隨著(zhù)中國經(jīng)濟的發(fā)展，中國高速公路也越來(lái)越多，同時(shí)隧道的比例也越來(lái)越高，隧道照明的費用也是逐年增加。越來(lái)越多的隧道照明，使隧道照明的運營(yíng)成本也越來(lái)越高，如何在保證車(chē)輛安全行駛的前提下，盡可能地節紙費用并降低運營(yíng)成本是一個(gè)重要的問(wèn)題。

一、設計參數的節能調整

設計是工程的根本，準確合理地采用設計參數，能避免較大的能源浪費，是非常有效的節能途徑之一。我國高速公路建設起步較晚，隧道照明節能設計中的措施與高速公路的飛速發(fā)展極不適應，大多數的隧道照明設計都存在過(guò)度設計問(wèn)題，設計出的隧道照明系統設計值偏大、保守，對此，我們從設計上就著(zhù)手考慮合理的節能。

1.1 選取合適的洞口亮度

一公里的隧道，其加強照明的總功率，約占整個(gè)隧道照明功率的70%，而加強照明設計取決于洞外亮度L20(S)，因此洞外亮度L20(S)是隧道照明系統的設計基準之一，洞外亮度L20(S) 的正確設定，對工程投資和運營(yíng)電費都有極大的影響。在隧道照明設計階段，隧道洞外亮度L20(S)在多數情況下無(wú)法實(shí)測得到，一般按查表法獲取洞外亮度L20(S) 值。查表獲取的洞外亮度L20(S) 值與實(shí)際值存在很大的偏差。根據《公路隧道通風(fēng)照明的設計規范》要求，當土建施工的隧道洞口成型后，設計人員應對洞外亮度L20(S)進(jìn)行實(shí)測，設計的L20(S) 值與實(shí)際值誤差大于±25%時(shí)，必須對設計的值進(jìn)行修正。但在實(shí)際工程設計中很少做到，基本上洞外亮度L20(S)以4000cd/m2取值。為此，2005年8月起，我們組織聯(lián)合課題組歷時(shí)半年對公路隧道照明基本設計參數進(jìn)行研究。

課題研究主要包括5個(gè)方面內容：

（1）洞外亮度值傳統測試方法分析；

（2）利用數碼照片進(jìn)行洞外亮度測試研究；

（3）隧道洞口段自然光利用研究；

（4）隧道洞外亮度數據庫的編制與應用；

（5）對實(shí)體工程照明設計優(yōu)化及建議。

通過(guò)測試和研究得出，目前福建省高速公路山區高速公路隧道洞口亮度的取值采用端墻式洞口取值為3500 cd/m2，削竹式洞口亮度取值為3000cd/m2進(jìn)行隧道照明設計，引入端利用自然光后可以減少隧道入口照明燈具，優(yōu)化后的照明設施和運營(yíng)費用比原設計節約10%-15%，并且該結果在隨后的高速公路的設計得到推廣和應用。

1.2 根據流量調整基本段的亮度，分期實(shí)施照明系統

隧道基本段照明可根據時(shí)間、交通流量等信息，合理控制照明的運行和停止。在早期的隧道照明設計中，均采用的車(chē)流量大于2400輛/小時(shí)來(lái)設計的，但是在實(shí)際的統計中，我省高速公路絕大部分車(chē)流量都小于2400輛/小時(shí)，特別在山區的高速公路其車(chē)流量遠遠小于700輛/小時(shí)，因此造成建設資金和運營(yíng)費用的大量浪費。通過(guò)調查統計得出近期內福建省高速公路隧道（除沿海高速公路外）車(chē)流量都相對較小，大多數日平均流量小于100輛/小時(shí)，中遠期車(chē)流量在700到2400輛/小時(shí)之間，因此在對隧道照明設計時(shí)，采用配電線(xiàn)路一次設計，變電設備和照明設備分期實(shí)施原則，從而達到安全節能的目的。目前福建山區高速公路隧道的照明系統按交通量小于700輛/小時(shí)來(lái)實(shí)施，在滿(mǎn)足行車(chē)安全的條件下大大節省了建設和運營(yíng)的費用。

2線(xiàn)路上的節能措施

2.1 增設自動(dòng)調壓設備

在上世紀在90年代的初期，在照明系統上興起一種調壓節能的方式，當時(shí)主要針對農網(wǎng)電壓不穩定的情況，即通過(guò)在線(xiàn)路上設置一限壓或穩壓設備，使高壓鈉燈工作在220V以下，同時(shí)利用高壓鈉燈的光通和電壓的非線(xiàn)性，將電壓適當降低到200V, 基本保持保持一定的光通，達到一定的節能效果。該方式在業(yè)界也有一定的爭議，高壓鈉燈工作在220V的額定電壓的下，其效果最高，燈具的工作狀態(tài)最好，改變燈具的工作電壓，是否節能，

要看在具體的電網(wǎng)環(huán)境；增設的調壓設備，自身的功耗，也是考慮的一大重要因素。

自動(dòng)調壓設備主要采用可控硅調壓和自耦調壓兩種方式�？煽毓枋莻鹘y的電力電子器件,后來(lái)開(kāi)始應用到道路照明的節能上，采用可控硅斬波原理，通過(guò)控制晶閘管的導通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低輸出電壓的平均值，達到控壓節電目的，但其缺點(diǎn)是可控硅交流調壓會(huì )產(chǎn)生高次諧波和線(xiàn)路震蕩,降低燈泡壽

命,還會(huì )產(chǎn)生電力污染。

自耦調壓是通過(guò)一個(gè)自耦變壓器機芯，根據輸入電壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低或升高5V、1OV、15V、20V等幾個(gè)檔，克服了可控硅調壓產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現了電壓的正弦波輸出，結構和功能都很簡(jiǎn)單，可靠性也比較高，但是由于其核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器，變壓比是固定的，當電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，調控裝置的輸出電壓也會(huì )上下波動(dòng)，這樣照明的工作電壓仍處在不穩定波動(dòng)狀態(tài)，還有當設備損壞時(shí)有可能會(huì )造成電壓過(guò)高導致燈具大面積燒壞。

2.2 中壓隧道中壓供電

在早期高速公路長(cháng)隧道的供電方式大體上均采用在隧道兩端設立獨立的變電站，由兩端向隧道供電，當隧道長(cháng)度較長(cháng)（超過(guò)2000米）時(shí)，這種低壓長(cháng)距離供電，線(xiàn)損較大，末端電壓也將會(huì )受到很大的影響，為了保證供電質(zhì)量和降低損耗，往往需要選擇截面積很大的電纜進(jìn)行供電，無(wú)疑會(huì )增加了大量的投資。福建高速公路的長(cháng)隧道多，如果采用傳統供電模式，將產(chǎn)生巨大的投資，同時(shí)在實(shí)際運營(yíng)中，低壓電纜經(jīng)常性的被盜。針對福建高速公路的特點(diǎn)，自2003年起對高速公路供配電系統進(jìn)行了不斷的技術(shù)攻關(guān)，并吸收了國內外先進(jìn)的中壓供電技術(shù)，從2004年開(kāi)始在新建的高速公路上采用了將10kV中壓引入隧道且結合地埋式變壓器應用的供電模式，保證了隧道長(cháng)距離供電的需求，成功地解決了長(cháng)隧道供電的問(wèn)題，同時(shí)采用中壓供電，可節省大量的建設資金，降低了線(xiàn)纜的損耗。

3燈具布設的措施

在設計規范中，中間段燈具的布設方式有中線(xiàn)布置、兩側交錯布置和兩側對稱(chēng)布置等三種形式。早期的高速公路隧道照明設計中，中間段燈具布設方式采用中線(xiàn)布置和雙側對稱(chēng)布設兩種方式，中線(xiàn)布設效率最高，但是維護不便，需要封閉整座隧道才能進(jìn)行，對高速公路通行影響很大；雙側對稱(chēng)布設需要兩側都鋪設線(xiàn)纜，燈具密度大，造成建設資金的增加，也加大了運營(yíng)維護的費用。通過(guò)了大量的研究、燈具配光計算和試驗，在新建的高速公路隧道照明中采用新型的布燈方式：?jiǎn)蝹炔紵舴绞�。此種布設比中線(xiàn)布設方式好維護，只需封閉單個(gè)車(chē)道即可進(jìn)行維護作業(yè)；與雙側布燈相比，可節省一半的線(xiàn)纜，并且減少了燈具的布設密度，大大節省了建設和運營(yíng)的費用。單側布燈會(huì )存在路面照度不很均勻情況，通過(guò)了現場(chǎng)的實(shí)際檢測，單側布燈路面照明均勻度尚能滿(mǎn)足規范的要求。但單側布燈也存在著(zhù)光通利用率不高的問(wèn)題，從設計規范上看，隧道照明的重點(diǎn)在路面及隧道壁2米以下，而2米以上的空間不做要求，高壓鈉燈的單側布燈，應受限于燈具的配光曲線(xiàn)，較大一部分光照射到2米以上的空間，通過(guò)觀(guān)察、研究以及人群的調查，總結中間布燈、雙側布燈、單側布燈的優(yōu)缺點(diǎn)，目前修改為中間偏右的方式。

4燈具的節能措施
4.1 采用高壓鈉燈電子整流器

高壓鈉燈是高強度放電燈中的一種，其具有極好的光效（120lm/W）和合適的光波長(cháng)，但是，傳統高壓鈉燈采用的電感式鎮流器存在功率因數低和自身?yè)p耗大的缺點(diǎn)，嚴重影響高效光源的利用，雖然各高壓鈉燈均采用了電容補償，但由于補償電容的壽命都短于燈具的壽命，且當電容失效時(shí)不影響燈具的工作，在通車(chē)的隧道特殊環(huán)境中，不易發(fā)覺(jué)電容效。大量低功率因數電器的使用，對電網(wǎng)造成污染，電能得不到充分利用。

電子整流器技術(shù)還不完全成熟，特別在高速公路隧道這種惡劣的環(huán)境下，存在問(wèn)題更多，因此到目前為止依然難以在我省高速公路隧道照明中得到大規模的推廣應用。

4.2 采用電磁感應無(wú)極燈

無(wú)極燈是近幾年國內外電光源界著(zhù)力研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品，綜合了電子學(xué)、等離子學(xué)、磁性材料學(xué)等領(lǐng)域最新科技成果。它通過(guò)以高頻感應磁場(chǎng)的方式將能量耦合到燈泡內，使燈泡的氣體雪崩電離形成等離子體，等離子體受激發(fā)原子返回基態(tài)時(shí)自發(fā)輻射出254nm的紫外線(xiàn)，燈泡內壁的熒光粉受紫外線(xiàn)激發(fā)而發(fā)出可見(jiàn)光。它與傳統高壓鈉燈光源最大的不同之處在于無(wú)電極、壽命長(cháng)（50000小時(shí)）、光衰低、恒功率輸出，可大大節省維護費用。此外，無(wú)極燈可采用智能控制技術(shù)，實(shí)現自身調光控制。

經(jīng)過(guò)了幾年實(shí)踐總結，筆者認為無(wú)極燈壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)更大于節能的意義，從光學(xué)指標上看，無(wú)極燈的光效尚低于高壓鈉燈，在實(shí)測中無(wú)極燈的照度也低于高壓鈉燈。當然，目前在學(xué)術(shù)上還有白光照明和高壓鈉燈照明對人眼視覺(jué)影響的爭議，主要在測試的照度儀表和人眼瞳孔所接受照度的差異，我們也在對白光照明在隧道中的應用做進(jìn)一步的研究。目前我們認為無(wú)極燈適用于應急燈、緊急停車(chē)帶、橫洞等。

經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗和調查，無(wú)極燈作為白光照明，不適用于隧道入（出）口段的加強照明，隧道口采用無(wú)極燈并不能有效的消除黑洞效應。無(wú)極燈也不適用于短隧道的基本照明。

4.3 采用LED照明燈具

LED作為一種新型光源, 具有壽命長(cháng)、發(fā)光效率高、功耗低、啟動(dòng)時(shí)間短、顯色指數高、工作溫度低、方向性好、工作電壓低、無(wú)紫外輻射、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在一些照明領(lǐng)域應用。隧道照明應用新型LED隧道燈具有其他燈源無(wú)法比擬的優(yōu)勢，LED做為半導體照明，雖然目前工程應用中的芯片光效還達不到高壓鈉燈的光效，但其定向性強，燈具光通利用率高，特別在隧道應用中，較好的將照明的重點(diǎn)控制在路面及隧道壁2米以下，帶來(lái)了很大的節能的空間，目前在國內已經(jīng)有部分隧道照明工程使用了LED隧道燈。

雖然，LED照明燈具存在一些問(wèn)題，但LED照明是節能照明的發(fā)展方向，隨著(zhù)芯片技術(shù)發(fā)展和成本的進(jìn)一步下降，特別是隧道白光照明理論的深入研究，LED隧道照明將會(huì )在高速公路隧道照明中得到更廣泛的應用。

5 控制措施

在高速公路長(cháng)隧道都設有隧道洞口加強照明閉環(huán)控制系統，其結構為：在隧道的洞外設置亮度檢測設備，在入口段設置照度檢測洞內照度，檢測設備自動(dòng)檢測洞內外光亮度值，由本地控制器上傳送入監控分中心計算機，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生控制方案，并將控制指令下傳到本地控制器，由本地控制器控制照明驅動(dòng)單元執行，別控制相應的照明回路。這種動(dòng)態(tài)的控制可達到既安全，又可節能。

但該系統在照明控制中沒(méi)得到很好的應用，一方面，在建設階段，洞口加強照明閉環(huán)控制系統均通過(guò)簡(jiǎn)單的設置閥值以達到控制目的，但實(shí)際應用中，由于種種的邊界因素，是要通過(guò)較長(cháng)時(shí)間的洞口環(huán)境調查，建立一定的數學(xué)模型，才可實(shí)現適用的控制。目前在控制系統的建設實(shí)施階段，基本做不到上述的程度，運營(yíng)中，系統適用差，營(yíng)運人員都轉為時(shí)間控制形式，因此系統長(cháng)期不用。另一方面，閉環(huán)控制系統中的亮度計和照度計設置在隧道洞口，其環(huán)境較差，特別是洞外的亮度計，常年風(fēng)吹雨曬，而且還會(huì )經(jīng)常性的雷擊，因此日常需要良好的養護和維修，但目前由于種種原因，養護總是不到位，實(shí)際運營(yíng)中基本上以時(shí)控或人控方式代替。

    由于隧道洞口照明的功率占隧道中功率的大部分，而運營(yíng)中洞口照明又要根據季節、時(shí)間、隧道朝向、氣候等因素調節，隧道照明的難點(diǎn)就在洞口照明，也是隧道節能的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

6 管理措施

良好的管理措施對隧道照明的節能起到相當大的作用，根據我們近十年的運營(yíng)經(jīng)驗，管理措施可歸納幾個(gè)方面：

（1）徹底了解和領(lǐng)會(huì )隧道照明的設計意圖和相關(guān)的規范要求；

（2）控制好隧道洞口照明是實(shí)現隧道照明節能的關(guān)鍵；

（3）基本照明應根據車(chē)流做合理的調整；

（4）制定合理的照明方案；

（5）隧道照明的燈具的清維護是隧道照明管理的重點(diǎn)，保證燈具較高的養護系數；

（6）定期批量更換光源，使照明光源運行在高效的工況�？傊�，通過(guò)對隧道照明系統進(jìn)行維護，使照明系統始終處于良好的工作狀態(tài)下，滿(mǎn)足隧道照明要求，達到管理上的節能。

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