节能技术在隧道照明系统中的应用研究.docx

节能技术在隧道照明系统中的应用研究 随着中国高速公路网规划“7918”的实施，山地公路的建设呈现出快速发展的阶段。隧道作为道路建设的重要组成部分，建设规模日益扩大。截至2011年底,全国已建成公路隧道为8522处,共计625.34万米。这为国民经济发展重要命脉的公路运输提供了极为舒适、安全环境的同时,也带来了一个不可忽视的社会和经济问题,那就是公路隧道照明耗电量巨大,已成为公路运营管理部门一笔沉重的负担。据统计,我国照明用电约占到全社会用电的12%,而道路照明用电就约占到其中的20%～30%。因此,公路隧道照明作为道路照明中的重要组成部分,以其节能降耗为目标而开展的相关节能减排新技术、新产品的研发及其推广应用工作具有重要的现实意义。本文基于我国现有隧道照明节能技术的发展水平和应用情况,研究设计了4种成熟度和先进性较高的隧道照明节能技术方案,并综合分析了方案的社会效益和经济效益,以期为隧道照明节能技术的研究与工程推广应用提供重要技术和投资参考。 1 速公路隧道 本文设计的4种隧道照明节能技术系统建设方案均以湖南省境内某高速公路隧道作为研究对象。该隧道的基本技术参数为:隧道全长2948m,设计采用双向4车道,设计时速80km/h,路面宽8.5m,车流量≥2400辆/h,洞内路面采用沥青混凝土路面结构。 1.1 高压钠灯替代照明的性能 作为第二代隧道照明灯具中最具代表性的产品,高压钠灯因其光效高、透雾性高、价格低等优点而受到广泛使用,是相关工程项目中应用最为广泛的隧道照明光源。但随着照明节能技术的深入研究以及LED(Light Emitting Diode)灯、金卤灯等新一代照明产品的问世,高压钠灯暴露出了能耗较高、显色性较差、使用寿命较短等不足,因此具有逐渐被更高效、更节能的照明光源所替代的趋势。 本方案以400W、250W和100W高压钠灯分别作为隧道加强照明段、过渡段和基本段照明光源,其中基本段照明灯具以对称方式布置,加强照明灯具依照交错方式布置,具体灯具布置方案如表1。 1.2 自然光入口段照明4:2合、低和效率的照明方案,确保了隧道照明的体 作为一种新型的隧道照明节能技术,隧道自然光照明技术是将自然光引入隧道入口段,通过自然光亮度的变化与“亮度递减曲线”的拟合,实现取消入口段加强照明,并随着天气由晴转阴,适度减少过渡段照明,从而达到显著节能减排的目的。该技术由作者单位在国内外首创提出,目前已在湖南长湘高速“两型”科技示范工程中进行了应用。与传统隧道入口段照明方式相比,隧道自然光入口段照明技术具有以下突出优势: (1)由于采用自然光照明替代了灯具加强照明,使得隧道照明系统不仅在技术层面,而且在原始设计阶段实现了显著节能减排的目标,由此创造的经济、社会及环境效应十分可观; (2)自然光入口段照明亮度缓和递减的变化规律更符合人眼视觉适应曲线,能够从本质上消除隧道入口处的“黑洞效应”,同时缓解驾驶者的视觉疲劳,极大地提升了隧道内车辆行驶的安全性和舒适性。图1是参照《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)拟合的照明亮度曲线,从图中可以看到:采用自然光照明由于不用考虑照明能耗的限制,自然光入口段亮度呈现逐渐缓和递减的变化方式且更加接近于人眼适应曲线。而常规电力照明的亮度递减曲线,在隧道入口附近其亮度呈现出了急剧降低的现象,产生了明显的黑洞效应现象,不利于隧道内行驶的安全性和舒适性,易造成驾驶者的视觉疲劳。 (3)隧道自然光入口段照明技术成熟简单、实用有效,工程构建成本也较低、适合大范围推广应用。方案构建示意如图2所示。 相较于高压钠灯方案,本方案通过在隧道入口段应用自然光照明技术,实现了取消入口段加强照明灯具的设置,有效地节约了隧道照明灯具的购置和运营费用。方案灯具布置方式与上一方案相同,灯具数量统计情况如表2所示。 1.3 基于隧道洞外曝光和下半夜功率无核实动的照明系统设计方案 LED灯,中文译名称之为发光二极管,是一种可以将电能转化为光能的电子器件,并具有二极管的特性。LED灯由于节能性好、使用寿命长、电源效率高、瞬时启动等特性,应用于隧道照明中具有较大的优势,也被认为是21世纪最具有节能潜力的产品。隧道LED灯智能无级控制系统,采用无级智能单元使其在满足相应照明规范的前提下最大限度地减少电能消耗。它可根据实际运营过程中隧道洞外亮度以及洞内车流量的变化实现对基本照明功率的实时调整,因而可大幅减少不必要的照明能耗浪费。 该系统方案的特点主要表现在:(1)亮度无级控制,比分级控制的同类灯具更节能40%,比钠灯照明节能70%～90%;(2)由于一年中只有夏天的中午,加强照明灯具才接近满功率工作,大多数时间均在10%～60%的功率下工作;而基本照明的设计冗余留到远期再用,近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和