淺談高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能措施

王曉龍

摘要：現(xiàn)階段，隨著綜合國力的發(fā)展，我國高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，公路隧道建設(shè)里程數(shù)不斷增加。隨之而來的隧道照明能源損耗也日益嚴(yán)重，這不僅對(duì)環(huán)境造成很大的污染，也違背國家大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排理念。因此，本文針對(duì)當(dāng)前高速公路隧道照明存在的問題，從供電和控制兩方面入手，并對(duì)照明設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在保障高速公路隧道安全運(yùn)營(yíng)和駕駛員駕駛舒適性的前提下，盡可能降低隧道照明電能消耗。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道照明系統(tǒng);節(jié)能措施

1 高速公路隧道照明概述

1.1 研究目的和意義

高速公路隧道呈中間封閉、兩端開口的管狀結(jié)構(gòu)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成了隧道內(nèi)外亮度差距較大，會(huì)導(dǎo)致駕駛?cè)藛T在進(jìn)出隧道時(shí)產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”。這種效應(yīng)使得駕駛員在駕駛過程中出現(xiàn)視覺延遲，存在很大的安全隱患。為解決這一問題，當(dāng)前主要通過提高隧道內(nèi)照明亮度來保證駕駛員通行質(zhì)量。這就會(huì)導(dǎo)致公路隧道的照明費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用不斷增加，造成大量的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)前高速公路運(yùn)營(yíng)的所有費(fèi)用中，有75%是用于電費(fèi)支出，而在這些電費(fèi)支出中，又有90%的費(fèi)用用于支付高速公路隧道中的照明用電。

1.2 高速公路隧道照明現(xiàn)狀

當(dāng)前，對(duì)高速公路隧道照明節(jié)能技術(shù)的研究有很多。在燈具選型方面，已經(jīng)有大部分隧道采用具有節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的LED燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)光效率低、損耗大的高壓鈉燈。通過對(duì)比了LED燈具與傳統(tǒng)高壓鈉燈，論述了LED應(yīng)用于隧道照明的優(yōu)勢(shì)。在燈具安裝方面，目前研究者們通過建立隧道照明燈具布置模型，分析了不同布燈方式和照射角度對(duì)隧道照度、均勻度、路面亮度的影響，得出了交錯(cuò)布置、150°照射角度情況下，隧道內(nèi)照明效果最佳。在照明控制系統(tǒng)方面，控制方法逐漸由時(shí)序分級(jí)調(diào)光控制方法向?qū)崟r(shí)分級(jí)調(diào)光控制方法過渡。目前，多數(shù)實(shí)時(shí)分級(jí)調(diào)光控制方法并未充分考慮周圍環(huán)境因素的影響，并且分級(jí)調(diào)光方法實(shí)質(zhì)上就是分級(jí)邏輯開關(guān)方法，這種控制方法節(jié)能效果并不明顯，同時(shí)也造成隧道照明亮度不均勻的現(xiàn)象。為了解決隧道照明“節(jié)能”與“安全”這一重大矛盾，又出現(xiàn)了一種無級(jí)調(diào)光控制方法。無級(jí)調(diào)光每級(jí)調(diào)整的范圍較小且更精確，但目前正處于研究階段。

2 隧道照明的研究及實(shí)踐

2.1 結(jié)合隧道主體環(huán)境狀況對(duì)照明設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化

通過對(duì)現(xiàn)階段隧道結(jié)構(gòu)的研究了解到，隧道大多是由入口段、過渡段、基本段、出口段這4部分組成的，入口段、過渡段、出口段這3部分的長(zhǎng)度基本相同。因此，在照明設(shè)計(jì)時(shí)，其照明參數(shù)的計(jì)算可結(jié)合現(xiàn)有規(guī)定要求實(shí)行準(zhǔn)確測(cè)算，加強(qiáng)照明功率及亮度設(shè)置的合理性。通常情況下，以5000m隧道照明設(shè)施安裝功率為參照點(diǎn)，2500m左右的隧道照明功率應(yīng)為其的50%左右;1000m隧道的照明功率在65%～75%。不過因?yàn)榄h(huán)境條件的不同，所以在照明功率確定前，需先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境予以勘查，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特征調(diào)節(jié)照明功率。尤其是一些短隧道，應(yīng)通過觀察其通視狀況，運(yùn)用簡(jiǎn)化或者取消入口段、出口段照明的方式，配合電光的誘導(dǎo)以及路面的電光安全裝置，解決隧道中照明消耗問題。通過簡(jiǎn)化或取消短隧道照明，讓照明標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)近期修訂的隧道照明基本思路。

2.2 將節(jié)能理念引入到主體工程建設(shè)中

隧道出入口位置屬于能耗較大的區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)外界與隧道的連接，降低光線轉(zhuǎn)變對(duì)駕駛員帶來的影響，在出入口位置的照明設(shè)計(jì)中，會(huì)采用相對(duì)比較高的照射強(qiáng)度，相應(yīng)的電能損耗也會(huì)增加。為降低能源損耗，在設(shè)計(jì)過程中，可通過新發(fā)展理念的融入來降低外界與出入口連接位置的光線照射效果，通過洞口植物栽植等方式，降低入口處的亮度，或通過內(nèi)部鋪設(shè)瓷磚的方式來增大隧道出入口的亮度，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外照明的一致性、協(xié)調(diào)性，加強(qiáng)照明亮度的均勻性。另外，還可結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，在新發(fā)展理念的指導(dǎo)下，將功能性需求與隧道照明設(shè)計(jì)結(jié)合起來，充分利用現(xiàn)有的地形優(yōu)勢(shì)來做好出入口位置的減光或增光效果，降低照明能耗。如果采用的是鋪貼瓷磚或涂抹發(fā)光劑的方式，需要在使用前實(shí)行相應(yīng)測(cè)試，確保其可行性后，將其應(yīng)用到隧道照明中來，確保駕駛員有一個(gè)較為清晰的視野，提高照明質(zhì)量，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

2.3 合理應(yīng)用清潔能源和直流電源

在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展中，隨著環(huán)境污染力度的不斷加大，人們開始逐漸加強(qiáng)對(duì)可再生能源的利用，如太陽能、風(fēng)能等，以緩解環(huán)境危機(jī)，改善環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中，為降低電能損耗，也可加大可再生及清潔能源的應(yīng)用，在強(qiáng)化照明效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。通過調(diào)查了解到，當(dāng)前我國的太陽能在世界范圍內(nèi)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，并且國家也高度重視該領(lǐng)域，最近一段時(shí)間內(nèi)，石墨烯等新型的半導(dǎo)體材料研制成功，這一新的創(chuàng)舉為新能源和材料的應(yīng)用提供了最新的突破。不過對(duì)于發(fā)展中國家來說，高速公路隧道照明會(huì)受到供電距離、電氣設(shè)備等因素的影響，雖然很多發(fā)展中國家都開始加大太陽能這類清潔型能源的應(yīng)用，但是由于隧道照明用電量較大，如果單純依靠清潔型能源供電，會(huì)造成較高的供電成本，且也無法保證供電效果，再加上太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展還不是十分完善，在使用中存在一些問題有待解決，限制了太陽能資源的應(yīng)用。因而在使用清潔型能源用電的過程中，還需配合電光誘導(dǎo)設(shè)施來降低能源損耗，維護(hù)隧道通車安全。

3 隧道照明節(jié)能問題的解決措施

3.1 嚴(yán)格控制照明燈具質(zhì)量

高壓鈉燈的壽命前期工作電壓上升會(huì)提升燈泡功率，縮短壽命，在燈泡的壽命后期，會(huì)降低燈泡功率與發(fā)光效率，從而對(duì)燈泡使用壽命造成影響。傳統(tǒng)電感是鎮(zhèn)流器存在功率低、損耗大等問題，電子鎮(zhèn)流器的功率高則節(jié)能效果顯著。

3.2 建立和完善行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

近年來，我國發(fā)布了多項(xiàng)關(guān)于公路隧道照明問題的文件，包括隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范，照明設(shè)計(jì)細(xì)則，照明燈具等，逐漸完善公路隧道照明行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。然而該類設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不全面，隧道內(nèi)所使用的洞內(nèi)照度儀、LED燈、LED誘導(dǎo)燈、洞外亮度儀等照明設(shè)備缺乏行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要編制關(guān)于隧道定向光照明設(shè)計(jì)指南。

3.3 推廣應(yīng)用新型隧道照明技術(shù)

技術(shù)人員應(yīng)研發(fā)新型隧道照明系統(tǒng)，如研發(fā)色溫可調(diào)節(jié)的LED照明設(shè)備用于隧道入口，解決晴天與雨霧天氣的燈光轉(zhuǎn)化問題;研發(fā)用于短隧道照明的風(fēng)能和太陽能等新能源發(fā)電技術(shù);研發(fā)隧道洞口的減光與遮光技術(shù);解決隧道內(nèi)照明環(huán)境與土建裝飾材料的協(xié)調(diào)性問題;蓄能自發(fā)光與反光涂料在小流量隧道以及夜間照明節(jié)能應(yīng)用等，以實(shí)現(xiàn)典型工程示范化與產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)產(chǎn)業(yè)化。

4 結(jié)語

在高速公路隧道照明過程中，照明供電系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)起著非常重要的作用。因此，本文著重從這兩方面考慮，利用清潔能源供電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。提出隧道智能照明控制方案，通過提高當(dāng)前隧道照明控制系統(tǒng)，節(jié)約人力物力，實(shí)現(xiàn)智能化節(jié)能化照明。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文龍，史航，陳龍憲，等.公路隧道照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（10）：88.

（作者單位：遼寧大通公路工程有限公司）