亢若伏

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，云南 昆明 650011）

1 概述

近年來，我國的公路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，全國各地的高速公路建設(shè)項目日益增多，其中，隧道耗電占高速公路運營中的很大一部分，在實際營運中電能的浪費十分嚴重，營運過程中為了節(jié)約電能產(chǎn)生了照明與行車安全和隧道監(jiān)控之間的矛盾等問題。在高速公路建設(shè)中采用隧道節(jié)能照明技術(shù)可以節(jié)約電能，降低運營成本，提高高速公路的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 隧道照明設(shè)計規(guī)范

根據(jù)國家《公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范》標準，對于長度超過100 m的隧道應(yīng)設(shè)計照明，照明設(shè)計的基本要求如下：

隧道分成入口段、過渡段、中間段、出口段等部分，根據(jù)規(guī)范，各個段有其規(guī)定的最低亮度要求。

入口段亮度可按下式計算：

式中，Lth：入口段亮度，cd/m2；

K：入口段亮度折減系數(shù)，可根據(jù)規(guī)范查表取值；

L20（S）：洞外亮度，cd/m2；

過渡段由TR1、TR2、TR33個照明段組成，其中：

中間段的照明也根據(jù)規(guī)范查表取值，中間段照明只和車速、車流量有關(guān)，而和洞外亮度無關(guān)。

3 設(shè)計方案

長沙至重慶公路通道湖南境內(nèi)常德至吉首分為兩段：一段為常德至懷化段，簡稱常德懷化段；另一段為威爾懷化至吉首段，簡稱吉首段。

湖南省常德至吉首高速公路常德、懷化段隧道照明系統(tǒng)共包括郭家溪隧道、梅子譚隧道、鄧家灣隧道、地穆庵隧道、殿會坪隧道、牛兒埡隧道、清水沖隧道、土江沖隧道、朱良溪隧道、青龍尖隧道、青山崗隧道、豆子坪隧道、櫻桃灣隧道等共計13個隧道的照明。隧道凈寬9.75 m，設(shè)計行車速度為80 km/h，凈高5.0 m。

隧道照明節(jié)能的應(yīng)用是在確保安全的前提下，實現(xiàn)隧道照明的有效節(jié)能。隧道照明取值與車速、車流量、洞外光照有密切的關(guān)系。

3.1 調(diào)整照明系統(tǒng)參數(shù)

為滿足遠期（至2020年）交通流量的需求，根據(jù)隧道內(nèi)水泥路面改瀝青路面的實際變化和當前節(jié)能降耗的社會需要，并滿足隧道內(nèi)照度指標，而合理調(diào)整照明參數(shù)。

3.1.1 洞外照度

原設(shè)計取值4 000 cd/m2，根據(jù)目前隧道路面和洞口的實際變化和現(xiàn)場實際測量平均值，調(diào)整后取值3 000 cd/m2。

3.1.2 入口亮度折減系數(shù)

根據(jù)《公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范JTJ 026.1－1999》的要求和入口亮度折減系數(shù)表，當交通流量為1 305輛/h，且行車速度為80 km/h；按照內(nèi)插法進行計算，入口段亮度折減系數(shù)計算如下：

（1 305－700）×（0.035－0.025）/（2 400－700）＋0.025＝0.029原設(shè)計文件取值0.035，調(diào)整后取值0.029。

3.1.3 入口段設(shè)計亮度

根據(jù)《規(guī)范》要求，調(diào)整后入口段亮度為：

原設(shè)計文件取值140 cd/m2，調(diào)整后取值87 cd/m2。

3.1.4 過渡段I設(shè)計亮度

根據(jù)《規(guī)范》要求，入口段亮度取值方式為：

原設(shè)計文件取值42 cd/m2，調(diào)整后取值26 cd/m2。

3.1.5 過渡段II設(shè)計亮度

過渡段II的亮度為Ltr2＝0.1Lth＝0.1×87＝8.7；取值為8.7 cd/m2。

原招標文件取值14 cd/m2，現(xiàn)調(diào)整后取值8.7 cd/m2。

3.1.6 基本段亮度折減系數(shù)

過渡段 III的亮度為 Ltr3＝0.035Lth＝0.035×87＝3.045；取值為3 cd/m2。

原招標文件取值4.5 cd/m2，現(xiàn)調(diào)整后取值3 cd/m2。

3.1.7 出口段設(shè)計亮度

根據(jù)《規(guī)范》要求，出口段亮度取值方式為：

出口段亮度為：2.9×5＝14.5 cd/m2，取值為14.5 cd/m2。

原設(shè)計文件取值22.5 cd/m2，調(diào)整后取值14.5 cd/m2。

3.1.8 亮度取值

根據(jù)以上計算，在原設(shè)計的基礎(chǔ)上對亮度指標進行了如下調(diào)整，調(diào)整指標如下：

入口亮度折減系數(shù)：原設(shè)計文件取值 0.035，調(diào)整后取值0.029。

入口段設(shè)計亮度：原設(shè)計文件取值140 cd/m2，調(diào)整后取值87 cd/m2。

過渡段I設(shè)計亮度：原設(shè)計文件取值 42 cd/m2，調(diào)整后取值 26 cd/m2。

過渡段II設(shè)計亮度：原設(shè)計文件取值14 cd/m2，調(diào)整后取值 8.7 cd/m2。

基本段設(shè)計亮度：原設(shè)計文件取值4.5 cd/m2，調(diào)整后取值2.9 cd/m2。

出口段設(shè)計亮度：原設(shè)計文件取值22.5 cd/m2，調(diào)整后取值14.5 cd/m2。

3.2 應(yīng)用節(jié)能設(shè)備

常吉高速公路短隧道數(shù)量多，燈具照明占很大比例，用電負荷較大，在建設(shè)期間考慮照明節(jié)能控制方案，才能保證隧道后期運營的經(jīng)濟性和社會效益。

3.2.1 節(jié)能控制裝置

由于燈具及設(shè)備用電負荷大，燈具用電量占主要，為了有效降低能耗，達到節(jié)能目標，圍繞節(jié)能降耗的原則，提出了增加照明節(jié)能裝置。

（1）電壓和照度的關(guān)系。氣體放電燈具需要一定的啟動電壓（220 V公稱電壓）和啟動時間（5～10 min），當氣體放電燈正常發(fā)光后，在燈具電壓允許的范圍內(nèi)，適當降低燈具兩端的工作電壓，燈具的功率會大幅度的下降，但照度不會隨著電壓的下降而成比例的下降，即照度變化不大的特點，適度的降壓，既保證了照明的質(zhì)量，又大幅度節(jié)約了電能消耗。人的生理特性：天暗以后，瞳孔放大，而過高的電壓容易產(chǎn)生眩光，人體感覺極不舒適。實驗數(shù)據(jù)表明，電壓每下降10%，光照度下降3%～5%。

（2）智能照明控制系統(tǒng)工作原理。智能照明控制系統(tǒng)工作原理見圖1。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)工作原理圖

其工作原理如下：

t0 to t1：從 200 V 起軟啟動：2 min 30 s′′。

t1 to t2：以慢斜坡方式升至220 V：5 min。

t2 to t3：燈具工作在220 V額定電壓下（電子穩(wěn)壓器）。

t3 to t4：發(fā)出“節(jié)能”指令，緩慢降至節(jié)能電壓水平：10 min。

t4 to t5：燈具工作在節(jié)能電壓下（185～195 V）。

t5 to t6：發(fā)出“節(jié)能關(guān)”指令，電壓升至額定電壓水平：10 min。

t6 to t7：設(shè)備在220 V穩(wěn)壓狀態(tài)下工作至關(guān)機。

3.2.2 節(jié)能燈應(yīng)用

目前，國內(nèi)隧道燈具多采用白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈等，大多存在光帶窄、能耗高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、壽命短等問題。目前，無極燈、LED燈等新產(chǎn)品引起了人們的日益關(guān)注。這些產(chǎn)品應(yīng)用于隧道照明，除滿足隧道對燈具光效、光通量、壽命及工作特性、光色、顯色性和配光控制難易程度等主要要求外，還能節(jié)約運行和維護成本，實現(xiàn)穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

在隧道洞口，引導(dǎo)路燈與隧道洞口的景觀需要考慮協(xié)調(diào)性，尤其是光源顯色性，高壓鈉燈發(fā)的光視覺偏黃，無極燈發(fā)的光與熒光燈發(fā)的光一樣，視覺效果偏白，感觀效果好。而且，無極燈的損壞率低，壽命長的特點，可以有效解決維護困難的場所，減少維護頻次和費用，節(jié)約今后的運營成本。因此，將路燈燈頭250 W高壓鈉燈調(diào)整為200 W無極燈，進一步降耗節(jié)能。

4 節(jié)能應(yīng)用測算

4.1 優(yōu)化照明參數(shù)和燈具的測算

本次工程原設(shè)計燈具功率合計1 783.25 kW，經(jīng)過降低照度等照明參數(shù)、更換無極燈等節(jié)能措施后，燈具減少33.42%（指隧道內(nèi)高壓鈉燈）；本次工程燈具功率合計為1 579.60 kW，功率減少了203.65 kW，功率降耗百分比為11.42%。同時相應(yīng)的運營費用也有較大幅度的降低，其中運營期間的電費將比原設(shè)計降低約9.13%，可年節(jié)省電費856 290.70元，節(jié)省燈具維護費用109 480元，照明優(yōu)化年節(jié)約費用總計965 770.70元，達到了節(jié)能降耗的目的。

其中，年節(jié)省電費＝功率降耗量×24小時×365天×0.75元×60%的開燈時間；

節(jié)省燈具維護費用＝節(jié)省燈具總數(shù)×40元/年套；

優(yōu)化年節(jié)約費用＝年節(jié)省電費＋節(jié)省燈具年維護費用。

每度電按0.75元計算。

4.2 增加照明節(jié)能控制裝置的測算

按照設(shè)計，整個常吉高速公路小隧道照明設(shè)備容量約1 595.69 kW，預(yù)計每年耗電1 378.9萬度左右（1 596 kW×24小時×30天×12月≈1 378.9萬度/年），以每度電0.75元計算，每年電費消耗約1 197萬元，按60%的時間開燈，電費支出1 197×60%＝712.8萬元，因此，在運營期間存在巨大的電費支出。

安裝隧道照明節(jié)能裝置后，其節(jié)電率在 20%～40%（節(jié)電率和燈具類型、燈具老化程度、線路饋電電壓等因素有關(guān)），以平均節(jié)電率為20%，每度電為0.75元計算，年平均節(jié)約電費為：

平均節(jié)電費＝年耗電費×0.75元×節(jié)電率20%（節(jié)電率按20%計算）＝1 197×20%＝206.8萬元

按以上的測算可知，整個常吉高速公路小隧道照明可節(jié)約近300萬元電費，效益相當可觀。

由于安裝智能照明調(diào)控裝置后，照明線路品質(zhì)得到明顯改善，同時大幅降低燈具損壞的故障發(fā)生率，由此而節(jié)約的維修費用也相當可觀。

5 結(jié)束語

由于科學地設(shè)置了照明參數(shù)、調(diào)整了燈具使用的方案、應(yīng)用新的節(jié)能燈具如無極燈和智能照明節(jié)電裝置等一系列措施，使得該隧道的照明系統(tǒng)產(chǎn)生了明顯的節(jié)電效益，預(yù)計高速公路開通運行時實際的節(jié)能率在20%以上，將給隧道運營方帶來巨大的經(jīng)濟效益，因此，隧道節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用前景和社會、經(jīng)濟價值非?？捎^。

［1］陳亮，陳卓，陶品.高速公路隧道照明節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2007（1）：123～125.

［2］包桂鈺.平定高速公路隧道照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用實踐［J］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2007（11）.

［3］陳曉陽.高速公路隧道照明光源及綜合節(jié)能系統(tǒng)研究［D］.華南理工大學，2010.