高速公路隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計及優(yōu)化
摘要：高速公路隧道運營是保障高速公路行車安全的重要舉措。文章結(jié)合某實際工程，對高速公路典型隧道照明系統(tǒng)的設(shè)置和節(jié)能控制方案進行了優(yōu)化，選用LED 光源、改進隧道各區(qū)段照明設(shè)計，采用自動實時控制方式等節(jié)能降耗的策略，旨在降低運營成本，減少能耗。
近些年，隨著我國高速公路的迅速發(fā)展，大量以橋隧為主的高速公路里程也逐年增加，公路隧道照明系統(tǒng)作為保證車輛安全通行的同時也使得隧道照明運營開支居高不下。近年來，LED以其低能耗高效率的特點，在照明行業(yè)正得到廣泛的應用，從顯示器背光照明到景觀照明再到日常照明，覆蓋范圍越來越大。作為光源，LED的優(yōu)勢體現(xiàn)在三個方面：節(jié)能、環(huán)保和長壽命。LED不依靠燈絲發(fā)熱來發(fā)光，能量轉(zhuǎn)換效率非常高，理論上可以達到白熾燈10%的能耗，相比熒光燈，LED也可以達到50%節(jié)能效果。研究如何在基于交通流量、行車速度、可視度、駕駛員視覺特性基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對LED燈具合理的智能照明無級控制，這對提高隧道照明質(zhì)量，降低能耗與隧道運營成本，營造安全舒適的隧道行車環(huán)境，具有重要的意義。
一、工程概況
金麗溫高速公路金華段隧道群共有6個隧道，分別是：水坑隧道（長度為405m）、黃埔坑隧道（長度為157m）、黃塢壟隧道（長度為565m）、黃家壟隧道（長度為360m）、焦巖隧道（長度為470m）、白陽山隧道（長度為477m）。隧道單洞：凈寬10.75m，限界凈高5m；設(shè)計車速：80km/h（即按100m停車視距標準設(shè)計）。
根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》和招標文件要求，本次改造工程按隧道內(nèi)行車速度80公里/小時對水坑隧道、黃塢壟隧道、黃家壟隧道、焦巖隧道、白陽山隧道等5個隧道的基本段中排照明燈設(shè)施進行設(shè)計、購置、安裝、測試、開通、保修、培訓 、提供資料等服務(wù)。
二、隧道照明系統(tǒng)技術(shù)指標
本次照明改造系統(tǒng)為三級負荷，采用《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTJ026-90）設(shè)計，照明標準應符合隧道通行能力B級——80公里/小時車速，主要設(shè)備采用最新頒布的國際通用標準、中國國家標準或能代表最新先進水平的標準進行設(shè)計生產(chǎn)。
（一）分級照明
隧道照明分段為：入口段、適應段、過渡段、基本段、出口段，使入口區(qū)亮度逐級降低到基本段的亮度要求，同樣，為使司機的眼睛盡快適應光線由弱變強，出口段也設(shè)有加強照明。本次照明改造工程為中間段（也稱基本段）照明改造，因此，沒有基本段的隧道就不需要改造，如黃埔坑隧道（長度為157米）。
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新加裝的LED燈組成一個回路，由加裝在夜間照明箱內(nèi)的控制回路進行控制亮燈，并且與箱內(nèi)的PLC控制器進行連接，達到遠程控制的目的。原有中排高壓鈉燈（僅限基本段）組成一個回路，通過加裝開關(guān)箱進行手動開關(guān)的第二級控制，達到是否接通回路的目的，而是否亮燈，則由原來的白天/夜間照明控制回路進行控制。
（三）照明配光
原設(shè)計洞內(nèi)燈具采用250W、150W二種，根據(jù)隧道長度不同采用三排、單排布燈方式。隧道照明系統(tǒng)的配光以隧道參數(shù)和光學數(shù)據(jù)為依據(jù)，已滿足下列指標：入口段白天照明平均亮度：80cd/㎡；適應段白天照明平均亮度：50cd/㎡；過渡段白天照明平均亮度：
10cd/㎡；基本段白天照明平均亮度：4.5cd/㎡；夜間照明平均亮度：4.5cd/㎡；我們本次改造的LED中排燈的平均亮度應大于4.5cd/㎡。
?。ㄋ模┲饕O(shè)備、材料選型
1.LED燈。LED燈具是本次改造項目的重要設(shè)施，根據(jù)圖紙及招標文件規(guī)定的技術(shù)指標、性能要求，我們選用上海三思研發(fā)的一款以高亮度LED為光源的照明燈。該產(chǎn)品具有亮度高、照度分布好、節(jié)能環(huán)保、防水防塵、外觀時尚等特點，可廣泛應用于各種隧道、收費站、加油站、廠房、賣場、倉庫、停車場、廣場的照明。
2.配電箱改造：斷路器采用梅蘭日蘭的小型斷路器，接觸器和繼電器采用施耐德產(chǎn)品，配電箱內(nèi)電線由杭州中策公司生產(chǎn)，這樣就可以保證照明控制系統(tǒng)運行的安全、可靠。將照明控制系統(tǒng)接入原配電箱PLC控制系統(tǒng)，通過技術(shù)升級，可以實現(xiàn)隧道照明的自動化管理。隧道照明控制的自動化管理的前提是：利用成熟可靠的計算機、通訊網(wǎng)絡(luò)和自動控制技術(shù)，才能實現(xiàn)全線照明回路的控制，達到提高高速公路的生產(chǎn)管理自動化水平，減輕高速公路管理人員的勞動強度，降低維護成本，實現(xiàn)系統(tǒng)的先進性目的。開關(guān)箱：采用（下轉(zhuǎn)87頁上接34頁）金華市一開電氣成套設(shè)備廠，該箱由于只起第二級的回路關(guān)斷作用，因此，箱內(nèi)只設(shè)梅蘭日蘭的小型斷路器。
三、高速公路隧道照明的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計
（一）改進分時間隔照明控制模式
一般的隧道照明供電控制模式是按照白天和夜間兩級模式予以供電控制，而這種控制模式存在嚴重的電能浪費現(xiàn)象。我們可以根據(jù)工程的實際情況予以討論，建立更為科學合理的多級照明控制方式，比如說可以采用白天、傍晚、夜間的三級控制模式，分別采用1、1/2、1/3的照明方式，既滿足不同時段交通量的使用要求又達到節(jié)電的效果，從而降低公路隧道的運營成本。
?。ǘ┰谒淼勒彰鞯脑O(shè)計規(guī)劃中應該考慮節(jié)能問題
在隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計中，通常入口段和出口段燈具的密度和照度最大，中間段最小，而中間段燈具布設(shè)長度一般最大，其他各段燈具的布設(shè)長度根據(jù)隧道實際長度和實際要求的不同而有所不同，根據(jù)《公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范》的設(shè)計要求，隧道照明的設(shè)計應考慮車流量、車速和內(nèi)外亮度三個因素。比如入口段照明通常由基本照明和加強照明兩部分組成，前者的燈具布置同中間段照明相似，后者的加強照明采用功率較大的燈具。由于洞外日光的投射進去，可利用作為入口段加強照明的部分，參照設(shè)計規(guī)范，可將離洞口1Om以內(nèi)的加強照明燈具予以省略。按照規(guī)范要求，隧道長度超過1O0m就要設(shè)置照明設(shè)施，當隧道里安裝照明燈具時，如按照全年最大照度設(shè)計，單從洞外亮度這一指標分析，只要天氣不是晴天，洞內(nèi)亮度就是多余的，長時間勢必造成電能的極大浪費。所以要把隧道內(nèi)各段照明的長度和照度設(shè)計成能夠根據(jù)實際要求（如洞外亮度）不斷調(diào)整變化，動態(tài)地實現(xiàn)對各段燈具照明的自動控制，才能從根本上杜絕隧道照明能源的浪費，并提高行車安全系數(shù)。
?。ㄈz查隧道配電設(shè)施，保障電路暢通，提高電能的利用率
一個完整的隧道機電系統(tǒng)對確保隧道良好的通行環(huán)境，及早發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)事故及災害，提高隧道的運營管理水平，確保交通舒適與行車安全具有重要的作用。
隨著新建的高速公路隧道配置的設(shè)備系統(tǒng)功能更加完善，運行更加穩(wěn)定，高速公路隧道機電系統(tǒng)的構(gòu)成應滿足操作簡單、經(jīng)濟實用、先進可靠、可擴展、易維護的原則，要提高隧道運營自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化水平，使隧道管理人員能夠及時、準確、全面地了解隧道及機電設(shè)備的運行情況，以便更加科學、合理、有效地進行隧道運營管理服務(wù)。
四、結(jié)語
總之，通過金麗溫高速公路金華段隧道群各照明區(qū)段的照明亮度要求對照明光源的選擇和控制系統(tǒng)開展研究，使用LED燈為國家高速公路隧道照明節(jié)能提供了切實可行的技術(shù)與控制手段，使用LED進行高速公路隧道照明時顯著的節(jié)能效益，達到節(jié)約了電力能源，降低了運營成本的目的，希望能夠為類似工程提供借鑒。
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