城市隧道照明節(jié)能設(shè)計

李海文

摘 要：在我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的現(xiàn)階段，人們對于環(huán)境保護的重視程度也越來越高，且我國政府已經(jīng)將控制溫室氣體的排放放在了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的總體規(guī)劃工作當(dāng)中，最終實現(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。文章對城市隧道照明節(jié)能設(shè)計相關(guān)問題進(jìn)行了探討，為實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(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；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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營，作為城市交通中的重要工程，對于社會的發(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越多的人所重視，我國城市隧道照明節(jié)能工作正面臨著新的形勢和嚴(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)計中存在的實際問題，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，是城市實現(xiàn)健康發(fā)展中需要解決的實際問題。

1 結(jié)構(gòu)與設(shè)計參數(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)是一個有機的整體，要想實現(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；在對城市照明系統(tǒng)中的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計的時候，必須要在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)允許的條件下，對高壓電源的引入點進(jìn)行合理的確定，對變電所的位置要合理的布置，盡可能的避免因電源引入點和變電所數(shù)量過多而引起的能耗增加問題；另外，在對城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的時候，要嚴(yán)禁出現(xiàn)虎頭蛇尾的狀態(tài)，必須要對每個設(shè)備的具體容量進(jìn)行仔細(xì)的核實，對所需要的系數(shù)實現(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)濟負(fù)荷率，從而避免能源的浪費。

1.2 設(shè)計參數(shù)的合理性

加強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，加強照明的功率要占據(jù)到整個隧道照明功率的60%～80%，具體數(shù)值是根據(jù)隧道的長短來決定的。按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，加強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法實現(xiàn)測量，但一般的取值是在 4 000～5 000 cd/m2的范圍當(dāng)中，使得優(yōu)化后的照明和運營費用節(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)來進(jìn)行設(shè)計的，但是實際中，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；因此，建議隧道基本段的亮度要根據(jù)實際情況進(jìn)行節(jié)能取值，并在設(shè)計過程中采用“一次設(shè)計，分期實施”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)計階段，要對減光措施加以把握，可以在接近起點的路基兩側(cè)種植長青樹木，并設(shè)計削竹式的洞門結(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)到一定程度的時候，才能使得駕駛員獲得一定的立體感，從而對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)計時，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%，無法實現(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、工作溫度低、節(jié)能效果好的優(yōu)勢，其節(jié)能水平甚至接近了電子鎮(zhèn)流器的水平。在對城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時，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，這種獨特的發(fā)光原理具有十分明顯的優(yōu)勢。首先，其具有超長的使用壽命，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，同時又不會產(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，作為一種新型光源，LED燈具有使用壽命時間長、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，且具有較大的節(jié)能控制，在城市隧道中將照明的重點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)實際上就是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，放置在一個具有引線的架子之上，四周使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封，對其內(nèi)部的芯線起到較好的保護作用，因此具有較強的抗震性；除此之外，大功率白光LED燈的維護成本相對較低，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)隧道照明亮度的實際需要，對隧道壁反射系數(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)計過程中對每一個隧道都進(jìn)行具體的計算和仿真，以切實降低系統(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，在對電纜的截面進(jìn)行選擇和設(shè)計時，應(yīng)該先按照載電流進(jìn)行嚴(yán)格的核算，然后對電壓降進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，并且按照經(jīng)濟電流密度實現(xiàn)優(yōu)選，最終實現(xiàn)節(jié)能和控制造價。

4 照明控制方案的節(jié)能設(shè)計

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)備的實際功能，實現(xiàn)最大的節(jié)能效果，對相關(guān)控制方案和策略的設(shè)計是較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在對自動照明控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的時候，要保證隧道的入口段和過渡段等不同區(qū)域內(nèi)的照明會根據(jù)隧道接近段的亮度變化而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。以前饋式模糊控制技術(shù)為舉出的動態(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，對其進(jìn)行細(xì)致的動態(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大的實際問題。城市隧道照明系統(tǒng)實際所需要的標(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調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光亮度來滿足隧道運營的照明亮度要求，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，尤其是對太陽能的利用。太陽能既是一次能源，也是可再生能源，不僅可以實現(xiàn)免費使用，同時也不會對環(huán)境造成污染，將太陽能應(yīng)用于城市隧道照明，一方面有效解決了一些隧道無法利用市電進(jìn)行照明的問題，另一方面還極大程度的節(jié)省了電費。太陽能的應(yīng)用原理就是將其光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)換成為電能，發(fā)電系統(tǒng)在白天對蓄電池進(jìn)行充電和對負(fù)載進(jìn)行供電，在夜晚則進(jìn)行放電，實現(xiàn)供電。太陽能照明系統(tǒng)的應(yīng)用，對于節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)具有極大的促進(jìn)作用。

6 結(jié) 語

綜上所述，實現(xiàn)照明節(jié)能，是未來隧道照明技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，同時也是城市實現(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較為舒適的視覺環(huán)境，保證出行的安全性，因此，在對城市隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時，需要對隧道的特殊性進(jìn)行把握，扭轉(zhuǎn)錯誤的照明節(jié)能理念，通過綜合利用多種節(jié)能技術(shù)，特別是技術(shù)性節(jié)能，樹立精細(xì)化運營節(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，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的統(tǒng)一。

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