高速公路中短隧道照明節(jié)能方案的探討及應(yīng)用

張汝站

（廣西交通投資集團(tuán)河池高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 河池 547000）

高速公路中短隧道照明節(jié)能方案的制定，需要按照隧道的特點(diǎn)和照明燈具的特點(diǎn)等，完善照明節(jié)能的措施和體系，節(jié)約照明系統(tǒng)的電力能源消耗量，確保能夠提升照明系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性和環(huán)保性，為短隧道的節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 高速公路中斷隧道的照明節(jié)能問題

1.1 電力能源消耗量大

目前我國高速公路中短隧道的照明設(shè)備功率大，占隧道照明總體功率的71%左右，且入口階段和出口階段的加強(qiáng)照明，占總體照明的65%左右。按照我國相關(guān)的規(guī)定要求，高速公路隧道入口階段的照明長度，需要根據(jù)隧道洞口的縱向坡度特點(diǎn)、凈空高度特點(diǎn)和行車速度特點(diǎn)決定，和隧道長度沒有直接聯(lián)系，這也是導(dǎo)致終端隧道照明內(nèi)加強(qiáng)照明功率過大的原因。

1.2 燈具損耗問題嚴(yán)重

通常情況下，高速公路隧道照明系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，電壓缺乏穩(wěn)定性，灰塵量較大，振動(dòng)作用很強(qiáng)，加之隧道照明系統(tǒng)處于持續(xù)性運(yùn)行的狀態(tài)，應(yīng)用期間頻繁啟停燈具，進(jìn)行洞內(nèi)照度的調(diào)節(jié)，會導(dǎo)致燈具設(shè)備的應(yīng)用壽命縮短，出現(xiàn)嚴(yán)重的資源損耗問題。

1.3 回路損耗問題嚴(yán)重

目前，我國高速公路中短隧道照明系統(tǒng)，主要是采用回路控制的模式，照明級別為四級，雖然等級設(shè)置非常明顯，但是每級照明系統(tǒng)只設(shè)置一個(gè)到兩個(gè)分回路，一些隧道出口部分和入口部分共同使用相同的回路，出口部分和入口部分的加強(qiáng)照明燈具數(shù)量較多，功率很大，很難利用同一回路有效控制，可能會出現(xiàn)回路損耗的問題。

2 高速公路中短隧道照明節(jié)能方案的應(yīng)用

2.1 制定節(jié)能設(shè)備應(yīng)用方案

為確保高速公路中短隧道照明節(jié)能效果，應(yīng)制定完善的節(jié)能設(shè)備應(yīng)用方案，利用現(xiàn)代化的節(jié)能設(shè)備，節(jié)約能源，預(yù)防資源損耗。

2.1.1 采用節(jié)能穩(wěn)壓柜設(shè)備

通常情況下，我國高速公路隧道處于地理偏僻的區(qū)域，供電質(zhì)量不穩(wěn)定，夜晚電壓高于白天電壓，電源電壓波動(dòng)可能會導(dǎo)致燈具參數(shù)發(fā)生改變，由于夜間的電源電壓提高，燈具電流增大，電弧管冷端溫度提升，可能會導(dǎo)致工作電壓和燈泡功率增加，出現(xiàn)夜間耗電量過大的問題，同時(shí)也可能會縮短燈具的使用壽命，導(dǎo)致出現(xiàn)資源損耗的現(xiàn)象。因此，在高速公路中短隧道采用高壓鈉燈燈具期間，應(yīng)以協(xié)調(diào)電源電壓穩(wěn)定性為目標(biāo)，通過節(jié)能穩(wěn)壓柜設(shè)備，當(dāng)電源電壓控制在額定值的上下波動(dòng)7%左右，例如：在短隧道中配置相應(yīng)的節(jié)能穩(wěn)壓柜，在夜間進(jìn)行電壓值的調(diào)控，可節(jié)約能源，延長燈具的使用壽命。

2.1.2 采用無極燈設(shè)備

目前，我國新型光源技術(shù)和燈具技術(shù)快速創(chuàng)新發(fā)展，LED 燈和無極燈受到高速公路隧道照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，具有節(jié)能環(huán)保和安全的特點(diǎn)。因此，建議在高速公路，中短隧道照明系統(tǒng)方面，采用節(jié)能性和環(huán)保性較高的無極燈。首先，深入分析隧道照明參數(shù)信息，研究高壓鈉燈和無極燈的電氣與光參數(shù)，制定完善的照明系統(tǒng)改造方案。其次，按照系統(tǒng)改造方案內(nèi)容，局部進(jìn)行短隧道照明燈具的改造，將隧道出口和入口等階段的照明燈具，更換成為無極燈，對比高壓鈉燈和無極燈的節(jié)能效、視覺舒適度和照度情況、維護(hù)成本和長遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)效益，明確無極燈的應(yīng)用性能，從而保證通過無極燈設(shè)備的安裝，減少短隧道照明系統(tǒng)的能源和資源消耗量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的[1]。

2.1.3 采用隧道測速設(shè)備

近年來我國城市智能交通系統(tǒng)越來越完善，“電子警察”在城市橋梁和十字路口中廣泛應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行路段測速，督促駕駛員減速慢行。高速公路隧道照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的過程中，需要按照入口位置的行車速度進(jìn)行照明照度的調(diào)控，此情況下就可以采用“電子警察”測速設(shè)備，進(jìn)行隧道入口行車速度的測定，明確隧道照明需求，靈活進(jìn)行照明系統(tǒng)的調(diào)控，滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

2.2 制定照明系統(tǒng)的改造方案

由于我國多數(shù)高速公路中短隧道的照明系統(tǒng)，主要采用傳統(tǒng)照明模式，能源消耗量高、資源損耗問題嚴(yán)重，因此需要以提升短隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能性為目標(biāo)，制定完善的系統(tǒng)改造方案計(jì)劃。

2.2.1 控制范圍的逐漸拓展

由于高速公路的短隧道中普遍安裝的是全天候開啟的燈具，或是利用定時(shí)器進(jìn)行燈具的時(shí)序控制，只能進(jìn)行手動(dòng)的調(diào)整，不利于照明系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展。因此在照明系統(tǒng)節(jié)能改造的過程中，應(yīng)重點(diǎn)設(shè)置自動(dòng)化、智能化的調(diào)控模式，將照明度控制在合理范圍內(nèi)，適當(dāng)增加對照明系統(tǒng)的控制范圍，滿足節(jié)能環(huán)保的需求。

2.2.2 控制回路的精細(xì)化處理

由于高速公路的短隧道采用的是高壓鈉燈設(shè)備，只能利用回路控制的方式進(jìn)行控制，通過對開啟燈具數(shù)量的改變，達(dá)到照明調(diào)節(jié)的目的。而當(dāng)前短隧道的照明系統(tǒng)回路劃分內(nèi)容較少，普遍為三到四個(gè)等級，甚至只涉及兩個(gè)照明等級，控制回路過于粗放，對照明系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展造成制約，因此需要重點(diǎn)進(jìn)行控制回路的改良和優(yōu)化，精細(xì)化設(shè)定不同級別的控制回路，配合智能化的控制算法，可為提升照明系統(tǒng)節(jié)能控制效果提供支持。

2.2.3 光源的合理替換

當(dāng)前，我國高速公路隧道光源開始向著高效化和節(jié)能化的方向發(fā)展，無極燈和LED 燈光源的廣泛應(yīng)用，具有節(jié)能優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢，且壽命較長、可控性較高，可通過此類燈具逐漸替代高壓鈉燈，改善高速公路中短隧道的照明系統(tǒng)節(jié)能水平。但是需要注意，由于新型光源的成本較高，如果全面進(jìn)行隧道照明燈具的替換，短時(shí)間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。因此，在隧道照明系統(tǒng)改造期間，可逐步進(jìn)行光源的替換，先替換短隧道的燈具設(shè)備，逐漸替換其他的燈具，以此促使隧道照明系統(tǒng)全面的節(jié)能發(fā)展[2]。

2.2.4 制定無極調(diào)節(jié)的模式

高速公路中短隧道照明系統(tǒng)采用新型的光源，不僅能夠確保光參數(shù)和電氣參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，還具備調(diào)光性和可控性，能夠?yàn)槎趟淼勒彰飨到y(tǒng)的智能化和節(jié)能化發(fā)展提供保障。同時(shí)，為確保LED 燈和無極燈的良好應(yīng)用，可采用無極調(diào)節(jié)的模式，通過地址碼控制的方式，進(jìn)行精細(xì)化照明燈具調(diào)節(jié)，利用無極調(diào)節(jié)，使無極燈與LED 燈的調(diào)光效果提升，達(dá)到單燈獨(dú)立性控制的目的，實(shí)時(shí)性監(jiān)控每個(gè)燈具的狀態(tài)，節(jié)約能源，預(yù)防資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。與此同時(shí)，在采用無極調(diào)節(jié)模式的過程中，可以將調(diào)光控制器安裝于控制回路，通過對燈具設(shè)備的無極調(diào)節(jié)處理，改善節(jié)能和照明效果，促使隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展[3]。

2.3 改善燈具設(shè)備的控制模式

2.3.1 單片機(jī)智能化控制

其一，構(gòu)建時(shí)控模式。按照每年日出時(shí)間和日落時(shí)間、上午和下午的時(shí)間段，定時(shí)進(jìn)行短隧道照明燈具的開啟和關(guān)閉控制，以此來滿足燈具的亮度要求；其二，夜間時(shí)段控制的過程中，將基本照明開啟，左側(cè)基本照明間隔性開啟，節(jié)約能源，對于深夜間時(shí)段，也可按照實(shí)際情況設(shè)定照明燈具的開啟模式；其三，白天時(shí)間段的燈光控制，則是需要按照洞口內(nèi)部和外部光線亮度狀況，進(jìn)行洞口照明的智能化啟閉控制，例如：晴天的階段，隧道入口部分，將基本照明和兩個(gè)加強(qiáng)照明設(shè)備開啟，過渡的部分開啟基本照明和一個(gè)加強(qiáng)照明設(shè)備，基本段只進(jìn)行基本照明的開啟，出口部分開啟基本證明設(shè)備和兩個(gè)加強(qiáng)照明設(shè)備；亮天的階段，隧道入口、出口的部分開啟基本照明設(shè)備和一臺加強(qiáng)照明，過渡階段開啟基本照明設(shè)備。如果是多云的天氣，則需要在隧道入口的部分開啟基本照明和兩個(gè)加強(qiáng)照明設(shè)備，過渡階段開啟基本照明和一個(gè)加強(qiáng)照明設(shè)備。其四，在對燈具進(jìn)行控制的過程中，需要遵循光控優(yōu)先的基本原則，控制器斷電的情況下，維持預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)指標(biāo)，通電的情況下，分別延時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)。為避免氣候因素帶來影響，預(yù)防燈具設(shè)備頻繁啟停，可在控制器中設(shè)置延時(shí)模式。在使用光控的過程中，一旦光檢測器設(shè)備出現(xiàn)故障問題，可自動(dòng)化進(jìn)入到定時(shí)控制的模式。如果發(fā)生火災(zāi)事故，無論照明系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，都需要最高程度開啟照明，為救災(zāi)提供便利。照明系統(tǒng)中還需配置手動(dòng)控制的模式，利用配電箱或是控制中心完成手動(dòng)控制，為照明系統(tǒng)或是其他設(shè)備的維修提供便利[4]。

2.3.2 照明配電模式的優(yōu)化

其一，為確保能夠滿足照明控制的需求，需要將燈具根據(jù)基本類型、加強(qiáng)類型的照明用途，分成不同的回路進(jìn)行控制，使基本照明燈具間隔性進(jìn)行供電。在深夜車輛數(shù)量少的時(shí)間段，左側(cè)部分的基本照明設(shè)備可間隔性開啟，以此滿足節(jié)能控制需求；其二，為避免線路末端出現(xiàn)嚴(yán)重的壓降問題，預(yù)防發(fā)生燈具開啟困難的現(xiàn)象，需要將供電線路和變壓器設(shè)備的距離控制為500 米以內(nèi)，如果超出500 米，就需要使用鏈?zhǔn)焦╇姷姆绞?；其三，對于每個(gè)路段的線路設(shè)備，都需要使用三級保護(hù)的方式，設(shè)置主進(jìn)、分路和支路的開關(guān)，在某個(gè)燈具發(fā)生故障問題的情況下，其他燈具依然穩(wěn)定運(yùn)行；其四，各個(gè)配電箱都需配置兩路到三路開關(guān)，安裝繼電器設(shè)備，設(shè)置電流表，并對電路電流和電壓進(jìn)行檢測分析[5]。

2.3.3 采用燈具亮度檢測技術(shù)

高速公路中短隧道照明系統(tǒng)節(jié)能控制器件，首先，應(yīng)根據(jù)國家的規(guī)定要求等安裝亮度檢測設(shè)備，在距離隧道洞口的一個(gè)停車視距位置，安裝洞外亮度檢測器設(shè)備，高度和洞口平行，探頭方向?yàn)槎纯谥行摹Ｔ诙磧?nèi)與洞口距離為一倍，隧道凈高的側(cè)墻上安裝亮度檢測器，探頭方向?yàn)樾熊嚽斑M(jìn)方向，安裝高度在1.5米以上。其次，亮度檢測技術(shù)的應(yīng)用，需滿足洞內(nèi)和洞外長時(shí)間工作要求，將探頭鏡頭的立體視覺控制在20 度左右，動(dòng)脈檢測器設(shè)備的檢測范圍為每平方米7000cd，洞內(nèi)檢測器的檢測范圍為每平方米500cd，防護(hù)等級在IP 65 以上，洞外設(shè)備配置帶有雨刷器的防護(hù)罩。通過在隧道洞內(nèi)和洞外配置相應(yīng)的亮度檢測器，能夠?qū)崟r(shí)性和動(dòng)態(tài)性檢測隧道洞內(nèi)外亮度情況，便于根據(jù)亮度指標(biāo)進(jìn)行燈具的節(jié)能控制。

2.4 完善隧道照明節(jié)能系統(tǒng)運(yùn)營管理體系

其一，重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)素質(zhì)較高的運(yùn)營管理人才隊(duì)伍。為確保在高速公路的短隧道照明系統(tǒng)節(jié)能控制水平，需要培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強(qiáng)的運(yùn)營人才隊(duì)伍，通過專業(yè)性的運(yùn)營方式，使照明系統(tǒng)的節(jié)能效果提升，滿足節(jié)能環(huán)保的基本要求，同時(shí)還需建立相應(yīng)的照明系統(tǒng)節(jié)能控制班組，由專業(yè)性、固定性團(tuán)隊(duì)完成照明系統(tǒng)的管理和節(jié)能調(diào)控，確保節(jié)能管理的效率和運(yùn)維的效率，提升照明系統(tǒng)的節(jié)能控制水平。其二，重點(diǎn)進(jìn)行照明系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化控制，按照隧道的照明系統(tǒng)特點(diǎn)和實(shí)際情況，制定完善的優(yōu)化控制方案和體系，通過對照明系統(tǒng)的節(jié)能控制和管理，合理選擇照明的參數(shù)、調(diào)整照明系統(tǒng)的框架，確保照明系統(tǒng)的良好運(yùn)行。其三，做好相關(guān)的照明系統(tǒng)維護(hù)工作。考慮到高速公路隧道照明系統(tǒng)的范圍很廣，設(shè)備數(shù)量很多，故障問題的發(fā)生率很高，如果不能科學(xué)合理開展維護(hù)工作，可能會導(dǎo)致照明節(jié)能的控制效果難以提升，因此需要制定完善的照明系統(tǒng)維護(hù)體系和機(jī)制，例如：由于車輛尾氣的排放會導(dǎo)致燈具設(shè)備老化，或是出現(xiàn)光纖昏暗的問題，因此需要定期進(jìn)行燈具設(shè)備的情節(jié)和更換，階段性開展養(yǎng)護(hù)和維護(hù)工作，保證燈具的應(yīng)用性能。同時(shí)需要定期進(jìn)行隧道側(cè)壁反光性能的分析，定期做好側(cè)壁的清潔工作，改善側(cè)壁部分的反光率，確保能夠在煙塵覆蓋的環(huán)境中，依然可以發(fā)揮隧道側(cè)壁的反光作用，為節(jié)約照明的能源、減少資源浪費(fèi)和損耗問題等提供保障。

3 結(jié)語

綜上所述，高速公路中短隧道照明節(jié)能控制十分重要，不僅能夠預(yù)防出現(xiàn)照明系統(tǒng)的能源損耗或是消耗問題，還能促使隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展，具有重要意義。因此建議我國在高速公路照明系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行和應(yīng)用的過程中，科學(xué)合理進(jìn)行照明的節(jié)能優(yōu)化和改造升級，采用先進(jìn)的節(jié)能控制設(shè)備和節(jié)能燈具，節(jié)約能源預(yù)防出現(xiàn)電力能源浪費(fèi)和照明資源損耗的問題，同時(shí)還需制定完善的運(yùn)營管理體系，促進(jìn)照明系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展。