城市隧道照明节能设计

李海文

摘 要：在我国社会经济不断发展的现阶段，人们对于环境保护的重视程度也越来越高，且我国政府已经将控制温室气体的排放放在了实现可持续发展的总体规划工作当中，最终实现节能减排的目标。然而，在城市化建设进程不断深入的当下，隧道照明能耗较为严重，照明节能措施显得单一。文章对城市隧道照明节能设计相关问题进行了探讨，为实现经济、社会和生态效益的统一而建言献策。

关键词：城市隧道；照明设计；节能技术

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0004-02

随着城市化建设进程的逐渐深入，大量的隧道也不断的投入运营，作为城市交通中的重要工程，对于社会的发展起到了积极的促进作用；然而，隧道作为能源消耗的主要方面，再加之人们节能减排意识的提高，使得城市隧道照明节能的重要性和紧迫性被越来越多的人所重视，我国城市隧道照明节能工作正面临着新的形势和严峻的挑战。在这种情况之下，如何彻底解决城市隧道照明设计中存在的实际问题，实现节能减排的目标，是城市实现健康发展中需要解决的实际问题。

1 结构与设计参数的合理选择

1.1 整体结构的平衡性

城市隧道照明系统是一个有机的整体，要想实现照明节能，首先应该保证系统整体结构的平衡性和合理性；在对城市照明系统中的配电网络进行设计的时候，必须要在规范标准允许的条件下，对高压电源的引入点进行合理的确定，对变电所的位置要合理的布置，尽可能的避免因电源引入点和变电所数量过多而引起的能耗增加问题；另外，在对城市隧道照明系统进行节能设计的时候，要严禁出现虎头蛇尾的状态，必须要对每个设备的具体容量进行仔细的核实，对所需要的系数实现准确的确定，并在确定总负荷的前提下，平衡远期容量备用率和变压器的经济负荷率，从而避免能源的浪费。

1.2 设计参数的合理性

加强照明是城市隧道照明节能中的重要环节。通常情况下，加强照明的功率要占据到整个隧道照明功率的60%～80%，具体数值是根据隧道的长短来决定的。按照相关规范标准的要求，加强照明中的平均亮度需求值主要是由洞外亮度L20所决定的，由于其在正常情况下无法实现测量，但一般的取值是在 4 000～5 000 cd/m2的范围当中，使得优化后的照明和运营费用节省了15%～20%。

交通流量是决定隧道基本段照明亮度需求值Lin的主要因素，在一般情况下是按照车流量>2 400辆/h的标准来进行设计的，但是实际中，一些城市公路的初期车流量要较标准值小很多，特别是在山区环境之中，其车流量甚至达不到700辆/h，使得能源出现严重浪费；因此，建议隧道基本段的亮度要根据实际情况进行节能取值，并在设计过程中采用“一次设计，分期实施”的措施，以降低能源消耗量。

2 土建阶段的辅助设施

为城市公路隧道照明亮度曲线示意图，如图1所示，可知隧道入口段的亮度和洞外的亮度之间是正比例的关系，因此需要采取必要的措施去降低洞外的亮度，从而降低入口段的照明亮度，进而降低灯具照明功率。在隧道土建设计阶段，要对减光措施加以把握，可以在接近起点的路基两侧种植长青树木，并设计削竹式的洞门结构，墙面的颜色尽量选择冷色调，保证反射率<0.17。

路面仍然是城市隧道中的重要组成部分，只有路面的亮度达到一定程度的时候，才能使得驾驶员获得一定的立体感，从而对路面上障碍物的观察更为准确，按照这一要求，在城市隧道的土建设计时，要尽可能的选择水泥混凝土路面，并在两侧墙面高2 m的范围内辐射一层反射率≥0.7的材料，以提高灯光的反射率，从而加大周围环境的亮度。

3 节能设备的选取

3.1 节能灯具的选择

3.1.1 高压钠灯

现阶段，高压钠灯引起自身所具有的较高发光效率而实现了较为广泛的应用，大多数城市隧道中高压钠灯所使用的都是耗能型镇流器，其自身的功耗大约是额定功率的15%，无法实现节能的要求；在近几年当中，专门用于隧道照明的节能型电感镇流器高压钠灯被研发且投入使用。与普通的电感镇流器相比较而言，节能型电感镇流器高压钠灯具有使用寿命长、工作温度低、节能效果好的优势，其节能水平甚至接近了电子镇流器的水平。在对城市隧道照明系统进行节能设计时，建议将高压钠灯和LED等结合使用。

3.1.2 电磁感应灯

电磁感应灯是一种新型的高技术水平产品，主要是由功率耦合线圈、高频发生器以及无极荧光灯管等部分构成，且在其内部不设有电极，这种独特的发光原理具有十分明显的优势。首先，其具有超长的使用寿命，一般可以达到6×104 h以上；其次，电磁感应灯的发光效率是651 m/W，功率因数在99%以上，与高压钠灯相比较而言，其节能程度超过了50%；再次，电磁感应灯的显色指数大于80，使得物体呈现出自然色，同时又不会产生频闪效应，保证了车辆的通行安全；另外，由于电磁感应灯的灯泡内部没有灯丝和电极，且在-40～55 ℃的环境中可正常工作，因此具有较好的防爆和防震性能。

3.1.3 LED灯

LED灯是目前节能照明的趋势，作为一种新型光源，LED灯具有使用寿命时间长、发光效率高、功耗较低、方向性好以及显色指数高等优点，且具有较大的节能控制，在城市隧道中将照明的重点控制在路面和隧道壁的2 m范围以下；LED灯的基本结构实际上就是一块电致发光的半导体材料，放置在一个具有引线的架子之上，四周使用环氧树脂进行密封，对其内部的芯线起到较好的保护作用，因此具有较强的抗震性；除此之外，大功率白光LED灯的维护成本相对较低，与传统的高压钠灯相比较而言，一般在两年之内就可以收回成本，且可节能60%以上。

3.2 灯具和电缆的布设

灯具的布设方案要根据隧道照明亮度的实际需要，对隧道壁反射系数、光源效率、灯具配光曲线等方面进行综合考量，并在设计过程中对每一个隧道都进行具体的计算和仿真，以切实降低系统的耗能；另外，为了最大程度的降低照明线路上面的电能损耗，在对电缆的截面进行选择和设计时，应该先按照载电流进行严格的核算，然后对电压降进行准确的计算，并且按照经济电流密度实现优选，最终实现节能和控制造价。

4 照明控制方案的节能设计

城市隧道照明节能的前提条件是合理的硬件结构，充分发挥设备的实际功能，实现最大的节能效果，对相关控制方案和策略的设计是较为关键的环节。在对自动照明控制系统进行设计的时候，要保证隧道的入口段和过渡段等不同区域内的照明会根据隧道接近段的亮度变化而实现自动调节。以前馈式模糊控制技术为举出的动态智能控制方案，城市隧道节能照明智能调控系统示意图，如图2所示。

一方面突破了现有的控制方式和回路的限制，对其进行细致的动态调节；另一方面还解决了照明系统初期交通量小而亮度过大的实际问题。城市隧道照明系统实际所需要的标准亮度与行车速度、交通量和外自然亮度等因素具有相关性，而控制方案能够通过调节灯具的发光亮度来满足隧道运营的照明亮度要求，其节能效果十分显著。

5 新能源的利用

新型能源的利用已经成为城市建设中的重要环节，太阳能和风能作为一种绿色环保的能源，具有取之不尽和用之不竭的特点，尤其是对太阳能的利用。太阳能既是一次能源，也是可再生能源，不仅可以实现免费使用，同时也不会对环境造成污染，将太阳能应用于城市隧道照明，一方面有效解决了一些隧道无法利用市电进行照明的问题，另一方面还极大程度的节省了电费。太阳能的应用原理就是将其光能通过半导体物质转换成为电能，发电系统在白天对蓄电池进行充电和对负载进行供电，在夜晚则进行放电，实现供电。太阳能照明系统的应用，对于节能减排目标的实现具有极大的促进作用。

6 结 语

综上所述，实现照明节能，是未来隧道照明技术的必然发展趋势，同时也是城市实现可持续发展的必经之路。城市隧道照明的主要目的就是为行人和驾驶员提供一个较为舒适的视觉环境，保证出行的安全性，因此，在对城市隧道照明系统进行节能设计时，需要对隧道的特殊性进行把握，扭转错误的照明节能理念，通过综合利用多种节能技术，特别是技术性节能，树立精细化运营节能管理思路，应用最新型的节能光源，获得城市隧道照明节能的最大化，实现经济、社会和生态效益的统一。

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