李海文

摘 要：在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的現(xiàn)階段，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的重視程度也越來(lái)越高，且我國(guó)政府已經(jīng)將控制溫室氣體的排放放在了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的總體規(guī)劃工作當(dāng)中，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。然而，在城市化建設(shè)進(jìn)程不斷深入的當(dāng)下，隧道照明能耗較為嚴(yán)重，照明節(jié)能措施顯得單一。文章對(duì)城市隧道照明節(jié)能設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的統(tǒng)一而建言獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：城市隧道；照明設(shè)計(jì)；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）06-0004-02

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的逐漸深入，大量的隧道也不斷的投入運(yùn)營(yíng)，作為城市交通中的重要工程，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用；然而，隧道作為能源消耗的主要方面，再加之人們節(jié)能減排意識(shí)的提高，使得城市隧道照明節(jié)能的重要性和緊迫性被越來(lái)越多的人所重視，我國(guó)城市隧道照明節(jié)能工作正面臨著新的形勢(shì)和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這種情況之下，如何徹底解決城市隧道照明設(shè)計(jì)中存在的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，是城市實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展中需要解決的實(shí)際問(wèn)題。

1 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選擇

1.1 整體結(jié)構(gòu)的平衡性

城市隧道照明系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，要想實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，首先應(yīng)該保證系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的平衡性和合理性；在對(duì)城市照明系統(tǒng)中的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)允許的條件下，對(duì)高壓電源的引入點(diǎn)進(jìn)行合理的確定，對(duì)變電所的位置要合理的布置，盡可能的避免因電源引入點(diǎn)和變電所數(shù)量過(guò)多而引起的能耗增加問(wèn)題；另外，在對(duì)城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的時(shí)候，要嚴(yán)禁出現(xiàn)虎頭蛇尾的狀態(tài)，必須要對(duì)每個(gè)設(shè)備的具體容量進(jìn)行仔細(xì)的核實(shí)，對(duì)所需要的系數(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的確定，并在確定總負(fù)荷的前提下，平衡遠(yuǎn)期容量備用率和變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率，從而避免能源的浪費(fèi)。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性

加強(qiáng)照明是城市隧道照明節(jié)能中的重要環(huán)節(jié)。通常情況下，加強(qiáng)照明的功率要占據(jù)到整個(gè)隧道照明功率的60%～80%，具體數(shù)值是根據(jù)隧道的長(zhǎng)短來(lái)決定的。按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，加強(qiáng)照明中的平均亮度需求值主要是由洞外亮度L20所決定的，由于其在正常情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量，但一般的取值是在 4 000～5 000 cd/m2的范圍當(dāng)中，使得優(yōu)化后的照明和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用節(jié)省了15%～20%。

交通流量是決定隧道基本段照明亮度需求值Lin的主要因素，在一般情況下是按照車流量>2 400輛/h的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際中，一些城市公路的初期車流量要較標(biāo)準(zhǔn)值小很多，特別是在山區(qū)環(huán)境之中，其車流量甚至達(dá)不到700輛/h，使得能源出現(xiàn)嚴(yán)重浪費(fèi)；因此，建議隧道基本段的亮度要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行節(jié)能取值，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用“一次設(shè)計(jì)，分期實(shí)施”的措施，以降低能源消耗量。

2 土建階段的輔助設(shè)施

為城市公路隧道照明亮度曲線示意圖，如圖1所示，可知隧道入口段的亮度和洞外的亮度之間是正比例的關(guān)系，因此需要采取必要的措施去降低洞外的亮度，從而降低入口段的照明亮度，進(jìn)而降低燈具照明功率。在隧道土建設(shè)計(jì)階段，要對(duì)減光措施加以把握，可以在接近起點(diǎn)的路基兩側(cè)種植長(zhǎng)青樹木，并設(shè)計(jì)削竹式的洞門結(jié)構(gòu)，墻面的顏色盡量選擇冷色調(diào)，保證反射率<0.17。

路面仍然是城市隧道中的重要組成部分，只有路面的亮度達(dá)到一定程度的時(shí)候，才能使得駕駛員獲得一定的立體感，從而對(duì)路面上障礙物的觀察更為準(zhǔn)確，按照這一要求，在城市隧道的土建設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能的選擇水泥混凝土路面，并在兩側(cè)墻面高2 m的范圍內(nèi)輻射一層反射率≥0.7的材料，以提高燈光的反射率，從而加大周圍環(huán)境的亮度。

3 節(jié)能設(shè)備的選取

3.1 節(jié)能燈具的選擇

3.1.1 高壓鈉燈

現(xiàn)階段，高壓鈉燈引起自身所具有的較高發(fā)光效率而實(shí)現(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用，大多數(shù)城市隧道中高壓鈉燈所使用的都是耗能型鎮(zhèn)流器，其自身的功耗大約是額定功率的15%，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的要求；在近幾年當(dāng)中，專門用于隧道照明的節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器高壓鈉燈被研發(fā)且投入使用。與普通的電感鎮(zhèn)流器相比較而言，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器高壓鈉燈具有使用壽命長(zhǎng)、工作溫度低、節(jié)能效果好的優(yōu)勢(shì)，其節(jié)能水平甚至接近了電子鎮(zhèn)流器的水平。在對(duì)城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，建議將高壓鈉燈和LED等結(jié)合使用。

3.1.2 電磁感應(yīng)燈

電磁感應(yīng)燈是一種新型的高技術(shù)水平產(chǎn)品，主要是由功率耦合線圈、高頻發(fā)生器以及無(wú)極熒光燈管等部分構(gòu)成，且在其內(nèi)部不設(shè)有電極，這種獨(dú)特的發(fā)光原理具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，其具有超長(zhǎng)的使用壽命，一般可以達(dá)到6×104 h以上；其次，電磁感應(yīng)燈的發(fā)光效率是651 m/W，功率因數(shù)在99%以上，與高壓鈉燈相比較而言，其節(jié)能程度超過(guò)了50%；再次，電磁感應(yīng)燈的顯色指數(shù)大于80，使得物體呈現(xiàn)出自然色，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生頻閃效應(yīng)，保證了車輛的通行安全；另外，由于電磁感應(yīng)燈的燈泡內(nèi)部沒(méi)有燈絲和電極，且在-40～55 ℃的環(huán)境中可正常工作，因此具有較好的防爆和防震性能。

3.1.3 LED燈

LED燈是目前節(jié)能照明的趨勢(shì)，作為一種新型光源，LED燈具有使用壽命時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)光效率高、功耗較低、方向性好以及顯色指數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，且具有較大的節(jié)能控制，在城市隧道中將照明的重點(diǎn)控制在路面和隧道壁的2 m范圍以下；LED燈的基本結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，放置在一個(gè)具有引線的架子之上，四周使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封，對(duì)其內(nèi)部的芯線起到較好的保護(hù)作用，因此具有較強(qiáng)的抗震性；除此之外，大功率白光LED燈的維護(hù)成本相對(duì)較低，與傳統(tǒng)的高壓鈉燈相比較而言，一般在兩年之內(nèi)就可以收回成本，且可節(jié)能60%以上。

3.2 燈具和電纜的布設(shè)

燈具的布設(shè)方案要根據(jù)隧道照明亮度的實(shí)際需要，對(duì)隧道壁反射系數(shù)、光源效率、燈具配光曲線等方面進(jìn)行綜合考量，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)每一個(gè)隧道都進(jìn)行具體的計(jì)算和仿真，以切實(shí)降低系統(tǒng)的耗能；另外，為了最大程度的降低照明線路上面的電能損耗，在對(duì)電纜的截面進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該先按照載電流進(jìn)行嚴(yán)格的核算，然后對(duì)電壓降進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，并且按照經(jīng)濟(jì)電流密度實(shí)現(xiàn)優(yōu)選，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能和控制造價(jià)。

4 照明控制方案的節(jié)能設(shè)計(jì)

城市隧道照明節(jié)能的前提條件是合理的硬件結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮設(shè)備的實(shí)際功能，實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果，對(duì)相關(guān)控制方案和策略的設(shè)計(jì)是較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在對(duì)自動(dòng)照明控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要保證隧道的入口段和過(guò)渡段等不同區(qū)域內(nèi)的照明會(huì)根據(jù)隧道接近段的亮度變化而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。以前饋式模糊控制技術(shù)為舉出的動(dòng)態(tài)智能控制方案，城市隧道節(jié)能照明智能調(diào)控系統(tǒng)示意圖，如圖2所示。

一方面突破了現(xiàn)有的控制方式和回路的限制，對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；另一方面還解決了照明系統(tǒng)初期交通量小而亮度過(guò)大的實(shí)際問(wèn)題。城市隧道照明系統(tǒng)實(shí)際所需要的標(biāo)準(zhǔn)亮度與行車速度、交通量和外自然亮度等因素具有相關(guān)性，而控制方案能夠通過(guò)調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光亮度來(lái)滿足隧道運(yùn)營(yíng)的照明亮度要求，其節(jié)能效果十分顯著。

5 新能源的利用

新型能源的利用已經(jīng)成為城市建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，太陽(yáng)能和風(fēng)能作為一種綠色環(huán)保的能源，具有取之不盡和用之不竭的特點(diǎn)，尤其是對(duì)太陽(yáng)能的利用。太陽(yáng)能既是一次能源，也是可再生能源，不僅可以實(shí)現(xiàn)免費(fèi)使用，同時(shí)也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，將太陽(yáng)能應(yīng)用于城市隧道照明，一方面有效解決了一些隧道無(wú)法利用市電進(jìn)行照明的問(wèn)題，另一方面還極大程度的節(jié)省了電費(fèi)。太陽(yáng)能的應(yīng)用原理就是將其光能通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)換成為電能，發(fā)電系統(tǒng)在白天對(duì)蓄電池進(jìn)行充電和對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，在夜晚則進(jìn)行放電，實(shí)現(xiàn)供電。太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)于節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有極大的促進(jìn)作用。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，是未來(lái)隧道照明技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也是城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。城市隧道照明的主要目的就是為行人和駕駛員提供一個(gè)較為舒適的視覺(jué)環(huán)境，保證出行的安全性，因此，在對(duì)城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)隧道的特殊性進(jìn)行把握，扭轉(zhuǎn)錯(cuò)誤的照明節(jié)能理念，通過(guò)綜合利用多種節(jié)能技術(shù)，特別是技術(shù)性節(jié)能，樹立精細(xì)化運(yùn)營(yíng)節(jié)能管理思路，應(yīng)用最新型的節(jié)能光源，獲得城市隧道照明節(jié)能的最大化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的統(tǒng)一。

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