高速公路隧道照明节能减排对策研究

高速公路隧道照明节能减排对策研究
周志明;钱卫建
【摘要】低碳经济、节能减排是当今时代主题。

作为社会、经济发展重要支撑的
高速公路，每年其隧道机电电费支出较高，是高速公路运行费主要支出之一。

在国家相继出台高速公路行业新技术标准及LED等照明技术突飞猛进的背景下，如何
做好高速公路隧道照明节能减排、降本增效是摆在全体高速人面前的一个课题。

以高速公路隧道营运高效管理，推进降本增效实践为基础，提出照明节能减排新举措，期望协同推进高速公路隧道节能减排工作。

%Low carbon economy ,energy saving and emission reduction is the theme of the current era. As an im-portant support of the social and economic development of the
highway ,the annual electricity expenditure of the tunnel is higher ,is one
of the main expenditure of highway operating expenses . In the country have been introduced background of highway industry new technology standard and LED lighting technology advances by leaps and bounds under ,how to do a good job of highway tunnel lighting energy saving and emission reduction ,fall this synergism is placed in front of all high-speed a topic. The author engaged in highway tunnel operation
management ,promote reduced the efficiency of practice as the
basis ,initiate the new lighting energy -saving emission reduction initiatives and hope to people in the industry to-gether to discuss collaboration to promote energy -saving emission reduction work in the highway tunnel.【期刊名称】《浙江交通职业技术学院学报》
【年(卷),期】2016(017)002
【总页数】5页(P40-44)
【关键词】节能减排;隧道照明;LED改造
【作者】周志明;钱卫建
【作者单位】浙江台州甬台温高速公路有限公司，浙江台州317000;浙江宁波甬
台温高速公路有限公司，宁波315040
【正文语种】中文
【中图分类】U453.7
浙江省“七山二水一分田”，这个地理特征决定了本省高速公路的桥隧比例极高。

以浙江省交投集团下辖沿海板块为例，该板块负责舟山跨海大桥(G92)、甬台温高速(G15)甬台段及台金高速(S28)四条高速316.26km的营运管理，其中隧道32座，总里程长38.64km，占比为12.22%。

2015年全路段水电动力费2687万元，其
中隧道用电1630万元，占比60.66%，隧道节能减排形势紧迫。

分析隧道机电用电组成，尽管高速公路隧道机电系统包括照明、风机、消防等多达11个系统，但照明用电却是其中大头。

隧道不分长短均配置照明且24h营运，根据统计，照明
用电又占了隧道总用电的85%，因此隧道照明用电就是隧道用电的最大户，如何
牵住隧道照明用电这个“牛鼻子”，值得深刻研究。

1.1 隧道照明配置
当前，除个别新建、改造隧道外，已通车隧道的照明设计标准基本是《公路隧道通风照明设计规范(JTJ026-1999)》(下称“老规范”)或更早以前的1990年标准，
洞外亮度L20(S)采值3500cd/m2或4000cd/m2[1]，参考值较大，隧道入口加
强段照明亮度要求高，所配置灯具基本是250W或150W高压钠灯，隧道中线顶部布置；基本段基本采用两侧交错布置或两侧对称布置，间距为14m或12m不等，所配灯具为100W高压钠灯。

以G15沈海高速上猫狸岭隧道为例，其隧道长3616米，2000年底建成通车，设计时速80km/h(下同，未特别指出，均指“80km/h”的条件)，照明设计采用1999年标准，灯具为高压钠灯，不考虑停车带、横通道等照明情况，单隧照明总负荷169.1kW，其中入口加强段41.1kW，基本段120.5kW，出口段7.5kW，各段照明分2～4个回路不等，具体单隧照明工况统计如下表1。

1.2 隧道照明耗电特征分析
隧道入口加强段亮度是根据季节、气象、车流量等因素，以洞外亮度L20(S)为基准呈正比例系数关系确定，白天全部或者部分开启，夜间全部关闭。

当隧道外亮度较小时，可以开启部分回路甚至不开；当隧道外亮度较大时，应当开启较多回路或全开。

故同一区域、不同高速、不同隧道，其隧道入口照明亮度要求基本相同，其隧道入口照明用电总负荷基本相同。

但因受季节、天气变化影响，每天的用电量不稳定。

隧道基本段照明亮度跟车流量、设计车速和隧道长度成关联关系，与隧道外亮度和季节、天气变化关联性小，一般分四个回路，因而隧道基本灯负荷与隧道长度成正比例关系，用电量相对稳定。

基本段开灯分白天和夜间两种模式。

单隧基本灯数量为隧道长度的1/3。

以猫狸岭隧道为例，该隧道照明经过多年营运，以其2014年委托第三方专业检测的数据[2]为依据，摸索出一套成熟的人工照明控制模式。

隧道照明按照白昼和夜间两种模式控制，时长分别为10和14h。

同时，白昼模式加强段、过渡段、出口段各回路照明启闭模式根据季节、天气及车流量等因素实时变化动态调整。

1.3 隧道照明其他特征
浙江地区高速公路桥隧比一般在60%左右，隧道外面是桥梁，桥梁过后又是隧道，使得隧道各照明用电时序分布特征不同。

如洞口照明、引道照明、隧桥连接线、隧道间照明都只在夜间开灯，隧道内照明又是白天黑夜24h开灯。

建设期，普遍考虑建设方便，存在隧道群用电远距离搭载输电的问题，甚至有大量收费站服务区、桥梁照明用电也远距离搭载在隧道照明用电上。

这种设计一方面由于远距离送电，增加线缆接头导致故障点、维护量增大，存在大量线缆传输能源损耗；另一方面，隧道照明用电、收费站服务区照明用电和桥梁照明用电时序特征各异，隧道照明用电量白天多于夜间，收费站服务区照明夜间多于白天，桥梁照明用电只集中在夜间，因而无法充分享受国家“分时电价”的政策红利。

2.1 新标准的最大特点
2014年8月1日，交通运输部出台新的《公路隧道照明设计细则JTG/T D70/2-01-2014》(下称“新细则”)。

新细则能够让驾驶员更好、更快适应隧道内外视觉变化需求，隧道内亮度要与实时车流量、实时洞外亮度变化相适应，将隧道内各分段长度、照明亮度需求等进行了更加科学合理的修正，主要体现在如下几个方面：(1)特别强调隧道调光控制的重要性，隧道内亮度要与实时车流量、实时洞外亮度
变化相适应。

(2)南北向端墙式(亮环境)隧道洞外亮度L20(s)按3000cd/m2修正，此前老规范为3500cd/m2。

(3)中间段、过渡段亮度标准相比老规范调降一半左右，并对过渡段TR2和TR3设置免装条件。

基于LED光刺激人眼反应时间远低于钠灯灯光，隧道中间段LED灯亮度取值可折减为钠灯的50%，但不得少于1.0cd/m2。

(4)单向交通且以设计速度通过隧道的行车时间超过135s时(超过3000m的隧道)，中间段可分为2段，其第二段IN2(设计速度下30s行车距离，即进入隧道第
667m后)亮度值可取Lin的80%。

但不得少于1.0cd/m2。

(5)低于500m短隧道，其入口段、过渡段照明营运所需亮度值可大幅折减。

低于200m的直线隧道和所有低于100m的隧道可直接免装照明系统[3]。

2.2 新老标准测算对比
以猫狸岭隧道为样板，2013-2015年日均车流量3.36万辆，混合高峰小时交通量500辆/车道/小时。

隧道南北走向，端墙式洞门。

夏季晴天，亮环境下新老规范关于隧道设计及营运所需亮度取值对比如下表2。

上表数据测算对比表明：一个隧道如果按照新细则进行节能改造，节能效果将相当明显。

根据细则编制单位(招商局重庆交科院)测算，如严格按新细则执行，同为高压钠灯，相比老规范，节能效果可达到46%；如按新细则改造为LED灯，节能效果更可达到70%～80%。

2.3 隧道LED节能改造静态投资回收期测算
同一地区，不同隧道加强段照明负荷相同，基本段照明负荷随隧道长度呈正比例关系。

2015年，台州地区高速公路部分隧道根据新细则进行了隧道照明系统的节能评估与图纸设计，改造以不改变现有灯具安装位置和配电回路为原则，仅在原灯具位置上直接替换LED灯，不涉及电缆、桥架及回路控制方式、照明分段调整。

根据北京交科院测算及后来招标实施情况，LED灯和高压钠灯在隧道各段可等效替代功率比对与改造LED更换综合单价统计如下表3。

2016年，浙江省物价局公布“一般工商业及其他用电”用电价格，最新电价为0.8549元/度。

结合上表数据测算同一地区，南北走向，亮环境(端墙式)不同长度隧道，进行LED节能改造的静态投资回收期测算。

为便于分析，采用单洞照明数据测算，双洞能耗近似为单洞2倍，但测算结果相近，结果如下表4。

上表测算暂未考虑改造后成套高压钠灯利旧回收效益。

同时，因改造LED，厂家均承诺3～5年质保期，期间灯具因故障维修成本极少，相当于节省了原钠灯日常故障维修配件采购支出费用，如考虑以上因素，进行LED改造的投资回收期将更
加可观。

3.1 加强隧道养护实现全周期照明节能
根据隧道长度、车流量等因素进行隧道养护分级，加强隧道养护。

定期组织隧道壁瓷砖清洗，增加隧道反射效果；定期清洗隧道灯具罩面积尘，提高照明透光效果。

加强隧道照明预防性养护与维修，及时更换或修复故障照明，尤其是频临生命周期的钠灯，光衰严重，即便还能亮，但已经泛黄，其亮度已远达不到普通灯具水平。

对亮度达不到原灯70%水平的灯泡，临近寿命周期的镇流器、电容、污化反光弧等，坚决提早更换，减少因钠灯损坏、配件老化等造成的单灯能耗增加，也要坚决避免因灯具老化而为维持隧道营运所需亮度加开照明回路增加能耗的情况发生，实现全周期照明节能。

同时要以周为单位，轮流切换开启各回路隧道灯，以保证各路灯具光衰及使用寿命的平衡。

3.2 引入专业照明评估，优化隧道照明调光和运营管理方案
高速公路隧道照明都是按照隧道最大工况及最不利条件设计和施工的，不分工况启闭隧道照明，必然导致能耗增加甚至带来安全隐患[4]，因此“因隧制宜”地制定
或优化符合隧道本身特征的调光和运营管理方案尤为重要。

可引入专业评估检测机构进行隧道分类，然后模拟不同工况检测隧道内照明亮度，再结合交通量变化、洞外亮度变化、季节更替等多种状况，按照晴天、阴天、云天、重阴天、夜间等模式，制定隧道分级调光运营方案，进行隧道时序或动态调光控制，实现节能降耗。

有条件的隧道，可进一步引入智能动态调光技术。

3.3 加强隧道洞口减光措施
隧道入口段、过渡段照明亮度取值与洞外亮度息息相关，加强隧道洞口减光措施，降低洞外亮度，可以降低入口段、过渡段的营运所需亮度值，并取得良好的节能效果。

如接近段路基两侧种植常青树；对隧道端墙面进行暗化、冷色调处理；大幅坡面绿化；天空面积比大于50%的洞口前置或加遮阳篷；新建或改造隧道尽量采用
削竹式洞口，少采用或不采用端墙式洞口等措施。

3.4 进行隧道照明技术改造
(1)对短隧道、隧道群入口段和过渡段照明进行重新评估改造。

短隧道和连续隧道群，隧道内亮度受隧道的通视程度、宽度、高度、平纵线形等因素影响比独立长隧道的影响程度更大，因此新细则要求其入口段和过渡段的营运所需亮度值可大幅折减。

对于500m以下短隧道，应区分光学与非光学长隧道，重新评估照明配置进行改造。

低于200m直线隧道和所有低于100m的隧道可在做好诱导设施前提下不设照明。

(2)逐步推广LED隧道照明节能改造。

当前市场LED相比5年前，革新可谓突飞猛进。

技术上，LED灯亮度高、功率因素高(0.95以上)、能耗低，灯光更有利于刺激人眼缩短反应时间；价格上，现阶段LED灯每瓦单价在12～15元之间，大功率100瓦以上每瓦单价可下降到10元以下。

根据2015年实施情况，20W的LED 改造综合单价为437元/盏，30W为620元/盏，而同期同隧同等效亮度可替代的高压钠灯为100W，更换综合单价为950元/盏，价格优势非常明显。

基于前表静态投资回收期测算，综合考虑LED灯3～5年质保期及LED本身驱动电源、灯珠使用寿命情况，对能够在3年内(即长度≥1500m)收回LED改造成本的隧道，应逐步进行LED节能改造，拆卸下来的原钠灯充当临近隧道备品备件，充分利旧。

3.5 利用分时电价政策实现削峰填谷
对于隧道群超长距离送电，可根据隧道布局，结合临近乡镇及电网布局情况，有条件的地方适当申请独立开户，减少线缆传输损耗。

对于搭载在隧道照明用电上的收费站、服务区照明用电及桥梁照明用电，如可独立电表户头，可与当地国家电网营业厅协商，测算用电政策调整是否划算。

根据沿海板块实践情况，收费站所、服务区及桥梁照明用电，适合调整采用“分时电价”政策，并可带来非常可观的收益。

此项改造“零”成本，只需跟当地电力部门签署一
个电费计价调整协议即可实现电力资源优化配置，“削峰填谷”，实现节能减排。

隧道照明节能减排是一个永恒的话题，做好隧道照明节能减排工作，任重而道远。

高速公路隧道营运管理者只有不断精细化管理，积极探索借鉴照明节能新技术、新理论、新设备、新材料，不断满足隧道通行要求，才能既提高隧道营运安全，又实现隧道节能减排。

【相关文献】
[1]JTJ026.1-1999,公路隧道通风照明设计规范[S]．
[2] 贵州省交通规划勘察设计研究院试验检测中心．台金隧道照明检测报告[Z]．贵阳：贵州省交通规划勘察设计研究院试验检测中心，2014．
[3] JTG/T D70/2-01-2014,公路隧道照明设计细则[S]．
[4] JTG H12-2015,公路隧道养护技术规范[S]．。