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甘肅省公路隧道照明節(jié)能的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
摘要：公路隧道照明是確保行車(chē)安全的重要環(huán)節(jié)，隧道照明系統(tǒng)是車(chē)輛能夠安全通過(guò)公路隧道的基本保障，如何在安全的基礎(chǔ)上降低運(yùn)營(yíng)成本，成為公路隧道照明設(shè)計(jì)共同關(guān)注的問(wèn)題。本文首先介紹了國(guó)內(nèi)公路隧道照明現(xiàn)狀，并結(jié)合甘肅省公路隧道照明實(shí)際情況，以宕昌(南河)至迭部二級(jí)公路改造工程為例闡述了隧道照明節(jié)能方案，實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行，又節(jié)約了運(yùn)行成本。
關(guān)鍵詞：公路;節(jié)能;隧道照明
一、概述
隨著我國(guó)公路的建設(shè)發(fā)展，隧道作為公路特殊路段，其行車(chē)安全尤為重要。為適應(yīng)車(chē)輛在駛?cè)�、通過(guò)、駛出隧道的過(guò)程中出現(xiàn)視覺(jué)變化，需要在隧道內(nèi)設(shè)置照明設(shè)施。公路隧道的合理照明是確保行車(chē)安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在整個(gè)公路隧道機(jī)電系統(tǒng)中，照明負(fù)荷所占比例約為30%，并且為保障隧道通行，照明設(shè)施需24小時(shí)運(yùn)行，成為公路運(yùn)營(yíng)中最大的開(kāi)支。隨著隧道里程數(shù)的迅猛增加，改善隧道照明環(huán)境并節(jié)能降耗已成為降低隧道運(yùn)行成本的重要研究課題。
二、我國(guó)公路隧道照明現(xiàn)狀
我國(guó)在隧道照明設(shè)計(jì)方面起步相對(duì)較晚，但也有相應(yīng)的要求和規(guī)范，例如《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1-1999)、《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70/2-01―2014)等。
目前我國(guó)公路隧道照明大多數(shù)采用高壓鈉燈(主要用于洞內(nèi)行車(chē)道照明)和熒光燈或無(wú)極燈(主要用于洞內(nèi)橫通道照和緊急停車(chē)帶)。隧道內(nèi)的照明控制方式一般采用人工控制，由相關(guān)隧道管理人員根據(jù)不同時(shí)段和環(huán)境，主觀決定燈具的開(kāi)關(guān)數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)照度，這樣既增加了前期投資，又提高了后期運(yùn)營(yíng)成本。
三、甘肅省內(nèi)公路隧道照明節(jié)能的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
3.1 依托工程
宕昌(南河)至迭部二級(jí)公路改造工程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)宕迭路)路線總長(zhǎng)144.61km(扣除斷鏈，不含九龍峽隧道改線路段，擬建九龍峽隧道方案路段長(zhǎng)4.36km)，總體走向由東向西。其中共有隧道7座。本項(xiàng)目中運(yùn)用隧道洞口車(chē)流量實(shí)時(shí)監(jiān)控與隧道內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)光相結(jié)合的照明模式，使得隧道內(nèi)照明根據(jù)車(chē)流量的不同，有無(wú)車(chē)量通行等條件，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，既實(shí)現(xiàn)了可靠運(yùn)行，又節(jié)約了運(yùn)行成本。
3.2 公路隧道照明節(jié)能設(shè)計(jì)
3.2.1 采用隧道專(zhuān)用LED燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)高壓鈉燈。在同等照明效率的情況下，LED光源比高壓鈉燈用電負(fù)荷大大降低。通過(guò)計(jì)算，45W的LED燈與100W的高壓鈉燈照明效率相當(dāng)，67W的LED燈與150W的高壓鈉燈照明效率相當(dāng)。LED單管采用直流驅(qū)動(dòng)，耗電量較小，可大幅度降低電費(fèi)60%左右，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果較高。由于LED燈具中不含汞、氙等有害元素，方便回收和利用，且不產(chǎn)生電磁干擾，環(huán)保效果較好。而普通燈管(如高壓鈉燈、鹵素?zé)舻?中含有汞、鉛等對(duì)人體有害的元素，若不進(jìn)行合理的回收處理，很容易對(duì)土地、水源造成污染。節(jié)能燈的電子鎮(zhèn)流器可產(chǎn)生電磁干擾，會(huì)影響其他電器正常運(yùn)作，且會(huì)對(duì)人體健康造成一定影響。
技術(shù)原理。發(fā)光二級(jí)管由P區(qū)、N區(qū)和兩者之間的勢(shì)壘區(qū)組成。當(dāng)在PN結(jié)兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合發(fā)光。
性能指標(biāo)。超長(zhǎng)壽命;節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、免維護(hù);光通量利用率高;LED采用直流低壓供電，安全可靠;固態(tài)封裝，屬于冷光源類(lèi)型;環(huán)保，沒(méi)用汞等有害物質(zhì)。
3.2.2 首次在我省采用無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)。宕迭路隧道在采用無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)后，功率因數(shù)、電源效率等技術(shù)指標(biāo)基本未受影響。LED光源的亮度調(diào)節(jié)是靠LED燈具自身亮度的變化而實(shí)現(xiàn)的，并不是通過(guò)開(kāi)關(guān)燈具改變發(fā)光間距，使得隧道內(nèi)的照明亮度依然能夠保持均勻，避免了傳統(tǒng)的調(diào)光方式(通過(guò)開(kāi)關(guān)燈具改變發(fā)光間距)而產(chǎn)生的“斑馬效應(yīng)”，進(jìn)而在節(jié)能降耗的同時(shí)也提高了行車(chē)安全，減少了燈具開(kāi)關(guān)次數(shù)，降低了對(duì)電源負(fù)荷的沖擊，延長(zhǎng)了燈具和電源的使用壽命。
無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)不僅能夠按照規(guī)定的調(diào)光控制模式進(jìn)行自動(dòng)控制，還還可以進(jìn)行人工控制，通過(guò)人工對(duì)各隧道、各區(qū)段的亮度進(jìn)行設(shè)置，可應(yīng)對(duì)各種突發(fā)性事件(如交通事故、火災(zāi)等)。
技術(shù)原理。本無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制系統(tǒng)采用的亮度控制方式為電壓控制電流源(即模擬信號(hào)控制電流平均值模式)。這種輸出電流可控型電源通過(guò)控制直流電壓信號(hào)使得輸出電流平均值發(fā)生變化，它將電流信號(hào)取樣并經(jīng)隔離放大，從而控制電源初級(jí)開(kāi)關(guān)管的占空系數(shù)，然后由隔離變壓器將不同占空系數(shù)的電能轉(zhuǎn)換為直流脈沖電流，最后經(jīng)低通濾波器濾波后，變?yōu)榇笮】呻S控制信號(hào)變化的直流電流，進(jìn)而控制該電源的輸出電流。
本系統(tǒng)中的控制單元通過(guò)接收車(chē)輛檢測(cè)器、光亮度檢測(cè)儀采集到的交通量、平均車(chē)速和洞外亮度等信息，然后按照預(yù)設(shè)的照明調(diào)光控制邏輯計(jì)算出隧道內(nèi)各區(qū)段的當(dāng)前亮度值，由LED無(wú)級(jí)調(diào)光照明控制器發(fā)出對(duì)應(yīng)的調(diào)光指令�？刂破鞲鶕�(jù)接收到的照明亮度調(diào)控命令，自動(dòng)對(duì)LED燈的輸出功率進(jìn)行調(diào)整。為了滿(mǎn)足實(shí)際公路隧道現(xiàn)場(chǎng)的照明控制需要，對(duì)調(diào)光照明控制器應(yīng)設(shè)置多路輸出接口。
性能指標(biāo)�？刂品奖�;系統(tǒng)安全可靠;節(jié)能經(jīng)濟(jì);環(huán)保;讓司機(jī)行車(chē)安全舒適。
3.2.3 首次在我省采用實(shí)時(shí)交通量檢控照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)采用先進(jìn)的車(chē)輛檢測(cè)、計(jì)算機(jī)控制和燈光技術(shù)，在車(chē)輛通過(guò)時(shí)進(jìn)行車(chē)輛的自動(dòng)檢測(cè)并設(shè)定燈光開(kāi)啟，確保車(chē)輛能夠安全通過(guò)隧道;在檢測(cè)到車(chē)輛駛離時(shí)及時(shí)關(guān)閉燈具，達(dá)到節(jié)能降耗、控制運(yùn)營(yíng)成本的目的。
技術(shù)原理。本系統(tǒng)由車(chē)輛檢測(cè)器、照明燈具、主控制器、照明控制器、控制總線等組成。首先，由車(chē)輛檢測(cè)器對(duì)當(dāng)前交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將當(dāng)前交通信息傳遞給主控制器;然后由主控制器根據(jù)接收到的信息生成相應(yīng)的照明開(kāi)關(guān)控制信號(hào);最后，利用控制總線對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行傳輸，通過(guò)照明控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的實(shí)時(shí)控制。
性能指標(biāo)。安全可靠;節(jié)能、經(jīng)濟(jì);環(huán)保。
四、結(jié)語(yǔ)
在現(xiàn)有的公路隧道照明設(shè)計(jì)中雖采用了新型燈具與先進(jìn)的控制系統(tǒng)，但仍有不足之處。如，LED燈具光通量有待提高，能量轉(zhuǎn)換效率不高，產(chǎn)品的一致性、可靠性有待提高;目前從事LED產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者也還沒(méi)有形成一定的系統(tǒng)化;實(shí)時(shí)交通量檢控照明控制系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了車(chē)來(lái)燈亮，車(chē)走燈熄;未對(duì)駕駛員視覺(jué)舒適性與照明燈具的開(kāi)關(guān)時(shí)間之間的定量關(guān)系進(jìn)行研究。隨著產(chǎn)品的不斷提升，以上問(wèn)題將進(jìn)一步深入的研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]張小琴，李習(xí)武，劉建，等.高速公路隧道照明節(jié)能設(shè)計(jì)[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.
[2]唐春.車(chē)輛感應(yīng)式隧道照明控制系統(tǒng)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2012.
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