高速公路隧道照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

鄭 奇

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

0 引言

近年來，我國(guó)的高速公路蓬勃發(fā)展，一條條新建的高速公路陸續(xù)投入使用，隧道因在山區(qū)通車?yán)锍痰脑黾佣找嬖龆?。高設(shè)計(jì)車速和高密度車流量給高速公路的行車安全造成很大威脅，特別是在車輛行駛到隧道內(nèi)時(shí)，隧道內(nèi)外的光線發(fā)生急劇變化，人的視力短時(shí)間不能適應(yīng)，極易發(fā)生交通事故。而盲目加大照明，提高隧道內(nèi)的亮度，又會(huì)使運(yùn)營(yíng)費(fèi)用巨額增加，增加營(yíng)運(yùn)成本，造成資源浪費(fèi)。目前，高速公路隧道的照明系統(tǒng)已引起人們的極大關(guān)注。為既能解決高速公路隧道的行車安全，又能達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，應(yīng)從高速公路隧道照明系統(tǒng)工程的源頭抓起——設(shè)計(jì)。

1 高速公路隧道入、出口照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

白天當(dāng)駕駛員從隧道外駛進(jìn)隧道內(nèi)時(shí)，由于隧道的亮度差別極大，所以從隧道外部看照明不充分的的隧道入口時(shí)，只會(huì)看到一個(gè)黑洞或一個(gè)黑框。當(dāng)駕駛員進(jìn)入隧道后，由于人眼視覺的滯后性作用，會(huì)產(chǎn)生視覺上的盲區(qū)，因此隧道入口處必須設(shè)置緩和照明段，以讓人眼適應(yīng)。緩和照明段分為入口區(qū)、過渡區(qū)，入口照明段的長(zhǎng)度取決于洞內(nèi)外亮度值，同時(shí)還與設(shè)計(jì)時(shí)速，洞內(nèi)照度和洞壁材料等因素有關(guān)。而白天當(dāng)車輛通過較長(zhǎng)的隧道接近其出口時(shí)，由于洞外的亮度遠(yuǎn)高于洞內(nèi)，隧道的出口對(duì)駕駛員而言，好像是一個(gè)白色的洞，人眼同樣對(duì)這種光線產(chǎn)生滯后。駕駛員對(duì)前方的行車只能看到一個(gè)很暗的輪廓，對(duì)前方車輛的距離不能準(zhǔn)確做出判斷。如果是夜間行駛，其效果正好相反，駕駛員在隧道內(nèi)看到的是黑洞而不是白洞。在這種情況下，駕駛員難以辨別洞外的道路線形、路上交通情況及道路上的任何障礙物情況，也是一個(gè)視覺盲區(qū)。因此隧道出口也同入口處一樣設(shè)有過渡區(qū)，要加強(qiáng)照明，使得過渡區(qū)的亮度與洞外亮度相近。

目前在進(jìn)行隧道照明設(shè)計(jì)時(shí)，入、出口段照明的亮度值是由洞外亮度L20（S）乘以入口段亮度折減系數(shù)K近似算得，而確定洞外亮度L20（S）的方法主要有3種：查表法，黑度法和亮度計(jì)算法（環(huán)境簡(jiǎn)圖法）：查表法是按洞外停車視距（S）處視看隧道的20°視野的天空面積百分比值、洞口朝向活動(dòng)外環(huán)境、車速查取洞外亮度值；黑度法是在停車視距（S）處距地面1.5m高正對(duì)隧道方向20°視野內(nèi)，各景物將各自所占面積的百分比作為權(quán)重計(jì)算出平均黑度，再與參照物的亮度做比較，確定測(cè)量時(shí)的洞外亮度L20（S）值；亮度計(jì)算法是有隧道外景物亮度與各部份所占的百分比乘積算得的，即在停車視距（S）處距地面1.5m高正對(duì)隧道方向20度視野內(nèi)，考慮天空亮度、路面亮度、洞口環(huán)境亮度和隧道口亮度的合值即為洞外亮度L20（S）值。因此，洞外亮度直接影響洞內(nèi)照明緩和段的設(shè)計(jì)。

為使隧道入口段照明設(shè)計(jì)達(dá)到安全和節(jié)能的要求，降低洞外亮度L20（S）是最有效的辦法。在進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過增加隧道洞外植被面積、改變隧道端墻形式、改善路面鋪裝材料等方法降低洞外環(huán)境亮度，洞外亮度降低后，洞口段照明的亮度值也隨之下降，從而減少照明設(shè)施。這樣既能達(dá)到高速公路隧道行車安全的要求，又能達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)時(shí)隧道照明光源的選擇

隧道的照明是為了把必要的視覺信息傳遞給司機(jī)，防止視覺信息不足而出現(xiàn)交通事故，從而保證隧道行車的安全性和舒適性。目前，高速公路隧道照明設(shè)施的規(guī)模及數(shù)量越來越大，隧道運(yùn)營(yíng)電力費(fèi)用也越來越高，同時(shí)隧道照明質(zhì)量也跟不上高速公路的發(fā)展建設(shè)，嚴(yán)重影響行車安全性，隧道交通事故也日益增多。因此對(duì)隧道照明節(jié)約能源、提高照明效果，保證行車安全性和舒適性的要求進(jìn)一步提高。正確合理地選取照明光源是實(shí)現(xiàn)公路隧道節(jié)能的關(guān)鍵。

各種光源的光學(xué)特性、性能參數(shù)各不相同，而光源的節(jié)能主要取決于它的發(fā)光效率。隧道照明的光源應(yīng)滿足隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、光衰減、壽命、成本要求，同時(shí)要保證在汽車排放形成的煙霧中有良好的能見度。高速公路隧道一旦投入使用，照明系統(tǒng)幾乎就處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)，因此，隧道照明的效果必須依靠可靠的光源實(shí)現(xiàn)。在隧道照明設(shè)計(jì)時(shí)，選擇一種正確的光源，是隧道照明的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)綜合考慮。

高效節(jié)能是隧道照明光源的發(fā)展方向。目前，國(guó)內(nèi)隧道燈具多采用白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈、金鹵燈、高壓鈉燈等，大多光源存在光帶窄、配光質(zhì)量不夠、能耗高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、壽命短等問題。隨著科技的發(fā)展，照明領(lǐng)域出現(xiàn)了LED等及無極燈新型光源。

表1 光源主要性能對(duì)比

從表1中可以看出led的光效最高，其次為高壓鈉燈，而使用壽命最長(zhǎng)的是LED和無極燈，其次為高壓鈉燈。高壓鈉燈光效高、透霧性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前高速公路隧道照明光源用的最多的；其次，高壓鈉燈的發(fā)展經(jīng)歷了幾十年，光源及燈具技術(shù)相當(dāng)成熟，因此生產(chǎn)成本已經(jīng)較低。但是，高壓鈉燈色溫較低，發(fā)光顏色為金黃色，其顯像指數(shù)較低，太陽(yáng)光的顯像指數(shù)為100，而高壓鈉燈的顯像指數(shù)僅為20左右，遠(yuǎn)低于正常自然光的顯像指數(shù)；大功率的高壓鈉燈滿足了隧道照明的需要，但是卻也造成了巨大的能源消耗，照明的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用往往讓運(yùn)營(yíng)單位不堪重負(fù)。Led燈是一種新型的照明光源，具有以下優(yōu)點(diǎn)：光線柔和，顯像指數(shù)高，色溫接近太陽(yáng)光；Led燈可以頻繁點(diǎn)亮，不存在啟動(dòng)延時(shí)問題，基本不影響使用壽命；Led燈光源使用壽命較長(zhǎng)。由于Led燈是一種新型光源，在高速公路行業(yè)還未進(jìn)行推廣，但目前國(guó)內(nèi)已有部分高速公路在隧道內(nèi)進(jìn)行Led燈照明實(shí)驗(yàn)，其照明效果等同于高壓鈉燈，從節(jié)能效果看，Led燈的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)高于高壓鈉燈。相信在不久的將來，Led燈將會(huì)成為高速公路隧道照明的主要光源。

3 結(jié)論

本文從高速公路隧道照明的設(shè)計(jì)原理及新型光源關(guān)鍵技術(shù)的角度，在保證高速公路隧道行車安全的前提下，就高速公路隧道照明設(shè)計(jì)提出節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和隧道節(jié)能照明光源的選擇，從照明系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)入手解決隧道節(jié)能減排的問題。

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