高速公路隧道照明节能技术的研究

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摘要：1 高速公路隧道照明概述 1.1 研究目的和意义 高速公路隧道呈中间封闭、两端开口的管状结构。由于其特殊的结构特点，造成了隧道内外亮度差距较大，会导致驾驶人员在进出隧道时产

1 高速公路隧道照明概述

1.1 研究目的和意义

高速公路隧道呈中间封闭、两端开口的管状结构。由于其特殊的结构特点，造成了隧道内外亮度差距较大，会导致驾驶人员在进出隧道时产生“黑洞效应”和“白洞效应”。这种效应使得驾驶员在驾驶过程中出现视觉延迟，存在很大的安全隐患。为解决这一问题，当前主要通过提高隧道内照明亮度来保证驾驶员通行质量。这就会导致公路隧道的照明费用和运营费用不断增加，造成大量的能源浪费和环境污染。根据调查，当前高速公路运营的所有费用中，有75%是用于电费支出，而在这些电费支出中，又有90%的费用用于支付高速公路隧道中的照明用电。因此，对隧道照明节能技术研究至关重要[1]。

1.2 高速公路隧道照明现状

当前，对高速公路隧道照明节能技术的研究有很多。在灯具选型方面，已经有大部分隧道采用具有节能环保、寿命长等优点的LED灯具代替传统的发光效率低、损耗大的高压钠灯。郗锋[2]通过对比了LED灯具与传统高压钠灯，论述了LED应用于隧道照明的优势。在灯具安装方面，目前研究者们通过建立隧道照明灯具布置模型，分析了不同布灯方式和照射角度对隧道照度、均匀度、路面亮度的影响，得出了交错布置、150°照射角度情况下，隧道内照明效果最佳。在照明控制系统方面，控制方法逐渐由时序分级调光控制方法向实时分级调光控制方法过渡。目前，多数实时分级调光控制方法并未充分考虑周围环境因素的影响，并且分级调光方法实质上就是分级逻辑开关方法，这种控制方法节能效果并不明显，同时也造成隧道照明亮度不均匀的现象。为了解决隧道照明“节能”与“安全”这一重大矛盾，又出现了一种无级调光控制方法。无级调光每级调整的范围较小且更精确，但目前正处于研究阶段。曾红等[3]提出模糊控制算法，将隧道外亮度与车流量作为输入量，计算出隧道内照明亮度。赵玲等[4]设计了可根据隧道外环境和隧道内基本情况来调节 LED灯具亮度的调光控制系统。

1.3 存在问题

1）隧道照明供电系统需要提高。近年来，清洁能源（太阳能、风能等）发电技术的不断发展，配套产品质量、效率也不断提高。而高速公路隧道地理位置较为偏远，难以走线。可用这些清洁能源发电系统替代传统供电模式，能有效解决能源紧张、隧道运营成本过高等问题。

2）照明设计参数有待完善。高速公路隧道内照明亮度设计参数不能满足驾驶舒适性和节能性要求，需要在原本设计规范上进行完善。

3）没有实现智能照明控制。当前隧道照明控制方式不能实时智能控制，也不能实现无级调节。存在无效照明和过度照明。

2 高速公路隧道照明节能方案设计

2.1 供电方案设计

一般来说，高速公路隧道路段地理位置比较偏僻，以往大多数采用乡电，由于乡电稳定性较差，所以存在很大停电风险。当前，隧道照明供电方式有UPS电源供电、太阳能供电和风能供电。但由于受到隧道所处地区的气候、地址、气候等影响，高速公路隧道对于利用清洁能源供电的应用大都以小负荷工况为主，且技术并不完善。本文设计一种风光互补并网型供电系统，如图1所示：

图1 风光互补并网型供电系统

风光互补并网型供电系统由太阳能电池板、风力发电机、风光互补控制核心、防雷系统、逆变器和双电源切换器组成。风光互补并网型供电系统的工作情况为：当白天无风但太阳光照充分时，双电源切换器切换至风光互补发电，使其与公共市电网络分开，风光互补控制核心控制太阳能光伏供电系统供电；当太阳光照不足但有风时，控制核心控制风力发电机给负载供电；当日照不足且无风或在夜晚时，双电源切换器自动切换到公共市电网络，向隧道内负载供电。该方案利用清洁能源和市电供电，既节约了能源，又能确保隧道用电可靠。

2.2 照明设计参数优化方案

当前隧道内亮度按JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明设计细则》中的隧道照明亮度曲线规定[5]。隧道内照明亮度按入口段、过渡段、中间段和出口段呈梯形变化。这使得驾驶员在驶入隧道过程中会在视觉上产生光线跳跃，影响驾驶舒适度。此外，《细则》中只规定了较为常见的车速、车流量下隧道照明亮度的设计参数，并不全面。且由于隧道内照明亮度取值不精确，也造成了一定的能源浪费。因此，需要对隧道照明亮度曲线进行优化，使其在保证驾驶员驾驶舒适性的同时，能够按照不同车速、车流量、隧道外亮度等因素精确调节。

文章来源：《能源与节能》 网址: http://www.nyyjnzz.cn/qikandaodu/2020/1229/782.html

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