多功能蓄能發(fā)光讓隧道安全又明亮

文/圖 安徽中益新材料科技有限公司

安徽中益新材料科技有限公司通過研究多功能蓄能發(fā)光材料的制備及其在公路隧道安全照明中的應(yīng)用，歷經(jīng)18年成功研發(fā)了多功能蓄能發(fā)光涂料制備方法、多功能蓄能發(fā)光幕墻裝飾板制備方法和多功能蓄能發(fā)光材料設(shè)計應(yīng)用方法，并制定出多功能蓄能發(fā)光材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)，實(shí)用新型專利3項(xiàng)，軟件著作權(quán)3項(xiàng)，編制發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2部，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國內(nèi)外空白。成果在2022年冬奧會從北京至河北崇禮滑雪場的專用道路延崇高速公路河北段隧道群、國內(nèi)第二長公路隧道四川米倉山隧道、國道329線浙江舟山段隧道群等國內(nèi)公路隧道應(yīng)用約400座，里程超過550公里，面積約為560萬平方米，節(jié)約照明電費(fèi)超過3億元，近5年節(jié)約運(yùn)營費(fèi)用11.5億元、降低碳排放量90萬噸，提升了隧道照明安全的可靠性。近年來，項(xiàng)目成果推廣應(yīng)用至軌道交通、城市綜合管廊及軍事民防工程領(lǐng)域，使用面積超過450萬平方米。在建工程項(xiàng)目中，已設(shè)計選用多功能蓄能發(fā)光材料的面積超過600萬平方米。成果轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品已累計銷售超過10億元，完成稅收8000余萬元，帶動就業(yè)人數(shù)千人以上。

多功能蓄能發(fā)光材料

開發(fā)高效寬光譜的長余輝發(fā)光材料

多功能蓄能發(fā)光涂料制備技術(shù)

多功能發(fā)光涂料

多功能發(fā)光裝飾板

將碳酸鍶、氧化鋁、氧化銪、氧化鏑、氧化鐠、麥飯石按比例混合，高溫晶相燒制可得具有增光增亮、延時發(fā)光、釋放負(fù)氧離子、豐富480納米至580納米光譜波長的多功能蓄能發(fā)光長余輝發(fā)光粉材料。通過理論與試驗(yàn)研究揭示了照明光譜波長在480納米至580納米范圍內(nèi)對人眼視覺認(rèn)知有提升作用。經(jīng)過數(shù)千次分析、檢測與試驗(yàn)，控制晶體結(jié)構(gòu)只吸收不可見光、增光增亮、延時發(fā)光，且光譜波長480納米至580納米。

與傳統(tǒng)稀土發(fā)光材料相比，多功能蓄能發(fā)光材料是通過控制微量元素及燒結(jié)溫度，形成納米微電容，在空氣作用下源源不斷釋放負(fù)氧離子。而釋放的負(fù)氧離子對清潔空氣、減少壁面沾污具有重要作用。

基于改性稀土長余輝發(fā)光粉，研發(fā)了具有防火阻燃、增光增亮、延時發(fā)光、釋放負(fù)氧離子、耐酸堿、耐沾污、抗菌防霉，在隧道空間內(nèi)可明顯提升壁面亮度與照明質(zhì)量的多功能蓄能發(fā)光涂料與裝飾板。研發(fā)了以無機(jī)硅納米技術(shù)為基礎(chǔ)的“底漆+下面漆+上面漆”涂層體系，其在基層中的滲透性強(qiáng)、附著力好，同時透光率高、耐污性強(qiáng)。研發(fā)了以秸稈為主要原材料制備輕質(zhì)耐火板，通過多次打磨去塵后滾涂或噴涂多功能蓄能發(fā)光涂料形成多功能蓄能發(fā)光裝飾板。

基于多功能蓄能發(fā)光材料的隧道照明方法與技術(shù)

無機(jī)硅納米涂料

取消照明燈具

取消進(jìn)出口段的加強(qiáng)照明燈具，基本段照明燈具功率減小25%。

多功能蓄能發(fā)光材料輔助公路隧道照明可增光增亮大于30%，明顯節(jié)約照明能耗，消除隧道進(jìn)出口的“黑洞”“白洞”現(xiàn)象，彌補(bǔ)人造光源在480納米至580納米光譜波長范圍的缺失，提高駕乘人員在公路隧道環(huán)境中的可視距離，降低公路隧道養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提供發(fā)生火災(zāi)和意外災(zāi)害時的連續(xù)應(yīng)急逃生指示照明，保障公路隧道運(yùn)營安全。

多功能蓄能發(fā)光材料輔助公路隧道照明方法，即根據(jù)不同地區(qū)192座隧道內(nèi)實(shí)測的太陽光從洞外至洞內(nèi)照度的衰變規(guī)律，以及多功能蓄能發(fā)光材料在不同自然光亮度下的增光性能，提出公路隧道節(jié)能照明設(shè)計方法。

對于小于200米長度的隧道，取消設(shè)計照明燈具，直接利用多功能蓄能發(fā)光材料輔助隧道照明，具體是在離隧道進(jìn)、出口端長度為40米至60米的范圍內(nèi)，采用全斷面設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料，隧道的其余長度范圍內(nèi)，在兩側(cè)拱墻2米至3米高度范圍內(nèi)設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料，同時在隧道電纜溝側(cè)壁路緣30厘米高范圍設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料。

對于200米至300米長度的隧道，取消加強(qiáng)照明燈具，白天采用基本照明燈具組合多功能蓄能發(fā)光材料照明，夜間關(guān)閉照明燈具，直接利用多功能蓄能發(fā)光材料照明，具體是在離隧道進(jìn)、出口端長度為40米至60米的范圍內(nèi)，采用全斷面設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料。隧道的其余長度范圍內(nèi)，在兩側(cè)拱墻2米至3米高度范圍內(nèi)設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料。同時，在隧道電纜溝側(cè)壁路緣30厘米高范圍設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料。

對于300米長度以上的隧道，利用多功能蓄能發(fā)光材料輔助隧道照明，降低隧道照明維護(hù)亮度或維護(hù)照度指標(biāo)，至少減少照明設(shè)計功率30%，具體是在離隧道進(jìn)、出口端長度為40米至60米的范圍內(nèi)，采用全斷面設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料，隧道的其余長度范圍內(nèi)，在兩側(cè)拱墻2米至3米高度范圍內(nèi)設(shè)置多功能蓄能發(fā)光材料。

根據(jù)照明需求的照明調(diào)節(jié)前饋控制技術(shù)。通過隧道內(nèi)外亮度、車流量等參數(shù)的動態(tài)反饋，結(jié)合多功能蓄能發(fā)光材料增光增亮及對光環(huán)境的提升效果，采用前饋結(jié)合反饋的控制策略調(diào)控隧道內(nèi)燈具的照度。

根據(jù)照明需求的照明調(diào)節(jié)前饋控制技術(shù)

利用汽車燈的公路隧道無源照明技術(shù)。提出隧道多維光環(huán)境空間技術(shù)理論，通過汽車車燈與多功能蓄能發(fā)光材料的耦合作用達(dá)到隧道無燈照明的技術(shù)目標(biāo)。

利用汽車燈的公路隧道無源照明技術(shù)

廣東東環(huán)高速公路其古頂隧道

技術(shù)開發(fā)歷程

多功能蓄能發(fā)光材料于2002年開始研究，2008年8月28日申請了國家發(fā)明專利（ZL 200810146949.7），2010年獲得授權(quán)。2006年，多功能蓄能發(fā)光材料首次在國內(nèi)高速公路隧道應(yīng)用實(shí)施。2008年，在安徽省六武高速公路首次開展科研項(xiàng)目研究和應(yīng)用，并于2013年獲得中國土木工程詹天佑獎。為更好地深入研究和推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，2013年在安徽省滁州市成立安徽中益新材料科技有限公司，專門進(jìn)行多功能蓄能發(fā)光材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

2014年，課題組提出“隧道用蓄光發(fā)光涂料輔助與應(yīng)急照明技術(shù)”被納入交通運(yùn)輸部交通運(yùn)輸建設(shè)科技成果推廣目錄；2016年，提出的“公路隧道用多功能材料的研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)”獲得中國技術(shù)市場協(xié)會最高獎——金橋獎。

2018年，項(xiàng)目組申報2018年度國際隧道協(xié)會ITA大獎，在全球范圍內(nèi)與同行評比，最終“隧道可持續(xù)照明用多功能儲能式發(fā)光材料”（The Multifunctional Energy-Storage and Luminescent Material for Sustainable and Energy-saving Lighting for Tunnels）獲國際隧道協(xié)會ITA2018年度技術(shù)產(chǎn)品/設(shè)備創(chuàng)新獎（全球年度唯一），也是我國首次獲得技術(shù)產(chǎn)品/設(shè)備創(chuàng)新獎。

領(lǐng)跑道路綠色照明新材料

安徽中益新材料科技有限公司主要從事土木工程、交通工程、建筑工程、安防工程、節(jié)能照明工程技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)及技術(shù)轉(zhuǎn)讓；建筑節(jié)能材料、儲能式發(fā)光材料、建筑防水材料、景觀材料、環(huán)保涂料、道路標(biāo)志標(biāo)牌及抗凍防腐劑的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及施工。公司坐落于長三角核心城市滁州市全椒十譚現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園。

廣東韶關(guān)芙蓉隧道

國道329線浙江舟山段改建工程隧道群

公司以國家交通運(yùn)輸科普基地“道路綠色照明與安全防災(zāi)新材料試驗(yàn)室”及“安徽省高層次科技人才團(tuán)隊”為依托，組建了完善的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊，與同濟(jì)大學(xué)朱合華教授團(tuán)隊、復(fù)旦大學(xué)戴奇研究員團(tuán)隊、天津大學(xué)戴海濤教授團(tuán)隊、武漢理工大學(xué)杜志剛教授團(tuán)隊在隧道防災(zāi)、道路照明及交通安全等領(lǐng)域形成集材料、照明、消防、信息與道路交通安全等多學(xué)科交叉專業(yè)的全方位、一體化解決問題合作模式?？深I(lǐng)銜提供國際一流的隧道及地下工程綠色照明、安全防災(zāi)及道路交通安全設(shè)置技術(shù)方案與相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)、咨詢和技術(shù)服務(wù)工作。

公司在未來3年內(nèi)計劃在科創(chuàng)板上市，成為國家交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或工程研究中心、安徽省博士后工作站、安徽省企業(yè)技術(shù)中心，并致力成為道路綠色照明新材料領(lǐng)跑者。