盧 楨

(湖南省衡桂高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南衡陽 421001)

1 隧道照明系統(tǒng)概述

1)照明工程是高速公路不可分割的一部分,其不僅在功能上保障高速公路高效率,順暢運(yùn)營,同時(shí)在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國家地區(qū)高速公路建設(shè)水平乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。近幾年隨著國家拉動內(nèi)需對高速公路資金的大量投入,各地建設(shè)單位對高速公路建設(shè)水平要求越來越高,尤其在節(jié)能環(huán)保等新科技產(chǎn)品方面逐步向發(fā)達(dá)國家水平看齊。

2)隧道照明系統(tǒng)的組成。

隧道照明系統(tǒng)按設(shè)計(jì)規(guī)范要求分為入口段、過渡段、中間段、出口段、接近段減光設(shè)施、應(yīng)急照明、洞外引道照明。各段長度和照度根據(jù)車速及當(dāng)?shù)厮淼蓝赐饬炼冗M(jìn)行劃分制定,各段燈具的功率和燈具分布密度根據(jù)全年洞外最大亮度和最高行車時(shí)速進(jìn)行確定。在正常情況下,照明系統(tǒng)分三級進(jìn)行控制,第一級為照明的光強(qiáng)檢測值自動控制,第二級為照明的時(shí)序自動控制,第三級為手動控制。見圖1。

圖1 隧道的各區(qū)域和亮度要求情況

2 隧道照明節(jié)能技術(shù)

目前隧道燈具大多采用高壓鈉燈,但其使用壽命短,通常只有1.8萬h,且其在電壓高于一定數(shù)值時(shí),亮度幾乎不變,不能完全適應(yīng)電壓易波動的隧道應(yīng)用場合,以至考慮采用降壓設(shè)備達(dá)到節(jié)能的效果。電磁感應(yīng)無極燈是基于電磁感應(yīng)的原理;光效高,大于110 lm/W;可隨時(shí)立即啟動、可在低溫狀態(tài)下啟動(零下26℃)、發(fā)光平穩(wěn)且無頻閃;可用于交直流電源,是一款將燈泡與智能芯片結(jié)合,沒有電極,不用燈絲,集電、磁、光技術(shù)于一體,因?yàn)闆]有電極,所以不存在由于電極濺散或失效而造成燈壽命終止的可能,因此比傳統(tǒng)氣體放電光源的壽命長(見表1),壽命在60 000 h。長壽命不但能夠減少燈損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)使其維護(hù)更換的費(fèi)用大大減少,通車運(yùn)營的隧道,更換燈具困難,因此電磁感應(yīng)無極燈是比較理想的隧道照明光源。另外長壽命的光源可以減少制燈材料損耗,減少燈廢棄物對環(huán)境的污染,也是符合綠色環(huán)保的要求。

表1 常用燈具基本參數(shù)對比

2.1 無極燈主要技術(shù)指標(biāo)及工作原理

1)功率因素:無極燈的功率因素最高達(dá)到0.99以上。

2)諧波含量:無極燈的諧波含量達(dá)到國際的L級標(biāo)準(zhǔn),對公共電網(wǎng)的危害程度小。

3)電磁兼容:無極燈符合美國FCC標(biāo)準(zhǔn);是安全的電子電工產(chǎn)品。

4)全光譜:無極燈是完整光譜的類似日光的光源;物體色彩還原度高、逼真而飽和。

無電極熒光燈系統(tǒng)是基于電磁感應(yīng)的原理,使等離子體與電路磁力線耦合,利用套在燈管外面的一對鐵芯在燈管內(nèi)形成感應(yīng)電流,而不像普通熒光燈一樣,利用電極將外部的電能轉(zhuǎn)化為燈內(nèi)部工作所需要的能量。套在燈管外面的一對鐵芯的作用猶如變壓器的初級線圈,而閉合的燈管的作用猶如變壓器的次級線圈。電子鎮(zhèn)流器可根據(jù)需要,與燈管分開安裝。在接通電源后,電子鎮(zhèn)流器會產(chǎn)生大于1.5MHz以上工作頻率的交變電流,從而在放電區(qū)產(chǎn)生交流磁場。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,變化的磁場會在燈管內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使低壓汞和惰性氣體的混合蒸汽產(chǎn)生放電,輻射出253.7 nm的紫外線,再通過熒光粉轉(zhuǎn)化為可見光。

無極燈沒有電極,燈管部分不存在有易損元件,整個(gè)系統(tǒng)的壽命主要取決于電子鎮(zhèn)流器,所以這類燈的壽命非常長,可達(dá)到6萬h以上。特別適用于換燈困難、節(jié)約能源、節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用,以及對安全要求極高的重要場所。如隧道、交通復(fù)雜地帶、地鐵站、天花板很高的廠房、危險(xiǎn)地域照明、大廳、運(yùn)動場等。

無電極熒光故不受頻繁開關(guān)限制;方或長的幾何形狀可滿足不同燈具設(shè)計(jì)的需要;無極燈所用材料99.6%都可以循環(huán)再利用,特別符合環(huán)保的需要。

2.2 節(jié)能對比分析

見表2,表3。

表2 常用光源用電量計(jì)算

表3 無極燈光源用電量計(jì)算

3 邵懷高速隧道節(jié)能照明的應(yīng)用

湖南省邵懷高速公路全長約168 km,共設(shè)有14座隧道,其中1 km以上的隧道有4座,其中雪峰山隧道單洞長約7余km,如此大的隧道群照明燈具設(shè)計(jì)布置量也很大,因此對隧道照明的技術(shù)要求較高,對隧道照明的節(jié)能運(yùn)行和長壽命運(yùn)行有著非?？量痰囊?對照明燈具的布置和照明燈具的選擇特別需要重視。

雖然無極燈有壽命長,無頻閃,不會造成眼睛疲勞,顯色指數(shù)高于85,低眩光、光色度接近太陽光,啟動時(shí)間0.5 s,可重復(fù)啟動等特點(diǎn),但是目前無極燈壽命6萬h只是理論壽命,實(shí)際壽命還有待研究;再者無極燈“電子鎮(zhèn)流器”成本高,一只185W無極燈一旦損壞,全燈替換,成本高達(dá)300～500元/只,而鈉燈損壞,只需要更換一只40～60元的燈管。

邵懷高速為了對照明節(jié)能課題進(jìn)行深入研究,經(jīng)各方專家討論研究決定對大灣隧道、月溪隧道、雪峰山隧道、雞公界隧道采用綜合照明方案,即:

1)在大灣隧道、雪峰山隧道、雞公界隧道運(yùn)用高壓鈉燈作為入口段、基本段照明以滿足設(shè)計(jì)照度要求,運(yùn)用無極燈作為應(yīng)急照明以節(jié)省能源。若采用普通熒光燈作應(yīng)急燈光源,由于普通熒光燈的發(fā)光效率僅為無極燈的一半,而普通熒光燈達(dá)不到規(guī)范對應(yīng)急照明的照度要求,更達(dá)不到正常時(shí)作為基本照明的照度要求,只能通過增加應(yīng)急燈的數(shù)量,縮短其間距,同時(shí)還需在應(yīng)急燈處加裝一盞光效高的其他氣體放電燈,才能滿足照度要求,邵懷高速公路為此還需增加大量的投資。此外,若采用高壓鈉燈作為應(yīng)急燈的光源燈,斷電時(shí),應(yīng)急高壓鈉燈會出現(xiàn)短暫熄滅,無法滿足斷電時(shí)規(guī)范對應(yīng)急燈不間斷供電的要求。為此采用100W無極燈,作為隧道的應(yīng)急照明燈,該燈光效高(80 lm/W,接近高壓鈉燈的光效),正常時(shí)可作為基本照明燈使用,滿足照度要求。同時(shí),克服了高壓鈉燈的斷電間隙問題,滿足應(yīng)急燈的不間斷供電要求。

2)在月溪隧道運(yùn)用分布式UPS供電方式的低壓鈉燈作為應(yīng)急照明燈具以節(jié)省能源和便于供電控制。

近幾年隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對能源能需求也越來越高,乃至2004年度全國有24個(gè)省市區(qū)嚴(yán)重缺電,歷來黨中央、國務(wù)院將節(jié)約資源作為基本國策,2008年4月1日《節(jié)能法》開始實(shí)施。目前我國的照明用電約占社會總用電量的12%,隨著高速公路的不斷發(fā)展和特長隧道的不斷出現(xiàn),對節(jié)能技術(shù)及節(jié)能燈具的需求將越來越高,為此如何設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)能的照明系統(tǒng),還需認(rèn)真研究與思考。