甘肃省公路隧道照明节能的设计及应用
摘要：公路隧道照明是确保行车安全的重要环节，隧道照明系统是车辆能够安全通过公路隧道的基本保障，如何在安全的基础上降低运营成本，成为公路隧道照明设计共同关注的问题。本文首先介绍了国内公路隧道照明现状，并结合甘肃省公路隧道照明实际情况，以宕昌(南河)至迭部二级公路改造工程为例阐述了隧道照明节能方案，实现了可靠运行，又节约了运行成本。
关键词：公路;节能;隧道照明
一、概述
随着我国公路的建设发展，隧道作为公路特殊路段，其行车安全尤为重要。为适应车辆在驶入、通过、驶出隧道的过程中出现视觉变化，需要在隧道内设置照明设施。公路隧道的合理照明是确保行车安全的一个重要环节。在整个公路隧道机电系统中，照明负荷所占比例约为30%，并且为保障隧道通行，照明设施需24小时运行，成为公路运营中最大的开支。随着隧道里程数的迅猛增加，改善隧道照明环境并节能降耗已成为降低隧道运行成本的重要研究课题。
二、我国公路隧道照明现状
我国在隧道照明设计方面起步相对较晚，但也有相应的要求和规范，例如《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)、《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01―2014)等。
目前我国公路隧道照明大多数采用高压钠灯(主要用于洞内行车道照明)和荧光灯或无极灯(主要用于洞内横通道照和紧急停车带)。隧道内的照明控制方式一般采用人工控制，由相关隧道管理人员根据不同时段和环境，主观决定灯具的开关数量来调节照度，这样既增加了前期投资，又提高了后期运营成本。
三、甘肃省内公路隧道照明节能的设计及应用
3.1 依托工程
宕昌(南河)至迭部二级公路改造工程(以下简称宕迭路)路线总长144.61km(扣除断链，不含九龙峡隧道改线路段，拟建九龙峡隧道方案路段长4.36km)，总体走向由东向西。其中共有隧道7座。本项目中运用隧道洞口车流量实时监控与隧道内无级调光相结合的照明模式，使得隧道内照明根据车流量的不同，有无车量通行等条件，进行实时调节，既实现了可靠运行，又节约了运行成本。
3.2 公路隧道照明节能设计
3.2.1 采用隧道专用LED灯具代替传统高压钠灯。在同等照明效率的情况下，LED光源比高压钠灯用电负荷大大降低。通过计算，45W的LED灯与100W的高压钠灯照明效率相当，67W的LED灯与150W的高压钠灯照明效率相当。LED单管采用直流驱动，耗电量较小，可大幅度降低电费60%左右，经济效益和节能效果较高。由于LED灯具中不含汞、氙等有害元素，方便回收和利用，且不产生电磁干扰，环保效果较好。而普通灯管(如高压钠灯、卤素灯等)中含有汞、铅等对人体有害的元素，若不进行合理的回收处理，很容易对土地、水源造成污染。节能灯的电子镇流器可产生电磁干扰，会影响其他电器正常运作，且会对人体健康造成一定影响。
技术原理。发光二级管由P区、N区和两者之间的势垒区组成。当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。
性能指标。超长寿命;节能、经济、免维护;光通量利用率高;LED采用直流低压供电，安全可靠;固态封装，属于冷光源类型;环保，没用汞等有害物质。
3.2.2 首次在我省采用无级调光照明控制系统。宕迭路隧道在采用无级调光照明控制系统后，功率因数、电源效率等技术指标基本未受影响。LED光源的亮度调节是靠LED灯具自身亮度的变化而实现的'，并不是通过开关灯具改变发光间距，使得隧道内的照明亮度依然能够保持均匀，避免了传统的调光方式(通过开关灯具改变发光间距)而产生的“斑马效应”，进而在节能降耗的同时也提高了行车安全，减少了灯具开关次数，降低了对电源负荷的冲击，延长了灯具和电源的使用寿命。
无级调光照明控制系统不仅能够按照规定的调光控制模式进行自动控制，还还可以进行人工控制，通过人工对各隧道、各区段的亮度进行设置，可应对各种突发性事件(如交通事故、火灾等)。
技术原理。本无级调光照明控制系统采用的亮度控制方式为电压控制电流源(即模拟信号控制电流平均值模式)。这种输出电流可控型电源通过控制直流电压信号使得输出电流平均值发生变化，它将电流信号取样并经隔离放大，从而控制电源初级开关管的占空系数，然后由隔离变压器将不同占空系数的电能转换为直流脉冲电流，最后经低通滤波器滤波后，变为大小可随控制信号变化的直流电流，进而控制该电源的输出电流。
本系统中的控制单元通过接收车辆检测器、光亮度检测仪采集到的交通量、平均车速和洞外亮度等信息，然后按照预设的照明调光控制逻辑计算出隧道内各区段的当前亮度值，由LED无级调光照明控制器发出对应的调光指令。控制器根据接收到的照明亮度调控命令，自动对LED灯的输出功率进行调整。为了满足实际公路隧道现场的照明控制需要，对调光照明控制器应设置多路输出接口。
性能指标。控制方便;系统安全可靠;节能经济;环保;让司机行车安全舒适。
3.2.3 首次在我省采用实时交通量检控照明控制系统。该系统通过采用先进的车辆检测、计算机控制和灯光技术，在车辆通过时进行车辆的自动检测并设定灯光开启，确保车辆能够安全通过隧道;在检测到车辆驶离时及时关闭灯具，达到节能降耗、控制运营成本的目的。
技术原理。本系统由车辆检测器、照明灯具、主控制器、照明控制器、控制总线等组成。首先，由车辆检测器对当前交通信息进行实时监测，并将当前交通信息传递给主控制器;然后由主控制器根据接收到的信息生成相应的照明开关控制信号;最后，利用控制总线对开关信号进行传输，通过照明控制器实现对照明灯具的实时控制。
性能指标。安全可靠;节能、经济;环保。
四、结语
在现有的公路隧道照明设计中虽采用了新型灯具与先进的控制系统，但仍有不足之处。如，LED灯具光通量有待提高，能量转换效率不高，产品的一致性、可靠性有待提高;目前从事LED产品开发者也还没有形成一定的系统化;实时交通量检控照明控制系统只是实现了车来灯亮，车走灯熄;未对驾驶员视觉舒适性与照明灯具的开关时间之间的定量关系进行研究。随着产品的不断提升，以上问题将进一步深入的研究。
参考文献：
[1]张小琴，李习武，刘建，等.高速公路隧道照明节能设计[J].后勤工程学院学报，2011.
[2]唐春.车辆感应式隧道照明控制系统研究[D].长安大学，2012.
【甘肃省公路隧道照明节能的设计及应用】相关文章：