高速公路隧道照明節(jié)能減排對(duì)策研究

周志明,錢(qián)衛(wèi)建

(1.浙江臺(tái)州甬臺(tái)溫高速公路有限公司，浙江 臺(tái)州 317000；2.浙江寧波甬臺(tái)溫高速公路有限公司，寧波 315040)

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高速公路隧道照明節(jié)能減排對(duì)策研究

周志明1,錢(qián)衛(wèi)建2

(1.浙江臺(tái)州甬臺(tái)溫高速公路有限公司，浙江 臺(tái)州 317000；2.浙江寧波甬臺(tái)溫高速公路有限公司，寧波 315040)

低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排是當(dāng)今時(shí)代主題。作為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支撐的高速公路，每年其隧道機(jī)電電費(fèi)支出較高，是高速公路運(yùn)行費(fèi)主要支出之一。在國(guó)家相繼出臺(tái)高速公路行業(yè)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及LED等照明技術(shù)突飛猛進(jìn)的背景下，如何做好高速公路隧道照明節(jié)能減排、降本增效是擺在全體高速人面前的一個(gè)課題。以高速公路隧道營(yíng)運(yùn)高效管理，推進(jìn)降本增效實(shí)踐為基礎(chǔ)，提出照明節(jié)能減排新舉措，期望協(xié)同推進(jìn)高速公路隧道節(jié)能減排工作。

節(jié)能減排；隧道照明；LED改造

0　引　言

浙江省“七山二水一分田”，這個(gè)地理特征決定了本省高速公路的橋隧比例極高。以浙江省交投集團(tuán)下轄沿海板塊為例，該板塊負(fù)責(zé)舟山跨海大橋(G92)、甬臺(tái)溫高速(G15)甬臺(tái)段及臺(tái)金高速(S28)四條高速316.26km的營(yíng)運(yùn)管理，其中隧道32座，總里程長(zhǎng)38.64km，占比為12.22%。2015年全路段水電動(dòng)力費(fèi)2687萬(wàn)元，其中隧道用電1630萬(wàn)元，占比60.66%，隧道節(jié)能減排形勢(shì)緊迫。分析隧道機(jī)電用電組成，盡管高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)包括照明、風(fēng)機(jī)、消防等多達(dá)11個(gè)系統(tǒng)，但照明用電卻是其中大頭。隧道不分長(zhǎng)短均配置照明且24h營(yíng)運(yùn)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，照明用電又占了隧道總用電的85%，因此隧道照明用電就是隧道用電的最大戶(hù)，如何牽住隧道照明用電這個(gè)“牛鼻子”，值得深刻研究。

1　高速公路隧道照明用電現(xiàn)狀

1.1隧道照明配置

當(dāng)前，除個(gè)別新建、改造隧道外，已通車(chē)隧道的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基本是《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ026-1999)》(下稱(chēng)“老規(guī)范”)或更早以前的1990年標(biāo)準(zhǔn)，洞外亮度L20(S)采值3500cd/m2或4000cd/m2[1]，參考值較大，隧道入口加強(qiáng)段照明亮度要求高，所配置燈具基本是250W或150W高壓鈉燈，隧道中線(xiàn)頂部布置；基本段基本采用兩側(cè)交錯(cuò)布置或兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，間距為14m或12m不等，所配燈具為100W高壓鈉燈。

以G15沈海高速上貓貍嶺隧道為例，其隧道長(zhǎng)3616米，2000年底建成通車(chē)，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h(下同，未特別指出，均指“80km/h”的條件)，照明設(shè)計(jì)采用1999年標(biāo)準(zhǔn)，燈具為高壓鈉燈，不考慮停車(chē)帶、橫通道等照明情況，單隧照明總負(fù)荷169.1kW，其中入口加強(qiáng)段41.1kW，基本段120.5kW，出口段7.5kW，各段照明分2～4個(gè)回路不等，具體單隧照明工況統(tǒng)計(jì)如下表1。

表1　貓貍嶺隧道單隧照明工況統(tǒng)計(jì)表

1.2隧道照明耗電特征分析

隧道入口加強(qiáng)段亮度是根據(jù)季節(jié)、氣象、車(chē)流量等因素，以洞外亮度L20(S)為基準(zhǔn)呈正比例系數(shù)關(guān)系確定，白天全部或者部分開(kāi)啟，夜間全部關(guān)閉。當(dāng)隧道外亮度較小時(shí)，可以開(kāi)啟部分回路甚至不開(kāi)；當(dāng)隧道外亮度較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)啟較多回路或全開(kāi)。故同一區(qū)域、不同高速、不同隧道，其隧道入口照明亮度要求基本相同，其隧道入口照明用電總負(fù)荷基本相同。但因受季節(jié)、天氣變化影響，每天的用電量不穩(wěn)定。

隧道基本段照明亮度跟車(chē)流量、設(shè)計(jì)車(chē)速和隧道長(zhǎng)度成關(guān)聯(lián)關(guān)系，與隧道外亮度和季節(jié)、天氣變化關(guān)聯(lián)性小，一般分四個(gè)回路，因而隧道基本燈負(fù)荷與隧道長(zhǎng)度成正比例關(guān)系，用電量相對(duì)穩(wěn)定?；径伍_(kāi)燈分白天和夜間兩種模式。單隧基本燈數(shù)量為隧道長(zhǎng)度的1/3。

以貓貍嶺隧道為例，該隧道照明經(jīng)過(guò)多年?duì)I運(yùn)，以其2014年委托第三方專(zhuān)業(yè)檢測(cè)的數(shù)據(jù)[2]為依據(jù)，摸索出一套成熟的人工照明控制模式。隧道照明按照白晝和夜間兩種模式控制，時(shí)長(zhǎng)分別為10和14h。同時(shí)，白晝模式加強(qiáng)段、過(guò)渡段、出口段各回路照明啟閉模式根據(jù)季節(jié)、天氣及車(chē)流量等因素實(shí)時(shí)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1.3隧道照明其他特征

浙江地區(qū)高速公路橋隧比一般在60%左右，隧道外面是橋梁，橋梁過(guò)后又是隧道，使得隧道各照明用電時(shí)序分布特征不同。如洞口照明、引道照明、隧橋連接線(xiàn)、隧道間照明都只在夜間開(kāi)燈，隧道內(nèi)照明又是白天黑夜24h開(kāi)燈。

建設(shè)期，普遍考慮建設(shè)方便，存在隧道群用電遠(yuǎn)距離搭載輸電的問(wèn)題，甚至有大量收費(fèi)站服務(wù)區(qū)、橋梁照明用電也遠(yuǎn)距離搭載在隧道照明用電上。這種設(shè)計(jì)一方面由于遠(yuǎn)距離送電，增加線(xiàn)纜接頭導(dǎo)致故障點(diǎn)、維護(hù)量增大，存在大量線(xiàn)纜傳輸能源損耗；另一方面，隧道照明用電、收費(fèi)站服務(wù)區(qū)照明用電和橋梁照明用電時(shí)序特征各異，隧道照明用電量白天多于夜間，收費(fèi)站服務(wù)區(qū)照明夜間多于白天，橋梁照明用電只集中在夜間，因而無(wú)法充分享受?chē)?guó)家“分時(shí)電價(jià)”的政策紅利。

2　隧道照明新老標(biāo)準(zhǔn)效能分析

2.1新標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)

2014年8月1日，交通運(yùn)輸部出臺(tái)新的《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/T D70/2-01-2014》(下稱(chēng)“新細(xì)則”)。新細(xì)則能夠讓駕駛員更好、更快適應(yīng)隧道內(nèi)外視覺(jué)變化需求，隧道內(nèi)亮度要與實(shí)時(shí)車(chē)流量、實(shí)時(shí)洞外亮度變化相適應(yīng)，將隧道內(nèi)各分段長(zhǎng)度、照明亮度需求等進(jìn)行了更加科學(xué)合理的修正，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)特別強(qiáng)調(diào)隧道調(diào)光控制的重要性，隧道內(nèi)亮度要與實(shí)時(shí)車(chē)流量、實(shí)時(shí)洞外亮度變化相適應(yīng)。

(2)南北向端墻式(亮環(huán)境)隧道洞外亮度L20(s)按3000cd/m2修正，此前老規(guī)范為3500cd/m2。

(3)中間段、過(guò)渡段亮度標(biāo)準(zhǔn)相比老規(guī)范調(diào)降一半左右，并對(duì)過(guò)渡段TR2和TR3設(shè)置免裝條件?；贚ED光刺激人眼反應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)低于鈉燈燈光，隧道中間段LED燈亮度取值可折減為鈉燈的50%，但不得少于1.0cd/m2。

(4)單向交通且以設(shè)計(jì)速度通過(guò)隧道的行車(chē)時(shí)間超過(guò)135s時(shí)(超過(guò)3000m的隧道)，中間段可分為2段，其第二段IN2(設(shè)計(jì)速度下30s行車(chē)距離，即進(jìn)入隧道第667m后)亮度值可取Lin的80%。但不得少于1.0cd/m2。

(5)低于500m短隧道，其入口段、過(guò)渡段照明營(yíng)運(yùn)所需亮度值可大幅折減。低于200m的直線(xiàn)隧道和所有低于100m的隧道可直接免裝照明系統(tǒng)[3]。

2.2新老標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算對(duì)比

以貓貍嶺隧道為樣板，2013-2015年日均車(chē)流量3.36萬(wàn)輛，混合高峰小時(shí)交通量500輛/車(chē)道/小時(shí)。隧道南北走向，端墻式洞門(mén)。夏季晴天，亮環(huán)境下新老規(guī)范關(guān)于隧道設(shè)計(jì)及營(yíng)運(yùn)所需亮度取值對(duì)比如下表2。

表2　貓貍嶺隧道新老規(guī)范照明亮度取值對(duì)照測(cè)算表(亮度單位：cd/m2)

注：表中“圖紙?jiān)O(shè)計(jì)”已考慮養(yǎng)護(hù)系數(shù)，其余數(shù)據(jù)為日常營(yíng)運(yùn)所需照明亮度值[3]。

上表數(shù)據(jù)測(cè)算對(duì)比表明：一個(gè)隧道如果按照新細(xì)則進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能效果將相當(dāng)明顯。根據(jù)細(xì)則編制單位(招商局重慶交科院)測(cè)算，如嚴(yán)格按新細(xì)則執(zhí)行，同為高壓鈉燈，相比老規(guī)范，節(jié)能效果可達(dá)到46%；如按新細(xì)則改造為L(zhǎng)ED燈，節(jié)能效果更可達(dá)到70%～80%。

2.3隧道LED節(jié)能改造靜態(tài)投資回收期測(cè)算

同一地區(qū)，不同隧道加強(qiáng)段照明負(fù)荷相同，基本段照明負(fù)荷隨隧道長(zhǎng)度呈正比例關(guān)系。2015年，臺(tái)州地區(qū)高速公路部分隧道根據(jù)新細(xì)則進(jìn)行了隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)估與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，改造以不改變現(xiàn)有燈具安裝位置和配電回路為原則，僅在原燈具位置上直接替換LED燈，不涉及電纜、橋架及回路控制方式、照明分段調(diào)整。根據(jù)北京交科院測(cè)算及后來(lái)招標(biāo)實(shí)施情況，LED燈和高壓鈉燈在隧道各段可等效替代功率比對(duì)與改造LED更換綜合單價(jià)統(tǒng)計(jì)如下表3。

表3　高壓鈉燈及LED燈等效替代功率與相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

注：上表LED價(jià)格為項(xiàng)目安裝的綜合單價(jià)，整體項(xiàng)目實(shí)施還需考慮設(shè)計(jì)、檢測(cè)、監(jiān)理、驗(yàn)收等費(fèi)用，需在此基礎(chǔ)整體上浮25%。

2016年，浙江省物價(jià)局公布“一般工商業(yè)及其他用電”用電價(jià)格，最新電價(jià)為0.8549元/度。結(jié)合上表數(shù)據(jù)測(cè)算同一地區(qū)，南北走向，亮環(huán)境(端墻式)不同長(zhǎng)度隧道，進(jìn)行LED節(jié)能改造的靜態(tài)投資回收期測(cè)算。為便于分析，采用單洞照明數(shù)據(jù)測(cè)算，雙洞能耗近似為單洞2倍，但測(cè)算結(jié)果相近，結(jié)果如下表4。

表4　不同長(zhǎng)度隧道LED改造投資回收期預(yù)算表

上表測(cè)算暫未考慮改造后成套高壓鈉燈利舊回收效益。同時(shí)，因改造LED，廠(chǎng)家均承諾3～5年質(zhì)保期，期間燈具因故障維修成本極少，相當(dāng)于節(jié)省了原鈉燈日常故障維修配件采購(gòu)支出費(fèi)用，如考慮以上因素，進(jìn)行LED改造的投資回收期將更加可觀(guān)。

3　隧道照明節(jié)能減排建議

3.1加強(qiáng)隧道養(yǎng)護(hù)實(shí)現(xiàn)全周期照明節(jié)能

根據(jù)隧道長(zhǎng)度、車(chē)流量等因素進(jìn)行隧道養(yǎng)護(hù)分級(jí)，加強(qiáng)隧道養(yǎng)護(hù)。定期組織隧道壁瓷磚清洗，增加隧道反射效果；定期清洗隧道燈具罩面積塵，提高照明透光效果。加強(qiáng)隧道照明預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與維修，及時(shí)更換或修復(fù)故障照明，尤其是頻臨生命周期的鈉燈，光衰嚴(yán)重，即便還能亮，但已經(jīng)泛黃，其亮度已遠(yuǎn)達(dá)不到普通燈具水平。對(duì)亮度達(dá)不到原燈70%水平的燈泡，臨近壽命周期的鎮(zhèn)流器、電容、污化反光弧等，堅(jiān)決提早更換，減少因鈉燈損壞、配件老化等造成的單燈能耗增加，也要堅(jiān)決避免因燈具老化而為維持隧道營(yíng)運(yùn)所需亮度加開(kāi)照明回路增加能耗的情況發(fā)生，實(shí)現(xiàn)全周期照明節(jié)能。同時(shí)要以周為單位，輪流切換開(kāi)啟各回路隧道燈，以保證各路燈具光衰及使用壽命的平衡。

3.2引入專(zhuān)業(yè)照明評(píng)估，優(yōu)化隧道照明調(diào)光和運(yùn)營(yíng)管理方案

高速公路隧道照明都是按照隧道最大工況及最不利條件設(shè)計(jì)和施工的，不分工況啟閉隧道照明，必然導(dǎo)致能耗增加甚至帶來(lái)安全隱患[4]，因此“因隧制宜”地制定或優(yōu)化符合隧道本身特征的調(diào)光和運(yùn)營(yíng)管理方案尤為重要。

可引入專(zhuān)業(yè)評(píng)估檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行隧道分類(lèi)，然后模擬不同工況檢測(cè)隧道內(nèi)照明亮度，再結(jié)合交通量變化、洞外亮度變化、季節(jié)更替等多種狀況，按照晴天、陰天、云天、重陰天、夜間等模式，制定隧道分級(jí)調(diào)光運(yùn)營(yíng)方案，進(jìn)行隧道時(shí)序或動(dòng)態(tài)調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。有條件的隧道，可進(jìn)一步引入智能動(dòng)態(tài)調(diào)光技術(shù)。

3.3加強(qiáng)隧道洞口減光措施

隧道入口段、過(guò)渡段照明亮度取值與洞外亮度息息相關(guān)，加強(qiáng)隧道洞口減光措施，降低洞外亮度，可以降低入口段、過(guò)渡段的營(yíng)運(yùn)所需亮度值，并取得良好的節(jié)能效果。如接近段路基兩側(cè)種植常青樹(shù)；對(duì)隧道端墻面進(jìn)行暗化、冷色調(diào)處理；大幅坡面綠化；天空面積比大于50%的洞口前置或加遮陽(yáng)篷；新建或改造隧道盡量采用削竹式洞口，少采用或不采用端墻式洞口等措施。

3.4進(jìn)行隧道照明技術(shù)改造

(1)對(duì)短隧道、隧道群入口段和過(guò)渡段照明進(jìn)行重新評(píng)估改造。短隧道和連續(xù)隧道群，隧道內(nèi)亮度受隧道的通視程度、寬度、高度、平縱線(xiàn)形等因素影響比獨(dú)立長(zhǎng)隧道的影響程度更大，因此新細(xì)則要求其入口段和過(guò)渡段的營(yíng)運(yùn)所需亮度值可大幅折減。對(duì)于500m以下短隧道，應(yīng)區(qū)分光學(xué)與非光學(xué)長(zhǎng)隧道，重新評(píng)估照明配置進(jìn)行改造。低于200m直線(xiàn)隧道和所有低于100m的隧道可在做好誘導(dǎo)設(shè)施前提下不設(shè)照明。

(2)逐步推廣LED隧道照明節(jié)能改造。當(dāng)前市場(chǎng)LED相比5年前，革新可謂突飛猛進(jìn)。技術(shù)上，LED燈亮度高、功率因素高(0.95以上)、能耗低，燈光更有利于刺激人眼縮短反應(yīng)時(shí)間；價(jià)格上，現(xiàn)階段LED燈每瓦單價(jià)在12～15元之間，大功率100瓦以上每瓦單價(jià)可下降到10元以下。根據(jù)2015年實(shí)施情況，20W的LED改造綜合單價(jià)為437元/盞，30W為620元/盞，而同期同隧同等效亮度可替代的高壓鈉燈為100W，更換綜合單價(jià)為950元/盞，價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯。基于前表靜態(tài)投資回收期測(cè)算，綜合考慮LED燈3～5年質(zhì)保期及LED本身驅(qū)動(dòng)電源、燈珠使用壽命情況，對(duì)能夠在3年內(nèi)(即長(zhǎng)度≥1500m)收回LED改造成本的隧道，應(yīng)逐步進(jìn)行LED節(jié)能改造，拆卸下來(lái)的原鈉燈充當(dāng)臨近隧道備品備件，充分利舊。

3.5利用分時(shí)電價(jià)政策實(shí)現(xiàn)削峰填谷

對(duì)于隧道群超長(zhǎng)距離送電，可根據(jù)隧道布局，結(jié)合臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)及電網(wǎng)布局情況，有條件的地方適當(dāng)申請(qǐng)獨(dú)立開(kāi)戶(hù)，減少線(xiàn)纜傳輸損耗。

對(duì)于搭載在隧道照明用電上的收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)照明用電及橋梁照明用電，如可獨(dú)立電表戶(hù)頭，可與當(dāng)?shù)貒?guó)家電網(wǎng)營(yíng)業(yè)廳協(xié)商，測(cè)算用電政策調(diào)整是否劃算。根據(jù)沿海板塊實(shí)踐情況，收費(fèi)站所、服務(wù)區(qū)及橋梁照明用電，適合調(diào)整采用“分時(shí)電價(jià)”政策，并可帶來(lái)非常可觀(guān)的收益。此項(xiàng)改造“零”成本，只需跟當(dāng)?shù)仉娏Σ块T(mén)簽署一個(gè)電費(fèi)計(jì)價(jià)調(diào)整協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置，“削峰填谷”，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4　結(jié)　語(yǔ)

隧道照明節(jié)能減排是一個(gè)永恒的話(huà)題，做好隧道照明節(jié)能減排工作，任重而道遠(yuǎn)。高速公路隧道營(yíng)運(yùn)管理者只有不斷精細(xì)化管理，積極探索借鑒照明節(jié)能新技術(shù)、新理論、新設(shè)備、新材料，不斷滿(mǎn)足隧道通行要求，才能既提高隧道營(yíng)運(yùn)安全，又實(shí)現(xiàn)隧道節(jié)能減排。

[1]JTJ026.1-1999,公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2] 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院試驗(yàn)檢測(cè)中心．臺(tái)金隧道照明檢測(cè)報(bào)告[Z]．貴陽(yáng)：貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院試驗(yàn)檢測(cè)中心，2014．

[3] JTG/T D70/2-01-2014,公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則[S]．

[4] JTG H12-2015,公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]．

Research on Energy Saving and Emission Reduction Measures of Expressway Tunnel Lighting

ZHOU Zhi-ming1, QIAN Wei-jian2

(1.Zhejiang Taizhou Yongtaiweng Expressway Co. Ltd. ,Taizhou 317000,China ;2.Zhejiang Ningbo Yongtaiweng Expressway Co. Ltd.,Ningbo 315040,China)

Low carbon economy, energy saving and emission reduction is the theme of the current era. As an important support of the social and economic development of the highway, the annual electricity expenditure of the tunnel is higher, is one of the main expenditure of highway operating expenses. In the country have been introduced background of highway industry new technology standard and LED lighting technology advances by leaps and bounds under, how to do a good job of highway tunnel lighting energy saving and emission reduction, fall this synergism is placed in front of all high-speed a topic. The author engaged in highway tunnel operation management, promote reduced the efficiency of practice as the basis, initiate the new lighting energy-saving emission reduction initiatives and hope to people in the industry together to discuss collaboration to promote energy-saving emission reduction work in the highway tunnel.

energy saving and emission reduction; tunnel lighting; LED transformation

2016-03-28

周志明(1973-)，男，浙江松陽(yáng)人，高級(jí)工程師，E-mail：110139488@qq.com。

U453.7

A doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2016.02.009

1671-234X(2016)02-0040-05