馬俊

【摘 要】隧道照明系統(tǒng)是保證隧道安全運(yùn)營(yíng)的重要組成部分。目前隧道照明系統(tǒng)主要采用高壓鈉燈，需要大量的電力資源，造成后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要支付高昂的電費(fèi)，消耗大量的電能資源。本文旨在根據(jù)隧道照明系統(tǒng)特性，比較高壓鈉燈和LED燈的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述無(wú)級(jí)調(diào)控系統(tǒng)的的優(yōu)點(diǎn)，討論高速公路隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能研究。

【關(guān)鍵詞】LED燈具 無(wú)級(jí)調(diào)控

由于公路隧道具有縮短公路里程、提高運(yùn)輸效益、利用地下空間、節(jié)省用地和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)越性，公路隧道方案被廣泛采用，公路隧道項(xiàng)目日益增多。但是，隧道機(jī)電設(shè)施的規(guī)模增大、數(shù)量增多，隧道后期的運(yùn)營(yíng)電費(fèi)日趨增高，消耗的電力資源日益多。為響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，必須開(kāi)辟一條新的道路，既能滿足越來(lái)越龐大的隧道照明設(shè)施的規(guī)模，同時(shí)又能做到減少資源的消耗。本文結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范及設(shè)計(jì)項(xiàng)目，重點(diǎn)考慮隧道照明系統(tǒng)中燈具選擇、控制方式2個(gè)重要因素，討論高速公路隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能研究，。

1 燈具選擇

（1）高壓鈉燈。目前，由于高壓鈉燈具有穿透性好、技術(shù)成熟、造價(jià)低等特點(diǎn)，隧道照明系統(tǒng)燈具主要采用高壓鈉燈，其功率規(guī)格主要是400W、250W、150W和100W等。但許多高速公路隧道照明燈具實(shí)際僅需40W～140W即可，當(dāng)?shù)缆沸枰?0W時(shí)，由于高壓鈉燈光源沒(méi)有這些規(guī)格型號(hào)，只能選取100W的規(guī)格，因此造成燈具選用功率較高，形成單側(cè)開(kāi)燈亮度不滿足要求、雙側(cè)開(kāi)燈照明過(guò)度，這是造成隧道照明后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用昂貴的原因之一。其次，高壓鈉燈工作電路主要是燈泡+鎮(zhèn)流器，因此高壓鈉燈實(shí)際的功率損耗除了燈泡的功率損耗外，還應(yīng)增加鎮(zhèn)流器的功率損耗，這一部分損耗增加了整個(gè)系統(tǒng)的功率損耗，也是造成隧道照明后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用昂貴的原因。隧道大多遠(yuǎn)離市區(qū)，供電一般采用穩(wěn)定性較差的農(nóng)電，夜晚供電電壓升高，當(dāng)電源電壓高達(dá)250V左右時(shí)，功率為250W的高壓鈉燈（含鎮(zhèn)流器）功率為378W，較額定值增加了50%。在這種電壓下，高壓鈉燈的壽命（亮度衰減50%時(shí)的工作時(shí)間，一般為額定狀態(tài)下為20000小時(shí)）會(huì)大幅減少，這也是高壓鈉燈實(shí)際功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定功耗、夜晚越點(diǎn)越亮的原因。

（2）LED燈。LED燈具可根據(jù)實(shí)際需要選取合適的功率規(guī)格，當(dāng)?shù)缆沸枰?0W時(shí)，LED燈具就可以選取60W的規(guī)格，從而減少因燈具功率規(guī)格選取偏大造成的電能浪費(fèi)，減少后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。其次，LED燈具沒(méi)有鎮(zhèn)流器，因此LED燈具的實(shí)際功率就只有燈泡的功率，不會(huì)有額外的損耗，同樣降低后期運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用。此外，LED燈具對(duì)電源電壓的要求不高，一般在170V～250V之間，LED燈具大多采用恒流供電，即流過(guò)LED燈具的電流不受電源電壓變化的影響，只取決于出廠時(shí)的設(shè)定值，因此它的功率是幾乎不變的。由于不受電源電壓變化影響，LED燈具在夜晚工作時(shí)不受影響，不會(huì)出現(xiàn)越點(diǎn)越亮的現(xiàn)象，這樣既消除了因亮度增加駕駛?cè)藛T帶來(lái)的眩光效應(yīng)，保證了行車的安全，同時(shí)又不會(huì)損耗額外的電力資源，減低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

（3）對(duì)比。隧道右線全長(zhǎng)2494米，左線全長(zhǎng)2427米，根據(jù)計(jì)算，若隧道采用高壓鈉燈照明，需要各類高壓鈉燈1048套，燈具費(fèi)用為74萬(wàn)元；需要各類電纜41347m，電纜費(fèi)用為351萬(wàn)元，燈具電纜費(fèi)用總計(jì)425萬(wàn)元。若隧道采用LED燈照明，需要各類LED燈具1704套，燈具費(fèi)用為324萬(wàn)元；需要各類電纜43315m，電纜費(fèi)用為210萬(wàn)元，燈具電纜費(fèi)用總計(jì)534萬(wàn)元。綜上比較，LED燈具前期投入較高壓鈉燈多109萬(wàn)元。目前，高壓鈉燈壽命為2萬(wàn)小時(shí)，LED壽命為5萬(wàn)小時(shí)。由于隧道照明基本段燈具常亮，現(xiàn)將所有燈具折算為每天平均工作18小時(shí)，則鈉燈壽命約為3年，LED壽命約為7.6年。現(xiàn)對(duì)今后5年和10年的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用做一個(gè)對(duì)比：高壓鈉燈：總功率為234千瓦，5年用電量約為769萬(wàn)度，5年電費(fèi)總價(jià)為461萬(wàn)元，5年燈具更換燈具1次，5年維護(hù)費(fèi)用為90萬(wàn)元；10年用電量為1537萬(wàn)度，10年電費(fèi)總價(jià)為922萬(wàn)元，10年更換燈具3次，10年維護(hù)費(fèi)用269萬(wàn)元。LED燈：總功率為106.3千瓦，5年用電量為349萬(wàn)度，5年電費(fèi)總價(jià)為209萬(wàn)元，5年燈具更換燈具0次，5年維護(hù)費(fèi)用為0元；10年用電量為698萬(wàn)度，10年電費(fèi)總價(jià)為419萬(wàn)元，10年更換燈具1次，10年維護(hù)費(fèi)用323萬(wàn)元。由上可知，5年的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用（電費(fèi)+燈具更換費(fèi)用），LED燈具比高壓鈉燈節(jié)省約342萬(wàn)元；10年的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用（電費(fèi)+燈具更換費(fèi)用），LED燈具比高壓鈉燈節(jié)省449萬(wàn)元。通過(guò)以上的對(duì)比，LED燈具雖然在前期投入時(shí)費(fèi)用較高，但在后期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，大大降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，減少能源的消耗。

2 無(wú)極調(diào)控

無(wú)級(jí)調(diào)控方式就是通過(guò)亮度檢測(cè)儀對(duì)隧道外亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)規(guī)范中規(guī)定的比例關(guān)系，結(jié)合隧道管理站給定的車流量信息，計(jì)算出隧道內(nèi)亮度的需求，通過(guò)DC 0～5V的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行傳輸去同步控制加強(qiáng)照明，基本照明亮度根據(jù)隧道管理站提供的車流量信息和路面照度要求等信息通過(guò)控制器計(jì)算后去控制相應(yīng)回路，使其滿足隧道內(nèi)亮度要求且各照明段平滑過(guò)渡，不會(huì)造成過(guò)度照明，形成資源浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)隧道照明時(shí)，我們要求按照夏天中午時(shí)的最大洞外亮度進(jìn)行計(jì)算加強(qiáng)照明的亮度，并考慮到足夠的冗余，以確保運(yùn)營(yíng)期間的每一天且燈具的亮度衰減到額定值的下限時(shí)，洞內(nèi)照明強(qiáng)度依舊能夠滿足規(guī)范要求。然而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間，洞外亮度會(huì)隨著天氣、季節(jié)和時(shí)辰的不同發(fā)生變化，即L20（S）時(shí)刻在變化，它會(huì)從幾十坎德拉變化到幾千坎德拉。L20（S）變化，公式中的Lth也應(yīng)隨之變化，這種照明方式才是合理的。如果L20（S）變化而Lth不變或者僅簡(jiǎn)單地分幾個(gè)等級(jí)進(jìn)行變化，都會(huì)造成巨大地電能浪費(fèi)。無(wú)級(jí)調(diào)控可以利用亮度儀實(shí)時(shí)采集隧道外亮度的信息，并通過(guò)控制器改變隧道內(nèi)相應(yīng)的亮度。根據(jù)規(guī)范要求，加強(qiáng)照明主要依靠隧道外亮度決定，基本照明可根據(jù)規(guī)范設(shè)定，因此采用無(wú)級(jí)調(diào)控方式只需將燈具劃分為2個(gè)回路，較目前控制方式，減少回路數(shù)，減少電纜數(shù)量，相關(guān)的供配電設(shè)備數(shù)量相應(yīng)減少，變電所規(guī)模減小，從而降低了前期的投資和占地規(guī)模。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然在現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)是合理的，但由于現(xiàn)有調(diào)光方式無(wú)法適應(yīng)隧道外亮度，傳統(tǒng)燈具亮度無(wú)法實(shí)現(xiàn)按需照明，傳統(tǒng)燈具的缺點(diǎn)從而浪費(fèi)大量的電力資源，形成能源的浪費(fèi)。通過(guò)LED燈具和無(wú)級(jí)調(diào)控方式的結(jié)合，可以大大減少隧道照明系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，降低電力資源的浪費(fèi)，從而相應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召。

參考文獻(xiàn)：

[1]公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 026.1-1999）.人民交通出版社.

[2]周健，呂曉峰，楊洋.公路隧道LED燈照明系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)光控制方式研究.endprint