高速公路隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)及優(yōu)化
摘要：高速公路隧道運(yùn)營(yíng)是保障高速公路行車(chē)安全的重要舉措。文章結(jié)合某實(shí)際工程，對(duì)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(jìn)行了優(yōu)化，選用LED 光源、改進(jìn)隧道各區(qū)段照明設(shè)計(jì)，采用自動(dòng)實(shí)時(shí)控制方式等節(jié)能降耗的策略，旨在降低運(yùn)營(yíng)成本，減少能耗。
近些年，隨著我國(guó)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(chē)輛安全通行的同時(shí)也使得隧道照明運(yùn)營(yíng)開(kāi)支居高不下。近年來(lái)，LED以其低能耗高效率的特點(diǎn)，在照明行業(yè)正得到廣泛的應(yīng)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(lái)越大。作為光源，LED的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面：節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命。LED不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光，能量轉(zhuǎn)換效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，相比熒光燈，LED也可以達(dá)到50%節(jié)能效果。研究如何在基于交通流量、行車(chē)速度、可視度、駕駛員視覺(jué)特性基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈具合理的智能照明無(wú)級(jí)控制，這對(duì)提高隧道照明質(zhì)量，降低能耗與隧道運(yùn)營(yíng)成本，營(yíng)造安全舒適的隧道行車(chē)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(gè)隧道，分別是：水坑隧道（長(zhǎng)度為405m）、黃埔坑隧道（長(zhǎng)度為157m）、黃塢壟隧道（長(zhǎng)度為565m）、黃家壟隧道（長(zhǎng)度為360m）、焦巖隧道（長(zhǎng)度為470m）、白陽(yáng)山隧道（長(zhǎng)度為477m）。隧道單洞：凈寬10.75m，限界凈高5m；設(shè)計(jì)車(chē)速：80km/h（即按100m停車(chē)視距標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）。
根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和招標(biāo)文件要求，本次改造工程按隧道內(nèi)行車(chē)速度80公里/小時(shí)對(duì)水坑隧道、黃塢壟隧道、黃家壟隧道、焦巖隧道、白陽(yáng)山隧道等5個(gè)隧道的基本段中排照明燈設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)、購(gòu)置、安裝、測(cè)試、開(kāi)通、保修、培訓(xùn) 、提供資料等服務(wù)。
二、隧道照明系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
本次照明改造系統(tǒng)為三級(jí)負(fù)荷，采用《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ026-90）設(shè)計(jì)，照明標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合隧道通行能力B級(jí)——80公里/小時(shí)車(chē)速，主要設(shè)備采用最新頒布的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或能代表最新先進(jìn)水平的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)。
?。ㄒ唬┓旨?jí)照明
隧道照明分段為：入口段、適應(yīng)段、過(guò)渡段、基本段、出口段，使入口區(qū)亮度逐級(jí)降低到基本段的亮度要求，同樣，為使司機(jī)的眼睛盡快適應(yīng)光線由弱變強(qiáng)，出口段也設(shè)有加強(qiáng)照明。本次照明改造工程為中間段（也稱(chēng)基本段）照明改造，因此，沒(méi)有基本段的隧道就不需要改造，如黃埔坑隧道（長(zhǎng)度為157米）。
（二）照明控制
新加裝的LED燈組成一個(gè)回路，由加裝在夜間照明箱內(nèi)的控制回路進(jìn)行控制亮燈，并且與箱內(nèi)的PLC控制器進(jìn)行連接，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。原有中排高壓鈉燈（僅限基本段）組成一個(gè)回路，通過(guò)加裝開(kāi)關(guān)箱進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)關(guān)的第二級(jí)控制，達(dá)到是否接通回路的目的，而是否亮燈，則由原來(lái)的白天/夜間照明控制回路進(jìn)行控制。
?。ㄈ┱彰髋涔?/font>
原設(shè)計(jì)洞內(nèi)燈具采用250W、150W二種，根據(jù)隧道長(zhǎng)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(xué)數(shù)據(jù)為依據(jù)，已滿足下列指標(biāo)：入口段白天照明平均亮度：80cd/㎡；適應(yīng)段白天照明平均亮度：50cd/㎡；過(guò)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(yīng)大于4.5cd/㎡。[!--empirenews.page--]
?。ㄋ模┲饕O(shè)備、材料選型
1.LED燈。LED燈具是本次改造項(xiàng)目的重要設(shè)施，根據(jù)圖紙及招標(biāo)文件規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)、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(shí)尚等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種隧道、收費(fèi)站、加油站、廠房、賣(mài)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)、廣場(chǎng)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(yùn)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(guò)技術(shù)升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)隧道照明的自動(dòng)化管理。隧道照明控制的自動(dòng)化管理的前提是：利用成熟可靠的計(jì)算機(jī)、通訊網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)控制技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)全線照明回路的控制，達(dá)到提高高速公路的生產(chǎn)管理自動(dòng)化水平，減輕高速公路管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性目的。開(kāi)關(guān)箱：采用（下轉(zhuǎn)87頁(yè)上接34頁(yè)）金華市一開(kāi)電氣成套設(shè)備廠，該箱由于只起第二級(jí)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(jì)
?。ㄒ唬└倪M(jìn)分時(shí)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(jí)模式予以供電控制，而這種控制模式存在嚴(yán)重的電能浪費(fèi)現(xiàn)象。我們可以根據(jù)工程的實(shí)際情況予以討論，建立更為科學(xué)合理的多級(jí)照明控制方式，比如說(shuō)可以采用白天、傍晚、夜間的三級(jí)控制模式，分別采用1、1/2、1/3的照明方式，既滿足不同時(shí)段交通量的使用要求又達(dá)到節(jié)電的效果，從而降低公路隧道的運(yùn)營(yíng)成本。
?。ǘ┰谒淼勒彰鞯脑O(shè)計(jì)規(guī)劃中應(yīng)該考慮節(jié)能問(wèn)題
在隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)度一般最大，其他各段燈具的布設(shè)長(zhǎng)度根據(jù)隧道實(shí)際長(zhǎng)度和實(shí)際要求的不同而有所不同，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求，隧道照明的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮車(chē)流量、車(chē)速和內(nèi)外亮度三個(gè)因素。比如入口段照明通常由基本照明和加強(qiáng)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(qiáng)照明采用功率較大的燈具。由于洞外日光的投射進(jìn)去，可利用作為入口段加強(qiáng)照明的部分，參照設(shè)計(jì)規(guī)范，可將離洞口1Om以?xún)?nèi)的加強(qiáng)照明燈具予以省略。按照規(guī)范要求，隧道長(zhǎng)度超過(guò)1O0m就要設(shè)置照明設(shè)施，當(dāng)隧道里安裝照明燈具時(shí)，如按照全年最大照度設(shè)計(jì)，單從洞外亮度這一指標(biāo)分析，只要天氣不是晴天，洞內(nèi)亮度就是多余的，長(zhǎng)時(shí)間勢(shì)必造成電能的極大浪費(fèi)。所以要把隧道內(nèi)各段照明的長(zhǎng)度和照度設(shè)計(jì)成能夠根據(jù)實(shí)際要求（如洞外亮度）不斷調(diào)整變化，動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)對(duì)各段燈具照明的自動(dòng)控制，才能從根本上杜絕隧道照明能源的浪費(fèi)，并提高行車(chē)安全系數(shù)。
（三）檢查隧道配電設(shè)施，保障電路暢通，提高電能的利用率
一個(gè)完整的隧道機(jī)電系統(tǒng)對(duì)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(zāi)害，提高隧道的運(yùn)營(yíng)管理水平，確保交通舒適與行車(chē)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(yùn)行更加穩(wěn)定，高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)滿足操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、先進(jìn)可靠、可擴(kuò)展、易維護(hù)的原則，要提高隧道運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化水平，使隧道管理人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解隧道及機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況，以便更加科學(xué)、合理、有效地進(jìn)行隧道運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)。
四、結(jié)語(yǔ)
總之，通過(guò)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(duì)照明光源的選擇和控制系統(tǒng)開(kāi)展研究，使用LED燈為國(guó)家高速公路隧道照明節(jié)能提供了切實(shí)可行的技術(shù)與控制手段，使用LED進(jìn)行高速公路隧道照明時(shí)顯著的節(jié)能效益，達(dá)到節(jié)約了電力能源，降低了運(yùn)營(yíng)成本的目的，希望能夠?yàn)轭?lèi)似工程提供借鑒。
下載文檔
