城市隧道照明節能設計

李海文

摘 要：在我國社會經濟不斷發展的現階段，人們對于環境保護的重視程度也越來越高，且我國政府已經將控制溫室氣體的排放放在了實現可持續發展的總體規劃工作當中，最終實現節能減排的目標。然而，在城市化建設進程不斷深入的當下，隧道照明能耗較為嚴重，照明節能措施顯得單一。文章對城市隧道照明節能設計相關問題進行了探討，為實現經濟、社會和生態效益的統一而建言獻策。

關鍵詞：城市隧道；照明設計；節能技術

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0004-02

隨著城市化建設進程的逐漸深入，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，對于社會的發展起到了積極的促進作用；然而，隧道作為能源消耗的主要方面，再加之人們節能減排意識的提高，使得城市隧道照明節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能工作正面臨著新的形勢和嚴峻的挑戰。在這種情況之下，如何徹底解決城市隧道照明設計中存在的實際問題，實現節能減排的目標，是城市實現健康發展中需要解決的實際問題。

1 結構與設計參數的合理選擇

1.1 整體結構的平衡性

城市隧道照明系統是一個有機的整體，要想實現照明節能，首先應該保證系統整體結構的平衡性和合理性；在對城市照明系統中的配電網絡進行設計的時候，必須要在規范標準允許的條件下，對高壓電源的引入點進行合理的確定，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進行節能設計的時候，要嚴禁出現虎頭蛇尾的狀態，必須要對每個設備的具體容量進行仔細的核實，對所需要的系數實現準確的確定，并在確定總負荷的前提下，平衡遠期容量備用率和變壓器的經濟負荷率，從而避免能源的浪費。

1.2 設計參數的合理性

加強照明是城市隧道照明節能中的重要環節。通常情況下，加強照明的功率要占據到整個隧道照明功率的60%～80%，具體數值是根據隧道的長短來決定的。按照相關規范標準的要求，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測量，但一般的取值是在 4 000～5 000 cd/m2的范圍當中，使得優化后的照明和運營費用節省了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的標準來進行設計的，但是實際中，一些城市公路的初期車流量要較標準值小很多，特別是在山區環境之中，其車流量甚至達不到700輛/h，使得能源出現嚴重浪費；因此，建議隧道基本段的亮度要根據實際情況進行節能取值，并在設計過程中采用“一次設計，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，進而降低燈具照明功率。在隧道土建設計階段，要對減光措施加以把握，可以在接近起點的路基兩側種植長青樹木，并設計削竹式的洞門結構，墻面的顏色盡量選擇冷色調，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確，按照這一要求，在城市隧道的土建設計時，要盡可能的選擇水泥混凝土路面，并在兩側墻面高2 m的范圍內輻射一層反射率≥0.7的材料，以提高燈光的反射率，從而加大周圍環境的亮度。

3 節能設備的選取

3.1 節能燈具的選擇

3.1.1 高壓鈉燈

現階段，高壓鈉燈引起自身所具有的較高發光效率而實現了較為廣泛的應用，大多數城市隧道中高壓鈉燈所使用的都是耗能型鎮流器，其自身的功耗大約是額定功率的15%，無法實現節能的要求；在近幾年當中，專門用于隧道照明的節能型電感鎮流器高壓鈉燈被研發且投入使用。與普通的電感鎮流器相比較而言，節能型電感鎮流器高壓鈉燈具有使用壽命長、工作溫度低、節能效果好的優勢，其節能水平甚至接近了電子鎮流器的水平。在對城市隧道照明系統進行節能設計時，建議將高壓鈉燈和LED等結合使用。

3.1.2 電磁感應燈

電磁感應燈是一種新型的高技術水平產品，主要是由功率耦合線圈、高頻發生器以及無極熒光燈管等部分構成，且在其內部不設有電極，這種獨特的發光原理具有十分明顯的優勢。首先，其具有超長的使用壽命，一般可以達到6×104 h以上；其次，電磁感應燈的發光效率是651 m/W，功率因數在99%以上，與高壓鈉燈相比較而言，其節能程度超過了50%；再次，電磁感應燈的顯色指數大于80，使得物體呈現出自然色，同時又不會產生頻閃效應，保證了車輛的通行安全；另外，由于電磁感應燈的燈泡內部沒有燈絲和電極，且在-40～55 ℃的環境中可正常工作，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、發光效率高、功耗較低、方向性好以及顯色指數高等優點，且具有較大的節能控制，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燈的基本結構實際上就是一塊電致發光的半導體材料，放置在一個具有引線的架子之上，四周使用環氧樹脂進行密封，對其內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，與傳統的高壓鈉燈相比較而言，一般在兩年之內就可以收回成本，且可節能60%以上。

3.2 燈具和電纜的布設

燈具的布設方案要根據隧道照明亮度的實際需要，對隧道壁反射系數、光源效率、燈具配光曲線等方面進行綜合考量，并在設計過程中對每一個隧道都進行具體的計算和仿真，以切實降低系統的耗能；另外，為了最大程度的降低照明線路上面的電能損耗，在對電纜的截面進行選擇和設計時，應該先按照載電流進行嚴格的核算，然后對電壓降進行準確的計算，并且按照經濟電流密度實現優選，最終實現節能和控制造價。

4 照明控制方案的節能設計

城市隧道照明節能的前提條件是合理的硬件結構，充分發揮設備的實際功能，實現最大的節能效果，對相關控制方案和策略的設計是較為關鍵的環節。在對自動照明控制系統進行設計的時候，要保證隧道的入口段和過渡段等不同區域內的照明會根據隧道接近段的亮度變化而實現自動調節。以前饋式模糊控制技術為舉出的動態智能控制方案，城市隧道節能照明智能調控系統示意圖，如圖2所示。

一方面突破了現有的控制方式和回路的限制，對其進行細致的動態調節；另一方面還解決了照明系統初期交通量小而亮度過大的實際問題。城市隧道照明系統實際所需要的標準亮度與行車速度、交通量和外自然亮度等因素具有相關性，而控制方案能夠通過調節燈具的發光亮度來滿足隧道運營的照明亮度要求，其節能效果十分顯著。

5 新能源的利用

新型能源的利用已經成為城市建設中的重要環節，太陽能和風能作為一種綠色環保的能源，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，不僅可以實現免費使用，同時也不會對環境造成污染，將太陽能應用于城市隧道照明，一方面有效解決了一些隧道無法利用市電進行照明的問題，另一方面還極大程度的節省了電費。太陽能的應用原理就是將其光能通過半導體物質轉換成為電能，發電系統在白天對蓄電池進行充電和對負載進行供電，在夜晚則進行放電，實現供電。太陽能照明系統的應用，對于節能減排目標的實現具有極大的促進作用。

6 結 語

綜上所述，實現照明節能，是未來隧道照明技術的必然發展趨勢，同時也是城市實現可持續發展的必經之路。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境，保證出行的安全性，因此，在對城市隧道照明系統進行節能設計時，需要對隧道的特殊性進行把握，扭轉錯誤的照明節能理念，通過綜合利用多種節能技術，特別是技術性節能，樹立精細化運營節能管理思路，應用最新型的節能光源，獲得城市隧道照明節能的最大化，實現經濟、社會和生態效益的統一。

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