浅谈高速公路隧道照明现状及节能方案

摘要:隧道运营中耗能较大、费用较高的照明系统如何实现节能,在国家提出的“节能降耗”基本国策的背景下日益受到关注。文章结合目前公路隧道照明系统的运营现状,分析了隧道照明系统存在的节能空间及相应对策,包括对设计参数的选用、新节能光源的应用等关键技术进行探讨。以期从根本上保证高速公路隧道运营安全和满足节能的要求。

关键词:高速公路;隧道照明;照明参数;无极灯;节能方案

近年来,随着高速公路网规划的实施,在高速公路建设快速推进的过程中,隧道特别是隧道群的建设成为各个隧道大省市一道别具一格的风景。据重庆交通科学研究院对隧道较多的广东、福建、浙江、重庆等地隧道管理部门进行的一项调查表明,照明费用已成为公路隧道运营一笔主要的开支,甚至是一笔沉重的负担。

一、         国内隧道照明现有控制方式及存在的问题

国内现有照明控制方式在实际运营中存在着相当大的电能浪费。为了保证车辆的安全通行,隧道照明系统的设计采用的是保守预估方法,即对洞外最大亮度和最高时速来确定隧道内各段的灯具功率和分布密度的。但在实际运营过程中,照明强度的需求一般远远小于设计值,因此照明系统的节能设计还是有很大的改进空间。

此外,在照明控制过程中,因线路布线回路的限制,能够实现照明自动控制的办法非常有限,一般只能做到2、3级人工或自动控制,对于天气、车速、车流量等实时变化的参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。因此,目前这种传统设计与使用的隧道照明系统存在着大量电能浪费问题。

二、         研究开发内容和技术关键

在隧道照明系统的密度及照度并不相同:在隧道中间段,照明的灯具密度和照度较小;而在出口和入口的位置,密度最大,照度也最高。隧道的实际要求和长度决定了中间段照明灯的长度,这点我国有明确设计规范。《公路隧道通风照明设计规范》中要求设计中要考虑两个因素:车流量和车速。综合上述因素,笔者认为车速、车流量和洞外亮度三个因素是隧道照明等设计的首要考虑因素。

一般来说,如果行车速度较快的隧道,在设计时要增加隧道入口和过度段的长度和照度,中间段和出口段也要随之增加。此外还要充分考虑车辆在通过隧道口时,车速会普遍下降30%多左右,这一点也会影响隧道照明的长度和亮度。

另外,车流量增加时,在隧道的各个路段,包括入口段、过度段、中间段、出口段等,照度都要增加。路面均匀度和纵向均匀度也会随之增加。如果车流量减小,照度要减小,路面均匀度和纵向均匀度也会随之也会降低。

洞外亮度也使影响洞内亮度设计的主要因素之一,洞外亮度与洞口的地理位置有关,同时还受天气状况影响。不同的天气状况会调解洞内入口段、过渡段、出口段的亮度。比如,如果遇到恶劣天气(雨天或大风的天气),还会影响洞外亮度,也会同时显著降低车速,前面的分析表明车速会直接影响隧道内各段照明的长度和照度。

通过对影响隧道照明设计的因素分析,节能方案可从设计参数、光源、灯具、控制等方面着手,在满足规范要求的前提下,采用先进的技术,从软件硬件方面着手实现隧道照明的节能。

(一)       设计参数

 洞外亮度是照明系统的设计基准之一,洞外亮度的正确设定,对工程投资和营运电费都有极大的影响。在其他条件(包括车速)相同的情况下,如洞外亮度设计参数为4000cd/m2与6000cd/m2,则设备费相差34%,年耗电量相差达30%。隧道洞外亮度在设计阶段一般按查表法获取,与实际值存在一定的误差。为了使设计参数更准确、更符合隧道的实际情况。需设计单位重新对各个隧道进行洞外亮度测试,以实测亮度为准,调整各个隧道相应的灯具数量和排列方式。

(二)       光源的选择

目前,国内隧道灯具多采用白炽灯、荧光灯、高压钠灯、低压钠灯等,大多存在光带窄、配光质量不够、能耗高、质量稳定性差、寿命短等问题。可以考虑选用其他新光源,该光源不仅需要满足隧道对灯具光效、寿命及工作特性、光色、显色性和配光控制难以程度等主要要求外,还能解决运营和维护成本,实现稳定经济运行。

(三)       道路照明的控制与管理

  采用智能化道路照明控制系统,能够根据不同区域的不同功能要求,在每天的不同时段、不同自然光照度或者不同交通流量情况下,按照特定的设置,实现对道路照明的动态智能化管理。

三、         实施方案、技术路线、组织方案

  在详细了解了现有高速公路的运行状况和节能产品及技术后,我们从三个方面来对隧道照明进行节能:

    首先,对各个隧道进行洞外亮度检测,以夏天阳光最烈为宜。根据每个隧道洞外亮度来决定洞内亮度。根据洞内亮度来决定入口加强段、基础段和出口加强段照明灯具的数量。

   其次,采用新型绿色照明――无极灯。目前无极灯在150W以下的产品已相当成熟,可以运用到工业上了。无极灯具有高光效、高显色性、长寿命、无颜闪、良好调光性能、可立即启动和再启动的特点,其电气性能优良,功率因素高达98%,在电源电压大范围变动(160~265V)下,输出稳定的光通量。

   在隧道照明基本段使用无极灯,替代过去隧道通常用的高压钠灯,不仅用作基本照明,还兼顾应急照明,而在隧道进出口,由于要求高,依旧选用高光效的高压钠灯。

第三,采用动态智能控制化系统,通过隧道监控单元获取隧道的实际信息,隧道监控单元将获得的隧道信息存储信息,然后连接各个设备获取洞外亮度、车速、车流量等实时信息,并将数据也存储在数据存储单元中;策略计算单元从数据存储单元中读取实时信息和隧道回路配置信息,计算出隧道照明控制方案并将其存储在数据存储单元中;数据采集处理单元读取计算出的控制方案并下发给节能器,节能器根据控制方案调节回路电压。

四、         结语

  高速公路节能照明设计还有很多研究可做,除本文讨论的合理的洞外亮度取值、高效节能灯具的选择和照明节能控制方法的运用外,还有其他多种节能设备方法可以应用。因此,高速公路业主应通过充分运用现代科技技术的进步来提高隧道照明质量,降低能耗,而不是通过降低设计标准来达到节能目的。

相关文章:1.照明环境的功能性

           2.浅谈如何加强道路照明工程的造价管理

菜单