性、可靠性有待提高；目前從事LED產(chǎn)品開發(fā)者也還沒有形成一定的系統(tǒng)化；實(shí)時交通量檢控照明控制系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了車來燈亮，車走燈熄；未對駕駛員視覺舒適性與照明燈具的開關(guān)時間之間的定量關(guān)系進(jìn)行研究。隨著產(chǎn)品的不斷提升，以上問題將進(jìn)一步深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：方相達(dá)，男，甘肅金昌人，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程自動化專業(yè)，本科畢業(yè)，助理工程師。